可燃混合氣的形成與燃燒室的型式
一、可燃混合氣的形成
燃料噴入氣缸后與空氣混合形成可燃混合氣的質(zhì)量,對燃燒過程起著決定性的作用。由于著火延遲時間很短,所以可燃混合氣的形成是在極短的時間內(nèi)完成的,為了提高柴油機(jī)可燃混合氣形成的質(zhì)量,通常采取下列措施:
?。?、噴入氣缸的燃料應(yīng)霧化良好,并具有一定的射程,即油粒微小而且均勻,并充滿整個燃燒室空間。這樣保證霧化的燃料與燃燒室的空氣的接觸面增大,可加速燃料發(fā)火前的預(yù)熱、蒸發(fā)和氧化,即可縮短著火延遲期。
?。?、燃料噴射的形狀應(yīng)與燃燒室的形狀相適應(yīng),以便在燃燒室空間形成良好的混合氣。
?。?、在燃燒室內(nèi)造成強(qiáng)烈的空氣渦流,促使燃料在發(fā)火前與空氣充分地混合
以上措施通過選擇合適的燃燒室型式和噴油裝置來實(shí)現(xiàn)。
二、燃燒室的型式
在柴油機(jī)中由于燃燒室的型式不同,混合氣形成的方法也不同,大致可分為:空氣混合氣形成、油膜混合氣形成和復(fù)合式混合氣形成?,F(xiàn)代柴油機(jī)的燃燒室可以分為兩大類:
?。?、直接噴射式燃燒室:這種燃燒室設(shè)在活塞頂上,是一個統(tǒng)一的空間。主要指噴射油束與燃燒室形狀相互配合,使燃油與空氣均勻地混合。直接噴射式燃燒室又可分為統(tǒng)一式、半分開式、球型油膜式及復(fù)合式等型式。
?。病⒎珠_式燃燒室:燃燒室被明顯分隔成兩部分,其一部分由活塞頂面及氣缸蓋底面組成;另一部分在氣缸蓋或氣缸體中,兩者以一條或數(shù)條通道相聯(lián)接。分開式燃燒室主要包括渦流室和預(yù)燃室。
1.統(tǒng)一式燃燒室
統(tǒng)一式燃燒室是由氣缸蓋底面、活塞頂面及缸壁所形成的統(tǒng)一容積所構(gòu)成。這種燃燒室內(nèi)渦流運(yùn)動很微弱,為使燃料盡可能地分布到整個燃燒室空間,一般將活塞頂做成淺凹狀,使其與油束形狀很好地配合,避免油束和燃燒火焰直接與氣缸壁接觸。這種燃燒室屬于空間形成混合氣。它有如下特點(diǎn):
1、形狀簡單,結(jié)構(gòu)緊湊,散熱面積小,散熱損失少,容易起動,柴油機(jī)的燃油消耗率比其它型式的燃燒室都低,因此應(yīng)用較廣泛。大、中、小型,高、中、低速柴油機(jī)均可采用這種燃燒室。
?。?、對燃油噴射系統(tǒng)要求高。為保證良好的霧化質(zhì)量,必須采用較高的噴射壓力和多孔噴油器,其噴孔直徑很小,加工制造比較費(fèi)工時。
?。?、柴油機(jī)的**高燃燒壓力pz和壓力升高率都較高,使曲柄連桿機(jī)構(gòu)受力較大。
4、對柴油機(jī)轉(zhuǎn)速變化及燃料質(zhì)量特別敏感。因為轉(zhuǎn)速變化和燃料質(zhì)量直接影響著噴霧質(zhì)量。
2.半分開式燃燒室[http://diesel.hrbeu.edu.cn/test/zhang7/jie6/pic_4.htm]
半分開式燃燒室是由兩個分空間構(gòu)成:一部分是活塞頂上較深的凹坑,有時還將凹坑處直徑縮小,構(gòu)成活塞頂燃燒室,另一部分是活塞頂部余隙2的空間。兩部分之間沒有縮小的通道明顯地分開,故稱為半分開式。
半分開式燃燒室是靠噴霧質(zhì)量及壓縮過程中空氣在活塞頂?shù)纳畎伎觾?nèi)產(chǎn)生擠壓渦流這兩方面作用,促使燃油與空氣均勻混合。
與統(tǒng)一式比較,半分開式燃燒室對燃油系統(tǒng)的要求較低,但仍保持燃油消耗率低、起動方便的優(yōu)點(diǎn),并使柴油機(jī)工作比較柔和。
3.球型油膜燃燒室
球型油膜燃燒室基本上是屬于半分開式的一種型式。但工作過程與半分開式不同。半分開式燃燒室主要是空間霧化混合,而球型油膜燃燒室卻為油膜蒸發(fā)形成混合氣。
該型式燃燒室是在活塞頂部加工有一深的球形空間。工作時,噴油器將燃油順氣流方向沿燃燒室壁面噴射,在強(qiáng)烈的進(jìn)氣渦流作用下,使燃油攤布在燃燒室壁上,形成一層很薄的油膜,在較低的溫度下蒸發(fā),以控制燃油的裂解反應(yīng)。蒸發(fā)出的油氣與空氣混合成均勻的混合氣。噴油過程中,從油束中分散出的一小部分極細(xì)的油霧,在熾熱的空氣中首先完成著火準(zhǔn)備,形成火源,靠此火源點(diǎn)燃由球型室壁上蒸發(fā)形成的可燃混合氣。隨著燃燒的進(jìn)行,產(chǎn)生大量熱量,形成火源,促使燃燒室壁上的油膜不斷蒸發(fā)、燃燒。
球型油膜燃燒室的特點(diǎn)是:工作柔和,燃燒噪音小,排煙少,性能指標(biāo)好,并能使用多種燃料。缺點(diǎn)是冷車起動困難,多用于小型高速柴油機(jī)。
4.復(fù)合式燃燒室
