Что такое неразделенная камера сгорания

О камерах сгорания и типах смесеобразования

Большинство задач повышения качества смесеобразования в дизельных двигателях во многом решаются путем выбора формы камеры сгорания.
Различают неразделенные камеры сгорания (однополостные) (рис. 1а, б) и разделенные (рис. 1,в).

Неразделенные камеры сгорания представляют собой камеру, образованную днищем поршня, когда он находится в ВМТ, и плоскостью головки цилиндров. Неразделенные камеры сгорания применяют в основном в дизелях тракторов и грузовых автомобилей. Они позволяют повысить экономичность двигателя и его пусковые качества (особенно холодного двигателя).

Вихревая камера работает следующим образом. В головке цилиндров имеется шаровая полость – вихревая камера, соединенная каналом с основной камерой сгорания над поршнем. При движении поршня вверх во время сжатия воздух с большой скоростью входит в вихревую камеру по касательной к ее стенкам.
В результате этого поток воздуха закручивается со скоростью до 200 м/с. В этот раскаленный (700…900 К) воздушный вихрь форсунка впрыскивает топливо, которое воспламеняется и давление в камере резко возрастает.
Газы с недогоревшим топливом по каналу выбрасываются в основную камеру, где происходит догорание оставшегося топлива. Объем вихревой камеры составляет 40…60% общего объема камеры сгорания, т. е. примерно половину объема.

Предкамерные (форкамерные) двигатели имеют камеру из двух частей. Топливо впрыскивается в цилиндрическую предкамеру (форкамеру), и часть его (до 60%) воспламеняется. Процесс горения топлива протекает так же, как и в вихревой камере.

Разделенные камеры сгорания менее чувствительны к составу топлива, работают в широком диапазоне частот вращения коленчатого вала, обеспечивают более качественное смесеобразование и менее жесткую работу путем сокращения периода задержки воспламенения.
Однако их основным недостатком является затруднительный пуск двигателя и увеличенный расход топлива по сравнению с неразделенными камерами сгорания.

Иногда выделяют полуразделенные камеры сгорания ( 20.10.21

Ломаешь голову над тем что означает маркировка двигателя твоей Тойоты? Тогда тебе сюда!

Не знаешь какой двигатель установлен на твоей техниике? Посмотри сюда.

Источник

Классификация камер сгорания дизельного двигателя

Камера сгорания двигателя — это замкнутое пространство, полость для сжигания газообразного, или жидкого топлива в двигателях внутреннего сгорания. В камере сгорания происходит приготовление и сжигание топливовоздушной смеси.

Наряду с обеспечением оптимального смесеобразования ⭐ камеры сгорания должны способствовать получению высоких экономических показателей и хороших пусковых качеств двигателей. В зависимости от конструкции и используемого способа смесеобразования камеры сгорания дизелей делятся на две группы:

Неразделенные камеры сгорания

Неразделенные камеры сгорания представляют собой единый объем и имеют обычно простую форму, которая, как правило, согласуется с направлением, размерами и числом топливных факелов при впрыске. Эти камеры компактны, имеют относительно малую поверхность охлаждения, благодаря чему снижаются потери теплоты. Двигатели с такими камерами сгорания имеют приличные экономические показатели и хорошие пусковые качества.

Неразделенные камеры сгорания отличаются большим разнообразием форм. Чаще всего они выполняются в днище поршней, иногда частично в днище поршня и частично в головке блока цилиндров, реже — в головке.

На рисунке показаны некоторые конструкции камер сгорания неразделенного типа.

Рис. Камеры сгорания дизелей неразделенного типа: а — тороидальная в поршне; б — полусферическая в поршне и головке цилиндра; в — полусферическая в поршне; г — цилиндрическая в поршне; д — цилиндрическая в поршне с боковым размещением; е — овальная в поршне: ж — шаровая в поршне; з — тороидальная в поршне с горловиной; и — цилиндрическая, образованная днищами поршней и стенками цилиндра; к — вихревая в поршне; л — трапецеидальная в поршне; м — цилиндрическая в головке под выпускным клапаном

В камерах сгорания, приведенных на рисунке, а—д качество смесеобразования достигается исключительно путем распыления топлива и согласования формы камер с формой факелов впрыска топлива. В этих камерах чаше всего применяются форсунки с многодырчатыми распылителями и используются высокие давления впрыска. Такие камеры имеют минимальные поверхности охлаждения. Для них характерна низкая степень сжатия.

