柴油发电机燃烧室的类别及工作机理

　　摘要：燃烧室是柴油发电机的核心部分，工作原理涉及燃料与空气的混合、压缩自燃以及能量转化。其燃烧过程分为预混燃烧和扩散燃烧阶段，预混燃烧迅速，致使压力升高，扩散燃烧持续，推动活塞做功。显然广州康明斯发电机，对比柴油机，柴油发电机燃烧室具备热效率高（40%以上）、低速功率大、耐久性强等优势，但是氮氧化物（NOx）和颗粒物（PM）排放过高，需依赖后解决技术（如DPF、SCR）。

　　      燃烧室是柴油发电机中燃料与压缩空气混合并燃烧的空间，其布置直接影响燃烧效率、动力输出和排放性能。柴油发电机选用压燃式点火（无需火花塞），依赖过热压缩空气引燃柴油。env柴油发电机组_康明斯柴油发电机-康明斯动力

　　      在柴油发电机的作业过程中，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汽缸内全部燃烧占曲柄转角40°～70°，转速为1500转/分钟时，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。env康明斯发电机组_cummins柴油发电机-康明斯动力

　　      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征、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构成和工况决定的，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。env柴油发电机组_康明斯柴油发电机-康明斯动力

　　      柴油发电机遵循四冲程循环（进气、压缩、做功、排烟），燃烧发生在压缩冲程末期至做功冲程env康明斯发电机组_康明斯柴油发电机-康明斯动力

　　（1）压缩冲程：活塞上行压缩空气，温度升至500~700℃（远超柴油自燃点约220℃）。env柴油发电机组_cummins柴油发电机-康明斯动力

　　（2）燃油喷射：喷油器在压缩冲程末端以高压（1000~2500 bar）将柴油雾化喷入燃烧室，形成细微油滴。env康明斯发电机组_康明斯柴油发电机-康明斯动力

　　① 预混燃烧（快速燃烧期）：少量燃油与空气迅速混合并自燃，压力急剧升高，推动活塞下行。env柴油发电机组_康明斯柴油发电机-康明斯动力

　　② 扩散燃烧（持续燃烧期）：剩余燃油逐渐与空气混合燃烧，维持做功压力。env柴油发电机组_康明斯柴油发电机-康明斯动力

　　（4）能量转化：燃烧发生的发热高压气体推动活塞做功，转化为主轴的旋转动能。env康明斯发电机组_cummins柴油发电机-康明斯动力

　　（1）压缩比：高压缩比（15:1以上）确保空气温度足够引燃柴油。env康明斯发电机组_cummins柴油发电机-康明斯动力

　　（2）燃油雾化品质：高压喷射机构（如共轨技术）提高雾化效果，减轻颗粒物排放。env康明斯发电机组_康明斯柴油发电机-康明斯动力

　　（3）气流运动：涡流或挤流规划提高空气与燃油混合，优化燃烧效率。env康明斯发电机组_cummins柴油发电机-康明斯动力

　　（4）喷油正时：过早（爆震）或过晚（动力不足）均影响性能扬州康明斯发电机，需精确控制。env柴油发电机组_cummins柴油发电机-康明斯动力

　　      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构成。而且雾化或油膜的形态与品质，也需要燃烧室来配合，因此燃烧室的构造尺寸决定柴油发电机的可燃混合气的形成与燃烧的情形，进而对柴油发电机的性能有着直接而重大的危害，特别是中、高速柴油发电机。柴油发电机燃烧室通常分为两大类：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。env柴油发电机组_cummins柴油发电机-康明斯动力

　　      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，选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。env康明斯发电机组_康明斯柴油发电机-康明斯动力

　　      开式燃烧室由汽缸盖底平面、活塞顶面及气缸壁所结构的统一空间所结构，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，选取多孔喷油器，开式燃烧室的特点如下。env柴油发电机组_cummins柴油发电机-康明斯动力

