Câmara de combustão de um motor a gasóleo
As características da câmara de combustão do motor diesel desempenham um papel decisivo no desempenho, pelo que a conceção do motor diesel é fundamental.
A câmara de combustão, de acordo com as suas características organizacionais e estruturais, divide-se em quatro tipos: aberta, semiaberta, de pré-combustão e de turbulência. As duas primeiras são câmaras de combustão de injeção direta; as duas últimas pertencem à categoria das câmaras de combustão separadas.
Motores a diesel de baixa rotação e peças; motor a diesel de alta rotação sem turbulência, com câmara de combustão aberta. A partir da parte inferior da cabeça do cilindro, a câmara de combustão e a superfície superior do pistão formam, em conjunto, um espaço com uma determinada configuração. Injetor poroso (6 a 10 orifícios) para garantir uma boa atomização do combustível e uma distribuição uniforme no espaço da câmara de combustão. Por conseguinte, a combustão aberta no espaço da câmara de combustão constitui um processo de combustão típico, exigindo que a forma da câmara de combustão e a distribuição do óleo correspondam. Apresenta a vantagem de um baixo consumo de combustível e de um arranque fácil; a desvantagem reside na exigência em termos de atomização do combustível, sendo difícil adaptar-se ao funcionamento a velocidade variável.
Utilizam um pequeno motor diesel de alta velocidade com câmara de vórtice semiaberta. Esta câmara divide-se em vários tipos, nomeadamente a câmara de combustão composta por película e a câmara de combustão, entre outras.
«Câmara de Combustão» é um filme de 1956, da autoria do alemão Moller. Situada no interior da câmara do pistão, tem forma esférica. O combustível é pulverizado contra a parede da câmara de combustão do motor; a maior parte do jato de combustível, sob a ação de um forte vórtice, forma uma película fina na parede da câmara de combustão, enquanto uma pequena parte do combustível atomizado se distribui pelo espaço da câmara de combustão do motor e inicia a primeira ignição, que, por sua vez, provoca a evaporação subsequente do combustível da parede. Este processo de combustão permite um funcionamento suave, uma combustão completa, a emissão de pouco fumo e a utilização de combustível leve; a desvantagem é que é mais difícil de arrancar a frio.
Câmara de combustão composta, inventada em 1964 pelo chinês Shi Shaoxi, na qual, no interior da câmara escura, a parte superior do pistão tem a forma de uma taça, com a abertura ligeiramente estreita, o que dá origem a um redemoinho de ar de admissão com uma forma especial, utilizando um refrigerador de óleo com agulha de pulverização de eixo único. O eixo do injetor é paralelo à parede da câmara de combustão do motor básico, onde o combustível ocupa o espaço circundante à câmara de combustão. Sob a ação do vórtice, as partículas de óleo dispersam-se na parede espessa da câmara de combustão, formando uma película, com pequenas partículas de óleo misturadas no espaço e no ar. Quando a velocidade é elevada, o vórtice de alta velocidade na câmara de combustão faz com que a película de óleo na parede aumente, conferindo características de combustão de película; no arranque a baixa velocidade e quando a velocidade do vórtice é baixa, o aumento do espaço para a mistura do combustível com características de combustão do espaço permite melhorar o desempenho no arranque a frio.
A câmara de combustão por evaporação com película composta e o espaço de combustão combinam de forma adequada as vantagens de ambos os sistemas, sendo também conhecida como sistema de combustão híbrido. O seu funcionamento é suave, permite a utilização de uma variedade de combustíveis, apresenta baixos requisitos em termos do sistema de injeção de combustível do motor e permite um arranque fácil. A desvantagem é que, em condições de baixa carga, os níveis de hidrocarbonetos não queimados nos gases de escape são mais elevados.
A câmara de pré-ignição e a câmara de combustão do motor principal são constituídas pela câmara de pré-combustão, composta por duas partes. A câmara de pré-combustão situa-se na cabeça do cilindro, com um volume total de compressão de 25 a 40%, e possui um ou mais orifícios de passagem ligados à câmara de combustão principal. O combustível é injetado na câmara de pré-combustão; após a combustão parcial do combustível, a mistura não queimada é projetada a alta velocidade para a câmara de combustão, onde se mistura com o ar de combustão. Isto aplica-se às câmaras de combustão de motores diesel de pequena e média potência.
A câmara de turbulência e a câmara de combustão fazem parte dos componentes da câmara de combustão do motor principal. A câmara de turbulência, localizada na cabeça do cilindro, tem a forma de uma campânula invertida ou esférica, com um volume total de compressão de 50 a 80%, e está ligada ao canal da câmara de combustão do motor principal. Na fase de compressão, a pressão do ar na câmara de turbulência produz um forte movimento de vórtice, promovendo a mistura do combustível injetado com o ar. Depois de a mistura entrar na câmara de combustão, inicia-se a combustão, formando um fluxo secundário que se mistura com a mistura de ar da câmara de combustão principal para continuar a combustão.
E, ao utilizar uma câmara de combustão com pré-turbulência, o eixo da agulha do injetor permite uma pressão de injeção mais baixa e um funcionamento fiável; à medida que a velocidade aumenta, o motor diesel de alta velocidade, com turbulência e correntes de Foucault no interior, apresenta um bom desempenho, mesmo com o ar ainda em bom estado, em sistemas híbridos.
Nos motores a diesel com câmara de turbulência, a rotação pode atingir os 4000 rpm ou mais; o processo de funcionamento é suave e os gases de escape contêm menos componentes nocivos. No entanto, verificam-se perdas de calor e de um grande fluxo de gás, que se agravam após a combustão, o que se traduz num consumo de combustível mais elevado; além disso, os problemas de arranque a frio exigem frequentemente a instalação de velas de incandescência.