Brennkammer - Combustion chamber
Eine Brennkammer ist ein Teil eines Verbrennungsmotors, in dem das Kraftstoff-Luft-Gemisch verbrannt wird. Bei Dampfmaschinen wurde der Begriff auch für eine Erweiterung der Feuerbüchse verwendet, die verwendet wird, um einen vollständigeren Verbrennungsprozess zu ermöglichen.
Verbrennungsmotoren
Bei einem Verbrennungsmotor übt der Druck, der durch das brennende Luft-Kraftstoff-Gemisch entsteht, eine direkte Kraft auf einen Teil des Motors aus (z. B. bei einem Kolbenmotor wird die Kraft auf die Oberseite des Kolbens ausgeübt), die den Gasdruck in mechanischen umwandelt Energie (oft in Form einer rotierenden Abtriebswelle). Dies steht im Gegensatz zu einem externen Verbrennungsmotor, bei dem die Verbrennung in einem separaten Teil des Motors stattfindet, wo der Gasdruck in mechanische Energie umgewandelt wird.
Ottomotoren
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Bei Ottomotoren, wie Benzinmotoren , befindet sich der Brennraum normalerweise im Zylinderkopf . Die Motoren sind oft so konstruiert, dass die Unterseite des Brennraums in etwa mit der Oberseite des Motorblocks übereinstimmt .
Moderne Motoren mit hängenden Ventilen oder obenliegender(n) Nockenwelle(n) verwenden den oberen Teil des Kolbens (wenn er sich in der Nähe des oberen Totpunkts befindet ) als Boden des Brennraums. Darüber hinaus umfassen die Seiten und das Dach des Brennraums die Einlassventile, Auslassventile und die Zündkerze. Dies bildet einen relativ kompakten Brennraum ohne seitliche Vorsprünge (dh der gesamte Raum befindet sich direkt über dem Kolben). Übliche Formen für die Brennkammer ähneln typischerweise einer oder mehreren Halbkugeln (wie die Halb- , Pultdach- , Keil- oder nierenförmigen Kammern).
Das ältere Flathead-Motordesign verwendet eine "badewannenförmige" Brennkammer mit einer länglichen Form, die sowohl über dem Kolben als auch über den Ventilen (die sich neben dem Kolben befinden) sitzt. IOE-Motoren kombinieren Elemente von Overhead-Ventil- und Flathead-Motoren; Das Einlassventil befindet sich oberhalb des Brennraums, während das Auslassventil darunter angeordnet ist.
Die Form des Brennraums, der Einlass- und Auslasskanäle ist der Schlüssel zu einer effizienten Verbrennung und zur Maximierung der Leistungsabgabe. Zylinderköpfe werden oft entworfen, um ein bestimmtes "Wirbel" -Muster (Rotationskomponente zum Gasstrom) und Turbulenz zu erreichen , was die Durchmischung verbessert und die Strömungsgeschwindigkeit der Gase erhöht. Auch die Form der Kolbenoberseite beeinflusst die Verwirbelung.
Ein weiteres Konstruktionsmerkmal zur Förderung von Turbulenzen für eine gute Kraftstoff/Luft-Vermischung ist Quetschen , bei dem das Kraftstoff/Luft-Gemisch mit hohem Druck durch den steigenden Kolben "gequetscht" wird.
Auch die Lage der Zündkerze ist ein wichtiger Faktor, da hier die Flammenfront (die Vorderkante der brennenden Gase) beginnt, die dann nach unten zum Kolben wandert. Ein gutes Design sollte enge Spalten vermeiden, in denen stehendes "Endgas" eingeschlossen werden kann, was die Leistungsabgabe des Motors verringert und möglicherweise zu Motorklopfen führt . Die meisten Motoren verwenden eine einzelne Zündkerze pro Zylinder, einige (wie der Alfa Romeo Twin Spark-Motor von 1986-2009 ) verwenden jedoch zwei Zündkerzen pro Zylinder.
Selbstzündungsmotoren
Selbstzündungsmotoren, wie z. B. Dieselmotoren , werden typischerweise klassifiziert als:
- Direkteinspritzung, bei der der Kraftstoff in den Brennraum eingespritzt wird. Zu den gängigen Varianten gehören die Direkteinspritzung und die Common-Rail- Einspritzung.
