李艷惠　常安江　王冬梅

摘 要：燃燒室?guī)缀涡螤顚?duì)燃?xì)饬鲃?dòng)有相當(dāng)大的影響，從而影響燃燒室的燃燒性能，進(jìn)而影響了柴油機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放質(zhì)量。對(duì)柴油機(jī)燃燒室?guī)追N常見的結(jié)構(gòu)形狀進(jìn)行了綜述。

關(guān)鍵詞：柴油機(jī);燃燒室;形狀特點(diǎn)

中圖分類號(hào)：U464.172文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.10.054

燃油要在極短時(shí)間內(nèi)與空氣完成良好的混合和燃燒，需要燃燒室結(jié)構(gòu)形狀、燃油噴注方向、油束數(shù)量、噴霧質(zhì)量以及空氣運(yùn)動(dòng)等方面的配合。雖然燃料的霧化狀況，對(duì)可燃混合氣的充分混合有極大影響，但燃燒室的形狀也會(huì)影響氣流的運(yùn)動(dòng)，能進(jìn)一步促進(jìn)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(jī)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，主要是由于凹坑中心的凸起修正了中心區(qū)域氣流運(yùn)動(dòng)很弱的缺陷，并且使進(jìn)來的燃油在燃燒室中形成了渦流，空氣運(yùn)動(dòng)以進(jìn)氣渦流為主，擠壓渦流為輔，使燃燒室更容易形成均勻的混合氣，故起動(dòng)性能比較好，然而由于它對(duì)噴油器的要求比較高，噴孔比較容易堵塞，導(dǎo)致工作粗暴，排氣污染比較嚴(yán)重。這種燃燒室廣泛應(yīng)用在中小型高速柴油機(jī)上。

在柴油機(jī)技術(shù)發(fā)展過程中，為提高ω形燃燒室的柴油機(jī)性能，逐步采取了以下幾種措施：（1）采用螺旋進(jìn)氣道，使進(jìn)氣氣流在燃燒室內(nèi)產(chǎn)生規(guī)則的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，提高可燃混合氣的形成速度和質(zhì)量，加快燃燒速度，使柴油機(jī)的動(dòng)力性、燃料使用經(jīng)濟(jì)性、加速性等得到改善，最高轉(zhuǎn)速也相應(yīng)提高。例如，未采用螺旋進(jìn)氣道的柴油機(jī)，其最高轉(zhuǎn)速為1500～1800 r/min，采用螺旋進(jìn)氣道的柴油機(jī)轉(zhuǎn)速可提高到3000 r/min。（2）吸取球形燃燒室油膜蒸發(fā)燃燒，使柴油機(jī)工作柔和、燃燒完全的優(yōu)點(diǎn)，將燃燒室由淺ω形向中ω形、深ω形改變，并使一部分柴油噴射到燃燒室壁面上形成油膜，在氣流運(yùn)動(dòng)配合下形成可燃混合氣并燃燒。（3）為減輕柴油機(jī)工作粗暴程度，適當(dāng)降低壓縮比，一般調(diào)整為16～18為宜。

2 球形燃燒室

在柴油機(jī)技術(shù)發(fā)展中，為保持直噴式燃燒室柴油機(jī)動(dòng)力性、燃料使用經(jīng)濟(jì)性好的優(yōu)點(diǎn)，減輕它的工作粗暴程度，克服分隔形燃燒室柴油機(jī)燃料使用經(jīng)濟(jì)性差的缺點(diǎn)，德國(guó)工程師發(fā)明了油膜燃燒理論指導(dǎo)下的球形燃燒室。燃燒室是位于活塞頭部、略偏離其中心線的大半個(gè)球形凹坑內(nèi)。直徑為0.3～0.7mm的單孔或雙孔長(zhǎng)型噴油器傾斜安裝在汽缸蓋上。

球形燃燒室的顯著特點(diǎn)是利用油膜蒸發(fā)及氣流運(yùn)動(dòng)形成可燃混合氣。為了在燃燒室內(nèi)組織好氣流運(yùn)動(dòng)，采用了螺旋進(jìn)氣道，合理選擇氣門位置，使進(jìn)氣氣流在燃燒室內(nèi)有規(guī)則地渦流運(yùn)動(dòng)。它一直延續(xù)到壓縮行程終了，甚至燃燒過程中。

