Классификация камер сгорания дизельного двигателя

Объем — камера — сгорание

Объем камеры сгорания и трубопроводов, соединяющих ее с турбиной, невелик по сравнению с расходом воздуха. Поэтому влияние объема газа перед турбиной на процесс регулирования сказывается слабо. Регулирование работает вполне устойчиво, без пульсаций, как во время синхронизации, так и при нормальной эксплуатации. При полном сбросе нагрузки перерегулирование получается очень незначительным.
 

Объем камеры сгорания и рабочий объем в сумме составляют полный объем цилиндра. Степень сжатия показывает, во сколько раз полный объем цилиндра больше камеры сгорания.
 

Объем камеры сгорания при этом предполагают заполненным остаточными газами. Числовые значения величин, входящих в уравнение (21.9), за исключением R0, зависят от условий работы двигателя и оказывают существенное влияние на величину весового заряда.
 

Сумма объема камеры сгорания и рабочего объема цилиндра называется полным объемом цилиндра.
 

В объеме камеры сгорания ( объемное смесеобразование), когда топливо впрыскивается непосредственно в движущуюся воздушную среду, причем: не предполагается его попадание на поверхности, ограничивающие камеру сгоранпя. В этом случае то плпво может воспламеняться в нескольких зонах, где температуры наиболее высокие, а состав смеси находится в концентрационных пределах, при которых возможно воспламенение топлива.
 

Для изменения объема камеры сгорания, в случае работы на различных сортах топлива, в верхней части цилиндровой головки двигателя установлен специальный небольшой поршень.
 

При увеличении расстояния объем камеры сгорания возрастает, давление газов снижается и заглубление дюбеля уменьшается.
 

Отношение поверхности и объема камеры сгорания может быть понижено путем увеличения рабочего объема цилиндра, путем увеличения отношения длины хода поршня к диаметру цилиндра, путем снижения степени сжатия и путем изменения формы камеры сгорания.
 

Эти тепловые напряжения объема камер сгорания были установлены для определенных агрегатов ( паровых котлов), оборудуемых горелками, мало различающимися по факелу, который они создавали.
 

Отношение поверхности к объему камеры сгорания имеет большое значение. Если несгоревший заряд сжат в малом пространстве, то стенки камеры достаточно охлаждают газ и действуют на течение химических реакций. Большая поверхность повышает вероятность обрыва цепей, не столько за счет диффузии ( так как давление слишком велико), сколько вследствие, переноса активных частиц движущимся газом, что вызывает увеличение задержки воспламенения.
 

Рабочий объем цилиндра и объем камеры сгорания, вместе взятые, составляют полный объем цилиндра. В многоцилиндровых двигателях сумма рабочих объемов всех цилиндров выражается в литрах и называется литражом двигателя. При малых объемах — до одного литра — он выражается в кубических сантиметрах.
 

Предупреждение об использовании файлов cookies на сайте Info KS

В соответствии с законами ЕС, поставщики цифрового контента обязаны предоставлять пользователям своих сайтов информацию о правилах в отношении файлов cookie и других данных. Администрация сайта должна получить согласие конечных пользователей из ЕС на хранение и доступ к файлам cookie и другой информации, а также на сбор, хранение и применение данных при использовании продуктов Google.

Файл cookie – файл, состоящий из цифр и букв. Он хранится на устройстве, с которого Вы посещаете сайт Info KS. Файлы cookie необходимы для обеспечения работоспособности сайтов, увеличения скорости загрузки, получения необходимой аналитической информации.

Сайт использует следующие cookie:

Необходимые для работы сайта: навигация, скачивание файлов. Происходит отличие человека от робота.

Файлы cookie для увеличения быстродействия и сбора аналитической информации. Они помогают администрации сайта понять взаимодействие посетителей сайтом, дают информацию о страницах, которые были посещены. Эта информация помогает улучшать работу сайта.

Рекламные cookie. В эти файлы предоставляют сведения о посещении наших страниц, данные о ссылках и рекламных блоках, которые Вас заинтересовали. Цель — отражать на страницах контент, наиболее ориентированный на Вас.

Если Вы не согласны с использованием нами файлов cookie Вашего устройства, пожалуйста покиньте сайт.

Продолжением просмотра сайта Info KS Вы даёте своё согласие на использование файлов cookie.

Форма — камера — сгорание

Форма камеры сгорания влияет на интенсивность вихревых движений в цилиндре.
 

