Komory spalania
Komorę spalania stanowi przestrzeń między głowicą silnika a denkiem tłoka, gdy znajduje się en w położeniu ZZ. Komora spalania jest ukształtowana w głowicy lub w zagłębieniu denka tłoka, a niekiedy w cylindrze (niektóre silniki amerykańskie).
Prawidłowo rozwiązana konstrukcyjnie komora spalania powinna spełniać następujące warunki:
— zapewniać prawidłowy przebieg spalania mieszanki (silne zawirowanie mieszanki podczas sprężania, tik najkrótsza droga płomienia oraz przebieg czoła płomienia w kierunku strefy mniej nagrzanej);
umożliwiać jak najlepsze napełnienie cylindra (duży zawór ssący i duży przekrój przepływu wokół zaworu);
zapewniać dobre chłodzenie stref najbardziej nagrzanych (gniazda zaworu wydechowego i świecy zapłonowej);
stanowić zwartą konstrukcję, zapewniającą jak najmniejsze straty chłodzenia;
— stanowić rozwiązanie możliwie proste w technologii produkcji. Spełnienie wszystkich warunków jednocześnie nie jest możliwe. Ponieważ niektóre z nich są sprzeczne, w praktyce każde rozwiązanie konstrukcyjne stanowi pewien kompromis. Wymienione założenia teo-
retyczne są punktem wyjściowym w pracy konstruktora, jednak ze wzglądu na skomplikowane zjawiska i przemiany zachodzące podczas ssania, spalania i wydechu ostateczny kształt komory spalania ustalany jest na drodze badań doświadczalnych.
We współczesnych silnikach stosowane są w zasadzie cztery rodzaje komór spalania:
komora półkulista,
komora wanienkowa,
komora klinowa,
komora daszkowa.
Komora półkulista (rys. 4.11), z zaworami w układzie V i świecą zapłonową umieszczoną w środku, przez wiele lat uważana była za rozwiązanie najbardziej korzystne. Odznacza się ona bardzo dobrymi wskaźnikami sprawności i mocy, a także spełnia większość warunków wymienionych na wstępie. Na rysunku 4.11 obok optymalnej komory półkulistej pokazano różne komory, różniące się od niej w różnym procencie. Komory spalania różniące się o 3%> od optymalnej (dwa zawory ssące i dwa zawory wydechowe, świece umieszczone z boku) stosowano w silnikach francuskich samochodów CITROËN i PEUGEOT. Następna komora (różniąca się o 4°/o od optymalnej) stosowana była w silnikach samochodów RENAULT Gordini i Dauphine. W silnikach francuskich starszej konstrukcji można jeszcze spotkać również komory spalania różniące się od optymalnej o 8°/o. Pozostałe komory z układem dolnozaworowym oraz -mieszanym nie są stosowane od wielu już lat.
Obecnie, ze względu na skomplikowany mechanizm rozrządu, komory półkuliste stosowane są głównie w silnikach samochodów sportowych i wyścigowych. Komory zbliżone do półkulistych spotykane są jednak również w niektórych silnikach samochodów osobowych (rys. 4.12).
Komora wanienkowa (rys. 4.13b, c) ma kształt odwróconej płaskiej wanienki. Jest ona dość powszechnie stosowana, szczególnie w cztero-cylindrowych silnikach europejskich. W komorze tej zawory są umieszczone w płaszczyźnie równoległej do osi cylindrów w jednym rzędzie, a świece w bocznej ściance między zaworami (pod pewnym kątem w górę lub poziomo).
Zastosowanie tej komory umożliwia łatwe i proste rozwiązanie mechanizmu rozrządu. Przy niezbyt wysokim stopniu sprężania komora ta w sposób zadowalający spełnia założenia teoretyczne. Często komora wanienkowa w celu uzyskania lepszego spalania jest u góry pochylona (rys. 4.13c), co kształtem zbliża ją do komory klinowej.
Komora klinowa (rys. 4.13d i 4.14) odznacza się klinowym kształtem przekroju w płaszczyźnie prostopadłej do osi wału korbowego. Przepływ zassanej mieszanki następuje znad płaskiej części tłoka w kierunku komory spalania (rys. 4.14b). Świeca zapłonowa najczęściej jest umieszczona po stronie przeciwnej do wierzchołka klina. Gdy tłok zbliża się do położenia ZZ, następuje przepływ mieszanki ze szczeliny w kierunku świecy zapłonowej. Ze względu na chłodzące działanie ścianek szczeliny zapobiega to samozapłonom mieszanki, która nie jest objęta płomieniem.
Do zasadniczych zalet klinowych komór spalania należą: możliwość stosowania wysokiego stopnia sprężania przy korzystnych wskaźnikach pracy, dobre właściwości przeciwstukowe i dobre napełnienie cylindra, uproszczona konstrukcja mechanizmu rozrządu.
Komory klinowe są najczęściej stosowane w silnikach widlastych, szczególnie amerykańskich (rys. 4.14), jakkolwiek są stosowane również w nowoczesnych rzędowych silnikach czterocylindrowych samochodów europejskich (rys. 4.13d). W silnikach amerykańskich często klinowa komora spalania była umieszczana w cylindrze (rys. 4.14), a nie w głowicy lub tłoku. Ten system rozwiązania komory spalania umożliwia w sposób najbardziej łatwy i prosty uzyskać przestrzeń całkowicie obrobioną mechanicznie.
Komora daszkowa (rys. 4.15c) ma wiele cech konstrukcyjnych zbliżonych do komór półkulistych. Kształt komory wyznaczają dwie pochylone górne ścianki płaskie, w których umieszczone są zawory. W silnikach z komorami daszkowymi często stosowane są po dwa zawory ssące i ipo dwa zawory wydechowe. Komora ta jest bardzo korzystna ze względu na przebieg spalania oraz ze względu na łatwość jej wykonania.