Форма камеры сгорания: ᐉ Классификация камер сгорания дизельного двигателя

Форма — камера — сгорание

Cтраница 1

Форма камеры сгорания влияет на интенсивность вихревых движений в цилиндре.
 [1]

Форма камеры сгорания оказывает значительное влияние на смесеобразование, сгорание рабочей смеси и на степень сжатия двигателя. Камеры сгорания с верхним расположением клапанов более компактны и обеспечивают лучшее наполнение цилиндров горючей смесью дри том же диаметре впускного клапана, чем камеры сгорания с нижним расположением клапанов. Полусферические ( рис. 28, схема II) и клиновые ( схема III) камеры получили распространение в карбюраторных двигателях.
 [2]

Форма камеры сгорания должна быть такой, чтобы в ней не было мест, значительно удаленных от источника зажигания, и обеспечивался наилучший отвод тепла от той части рабочей смеси, которая догорает в последнюю очгредь.
 [4]

Форма камеры сгорания должна быть такой, чтобы в ней не было мест, значительно удаленных от источника зажигания, и обеспечивался наилучший отвод тепла от той части рабочей смеси, которая догорает в последнюю очередь.
 [5]

Форма камеры сгорания влияет на количество рабочей смеси, вступающей в процесс горения за определенный промежуток времени, а следовательно, на характер нарастания давления газа в двигателе за время горения. Есть предложения оценивать это качество формы камеры сгорания при помощи кривой, иллюстрирующей изменение объема камеры горения в направлении распространения волны горения.
 [7]

Форма камеры сгорания и расположение свечи также оказывают существенное влияние на скорость и полноту сгорания топливо-воздушной смеси. Чтобы усилить турбулизацию горючей смеси, камере сгорания придают форму, создающую узкие проходные сечения для перетекания смеси из цилиндра камеру в конце такта сжатия. Этим достигается ускоренное догорание смеси. Свеча должна располагаться так, чтобы вблизи ее не создавалась излишняя турбулизация и в то же время обеспечивалась хорошая очистка зоны свечи от остаточных газов потоком смеси, поступающей из впускной системы.
 [8]

Форма камеры сгорания также оказывает влияние на скорость сгорания, так как от формы камеры зависят теплоотдача в охлаждающую среду и путь, проходимый пламенем. Чем меньше отношение поверхности камеры сгорания к ее объему, тем меньше теплота, которая теряется в результате теплоотдачи в стенки камеры, что приводит к более интенсивному тепловыделению и увеличению скорости сгорания.
 [9]

Форма камеры сгорания должна быть такой, чтобы в ней не было мест, значительно удаленных от источника зажигания, и обеспечивался наилучший отвод тепла от той части рабочей смеси, которая догорает в последнюю очередь.
 [10]

Форма камеры сгорания также оказывает влияние на скорость распространения пламени. Чем меньше поверхность камеры, приходящаяся на единицу ее объема, тем меньше потеря тепла, тем больше скорость распространения пламени.
 [11]

Форма камеры сгорания обеспечивает наиболее полное сгорание топлива. Верхние компрессионные кольца работают в тяжелых условиях полусухого трения и высокой температуры, поэтому для уменьшения износа компрессионные кольца 2 хромируют. С целью лучшей прирабаты-ваемости наружную поверхность всех поршневых колец покрывают тонким слоем олова. Компрессионное кольцо 3 и маслосъемные кольца изготавливают из легированного чугуна. Масло, снимаемое кольцами с зеркала втулки при движении поршня вниз, стекает в поддон дизеля.
 [13]

Форму камеры сгорания дизельного двигателя в основном определяет примененный способ смесеобразования. Камеры сгорания дизельных двигателей подразделяются на разделенные и неразделенные.
 [14]

Совершенствование формы камеры сгорания и увеличение диаметра выпускных клапанов, повышающих полноту очистки цилиндров от продуктов сгорания, также способствуют снижению нагароотложения. Уменьшение поступления в камеру сгорания моторного масла за счет улучшения конструкции поршневых колец приводит к заметному снижению углеродистых отложений на головке поршня.
 [15]

