发电机统一式和分隔式燃烧室的结构特性

燃烧室是柴油发电机的重要零部件，柴油发电机内混合气形成和燃烧都与燃烧室有着密切关系。因此，燃烧室的几何形状及组成尺寸对可燃混合气的形成和燃烧过程完善度有着直接的危害，从而导致对发电机的动力性、经济性、可靠性以及排放性能有着重要危害。因为柴油发电机可燃混合气的形成和燃烧主要是在燃烧室内进行的，而在余隙容积(包括活塞顶间隙容积、气门凹坑等)中的气体不能得到高效利用，故而应尽量减小余隙容积，扩大燃烧室内的容积，使空气尽可能集中在燃烧室内，以改善空气利用率。

      柴油发电机着火因素是燃料蒸气与空气的比例要在着火界限内；可燃混合气加热到着火温度。而燃烧阶段的划分为滞燃期、急燃期、缓燃期和后燃期四个阶段。

      此时，气体温度在450—800℃，远高于该条件下燃油的自燃温度，但无法马上着火。因为如下原由：

（2）化学准备：混合气先期化学反应直到开始自燃，多级自燃。整体上而言，上述步骤重叠在一起进行。

      滞燃期直接影响第Ⅱ阶段的燃烧，对整个燃烧程序影响很大。

      属于压力急剧上升的阶段。着火延迟期内准备好的可燃混合气一起燃烧，压力急剧上升，接近等容燃烧。

      以上参数不适于大于0.65MPa/oCA，决定柴油发电机运行平稳性，过量，作业粗暴，产生燃烧噪声，运动零件受较大冲击负荷，可靠性、寿命下降，但燃烧快，功率上升、比油耗下降。

       由于柴油发电机△P/△φ比柴油机大，其危害条件详细是着火延长期内形成的可燃混合气数量。要使△P/△φ下降，应使上述形成的可燃混合气量减小。

      属于压力急剧增高的终点到压力急剧下降点。作业流程中，边燃烧，活塞边下行，缸内压力几乎不变或稍有变化，燃烧条件不利，局部过热缺氧(冒黑烟)。

      解除办法：加快已燃气体与未燃气体的分离及可燃混合气形成速度。

      属于缓燃期的终点到燃料基本上完全燃烧，但是其终点难确定。放热膨胀比低，散热增加，指示热效率下降，排烟温度增高，故应尽量缩短。

      根据燃料和空气混合气形成的特征，柴油发电机燃烧程序又可以分成预混燃烧阶段和扩散燃烧阶段两个阶段，在本文中不再赘述。

      统一式燃烧室又称直接喷射燃烧室。其构成特点是只有一个燃烧室，位于活塞顶面与气缸盖底面之间，喷油器直接向燃烧室内喷射15～30MPa的高压柴油，借助油束形状与燃烧室形状的合理匹配，以及空气的涡流运动，迅速形成可燃混合气燃烧，故这种燃烧室又称为直喷式燃烧室。统一式燃烧室详细集中在活塞顶的凹坑内。统一式燃烧室要求燃油的喷射压力高，通常与孔式喷油器配合操作。直接喷射式燃烧室又可分为开式( 有的称为统一式) 和半开式两种。

      具体特征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，以过高的喷射力，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。这种燃烧室详细用于大型低、中速柴油发电机。

      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) 两个部分结构。其混合气的形成，一方面靠喷油嘴燃油的雾化质量，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详细形状主要分为深 ω 形、U 形和球形燃烧室三种。

      分隔式燃烧室由两部分构成，即主燃烧室和副燃烧室。主燃烧室位于活塞顶与汽缸盖底面之间，副燃烧室位于汽缸盖内。主、副燃烧室之间用一个或几个直径较小的通道相连。燃油则是喷人副燃烧室内的。分隔式燃烧室多发的构成形式有涡流室式和预燃室式两种。

      预燃室式燃烧室的副燃烧室多是长体组成，连通预燃室与主燃烧室的通道面积较小。燃料通过喷油嘴喷人预燃室，预燃室着火后温度、压力迅速上升，利用这部分燃料的燃烧能量将集中于下部通道口附近已预热的燃油高速喷向主燃烧室。预燃室式燃烧室要求的喷射压力比统一式燃烧低，一般也与轴针式喷油嘴配合使用，柴油发电机起动时通常需要电热塞先预热。

      涡流室式燃烧室的副燃烧室多为球形或锥形。涡流室与主燃烧室用一个或数个通道连通。在压缩行程中，空气从汽缸内被挤人涡流室时，形成强烈的有规则的涡流运动，喷人涡流室内的燃油，在强烈的空气涡流功用下迅速与空气混合形成可燃混合气。着火后大部分柴油在涡流室内燃烧，未燃烧的部分燃油在做功行程初期与高压燃气一起通过通道喷人主燃烧室，形成二次涡流，使之进一步与空气混合燃烧。涡流室式燃烧室的好处是能形成强烈的涡流运动，对柴油喷雾质量要求低，可以采用喷油压力偏低的轴针式喷油嘴。为了保证冷机启动，通常设置电热塞等启动辅助系统。

       燃烧室的形状对发电机的工作影响很大，由于柴油机和柴油发电机的燃烧方法不同，其气缸盖上构成燃烧室的部分区别较大。柴油机的燃烧室主要在汽缸盖上，而柴油发电机的燃烧室主要在活塞顶部的凹坑。

       半球形燃烧室构成紧凑，火花塞布置在燃烧室*，火焰行程短，故燃烧速率高，散热少，热效率高。这种燃烧室组成上也允许气门双行排列，进气口直径较大，故充气效率较高，虽然使配气系统变得较为复杂，但有利于排烟净化，在发电机上被广泛应用。

       楔形燃烧室组成简易、紧凑，散热面积小，热损失也小，能保证混合气在压缩行程中形成良好的涡流运动，有利于提高混合气的混合质量，进气阻力小，提升了充气效率。其气门排成一列，使配气机构简单，但火花塞置于楔形燃烧室高处，火焰传播距离较长。

      盆形燃烧室的气缸盖工艺性好，制造成本低，但因气门直径易受限制，进、排气效果要比半球形燃烧室差。

       ω 形燃烧室由气缸盖底面和剖面轮廓为 ω 形的活塞顶部组成，ω 形凹坑偏离活塞中心。喷油器倾斜装配在气缸盖上，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，其喷油嘴的喷射压力过高( 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°) 。浅 ω 形燃烧室具有形状大概，构造紧凑，散热面积小，热效率高( 动力性、燃料操作经济性好) ，启动容易等亮点。其短处是对供油机构( 详细指喷油泵、喷油嘴等精密偶件) 要求高; 喷油嘴的喷孔小，容易被积碳等污物堵塞，使柴油发电机作业可靠性差，使用中要特别注意对柴油的滤清与喷油嘴的维保。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，柴油发电机作业仍比较粗暴。

      燃烧室位于活塞顶内，呈球形。燃油喷向燃烧室壁面，大部分燃油在强涡流用途下喷涂在燃烧室壁面上，形成很薄的油膜，小部分燃油雾化分布在燃烧室空间并首先着火，随后即引燃从壁面上蒸发的燃料。

      燃烧室尺寸对柴油发电机压缩程序中气体流动特点危害很大，这部分气体流动直接危害到后面的油气混合。综上所述，康明斯得知，燃烧室内部容积增大即相对容积比增大有利于燃烧室内部气体的流动，而这些在混合气形成程序中起着重要功能。此外，燃烧室中心的凸台起着导流作用，帮助气体绕着燃烧室中心流动，高度减小将不利于燃烧室中心位置气体的流动。