Камеры сгорания, показанные на рис. е—з, имеют более развитую теплопередаюшую поверхность, что несколько ухудшает пусковые свойства двигателя. Однако путем вытеснения воздуха из надпоршневого пространства в объем камеры в процессе сжатия удается создать интенсивные вихревые потоки заряда, которые способствуют хорошему перемешиванию топлива с воздухом. При этом обеспечивается высокое качество смесеобразования.

Камеры сгорания, показанные на рисунке, к—м, находят применение в многотопливных двигателях. Для них характерно наличие строго направленных потоков заряда, обеспечивающих испарение топлива и его введение в зону сгорания в определенной последовательности. Для улучшения рабочего процесса в цилиндрической камере сгорания в головке под выпускным клапаном (рис. м) используется высокая температура выпускного клапана, который является одной из стенок камеры.

Разделенные камеры сгорания

Разделенные камеры сгорания состоят из двух отдельных объемов, соединяющихся между собой одним или несколькими каналами. Поверхность охлаждения таких камер значительно больше, чем у камер неразделенного типа. Поэтому в связи с большими тепловыми потерями двигатели с разделенными камерами сгорания имеют обычно худшие экономические и пусковые качества и, как правило, более высокие степени сжатия.

Однако при разделенных камерах сгорания за счет использования кинетической энергии газов, перетекающих из одной полости в другую, удается обеспечить качественное приготовление топливно-воздушной смеси, благодаря чему достигается достаточно полное сгорание топлива и устраняется дымление на выпуске.

Рис. Камеры сгорания дизелей разделенного типа: а — предкамера; б — вихревая камера в головке; в — вихревая камера в блоке

Кроме того, дросселирующее действие соединительных каналов разделенных камер позволяет значительно уменьшить «жесткость» работы двигателя и снизить максимальные нагрузки на детали кривошипно-шатунного механизма. Некоторое снижение «жесткости» работы двигателей с разделенными камерами сгорания может также обеспечиваться путем повышения температуры отдельных частей камер сгорания.

Источник

Камера сгорания форсированного двигателя

Неразделенная камера сгорания

Двигатели с непосредственным впрыском топлива (рис. 1) имеют более высокий КПД и работают экономичнее, чем двигатели с разделенными камерами, поэтому они используются на всех грузовых автомобилях и на большинстве новых легковых автомобилей.

Рис.11. Многострунный распылитель2. ‘ / образная выемка в поршне3. Штифтовая свеча накаливания

При непосредственном впрыске топливо сразу попадает в камеру сгорания 1 с ш-образной выемкой 2, находящейся в поршне, поэтому распылнвание, нагрев, испарение и смешивание топлива с воздухом должны быстро следовать друг за другом. При этом предъявляются высокие требования к подаче не только топлива, но и воздуха. Во время тактов впуска и сжатия в цилиндре благодаря специальной конструкции впускного канала в головке блока цилиндров возникает воздушный вихрь. Форма камеры сгорания также способствует вихревому движению воздуха в конце хода сжатия (т. е. к началу впрыскивания). Из различных видов выемок в поршне, образующих камеру сгорания, в разное время применявшихся при создании дизелей, в настоящее время широкое применение нашла ц-образная выемка в поршне. Топливо должно вводи 1Ы.И и камеру сгорания таким образом, чтобы, равномерно распределяясь по объему камеры, оно могло быстро перемешиваться с воздухом. Для этого, в отличие от дизеля с разделенными камерами сгорания, где используется форсунка со штифтовым распылителем, при непосредственном впрыске топлива применяется форсунка с многоструйным распылителем 1. Распространение его топливных факелов должно быть оптимизировано и согласовано с параметрами камеры сгорания. Давление впрыскивания при непосредственной подаче топлива очень высокое (до 2000 бар).На практике при непосредственном впрыске применяются два способа интенсификации смесеобразования:• за счет целенаправленного движения воздуха;• за счет впрыска топлива — без использования движения воздуха.