Страницы:  

   1

   2

   3

   4

Смесеобразование в дизелях

Понятие о смесеобразовании. Смесеобразованием называется процесс приготовления горючей смеси в целях подготовки топлива к сгоранию. В дизеле на смесеобразование отводится в зависимости от его быстроходности от 0,05 до 0,005 с. В течение этого короткого времени топливо должно быть раздроблено на мельчайшие частицы и равномерно распределено в воздухе, находящемся в камере сгорания.

Раздробление топлива производится в момент его впрыска в цилиндр из форсунки через небольшие отверстия, называемые сопловыми. Совокупность частиц распыливаемого топлива, образующаяся по выходе его из сопла форсунки, называется факелом топлива. Он характеризуется углом и длиной. Вертикальный угол р между осями диаметрально противоположных факелов называется углом распыли вания.

Длина и угол факела топлива, угол распыливания согласуются с формой камеры сгорания: факел должен охватывать по возможности всю толщину воздуха в камере, но частицы топлива не должны попадать на охлаждаемые поверхности, где они будут оседать и коксоваться.

Количество факелов, обусловливаемое числом сопловых отверстий форсунки, желательно иметь большим: чем больше факелов, тем равномернее будет распределено топливо в воздухе камеры сгорания. Однако как бы ни были совершенны распыливание топлива и формы камер сгорания, при впрыске топлива отдельными факелами оно не будет перемешано со всем воздухом, если воздух будет неподвижен. Следовательно, для совершенного смесеобразования необходимо, чтобы в момент впрыска в воздухе, заполняющем камеру сгорания, были вихревые движения.

Распыливание топлива. Сопловое отверстие представляет канал, длина которого в 4 — 7 раз больше его диаметра. Вследствие трения внешнего слоя струи топлива о стенки канала скорость движения топлива в струе разная: она тем выше, чем ближе находится слой к оси канала. Таким образом, распад струи топлива на отдельные нити начинается еще в сопловом канале. По выходе из него нити топлива встречают сильное сопротивление сжатого воздуха, заполняющего камеру сгорания. Они распадаются на отдельные частицы, которые, отклоняясь в той или иной степени от оси канала, образуют факел топлива. Угол и длина факела зависят от свойств топлива, формы сопловых каналов и сопротивления воздуха.

Рис. 1. Факелы топлива

Рис. 2. Формы камер сгорания:
а — двигателя НФД48; б — двигателя ДР 30/50; в — двигателя J1275; г — двигателя Д50; д — двигателя 6ЧСП 18/22

Из свойств топлива на процесс его распыливания влияют поверхностное натяжение, вязкость и плотность. При значительных поверхностном натяжении и вязкости дробление топлива затрудняется, угол факела уменьшается, а длина его увеличивается.

Форма сопловых каналов влияет на образование вихрей внутри струи топлива. При острых кромках, шероховатости и значительной длине соплового канала топливо дробится быстрее, угол факела увеличивается, а длина его уменьшается. Сопротивление, оказываемое воздухом струям топлива, зависит от скорости его истечения из сопловых отверстий. Для хорошего смесеобразования скорость истечения топлива должна быть 250—350 м/с. Повышение ее приводит к более мелкому и равномерному дроблению топлива, к увеличению длины факела.

Скорость истечения топлива при определенном объеме впрыскиваемой дозы зависит от давления впрыска (точнее, от разности давления впрыска и противодавления в цилиндре) и от суммарного сечения сопловых отверстий. Распылители форсунок двигателей, встречающихся на речном флоте, выполняют с шестью — восемью сопловыми отверстиями при диаметре их от 0,20 до 0,50 мм. Для получения указанной скорости истечения в этих условиях требуются давления впрыска порядка 40 — 80 МПа. (400 — 800 кгс/см2), а в отдельных случаях еще выше.

