Камера сгорания двигателя

Материал из ТеплоВики — энциклопедия отоплении

Камера сгорания двигателя — объём, образованный совокупностью деталей двигателя в котором происходит сжигание горючей смеси. Конструкция камеры сгорания определяется условиями работы и назначением механизма; как правило используются жаропрочные материалы. В зависимости от температуры, развиваемой в камере сгорания непрерывного действия, в качестве конструкционных материалов для их изготовления применяют:

• до 500 °С — хромоникелевые стали;
• до 900 °С — хромоникелевые стали с добавкой титана;
• выше 950 °С — специальные материалы.

Камера сгорания — это замкнутое пространство, полость для сжигания газообразного, или жидкого топлива в двигателях внутреннего сгорания.
Камера сгорания газотурбинного двигателя — устройство, в котором в результате сгорания топлива повышается температура поступающего в него воздуха (газа).

Содержание

Класификация

По принципу действия

• Непрерывного действия (для газотурбинных двигателей (ГТД), турбореактивных двигателей (ТРД), воздушно-реактивных двигателей (ВРД), жидкостных ракетных двигателей (ЖРД)).
• Периодического действия (для поршневых двигателей внутреннего сгорания (ДВС));

Камеры сгорания непрерывного действия в свою очередь класифицируют:
По назначению

• Основные;
• Резервные;
• Промежуточного подогрева;

По направлению потока воздуха и продуктов сгорания

• прямоточные;
• противоточные камеры сгорания (последние применяют редко из-за большого гидравлического сопротивления).

По конструктивных особенностях корпуса и жаровой трубы

Камеры сгорания периодического действия в свою очередь класифицируют:
По используемому топливу

По конструкции бензиновые камеры сгорания разделяют:

По конструкции дизельные камеры сгорания разделяют:

• • Неразделенные (имеют только одно отделение, в котором происходит и смесеобразование, и сгорание топлива)
  • Разделенные (разделены на две части: основную и дополнительную, соединены между собой горловиной. При этом топливо впрыскивается в дополнительную камеру)

По способу смесеобразования

• • Обьемное (для неразделенных камер сгорания);
  • Пленочное;
  • Комбинированные.

Камера сгорания непрерывного действия

Камера сгорания непрерывного действия относятся к числу важнейших узлов авиационных и космических двигательных установок, специальных и транспортных газотурбинных установок, которые находят широкое применение в энергетике, химической промышленности, на ж.-д. транспорте, морских и речных судах.

Принцип работы

Камера сгорания является узлом газотурбинного двигателя (ГТД), в котором происходит приготовление и сжигание топливовоздушной смеси. Для приготовления топливовоздушной смеси в камеру сгорания подводится через форсунки топливо и поступает воздух из компрессора. В процессе запуска двигателя поджог топливовоздушной смеси производится электрической искрой (или пусковым устройством), а при дальнейшей работе процесс горения поддерживается непрерывно вследствие контакта образующейся топливовоздушной смеси с раскаленными продуктами сгорания. Образовавшийся в камере сгорания газ направляется в турбину компрессора.

Устойчивость и совершенство процессов в камере сгорания в значительной степени обеспечивают надежную и экономичную работу газотурбинного двигателя.

Требования, предъявляемые к камере сгорания непрерывного действия

• Устойчивость процесса горения при всех возможных режимах и полетных условиях. Необходимо, чтобы сгорание топлива было непрерывным и не было срыва пламени или пульсационного горения, что может вызвать самовыключение двигателя. В процессе изменения режима работы двигателя и полетных условий изменяется соотношение топлива и воздуха, поступающих в камеру сгорания, т.е. изменяется качество смеси.
• Обеспечение равномерного поля температуры газов перед турбиной. Обычно камеры сгорания имеют несколько форсунок для подвода топлива, поэтому имеется тенденция к получению зон различной температуры на выходе газов из камеры сгорания. Значительная неравномерность поля температур газов может приводить к разрушению турбинных лопаток.
• Минимальная длина факела пламени, т.е. процесс сгорания, должен заканчиваться в пределах камеры сгорания. В противном случае пламя доходит до лопаток соплового аппарата, что может привести к их прогару.
• Надежность в эксплуатации, большой срок службы, удобство контроля и технического обслуживания. Обеспечение длительной и надежной работы камеры сгорания достигается как рядом конструктивных мероприятий, так и строгим соблюдением правил летной и технической эксплуатации. Для максимального выполнения перечисленных требований каждому типу двигателя подбирается соответствующий тип камеры сгорания.

