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柴油機燃燒室

  燃燒室的優劣對柴油機的性能有決定性的作用,因此是柴油機設計的關鍵。
  燃燒室按組織燃燒過程的特點和結構不同分為開式、半開式、預燃室式和渦流室式四類。前兩類屬于直接噴射式燃燒室;后兩類屬于分隔式燃燒室。
  低速柴油機和部分中、高速柴油機主要用無渦流的開式燃燒室。燃燒室由氣缸蓋底面和活塞頂面形成,具有一定形狀的整體空間。多孔噴油器(6~10孔)能使燃油霧化良好,并均勻分布在燃燒室空間。因此,開式燃燒室中的燃燒屬于典型的空間式燃燒過程,要求燃燒室與油束形狀和分布相配合。它的優點是燃料消耗率低,起動容易;缺點是燃料霧化要求高,難于適應變轉速工作。
  小型高速柴油機大多采用有渦流的半開式燃燒室。這種燃燒室又分為多種類型,主要有油膜式燃燒室和復合式燃燒室等。
  油膜式燃燒室是1956年由德國的莫勒所發明。燃燒室位于活塞頂內,呈球形。燃料噴向燃燒室壁面,大部分燃油在強渦流作用下噴涂在燃燒室壁面上,形成很薄的油膜,小部分燃油霧化分布在燃燒室空間并首先著火,隨后即引燃從壁面上蒸發的燃料。這種燃燒室可使工作過程柔和,燃燒完全,聲輕無煙,并可使用輕質燃料;缺點是低溫時起動較困難。
  復合式燃燒室是1964年由中國的史紹熙等發明,燃燒室在活塞頂內呈深盆形,口部略有收縮,用特殊形狀的進氣道形成進氣渦流,采用單孔軸針式噴油器。噴油器軸線與燃燒室壁面基本平行,燃料噴向燃燒室的周邊空間。在渦流作用下,粗大的油粒散落在燃燒室壁面上形成油膜,細小的油粒在空間與空氣混合。當轉速較高時,燃燒室渦流速度高,壁面上的油膜燃料增多,具有油膜燃燒的特點;而在低轉速和起動時,渦流速度低,空間混合的燃料量增多,具有空間式燃燒的特點,能改善冷起動性能。
  復合式燃燒室把油膜蒸發混合燃燒與空間混合燃燒合理地結合起來,兼有兩者的優點,故又稱為復合式燃燒系統,其工作過程柔和,可燃用多種燃料,對噴油系統要求低,而且起動容易。缺點是低負荷排氣中未燃的碳氫化物含量較高。
  預燃式燃燒室由預燃室和主燃燒室兩部分組成。預燃室在氣缸蓋內,占壓縮容積的25~40%,有一個或數個通孔與主燃燒室連通。燃料噴入預燃室中,著火后部分燃料燃燒,將未燃的混合物高速噴入主燃燒室,與空氣進一步混合燃燒。這種燃燒室適用于中小功率柴油機。
  渦流式燃燒室由渦流室和主燃燒室組成。渦流室位于氣缸蓋上,呈球形或倒鐘形,占總壓縮容積的50~80%,有切向通道與主燃燒室相通。在壓縮行程時,壓入渦流室的空氣產生強烈的渦流運動,促使噴入其中的燃料與空氣混合。著火后混合物流入主燃燒室,形成二次流動,進一步與主燃燒室內的空氣混合燃燒。
  渦流室燃燒室和預燃室燃燒室都用軸針式噴油器,噴油壓力較低,工作可靠;由于渦流室內渦流隨轉速增高而加強,柴油機高轉速時柴油和空氣仍能很好地混合。
  渦流室式柴油機的轉速可達4000轉/分以上,工作過程柔和,排氣中有害成分較少。但散熱損失和氣體流動損失大,而且后燃較嚴重,故燃料消耗率較高;冷車起動困難,往往需要加裝預熱塞。


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