柴油機燃燒室結構特點分析

曲小明

摘 要：燃燒室結構形狀對可燃混合氣的充分混合影響極大。通過對柴油機ω形燃燒室、球形燃燒室、渦流室式燃燒室結構特點的介紹，提高人們對柴油機燃燒室的認識。

關鍵詞：柴油機;燃燒室;結構特點

中圖分類號：TK421.2 ? ? ? ?文獻標識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2020.01.043

1 燃燒室的分類

燃燒室類型很多，根據柴油機混合氣形成的方法和結構型式的不同，目前可以分為直接噴射式和分隔式兩大類。直接噴射式燃燒室設在活塞頂上，它是由活塞頂面、汽缸壁及缸蓋底面構成的統一空間。多配用多孔噴油器，將柴油直接噴射到燃燒室中，借噴出的油束形狀與燃燒室形狀的吻合，及燃燒室內空氣的渦流運動，形成混合氣。

直接噴射式（下稱直噴式）燃燒室又可分為開式（有的稱為統一式）和半開式兩種。開式直噴式燃燒室主要特點是燃燒室中沒有渦流運動，混合氣形成上主要靠采用多孔噴油嘴，以較高的噴射力，利用油束的擴展及與活塞頂的淺ω形或淺盆形凹坑相配合來實現。這種燃燒室主要用于大型低、中速柴油機。

半開式燃燒室與開式燃燒室相比，活塞頂上凹坑較深，且口徑有收縮。整個燃燒室可以看成是由活塞上的凹坑部分和活塞頂上的容積（余隙容積）兩個部分組成。其混合氣的形成，一方面靠噴油器燃油的霧化質量，另一方面則利用進氣渦流（如靠螺旋形進氣道形成）及活塞上的凹坑在壓縮行程時形成的氣體旋轉運動來完成。半開式燃燒室按照其具體形狀主要分為深ω形、U形和球形燃燒室三種。

分隔式燃燒室由兩個部分組成。一部分是位于活塞頂面與缸蓋下平面之間的稱之為主燃燒室的部分，另一部分則在缸蓋里面，稱之為輔助燃燒室（也稱副燃燒室）。主、副燃燒室之間由一個或幾個孔道連通，燃油先噴入副燃燒室，部分燃燒后，隨同未燃的油氣一起沖入主燃燒室進一步混合燃燒。分隔式燃燒室目前較多應用渦流室式和預燃室式兩種。

2 燃燒室的結構特點

2.1 ω形燃燒室

淺ω形燃燒室由汽缸蓋底面和剖面輪廓為ω形的活塞頂部構成，ω形凹坑偏離活塞中心。噴油器傾斜安裝在汽缸蓋上，以便氣門頭有較大的直徑，有利于充氣，并使柴油噴注形狀與燃燒室形狀吻合，柴油在燃燒室中的空間分布比較均勻。為獲得滿意的柴油噴注貫穿深度和空間分布效果，其噴油器的噴射壓力較高（約20 MPa左右），并采用小直徑的多孔噴油器（噴孔數為4～8個，噴孔直徑為0.25～0.40 mm，噴孔軸線間夾角為140°～160°）。

淺ω形燃燒室具有形狀簡單，結構緊湊，散熱面積小，熱效率高（動力性、燃料使用經濟性好），啟動容易等優點。其缺點是對供油裝置（主要指噴油泵、噴油器等精密偶件）要求高;噴油器的噴孔小，容易被積碳等污物堵塞，使柴油機工作可靠性差，使用中要特別注意對柴油的濾清與噴油器的維護。由于多孔噴射，在著火落后期內形成的可燃混合氣較多，因而使速燃期內同時參與燃燒的油量較多，汽缸內氣體壓力升高率較大，柴油機工作仍比較粗暴。

國產135系列柴油機即為一例，它采用了螺旋進氣道，孔徑為0.35 mm的4孔噴油器，噴油壓力為17.2 MPa，壓縮比為16。

2.2 球形燃燒室

在活塞頂部加工有一較深的球形凹坑。工作時，單孔或多孔噴油器將燃油順著氣流方向，沿燃燒室壁面噴射，在強烈的進氣渦流作用下，絕大部分柴油被勻布在球形內壁上，且形成一層很薄的油膜，只有極少量的燃油噴散在燃燒室空間。分布在燃燒室球形內壁上的油膜，吸收燃燒室壁上的熱量，逐層蒸發成油蒸汽，與空氣混合。噴散在空腔中的少量油霧，在熾熱的空氣中形成火源，起到引燃的作用。隨著燃燒的進行，產生的熱量使油膜加速蒸發，保證柴油與空氣迅速混合和燃燒。這種形成混合氣方式又稱為油膜蒸發混合式。

因為開始蒸發混合溫度低、速度慢，所以燃燒初期積聚的混合氣量較少，著火燃燒時的壓力不會立刻升高很多，故發動機工作柔和，噪音小。燃燒后期，由于溫度高，混合氣形成快，不會使燃燒拖延，柴油機排煙少，動力性、經濟性均較好。其明顯缺點是發動機冷啟動困難，低速性能不好。此外，由于這種混合氣形成方式不能適應急增的油量，故柴油機加速性能較差。

球形燃燒室在我國的90系列、120系列柴油機上均有采用。但因其性能不太穩定及上述缺點，使用不普遍。

2.3 渦流室式燃燒室

渦流室一般為球形、圓柱形或鐘罩形，以引導氣流的旋轉運動。它占燃燒室總容積的50%～80%，設置在缸蓋內，主燃燒室在活塞頂以上的工作汽缸內。渦流室和主燃燒室的通道與渦流室相切，空氣在壓縮行程時，從汽缸中被擠入渦流室，并形成有規則的強烈渦流。噴入渦流室中的燃油，被強烈渦流沖散并與空氣形成均勻混合氣著火燃燒。隨著燃油燃燒汽缸溫度、壓力的升高，氣流帶著尚未燃燒完全的燃料沖出通道進入主燃燒室形成第二次渦流——燃燒渦流，與主燃燒室中的空氣進一步混合燃燒。

有的渦流室直接在缸蓋中鑄出（如4125A柴油機），有的是用耐熱鋼等材料加工后鑲嵌到缸蓋上（渦流室上部直接鑄出、下部制成鑲塊），在4115T等輪式拖拉機的柴油機上采用。鑲塊與缸蓋之間應保持有0.1 mm左右的間隙，使其表面具有較高的溫度，以減少氣流通過鑲塊時的散熱損失。

95系列柴油機的活塞頂上還開有導流槽，作為燃氣從渦流室流出時的導向通道減少流動損失，加強燃氣在主燃燒室的混合和燃燒。渦流室式燃燒室對材料、工藝要求均不高，這種燃燒室在我國應用較廣泛，其主要缺點是經濟性較差，冷啟動困難。