Какие бывают камеры сгорания у дизельных двигателей

Виды камер сгорания дизельных двигателей

Метод впрыска топлива, его степень сжатия и геометрия камеры сгорания – три основных фактора, влияющих на качество смесеобразования. В конечном счете, мощность и шумность «дизеля» зависят от того, насколько равномерно смесь распределяется внутри камеры. Различают два основных класса дизельных двигателей: моторы с разделенной камерой сгорания и с неразделенной.

«Дизели» первого из указанных типов обычно применяются в легковом транспорте. Для мотора небольшого объема характерно наличие разделенных камер сгорания, где впрыск осуществляется в дополнительную полость, расположенную в головке блока цилиндров. В свою очередь, здесь надо различать два разных метода смесеобразования: форкамерный (предкамерный) и вихрекамерный.

Разделенная

В ходе вихрекамерного, равно как и форкамерного процесса сгорания, дизтопливо поступает в предварительную камеру, где перемешивается с воздухом и воспламеняется. Если камера выполнена в форме сферы, воздух может интенсивно закручиваться, образуя вихрь. А форкамерная конструкция предусматривает наличие тонких каналов, при прохождении которых смесь становится однороднее.

Как видим, в разделенной камере любого типа топливо сгорает «в два шага». Это способствует снижению нагрузки на поршневую группу. Недостатком же являются не лучшие пусковые качества и увеличение расхода топлива, возникающее из-за дополнительных затрат на перекачивание смеси между камерами.

Различия между форкамерным и вихрекамерным процессами:

— В первом случае смесь становится однороднее во время перекачивания, то есть, после воспламенения;

— Во втором случае, как можно заметить, однородность смеси гарантируется наличием вихря, а интенсивное перемешивание происходит до воспламенения.

Неразделенная

«Дизель» с неразделенной камерой сгорания всегда оснащается системой непосредственного впрыска. Такие двигатели, разумеется, намного экономичнее моторов любой другой конструкции. Но применение прямого впрыска на «дизелях» с большой частотой вращения коленвала влечет множество разнообразных проблем. Основными из них являются вибрация и шум, которые становятся наиболее заметными в процессе разгона.

Источник

Основные типы камер сгорания дизельных двигателей и их устройства

Как известно, камеры сгорания должны обеспечивать не только хорошее смесеобразование, но и получение наиболее высоких показателей экономичности и пусковых качеств двигателя. Выделяются две конструктивных группы камер сгорания дизельных двигателей, разделяющихся между собой не только конструкцией, но и принципом образования топливной смеси в камере. Это разделенные и неразделенные камеры сгорания.

Разделенные камеры сгорания

Такие камеры имеют два соединяющихся с собой канала независимых от объема:

Вихревая камера может располагаться как в головке блока цилиндров, так и в самом блоке. Охлаждающая поверхность разделенных камер очень высока. В этой связи двигатель предрасположен к значительным тепловым потерям, что приводит к снижению пусковых качеств и негативному влиянию на фактор экономичности. Как правило, дизельные двигатели с разделенными камерами сгорания обеспечивают довольно высокую степень сжатия.

Основным достоинством разделенных камер сгорания является приготовление практически безупречной топливной смеси. Благодаря использованию кинетической энергии газов за счет перетекания между полостями камеры, максимально увеличивается сгорание топлива и минимизируется дымность выпускной системы.

К тому же взаимодействие каналов в разделенных камерах придает устойчивость двигателю при его работе. Значительно снижаются основные нагрузки на такие важные детали как шатуны, коленчатый вал, поршневые пальцы. Уменьшить некоторым образом так называемую грубость работы дизеля с разделенными камерами сгорания можно так же за счет увеличения температурного режима определенных областей камер.

Неразделенные камеры сгорания

Неразделенные камеры сгорания в отличиt от разделенных имеют один лишь объем и простейшую форму, согласованную с направлением, числом и размером топливных потоков впрыскиваемого топлива. Такие камеры имеют весьма незначительные размеры, следовательно, имеют небольшую охлаждающую поверхность. Таким образом потери тепловой энергии в двигателях с неразделенными камерами сгорания значительно меньше, чем в двигателях с разделенными камерами. Такой дизель имеет неплохие пусковые и экономические показатели.

Формы неразделенных камер сгорания выделяются своим многообразием. Наиболее часто их конструируют в днищах поршней. Но встречается размещение камер и в головке блока цилиндров, а также частично в днищах поршней и частично в головке.

