柴油機(jī)可燃混合氣在燃燒室內(nèi)的形成
作者:發(fā)電機(jī)專家 來源：鼎新柴油發(fā)電機(jī)組 發(fā)布時(shí)間：2017-12-08 10:37
1.柴油機(jī)的燃燒室
柴油機(jī)可燃混合氣在燃燒室內(nèi)的形成，雖然與燃料的霧化狀況有密切關(guān)系，但還需要有適當(dāng)形狀的燃燒室相配合，合理地形成燃燒室內(nèi)氣流運(yùn)動，促進(jìn)燃料迅速而均勻地與空氣混合，并迅速地分布到整個(gè)燃燒室的每一角落，從而使燃燒過程更為完善。
按柴油機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)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(nèi)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(jìn)行，稱為主燃室，另一部分則位于汽缸蓋內(nèi)，稱為輔助燃燒室。兩部分空間由一個(gè)或幾個(gè)通道相連，其型式有渦流室式和預(yù)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(gè)或數(shù)個(gè)通道相連通。通道方向與活塞頂傾斜一個(gè)角度并與渦流室相切。渦流室容積約占整個(gè)壓縮容積的(50～80)%，噴油器安裝在渦流室內(nèi)，燃油順渦流方向噴射。
柴油機(jī)在壓縮過程時(shí)，汽缸內(nèi)的空氣被壓人渦流室，產(chǎn)生強(qiáng)烈的有規(guī)律的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。柴油噴入渦流室，被強(qiáng)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(nèi)的氣體壓力和溫度迅速升高。在工作沖程時(shí)，渦流室中未燃燒
的混合氣和燃?xì)庖黄穑?jīng)通道流入主燃燒室，與主燃燒室中的空氣進(jìn)一步混合燃燒。
這種燃燒室，由于燃燒是在燃燒室的兩個(gè)部分內(nèi)進(jìn)行的，因此，東莞發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)對轉(zhuǎn)速影響不敏感，對燃油噴射系統(tǒng)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(diǎn)是，因渦流室部分在汽缸蓋內(nèi)，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(jī)中采用較多。
②頂燃室式燃燒室：預(yù)燃室式燃燒室，它由汽缸蓋內(nèi)的預(yù)燃室和活塞頂部的主燃燒室兩部分構(gòu)成。兩者之間由一個(gè)或多個(gè)孔道相通，噴油器安裝在頂燃室中心線附件。
東莞發(fā)電機(jī)工作時(shí)，在壓縮沖程中，空氣進(jìn)人預(yù)燃室時(shí)形成強(qiáng)烈紊流，柴油噴入預(yù)燃室時(shí)，依靠紊流作用，使一部分柴油霧化混合，部分柴油首先在預(yù)燃室內(nèi)著火燃燒后，使預(yù)燃室內(nèi)的壓力和溫度迅速升高，將預(yù)燃室中的混合氣迅速噴人主燃燒室內(nèi)，造成強(qiáng)烈的氣體擾動，使大部分柴油在主燃燒室內(nèi)進(jìn)行第二次混合燃燒。
頂燃室柴油機(jī)對燃油噴射系統(tǒng)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(yù)燃室的熾熱，因此，冷車啟動比較困難。
(2)統(tǒng)一式燃燒室統(tǒng)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(nèi)壁所包圍形成的單一內(nèi)腔。采用這類燃燒室時(shí)，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(nèi)的空氣渦流運(yùn)動，迅速形成混合氣。統(tǒng)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(nèi)壁和活塞頂?shù)膚形深凹坑構(gòu)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(nèi)高溫空氣的熱量而蒸發(fā)，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(fā)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(jié)構(gòu)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(nèi)形成的混合氣多，同時(shí)參加燃燒的油量也很多，因而導(dǎo)致汽缸內(nèi)壓力升高較大，工作比較粗暴。6135G型、Z12V190B型、B2-300型柴油機(jī)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(jìn)氣道，可使進(jìn)氣時(shí)形成繞汽缸軸線轉(zhuǎn)動的高速空氣流。工作時(shí)，噴油器將柴油順氣流旋轉(zhuǎn)方向沿燃燒室切線方向噴射，在強(qiáng)烈的進(jìn)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(fā)，蒸發(fā)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(fā)的，柴油機(jī)工作比較柔和，燃燒噪音較小，冒煙程度大為改善，經(jīng)濟(jì)性和動力斡指標(biāo)也較高，并可使用多種柴油，其缺點(diǎn)是冷車啟動較困難。120系列柴油機(jī)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(yùn)動方向垂直。有一個(gè)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(chǎn)生空間霧化。兩者的比例與柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)情況有關(guān)，當(dāng)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速較高時(shí)，氣流運(yùn)動增加，油膜形成增多，具有油膜蒸發(fā)燃燒特點(diǎn)，而在低速運(yùn)轉(zhuǎn)或啟動時(shí)，氣流速度低，使空間霧化燃油增多，具有空間燃燒的特點(diǎn)，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(yīng)性都較好，而且還具有能適應(yīng)多種規(guī)格的柴油，對柴油噴射系統(tǒng)要求也較低。
2.柴油機(jī)混合氣形成的特點(diǎn)
柴油機(jī)的混合氣是在汽缸內(nèi)部形成的，進(jìn)氣沖程吸入新鮮空氣，然后對空氣進(jìn)行壓縮，直到壓縮沖程接近終了時(shí)，柴油才開始噴入燃燒室，因此，柴油機(jī)混合氣的形成具有以下特點(diǎn)：
(1)從噴油開始，約經(jīng)(1～3)1000s時(shí)間，柴油便開始燃燒，東莞發(fā)電機(jī)混合氣形成過程與燃燒過程幾乎是同時(shí)進(jìn)行的。
(2)混合氣形成的時(shí)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(jié)束為止，僅占曲軸轉(zhuǎn)角(15°～35°)的位置。以柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速為1500r/min為例，在曲軸轉(zhuǎn)角20°內(nèi)噴油完畢時(shí)，其噴油時(shí)間僅為0.0022s。
(3)柴油的粘度較大，不易蒸發(fā)。
上述特點(diǎn)也是柴油機(jī)可燃混合氣形成的困難之點(diǎn)。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(tǒng)保證柴油的霧化質(zhì)量外，還需要燃燒室的幫助。
