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, используемых наземными транспортными средствами, в основном, располагаются в поршне. Впускной канал создает необходимую закрутку воздушного потока для улучшения процессов смесеобразования и сгорания свежего заряда. В случае перехода на газовое моторное топливо, как правило, не имеется технологических возможностей изменения геометрии проточной части впускных органов, и повлиять на характер движения свежего заряда в цилиндре двигателя можно только подбором соответствующей камеры сгорания.

Камеры сгорания дизельных двигателей.

Камеры сгорания дизельных двигателей бывают неразделенного и разделенного типа.

Штатная камера сгорания дизельного двигателя, имея малый объем и обеспечивающее, соответственно, большую степень сжатия, не гарантирует использовать в качестве топлива природный газ, поскольку не обеспечивает бездетонационную работу во всем диапазоне скоростных и нагрузочных режимов. Изменяя геометрию камеры сгорания, необходимо учитывать, что в газовом двигателе с искровым воспламенением значительное влияние на экологические и экономические показатели оказывает уровень турбулизации свежего заряда в цилиндре до воспламенения и в течение процесса сгорания.

Штатная камера сгорания дизельного двигателя, имея малый объем и, соответственно, большую степень сжатия, не позволяет использовать в качестве топлива природный газ, поскольку не обеспечивает бездетонационную работу во всем диапазоне скоростных и нагрузочных режимов. Изменяя геометрию камеры сгорания, необходимо учитывать, кроме того, тот факт, что в газовом двигателе с искровым воспламенением значительное влияние на экологические и экономические показатели оказывает уровень турбулизации свежего заряда в цилиндре до воспламенения и в течение процесса сгорания.

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.

Индикаторная диаграмма дизельного двигателя ( пояснения в тексте.

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

Очень опасным является попадание значительного количества масла в камеру сгорания дизельного двигателя. В этом случае выключение подачи топлива насосом не прекращает нарастания оборотов, так как топливом служит сгорающее масло и двигатель трудно остановить сразу. Поэтому необходимо прежде всего нагрузить двигатель вплоть до стопорения, снизить давление сжатия в цилиндрах и выключить подачу топлива.

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

Форсунки предназначены для высокодисперсного распыла и равномерной подачи топлива в камеру сгорания дизельного двигателя.

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

Сила тока прямо пропорциональна количеству отложившейся сажи. Так как условия горения топлива на лабораторной установке отличаются от условий горения в камере сгорания дизельного двигателя, прямой надежной зависимости между результатами, полученными по методу Факел и в стендовых испытаниях, нет, хотя в некоторых случаях корреляция наблюдается.

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.

Размеры камеры сгорания должны быть таковы, чтобы смешение и химические реакции успели закончиться до входа в сопло двигателя. Необходимые размеры камеры определяются величиной т времени пребывания в камере топлива и его продуктов сгорания. Время пребывания находится по величине объема продуктов сгорания при температуре горения Th, давлении в двигателе Р, объеме камеры сгорания V /, , соотношению PV — RT и количеству топлива, сгорающего в 1 сек.

Распределение температур в пламенной трубе малой опытной камеры. а — при горелке с плоским регистром. б — при горелке с коническим регистром.

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.

Опережение зажигания зависит от размеров камеры сгорания, числа оборотов машины, нагрузки и должно быть определено экспериментально. Для транспортных двигателей, работающих с неременным числом оборотов, предусматривается автоматическое регулирование опережения зажигания.

Скорость выделения тепла непосредственно влияет на размеры камеры сгорания, которые должны быть как можно меньше, чтобы снизить габариты и вес двигателя. Таким образом, задача состоит в достижении высокой интенсивности сгорания при минимальных турбулентности и потерях от неполноты сгорания. Мы располагаем очень малым количеством данных о влиянии различных топлив и их свойств на размеры пламени, хотя исследование этого вопроса ведется и в настоящее время.

Погружная горелка.

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.

Стволы детонационных установок различаются формой и размерами камеры сгорания, местом ввода горючей смеси и порошка, способом и местом инициирования горения горючей смеси, конструктивными особенностями системы охлаждения. Более перспективны конструкции стволов с переменным по длине сечением камеры сгорания.

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.

Если ширина зоны горения становится сравнимой с размерами камеры сгорания, то, несмотря на охват пламенем всего объема заряда, горение может затягиваться на значительную часть хода расширения, с соответствующим снижением экономичности цикла. Кроме того, вследствие непосредственного соприкосновения со стенками, резко возрастают скорости теплоотдачи и гибели активных частиц, что может не только снизить скорость горения, но и привести к полному его прекращению.