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.
 

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.
 

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.
 

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.
 

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.
 

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.
 

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.
 

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.
 

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.
 

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

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.
 

Прямоточные воздушно-реактивные двигатели

Двигатели прямоточного воздушно-реактивного двигателя отличаются во многих отношениях от традиционных газотурбинных двигателей, но большинство тех же самых принципов держится. Одно существенное различие — отсутствие вращающегося оборудования (турбина) после камеры сгорания. Выхлоп камеры сгорания непосредственно питается носик. Это позволяет камерам сгорания прямоточного воздушно-реактивного двигателя гореть при более высокой температуре. Другое различие — то, что много камер сгорания прямоточного воздушно-реактивного двигателя не используют лайнеры как камеры сгорания газовой турбины, делают. Кроме того, некоторые камеры сгорания прямоточного воздушно-реактивного двигателя — камеры сгорания свалки, а не более обычный тип. Камеры сгорания свалки вводят топливо и полагаются на рециркуляцию, произведенную большим изменением в области в камере сгорания (а не swirlers во многих камерах сгорания газовой турбины). Однако много камер сгорания прямоточного воздушно-реактивного двигателя также подобны традиционным камерам сгорания газовой турбины, таковы как камера сгорания в прямоточном воздушно-реактивном двигателе, используемом ОПРАВОЙ 8 ракет Talos, которые использовали камеру сгорания мочь-типа.

Котлы с закрытой камерой сгорания

Конструкция подобного устройства является наиболее производительной, поскольку газ, попадающий в нее, выжигается практически до конца. Дым обладает менее токсичными свойствами, в отличие от выше рассматриваемого типа камеры сгорания. Наличие дымохода для него необязательно.

Принцип работы

Работа газовых котлов с закрытой камерой сгорания происходит благодаря тому, что воздух в принудительном порядке отправляется в зону, где происходит горение. Конструкция блока нагревания претерпела некоторые изменения, и является камерой, внутри которой находится форсунка и канал для осуществления подачи воздуха из наружного вентилятора. Промеж двойных стенок находится вода. Когда газ горит, она подвергается нагреву, а дым выходит через дымоотвод под давлением, которое создает нагнетатель, на дальние расстояния. Часто используются и короткие дымоходы, чтобы осуществлять отвод дыма наружу. В таких случаях их устанавливают горизонтально. Воздух в котел попадает тем же путем, по которому выводится дам. За счет двойных стенок дымохода, забираемый воздух нагревается о тепло выхлопов.

Преимущества и недостатки

К ряду преимуществ котлов с таким видом камеры сгорания относят:

• минимальный расход топлива, если сравнивать с расходом открытых горелок;
• если турбина находится в рабочем состоянии, тяга и стабильность работы котла гарантируется;
• подходит для установки в многоэтажных домах, так как сооружать дымоход не нужно. Выброс дыма происходит под давлением на расстояние более трех метров;
• не требует создания отдельного помещения или обеспечение непрерывной вентиляции. Смесь из газа приготавливается вместе с наружным воздухом.

У всякого сложного агрегата помимо достоинств, всегда можно выделить ряд недостатков, которые помогут сделать правильный выбор:

Для котлов с таким видом камеры сгорания довольно часто необходимо проходить техническое обслуживание

При проверке всегда следует обращать внимание на состояние турбины, очищать лопасти и производить смазку.
У турбины есть ограниченный срок использования. Это свойственно всем агрегатам, у которых имеются движущиеся части.
Область сгорания может перемерзнуть

Это случается из-за того, что дымоход слишком короткий и при плохих погодных условиях в виде ветра и мороза может сулить аварией. Модели, которые выпускаются в наше время, оборудуются дополнительными деталями в виде заглушек, реагирующих на температуру извне. Такие конструкции больше склонны к поломкам.
Шум от котла находится на довольно высоком уровне, создает его работающая турбина. С течением времени втулки изнашиваются и загрязняются лопатки, что способствует еще большему усилению шума.
Хоть и расход топлива происходит экономично, но этого нельзя сказать об электричестве. Турбина и система электронного контроля нуждается в большом объеме электроэнергии.

Какой вид камеры сгорания лучше выбрать: открытый или закрытый?

Газовые котлы с открытой камерой сгорания устанавливаются довольно редко. Их ставят обычно тогда, когда не хватает финансов на настенные котлы (касается бюджетных напольников). Либо ставят когда, когда частные перебои со светом. Служат так же хорошим выбором в дома с большой площадью, где нет стабильно электроснабжения.