Продолжительность впрыска топлива составляет 15 — 40° угла поворота коленчатого вала, причем у быстроходных двигателей она больше. Для улучшения процесса смесеобразования необходимо, чтобы скорость впрыскивания возрастала и имела макеимальное значение в момент прекращения впрыска. Тогда каждая последующая доза топлива будет достигать более дальних слоев воздуха, еще не принявших участия в процессе горения. В связи с этим профиль кулачковой шайбы топливного насоса делают таким, чтобы давление впрыска после его начала возрастало. Начальное давление впрыска у судовых двигателей составляет 18—38 МПа (180 — 380 кгс/см2)»

Формы камер сгорания. У четырехтактного двигателя форма камеры сгорания создается за счет очертаний днища поршня. Поэтому при ее выборе учитывают условия работы днища поршня.

При полусферической форме камеры сгорания основная масса воздуха сосредоточена в районе форсунки, что позволяет уменьшить длину факела и увеличить его угол. В данном случае угол распыливания меньше, чем в остальных. При полусферической форме камеры исключена опасность попадания частичек топлива на охлаждаемые поверхности. Вместе с тем при такой форме камеры хуже условия для отвода теплоты от днища поршня: тепловой поток должен направляться вниз, тогда как края днища направлены вверх. Имеются места, как, например, в центре камеры, не охватываемые факелами топлива. В связи с указанным при полусферической форме камеры особенно необходимы вихревые движения воздуха.

В двухтактных двигателях форма днища, изображенная на рис. 2, а, затруднит продувку цилиндра. Поэтому подобная камера образуется в двухтактных двигателях за счет формы днища крышки цилиндра при плоском днище поршня.

Наиболее соответствует форме факела топлива камера сгорания Гессельмана. В отличие от рассмотренной камеры основная масса воздуха сосредоточивается вдали от форсунки. Чтобы частички топлива не попадали на охлаждаемые стенки цилиндра, по краям поршня предусматриваются высокие бурты. Условия для качественного смесеобразования при такой камере лучше. Однако бурты и выступающая средняя часть днища поршня склонны перегреваться. Из-за перегрева буртов быстрее закоксовываются верхние кольца поршня.

Промежуточной формой камеры является камера, показанная на рис. 15,г. Как и во всяком промежуточном варианте, в этой камере в какой-то степени сочетаются преимущества и недостатки камер первого и второго типов.

Как было сказано, в камере сгорания должны быть вихревые движения воздуха. Они создаются в процессе наполнения цилиндра воздухом вследствие того, что впускной клапан смещен в сторону от оси цилиндра и поток воздуха будет завихряться. При ходе сжатия появятся вихревые движения, обусловленные неплоской формой днища поршня или крышки цилиндра. В этом отношении камера, изображенная на рис. 2, в, более удачна, чем камеры на рис. 2, а, б и г. При впрыске топлива возникнут вихревые движения воздуха из-за поглощения им кинетической энергии струй топлива.

Однако все перечисленные вихри являются слабыми и неопределенными, неорганизованными. Сильный организованный вихрь в двухтактных двигателях можно создать соответствующим направлением продувочных окон. В четырехтактных двигателях, чтобы создать круговой вихрь у поступающего в цилиндр воздуха, иногда делают криволинейным канал крышки цилиндра, по которому поступает воздух к впускному клапану.

Хороший организованный вихрь в цилиндре четырехтактного двигателя будет при камере сгорания, расположенной в поршне. При ходе сжатия воздух из пространства над поршнем перетекает в камеру внутри поршня, создавая в ней вихри. Существенно, что интенсивность их будет увеличиваться при приближении поршня к в. м. т. Неохлаждаемые массивные стенки камеры способствуют быстрому воспламенению топлива.

Недостатком смесеобразования с камерой в поршне является повышенный нагрев его стенок, днища и поршневых колец, что ограничивает область применения данного способа смесеобразования лишь двигателями небольшого размера.