　　图1    开式燃烧室env康明斯发电机组_cummins柴油发电机-康明斯动力

　　? 燃烧室基础是一个空间，形状简单，组成紧凑，散热面积小，无节流损失，经济性好，且容易起动。env柴油发电机组_cummins柴油发电机-康明斯动力

　　? 一般不组织进气涡流，混合气的形成具体靠喷油嘴将燃油喷成雾状，因此对喷油机构如喷油器、喷油泵要点偏高，喷油压力要求高。env康明斯发电机组_cummins柴油发电机-康明斯动力

　　? 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，一旦着火宝山康明斯发电机，缸内压力升高较快，燃烧比较粗暴，柴油发电机机械负荷大。env柴油发电机组_cummins柴油发电机-康明斯动力

　　? 对燃油质量要求高，对转速变化比较敏感。燃油的质量直接影响雾化品质；喷射压力与柴油发电机速度有关，转速变化时，喷射压力变化，喷雾质量也产生较大的变化。env柴油发电机组_康明斯柴油发电机-康明斯动力

　　      半开式燃烧室通常在活塞顶有较深的凹坑，意义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、排放性能好等特征。但由于燃烧室散热面积稍大，其经济性比开式燃烧室稍差，且冷无法着火。半开式燃烧室的形式很多，具体有深ω形［图2（a）］、球形［图2（b）］、U形［图2（c）］等。env柴油发电机组_cummins柴油发电机-康明斯动力

　　      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，一部分在汽缸盖与活塞顶之间，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。可燃混合气的形成详细利用组织的强烈空气涡流，对燃油的雾化质量要点不高，可使用轴针式的单孔喷油嘴，启阀压力也低。env康明斯发电机组_cummins柴油发电机-康明斯动力

　　      涡流式燃烧室的辅助燃烧室即涡流室，位于汽缸盖内。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％。env康明斯发电机组_cummins柴油发电机-康明斯动力

　　图2   半开式燃烧室env柴油发电机组_康明斯柴油发电机-康明斯动力

　　      涡流式燃烧室的混合气形成与燃烧具体依靠压缩涡流。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，空气在涡流室中发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，因为涡流的功能，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。env康明斯发电机组_cummins柴油发电机-康明斯动力

　　      涡流式燃烧室的优点是对喷油嘴及喷油质量要点较低，多采取单孔喷油嘴。这主要是由于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，排气污染偏低。同时，由于压缩涡流的强度与柴油发电机转速成正比，速度越高，混合气形成越快，故而涡流式燃烧室适用于高速柴油发电机。它的缺陷是散热面积大，热损失多，同时涡流室通道中存在一定的流动损失，故而经济性差，冷启动也比较困难。涡流室燃烧室多用于小型高速柴油发电机。env柴油发电机组_cummins柴油发电机-康明斯动力

　　      预燃室式燃烧室的辅助燃烧室即为预燃室，预燃室一般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。四气门柴油发电机的预燃室一般布置在气缸盖中间，如图4所示。4～8个直径相同的喷孔周向均匀排列。env柴油发电机组_cummins柴油发电机-康明斯动力

　　图3     涡流式燃烧室                          图4    预燃室式燃烧室env康明斯发电机组_康明斯柴油发电机-康明斯动力

　　       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，迅速完成燃烧程序。env康明斯发电机组_cummins柴油发电机-康明斯动力

　　      预燃室与主燃烧室之间通道窄小，发生的节流用途大，使主燃烧室的压力升高较缓和，柴油发电机工作流程柔和，噪音较小，污染少。与涡流室不同，燃烧涡流与柴油发电机速度无关，于是预燃室式柴油发电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，以帮助冷起动。env柴油发电机组_cummins柴油发电机-康明斯动力

　　柴油发电机燃烧室通太高压喷油、压缩自燃和混合气流控制实现有效燃烧。因为油的挥发性比柴油低，故而需要更高的压缩比；其次喷油时机和雾化效果也很重要，会影响混合气的形成和燃烧效率。其设计不断优化（如电喷共轨、涡轮增压），在提升动力性的同时减小排放，广泛应用于发电机组、发电机组及重型运输领域。env康明斯发电机组_康明斯柴油发电机-康明斯动力

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