ее назначение и симптомы неисправности

Камера сгорания — это часть двигателя транспортного средства, в которой смешиваются воздух и топливо, что необходимо для движения транспортного средства. При взрыве автомобиль преобразует энергию в мощность и крутящий момент для вращения колес двигателя.

Что такое камера сгорания

Внутри двигателя внутреннего сгорания в камеру сгорания подается, сжимается и воспламеняется топливно-воздушная смесь. После воспламенения топливно-воздушной смеси совершается взрыв, который переводит поршни в другой цикл. Этот цикл камеры сгорания часто называют всасыванием, сжатием или ударом.

Фактический размер камеры сгорания — это объем, оставшийся свободным от головки блока цилиндров, когда впускной и выпускной клапаны закрыты, а поршень находится на вершине своего цикла. Камера сгорания меньшего размера обеспечивает более высокую степень сжатия и, следовательно, большую мощность. Более высокое сжатие также приводит к более высоким температурам.

Размер камеры сгорания можно изменить, проткнув головку блока цилиндров или изменив форму головки поршня.

Проблемы камеры сгорания внутри двигателя

Понимание того, что происходит внутри камеры сгорания и что выходит из выпускного клапана, имеет решающее значение для решения проблем с выбросами или управляемостью. В современных двигателях становится все труднее диагностировать пропуски зажигания и проблемы с выбросами. Необходимо понимать, что произошло и что произойдет в тот момент, когда свеча зажжет топливо.

Степень сжатия

В последние годы двигатели улучшились не только с точки зрения выбросов, но и с точки зрения мощности. Двигатели, построенные менее десяти лет назад, были бы разрушены из-за более бедных процессов сгорания, которые наблюдаются сегодня. Это стало возможным благодаря перемещению порта топливной форсунки к цилиндру и оптимизации процесса сгорания.

В современном двигателе эффективность работы может быть достигнута с помощью бензонасоса и литых поршней, и все это с очень низким уровнем выбросов и гарантией выбросов на 200 000 км.

Что изменилось

Инженеры знают больше, что происходит внутри камеры сгорания, благодаря высокоскоростным камерам и компьютерным моделям. Кроме того, скорость вычислений микропроцессоров намного выше, чем это было много лет назад. Модуль может производить замену искры и топлива быстрее, обрабатывая при этом больше входных сигналов датчиков, чем когда-либо прежде. Это сделало процесс возгорания почти идеальным.

Идеальный двигатель внутреннего сгорания сможет подавать в камеру сгорания только необходимое количество топлива и воздуха. Искра достигнет своего пика, когда смесь будет должным образом перемешана и поршень находится в правильном положении.

Свечи зажигания

На практике они являются одними из наиболее развитых компонентов двигателя. В современных двигателях область, в которой возникает искра, представляет собой гораздо меньшую и более тонкую часть электрода, в то время как зазоры свечи почти такие же.

Но самое большое изменение — это расположение и диаметр современной свечи зажигания, поскольку двигатели уменьшились в масштабе, но стали вдвое сложнее, чем много лет назад.

Все жалуются на свечи зажигания на некоторых моделях автомобилей, потому что их трудно снимать, но очень немногие люди спрашивают, зачем их вообще поставили. Свечи зажигания могут быть длинными и узкими, поэтому электроды идеально расположены рядом с впускными и выпускными клапанами и не мешают работе распределительных валов, клапанов и впускных каналов.

Системы рециркуляции выхлопных газов камеры сгорания

Системы рециркуляции отработавших газов помещают небольшое количество инертного газа в камеру сгорания для регулирования температуры. Поскольку выхлопные газы обычно не горят, это снижает температуру сгорания и снижает выбросы двигателем.

При помещении выхлопных газов в камеру сгорания воздушно-топливная смесь разбавляется инертными выхлопными газами. Это замедляет процесс горения и снижает температуру горения.

Более новые автомобили с клапанами изменения фаз газораспределения на выпускном и впускном распредвалах могут регулировать синхронизацию таким образом, чтобы небольшое количество выхлопных газов всасывалось обратно в камеру во время такта впуска через выпускные клапаны. Это делается путем включения синхронизации и подъема распределительного вала. За прошедшие годы автомобили смогли быстрее перемещать и замедлять распредвалы, а приводы имеют большую степень вращения.

Современные двигатели также могут лучше адаптироваться к таким условиям, как изменение качества топлива, температуры окружающей среды и требований водителя, обнаруживая и контролируя событие сгорания почти в реальном времени.