Вихрекамерное смесеобразование. Рассмотренный способ смесеобразования называется однокамерным, или смесеобразованием с неразделенной камерой сгорания. При организации однокамерного смесеобразования в двигателях небольших размеров приходится встречаться со значительными трудностями. При малых диаметрах цилиндров в них оказывается недостаточно места для нормального развития факела топлива. Кроме того, при небольшой мощности двигателя в цилиндр впрыскивается настолько малый объем топлива, что для достижения необходимой скорости впрыска требуются весьма высокие давления и малые сечения сопловых отверстий: у двигателя ЯАЗ-204 при диаметре сопловых отверстий 0,15 мм давление впрыска доходит до 140 МПа (1400 кгс/см2). Такие высокие давления впрыска возможны при сложной и чувствительной к качеству обслуживания топливной аппаратуре. В то же время небольшие двигатели должны быть просты и нетребовательны к качеству обслуживания. Поэтому нашло широкое применение многокамерное смесеобразование. На речном флоте получила распространение его разновидность, называемая вихрекамерным.

При вихрекамерном смесеобразовании в крышке цилиндра создается вихревая камера обычно сферической формы. Она соединена каналом с пространством над поршнем. К приходу поршня в в. м. т. в ней находится до 70—80% всего объема воздуха, остальные 20—30% — в канале и в надпоршневом пространстве. При ходе сжатия воздух из цилиндра по каналу перетекает в вихревую камеру, где появляются закономерные круговые вихри.

Топливо впрыскивается форсункой внутрь вихревой камеры, здесь и сгорает его основная часть. В последующем, по мере перетекания газов из вихревой камеры в цилиндр, происходит догорание топлива за счет участия воздуха, оставшегося в канале и надпоршневом пространстве.

Ввиду наличия интенсивных вихрей воздух, заключенный в вихревой камере, обладает значительным запасом кинетической энергии. Это позволяет получить хорошее смесеобразование при малых давлениях впрыскиваемого топлива порядка 12—24 МПа (120—240 кгс/см2) и при однодырча-том распылителе форсунки.

Вихревые камеры часто делают с вставной горловиной, являющейся тепловым аккумулятором: нагреваясь при горении, она отдает теплоту воздуху в процессе сжатия, что способствует уменьшению периода задержки воспламенения, особенно при малых нагрузках.

Упрощение топливной аппаратуры, связанное с низким давлением впрыска, — большое преимущество вихрекамерных дизелей. Кроме того, вследствие хорошего вихреобразования в них лучше используется воздух для сгорания топлива, что позволяет при тех же размерах цилиндра получить мощность больше, чем при однокамерном смесеобразовании. Вихрека-мерные двигатели менее чувствительны к качеству топлива.

Однако вихрекамерные дизели менее экономичны: на перетекание воздуха в вихревую камеру и газов из нее затрачивается часть внутренней энергии газа, которая могла быть полезно использована. Конструкция крышки цилиндра усложняется. Вследствие разделения объема камеры сгорания на две части увеличивается поверхность, приходящаяся на единицу объема воздуха. Повышенный в связи с этим отвод теплоты через стенки снижает температуру сжимаемого воздуха, что затрудняет пуск холодного двигателя. Для его облегчения вихрекамерные двигатели снабжаются специальной запальной спиралью, устанавливаемой под форсункой.

Рис. 3. Вихревая камера

Тенденции в совершенствовании смесеобразования. В течение многих лет ведутся поиски путей по совершенствованию смесеобразования в целях уменьшения жесткости работы дизелей, обеспечения их многотоплиьности (т. е. возможности использования любого сорта топлива от бензина до сырой нефти), повышения экономичности и уменьшения загрязнения атмосферы вредными соединениями.

