第三節 柴油機的燃燒室

柴油機的燃燒室對柴油機的性能有決定性作用。因此，燃燒室是柴油機設計制造的關鍵。燃燒室按組織燃燒過程的特點和結構不同分為開式、半開式、預燃室式和渦流室式四類。前兩類屬于直接噴射統一式燃燒室，后兩類屬于分隔式燃燒室。

一、柴油機的燃燒過程（圖1-23）

柴油機可燃混合氣的形成和燃燒都是直接在燃燒室內進行的。當活塞接近壓縮上止點時，柴油噴入氣缸，與高壓高溫的空氣接觸、混合，經過一系列的物理、化學變化才開始燃燒。之后便是邊噴射，邊燃燒。柴油機混合氣的形成和燃燒是一個非常復雜的物理、化學變化過程，其主要特點如下：

①燃料的混合和燃燒是在封閉的氣缸內進行的。

②氣缸內柴油與空氣每次混合與燃燒的時間很短，只有0.0017～0.004s。

圖1-23 柴油機的燃燒過程

③柴油粘度大，不易揮發，必須以霧狀噴入氣缸的燃燒室內。

二、直接噴射式燃燒室

1.開式燃燒室

低速柴油機和部分中、高速柴油機主要用無渦流的開式燃燒室。燃燒室由氣缸蓋底面和活塞頂面形成具有一定形狀的整體空間。多孔噴油器（6～10孔）能使燃油霧化良好，并均勻分布在燃燒室空間。

因此，開式燃燒室中的燃燒屬于典型的空間式燃燒過程，要求燃燒室與油束的形狀和分布相配合。它的優點是燃料消耗率低，起動容易；缺點是燃料霧化要求高，難以適應變轉速工作。直接噴射式燃燒室的典型結構是ω形燃燒室（圖1-24），此種燃燒室在柴油機上應用廣泛。

2.半開式燃燒室

小型高速柴油機大多采用有渦流的半開式燃燒室。這種燃燒室又分為多種類型，主要有油膜式球形燃燒室和復合式燃燒室等。

（1）油膜式球形燃燒室（圖1-25）燃燒室位于活塞頂內，呈球形。燃料噴向燃燒室壁面，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的燃料。

圖1-24 柴油機的ω形燃燒室

圖1-25 油膜式球形燃燒室

這種燃燒室可使工作過程柔和、燃燒完全、聲輕無煙，并可使用輕質燃料；缺點是低溫起動較困難，需要使用加熱塞預熱。

油膜式球形燃燒室的結構特點見表1-8。

表1-8 油膜式球形燃燒室的結構特點

（續）

（2）復合式燃燒室（圖1-26）燃燒室在活塞頂內呈深盆形，口部略有收縮，用特殊形狀的進氣道形成進氣渦流，采用單孔軸針式噴油器。噴油器軸線與燃燒室壁面基本平行，燃料噴向燃燒室的周邊空間。在渦流的作用下，粗大的油粒散落在燃燒室壁面上形成油膜，細小的油粒在空間與空氣混合。當轉速較高時，燃燒室渦流速度高，壁面上的油膜燃料增多，具有油膜燃燒的特點；而在低轉速和起動時，渦流速度低，空間混合的燃料量增多，具有空間式燃燒的特點，能改善冷起動性能。

復合式燃燒室把油膜蒸發混合燃燒與空間混合燃燒合理地結合起來，兼有兩者的優點，故又稱為復合式燃燒系統，其工作過程柔和，可燃用多種燃料，對噴油系統要求低，而且起動容易。缺點是低負荷排氣中未燃的碳氫化合物含量較高。

圖1-26 復合式燃燒室

三、分隔式燃燒室

分隔式燃燒室有預燃室式燃燒室和渦流室式燃燒室兩類。

1.預燃室式燃燒室（圖1-27）。

預燃室式燃燒室由預燃室和主燃燒室兩部分組成。預燃室在氣缸蓋內，占總燃燒室容積的25%～40%，有一個或數個通孔與主燃燒室連通。燃料噴入預燃室中，著火后部分燃料燃燒，將未燃的混合物高速噴入主燃燒室，與空氣進一步混合燃燒。這種燃燒室適用于中小功率柴油機。

（1）結構特點

①整個燃燒室分為兩部分，預燃室位于氣缸蓋內，活塞上方為主燃燒室。

②噴油器安裝在預燃室中心線附近，為便于冷起動，多裝有電熱塞。

③預燃室用耐熱鋼單獨制成，裝入氣缸蓋不與冷卻液直接接觸。

④大部分燃料是在主燃燒室中混合燃燒的，屬于空間混合方式。

（2）混合氣形成特點

①利用壓縮紊流先預燃。

②利用強烈的燃燒渦流促使完全燃燒。

③對噴油的霧化質量要求不高，可采用不易堵塞的大直徑單孔噴油器，噴油壓力較低（8.0～12.0MPa），具有適應大轉速范圍和不同著火性能燃料的能力。

④運轉平順、燃燒噪聲小，但經濟性較差、熱量損失較大、起動性能差，必須加裝電熱塞。

2.渦流室式燃燒室（圖1-28）。

圖1-27 預燃室式燃燒室

圖1-28 渦流室式燃燒室

渦流式燃燒室由渦流室和主燃燒室組成。渦流室位于氣缸蓋上，呈球形，占總燃燒室容積的50%～80%，有切向通道與主燃燒室相通。在壓縮行程時，壓入渦流室的空氣產生強烈的渦流運動，促使噴入其中的燃料與空氣混合。著火后混合物沖入主燃燒室，形成二次流動，進一步與主燃燒室內的空氣混合燃燒。

渦流室式燃燒室柴油機的轉速可達4000r/min以上，工作過程柔和，排氣中有害成分較少。但散熱損失和氣體流動損失大，而且后燃較嚴重，燃料消耗率較高，冷機起動困難，往往需要加裝預熱塞。渦流室式燃燒室的結構特點見表1-9。

表1-9 渦流室式燃燒室的結構特點

渦流室式燃燒室和預燃室式燃燒室都采用軸針式噴油器，噴油壓力較低，工作可靠；由于渦流室內的渦流隨轉速增高而加強，柴油機高轉速時柴油和空氣仍能很好地混合。