3 U型燃燒室

為了克服球形燃燒室不易啟動(dòng)，低速性能不佳的缺點(diǎn)，研究人員設(shè)計(jì)出U形燃燒室。這是介于球形（油膜燃燒）和ω型（基本屬于空間燃燒）之間的一種燃燒室。這種燃燒室活塞頂?shù)陌记恢瞥蒛形，安裝單孔軸針式噴油器，噴油方向與氣流運(yùn)動(dòng)方向基本垂直，僅有7°～10°的順氣流方向的偏角。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高時(shí)，進(jìn)氣渦流強(qiáng)，被氣流攤布在燃燒室壁上的燃油就多，此時(shí)，具有球形燃燒室的油膜蒸發(fā)混合的特點(diǎn);而在低速或啟動(dòng)時(shí)，進(jìn)氣渦流弱，在燃燒室空間分布的燃油就多（氣流攤布在室壁上的油少），具有ω型空間混合的特點(diǎn)，改善了冷機(jī)啟動(dòng)性能。這種燃燒室還能適應(yīng)多種燃料（如柴油、煤油、汽油等均能平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)），對(duì)燃油系要求低。國(guó)產(chǎn)X105系列柴油機(jī)就是采用U型復(fù)合式燃燒室。

4 渦流室式燃燒室

出于減輕直噴式燃燒室柴油機(jī)振動(dòng)、噪聲大的目的，科學(xué)家又發(fā)明了渦流室式燃燒室，它也是由兩部分組成：一部分位于活塞與汽缸之間，為主燃燒室;另一部分位于氣缸蓋內(nèi)，為渦流室，其形狀為球形或近似球形，容積約為燃燒室容積的50%～80%。軸針式噴油器傾斜安裝在渦流室上方的一側(cè)。渦流室與主燃燒室之間用1～2個(gè)傾斜通道相連，通道與渦流室相切。為便于渦流室制造并保持較高的溫度，渦流室的下半部分用耐熱鋼制成后壓配在汽缸蓋上。

在壓縮行程中，由于渦流室形狀、傾斜通道的配合，進(jìn)入渦流室的空氣形成強(qiáng)烈的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（通常稱為壓縮渦流）。當(dāng)活塞接近上止點(diǎn)時(shí)，噴油器順著氣流旋轉(zhuǎn)方向?qū)⒉裼蛧娙霚u流室，并與其內(nèi)的空氣混合。由于渦流室內(nèi)溫度較高，使柴油迅速著火燃燒，隨著渦流室內(nèi)氣體壓力升高，并超過主燃燒室。于是燃燒的與尚未燃燒的可燃混合氣一起沖入主燃燒室。由于通道的傾斜及活塞頂面雙渦流凹坑的配合，進(jìn)入主燃燒室的氣體再次形成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（俗稱二次渦流），與主燃燒室內(nèi)空氣混合，使可燃混合氣成分更為合適，質(zhì)量進(jìn)一步提高，促進(jìn)燃燒完全。

由于傾斜通道的截面積較大，既便于先兩次的氣流運(yùn)動(dòng)形成，又可減少節(jié)流損失。針對(duì)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(jī)啟動(dòng)困難，沿噴油器軸線方向，渦流室底部有一漏斗形啟動(dòng)孔。柴油機(jī)啟動(dòng)時(shí)渦流室內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度很弱，油束集中，部分柴油便從起動(dòng)孔直接進(jìn)入主燃燒室著火燃燒。柴油機(jī)啟動(dòng)后渦流室內(nèi)的氣流運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度增大，啟動(dòng)孔便失去作用。

有些學(xué)者將啟動(dòng)孔的作用解釋為，經(jīng)過啟動(dòng)孔的逆氣流將油束吹向溫度較高的渦流室中心區(qū)域，改善了渦流室內(nèi)的可燃混合氣的形成及燃燒條件，便于柴油機(jī)啟動(dòng)。經(jīng)高速攝影，證實(shí)了上述認(rèn)識(shí)，而且后者的作用較大，前者次之。

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