Камера сгорания двигателя внутреннего сгорания (варианты)

Изобретение относится к поршневым двигателям внутреннего сгорания. Камера сгорания двигателя внутреннего сгорания, ограниченная стенкой цилиндра, крышкой цилиндра и поршнем, имеет дополнительную камеру-аккумулятор воздуха, соединенную соплом с камерой сгорания, при этом дополнительная камера-аккумулятор воздуха размещена в поршне, а ось сопла направлена через центр камеры сгорания, при этом объем дополнительной камеры-аккумулятора воздуха составляет 20-30% объема камеры сгорания, причем она выполнена из материала с низкой теплопроводностью, например, из никелевой стали или керамических материалов. Рассмотрены варианты, когда дополнительная камера-аккумулятор воздуха размещена в крышке цилиндра, а ось сопла направлена через центр камеры сгорания к центру поршня, а также когда дополнительная камера-аккумулятор воздуха выполнена отдельно от крышки цилиндра, а ось сопла направлена поперек цилиндра и камеры сгорания. Изобретение направлено на повышение интенсивности перемешивания топлива с воздухом во время процесса горения топлива, обеспечение полноты сгорания топлива, повышение экономичности и моторесурса двигателя, снижение токсичности и дымности выхлопных газов на всех режимах работы двигателя. 3 н.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к поршневым двигателям внутреннего сгорания, а именно к двигателям с камерой сгорания, разделенной на две части, и может найти применение в карбюраторных и дизельных двигателях внутреннего сгорания.

Получить качественную смесь топлива с воздухом существующими приборами смесеобразования практически невозможно. В камеру сгорания топливо попадает, в лучшем случае, в виде капель размером в один микрон, причем в этой капле находятся миллионы молекул углерода и водорода. Эти капли нужно испарить, термически разложить на отдельные атомы и перемешать с воздухом. Капля топлива в это время представляет из себя сферу с повышенным давлением внутри сферы, состоящей из газообразного водорода и атомарного негазообразного углерода. При этом внутри сферы создаются идеальные условия для образования сажи-графита и возможно очень мелких алмазов, которые частично приклеиваются к масляной пленке на стенке цилиндра и превращают постепенно масло в картере двигателя в темную протирочную пасту на основе графита и очень мелких алмазов. При хорошем перемешивании и некотором избытке воздуха все это на последнем этапе горения топлива может сгореть и двигатель при этом покажет высокую экономичность. Однако топливо в объеме камеры сгорания дизеля распределяется с большой неравномерностью, поэтому для качественного процесса сгорания приходится применять высокие коэффициенты избытка воздуха, равные 4,70-2,20 (Лебедев О.Н., Сомов В.А., Калашников С.А. Двигатели внутреннего сгорания речных судов. М.: Транспорт, 1990 г., стр.108).

Для дизелей с диаметром поршня менее 150 мм используют полуразделенные и разделенные камеры сгорания, которые обеспечивают хорошее перемешивание топлива с воздухом при коэффициенте избытка воздуха 1,5-1,7 для полуразделенных камер сгорания и 1,25-1,35 для разделенных камер сгорания (Лебедев О.Н., Сотов В.А., Калашников С.А. Двигатели внутреннего сгорания речных судов. М.: Транспорт, 1990 г., стр.114, 116, 117). Однако двигатели с этими камерами сгорания имеют повышенный расход топлива, вследствие дополнительных тепловых и аэродинамических потерь (при перетекании воздуха и газов из одной полости в другую), а также увеличенных тепловых потерь из-за большой теплоперепадающей поверхности.

Наиболее близким аналогом является камера сгорания с предкамерным смесеобразованием (Лебедев О.Н., Сомов В.А., Калашников С.А. Двигатели внутреннего сгорания речных судов. М.: Транспорт, 1990 г., стр.117), в которой объем сжатия разделен на основную камеру и предкамеру, которая размещена в крышке цилиндра. Камеры соединены между собой несколькими каналами. Предкамера имеет сравнительно небольшой объем 25-40% камеры сгорания. Рабочий процесс предкамерного дизеля протекает следующим образом. В процессе сжатия воздух из надпоршневого пространства через соединительные каналы поступает в предкамеру. Это перетекание происходит при значительных перепадах давления (300-600 кПа) и с высокими скоростями, вследствие чего в предкамере возникает интенсивное неупорядоченное движение воздушного заряда. Топливо впрыскивается навстречу воздушному потоку, при этом топливо хорошо перемешивается с воздухом, воспламеняется и частично сгорает. Давление в предкамере резко повышается и смесь топлива, продуктов сгорания и воздуха начинает выбрасываться в основную камеру, при этом давление в предкамере резко падает. В основной камере в это время происходит интенсивное струйное смешение истекающей из предкамеры среды с воздухом и сгорание основной части топлива.

