ห้องเผาไหม้

ห้องเผาไหม้ (อังกฤษ: combustion chamber) หมายถึงส่วนหนึ่งของเครื่องยนต์สันดาปภายในซึ่งเป็นที่ที่ส่วนผสมเชื้อเพลิง/อากาศถูกเผาไหม้ ในเครื่องจักรไอน้ำ คำนี้ยังใช้เรียกส่วนที่ขยายต่อจากเรือนไฟ (firebox) ซึ่งทำหน้าที่ช่วยให้กระบวนการเผาไหม้สมบูรณ์ยิ่งขึ้น

เครื่องยนต์สันดาปภายใน

มุมมองด้านข้างของเครื่องยนต์ แสดงให้เห็นตำแหน่งของห้องเผาไหม้

ในเครื่องยนต์สันดาปภายใน ความดันที่เกิดจากการเผาไหม้ของส่วนผสมอากาศ/เชื้อเพลิงจะส่งแรงโดยตรงไปยังส่วนหนึ่งของเครื่องยนต์ (เช่น ในเครื่องยนต์ลูกสูบ แรงจะถูกส่งไปยังด้านบนของลูกสูบ) ซึ่งจะเปลี่ยนความดันแก๊สให้เป็นพลังงานกล (โดยทั่วไปจะอยู่ในรูปของเพลาข้อเหวี่ยงที่หมุนได้) สิ่งนี้ต่างจากเครื่องยนต์สันดาปภายนอก ที่การเผาไหม้จะเกิดขึ้นในส่วนที่แยกต่างหากจากบริเวณที่ความดันแก๊สถูกเปลี่ยนเป็นพลังงานกล

เครื่องยนต์จุดระเบิดด้วยประกายไฟ

ในเครื่องยนต์จุดระเบิดด้วยประกายไฟ เช่น เครื่องยนต์เบนซิน (แกโซลีน) ห้องเผาไหม้มักอยู่ภายในฝาสูบ โดยทั่วไปเครื่องยนต์จะถูกออกแบบให้ก้นของห้องเผาไหม้อยู่ในแนวเดียวกันกับส่วนบนของเสื้อสูบ

ห้องเผาไหม้เครื่องยนต์แฟลตเฮด (แสดงด้วยสีเหลือง) ตั้งอยู่เหนือลูกสูบ (สีส้ม) และลิ้น (สีน้ำเงิน)

ห้องเผาไหม้เครื่องยนต์ OHC ซึ่งอยู่ระหว่างลูกสูบ (แสดงเป็นสีเหลือง) และลิ้น (สีน้ำเงินและสีแดง)

เครื่องยนต์สมัยใหม่ที่มีลิ้นหรือเพลาลูกเบี้ยวเหนือสูบใช้ส่วนบนของลูกสูบ (เมื่ออยู่ใกล้ศูนย์ตายบน) เป็นส่วนล่างสุดของห้องเผาไหม้ ส่วนด้านบนขึ้นไปนั้น ด้านข้างและหลังคาของห้องเผาไหม้จะประกอบด้วยลิ้นไอดี ลิ้นไอเสียและหัวเทียน ซึ่งทำให้เกิดห้องเผาไหม้ที่มีขนาดค่อนข้างกะทัดรัด โดยไม่มีส่วนยื่นออกไปด้านข้าง (กล่าวคือ ห้องเผาไหม้ทั้งหมดอยู่เหนือลูกสูบโดยตรง) โดยทั่วไปแล้วรูปร่างห้องเผาไหม้ที่พบบ่อยจะคล้ายกับครึ่งทรงกลมหนึ่งลูกหรือมากกว่า (เช่น ห้องเผาไหม้ทรงครึ่งวงกลม (hemi) หลังคาเพิง (pent-roof) ลิ่ม (wedge) หรือไต (kidney-shaped))

การออกแบบเครื่องยนต์แฟลตเฮด (flathead) รุ่นเก่าใช้ห้องเผาไหม้ที่มีรูปร่างคล้าย "อ่างอาบน้ำ" ซึ่งมีลักษณะยาวและวางอยู่เหนือทั้งลูกสูบและลิ้น (ซึ่งอยู่ด้านข้างลูกสูบ) ส่วนเครื่องยนต์ IOE (ไอดีเหนือไอเสีย) เป็นการรวมองค์ประกอบของเครื่องยนต์ลิ้นเหนือสูบและเครื่องยนต์แฟลตเฮดเข้าด้วยกัน โดยที่ลิ้นไอดีจะอยู่เหนือห้องเผาไหม้ ขณะที่ลิ้นไอเสียจะอยู่ด้านล่าง