Во втором случае отсутствуют затраты энергии на завихрение воздуха на впуске, что уменьшает потери на газообмен и улучшает наполнение цилиндра. Использование этого способа, однако, предъявляет повышенные требовании к расположению и количеству отверстии в распылителе форсунки, а также к тонкости распыливання топлива, что определяется диаметром отверстии распылителя. Кроме того, для достижения малой продолжительности впрыскивания и хорошего распыликания топлива необходимо очень высокое давление впрыска.

Камера – сгорание – дизельный двигатель

Камеры сгорания дизельных двигателей бывают неразделенного и разделенного типа.

Камера сгорания дизельных двигателей второго типа состоит из основной и дополнительной камер, В конце такта сжатия топливо впрыскивается через форсунку в дополнительную камеру, где оно частично сгорает, после чего продукты сгорания и еще не сгоревшее топливо перетекают в основную камеру, где и завершается процесс горения. Хорошее перемешивание топлива с воздухом и полное сгорание полученной смеси у двигателей этого типа достигаются благодаря перетеканию с большой скоростью газов через канал, соединяющий обе части камеры сгорания.

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

В камере сгорания дизельного двигателя смесь гетерогенна. Таким образом, характер смесеобразования, предпламенных превращений, воспламенения и горения в дизельном двигателе предопределяет значительно большие размеры образования сажи по сравнению с бензиновыми двигателями.

Топливовоздушная смесь в камере сгорания дизельного двигателя никогда не бывает однородной по температуре, поэтому развитие предпламенных реакций всегда протекает неодинаково в отдельных ее частях.

На рис. 55 показана зависимость степени сжатия в камере сгорания дизельного двигателя на уровень цетанового числа применяемого топлива.

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

Размер – камера – сгорание

Размеры камеры сгорания должны быть таковы, чтобы смешение и химические реакции успели закончиться до входа в сопло двигателя. Необходимые размеры камеры определяются величиной т – временем пребывания в камере топлива и его продуктов сгорания, которое находится по величине объема продуктов сгорания при температуре горения Т, давлении в двигателе р, объеме камера сгорания V, соотношению pV RT и количеству топлива, сгорающего в 1 сек. Однако нужно иметь в виду, что объем топлива по мере его сгорания в камере возрастает от очень малой величины ( объема жидкого тела) до значения VK, а время пребывания вычисляется по этому большему объему. При увеличении давления время пребывания в камере увеличивается, поэтому камера на том же расходе топлива может быть меньших размеров.

С увеличением размеров камеры сгорания температура пламенной трубы возрастает. Однако имеющийся опытный материал, касающийся камер сгорания размером около одного метра и более, показывает, что температура пламенной трубы не достигает опасного уровня.

При уменьшении размеров камеры сгорания уменьшаются разрежение, создаваемое горелкой в начале камеры, и количество рецирку-лирующих газов, а последнее при сжигании холодного газа с холодным воздухом ухудшает условия воспламенения и увеличивает отрыв факела от горелки. При очень малом сечении камеры и сжигании холодного газа с холодным воздухом для обеспечения устойчивого горения требуются специальные стабилизаторы воспламенения.

С уменьшением размеров камеры сгорания увеличивается влияние нагрузки на полноту сгорания.

При расчете размеров камер сгорания или при решении обратной задачи – выборе горелок для камер заданных размеров – руководствуются опытными данными работы сходственных установок и интуицией.

Поэтому он должен свестись к определению размеров камеры сгорания в зависимости от расхода горючей смеси. Чрезвычайно важным элементом расчета является определение длины камеры сгорания как непременное условие для полного сгорания топлива.