Недостатки двигателей с разделенными камерами сгорания сводятся к следующему:

— низкие пусковые свойства;

— повышенный расход топлива;

— усложнена конструкция крышки цилиндра, что связано с размещением в ней дополнительной камеры.

По этой причине смесеобразование в разделенных камерах сгорания нашло применение в малоразмерных высокооборотных 4-х тактных дизелях. В 2-х тактных дизелях эти способы смесеобразования не используются ввиду трудности очистки дополнительных камер от отработанных газов.

Поставлена задача повысить интенсивность перемешивания топлива с воздухом во время сгорания с тем, чтобы обеспечить полноту сгорания топлива и соответственно повысить экономичность и моторесурс двигателя, повысить среднее индикаторное давление цикла, снизить дымность выхлопа на режиме максимальной мощности.

Эта задача решена следующим образом.

В соответствии с прототипом камера сгорания двигателя внутреннего сгорания, ограниченная стенкой цилиндра, крышкой цилиндра и поршня, имеет дополнительную камеру-аккумулятор воздуха.

Согласно изобретению:

— по первому варианту — камера-аккумулятор воздуха размещена в поршне двигателя и соединена с камерой сгорания соплом, причем ось сопла направлена через центр камеры сгорания, а объем камеры-аккумулятора воздуха равен 20-30% объема камеры сгорания, при этом камера-аккумулятор воздуха выполнена из материала с низкой теплопроводностью, например из никелированной стали или керамических материалов;

— по второму варианту — камера-аккумулятор размещена в крышке цилиндра и соединена соплом с камерой сгорания, причем ось сопла направлена через центр камеры сгорания, а объем камеры-аккумулятора воздуха равен 20-30% объема камеры сгорания, при этом камера-аккумулятор воздуха выполнена из материала с низкой теплопроводностью, например из никелированной стали или керамических материалов;

— по третьему варианту — камера-аккумулятор воздуха размещена отдельно от крышки цилиндра и соединена соплом с камерой сгорания, причем ось сопла направлена поперек цилиндра и камеры сгорания, а объем камеры-аккумулятора воздуха 20-30% объема камеры сгорания, при этом камера-аккумулятор воздуха выполнена из материала с низкой теплопроводностью, например из никелированной стали или керамических материалов.

Далее сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено:

— на Фиг.1 — камера сгорания с поршнем в верхней мертвой точке с дополнительной камерой-аккумулятором воздуха, размещенной в поршне;

— на Фиг.2 поясняется, как дополнительная камера-аккумулятор воздуха по первому варианту создает вихрь, перемешивающий топливо с воздухом во время начала рабочего хода;

— на Фиг.3 — размещение дополнительной камеры-аккумулятора воздуха в крышке цилиндра 2-х тактного двигателя с петлевой продувкой;

— на Фиг.4 — размещение дополнительной камеры-аккумулятора воздуха отдельно от крышки цилиндра 4-х тактного двигателя.

Устройство и работа камеры сгорания

В цилиндре 1 надпоршневое пространство соединено с дополнительной камерой-аккумулятором воздуха 2 соплом 3. Камера сгорания 4 размещена в крышке цилиндра 5. Дополнительная камера-аккумулятор воздуха размещена в поршне 6 (Фиг.1, 2).

Камера сгорания работает следующим образом:

когда поршень 6 находится в нижней мертвой точке и в цилиндре 1 заканчивается такт продувки цилиндра 1 свежим зарядом воздуха, давления воздуха в надпоршневом пространстве и в дополнительной камере-аккумуляторе воздуха равны.