Степень черноты канала и Пропускательная способность пристеночного слоя для экспоненциальной модели полосы с перекрытыми линиями.

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.

Охлаждение камер сгорания двигателей, особенно форсированных, как правило, выполняется жидкостным.

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.

  • 7,0–7,5 октановое число 72–76.
  • 7,5–8,5 октановое число 76–85.
  • 5,5–7 октановое число 66–72.
  • 10:1 октановое число 92.
  • От 10,5 до 12,5 октановое число 95.
  • От 12 до 14,5 октановое число 98.

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.

ПВРД предъявляются те же требования, что и к основным камерам сгорания ВРД. Основнв отличие этих камер заключается в том, что коэффициент избытка воздуха в таких камерах близок к единице, вследствие чего объем камеры не делится на первичную и вторичную зоны.

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.

Крышка цилиндра двух.

Возникшее пламя с большей скоростью выбрасывается в виде факела через сопло дополнительной камеры в основную камеру сгорания. Факел пламени служит мощным многоочаговым источником воспламенения и турбулизации основной порции горючей смеси в надпоршневом пространстве, что обусловливает быстрое сгорание обедненных смесей.

При термическом зажигании газообразные продукты разложения перекиси, поступая из сравнительно малого объема предкамеры в основную камеру сгорания, выбрасывают из нее топливо, если оно там накопилось к моменту запуска.

При повороте коромысла открывается дополнительный клапан 12 форкамеры и затем ( почти одновременно) впускной клапан 7 основной камеры сгорания. Горючая смесь поступает в форкамеру из форка-мерной секции 4 карбюратора 5 по отдельному каналу 3 питания, выполненному во впускном трубопроводе и в головке цилиндров. При открытом дополнительном клапане 12 в форкамеру поступает обогащенная ( а 0 85 — — — н 0 90) горючая смесь, а в основную камеру и цилиндр двигателя ( при открытом впускном клапане 7) при движении поршня 2 вниз очень бедная ( а 1 8) горючая смесь.

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

Схема воздушно-камерного дизеля.

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.

Цельнолитая вихревая камера представляет собой плоский цилиндр с горизонтально расположенной осью, имеет наклонное тангенциальное отверстие, связывающее вихревую камеру с основной камерой сгорания.

При з.Г 1,0.

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

,

где
f
– доля воздуха, участвующего в горении;
примем f
=
0,5; Gв.з.г.
– воздух, проходящий
через зону горения; C,
b,
c
– константы; примем C
=
20, b
=
1,0,

c
=
0,009.

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:

nж

– количество жаровых труб, гдеtж
– шаг расположения жаровых
труб, принимается tж
= 1,1Нк;
dср
– средний диаметр камеры (расположения
ЖТ), определяется по п.п 8.4.2;
Нк——-
по п.п 8.4.3

8.9.1. Суммарная
площадь миделевого сечения жаровых
труб:

,

где kопт= 0,8; Fm
– определяется по п. 7.4.4.

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 Fm и
относительному падению давления на
жаровой трубе Рж/:

.

8.9.5. Площадь
фронтового устройства

Fфр
= (0,1 
0,3)Fо.

8.9.6. Площадь
отверстий подвода вторичного воздуха
в зоне горения:

Fо.з.г
= (0,3 
0,5)Fо.

8.9.7. Площадь
отверстий подвода охлаждающего воздуха
:

Fохл
= (0,1 
0,3)Fо.

.8.9.8. Площадь
отверстий зоны смешения:

Fз.с
=Fж
Fо.з.г
Fохл
Fфр.

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);

Fо.з.г
=Fо;
– 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
dо.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 dо.з.с=dо.з.г)

,

где Fо.з.с=Fo.

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

;
.

8.9.18. Количество
поясов подвода воздуха для охлаждения
стенок жаровой трубы рассчитывается
по известной суммарной площади подвода
охлаждающего воздуха Fохл
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 hs
– высота щели, меняется обычно в пределах
0,001 
0,002 м. Количество поясов охлаждения
жаровой трубы, м2:

,

где Fохл
= Fo.

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

,

где
,Vж =dсрHжLж– объем жаровой трубы, м3

8.9.20.Границу
устойчивого горения в КС по «бедному»
составу смеси определяют по известному
критерию срыва пламени kср

kср
=
;

где Gвзг
= Fо.з.г
G
расход воздуха через зону горения, кг/с;


– 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: Qv= (1,2 
6,5)106
Дж/чм3
Па.

8.9.22.
Выбросы окислов азота NOx
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.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector