柴油机燃烧室结构特点分析

曲小明

摘 要：燃烧室结构形状对可燃混合气的充分混合影响极大。通过对柴油机ω形燃烧室、球形燃烧室、涡流室式燃烧室结构特点的介绍，提高人们对柴油机燃烧室的认识。

关键词：柴油机;燃烧室;结构特点

中图分类号：TK421.2        文献标识码：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2020.01.043

1 燃烧室的分类

燃烧室类型很多，根据柴油机混合气形成的方法和结构型式的不同，目前可以分为直接喷射式和分隔式两大类。直接喷射式燃烧室设在活塞顶上，它是由活塞顶面、汽缸壁及缸盖底面构成的统一空间。多配用多孔喷油器，将柴油直接喷射到燃烧室中，借喷出的油束形状与燃烧室形状的吻合，及燃烧室内空气的涡流运动，形成混合气。

直接喷射式（下称直喷式）燃烧室又可分为开式（有的称为统一式）和半开式两种。开式直喷式燃烧室主要特点是燃烧室中没有涡流运动，混合气形成上主要靠采用多孔喷油嘴，以较高的喷射力，利用油束的扩展及与活塞顶的浅ω形或浅盆形凹坑相配合来实现。这种燃烧室主要用于大型低、中速柴油机。

半开式燃烧室与开式燃烧室相比，活塞顶上凹坑较深，且口径有收缩。整个燃烧室可以看成是由活塞上的凹坑部分和活塞顶上的容积（余隙容积）两个部分组成。其混合气的形成，一方面靠喷油器燃油的雾化质量，另一方面则利用进气涡流（如靠螺旋形进气道形成）及活塞上的凹坑在压缩行程时形成的气体旋转运动来完成。半开式燃烧室按照其具体形状主要分为深ω形、U形和球形燃烧室三种。

分隔式燃烧室由两个部分组成。一部分是位于活塞顶面与缸盖下平面之间的称之为主燃烧室的部分，另一部分则在缸盖里面，称之为辅助燃烧室（也称副燃烧室）。主、副燃烧室之间由一个或几个孔道连通，燃油先喷入副燃烧室，部分燃烧后，随同未燃的油气一起冲入主燃烧室进一步混合燃烧。分隔式燃烧室目前较多应用涡流室式和预燃室式两种。

2 燃烧室的结构特点

2.1 ω形燃烧室

浅ω形燃烧室由汽缸盖底面和剖面轮廓为ω形的活塞顶部构成，ω形凹坑偏离活塞中心。喷油器倾斜安装在汽缸盖上，以便气门头有较大的直径，有利于充气，并使柴油喷注形状与燃烧室形状吻合，柴油在燃烧室中的空间分布比较均匀。为获得满意的柴油喷注贯穿深度和空间分布效果，其喷油器的喷射压力较高（约20 MPa左右），并采用小直径的多孔喷油器（喷孔数为4～8个，喷孔直径为0.25～0.40 mm，喷孔轴线间夹角为140°～160°）。

浅ω形燃烧室具有形状简单，结构紧凑，散热面积小，热效率高（动力性、燃料使用经济性好），启动容易等优点。其缺点是对供油装置（主要指喷油泵、喷油器等精密偶件）要求高;喷油器的喷孔小，容易被积碳等污物堵塞，使柴油机工作可靠性差，使用中要特别注意对柴油的滤清与喷油器的维护。由于多孔喷射，在着火落后期内形成的可燃混合气较多，因而使速燃期内同时参与燃烧的油量较多，汽缸内气体压力升高率较大，柴油机工作仍比较粗暴。

国产135系列柴油机即为一例，它采用了螺旋进气道，孔径为0.35 mm的4孔喷油器，喷油压力为17.2 MPa，压缩比为16。

2.2 球形燃烧室

在活塞顶部加工有一较深的球形凹坑。工作时，单孔或多孔喷油器将燃油顺着气流方向，沿燃烧室壁面喷射，在强烈的进气涡流作用下，绝大部分柴油被匀布在球形内壁上，且形成一层很薄的油膜，只有极少量的燃油喷散在燃烧室空间。分布在燃烧室球形内壁上的油膜，吸收燃烧室壁上的热量，逐层蒸发成油蒸汽，与空气混合。喷散在空腔中的少量油雾，在炽热的空气中形成火源，起到引燃的作用。随着燃烧的进行，产生的热量使油膜加速蒸发，保证柴油与空气迅速混合和燃烧。这种形成混合气方式又称为油膜蒸发混合式。

因为开始蒸发混合温度低、速度慢，所以燃烧初期积聚的混合气量较少，着火燃烧时的压力不会立刻升高很多，故发动机工作柔和，噪音小。燃烧后期，由于温度高，混合气形成快，不会使燃烧拖延，柴油机排烟少，动力性、经济性均较好。其明显缺点是发动机冷启动困难，低速性能不好。此外，由于这种混合气形成方式不能适应急增的油量，故柴油机加速性能较差。

球形燃烧室在我国的90系列、120系列柴油机上均有采用。但因其性能不太稳定及上述缺点，使用不普遍。

2.3 涡流室式燃烧室

涡流室一般为球形、圆柱形或钟罩形，以引导气流的旋转运动。它占燃烧室总容积的50%～80%，设置在缸盖内，主燃烧室在活塞顶以上的工作汽缸内。涡流室和主燃烧室的通道与涡流室相切，空气在压缩行程时，从汽缸中被挤入涡流室，并形成有规则的强烈涡流。喷入涡流室中的燃油，被强烈涡流冲散并与空气形成均匀混合气着火燃烧。随着燃油燃烧汽缸温度、压力的升高，气流带着尚未燃烧完全的燃料冲出通道进入主燃烧室形成第二次涡流——燃烧涡流，与主燃烧室中的空气进一步混合燃烧。

有的涡流室直接在缸盖中铸出（如4125A柴油机），有的是用耐热钢等材料加工后镶嵌到缸盖上（涡流室上部直接铸出、下部制成镶块），在4115T等轮式拖拉机的柴油机上采用。镶块与缸盖之间应保持有0.1 mm左右的间隙，使其表面具有较高的温度，以减少气流通过镶块时的散热损失。

95系列柴油机的活塞顶上还开有导流槽，作为燃气从涡流室流出时的导向通道减少流动损失，加强燃气在主燃烧室的混合和燃燒。涡流室式燃烧室对材料、工艺要求均不高，这种燃烧室在我国应用较广泛，其主要缺点是经济性较差，冷启动困难。