أنواع غرف الاحتراق في محركات الديزل

يعمل محرك الديزل بدورة ثنائية ودورة رباعية، حيث تنتشر محركات الديزل ذي الدورة بشكل أكبر؛ لانتشار المحركات التي تعمل بها وخاصة في سيارات الركوب.

أنواع غرف الاحتراق في محركات الديزل:

1- غرف ذات دوامة من الانضغاط:

للحصول على حركة دوامية قوية، قسمت غرفة الاحتراق إلى قسمين:

• القسم الأول دائري ويتراوح حجمه بین 50 % إلى 90 % من حجم إجمالي غرفة الاحتراق ويكون دخول الهواء أثناء شوط الضغط عبر ممر يعرف بالعنق، فتنشأ عن ذلك دوامة قوية تصل فيها سرعة الهواء إلى 250 متر في الثانية.
  
• القسم الثاني هو عبارة عن غرفة الاحتراق الرئيسية وتمثل الحجم الاقل بالنسبة للقسم الأول، يحقن الوقود برشاش (بخاخ) ذي ثقب بضغط منخفض نسبيا يتراوح بين 80 إلى 120 بار ويكون اتجاه رذاذ الوقود في نفس اتجاه حركة الهواء، حقن الوقود في نفس اتجاه حركة الهواء أفضل لعملية الخلط من حقن الوقود بعكس اتجاه حركة الهواء؛ لأن الهواء في الحالة الأولى يحمل الوقود بعيداً عن الرشاش، ممّا يساعد على الخلط والتوزيع بأنحاء غرفة الاحتراق).
  تصمم الغرف الدوامية بحيث يقل التبريد في العنق، فيساعد عنق الغرفة الساخن على رفع درجة حرارة الهواء عند دخوله إلى الغرفة المسبقة أثناء شوط الضغط وهذا يساعد في تقليل فترة عطلة الإشعال، وفيما يلي عرض لبعض أنواع غرف الإثارة أو الغرف الداومية:
  

غرفة كوميت ريكاردو:

يوجد في غرفة إثارة المحرك إشعال بالضغط من نوع كوميت ريكاردو خلوص صغير بين نصف الغرفة السفلي وجدار غطاء الاسطوانات، حيث يعمل الهواء في هذا الخلوص كعازل حراري، فيقل تبرید جدار الغرفة وبذلك ترتفع درجة حرارة الغرفة وعنقها، ممّا يؤدي إلى تقليل فترة عطلة الإشعال وهذا يقلل من أهمية تعديل درجة الحقن عند تغير السرعة.

غرفة بركنز:

هو محرك بريطاني الصنع يستخدم على نطاق واسع في أغراض النقل، ويلاحظ في نظام حقن الوقود بهذا المحرك أن الوقود يحقن إلى غرفة الاحتراق بواسطة رشاش ذي ثقبين، أحدهما صغير (مساعد للثقب الرئيسي) موجه نحو عنق الغرفة في اتجاه مضاد لحركة الهواء والآخر موجه في نفس اتجاه حركة الهواء، ممّا ساعد في سهولة بدء الدوران وأن كمية الحقن تكون كبيرة في هذا الاتجاه عند البدء، وقد يتوقف الثقب المساعد بعد بدء الدوران لارتفاع ضغط الحقن، هذا النظام يجمع بين مزايا غرف الحقن المباشر وغرف الحقن غير المباشر.

غرفة هرقل:

تتكون غرفة هرقل للاحتراق من غرفة كروية الشكل في كتلة الاسطوانات ويلاحظ في تصميم هذه الغرف:

• يترك خلوص صغير جداً بين جدار الغرفة الكروية وجدار الاسطوانة وذلك لتسخين الغرفة، ممّا يؤدي إلى قصر فترة عطلة الإشعال.
  
• يصمم مشوار المكبس بحيث يحجب جزء من رأس المكبس جزءاً من عنق الغرفة، فيؤدي إلى زيادة سرعة الهواء الداخل إلى غرفة الاحتراق.
  تبلغ سرعة حركة الهواء الدائرية بداخل الغرفة حوالي ضعف سرعة دوران المحرك بخمسين مرة عندما يكون المكبس قبل النقطة الميتة العليا ب 10 درجات تقريباً، كما يتم الحقن عند أقصى فترة إثارة برشاش ذي ثقوب متعددة وفي اتجاه عمودي على دوامة الهواء وبضغط حقن يبلغ 115 بار .
  

2- غرف الإثارة أثناء الحريق Pre combustion chambers:

تتكون غرف الإثارة أثناء الحريق (غرف احتراق جزئي) من غرفة صغيرة يتراوح حجمها بین 25% إلى 40% من حجم غرفة الاحتراق، وتتصل بفراغ الاسطوانة بواسطة ثقب أو عدة ثقوب صغيرة، يتم حقن الوقود في الغرفة الجزئية قبل النقطة الميتة العليا بدرجات معينة بواسطة رشاش ذي ثقب واحد أو ذي ثقوب متعددة، يتم الاحتراق جزئياً في الغرفة الجزئية بسبب قلة كمية الأكسجين بها، إلا أن هذا الاحتراق يؤدي إلى اندفاع نواتج الاحتراق إلى فراغ الاسطوانة عبر الثقوب ليكمل بقية الاحتراق مسبباً ضغطاً على رأس المكبس أثناء شوط القدرة.
كما يلاحظ في عمل الغرف الجزئية أن ضغط الهواء في الاسطوانة خلال شوط الضغط يفوق الضغط داخل الغرفة الجزئية، ممّا ييسر دخول الهواء إلى الغرفة، كذلك يفوق ضغط نواتج الاحتراق الجزئي في الغرفة الجزئية عند نزول المكبس بعد النقطة الميتة العليا الضغط في الاسطوانة، ممّا يؤدي إلى اندفاع هذه النواتج من الغرفة إلى الأسطوانة ليكمل احتراقه، في ما يلي بعض أنواع المحركات التي تزود بغرف احتراق جزئي:

• غرف محرك مرسيدس بنز: تم وضع الغرفة على جانب الاسطوانة، حيث أن محورها يميل 30 درجة مع محور الاسطوانة، يتم الحقن بواسطة رشاش ذي عدة ثقوب، كما وضعت شمعة التسخين بحيث يلامس قطبها رذاذ الوقود المحقون لرفع درجة حرارته عند بدء الإدارة وتصنع محركات مرسيدس ذات غرف احتراق جزئي من ست اسطوانات إلى اثنتي عشرة اسطوانة؛ لأغراض النقل للشاحنات الصغيرة والمتوسطة.
  
• غرفة محرك كتربلر: يُعد محرك كتربلر من المحركات الأمريكية، حيث يستخدم بكثرة في مجال الجرارات الزراعية، يستخدم رشاش ذو ثقب واحد لحقن الوقود، حيث يحقن الوقود على شكل رذاذ عميق النفاذ ويكون بدء الاحتراق عند فوهة الغرفة الجزئية، يؤدي ارتفاع الضغط في الغرفة عند الاحتراق إلى طرد وقود محترق جزئياً بسبب سوء التذرية، يكمل الوقود المحترق جزئياً احتراقه بسهولة عند اختلاطه بالهواء الموجود بالاسطوانة.
  

3- غرف ذات خلية الهواء Air cell chamber:

يتم تصميم غرفة خلية الهواء في رأس المكبس أو في رأس الاسطوانات وتتصل الغرفة بالاسطوانة عبر فوهة ضيقة، يتراوح حجم غرفة الخلية بين 50 % إلى 70 %من حجم غرفة الاحتراق، تتلخص طريقة الحقن والاحتراق في غرف خلية الهواء كالتالي: يدفع الهواء خلال شوط الضغط من فراغ الاسطوانة إلى غرفة الخلية، يحقن الوقود مباشرة في غرفة الاحتراق عبر رشاش ذي ثقب أو عدة ثقوب، يحترق الوقود بداخل غرفة الاحتراق، يقل الضغط بغرفة الاحتراق نتيجة نزول المكبس بعد النقطة الميتة العليا، فيؤدي إلى اندفاع الهواء من غرفة الخلية إلى فراغ الأسطوانة، ممّا يساهم في اكتمال الاحتراق.
فيما يلي عرض لبعض تصميمات هذا النوع من الغرف:

• غرفة أكرو: في هذه الغرفة يتم حقن الوقود عن طريق رشاش ذو ثقب واحد في اتجاه فوهة غرفة الخلية، ويوجد شمعة تسخين للمساعدة في بدء الحركة ووضعت بحيث يلامس قطبها رذاذ الوقود المحقون.
  