В работе [ 2J впервые рассмотрено влияние размеров камеры сгорания на среднюю скорость горения. Аналогичные, результаты сравнительно просто получить, используя метод Авери для определения повышения температуры, обусловленного поглощением энергии излучения.

Камера – сгорание – двигатель

Камера сгорания двигателя – прямоточная кольцевого типа, состоит из следующих основных узлов: наружного и внутреннего корпусов, жаровой части с 32 горелками и двух воспламенителей.

Камеры сгорания двигателей с подвесными клапанами по сравнению с камерами сгорания двигателей с боковыми клапанами и двигателей со смешанным расположением клапанов обладают рядом преимуществ. Эти камеры имеют компактную форму, благодаря чему их относительная поверхность, а следовательно, и потери на охлаждение получаются меньшими, чем в камерах с боковым и смешанным расположением клапанов. Благодаря меньшим сопротивлениям при всасывании ( отсутствие резких поворотов всасываемого потока и относительно слабые его удары о днище поршня, меньшие вихри и меньшие потери на трение смеси о стенки камеры) коэффициент наполнения r v двигателей с подвесными клапанами выше, чем двигателей с боковыми клапанами.

Камеры сгорания двигателей с подвесными клапанами допускают более высокие степени сжатия, что позволяет повысить литровую мощность и экономичность двигателя. Двигатели западноевропейских автомобилей, работающие на бензинах с октановым числом 75 – 85, характеризуются менее высокими степенями сжатия ( 6 5 – 8 5), чем американские двигатели.

Камера сгорания двигателя – прямоточная кольцевого типа, состоит из следующих основных узлов: наружного и внутреннего корпусов, жаровой части с 32 горелками и двух воспламенителей.

Камеры сгорания двигателей с подвесными клапанами допускают более высокие степени сжатия, что позволяет повысить литровую мощность и экономичность двигателя.

Камера сгорания двигателя имеет наружное охлаждение горючим. Система охлаждения устроена по принципу двух ходов, в соответствии с которым охладитель проходит по одной трубке и возвращается обратно по соседней. Существуют конструкции, в которых используется пористо-регенеративная система, включающая в себя пористую вставку, расположенную от форсуночной головки до линии несколько ниже критического сечения, и трубки регеративного охлаждения.

Камера сгорания двигателя короткая, кольцевого типа, спроектирована специально для работы при большом давлении газа. Она работает бездымно с высокой полнотой сгорания, что достигнуто с помощью хорошего перемешивания топлива и воздуха непосредственно за форсунками и применения завихрителя с увеличенным расходом воздуха через первичную зону. Кроме того, перед фронтовым устройством камеры установлен разделитель потока воздуха, гарантирующий распределение воздуха по наружному и внутреннему кольцевым каналам камеры.

Камера сгорания двигателя – кольцевая, с форсунками испарительного типа, бездымная. В задней части внутреннего корпуса расположен роликовый подшипник турбины высокого давления.

Камера сгорания двигателя – кольцевая, противоточная, с пневматическими форсунками, имеет высокую полноту сгорания в расчетной точке работы двигателя. Камера обеспечивает низкий уровень выделения загрязняющих веществ, работая на обедненной топливовоздушгюй смеси в первичной зоне.

Камера сгорания двигателя – кольцевого типа, очень короткая, с оригинальным смесеобразующим устройством. В этом устройстве топливо через 20 трубок подается в небольшие смесители вихревого типа, где оно предварительно смешивается с поступающим воздухом. Такая конструкция обеспечивает хорошее смешение и полное сгорание топлива на длине камеры менее 255 мм, причем в зоне длиной приблизительно 50 мм происходит смешение, а в остальной части – горение.

Камера сгорания двигателя – прямоточная кольцевого типа, состоит из следующих основных узлов: наружного и внутреннего корпусов, жаровой части с 32 горелками и двух воспламенителей.

Камера сгорания двигателя кольцевого типа имеет внутреннее пленочное и внешнее конвективное охлаждение. Для получения расчетного поля температур на выходе из камеры применены высокоэффективный диффузор за компрессором и относительно большое число ( тридцать) топливных форсунок.