Одним из внедренных новых способов смесеобразования является пленочное (М-процесс). Полусферическая камера сгорания располагается в поршне. Топливо впрыскивается наклонно расположенной форсункой таким образом, что около 95% его оседает на стенках камеры сгорания в виде пленки и лишь около 5% распыливается в воздухе, находящемся в камере. Эти 5% топлива самовоспламеняются, после чего по мере его испарения спокойно сгорает топливо из пленки, покрывавшей стенки камеры. В более совершенной модификации этого способа (в НМ-процессе) обеспечивается вихревое движение всасываемого в цилиндр воздуха, а топливо воспламеняется запальной свечой специальной конструкции. Применение принудительного зажигания позволяет снизить степень сжатия. Эти способы смесеобразования встречаются в двигателях с диаметром цилиндра до 140 мм. Частичное пленочное (объемнопленочное) смесеобразование осуществляется и в камере сгорания ЦНИДИ.

В целях перенесения периода задержки самовоспламенения на ту часть цикла, которая предшествует приходу поршня в в. м. т. во время такта сжатия, предлагается применять частичное внешнее смесеобразование или двухфазный впрыск топлива. В первом случае небольшая часть топлива (порядка 15%) поступает в цилиндр с всасываемым воздухом, т. е. в результате внешнего смесеобразования. Им может быть газообразное топливо, бензин или пары дизельного топлива. Во втором случае примерно такая же часть дизельного топлива впрыскивается в цилиндр через форсунку в начале хода сжатия. К приходу поршня в в. м. т. предварительно поступившее в цилиндр тем или другим путем топливо самовоспламеняется, и в этот момент впрыскивается его основная часть. Топливо, попадая в среду с пламенем, спокойно, по мере поступления в цилиндр, сгорает.

Камера сгорания

— Детали, типы, принцип работы [Пояснение]

В этой статье вы узнаете о , что такое камера сгорания? Типы камер сгорания и формы головок цилиндров.

Что такое камера сгорания?

Камера сгорания представляет собой пространство, заключенное между головкой поршня и головкой блока цилиндров, когда поршень находится в положении верхней мертвой точки. Он доходит до верхнего компрессионного кольца поршня. Выпускной и впускной клапаны открываются и закрываются в камере сгорания, и в нее выступает свеча зажигания.

Конструкция камеры сгорания имеет большое значение для работы двигателя, так как в ней происходит смешивание и сгорание топлива.

Читайте также: Все о двигателях внутреннего сгорания (Полное руководство)

Типы формы камеры сгорания

В зависимости от расположения свечи зажигания, клапанов и типа головки цилиндров камеры сгорания бывают следующих форм:

1. Сферическая форма
2. I-образная форма
3. T-образная
4. F-образная
5. L-образная

Камеры сгорания сферической формы

В камерах сгорания сферической формы впускные и выпускные клапаны установлены в головке блока цилиндров. Свеча зажигания может быть сбоку или сверху головки блока цилиндров.

I-образные камеры сгорания

В I-образных камерах сгорания используются верхние клапаны. Свеча зажигания может быть установлена ​​в центре или сбоку головки блока цилиндров.

Двигатели с камерами сгорания этого типа используются в скоростных транспортных средствах и гоночных автомобилях. Эти двигатели дешевы в цене.

Т-образная камера сгорания

Т-образная камера сгорания имеет простую конструкцию. Он выступает вокруг головки блока цилиндров. Свеча установлена ​​сверху, а клапаны по бокам. Двигатели с такими камерами сгорания имеют хороший КПД.

F-образная камера сгорания

F-образная камера сгорания выступает с одной стороны головки блока цилиндров. Расположение свечи зажигания и клапанов показано на рисунке.

L-образные камеры сгорания

Г-образные камеры сгорания с боковыми клапанами. Двигатели с такими камерами сгорания используются в тихоходных и среднескоростных автомобилях.

Читайте также: Список деталей автомобильных двигателей: их назначение (с иллюстрациями)

Типы камер сгорания для дизельных двигателей

Еще типов камер сгорания для дизельных двигателей :

1. Открытая камера сгорания
2. Предварительная камера сгорания
3. Вихревая камера сгорания
4. Сплющенная камера сгорания
5. Воздушный элемент и энергетический элемент
6. Камера сгорания с энергетическим элементом

Открытая камера сгорания

Открытая камера сгорания используется в средне- и высокоскоростных двигателях. Камера сгорания выполнена в виде канавки внутри верхней части поршня.