- Indirekte Einspritzung , bei der der Kraftstoff in eine Drallkammer oder Vorkammer eingespritzt wird . Der Kraftstoff entzündet sich beim Einspritzen in diese Kammer und das brennende Luft/Kraftstoff-Gemisch breitet sich in die Hauptbrennkammer aus.
Motoren mit Direkteinspritzung bieten normalerweise einen besseren Kraftstoffverbrauch, aber Motoren mit indirekter Einspritzung können eine niedrigere Kraftstoffqualität verwenden.
Harry Ricardo war führend in der Entwicklung von Brennkammern für Dieselmotoren, der bekannteste ist der Ricardo Comet .
Gasturbine
In einem kontinuierlichen Strömungssystem, beispielsweise einer Brennkammer für Strahltriebwerke , wird der Druck gesteuert und die Verbrennung erzeugt eine Volumenzunahme. Die Brennkammer in Gasturbinen und Strahltriebwerken (einschließlich Stau- und Scramjets ) wird als Combustor bezeichnet .
Die Brennkammer wird durch das Kompressionssystem mit Hochdruckluft gespeist, fügt Brennstoff hinzu und verbrennt das Gemisch und führt das heiße Hochdruckabgas in die Turbinenkomponenten des Triebwerks oder aus der Abgasdüse.
Es gibt verschiedene Arten von Brennkammern , hauptsächlich:
- Dosentyp: Dosenbrenner sind in sich geschlossene zylindrische Brennkammern. Jede "Dose" hat ihren eigenen Kraftstoffinjektor, Liner, Interkonnektoren, Gehäuse. Jeder "kann" eine Luftquelle durch individuelle Öffnung erhalten.
- Kanülentyp: Wie der Brenner vom Dosentyp weisen ringförmige Brenner von Dosen diskrete Verbrennungszonen auf, die in separaten Auskleidungen mit ihren eigenen Brennstoffeinspritzdüsen enthalten sind. Im Gegensatz zum Dosenbrenner teilen sich alle Verbrennungszonen ein gemeinsames Luftgehäuse.
- Ringförmiger Typ: Ringbrenner verzichten auf die getrennten Verbrennungszonen und haben einfach eine durchgehende Auskleidung und ein Gehäuse in einem Ring (dem Ring).
Raketenantrieb
Ändert sich die Gasgeschwindigkeit, entsteht Schub , beispielsweise in der Düse eines Raketentriebwerks .
Dampfmaschinen
In Anbetracht der Definition der Brennkammer, die für Verbrennungsmotoren verwendet wird, wäre der äquivalente Teil einer Dampfmaschine die Feuerbüchse , da hier der Kraftstoff verbrannt wird. Im Zusammenhang mit einer Dampfmaschine wird der Begriff „Brennkammer“ jedoch auch für einen bestimmten Bereich zwischen Feuerraum und Kessel verwendet . Diese Erweiterung der Brennkammer wurde entwickelt, um eine vollständigere Verbrennung des Brennstoffs zu ermöglichen, die Brennstoffeffizienz zu verbessern und die Bildung von Ruß und Kesselstein zu reduzieren. Die Verwendung dieses Brennkammertyps bei großen Dampflokomotiven ermöglicht die Verwendung von kürzeren Feuerrohren .
Mikrobrennkammern
Mikrobrennkammern sind die Geräte, in denen die Verbrennung bei einem sehr kleinen Volumen stattfindet, wodurch das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen erhöht wird, was eine entscheidende Rolle bei der Stabilisierung der Flamme spielt.
Brennkammern mit konstantem Volumen
Brennkammern mit konstantem Volumen (CVCC) sind die Forschungsgeräte, die üblicherweise mit Zündkerzen, Injektoren, Kraftstoff-/Luftein- und -auslassleitungen, Druckwandlern, Thermoelementen usw. ausgestattet sind. Je nach Anwendung können sie mit oder ohne optischem Zugang ausgestattet werden Quarzfenster verwenden. Die Brennkammern mit konstantem Volumen wurden ausgiebig mit dem Ziel verwendet, ein breites Spektrum grundlegender Aspekte der Verbrennungswissenschaft zu studieren. Hauptmerkmale von Verbrennungsphänomenen wie vorgemischte Flammen , Zündung, Selbstentzündung, laminare Brenngeschwindigkeit , Flammengeschwindigkeit , Diffusionsflammen, Sprays, Emissionserzeugung, Brennstoff- und Verbrennungseigenschaften und chemische Kinetik können mit CVCCs untersucht werden.