柴油機可燃混合氣在燃燒室內的形成
作者:發電機專家 來源：鼎新柴油發電機組 發布時間：2017-12-08 10:37
1.柴油機的燃燒室
柴油機可燃混合氣在燃燒室內的形成，雖然與燃料的霧化狀況有密切關系，但還需要有適當形狀的燃燒室相配合，合理地形成燃燒室內氣流運動，促進燃料迅速而均勻地與空氣混合，并迅速地分布到整個燃燒室的每一角落，從而使燃燒過程更為完善。
按柴油機結構特點和混合氣形成的方法不同，燃燒室可分為兩大類型：
(1)分隔式燃燒室分隔式燃燒室內腔分隔為兩部分，一部分位于活塞頂與汽缸蓋下平面之間，燃燒過程主要在此空間進行，稱為主燃室，另一部分則位于汽缸蓋內，稱為輔助燃燒室。兩部分空間由一個或幾個通道相連，其型式有渦流室式和預燃室式兩種。
①渦流室式燃燒室：渦流室式燃燒室是由渦流室和主燃室兩部分所組成。兩部分之間通過一個或數個通道相連通。通道方向與活塞頂傾斜一個角度并與渦流室相切。渦流室容積約占整個壓縮容積的(50～80)%，噴油器安裝在渦流室內，燃油順渦流方向噴射。
柴油機在壓縮過程時，汽缸內的空氣被壓人渦流室，產生強烈的有規律的旋轉運動。柴油噴入渦流室，被強烈的渦流沖散形成均勻的可燃混合氣，并著火燃燒，使渦流室內的氣體壓力和溫度迅速升高。在工作沖程時，渦流室中未燃燒
的混合氣和燃氣一起，經通道流入主燃燒室，與主燃燒室中的空氣進一步混合燃燒。
這種燃燒室，由于燃燒是在燃燒室的兩個部分內進行的，因此，東莞發電機運轉平穩對轉速影響不敏感，對燃油噴射系統的要求不高，可用較低的噴油壓力和較大孔徑的噴油器。其缺點是，因渦流室部分在汽缸蓋內，直接與冷卻水接觸，散熱損失大，冷車啟動較困難，燃油消耗率也較高。渦流室式燃燒室在中小型高速柴油機中采用較多。
②頂燃室式燃燒室：預燃室式燃燒室，它由汽缸蓋內的預燃室和活塞頂部的主燃燒室兩部分構成。兩者之間由一個或多個孔道相通，噴油器安裝在頂燃室中心線附件。
東莞發電機工作時，在壓縮沖程中，空氣進人預燃室時形成強烈紊流，柴油噴入預燃室時，依靠紊流作用，使一部分柴油霧化混合，部分柴油首先在預燃室內著火燃燒后，使預燃室內的壓力和溫度迅速升高，將預燃室中的混合氣迅速噴人主燃燒室內，造成強烈的氣體擾動，使大部分柴油在主燃燒室內進行第二次混合燃燒。
頂燃室柴油機對燃油噴射系統要求較低，可采用單孔噴油器，其噴油壓力(7848～11772)kPa，但這種燃燒室熱量損失較大，熱效率較低，燃油消耗率也較大。由于混合氣的形成部分依靠預燃室的熾熱，因此，冷車啟動比較困難。
(2)統一式燃燒室統一式燃燒室又稱直接噴射式燃燒室，它由活塞頂與汽缸蓋內壁所包圍形成的單一內腔。采用這類燃燒室時，一般配用多孔噴油器，將燃料直接噴射到燃燒室中，借助噴出油束的形狀與燃燒室的形狀相吻合，以及燃燒室內的空氣渦流運動，迅速形成混合氣。統一式燃燒室常用的有下面幾種：
①w形燃燒室：w燃燒室由氣缸蓋內壁和活塞頂的w形深凹坑構成。燃油的大部分由多孔噴油器以19600kPa的壓力噴入燃燒室后，均勻地以霧狀分布在燃燒室空間，吸收室內高溫空氣的熱量而蒸發，并與空氣混合。另有少量燃油被噴射到燃燒室壁面，形成油膜，在燃燒開始后才加速蒸發參與燃燒，因此，這種燃燒室要求噴油壓力較高。
w形燃燒室形狀比較簡單，結構緊湊，散熱面積小，熱效率高，有利于冷車啟動，但由于一部分燃油直接噴散在空腔中，在著火延遲期內形成的混合氣多，同時參加燃燒的油量也很多，因而導致汽缸內壓力升高較大，工作比較粗暴。6135G型、Z12V190B型、B2-300型柴油機采用這種w形燃燒室。
②球形燃燒室:球形燃燒室位于活塞頂中央，在活塞頂部加工成深凹狀球形空間，汽缸蓋上有螺旋道或切向進氣道，可使進氣時形成繞汽缸軸線轉動的高速空氣流。工作時，噴油器將柴油順氣流旋轉方向沿燃燒室切線方向噴射，在強烈的進氣渦流作用下，使燃油分布在燃燒室壁表面，形成一層很薄的油膜，在較低的溫度下蒸發，蒸發出的油氣與空氣混合成均勻的混合氣。
這種燃燒室由于油膜是逐層蒸發的，柴油機工作比較柔和，燃燒噪音較小，冒煙程度大為改善，經濟性和動力斡指標也較高，并可使用多種柴油，其缺點是冷車啟動較困難。120系列柴油機采用這種燃燒室。
③U形燃燒室：U形燃燒室位于活塞頂正中心，呈“U”字形的凹坑。噴油方向基本上與空氣渦流運動方向垂直。有一個很小的順氣流趨向的偏角，使一部分燃油在渦流的作用下，沿燃燒室壁畫分布成油膜；另一部分則產生空間霧化。兩者的比例與柴油機運轉情況有關，當柴油機轉速較高時，氣流運動增加，油膜形成增多，具有油膜蒸發燃燒特點，而在低速運轉或啟動時，氣流速度低，使空間霧化燃油增多，具有空間燃燒的特點，從而改善了冷車啟動的性能。U形燃燒室對高速和低速適應性都較好，而且還具有能適應多種規格的柴油，對柴油噴射系統要求也較低。
2.柴油機混合氣形成的特點
柴油機的混合氣是在汽缸內部形成的，進氣沖程吸入新鮮空氣，然后對空氣進行壓縮，直到壓縮沖程接近終了時，柴油才開始噴入燃燒室，因此，柴油機混合氣的形成具有以下特點：
(1)從噴油開始，約經(1～3)1000s時間，柴油便開始燃燒，東莞發電機混合氣形成過程與燃燒過程幾乎是同時進行的。
(2)混合氣形成的時間極短，一般僅千分之幾秒，從噴油開始即混合開始起，到噴油結束為止，僅占曲軸轉角(15°～35°)的位置。以柴油機的轉速為1500r/min為例，在曲軸轉角20°內噴油完畢時，其噴油時間僅為0.0022s。
(3)柴油的粘度較大，不易蒸發。
上述特點也是柴油機可燃混合氣形成的困難之點。為了使柴油與空氣能迅速地形成混合氣，除了要求燃油噴射系統保證柴油的霧化質量外，還需要燃燒室的幫助。