Форсунка установлена ​​в центре головки блока цилиндров и впрыскивает топливо в камеру сгорания. В двигателях автобусов Leyland используется камера сгорания такого типа.

Камера предварительного сгорания

Камера предварительного сгорания обычно используется в высокоскоростных двигателях. Есть две камеры сгорания, одна вспомогательная камера сгорания, а другая основная камера сгорания. Эта вспомогательная камера меньше по размеру, чем основная камера сгорания, и называется камерой предварительного сгорания.

Топливо впрыскивается в камеру предварительного сгорания, где частично сгорает. Это частично сгоревшее топливо попадает в маленькое отверстие в основной камере сгорания, где происходит полное сгорание. Турбулентность создается в камере сгорания. Камера способствует полному воспламенению топлива.

Иногда в камере предварительного сгорания устанавливается свеча накаливания, которая обогревается электричеством. Это помогает воспламенить камеру сгорания.

Вихревая камера сгорания

Вихревая камера сгорания также известна как турбулентная камера сгорания. Завихрение – это круговое движение, которое передается входящему воздуху во время такта всасывания.

В вихревой камере сгорания воздух закручивается при поступлении в цилиндр. Топливо впрыскивается в этот завихренный воздух, так что происходит полное смешивание и сгорание топлива.

Хлюпающая камера сгорания

Хлюпающая — это поток воздуха, который идет от периферии к центру цилиндра. Чтобы получить качающуюся камеру сгорания, внутри головки поршня делается проточка.

Во время такта сжатия, когда поршень перемещается от НМТ к ВМТ, он выдавливает воздух от периферии к центру. Это действие придает турбулентность воздуху. Топливо впрыскивается в центр камеры сгорания. Иногда хлюпающая камера сгорания делается внутри головки блока цилиндров.

Воздушная камера сгорания

Воздушная камера представляет собой небольшую камеру сгорания, соединенную по воздуху узким проходом с основной камерой сгорания. Во время такта сжатия воздух также сжимается в воздушной камере.

Когда топливо впрыскивается в камеру сгорания, оно сгорает и поршень движется вниз. В это время сжатый горячий воздух воздушной камеры поступает в основную камеру сгорания, создавая турбулентность и обеспечивая полное сгорание.

Воздушные камеры используются в основном в высокоскоростных двигателях. Как и в камере предварительного сгорания, в воздушной камере требуется свеча нагревателя для нагрева сжатого воздуха. Двигатели с воздушными камерами требуют высокой степени сжатия. Потери тепла больше из-за увеличенной поверхности цилиндра с воздушной камерой.

Энергетическая ячейка Камера сгорания

Энергетическая ячейка также известна как камера сгорания Lanova. Он работает по принципу камеры предварительного сгорания и воздушной камеры. Энергетическая ячейка соединена узким проходом с основной камерой сгорания и состоит из основной и малой ячеек. Эти две ячейки соединены узким отверстием, которое можно закрыть плунжером.

Во время запуска двигателя узкое отверстие остается закрытым, что увеличивает объем камеры сгорания. При запуске двигателя открывается узкое отверстие, соединяющее большую ячейку с малой. Когда топливо впрыскивается в основную камеру сгорания, некоторая его часть, около 10%, попадает и в энергоячейку.

Сгорание происходит сначала в основной камере сгорания, а затем распространяется на энергетический элемент, где давление увеличивается. Когда поршень движется вниз, горячие газы из энергоячейки попадают в основную камеру сгорания из-за разницы давлений, создавая турбулентность и обеспечивая полное сгорание.

