柴油机燃烧室的形状特点

李艳惠　常安江　王冬梅

摘 要：燃烧室几何形状对燃气流动有相当大的影响，从而影响燃烧室的燃烧性能，进而影响了柴油机的动力性、经济性和排放质量。对柴油机燃烧室几种常见的结构形状进行了综述。

关键词：柴油机;燃烧室;形状特点

中图分类号：U464.172文献标识码：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.10.054

燃油要在极短时间内与空气完成良好的混合和燃烧，需要燃烧室结构形状、燃油喷注方向、油束数量、喷雾质量以及空气运动等方面的配合。虽然燃料的雾化状况，对可燃混合气的充分混合有极大影响，但燃烧室的形状也会影响气流的运动，能进一步促进燃料迅速均匀地与空气混合，使燃烧过程更加完善，提高柴油机的热效率，降低排放污染。

1 ω形燃烧室

ω形燃烧室，它的空气利用率较开式燃烧室提高了不少，主要是由于凹坑中心的凸起修正了中心区域气流运动很弱的缺陷，并且使进来的燃油在燃烧室中形成了涡流，空气运动以进气涡流为主，挤压涡流为辅，使燃烧室更容易形成均匀的混合气，故起动性能比较好，然而由于它对喷油器的要求比较高，喷孔比较容易堵塞，导致工作粗暴，排气污染比较严重。这种燃烧室广泛应用在中小型高速柴油机上。

在柴油机技术发展过程中，为提高ω形燃烧室的柴油机性能，逐步采取了以下几种措施：（1）采用螺旋进气道，使进气气流在燃烧室内产生规则的旋转运动，提高可燃混合气的形成速度和质量，加快燃烧速度，使柴油机的动力性、燃料使用经济性、加速性等得到改善，最高转速也相应提高。例如，未采用螺旋进气道的柴油机，其最高转速为1500～1800 r/min，采用螺旋进气道的柴油机转速可提高到3000 r/min。（2）吸取球形燃烧室油膜蒸发燃烧，使柴油机工作柔和、燃烧完全的优点，将燃烧室由浅ω形向中ω形、深ω形改变，并使一部分柴油喷射到燃烧室壁面上形成油膜，在气流运动配合下形成可燃混合气并燃烧。（3）为减轻柴油机工作粗暴程度，适当降低压缩比，一般调整为16～18为宜。

2 球形燃烧室

在柴油机技术发展中，为保持直喷式燃烧室柴油机动力性、燃料使用经济性好的优点，减轻它的工作粗暴程度，克服分隔形燃烧室柴油机燃料使用经济性差的缺点，德国工程师发明了油膜燃烧理论指导下的球形燃燒室。燃烧室是位于活塞头部、略偏离其中心线的大半个球形凹坑内。直径为0.3～0.7mm的单孔或双孔长型喷油器倾斜安装在汽缸盖上。

球形燃烧室的显著特点是利用油膜蒸发及气流运动形成可燃混合气。为了在燃烧室内组织好气流运动，采用了螺旋进气道，合理选择气门位置，使进气气流在燃烧室内有规则地涡流运动。它一直延续到压缩行程终了，甚至燃烧过程中。

3 U型燃烧室

为了克服球形燃烧室不易启动，低速性能不佳的缺点，研究人员设计出U形燃烧室。这是介于球形（油膜燃烧）和ω型（基本属于空间燃烧）之间的一种燃烧室。这种燃烧室活塞顶的凹腔制成U形，安装单孔轴针式喷油器，喷油方向与气流运动方向基本垂直，仅有7°～10°的顺气流方向的偏角。当发动机转速高时，进气涡流强，被气流摊布在燃烧室壁上的燃油就多，此时，具有球形燃烧室的油膜蒸发混合的特点;而在低速或启动时，进气涡流弱，在燃烧室空间分布的燃油就多（气流摊布在室壁上的油少），具有ω型空间混合的特点，改善了冷机启动性能。这种燃烧室还能适应多种燃料（如柴油、煤油、汽油等均能平稳运转），对燃油系要求低。国产X105系列柴油机就是采用U型复合式燃烧室。

4 涡流室式燃烧室

出于减轻直喷式燃烧室柴油机振动、噪声大的目的，科学家又发明了涡流室式燃烧室，它也是由两部分组成：一部分位于活塞与汽缸之间，为主燃烧室;另一部分位于气缸盖内，为涡流室，其形状为球形或近似球形，容积约为燃烧室容积的50%～80%。轴针式喷油器倾斜安装在涡流室上方的一侧。涡流室与主燃烧室之间用1～2个倾斜通道相连，通道与涡流室相切。为便于涡流室制造并保持较高的温度，涡流室的下半部分用耐热钢制成后压配在汽缸盖上。

在压缩行程中，由于涡流室形状、倾斜通道的配合，进入涡流室的空气形成强烈的旋转运动（通常称为压缩涡流）。当活塞接近上止点时，喷油器顺着气流旋转方向将柴油喷入涡流室，并与其内的空气混合。由于涡流室内温度较高，使柴油迅速着火燃烧，随着涡流室内气体压力升高，并超过主燃烧室。于是燃烧的与尚未燃烧的可燃混合气一起冲入主燃烧室。由于通道的倾斜及活塞顶面双涡流凹坑的配合，进入主燃烧室的气体再次形成旋转运动（俗称二次涡流），与主燃烧室内空气混合，使可燃混合气成分更为合适，质量进一步提高，促进燃烧完全。

由于倾斜通道的截面积较大，既便于先两次的气流运动形成，又可减少节流损失。针对涡流室式燃烧室的柴油不是直接喷入主燃烧室而造成柴油机启动困难，沿喷油器轴线方向，涡流室底部有一漏斗形启动孔。柴油机启动时涡流室内气流运动强度很弱，油束集中，部分柴油便从起动孔直接进入主燃烧室着火燃烧。柴油机启动后涡流室内的气流运动强度增大，启动孔便失去作用。

有些学者将启动孔的作用解释为，经过启动孔的逆气流将油束吹向温度较高的涡流室中心区域，改善了涡流室内的可燃混合气的形成及燃烧条件，便于柴油机启动。经高速摄影，证实了上述认识，而且后者的作用较大，前者次之。

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