• غرفة كومنز: في هذه الغرفة يكون حجم غرفة خلية الهواء صغير بالنسبة إلى غرفة الاحتراق ويتراوح بين 5 % إلى 10 %، أداء هذه الغرفة مقارب لأداء غرف الحقن المباشر بسبب صغر حجم خلية الهواء، يحقن الوقود إلى غرفة الاحتراق عبر رشاش ذي ثقوب تتراوح من 6 إلى 7 ثقوب، الهواء المندفع من غرفة الخلية يكاد لا يؤثر على عملية الاحتراق لضعف الإثارة الناتجة، إلا أن أهمية الهواء المندفع تكمن في إزالته للوقود المتبقي على ثقوب الرشاش، فيساعد في عدم تكون رواسب كربونية على رأس الرشاش.
  

4- غرف خلية الطاقة Energy cell chambers:

تسمى غرفة خلية الطاقة لانوفا (Lanova) وتنتج محركات لانوفا لاستخدامها في السيارات وللأغراض البحرية في الولايات المتحدة الأمريكية، يفوق إنتاج المحركات المزودة بغرف احتراق ذات خلية الطاقة المحركات المزودة بغرف احتراق ذات خلية الهواء؛ وذلك لجمعها لمميزات وخواص غرف خلية الهواء وغرف الاحتراق الجزئي، تتكون غرف الاحتراق ذات خلية الطاقة من غرفتين: الأولى صغيرة في مواجهة الرشاش وتسمى غرفة خلية الطاقة ويبلغ حجمها من 10% إلى 18% من حجم غرفة الاحتراق، الغرفة الثانية أكبر حجماً وتسمى غرفة خلية الهواء.
يفصل بين الغرفتين فوهة ضيقة وتتصل الغرفتان بغرفة الاحتراق والاسطوانة عبر فوهة أخرى ضيقة، يحقن الوقود عبر رشاش ذي ثقوب بضغط يتراوح بين 100 بار و 140 بار تقريباً، يدخل الوقود إلى غرفة خلية الطاقة بنسبة 60% من الوقود المحقون (يساعد الهواء المضغوط قبيل نهاية شوط الانضغاط على حمل الوقود إلى داخل غرفة خلية الطاقة )، يبدأ احتراق الوقود في غرفة الاحتراق بين الرشاش ومدخل غرفة خلية الطاقة (يبدأ الاحتراق هنا بسبب ارتفاع درجة حرارة الهواء؛ نتيجة بعد هذه المنطقة عن مجاري مياه التبريد، يمتد الاحتراق إلى داخل غرفة خلية الطاقة ويرتفع الضغط وينحصر بها.
تندفع نواتج الاحتراق من غرفة خلية الطاقة إلى غرفة الاحتراق، فيتقابل النتوء الموجود بالفوهة الذي يقوم بتقسيمها إلى دوامتين تدوران بسرعة عالية جداً وفي اتجاهين متضادين داخل غرفة الاحتراق، تعمل هاتان الدوامتان على خلق إثارة تؤدي إلى توزيع الوقود غير المحترق والتعجيل بإحراقه، نتيجة لهذه الإثارة ولكبر حجم الفراغ بالاسطوانة ولنزول المكبس بعد النقطة الميتة العليا؛ يندفع الهواء من غرفة خلية الهواء عبر غرفة خلية الطاقة إلى فراغ الاسطوانة، فيدفع بقايا نواتج الاحتراق بغرفة خلية الطاقة إلى فراغ الاسطوانة مكملاً حرق ما تبقى من الوقود

ميزات خلية الطاقة:

• الحد من الارتفاع السريع في الضغط وخاصة في خلية الطاقة؛ ذلك لوجود جزء من هواء الشحنة داخل الخلية ولحدوث إثارة متأخرة في الاسطوانة، ممّا يؤدي إلى إدارة لينة عند الأحمال والسرعات العالية.
  
• يمكن استخدام نسب ضئيلة للهواء الزائد وخاصة بغرف خلية الطاقة بسبب الإثارة العالية بها.
  
• استخدام ضغط حقن منخفض من 100 بار إلى 140 بار.