Камера сгорания с гильзой в поршне

Высокая степень сжатия обеспечивает высокую мощность двигателя с искровым зажиганием, поэтому наблюдается тенденция к изменению формы камеры сгорания в ВМТ. напоминать плоские диски. Кроме того, очень жесткие допуски стали необходимы для обеспечения одинаковой степени сжатия во всех цилиндрах двигателя. Это привело к поршневой камере сгорания, как в двигателях Rover 2000, Ford V-four, V-six и Jaguar V12.

При таком расположении получается компактная камера сгорания, в которой возможен относительно точный контроль турбулентности. Кроме того, поддержание жестких допусков между плоской верхней частью поршня и плоской нижней поверхностью головки блока цилиндров не является слишком сложным — обе поверхности легко поддаются механической обработке.

Верхняя поверхность поршня имеет углубления для размещения поверхностей клапанов. Свеча зажигания расположена как можно ближе к центру, чтобы обеспечить равномерное распространение пламени. Очевидно, что скорость передачи тепла к поршню больше, чем в более традиционных конструкциях.

Вот и все, спасибо за внимание. Если у вас есть какие-либо вопросы или сомнения по поводу « типов камеры сгорания », сообщите нам об этом в комментариях. Если вам понравилась эта статья, пожалуйста, поделитесь ею.

Хотите получать бесплатные PDF-файлы прямо на свой почтовый ящик? Тогда подпишитесь на нашу рассылку.

Адрес электронной почты

Скачать PDF этой статьи:

Скачать PDF

Читать далее:

1. Что такое распределитель зажигания? Детали, работа, проблемы с [PDF]
2. Каковы функции карданного вала в вашем автомобиле? [PDF]
3. Как работает шатун? Детали, типы, использование и многое другое

Конструкция и принцип работы камер сгорания

AUTO THEORY

Камера сгорания — это область внутри двигателя, где топливно-воздушная смесь сжимается и затем воспламеняется. Обычно он образован с одной стороны формой, отлитой в головке цилиндра, а с другой стороны — верхней частью поршня. Когда поршень находится в верхней мертвой точке, камера имеет наименьший размер, и это время, когда топливно-воздушная смесь находится в наиболее нестабильном состоянии и готова к воспламенению. Чем лучше сконструирована камера сгорания, тем лучше «дышит» двигатель; то есть, тем эффективнее общий поток воздуха через двигатель.

Общий КПД двигателя определяется формой камеры, формой верхней части поршня, расположением клапанов и свечи зажигания, а также общим потоком воздуха через впуск и выпуск. В этой статье мы сосредоточимся только на различных типах камер сгорания, а не на множестве динамических характеристик, влияющих на распространение пламени.

Типы камер сгорания

Чтобы правильно идентифицировать камеру сгорания, необходимо учитывать все ее аспекты, включая форму. Для целей этой статьи мы ограничим обсуждение теми, которые используются в большинстве серийных двигателей в Америке.

Hemispherical или Pentroof — камера сгорания Hemi

Конструкция камеры сгорания Hemi.

Считается, что камера этой конструкции обеспечивает наименьший компромисс в плане эффективности. По сути, полусферическая камера сгорания представляет собой половину сферы, отлитой в нижней части головки блока цилиндров. Клапаны расположены за пределами области отверстия и под определенным углом от осевой линии коленчатого вала. Оптимизация этого положения позволяет значительно увеличить поток воздуха, поскольку он отодвигает клапан от стены, чтобы он не создавал турбулентность.

Это создает более эффективное поперечное движение заряда при перекрытии клапанов и ограничивает передачу тепла от выпускного клапана к свежему заряду. Как упоминалось ранее, эта конструкция обеспечивает наилучшее соотношение поверхности к объему, а также создает очень короткое прямое выпускное отверстие, необходимое для ограничения отвода тепла в охлаждающую жидкость.

Полусферические камеры обычно имеют центральную свечу зажигания, которая обеспечивает превосходную устойчивость к октановому числу. Дополнительным преимуществом является расстояние между впускным и выпускным клапанами, что еще больше ограничивает теплопередачу.

Клиновидные камеры

Клиновидная камера сгорания.