Камера сгорания периодического действия

Камера сгорания работающей на бензине

Конструкции камер сгорания автомобильных двигателей различны. У двигателей с верхним расположением клапанов применяют центральные камеры, а также камеры полуклинового и клинового типов. При нижнем расположении клапанов основной объем камеры сгорания смещен в сторону от оси цилиндра (Г-образная форма); такая конструкция камеры способствует усилению завихрения горючей смеси и улучшает смесеобразование. На современных двигателях широко применяют камеры сгорания полуклинового и клинового типов.

Клиновая камера сгорания — полученная из плоскоовальной наклоном клапанов для получения лучшей формы газовых каналов. Свеча зажигания в этом случае сдвинута в сторону выпускного клапана, движение заряда в камере направлено к свече. У клинообразной камеры сгорания большая часть ее объема сконцентрирована возле свечи, благодаря чему сначала должно сгорать наибольшее количество заряда, а в самой удаленной от свечи зоне камеры сгорания, где имеется опасность детонации, должно находиться сравнительно небольшое количество переохлажденной смеси в зазоре вытеснителя. Такая камера обеспечивает мягкое сгорание и низкие тепловые потери. Жесткость работы двигателя оценивается скоростью нарастания давления, т. е. повышением давления в цилиндре при повороте коленчатого вала на решающее значение имеет участок поворота, соответствующий интервалу между образованием искрового разряда (воспламенение смеси) и ВМТ. Мягким считается процесс сгорания, при котором скорость нарастания давления лежит в пределах 0,2 – 0,6 МПа на 1° угла поворота коленчатого вала. Уровень шума при работе двигателя зависит также от зазоров между поршнем и цилиндром и между валом и его подшипниками.

Широко применявшаяся ранее полуклиновая камера сгорания претерпевает в настоящее время изменения. Камера такой формы применяется у двигателей спортивных, гоночных автомобилей для достижения высокой удельной мощности. При использовании в головке цилиндра двух распределительных валов и большом угле развала клапанов можно разместить в головке цилиндра клапаны большого диаметра. При этом поверхность камеры сгорания по отношению к ее объему достаточно мала. Обеспечивается также хорошее втекание заряда через клапаны в цилиндр, поскольку ему не препятствуют стенки цилиндра или камеры сгорания. Впускной и выпускной каналы имеют небольшую длину и малую поверхность. Двигатели с такой камерой сгорания имеют довольно высокий КПД.

Камера сгорания дизельного топлива

У дизельных двигателях требования к форме камеры сгорания определяются процессом смесеобразования. Для создания рабочей смеси в них отводится очень малое время, так как почти сразу после начала впрыска топлива начинается сгорание, и остаток топлива подается уже в горящую среду. Каждая капля топлива должна войти в соприкосновение с воздухом как можно быстрее, чтобы выделение теплоты произошло в начале хода расширения.

Пленочное смесеобразование применяется в ряде конструкций камер сгорания, когда почти все топливо направляется в пристеночную зону. В центральную часть камеры сгорания попадает приблизительно 5–10% впрыскиваемого форсункой топлива. Остальная часть топлива распределяется на стенках камеры сгорания в виде тонкой пленки (10–15 мкм). Первоначально воспламеняется часть топлива, попавшая в центральную часть камеры сгорания, где обычно отсутствует движение заряда и устанавливается наиболее высокая температура. В дальнейшем, по мере испарения и смешения с воздухом, горение распространяется на основную часть топлива, направленную в пристеночный слой. При пленочном смесеобразовании требуется менее тонкое распыливание топлива. Применяют форсунки с одним сопловым отверстием. Давление впрыска топлива не превышает 17–20 МПа.

Пленочное смесеобразование по сравнению с объемным обеспечивает лучшие экономические показатели двигателя, упрощает конструкцию топливной аппаратуры.

Основным недостатком являются низкие пусковые свойства двигателя при низких температурах в связи с малым количеством топлива, участвующего в первоначальном сгорании. Этот недостаток устраняют путем подогрева воздуха на впуске или за счет увеличения количества топлива, участвующего в образовании начального очага сгорания.

