4104柴油機(jī)燃燒室匹配設(shè)計

周逢源 賈新穎

【摘要】柴油機(jī)燃燒室的設(shè)計是整個柴油機(jī)燃燒系統(tǒng)設(shè)計的核心，在原有4100柴油機(jī)燃燒室基礎(chǔ)上，進(jìn)行4104柴油機(jī)燃燒室設(shè)計，分析了原有燃燒室的設(shè)計結(jié)構(gòu)因素，在保持原有壓縮比不變的基礎(chǔ)上，給出口徑比、徑深比的參數(shù)范圍，擬出燃燒室設(shè)計匹配方案，設(shè)計4104柴油機(jī)不同結(jié)構(gòu)燃燒室，并進(jìn)行燃燒匹配試驗，試驗數(shù)據(jù)表明，新方案Ⅱ燃燒室是該柴油機(jī)燃燒系統(tǒng)較合理的方案。

【關(guān)鍵詞】匹配 燃燒室 柴油機(jī)

高壓燃油系統(tǒng)已成為柴油機(jī)滿足日益嚴(yán)格的排放法規(guī)的技術(shù)手段之一，合理組織燃燒是柴油機(jī)獲得良好的動力性、經(jīng)濟(jì)性、排放性能的基礎(chǔ)。燃燒組織涉及到柴油機(jī)的燃油系統(tǒng)、進(jìn)氣系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)等，油氣的混合效果取決于進(jìn)氣、燃燒室及噴油器三者之間的合理匹配[1]。作者從工作實際的角度出發(fā)，借助已經(jīng)成熟的設(shè)計參數(shù)，考慮燃燒室結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響，找出燃燒室設(shè)計匹配方法。

1燃燒室結(jié)構(gòu)設(shè)計分析

隨著柴油機(jī)排放法規(guī)的日益嚴(yán)格，燃油系統(tǒng)的噴射壓力也也逐漸提高，使噴油油束的貫穿距離增加，因此大口徑燃燒室能給燃燒室提供較長的行程，使油氣獲得良好的混合質(zhì)量，同時油束落點處的燃燒室直徑也要合適，使油滴的碰壁量最少?？s口淺ω燃燒室能夠較好地產(chǎn)生渦流和擠流，有利于提高油氣混合質(zhì)量，大量的試驗和研究也表明，縮口淺ω燃燒室不僅能改善柴油機(jī)的動力性、經(jīng)濟(jì)型，還可以加強(qiáng)缸內(nèi)后期燃燒的氣流運動，促進(jìn)后期燃燒的進(jìn)行[2]，有利于碳煙氧化，降低排氣煙度。燃燒室中心平臺的導(dǎo)流作用，使進(jìn)氣分布在縮口燃燒室油束密集位置，促進(jìn)了油氣混合作用，因此縮口燃燒室能較好地平衡氮氧化物（NO。）和微粒（PM）排放的關(guān)系。因此在設(shè)計燃燒室參數(shù)結(jié)構(gòu)時，需要考慮柴油機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)和燃油系統(tǒng)參數(shù)的影響，燃燒室形式?jīng)Q定了柴油機(jī)的性能和排放指標(biāo)，但燃燒室的結(jié)構(gòu)參數(shù)受進(jìn)氣參數(shù)和油束參數(shù)的制約，其中油柴油機(jī)壓縮比、燃燒室口徑比、徑深比是重要的參數(shù)，同時也相互制約。

1.1壓縮比

當(dāng)柴油機(jī)結(jié)構(gòu)一定時，燃燒室容積大小取決于柴油機(jī)所需的壓縮比．壓縮比直接影響最高爆發(fā)壓力，壓縮比越低，最高爆發(fā)壓力越低，柴油機(jī)的壓縮比范圍通常在13～22之間。在采用高壓噴射和小噴孔后，提高了燃油霧化質(zhì)量，改善了燃燒效果，可以提高輸出功率，適當(dāng)減小壓縮比，可降低最大爆發(fā)壓力。兩種結(jié)構(gòu)相似的燃燒室實驗表明，在部分負(fù)荷時，當(dāng)壓縮比由18降為16時，最高爆發(fā)壓力基本保持不變，經(jīng)濟(jì)性僅降低1％；當(dāng)壓縮比由19.1降低為17.5時，微粒（PM）平均減少53％，氮氧化物（NO，）平均增加25％。因此，如果要使柴油機(jī)獲得最佳的動力性能、經(jīng)濟(jì)性能和排放性能，確定合適的壓縮比是非常重要的。

1.2口徑比

燃燒室喉口直徑與缸徑之比為口徑比，它直接影響壓縮渦流強(qiáng)度、掃氣效果、燃燒效率等參數(shù)，進(jìn)而影響柴油機(jī)的性能，每一種柴油機(jī)都有一個最佳口徑比。口徑比的選擇與柴油機(jī)的壓縮比、噴嘴的噴孔錐角直接相關(guān)，它的取值范圍不同，口徑比在0.45以下為小型喉口，大于0.5為中等喉口。在壓縮比為15以上時，口徑比應(yīng)大于0.5，在壓縮比為15以下時，口徑比應(yīng)小于0.5。

1.3徑深比

喉口直徑與燃燒室深度之比為徑深比，徑深比越大，活塞的掃氣效果越好，但徑深比會受到活塞材料、結(jié)構(gòu)等方面的限制，通常在2-4范圍內(nèi)。

2燃燒室設(shè)計

2.1成熟機(jī)型4100結(jié)構(gòu)參數(shù)

2.2成熟機(jī)型4100燃燒室方案

2.3新機(jī)型4104結(jié)構(gòu)參數(shù)

2.4參考機(jī)型4100燃燒室方案

保證壓縮比不變，利用三維軟件設(shè)計了下面兩種燃燒室方案：

3優(yōu)化匹配試驗

先在成熟機(jī)型4100柴油機(jī)上進(jìn)行試驗，取得成熟機(jī)型的轉(zhuǎn)速、功率、扭矩、煙度、油耗率作為基準(zhǔn)，然后再按上述新方案Ⅱ、新方案Ⅲ在新機(jī)型4104柴油機(jī)上試驗，從而找到最佳燃燒室設(shè)計方案。

為確保柴油機(jī)正常工作，氣缸爆發(fā)壓力不超過16MPa，排氣溫度不超過600℃，柴油機(jī)排氣不冒黑煙。

試驗數(shù)據(jù)對比（如表1）

試驗數(shù)據(jù)分析：新方案Ⅱ燃燒室的試驗結(jié)果，其每升排量的功率、扭矩均略高于成熟機(jī)型4100，而標(biāo)定點、最大扭矩點的燃油耗、煙度均略低于成熟機(jī)型。

4結(jié)語

通過分析成熟機(jī)型4100柴油機(jī)燃燒室的結(jié)構(gòu)參數(shù)口徑比、徑深比等，并保持原有的壓縮比不變，利用三維軟件設(shè)計出兩種新參數(shù)燃燒室，通過在柴油機(jī)機(jī)上進(jìn)行優(yōu)化匹配試驗，得出新方案Ⅱ燃燒室滿足了工程設(shè)計要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]王育輝，高國珍.電控高壓共軌柴油機(jī)匹配的研究[J].內(nèi)燃機(jī)工程，2006，27（3）：69—73.

[2]王軍，張幽彤，黃軍，丁小亮.高壓共軌柴油機(jī)燃燒室匹配設(shè)計.北京理工大學(xué)學(xué)報，2010年10月第30卷第10期.