復(fù)合式燃燒室是一種介于球型油膜與半分開式燃燒室之間的型式。把空間霧化與油膜蒸發(fā)很好的結(jié)合在一起,實(shí)現(xiàn)燃油與空氣的混合。
燃燒室位于活塞頂正中心,呈"U"字型的凹坑。 噴油方向基本上與空氣渦流方向垂直。有一個很小的順氣流趨勢的偏角,使一部分燃油在渦流作用下沿燃燒室壁面分布為油膜;另一部分則產(chǎn)生空間霧化。兩者比例與柴油機(jī)工況有關(guān)。當(dāng)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速較高時,氣流運(yùn)動增強(qiáng),油膜形成增多,具有油膜燃燒的特點(diǎn)。而在低速運(yùn)轉(zhuǎn)或起動時,氣流速度低,使空間霧化燃燒增多,具有空間燃燒的特點(diǎn),從而改善了冷機(jī)起動性能。此外,復(fù)合式燃燒系統(tǒng)還具有能適應(yīng)多種燃料(如柴油、煤油、汽油、重油都能平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)),對燃油系統(tǒng)要求低等特點(diǎn)。
5.渦流室式燃燒室
渦流室式燃燒室是由渦流室和主燃燒室兩部分所組成。兩部分之間通過一個或幾個通道相連通。通道方向與活塞頂傾斜一角度,并與渦流室相切。渦流室容積約占整個壓縮容積的60一80%。噴油器安裝在渦流室內(nèi),燃油順著渦流方向噴射。渦流室通常做成球形,在壓縮過程中,氣缸內(nèi)的空氣經(jīng)通道被壓入渦流室中,并產(chǎn)生強(qiáng)烈的有組織的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。當(dāng)燃油噴入渦流室時,較強(qiáng)烈的渦流沖散形成均勻的可燃混合氣,并發(fā)生燃燒,使渦流室內(nèi)的氣體壓力和溫度升高。在開始膨脹沖程時,渦流室中未燃燒的混合氣和燃?xì)庖黄?,?jīng)通道沖入主燃燒室,與主燃室中的空氣進(jìn)一步混合燃燒。
渦流室式燃燒室的特點(diǎn)是:
(1)對燃油系統(tǒng)要求不高,因為它主要依靠強(qiáng)烈的渦流作用形成混合氣,因此不需要很高的噴射壓力。
(2)柴油機(jī)工作平穩(wěn)。由于初期燃燒過程是在渦流室內(nèi)進(jìn)行,不直接作用在活塞上,使主燃燒室的壓力升高率較小。
(3)對柴油機(jī)轉(zhuǎn)速變化不敏感。由于壓縮渦流隨轉(zhuǎn)速升高而增強(qiáng),所以在較高轉(zhuǎn)速時仍能保證較好的混合質(zhì)量,因此渦流室式燃燒室適用于高速小型柴油機(jī)。
渦流室式燃燒室的缺點(diǎn)是:相對散熱面積大,而渦流室又直接與冷卻水接觸,使散熱損失加大;由于氣體從渦流室向主燃燒室流動時,產(chǎn)生的節(jié)流損失較大,因而使柴油機(jī)冷機(jī)起動困難,燃油消耗較高。
6.預(yù)燃室式燃燒室
它是由裝于氣缸蓋的預(yù)燃室和活塞上部的主燃燒室兩部分所構(gòu)成。兩者之間由一個或幾個孔道相通。噴油器安裝在預(yù)燃室中心線附近。 預(yù)燃室式燃燒室與渦流室式的工作過程不同,預(yù)燃室的連接通道與內(nèi)部空間不相切,因此,氣流不會產(chǎn)生渦流,而是產(chǎn)生強(qiáng)大的紊流,依靠紊流的作用,使一部分燃料霧化混合。當(dāng)部分燃料首先在預(yù)燃室內(nèi)著火燃燒后,使預(yù)燃室中的壓力和溫度迅速升高,將預(yù)燃室中的混合氣高速噴入主燃燒室內(nèi),造成強(qiáng)烈的氣體擾動,使大部分燃料在主燃燒室里混合燃燒。
預(yù)燃室的容積較小,一般只占總?cè)紵颐娣e的20%一40%。同時,與主燃燒室之間的通道面積較小,因此預(yù)燃室與主燃燒室之間的壓差較大,流動損失也大。
預(yù)燃室和渦流室兩種燃燒室具有相似的特點(diǎn):由于預(yù)燃室與主燃室之間通道面積很小,具有強(qiáng)烈的節(jié)流作用,使主燃燒室中壓力升高緩慢,**高燃燒壓力較低,柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn);對燃油系統(tǒng)的要求較低,可采用結(jié)構(gòu)簡單的單孔軸針式噴油器,噴油壓力要求較低。燃油系統(tǒng)工作可靠;同時對柴油機(jī)轉(zhuǎn)速變化、燃油品質(zhì)的敏感性較小。預(yù)燃室燃燒室的缺點(diǎn)是:燃油消耗率高、起動困難。預(yù)燃室噴嘴由于在高溫環(huán)境工作,容易損壞。
發(fā)表于 @ 2007年09月05日 19:58:00 |點(diǎn)擊數(shù)()