Комбинированное смесеобразование получается при меньших диаметрах камеры сгорания, когда часть топлива достигает ее стенки и концентрируется в пристеночном слое. Другая часть капель топлива располагается во внутреннем объеме заряда. На поверхности камеры оседает примерно 50% топлива. При впуске в камере не создается вращательного движения заряда. Заряд приводится в движение при вытеснении его из надпоршневого пространства в камеру сгорания, и создается вихрь. Скорость движения заряда достигает 40–45 м/с.

Отличительной особенностью от пленочного смесеобразования является встречное движение струй топлива и заряда, вытесняемого из надпоршневого пространства, что способствует увеличению количества топлива, взвешенного в объеме камеры сгорания, и сближает процесс с объемным смесеобразованием. Форсунки применяют с распылителями, имеющими 3–5 сопловых отверстий

Камеры сгорания с обьемным смесеобразованием. В дизельных двигателях с такими камерами топливо впрыскивается непосредственно в камеру сгорания форсункой с рабочим давлением 15–30 МПа, имеющей многодырчатые распылители (5–7 отверстий) с малым диаметром сопловых каналов (0.15–0.32 мм). Столь высокие давления впрыска применяются ввиду того, что в данном случае распыливание топлива и перемешивание его с воздухом достигается главным образом за счет кинетической энергии, сообщаемой топливу при впрыске. Для равномерного распределения топлива в камере форсунки таких двигателей часто выполняют с несколькими отверстиями.

Требования ко всем камерам сгорания двигателя

Основные требованиями для всех камер сгорания непрерывного действия являются:

• устойчивость процесса горения
• высокая теплонапряжённость
• максимальная полнота сгорания
• минимальные тепловые потери
• надёжная работа в течение установленного ресурса работы двигателя.

Все двигатели на «Газель». Описание, модификации: ЗМЗ-405, 406, 402, 409, УМЗ-4216, Cummins 2.8

Машины производства завода ГАЗ типа «Газель» считаются одними из наиболее востребованных малотоннажных грузовых автомобилей в странах СНГ. Данная модель поступила в массовое производства в 1994 году. С тех пор было выпущено несколько модификаций и усовершенствований, направленных на повышение надежности, продолжительности службы и удобства эксплуатации.

Модификации двигателя «Газели» также не редкость. Можно выделить наиболее востребованные среди них:

• двигатель ЗМЗ-402;
• двигатель ЗМЗ-405;
• двигатель ЗМЗ-406;
• двигатель ЗМЗ-409;
• двигатель УМЗ-4216;
• двигатель Cummins 2.8.

Каждый из них имеет свои особенности и собственные модификации. Нужно отметить, что даже опытные мастера по ремонту двигателя иногда путаются в них. Что уж говорить об обычном водителей. Чтобы правильно купить запчасти для двигателей, необходимо знать некоторые особенности. Об этом и пойдет речь в данной статье.

Двигатели ЗМЗ для «Газели»

ЗМЗ выпускает большинство двигателей, которые устанавливаются на автомобили марки «Газель» различных моделей. Рассмотрим наиболее востребованные из них, а именно модели 402, 405, 406 и 409.

Двигатель ЗМЗ-402

ЗМЗ-402 — модификация двигателя ГАЗ-24Д. Улучшены основные узлы, а также элементы силового агрегата. Это 4-цилиндровый карбюраторный двигатель с объемом 2,5 л. Его расход топлива — 13,5 л/100 км в городском цикле.

Среди модификаций двигателя ЗМЗ-402 выделяются:

1. ЗМЗ-4021.1 — в основном используется на автомобилях с повышенной проходимостью производства ГАЗ и УАЗ.
2. ЗМЗ-4025.1 — карбюраторный бензиновый двигатель, у которого клапаны находятся в верхней части головки цилиндров.
3. ЗМЗ-4026.1 — модель с карбюратором, в верхней части которого находятся выпускные и впускные клапаны (можно встретить на некоторых микроавтобусах ГАЗ).

Двигатель 402 последней модификации соответствует стандарту Евро-4.

Двигатель ЗМЗ-405

Двигатель 405 «Газель» используется для автомобилей производства ГАЗ. Он входит в семейство двигателей ЗМЗ 406 серии. Это инжекторный 4-цилиндровый двигатель с объемом 2 464 куб. см.

Среди имеющихся модификаций следует выделить:

Двигатель применяется на автомобилях ГАЗ моделей ГАЗ-31102, ГАЗ-31105, ГАЗ «Газель» и ГАЗ «Соболь», а также некоторые модели «Фиат».