Можно разбить неразделенные камеры сгорания дизельных двигателей по их принципиальному конструктивному расположению следующим образом:

  1. Тороидальные в поршне.
  2. Полусферические в поршне и головке блока цилиндров.
  3. Полусферические в поршне.
  4. Цилиндрические в поршне.
  5. Цилиндрические в поршне с боковым размещением.
  6. Овальные в поршне.
  7. Шаровые в поршне.
  8. Тороидальные с горловиной в поршне.
  9. Цилиндрические, образованные с днищем поршня и стенкой цилиндра.
  10. Вихревые в поршне.
  11. Трапецеидальная в поршне.
  12. Цилиндрические в головке блока цилиндров под выпускным клапаном.
Читайте также:  Как устроен гидравлический двигатель

В камерах сгорания типа 1, 2, 3, 4, 5 крайне высокая степень качества образования топливной смеси получается благодаря топливному распылению и согласованию форм его топливных потоков с формами камер. В таких камерах сгорания наиболее часто устанавливают форсунки, имеющие многодырчатые распылители, позволяющие управлять формами топливных потоков, а также используют довольное высокое давление впрыска. Эти камеры имеют весьма компактные охлаждающие поверхности. Для дизельных двигателей с перечисленными типами камер сгорания характерны низкие показатели степени сжатия.

Для камер сгорания типа 6, 7, 8, 9 характерны более широкие охлаждающие поверхности. Это хоть и незначительно, но все-таки сказывается на пусковых качествах двигателя. Однако же в процессе вытеснения воздуха, находящегося над поршнем, в камеру сгорания в момент сжатия создаются потоки вихревого типа, что способствует отличному смешиванию воздуха с топливом, образуя довольно качественную топливную смесь.

Камеры сгорания типа 10, 11, 12 применяются не только в дизельных, но и в двигателях с возможностью использования разных видов топлива. Характерной чертой таких камер является строгое направление вихревых потоков, которое способствует испарению топлива и доставке его с определенной последовательностью в нужное место сгорания. Чтобы улучшить рабочие показатели в цилиндрических камерах в головке блока цилиндров под выпускным клапаном применяют высокие температуры выпускного клапана, одновременно являющегося стенкой камеры сгорания.

Источник

Формы камер сгорания дизельных ДВС

Неразделенные камеры сгорания.

В неразделенных камерах сгорания Рис.26 улучшение процесса распыливания топлива и перемешивания его с воздухом достигают за счет впрыскивания дизельного топлива под большим давлением (до 100 МПа) через несколько отверстий небольшого диаметра (0,10 – 0,25 мм) в форсунке.

Рис. 26. Неразделенные камеры сгорания

Большое давление в сочетании с малыми распыливающими отверстиями обеспечивает достаточно мелкое распыливание и более полное его сгорание. Двигатели с неразделенными камерами сгорания обладают хорошими пусковыми качествами и экономичностью. Это объясняется меньшими, чем в других дизелях, поверхностями охлаждения камер сгорания и отсутствием дросселирования газов при перетекании их из основной камеры сгорания в дополнительную и обратно, как это происходит в дизелях с разделенными камерами сгорания.

Однако, в этих камерах сгорания турбулентность воздуха меньше, чем в других камерах сгорания, вследствие чего теплопередача от сжатого горячего воздуха к вспрыскиваемому холодному топливу невелика и период задержки воспламенения удлиняется. Это приводит к увеличению скорости нарастания и давлению газов, работа дизеля становится жесткой, что увеличивает нагрузки и износ деталей кривошипного механизма.

При применении пленочного смесеобразования (Рис. 27), при котором основная масса топлива (около 95%), поданная форсункой, направляется на стенку камеры сгорания, обычно располагаемую в поршне и имеющую температуру более высокую, чем температура стенки цилиндра и верхней части камеры сгорания.

Небольшая часть впрыснутого топлива (около 5%), образовавшаяся за счет отрыва наиболее мелких капель от струи впрыснутого топлива, остается в объеме камеры сгорания.

Рис. 27. Неразделенные камеры сгорания для пленочного смесеобразования

Это запальное топливо проходит все стадии химической и физической подготовки к самовоспламенению. Однако, ввиду его незначительного количества работа дизеля не может быть жесткой.

Основная масса топлива, поданная на стенку поршня, растекается по ней и под действием завихренного (при впуске) воздуха, растекается в очень тонкую пленку, около 0,2 мм. Под действием горячих потоков воздуха она испаряется, пары ее перемешиваются с воздухом и, попадая в зону горения запального топлива, воспламеняются и сгорают. Однако быстрого повышения давления при этом быть не может, т.к. сравнительно медленный процесс испарения лимитирует скорость сгорания.

Пленочное смесеобразование обеспечивает сравнительно невысокое максимальное давление цикла (6-7 МПа), невысокую интенсивность нарастания давления (0,3-0,4 МПа на 1 0 поворота коленчатого вала) и нежесткую работу двигателя. Кроме того облегчает работу топливной аппаратуры т.к. позволяет использовать меньшие давления распыливания, не превышающие 20 МПа.

Использование пленочного смесеобразования в известной мере разрешает проблему многотопливности дизеля. При разных сортах топлива, характеризуемых разными цетановыми числами, продолжительность периода задержки воспламенения изменяется, но это незначительно отражается на процесс сгорания незначительного запального количества топлива и мало влияет на скорость нарастания давления во время периода сгорания остального топлива.

Разделенные камеры сгорания.

Разделенные камеры сгорания широко применяются в автомобильных и тракторных дизельных двигателях. Они бывают двух типов: вихрекамерные и предкамерные.

В вихрекамерных дизелях камера сгорания состоит из двух неравных по объему частей (Рис. 28).

Часть камеры сгорания, находящаяся над поршнем, имеет объем равный 30-50%, а вихревая камера, часто представляющая собой шаровую полость, занимает остальную часть объема от всего объема камеры сгорания. Эти два объема соединяют каналом диаметром в несколько миллиметров, располагаемым тангенциально к вихревой камере.

Читайте также:  Предпусковая система запуска двигателя

В процессе сжатия при перетекании воздуха из надпоршневого объема в вихревую камеру создается интенсивное вихревое движение воздуха, которое возрастает с увеличением скорости поршня и уменьшением размеров тангенциального канала.

Рис. 28. Вихревые камеры сгорания

Топливо через форсунку, размещенную в вихревой камере, подают так, чтобы интенсивно завихренных в ней воздух возможно равномерно насыщался топливом, После воспламенения температура и давление газов в вихревой камере повышаются и начинается обратное перетекание их из вихревой камеры в надпоршневой объем, в котором также возникает интенсивное вихревое движение.

Соединительный канал оказывает небольшое дросселирующее действие и несколько понижает давление в надпоршневом пространстве, причем нарастание давления происходит плавно и дизель работает мягко.

Вследствие хорошего перемешивания топлива с воздухом смесеобразование происходит вполне удовлетворительно при небольших давления распыливания (10-15 МПа).

По сравнению с дизелями с неразделенными камерами сгорания экономичность вихрекамерных дизелей на 5-10% хуже из-за увеличенных тепловых потерь. Кроме того, расположение вихревой камеры в охлаждаемой головке блока затрудняет пуск дизеля особенно в холодную погоду, поэтому для запуска дизеля в вихревой камере устанавливают свечу накаливания, которая дополнительно подогревает сжимаемый воздух и облегчает самовоспламенение топлива.

В дизелях с предкамерным смесеобразованием камеру сгорания также разделяют на две неравные по объему части (Рис. 29).

Часть камеры сгорания, находящаяся над порщнем, занимает примерно 70% объема, а предкамера, имеющая различные формы, около 30%.

В процессе сжатия воздух перетекает из надпоршневого объема в предкамеру, в которой вследствие дросселирования давление на 3-5%

Рис. 29. Предкамеры

меньше. В конце сжатия в предкамеру впрыскивают топливо, которое самовоспламеняется и начинает гореть. Однако в предкамере из-зи недостатка воздуха все топливо не может сгореть. При сгорании части топлива в предкамере повышаются температура и давление, и смесь состоящая из продуктов сгорания и несгоревшего топлива, кислорода и азота, с большой скоростью начинает перетекать из предкамеры в надпоршневой объем. При этом происходит энергичное перемешивание газов и сгорание переходит в надпоршневой объем.

Один или несколько (3-5) соединительных каналов небольшого диаметра понижают давление перетекающих газов на 1-1,5 МПа, причем нарастание давления получается плавным, а вследствие больших площадей охлаждения и дросселирования расход топлива повышается на 10-15%. Такое перемешивание топлива с воздухом позволяет понизить давление распыливания до 8-10 МПа. Для запуска дизеля также требуется установка в предкамеру свечи накаливания. Также следует отметить, что дизели с предкамерным смесеобразование способны работать на тяжелом топливе, состоящем из 20% дизтоплива и 80% мазута.

Источник

Камеры сгорания в дизельных двигателях

Презентация может быть полезна во время изучения темы «Система питания дизельного двигателя» при подготовке квалифицированных рабочих по профессии 23.01.03 Автомеханик.

Содержимое разработки

КАМЕРЫ СГОРАНИЯ В ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЯХ

Материал к теме: Система питания дизельных двигателей

Подготовил: преподаватель Холодная С.Г.

Классификация камер сгорания дизельного двигателя

  • В зависимости от конструкции и используемого способа смесеобразования камеры сгорания дизелей делятся на две группы: неразделенные и разделенные.

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.

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

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 дизелей неразделенного типа

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.

Читайте также:  Какие двигателя ставят на автомобили мазда

е — овальная в поршне:

ж — шаровая в поршне;

з — тороидальная в поршне с горловиной

Камеры сгорания дизелей неразделенного типа

к — вихревая в поршне;

л — трапецеидальная в поршне;

м — цилиндрическая в головке под выпускным клапаном

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.

Камеры сгорания дизелей разделенного типа:

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.

Камеры сгорания дизелей разделенного типа:

  • а — предкамера; б — вихревая камера в головке; в — вихревая камера в блоке

Камеры сгорания дизелей разделенного типа:

  • 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.

  • Форма камеры сгорания сильно влияет на качество процесса смесеобразования, а значит и на мощность и шумность работы двигателя. Камеры сгорания дизельных двигателей разделяются на два основных типа: неразделенные и разделенные. Соответственно, моторы с камерами первого типа называются дизелями с непосредственным впрыском, а второго — с предварительным.

  • При непосредственном впрыске топливо сразу поступает в камеру сгорания, расположенную в днище поршня. При этом предъявляются высокие требования к подаче топлива и воздуха. Топливо должно равномерно распределяться по объему камеры сгорания и интенсивно перемешиваться с воздухом. Для этого используют форсунки с многоструйным распылителем, а давление открытия в зависимости от системы впрыска достигает 1 700 бар.

  • До недавнего времени непосредственный впрыск использовался на тихоходных дизелях большого объема. Хотя такие двигатели экономичнее (до 20%) моторов с разделенными камерами сгорания, их применение на небольших дизелях сдерживалось трудностями организации процесса сгорания, а также повышенными шумом и вибрацией, особенно в режиме разгона.

Несколько лет назад на рынке легкового машиностроения доминировали дизели с разделенными камерами сгорания. Впрыск топлива в этом случае осуществляется не в надпоршневое пространство, а в специальную камеру сгорания, выполненную в головке блока цилиндров. При этом различают два процесса смесеобразования: предкамерный (его еще называют форкамерным) и вихрекамерный.

При форкамерном процессе топливо впрыскивается в специальную предварительную камеру, ударяется об ее стенки и перемешивается с воздухом. Воспламенившись, смесь поступает по специальным каналам в основную камеру сгорания, где и сгорает полностью.

  • Сейчас благодаря повсеместному внедрению электронного управления процессом дозирования топлива удалось оптимизировать процесс сгорания топливной смеси в дизеле с неразделенной камерой сгорания и снизить шумность до уровня современных требований к двигателю легкового автомобиля. В наше время уже невозможно представить себе сходящий с конвейера внедорожник с дизелем без непосредственного впрыска.

Во время вихрекамерного процесса сгорание также начинается в специальной отдельной камере, только выполненной в виде полого шара. В период такта сжатия воздух по соединительному каналу поступает в предкамеру и интенсивно закручивается (образует вихрь) в ней. Впрыснутое в определенный момент топливо хорошо перемешивается с воздухом.

Таким образом, при разделенной камере сгорания происходит как бы двухступенчатое сгорание топлива. Это снижает нагрузку на поршневую группу, а также делает звук работы двигателя более мягким. Но, как мы уже упоминали, экономичность такого дизеля хуже, чем у мотора с непосредственным впрыском. Поэтому последние все чаще занимают достойное место под капотом легковых автомобилей и внедорожников, хотя предкамерные дизели все еще выпускаются. Новые же дизельные двигатели разрабатываются только с непосредственным впрыском.

  • http://ustroistvo-avtomobilya.ru/dvigatel/klassifikatsiya-kamer-sgoraniya-dizel-nogo-dvigatelya/

Источник

Adblock
detector