Влияние конструкции камеры сгорания на интенсивность детонации

Интенсивность детонационного сгорания в значительной мере определяется геометрической формой камеры сгорания и местом расположения свечи зажигания.

От конструкции камеры сгорания зависят также характер распространения фронта пламени, теплоотдача в стенки камеры сгорания, полнота выгорания топлива, эффективность преобразования выделившейся теплоты в полезную работу.

Для эффективного бездетонационного протекания процесса сгорания к конструкции камеры сгорания двигателей с искровым зажиганием предъявляются следующие требования:

1) максимально высокая степень сжатия при высокой компактности камеры сгорания и с размещением свечей зажигания в центре камеры сгорания;

2) минимальное расстояние перемещения фронта пламени от электродов свечи до наиболее удаленной зоны камеры сгорания. Чем меньше это расстояние, тем меньше по времени длительность процесса сгорания, тем выше антидетонационные качества камеры сгорания;

3) высокая степень турбулизации свежего заряда в конце такта сжатия. Турбулизация свежего заряда определенной интенсивности обеспечивает высокие скорости распространения фронта пламени и сокращение времени воздействия высоких температуры и давления на несгоревшую часть свежего заряда. Высокая турбулизация свежего заряда создается направленным движением заряда в процессе впуска за счет спиральной формы впускного канала в головке цилиндра и усиливается вследствие вытеснения свежего заряда из защемленных объемов - вытеснителей при приближении поршня к ВМТ (см. рис. 2.16). Камера сгорания с относительно холодными вытеснителями оказывает охлаждающее действие на вытесняемую часть свежего заряда, а также на ту его часть, которая сгорает в последнюю очередь. Снижение температуры свежего заряда в наиболее удаленной зоне камеры сгорания и повышение скорости распространения фронта пламени наиболее эффективно повышают антидетонационные качества камеры сгорания;


4) минимальное отношение площади поверхности камеры сгорания F_кс к ее объему V_c(F_кс/V_c). С увеличением этого отношения при V_c=const возрастают потери теплоты в систему охлаждения через стенки камеры сгорания, замедляется скорость сгорания непосредственно у стенок камеры сгорания и в узких зазорах между днищем поршня и головкой цилиндра в зоне вытеснителя. Возможно даже полное прекращение реакций окисления в пристеночных зонах (гашение пламени) из-за чрезмерного охлаждения свежего заряда, вследствие чего в продуктах сгорания увеличивается содержание не-сгоревших углеводородов СН.

При увеличении отношения F_кс/V_c ухудшается теплоиспользование цикла, что отражается на экономичности двигателя. Однако антидетонационные качества камеры сгорания улучшаются.

Наименьшее отношение F_кс/V_c наблюдается у полусферических неразделённых камер сгорания.

Интенсивно охлаждаются наиболее нагретые внутренние поверхности камеры сгорания, в первую очередь выпускные клапаны, перемычки между клапанами, свечи зажигания. Недостаточное охлаждение этих деталей повышает вероятность возникновения детонационного сгорания.

Свеча зажигания, расположенная вблизи наиболее нагретого места в камере сгорания, будет способствовать сгоранию в первую очередь той части горючей смеси, где наиболее вероятно детонационное сгорание.

Оптимальные конструктивные решения для камер сгорания различного типа с точки зрения обеспечения эффективного и без-детонационного сгорания определяются по данным экспериментальных исследований в процессе доводочных испытаний двигателей с искровым зажиганием. Конструктивные схемы наиболее распространенных камер сгорания двигателей с искровым зажиганием представлены на рис. 4.8.