Котлы с закрытой камерой сгорания пользуются наибольшей популярностью и распространенность, поскольку не нуждаются в создании котельных, а сами выступают в их роли, вмещая все самое необходимое в размеры, подобные одному кухонному шкафу и значительно экономичнее напольников.

Наши рекомендации будут простыми: если ваш дом не превышает 350 кв. метров и нет систематических проблем с электричеством, ставьте настенный газовый котел. В остальных случаях рассматривайте напольные модели.

Но есть и альтернативно противоположная точка зрения. Вы можете с ней так же ознакомиться и поделиться ниже, какой подход вам ближе:

Читайте так же:

Камеры сгорания газовых турбин в составе газотурбинной установки (ГТУ)

В камерах сгорания внутренняя энергия топлива при сжигании преобразуется в потенциальную энергию рабочего тела. В современных ГТУ используется жидкое или газообразное топливо. Для сжигания топлива необходим окислитель, которым служит кислород воздуха. Воздух повышенного Давления поступает в камеру сгорания после компрессора.

При сжигании топлива образуются газообразные продукты сгорания высокой температуры, которые перемешиваются с дополнительным количеством воздуха. Образующийся горячий газ (рабочее тело) направляется в газовую турбину.

Рис.1. Камера сгорания ГТУ:1 — подвод топлива, 2 — регистр, 3 — пламенная труба,4 — смеситель, 5 — зона смешения, 6 — зона горения,7 — корпус, 8 — топливораздающее устройство (форсунка)

Простейшая камера сгорания газотурбинной установки (рис.1) состоит из топливораздающего устройства 8, регистра первичного воздуха 2, пламенной трубы 3 и смесителя 4, которые размещаются в корпусе 7. Корпус нагружен давлением изнутри.

Топливораздающее устройство (горелка или форсунка) 8 подает топливо в зону горения 6. Весь воздух, подаваемый в камеру сгорания, разделяется на два потока. Меньшая часть воздуха (первичный воздух) в количестве, необходимом для поддержания процесса горения, поступает через регистр 2 в зону горения. Большая часть воздуха (вторичный воздух) в процессе горения не участвует, а проходит между корпусом 7 и пламенной трубой 3, охлаждая ее. Затем, пройдя через смеситель 4, этот воздух перемешивается с продуктами сгорания в зоне смешения 5, охлаждая их до заданной температуры.

Конструкция камеры сгорания газотурбинных установок зависит от назначения и схемы ГТУ, параметров ее цикла и вида топлива. Вместе с тем существует ряд признаков, по которым можно разделить камеры сгорания ГТУ на несколько типов.

Виды конструкций камер сгорания:

1. Камера сгорания с прямым впрыском 
2. Камера сгорания с непрямым впрыском.

Камера сгорания с прямым впрыском

В камере сгорания с прямым впрыском топливо впрыскивается непосредственно у закрытого конца цилиндра. Давайте рассмотрим подробнее схему камеры сгорания открытого типа.

Камеры сгорания, как правило использовались на тяжелых автомобилях, но после модификации стали использоваться на автомобилях с 2-х литровым двигателем. Как вы видите в поршне имеется глубокая выемка в которой находится воздух, в тот момент когда поршень находится в ВМТ (верхней мертвой точке) в непосредственной близости к головке цилиндров. Поэтому, чтобы получить требуемую степень сжатия, необходимо использование верхнеклапанного механизма. Для головок цилиндров в головке поршня имеются неглубокие выемки для обеспечения необходимых зазоров. При неправильной регулировке клапанов, последние будут бить по поршню. Для подачи тонко распыленного топлива с давлением 175 бар с струю воздуха применяется форсунка, затем топливовоздушная смесь поступает в выемку поршня (камеру сгорания). Завихрение в этом случае образуется в вертикальной и горизонтальной плоскостях.

При подъеме поршня воздух заходит в выемку и перемещается примерно так, как изображено на рисунке. Когда поршень находится в ВМТ, это движение еще больше ускоряется благодаря завихрению поршня между поршнем и головкой. Горизонтальное или вращающееся завихрение может быть получено путем использования завихрителя на впускном клапане.

Комбинация двух вихревых потоков создает «круговорот» воздуха в выемке и обеспечивает необходимую подачу кислорода в область горения.

