柴油機燃燒室的形狀特點

李豔惠等

燃油要在極短時間內與空氣完成良好的混合和燃燒，需要燃燒室結構形狀、燃油噴注方向、油束數量、噴霧質量以及空氣運動等方面的配合。雖然燃料的霧化狀況，對可燃混合氣的充分混合有極大影響，但燃燒室的形狀也會影響氣流的運動，能進一步促進燃料迅速均勻地與空氣混合，使燃燒過程更加完善，提高柴油機的熱效率，降低排放污染。

1 ω 形燃燒室

ω 形燃燒室，它的空氣利用率較開式燃燒室提高了不少，主要是由於凹坑中心的凸起修正了中心區域氣流運動很弱的缺陷，並且使進來的燃油在燃燒室中形成了渦流，空氣運動以進氣渦流爲主，擠壓渦流爲輔，使燃燒室更容易形成均勻的混合氣，故起動性能比較好，然而由於它對噴油器的要求比較高，噴孔比較容易堵塞，導致工作粗暴，排氣污染比較嚴重。這種燃燒室廣泛應用在中小型高速柴油機上。

在柴油機技術發展過程中，爲提高 ω 形燃燒室的柴油機性能，逐步採取了以下幾種措施:(1)採用螺旋進氣道，使進氣氣流在燃燒室內產生規則的旋轉運動，提高可燃混合氣的形成速度和質量，加快燃燒速度，使柴油機的動力性、燃料使用經濟性、加速性等得到改善，最高轉速也相應提高。例如，未採用螺旋進氣道的柴油機，其最高轉速爲1500 ～ 1800 r/min，採用螺旋進氣道的柴油機轉速可提高到 3000 r/min。(2)吸取球形燃燒室油膜蒸發燃燒，使柴油機工作柔和、燃燒完全的優點，將燃燒室由淺 ω 形向中ω 形、深 ω 形改變，並使一部分柴油噴射到燃燒室壁面上形成油膜，在氣流運動配合下形成可燃混合氣並燃燒。(3)爲減輕柴油機工作粗暴程度，適當降低壓縮比，一般

調整爲 16 ～18 爲宜。

2 球形燃燒室

在柴油機技術發展中，爲保持直噴式燃燒室柴油機動力性、燃料使用經濟性好的優點，減輕它的工作粗暴程度，克服分隔形燃燒室柴油機燃料使用經濟性差的缺點，德國工程師發明了油膜燃燒理論指導下的球形燃燒室。燃燒室是位於活塞頭部、略偏離其中心線的大半個球形凹坑內。直徑爲 0. 3 ～ 0. 7mm 的單孔或雙孔長型噴油器傾斜安裝在汽缸蓋上。

球形燃燒室的顯著特點是利用油膜蒸發及氣流運動形成可燃混合氣。爲了在燃燒室內組織好氣流運動，採用了螺旋進氣道，合理選擇氣門位置，使進氣氣流在燃燒室內有規則地渦流運動。它一直延續到壓縮行程終了，甚至燃燒過程中。

3 U 型燃燒室

爲了克服球形燃燒室不易啓動，低速性能不佳的缺點，研究人員設計出 U 形燃燒室。這是介於球形(油膜燃燒)和 ω 型(基本屬於空間燃燒)之間的一種燃燒室。這種燃燒室活塞頂的凹腔製成 U 形，安裝單孔軸針式噴油器，噴油方向與氣流運動方向基本垂直，僅有 7° ～10°的順氣流方向的偏角。當發動機轉速高時，進氣渦流強，被氣流攤布在燃燒室壁上的燃油就多，此時，具有球形燃燒室的油膜蒸發混合的特點;而在低速或啓動時，進氣渦流弱，在燃燒室空間分佈的燃油就多(氣流攤布在室壁上的油少)，具有 ω 型空間混合的特點，改善了冷機啓動性能。這種燃燒室還能適應多種燃料(如柴油、煤油、汽油等均能平穩運轉)，對燃油系要求低。國產 X105 系列柴油機就是採用 U 型複合式燃燒室。

4 渦流室式燃燒室

出於減輕直噴式燃燒室柴油機振動、噪聲大的目的，科學家又發明了渦流室式燃燒室，它也是由兩部分組成:一部分位於活塞與汽缸之間，爲主燃燒室;另一部分位於氣缸蓋內，爲渦流室，其形狀爲球形或近似球形，容積約爲燃燒室容積的 50% ～80%。軸針式噴油器傾斜安裝在渦流室上方的一側。渦流室與主燃燒室之間用 1 ～2 個傾斜通道相連，通道與渦流室相切。爲便於渦流室製造並保持較高的溫度，渦流室的下半部分用耐熱鋼製成後壓配在汽缸蓋上。

在壓縮行程中，由於渦流室形狀、傾斜通道的配合，進入渦流室的空氣形成強烈的旋轉運動(通常稱爲壓縮渦流)。當活塞接近上止點時，噴油器順着氣流旋轉方向將柴油噴入渦流室，並與其內的空氣混合。由於渦流室內溫度較高，使柴油迅速着火燃燒，隨着渦流室內氣體壓力升高，並超過主燃燒室。於是燃燒的與尚未燃燒的可燃混合氣一起衝入主燃燒室。由於通道的傾斜及活塞頂面雙渦流凹坑的配合，進入主燃燒室的氣體再次形成旋轉運動(俗稱二次渦流)，與主燃燒室內空氣混合，使可燃混合氣成分更爲合適，質量進一步提高，促進燃燒完全。

由於傾斜通道的截面積較大，既便於先兩次的氣流運動形成，又可減少節流損失。針對渦流室式燃燒室的柴油不是直接噴入主燃燒室而造成柴油機啓動困難，沿噴油器軸線方向，渦流室底部有一漏斗形啓動孔。柴油機啓動時渦流室內氣流運動強度很弱，油束集中，部分柴油便從起動孔直接進入主燃燒室着火燃燒。柴油機啓動後渦流室內的氣流運動強度增大，啓動孔便失去作用。

有些學者將啓動孔的作用解釋爲，經過啓動孔的逆氣流將油束吹向溫度較高的渦流室中心區域，改善了渦流室內的可燃混合氣的形成及燃燒條件，便於柴油機啓動。經高速攝影，證實了上述認識，而且後者的作用較大，前者次之。

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