รูปร่างห้องเผาไหม้ ช่องไอดีและช่องไอเสียคือกุญแจสำคัญที่ทำให้เกิดการเผาไหม้ได้อย่างมีประสิทธิภาพและเพิ่มกำลังเครื่องยนต์สูงสุด ฝาสูบมักถูกออกแบบมาเพื่อให้เกิดรูปแบบการไหลวยและความปั่นป่วนที่แน่นอน ซึ่งจะช่วยปรับปรุงการผสมของแก๊สและเพิ่มอัตราการไหลของแก๊สให้สูงขึ้น นอกจากนี้ รูปร่างของหัวลูกสูบยังมีผลต่อปริมาณการไหลวนอีกด้วย

อีกหนึ่งคุณสมบัติในการออกแบบเพื่อส่งเสริมความปั่นป่วนของส่วนผสมเชื้อเพลิง/อากาศให้เข้ากันได้ดีคือ "การบีบ" (squish) ซึ่งส่วนผสมเชื้อเพลิง/อากาศจะถูก "บีบ" ด้วยความดันสูงโดยลูกสูบที่กำลังเคลื่อนที่ขึ้น

ตำแหน่งของหัวเทียนก็เป็นปัจจัยสำคัญเช่นกัน เนื่องจากเป็นจุดเริ่มต้นของแนวด้านหน้าเปลวไฟ (flame front) (ส่วนหน้าสุดของแก๊สที่กำลังลุกไหม้) ที่จะเคลื่อนที่ลงไปสู่ลูกสูบ การออกแบบที่ดีควรเลี่ยงรอยแยกแคบ ๆ ที่อาจทำให้ "แก๊สปลาย" (end gas) เกิดการติดค้าง ซึ่งจะลดกำลังเครื่องยนต์และอาจทำให้เกิดอาการเคาะได้ เครื่องยนต์ส่วนใหญ่ใช้หัวเทียนหนึ่งตัวต่อหนึ่งกระบอกสูบ แต่บางรุ่น (เช่นเครื่องยนต์ Alfa Romeo Twin Spark ปี 1986-2009) ใช้หัวเทียนสองตัวต่อหนึ่งกระบอกสูบ

เครื่องยนต์จุดระเบิดด้วยการอัด

ลูกสูบหัวเว้าสำหรับเครื่องยนต์ดีเซล

เครื่องยนต์จุดระเบิดด้วยการอัด เช่น เครื่องยนต์ดีเซล มักแบ่งออกเป็นสองประเภทหลัก ๆ ได้แก่:

• ฉีดตรง (direct injection): เชื้อเพลิงจะถูกฉีดเข้าไปในห้องเผาไหม้โดยตรง ชนิดที่พบได้ทั่วไปคือแบบยูนิตฉีดตรง (unit direct injection) และแบบคอมมอนเรล (common rail injection)
• ฉีดอ้อม (indirect injection): เชื้อเพลิงจะถูกฉีดเข้าไปในห้องหมุนวน (swirl chamber) หรือห้องเผาไหม้ช่วย (pre-combustion chamber) โดยเชื้อเพลิงจะเริ่มจุดระเบิดเมื่อถูกฉีดเข้าไปในห้องนี้ และส่วนผสมอากาศ/เชื้อเพลิงที่ลุกไหม้แล้วจะกระจายเข้าไปในห้องเผาไหม้หลัก

เครื่องยนต์แบบฉีดตรงมักประหยัดเชื้อเพลิงได้ดีกว่า แต่เครื่องยนต์แบบฉีดอ้อมสามารถใช้น้ำมันเชื้อเพลิงที่มีคุณภาพต่ำกว่าได้

แฮร์รี ริคาร์โด เป็นบุคคลที่มีชื่อเสียงในการพัฒนาห้องเผาไหม้สำหรับเครื่องยนต์ดีเซล โดยแบบที่เป็นที่รู้จักกันดีที่สุดคือ Ricardo Comet