Конструкция камеры сгорания двигателя существенно влияет на ег о работу по циклу Дизеля – Отто на газе. Наилучшие результаты получаются у однокамерных дизелей, наихудшие-у двигателей с разделенной камерой сгорания и другими теплоаккумулирующими и вихревыми приспособлениями.

Отсек камер сгорания двигателя газовой турбины включает: сборник камеры сгорания; пламенные трубы; переходные патрубки в сборе; топливные форсунки; запальные свечи; трансформаторы запала; индикаторы пламени; пламеперебросные патрубки; различные элементы материального обеспечения и прокладки.

Влияние коэффициента сжатия на характеристики мотора

Чем выше степень сжатия, тем больше компрессия ДВС и его мощность (при прочих равных условиях). Повышая степень сжатия, мы также способствуем увеличению КПД двигателя за счет снижения удельного расхода топлива. Степень сжатия ДВС, определяет октановое число используемого для работы мотора бензина. Так, низкооктановое топливо станет причиной детонации мотора с большим значением этого коэффициента. Чрезмерно высокое октановое число топлива не позволит силовому агрегату, компрессия которого невысока, развивать полную мощность.

Исходные данные

Октановое число топлива, используемого для бензиновых двигателей с различной степенью сжатия.

Выравнивание плоскости сопряжения головки с блоком срезанием слоя металла приводит к уменьшению камеры сгорания мотора. От этого показатель сжатия увеличивается в среднем на 0,1 при уменьшении толщины головки на 0,25 мм. Имея в своем распоряжении эти данные, можно определить, не превысит ли он после ремонта головки блока допустимые пределы. И не следует ли принять меры для его снижения. Опыт показывает, что при удалении слоя менее 0,3 мм последствия можно не компенсировать.

Основная камера – сгорание

Основная камера сгорания расположена в нижней части крышки и обеспечивает работу двигателя на генераторном газе со степенью сжатия 9 вместо 18 на жидком топливе.

Основные камеры сгорания ВРД размещаются обычно так, чтобы их внешний диаметр был равен наружному диаметру корпуса компрессора или турбины или несколько превышал его.

К основным камерам сгорания ВРД предъявляются следующие требования.

Каждая форкамера соединяется с основной камерой сгорания двумя отверстиями ( соплами) диаметром по 3 5 мм.

Основная система топливопитания предназначена для подачи топлива в основные камеры сгорания в течение всего времени работы двигателя.

Вместо бункера 8 может устанавливаться небольшая пусковая топка, служащая для разогрева основной камеры сгорания в период пуска и выполняющая функцию бункера накопления провала в период работы.

Организация процесса горения топлива в форсажных камерах ТРД ( рис. 5.14 и 5.21) в сравнении с основными камерами сгорания имеет ряд особенностей.

Воздушно-камерные дизели имеют разделенную камеру ( рис. 58), состоящую из воздушной камеры 2 в головке цилиндра и основной камеры сгорания 3 в надпор-шневом пространстве. Объем воздушной камеры у старых конструкций дизелей составляет около 70 %, а у новых – до 25 % объема пространства камеры сгорания. Камеры сообщаются между собой узкой горловиной. Форсунка 5 расположена вне воздушной камеры: струя топлива направляется к горловине, соединяющей обе камеры, и лишь частично попадает в воздушную камеру.

При з.Г 1,0.

.8.85. Выбросы окиси
углерода определяются по эмпирической
формуле, объем, %:

,

8.9.
Особенности расчета трубчато-кольцевых
камер сгорания

Расчет
трубчато-кольцевых КС проходит в том
же порядке, что и кольцевых, некоторые
особенности возникают в связи с тем,
что проводится расчет отдельной жаровой
трубы.

