柴油发电机燃烧室的分类及工作原理
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柴油发电机燃烧室的分类及工作原理
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（一）混合气的形成
在柴油机的工作过程中，燃油的燃烧是在很短的时间内完成的，假如从燃油喷入气缸到燃油在气缸内全部燃烧占曲柄转角40°～70°，转速为1500r/min时，相应时间仅为0.003～0.006s。要在如此短暂的时间内使燃烧完全，排放达标，必须有燃油的雾化、空气的运动及燃烧室三者之间的密切配合。
混合气的形成可分为两个阶段，首先是油注中的滴状燃油的机械分散和蒸发，然后是与空气的混合形成混合气。第一阶段主要取决于供油特性、油束的容积分布、喷雾的雾化和均匀度等，这些特性都是由供油设备的结构和工况决定的，也就是油泵的转速、压力等，以及燃烧室中气体的运动状态，即空气的涡流、扰动和对流，与燃烧室的形状有关。
（二）燃烧室
燃烧室是可燃混合气的形成和燃烧的地方，空气的涡流的扰动形式及强弱，在很大程度上取决于燃烧室的结构。而且雾化或油膜的形态与质量，也需要燃烧室来配合，因此燃烧室的结构尺寸决定柴油发电机的可燃混合气的形成与燃烧的情况，进而对柴油发电机的性能有着直接而重大的影响，特别是中、高速柴油机。柴油发电机燃烧室一般分为两大类：直喷式燃烧室和分隔式燃烧室。直喷式又可分为开式燃烧室和半开式燃烧室，分隔式可分为涡流式燃烧室和预燃室式燃烧室。
1．直喷式燃烧室
直喷式燃烧室是开式燃烧室和半开式燃烧室的统称。这种燃烧室设在活塞顶上，采用多孔喷油器将燃油直接喷入燃烧室中，它是相对于分隔式燃烧室中燃油不直接喷入主燃烧室而言。
（1）开式燃烧室
开式燃烧室由气缸盖底平面、活塞顶面及气缸壁所组成的统一空间所构成，如图1所示。活塞顶一般有浅的凹坑，图1（a）、（b）称浅ω形燃烧室，图1（d）、（e）浴盆形燃烧室，图1（c）、（f）只有极浅的凹坑，但图（f）为平底，图（c）为斜底。活塞顶面凹坑形状应与喷油器所喷出的油束形状相配合，采用多孔喷油器，开式燃烧室的特点如下。
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图1 开式燃烧室 |
i．燃烧室基本是一个空间，形状简单，结构紧凑，散热面积小，无节流损失，经济性好，且容易启动。
ii.一般不组织进气涡流，混合气的形成主要靠喷油器将燃油喷成雾状，因此对喷油系统如喷油器、喷油泵要求较高，喷油压力要求高。
iii.由于完全依靠空间混合，在滞燃期内形成的可燃混合气较多，一旦着火，缸内压力升高较快，燃烧比较粗暴，柴油机机械负荷大。
iV.对燃油质量要求高，对转速变化比较敏感。燃油的品质直接影响雾化质量；喷射压力与柴油机转速有关，转速变化时，喷射压力变化，喷雾质量也发生较大的变化。
（2）半开式燃烧室
半开式燃烧室一般在活塞顶有较深的凹坑，目的是当活塞在压缩冲程中上升时在燃烧室内产生一定的挤压涡流以帮助空气与燃料的混合。因此半开式燃烧室中混合气的形成不单纯靠燃油的雾化质量，还借助于进气涡流和挤压涡流来促进混合气的形成。与开式燃烧室相比，半开式燃烧室对燃油供给系统要求较低，但仍保持燃油消耗率低、启动方便，工作柔和、排放性能好等优点。但由于燃烧室散热面积稍大，其经济性比开式燃烧室稍差，且冷启动困难。半开式燃烧室的形式很多，主要有深ω形［图2（a）］、球形［图2（b）］、U形［图2（c）］等。
2．分隔式燃烧室
分隔式燃烧室是涡流式燃烧室和预燃室式燃烧室的统称。这种燃烧室由两部分组成，一部分在气缸盖与活塞顶之间，称为主燃烧室；另一部分在气缸盖内，称为涡流式室或预燃室。两者之间由一个或几个通道相连。可燃混合气的形成主要利用组织的强烈空气涡流，对燃油的雾化质量要求不高，可使用轴针式的单孔喷油器，启阀压力也低。
（1）涡流式燃烧室
涡流式燃烧室的辅助燃烧室即涡流室，位于气缸盖内。如图3所示，涡流室容积占全部燃烧室容积的50％～80％，它与主燃烧室之间有一个较大的通道相连，通道截面积约为活塞顶面积的1.2％～3.5％。
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图2 半开式燃烧室 |
涡流式燃烧室的混合气形成与燃烧主要依靠压缩涡流。压缩冲程时空气从主燃烧室被压入流室，由于通道与涡流室相切，空气在涡流室中产生有规律的强烈涡流。活塞接近上止点时，单孔喷油器将燃油喷入涡流室，由于涡流的作用，燃料与空气迅速混合并燃烧，着火后涡流室内的温度和压力急剧上升，气流携带着尚未燃烧的燃油高速喷入主燃烧室，与主燃烧室中的空气进一步混合，促进燃烧迅速完成。
涡流式燃烧室的优点是对喷油器及喷油质量要求较低，多采用单孔喷油器。这主要是因为涡流室中空气的运动强烈，有利于可燃混合气的生成。而且燃烧初期是在涡流室进行的，主燃烧室中压力升高率较小，使燃烧过程比较柔和，排气污染较低。同时，由于压缩涡流的强度与柴油机转速成正比，转速越高，混合气形成越快，所以涡流式燃烧室适用于高速柴油机。它的缺点是散热面积大，热损失多，同时涡流室通道中存在一定的流动损失，所以经济性差，冷启动也比较困难。涡流室燃烧室多用于小型高速柴油机。
（2）预燃室式燃烧室
预燃室式燃烧室的辅助燃烧室即为预燃室，预燃室通常是用耐热钢制成的单独零件装在气缸盖内，容积占整个燃烧室容积的25％～45％，与主燃烧室之间用几个小直径的通道相连。四气门柴油机的预燃室通常布置在气缸盖中间，如图4所示。4～8个直径相同的喷孔周向均匀排列。
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图3 涡流式燃烧室 图4 预燃室式燃烧室 |
对于预燃室式燃烧室，在压缩冲程时气缸内一部分空气经通道被压入预燃室中，形成不规则的气流运动，活塞接近上止点时，单孔喷油器将燃油喷入预燃室，有少量燃油着火燃烧，预燃室中气体压力迅速升高，大部分未燃烧的燃油和正在燃烧的混合物以极高的速度经数个通道喷入主燃烧室。在主燃烧室中产生强烈的燃烧涡流，使燃油和燃烧混合物与空气进一步混合，迅速完成燃烧过程。
预燃室与主燃烧室之间通道窄小，产生的节流作用大，使主燃烧室的压力升高较缓和，柴油机工作过程柔和，噪声较小，污染少。与涡流室不同，燃烧涡流与柴油机转速无关，所以预燃室式柴油机可以在较大的转速范围内正常工作。但预燃室式燃烧室散热面积大，热损失多，并存在强烈的通道节流损失。使燃料的经济性差，启动较困难，一般在预燃室上装有电热塞，以帮助冷启动。
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