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發(fā)動機統(tǒng)一式和分隔式燃燒室的結(jié)構(gòu)特點
發(fā)布時間:2022-06-20 00:12:38  ▏閱讀:

   

 

使用說明書

發(fā)動機燃燒室的分類和結(jié)構(gòu)特點

 

引言:燃燒室是柴油機的重要零部件,柴油機內(nèi)混合氣形成和燃燒都與燃燒室有著密切關(guān)系。因此,燃燒室的幾何形狀及結(jié)構(gòu)尺寸對可燃混合氣的形成和燃燒過程完善度有著直接的影響,從而導(dǎo)致對發(fā)動機的動力性、經(jīng)濟性、可靠性以及排放性能有著重要影響。由于柴油發(fā)電機可燃混合氣的形成和燃燒主要是在燃燒室內(nèi)進(jìn)行的,而在余隙容積(包括活塞頂間隙容積、氣門凹坑等)中的氣體不能得到有效利用,所以應(yīng)盡量減少余隙容積,擴大燃燒室內(nèi)的容積,使空氣盡可能集中在燃燒室內(nèi),以改善空氣利用率。

 

一、柴油機的燃燒過程

 

      柴油機著火條件是燃料蒸氣與空氣的比例要在著火界限內(nèi);可燃混合氣加熱到著火溫度。而燃燒階段的劃分為滯燃期、急燃期、緩燃期和后燃期四個階段。

I、滯燃期

● 噴油開始—壓力線偏離壓縮線

● 噴油在上止點前—噴油提前角

      此時,氣體溫度在450—800℃,遠(yuǎn)高于該條件下燃油的自燃溫度,但不能馬上著火。因為如下原因:

(1)物理準(zhǔn)備:燃油的粉碎、分散、蒸發(fā)汽化和混合,在局部區(qū)域形成可燃混合氣。

(2)化學(xué)準(zhǔn)備:混合氣先期化學(xué)反應(yīng)直到開始自燃,多級自燃。整體上而言,上述過程重疊在一起進(jìn)行。

      滯燃期直接影響第Ⅱ階段的燃燒,對整個燃燒過程影響很大。

Ⅱ、急燃期

      屬于壓力急劇上升的階段。著火延遲期內(nèi)準(zhǔn)備好的可燃混合氣一起燃燒,壓力急劇上升,接近等容燃燒。

平均壓力升高率:△P/△φ=(P?-P?)/(φ?-P?)

      以上參數(shù)不適于大于0.65MPa/oCA,決定柴油機運轉(zhuǎn)平穩(wěn)性,過大,工作粗暴,產(chǎn)生燃燒噪聲,運動零件受較大沖擊負(fù)荷,可靠性、壽命下降,但燃燒快,功率上升、比油耗下降。

       由于柴油機△P/△φ比汽油機大,其影響因素主要是著火延遲期內(nèi)形成的可燃混合氣數(shù)量。要使△P/△φ下降,應(yīng)使上述形成的可燃混合氣量減少。

Ⅲ、緩燃期

      屬于壓力急劇增高的終點到壓力急劇下降點。工作過程中,邊燃燒,活塞邊下行,缸內(nèi)壓力幾乎不變或稍有變化,燃燒條件不利,局部高溫缺氧(冒黑煙)。

      解決辦法:加快已燃?xì)怏w與未燃?xì)怏w的分離及可燃混合氣形成速度。

IV、后燃期

      屬于緩燃期的終點到燃料基本上完全燃燒,但是其終點難確定。放熱膨脹比低,散熱增加,指示熱效率下降,排氣溫度增高,故應(yīng)盡量縮短。

 

      根據(jù)燃料和空氣混合氣形成的特點,柴油機燃燒過程又可以分成預(yù)混燃燒階段和擴散燃燒階段兩個階段,在本文中不再贅述。

 

二、燃燒室的分類

 

1、統(tǒng)一式燃燒室

      統(tǒng)一式燃燒室又稱直接噴射燃燒室。其結(jié)構(gòu)特點是只有一個燃燒室,位于活塞頂面與氣缸蓋底面之間,噴油器直接向燃燒室內(nèi)噴射15~30MPa的高壓柴油,借助油束形狀與燃燒室形狀的合理匹配,以及空氣的渦流運動,迅速形成可燃混合氣燃燒,故這種燃燒室又稱為直噴式燃燒室。統(tǒng)一式燃燒室主要集中在活塞頂?shù)陌伎觾?nèi)。統(tǒng)一式燃燒室要求燃油的噴射壓力高,一般與孔式噴油器配合使用。直接噴射式燃燒室又可分為開式( 有的稱為統(tǒng)一式) 和半開式兩種。

(1)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?shù)臏\ ω 形或淺盆形凹坑相配合來實現(xiàn)。這種燃燒室主要用于大型低、中速柴油機。

(2)半開式燃燒室

      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(zhì)量,另一方面則利用進(jìn)氣渦流( 如靠螺旋形進(jìn)氣道形成) 及活塞上的凹坑在壓縮行程時形成的氣體旋轉(zhuǎn)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。

2、分隔式燃燒室

      分隔式燃燒室由兩部分組成,即主燃燒室和副燃燒室。主燃燒室位于活塞頂與氣缸蓋底面之間,副燃燒室位于氣缸蓋內(nèi)。主、副燃燒室之間用一個或幾個直徑較小的通道相連。燃油則是噴人副燃燒室內(nèi)的。分隔式燃燒室常見的結(jié)構(gòu)形式有渦流室式和預(yù)燃室式兩種。