В начале необходимо
определить количество жаровых труб:

n_ж

– количество жаровых труб, гдеt_ж
– шаг расположения жаровых
труб, принимается t_ж
= 1,1Н_к;
d_ср
– средний диаметр камеры (расположения
ЖТ), определяется по п.п 8.4.2;
Н_к——-
по п.п 8.4.3

8.9.1. Суммарная
площадь миделевого сечения жаровых
труб:

,

8.9.2. Диаметр
отдельной жаровой трубы:

,

.8.9.3. Длину жаровой
трубы определяют из условия обеспечения
требуемой неравномерности температурного
поля :

,

где 
= 0,25 
0,3; А
= 0,07 – коэффициент пропорциональности.

8.9.4.
Суммарная эффективная площадь отверстий
в стенке жаровой трубы, м2,определяется
по величинам площади миделевого сечения
корпуса камеры F_m и
относительному падению давления на
жаровой трубе Р_ж/:

.

8.9.5. Площадь
фронтового устройства

8.9.6. Площадь
отверстий подвода вторичного воздуха
в зоне горения:

8.9.7. Площадь
отверстий подвода охлаждающего воздуха
:

.8.9.8. Площадь
отверстий зоны смешения:

Остальные параметры
определяются так же, как и для кольцевой
камеры сгорания.

8.9.11. Требуемый
диаметр радиальных отверстий зоны
горения, м:

,?

где
– отношение динамических напоров струи
и потока (20
30);

F_о.з.г
=F_о;
– относительная глубина проникновения
струи.

8.9.12. Действительный
диаметр отверстий зоны горения, м:

.

где _о
= 0,7 –
коэффициент расхода в отверстиях стенок
жаровой трубы. Рекомендуется
d_о.з.г
=
0,012 
0,016 м. В случае если диаметр отверстий
больше 0,02 м,
то их выполняют овальными или располагают
в несколько рядов.

8.9.13. Общее количество
отверстий подвода радиальных струй
воздуха в зоне горения:

.

8.9.14. Шаг между
отверстиями по наружному и внутреннему
диаметрам, м:

(.t>2,d.)

8.9.15. Количество
отверстий по наружному диаметру жаровой
трубы:

8.9.16. Количество
отверстий в зоне смешения определяют,
задаваясь диаметром отверстия (можно
принять d_о.з.с=d_о.з.г)

,

где F_о.з.с=F_o.

8.9.17. Количество
отверстий по наружному диаметру в зоне
смешения определяют также, задаваясь
шагом t_о:

;
.

8.9.18. Количество
поясов подвода воздуха для охлаждения
стенок жаровой трубы рассчитывается
по известной суммарной площади подвода
охлаждающего воздуха F_охл
и размерам щелей.

Располагаемую
площадь одного пояса подвода охлаждающего
воздуха для кольцевой камеры сгорания,
м2,
можно определить:

.неоходимо
убрать Dжвн

При щелевом подводе
охлаждающего воздуха h_s
– высота щели, меняется обычно в пределах
0,001 
0,002 м. Количество поясов охлаждения
жаровой трубы, м2:

,

где F_охл
= F_o.

8.9.19.Приближенная
оценка полноты сгорания возможна c
помощью параметра форсировки k_v:

,

где
,V_ж =d_срH_жL_ж– объем жаровой трубы, м3

8.9.20.Границу
устойчивого горения в КС по “бедному”
составу смеси определяют по известному
критерию срыва пламени k_ср

k_ср
=
;

– объем первичной зоны, отвечающей за
стабилизацию пламени, м3.

По значению _ср
определяют предельное значение
коэффициента избытка воздуха в первичной
зоне, обеспечивающее устойчивое горение.

8.9.21. Объемная
теплонапряженность КС, Дж/чм3
Па:

.

Для современных
камер сгорания ГТД: Q_v= (1,2 
6,5)106
Дж/чм3
Па.

8.9.22.
Выбросы окислов азота NO_x
определяют по эмпирической зависимости,
объем,
%:

,

где

– время пребывания смеси в зоне горения,
с;

_з.г =
0,3_к
– коэффициент
избытка воздуха в первичной зоне и общий
для камеры соответственно.

Источник