В процессе сжатия воздух из надпоршневого пространства через сопло 3 перетекает в дополнительную камеру 2, где и накапливается. В конце сжатия в камеру сгорания 4 впрыскивается топливо, где оно воспламеняется и в камере сгорания 4 резко повышаются давление и температура газов, при этом в дополнительную камеру 2 будут перетекать сгоревшие продукты топлива. Под действием высокого давления газов поршень 6 пойдет вниз и начнется такт рабочего хода. Камера сгорания 4 увеличится в объеме, давление в камере сгорания уменьшится и наступит момент, когда давления газов в камере сгорания 4 и давление воздуха в дополнительной камере-аккумуляторе воздуха сравняются. Вскоре давление в дополнительной камере 2 будет выше и воздух, аккумулированной в дополнительной камере 2, через сопло 3 пойдет через центр камеры сгорания 4, упрется в центр крышки цилиндра 5, разойдется по краям камеры сгорания 4 и свободной части цилиндра 1. При этом образуется вихревой тор (Фиг.2) из газов, нагретых в камере сгорания 4, и воздуха из дополнительной камеры 2. Перемешивание газов будет весьма интенсивным и будет способствовать полному сгоранию топлива при малом избытке воздуха. Подача воздуха из дополнительной камеры-аккумулятора воздуха 2 начнется, когда процесс горения еще не завершен, и будет продолжаться на протяжении всего рабочего хода. Однако основная часть воздуха покинет дополнительную камеру 2 до прихода поршня в среднее положение, обеспечив при этом полное сжигание топлива.

Работа камеры сгорания по Фиг.3 отличается от вышеописанной работы камеры по Фиг.1 тем, что воздух из дополнительной камеры 7, размещенной в крышке цилиндра 8, через сопло 9 пойдет к центру поршня 10, потом к стенке цилиндра 11 и в камеру сгорания 12, создав вихрь газов в виде тора с направлением вращения, указанным стрелками.

Работа камеры сгорания по Фиг.4 отличается от вышеописанных работ камер сгорания по Фиг.1 и Фиг.3 тем, что дополнительная камера-аккумулятор воздуха 13 размещена отдельно от крышки цилиндра 14 как самостоятельная деталь. В камеру сгорания 15 входит сопло 16, которое и во время начала рабочего хода создает струю воздуха поперек цилиндра 17, образуя два вихря в камере сгорания 15. Эти два вихря вращаются от струи воздуха: один — влево, а другой — вправо, обеспечивая перемешивание топлива и воздуха во время процесса сгорания.

Размещение дополнительной камеры в поршне вызывает повышение термического напряжения в поршне, поэтому можно предположить, что дополнительную камеру нужно изготавливать из никелевой стали, имеющей низкую теплопроводность, или из керамических материалов. Некоторые фирмы имеют опыт применения керамики в двигателях внутреннего сгорания.

Технический результат изобретения:

— повышение интенсивности перемешивания топлива с воздухом во время сгорания;

— обеспечение полноты сгорания топлива;

— повышение экономичности двигателя;

— повышение моторесурса двигателя;

— снижение токсичности и дымности выхлопных газов на всех режимах работы двигателя внутреннего сгорания.

1. Камера сгорания двигателя внутреннего сгорания, ограниченная стенкой цилиндра, крышкой цилиндра и поршнем, имеющая дополнительную камеру-аккумулятор воздуха, соединенную соплом с камерой сгорания, отличающаяся тем, что дополнительная камера-аккумулятор воздуха размещена в поршне, а ось сопла направлена через центр камеры сгорания, при этом объем дополнительной камеры-аккумулятора воздуха составляет 20-30% объема камеры сгорания, причем она выполнена из материала с низкой теплопроводностью, например из никелевой стали или керамических материалов.

2. Камера сгорания двигателя внутреннего сгорания, ограниченная стенкой цилиндра, крышкой цилиндра и поршнем, имеющая дополнительную камеру-аккумулятор воздуха, соединенную соплом с камерой сгорания, отличающаяся тем, что дополнительная камера-аккумулятор воздуха размещена в крышке цилиндра, а ось сопла направлена через центр камеры сгорания к центру поршня, при этом объем камеры-аккумулятора воздуха равен 20-30% объема камеры сгорания, причем выполнена она из материала с низкой теплопроводностью, например из никелевой стали или керамических материалов.

3. Камера сгорания двигателя внутреннего сгорания, ограниченная стенкой цилиндра, крышкой цилиндра и поршнем, имеющая дополнительную камеру-аккумулятор воздуха, соединенную соплом с камерой сгорания, отличающаяся тем, что дополнительная камера-аккумулятор воздуха выполнена отдельно от крышки цилиндра, а ось сопла направлена поперек цилиндра и камеры сгорания, при этом объем камеры-аккумулятора воздуха равен 20-30% объема камеры сгорания, причем она выполнена из высокопрочного материала с низкой теплопроводностью, например из никелевой стали или керамических материалов.