(1)預(yù)燃室式燃燒室

      預(yù)燃室式燃燒室的副燃燒室多是長體結(jié)構(gòu),連通預(yù)燃室與主燃燒室的通道面積較小。燃料通過噴油器噴人預(yù)燃室,預(yù)燃室著火后溫度、壓力迅速上升,利用這部分燃料的燃燒能量將集中于下部通道口附近已預(yù)熱的燃油高速噴向主燃燒室。預(yù)燃室式燃燒室要求的噴射壓力比統(tǒng)一式燃燒低,一般也與軸針式噴油器配合使用,柴油發(fā)電機啟動時一般需要電熱塞先預(yù)熱。

(2)渦流室式燃燒室

      渦流室式燃燒室的副燃燒室多為球形或錐形。渦流室與主燃燒室用一個或數(shù)個通道連通。在壓縮行程中,空氣從氣缸內(nèi)被擠人渦流室時,形成強烈的有規(guī)則的渦流運動,噴人渦流室內(nèi)的燃油,在強烈的空氣渦流作用下迅速與空氣混合形成可燃混合氣。著火后大部分柴油在渦流室內(nèi)燃燒,未燃燒的部分燃油在做功行程初期與高壓燃?xì)庖黄鹜ㄟ^通道噴人主燃燒室,形成二次渦流,使之進(jìn)一步與空氣混合燃燒。渦流室式燃燒室的優(yōu)點是能形成強烈的渦流運動,對柴油噴霧質(zhì)量要求低,可以采用噴油壓力較低的軸針式噴油器。為了保證冷機起動,一般設(shè)置電熱塞等起動輔助裝置。

 

統(tǒng)一式燃燒室示意圖-柴油發(fā)電機組.png

圖1  柴油機統(tǒng)一式燃燒室示意圖

分隔式燃燒室類別-柴油發(fā)電機組.png

圖2  柴油機分隔式燃燒室類別

 

三、燃燒室結(jié)構(gòu)特點

 

       燃燒室的形狀對發(fā)動機的工作影響很大,由于汽油機和柴油機的燃燒方式不同,其汽缸蓋上組成燃燒室的部分差別較大。汽油機的燃燒室主要在汽缸蓋上,而柴油機的燃燒室主要在活塞頂部的凹坑。

1、半球形燃燒室

       半球形燃燒室結(jié)構(gòu)緊湊,火花塞布置在燃燒室中央,火焰行程短,故燃燒速率高,散熱少,熱效率高。這種燃燒室結(jié)構(gòu)上也允許氣門雙行排列,進(jìn)氣口直徑較大,故充氣效率較高,雖然使配氣機構(gòu)變得較為復(fù)雜,但有利于排氣凈化,在發(fā)動機上被廣泛應(yīng)用。

2、楔形燃燒室

       楔形燃燒室結(jié)構(gòu)簡單、緊湊,散熱面積小,熱損失也小,能保證混合氣在壓縮行程中形成良好的渦流運動,有利于提高混合氣的混合質(zhì)量,進(jìn)氣阻力小,提高了充氣效率。其氣門排成一列,使配氣機構(gòu)簡單,但火花塞置于楔形燃燒室高處,火焰?zhèn)鞑ゾ?/span>離較長。

3、盆形燃燒室

      盆形燃燒室的汽缸蓋工藝性好,制造成本低,但因氣門直徑易受限制,進(jìn)、排氣效果要比半球形燃燒室差。

4、ω 形燃燒室

       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(gòu)成,ω 形凹坑偏離活塞中心。噴油器傾斜安裝在氣缸蓋上,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(shù)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(jié)構(gòu)緊湊,散熱面積小,熱效率高( 動力性、燃料使用經(jīng)濟性好) ,啟動容易等優(yōu)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(hù)。由于多孔噴射,在著火落后期內(nèi)形成的可燃混合氣較多,因而使速燃期內(nèi)同時參與燃燒的油量較多,汽缸內(nèi)氣體壓力升高率較大,柴油機工作仍比較粗暴。

5、油膜式(球形)燃燒室

      燃燒室位于活塞頂內(nèi),呈球形。燃油噴向燃燒室壁面,大部分燃油在強渦流作用下噴涂在燃燒室壁面上,形成很薄的油膜,小部分燃油霧化分布在燃燒室空間并首先著火,隨后即引燃從壁面上蒸發(fā)的燃料。

 

燃燒室形狀圖-柴油發(fā)電機組.png

圖3  柴油機燃燒室形狀圖

ω 形燃燒室結(jié)構(gòu)外形圖.png

圖4  柴油機ω 形燃燒室結(jié)構(gòu)外形圖

總結(jié):

      燃燒室尺寸對柴油機壓縮過程中氣體流動特性影響很大,這部分氣體流動直接影響到后面的油氣混合。綜上所述,我們得知,燃燒室內(nèi)部容積增大即相對容積比增大有利于燃燒室內(nèi)部氣體的流動,而這些在混合氣形成過程中起著重要作用。此外,燃燒室中心的凸臺起著導(dǎo)流作用,幫助氣體繞著燃燒室中心流動,高度降低將不利于燃燒室中心位置氣體的流動。

 


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