Камера сгорания с непрямым впрыском

При непрямом впрыске может впрыск более равномерный, за счет этого необходимо меньшее давление впрыска. Непрямой впрыск обеспечивает работу двигателя в большом диапазоне оборотов.

Фирма Ricardo Comet сконструировала большинство камер сгорания с непрямым впрыском. В камерах непрямого впрыска имеется вихрекамера, которая соединяется каналом с главной камерой. Благодаря этому конструкция позволяет работать с более высокими температурами.

При такте сжатия нагнетание воздуха происходит через канал вихрекамер. В быстро движимую массу воздуха происходит впрыск топлива, после чего оно распыляется на мельчайшие частички. После горения в вихревой камере уже горящее топливо с несгоревшим топливом поступает в основную камеру сгорания, которая находится в днище поршня. При увеличении времени впрыска для поддержания необходимой мощности двигателя, основная часть топлива, впрыскиваемая уже в конце периода впрыска, тщательно смешивается с воздухом в основной камере и уже потом загорается. Благодаря этому период горения может продолжаться в течении длительного времени до тех пор, пока топливу не будет хватать кислорода для горения. С этого момента начнет появляться черный смог. Он показывает максимум топлива, которое может быть впрыснуто для работы двигателя с максимальной мощностью и без потери экономичности.

Требования к камере сгорания ГТД

Камера сгорания — один из самых сложных элементов конструкции двигателя. В настоящее время она должна удовлетворять следующим десяти требованиям:

Высокое значение коэффициента полноты сгорания η, равного отношению энергии, выделяющейся при сжигании 1 кг топлива к теплотворной способности топлива. Типичные значения η — 0,98..0,99.
Малые потери полного давления δ=p1∗−p2∗p1∗⋅100%{\displaystyle \delta ={\frac {p_{1}^{*}-p_{2}^{*}}{p_{1}^{*}}}\cdot 100\%}, так как это ведет к уменьшению тяги. Типичные значения δ: 3% (противоточные камеры), 6 % (прямоточные), 8 % (двухконтурные двигатели).
Малые габариты камеры для облегчения веса

При этом длина камеры обычно в 2—3 раза больше высоты.
Обеспечение широкого диапазона изменения параметров (расхода воздуха, топлива) — обеспечение возможности работать на разных режимах: 2≤α=GairLGfuel≤50{\displaystyle 2\leq \alpha ={\frac {G_{air}}{L_{0}G_{fuel}}}\leq 50}, где L — стехиометрический коэффициент (количество воздуха, необходимого для сжигания 1 кг топлива, принимается ≈0,1488).
Обеспечение заданной эпюры распределения температуры в выходном сечении камеры при минимальной неравномерности этой температуры в окружном направлении (при большой степени неравномерности может сгореть сопловой аппарат).
Надёжный запуск камеры при температурах до −60 °С, в том числе полётный запуск на высоте 7 км.
Малая дымность отработанных газов (для визуальной незаметности).
Концентрация токсических веществ в выхлопных газах на срезе сопла не должна превышать нормы ИКАО — более важное требование. Наиболее существенные концентрации у веществ CO, CnHm, NOx.
Отсутствие вибрационного горения (автоколебаний).
Определённый срок службы (минимально 4000 часов до ремонта, 20 000 часов всего — это порядка 2 лет).

Системы с предкамерой

В системе с предкамерой (форкамерой), используемой для дизельных двигателей легковых автомобилей, топливо впрыскивается в горячую предкамеру (дополнительную камеру). Здесь начинается предварительное воспламенение, чтобы достичь образования качественной смеси и уменьшения задержки воспламенения для основного процесса сгорания.

Топливо впрыскивается с помощью игольчатой форсунки при относительно низком давлении (до 300 бар). Специально разработанная поверхность экрана в центре камеры распределяет струю топлива, которая разбивается на части и интенсивно перемешивается с воздухом. Сгорание начинается и продвигает частично воспламененную топливо-воздушную смесь через отверстия на нижнем конце предкамеры в основную камеру сгорания над поршнем и смесь нагревается в процессе еще больше. При этом имеет место интенсивное перемешивание топлива с воздухом в основной камере сгорания, сгорание продолжается и завершается. Малый период задержки воспламенения и контролируемое высвобождение энергии при общем низком уровне давления в основной камере сгорания приводит к «мягкому» сгоранию с небольшим шумом и уменьшением нагрузки на двигатель. Оптимизированная версия предкамеры обеспечивает сгорание с пониженным содержанием токсичных соединений в выхлопных газах и уменьшение выбросов в среднем на 40%. Модифицированная форма предкамеры с углублением для испарения и измененная форма и положение поверхности экрана (шаровой стержень) обеспечивают специфическое завихряюшее действие на воздух, после того как он поступает из цилиндра в предкамеру после сжатия. Топливо впрыскивается под углом в 5° относительно оси предкамеры.