กังหันแก๊ส

บทความหลัก: คอมบัสเตอร์

ในระบบการไหลแบบต่อเนื่อง เช่น ห้องเผาไหม้เครื่องยนต์ไอพ่น ความดันจะถูกควบคุมและกระบวนการเผาไหม้จะทำให้ปริมาตรเพิ่มขึ้น ห้องเผาไหม้ในเครื่องยนต์กังหันแก๊สและเครื่องยนต์ไอพ่น (รวมถึงแรมเจ็ตและสแครมเจ็ต) เรียกว่าคอมบัสเตอร์ (combustor)

คอมบัสเตอร์จะรับอากาศความดันสูงจากระบบอัดอากาศ ฉีดเชื้อเพลิงเข้าไปเผาไหม้ส่วนผสม จากนั้นส่งแก๊สไอเสียร้อนความดันสูงไปยังส่วนกังหันของเครื่องยนต์หรือปล่อยออกทางปากท่อไอเสีย

คอมบัสเตอร์มีหลายประเภทหลัก ๆ ได้แก่:

• แบบท่อ (can type): เป็นห้องเผาไหม้ทรงกระบอกแยกหลายห้อง แต่ละ "ท่อ" มีตัวฉีดเชื้อเพลิง แผงกั้น ท่อเชื่อมต่อ และโครงหุ้มเป็นของตัวเอง แต่ละ "ท่อ" จะได้รับแหล่งอากาศจากช่องเปิดที่แยกกัน
• แบบรวมท่อและวงแหวน (cannular type): เหมือนกับคอมบัสเตอร์แบบท่อ แต่มีโซนการเผาไหม้แยกกันซึ่งบรรจุอยู่ในแผงกั้นแยกและมีตัวฉีดเชื้อเพลิงเป็นของตัวเอง ข้อแตกต่างคือโซนการเผาไหม้ทั้งหมดใช้โครงหุ้มอากาศร่วมกัน
• แบบวงแหวน (annular type): คอมบัสเตอร์แบบวงแหวนจะไม่มีโซนการเผาไหม้ที่แยกจากกัน แต่จะมีแผงกั้นและโครงหุ้มที่ต่อเนื่องกันเป็นวงแหวน

เครื่องยนต์จรวด

ดูเพิ่ม: เครื่องยนต์จรวด § ห้องเผาไหม้ 

หากความเร็วของแก๊สเปลี่ยนไป จะเกิดแรงขับขึ้น เช่นเดียวกับที่เกิดขึ้นในหัวฉีดของเครื่องยนต์จรวด

เครื่องจักรไอน้ำ

บทความหลัก: เรือนไฟ § ห้องเผาไหม้

เนื่องจากนิยามของห้องเผาไหม้ใช้ในเครื่องยนต์สันดาปภายใน ส่วนที่เทียบเท่ากันในเครื่องจักรไอน้ำก็คือเรือนไฟ (firebox) เนื่องจากเป็นที่ที่เชื้อเพลิงถูกเผาไหม้ อย่างไรก็ดี ในบริบทของเครื่องจักรไอน้ำ คำว่า "ห้องเผาไหม้" ยังถูกใช้เรียกพื้นที่เฉพาะที่อยู่ระหว่างเรือนไฟและหม้อต้มด้วย ส่วนที่ขยายต่อจากเรือนไฟนี้ถูกออกแบบมาเพื่อให้การเผาไหม้เชื้อเพลิงสมบูรณ์ยิ่งขึ้น เพิ่มประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิง และลดการสะสมของเขม่าและตะกรัน การใช้ห้องเผาไหม้แบบนี้ในรถจักรไอน้ำขนาดใหญ่ช่วยให้สามารถใช้ท่อไฟที่สั้นลงได้

ห้องเผาไหม้ขนาดเล็ก

ห้องเผาไหม้ขนาดเล็ก (micro combustion chamber) คืออุปกรณ์ที่การเผาไหม้เกิดขึ้นในปริมาตรที่เล็กมาก ส่งผลให้อัตราส่วนพื้นผิวต่อปริมาตรเพิ่มขึ้น ซึ่งมีบทบาทสำคัญในการช่วยให้เปลวไฟคงที่

ดูเพิ่ม

• ฝาสูบ
• ความจุเครื่องยนต์
• คอมบัสเตอร์
• อัตราส่วนการอัดแปรผัน