Наиболее современный двигатель ЗМЗ-405 Евро-3 соответствует международным стандартам. Были учтены все нормы токсичности.

Двигатель ЗМЗ-406

Двигатель 406 «Газель» серийно выпускается с 1996 года. Обычно устанавливается на «Газель», а также легковые автомобили «Волга». Двигатель 406 достаточно трудоемкий в эксплуатации благодаря наличию сложной системы подачи топлива, а также электронной системы управления. Он имеет 4 цилиндра и объем 2,28 л, а его номинальная мощность — 106,6 кВт. Применяется как инжекторная топливная система, так и карбюраторная.

Можно отметить 3 популярные модификации двигателя ЗМЗ-406:

1. ЗМЗ-4061.10 — карбюраторный ДВС на 76 бензине (считается морально устарелым).
2. ЗМЗ-4062.10 — наиболее распространенная версия с инжекторным двигателем (устанавливается на «Волгах» и «Газелях»).
3. ЗМЗ-4063.10 — одна из новейших модификаций, которая работает на 92 бензине и использует карбюраторную топливную систему.

ЗМЗ-406 очень популярный и считается отличным выбором для «Газели» и «Соболь».

Двигатель ЗМЗ-409

Также отдельного внимания заслуживает двигатель ЗМЗ-409 «Газель». Нужно отметить, что данный ДВС разработан для легковых и грузопассажирских машин марки УАЗ. Однако его можно встретить на некоторых «Газелях». Выпуск был начат в 1996 году.

ЗМЗ-409 — 4-цилиндровый двигатель с объемом 2,693 литра и мощностью 94,1 кВт. Современная вариация ДВС соответствуют требованиям Евро-4. Расход топлива достигает 12 литров. При этом у ЗМЗ-409 блок цилиндров одинаковый с моделью ЗМЗ-405. Среди модификаций нужно выделить:

1. ЗМЗ-409.10 — отвечает нормам Евро-2 и имеет мощность 142,8 л.с.
2. ЗМЗ-4091 — выпускается в 2007 года, соответствует Евро-3 и имеет мощность 125 л.с.
3. ЗМЗ-40904 — мощность равна 142,8 л.с., крышка головки изготовлена из пластика, на раме есть форсунки двухпоточного распыления, присутствует датчик абсолютного давления.
4. ЗМЗ-40905 — аналогичен предыдущему, однако соответствуют Евро-4.

Двигатель надежный, простой в эксплуатации.

Прочие двигатели для «Газель»

Существуют и другие ДВС, которые используются на автомобилях «Газель» и их модификациях. Среди них выделим УМЗ-4216 и Cummins 2.8. Рассмотрим каждый из них.

Двигатель УМЗ-4216 «Газель»

УМЗ-4216 — бензиновый 4-тактный ДВС с объемом 2,89 л и мощностью 90,5 кВт. Устанавливается на «Газель-Бизнес» и «Газель-Некст». Двигатель имеет оригинальную конструкцию алюминиевого блока цилиндров, а также коленчатые валы с закалкой шатунных и коренных шеек

Среди модификаций нужно выделить:

1. УМЗ-4216.10 — имеет 123 л.с., соответствует Евро-3 и использует 92 бензин.
2. УМЗ-42161.10 — вариант на 93 л.с.
3. УМЗ-42164.10 — мощность 124 л.с., мотор отвечает стандарту Евро-4 (самый мощный и экологичный в серии).
4. УМЗ-421647.10 и УМЗ-42167.10 — газобензиновые моторы с мощностью 100 и 123 л.с. соответственно.

Двигатель очень надежный благодаря использованию более совершенных комплектующих.

Двигатель Cummins 2.8 «Газель»

Двигатель Cummins 2.8 устанавливается на машины ГАЗ «Газель» и ГАЗ «Некст», а также ГАЗ «Бизнес». Это 4-цилиндровый мотор с мощностью 88,3 кВт и объемом 2,781 л. Работает на дизельном топливе. Блок цилиндра сделан из серого чугуна с фрезерованным гильзами цилиндров. Коленчатый вал также из серого чугуна, хорошо отбалансирован.

Мы рассмотрели основные типы двигателей для «Газелей» и их наиболее востребованные модификации. Надеемся, что данная статья была вам полезна!