Камера сгорания — Glenn Research Center

На этой странице:

Это компьютерный чертеж камеры сгорания авиационного двигателя братьев Райт 1903 года выпуска. Этот двигатель приводил в движение первый, тяжелее воздуха, самоходный, маневренный, пилотируемый самолет; Wright 1903 Flyer, совершивший полет в Китти-Хок, Северная Каролина, в декабре 1903 года. Чтобы создать тягу для своего самолета, братья использовали сдвоенные пропеллеры, вращающиеся в противоположных направлениях, в задней части самолета. Чтобы вращать гребные винты, братья спроектировали и построили четырехтактный четырехцилиндровый двигатель внутреннего сгорания с водяным охлаждением и бензиновым двигателем.

На верхнем рисунке показаны основные компоненты камеры сгорания двигателя Wright 1903. В любом двигателе внутреннего сгорания топливо и кислород объединяются в процессе сгорания для получения мощности, необходимой для вращения коленчатого вала двигателя. Сгорание происходит в камере сгорания. Для каждого цилиндра двигателя имеется камера сгорания.

На рисунке показан цилиндр №4 в три разных момента времени цикла двигателя. Мы открыли боковую часть камеры и впускной коллектор , который находится в верхней части камеры, и пометили детали цветом для облегчения идентификации. На рисунке слева показаны части во время такта впуска цикла. 9Впускной клапан 0007 (красный) обычно плотно прилегает к седлу клапана (желтое) пружиной впускного клапана . Седло и кромка клапана тщательно обработаны, чтобы газы не могли проходить между ними, когда клапан закрыт. Во время такта впуска впускной клапан открывается, и между клапаном и седлом существует небольшой зазор. Топливо и воздух во впускном коллекторе проходят через зазор в камеру сгорания. Клапан может двигаться только вверх и вниз, потому что Клетка впускного клапана удерживает шток клапана.

На среднем рисунке показаны части во время такта сжатия и рабочего такта цикла. Впускной клапан теперь закрыт, и камера вместе с поршнем и цилиндром образует полностью закрытый сосуд. Через стенки камеры выступают свеча зажигания (зеленая) и контактный выключатель. Выключатель обычно остается открытым. Переключатель замыкается на свечу и быстро размыкается, создавая искру для воспламенения топливно-воздушной смеси в процессе сгорания. На рисунке справа показаны детали во время такта выпуска. выпускной клапан (синий), как и впускной клапан, обычно плотно прилегает к своему седлу клапана пружиной выпускного клапана . Во время такта выпуска клапан открывается коромыслом с кулачковым приводом. Как и впускной клапан, выпускной клапан удерживается на месте клапанной клеткой , которая наматывается на шток клапана. Когда выпускной клапан открыт, горячий выхлопной газ проталкивается через открытый клапан и выходит из двигателя. Движение всех этих частей координируется системой хронометража и показано на этой анимации:

Компьютерная анимация клапанов двигателя самолета Райт 1903

Страница не найдена | Национальный музей авиации и космонавтики

Страница не найдена | Национальный музей авиации и космонавтики

Перейти к основному содержанию

Пожертвовать сейчас

Один музей, две локации

Посетите нас в Вашингтоне, округ Колумбия, и Шантильи, штат Вирджиния, чтобы исследовать сотни самых значительных объектов в мире в истории авиации и космоса. Для посещения музея в округе Колумбия требуются бесплатные временные входные билеты.
Посещать

Национальный музей авиации и космонавтики в Вашингтоне
Центр Удвар-Хази в Вирджинии
Запланируйте экскурсию
Запланируйте групповое посещение

В музее и онлайн

Откройте для себя наши выставки и участвуйте в программах лично или виртуально.
Как дела

События
Выставки
IMAX

Погрузитесь глубоко в воздух и космос

Просмотрите наши коллекции, истории, исследования и контент по запросу.
Исследовать

Истории
Темы
Коллекции
По требованию
Для исследователей

Для учителей и родителей

Подарите своим ученикам Музей авиации и космонавтики, где бы вы ни находились.
Учиться

Программы
Образовательные ресурсы
Запланируйте экскурсию
Профессиональное развитие воспитателя
Образовательная ежемесячная тема

Будь искрой

Ваша поддержка поможет финансировать выставки, образовательные программы и усилия по сохранению.
Давать

Становиться участником
Стена чести
Способы дать
Провести мероприятие

Будьте в курсе последних историй и событий с нашей рассылкой

Национальный музей авиации и космонавтики

Центр Стивена Ф.