Используемый на протяжении многих лет почти всеми производителями, этот тип камеры напоминает наклонный бассейн, утопленный в деку головы. Встроенные клапаны обычно наклонены, чтобы приспособиться к наклонной крыше этой конструкции. Свеча зажигания расположена на толстой стороне клина и обычно располагается посередине между клапанами.

Относительно крутые стенки в такой конструкции камеры заставляют путь потока воздуха/топлива отклоняться и заставлять его двигаться по нисходящей спирали вокруг оси цилиндра. Во время такта сжатия площадь сжатого воздуха/топлива уменьшается до такой степени, что захваченная смесь резко выталкивается из тонкого конца камеры в толстый. Это создает значительную кинетическую энергию, которая при воспламенении увеличивает общую мощность.

Ванна или камера сгорания в форме сердца

Дизайн ванны

Обозначение ванны обычно используется для любой камеры, которая не является клиновидной или полусферической. В большинстве отечественных двигателей с толкателем он использовался в различных формах. В некоторых случаях форма камеры сгорания была почти овальной, а более поздние тенденции заключались в более эффективной форме сердца.

Примером этого может служить текущий LS1 от Chevrolet. Платформа головки блока цилиндров, которая перекрывает поршень, образует две хлюпающие области: большую область напротив свечи зажигания и меньшую область на противоположной стороне. Его серповидная форма делает его похожим на камеру сердца.

Клапаны встроенные и частично маскируются стенкой камеры, более открытые со стороны плунжера. Область напротив основной области сжатия обычно сужается и не имеет крутой стены в стиле клина. Расположение свечи зажигания максимально увеличено за счет смещения к выпускному клапану и как можно ближе к центру, что делает общую конструкцию очень эффективной для выработки мощности. Однако передача тепла в непосредственной близости от клапанов ограничивает объемную эффективность и допустимое октановое число.

Стакан в поршне

Стакан и поршень с плоской головкой справа.

Этот подход, по существу, противоположен конструкции с камерой в головке. Он не пользуется популярностью у разработчиков двигателей в США, хотя в начале 20 века он использовался в конфигурациях двигателей с плоской головкой. Однако европейские конструкторы двигателей все еще иногда используют эту конструкцию.

Он состоит из плоской головки блока цилиндров с одним рядом клапанов, обращенных к круглой полости, отлитой в поршне. По периметру поршня создается кольцевая хлюпающая область. Известный своим очень турбулентным сгоранием, он хорошо работает с дизельными двигателями, но считается слишком шумным по американским стандартам.

Из всего этого вытекает смысл

То, как камера сгорания использует поток воздуха, так же важно, как и сам поток. Не менее важна форма верхней части поршня, так как любой выступ в камеру сгорания замедлит скорость пламени. Идеальной конструкцией является выпуклый или плоский поршень, так как теоретически фронт пламени может равномерно распространяться по его поверхности.

Все это говорит о том, что главным в конструкции двигателя является тепловой КПД. Идеальный двигатель должен иметь высокую степень сжатия для обеспечения теплового КПД и приемистости, но он должен работать в унисон с камерой сгорания, имеющей высокую скорость горения.

Это необходимо для повышения допустимого октанового числа двигателя и ограничения образования оксидов азота (NOx). Высокая степень сжатия увеличивает образование NOx за счет повышенного давления в цилиндре и нагрева заряда, поскольку он вытесняется в меньшую область. Чтобы ограничить производство Nox, нужно иметь высокую скорость сжигания, но в реальном мире этого добиться трудно.

Помимо выбросов и допустимого октанового числа для производства мощности необходимо, чтобы давление в цилиндре повышалось как можно быстрее, позволяя использовать его для расширения против поршня на максимально возможном протяжении хода.

Обратите внимание, насколько малы современные радиаторы?

Загляните под капот любого нового автомобиля, и вы увидите довольно маленький радиатор, хотя мощность вашего автомобиля/внедорожника может составлять 250-300 лошадиных сил.