Накальная свеча располагается ниже воздушного потока для предотвращения помех при сгорании. Управляемый последующий накал в течение времени до 1 минуты после запуска холодного двигателя (в зависимости от температуры охлаждающей жидкости) служит для уменьшения состава выхлопных газов и уменьшения шумов при прогреве двигателя.

Формы — камера — сгорание

Формы камер сгорания этого типа могут быть различными.
 

От формы камеры сгорания зависит и возникновение детонации, ограничивающей повышение степени сжатия, а следовательно, и повышение мощности и экономичности двигателя при работе его на определенном сорте топлива. Детонационное сгорание, при котором рабочая смесь сгорает со скоростью примерно в сто раз большей, чем скорость нормального сгорания, чаще всего возникает в местах камеры, расположенных на значительном расстоянии от свечи. В этих местах вследствие удлинения пути пламени, дополнительного сжатия и значительного нагрева несгоревшей части смеси сгорание происходит при более высоких температурах и давлениях, что усиливает интенсивность химических реакций и ускоряет возникновение детонации в той части смеси, которая воспламеняется в последнюю очередь. Чтобы не допустить детонационного сгорания части смеси, — сгорающей в последнюю очередь, ее располагают в хорошо охлаждаемой части камеры.
 

Наконец, формы камеры сгорания и дюз должны быть такими, чтобы возникающая реактивная сила была направлена в нужную сторону. Необходимо, чтобы дюзы свободно пропускали большие массы газа так, чтобы внутри струи не возникало ненужных движений.
 

В табл. 8 приведены формы камер сгорания карбюраторных и газовых двигателей и их характеристика. У карбюраторных и газовых двигателей клапаны располагаются как в головке ( подвесные), так и в самом блоке цилиндров, в случае смещенной камеры сгорания — Г — образной головке ( фиг. Конструкция головки цилиндров в автотракторных ( быстроходных бескомпрессорных) дизелях тесно связана с принятым принципом смесеобразования и включает в себя все элементы, определяющие его. Главные требования к ней сводятся к обеспечению проникновения распыленного топлива через слой воздуха и равномерного перемешивания с ним.
 

Конструкция головки блока зависит от формы камеры сгорания и расположения клапанов. Клиновая форма камеры обеспечивает большую стойкость против детонации.
 

Конструкция головки цилиндров зависит от формы камеры сгорания, расположения клапанов, свечей или форсунок, впускных и выпускных каналов, наружных трубопроводов и направлеиия потоков охлаждающей жидкости.
 

Конструкция головки блока зависит от формы камеры сгорания и расположения клапанов.
 

Конструкция головки блока цилиндров зависит от формы камеры сгорания и расположения клапанов. Форма камеры сгорания оказывает большое влияние на характер протекания рабочего процесса в цилиндре и особенно на процесс сгорания.
 

Количество и расположение сопловых отверстий выбирается исходя из формы камеры сгорания и способа смесеобразования.
 

Конструкция головки зависит в основном от типа и размеров двигателя, формы камеры сгорания, способа охлаждения, вида механизма газораспределения, расположения клапанов, форсунок и свечей, а также конструкции топливоподающей системы.
 

Наиболее выгодными для обеспечения наименьших тепловых потерь являются полусферическая или цилиндрическая формы камеры сгорания. При высоких степенях сжатия камеры сгорания следует полностью механически обрабатывать. Это необходимо для точного выполнения объема камер сгорания, а также устранения шероховатых поверхностей, которые склонны к перегреву. В этом случае форму камеры сгорания следует выбирать из соображений легкости ее механической обработки или применять литьо в кокиль.
 

Конструкция головки зависит в основном от типа и размеров двигателя, формы камеры сгорания, способа охлаждения, вида механизма газораспределения, расположения клапанов, форсунок или свечей, а также конструкции топливоподающей системы.
 

Для дизелей теплоотдача вследствие более высоких параметров процесса сгорания сильно зависит от формы камеры сгорания.