柴油發(fā)電機(jī)高速直噴燃燒室結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)
發(fā)布時(shí)間：2024-03-16 點(diǎn)擊：145
柴油發(fā)電機(jī)高速直噴燃燒室結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)
柴油發(fā)電機(jī)的燃燒放熱規(guī)律以及nox和碳煙的生成，主要取決于預(yù)混合燃燒過程和擴(kuò)散燃燒過程。其中，預(yù)混合燃燒過程直接與燃燒室內(nèi)的混合氣形成條件和噴霧質(zhì)量有關(guān)，而擴(kuò)散燃燒過程取決于后續(xù)噴射的噴霧質(zhì)量和燃燒室內(nèi)的氣流運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。即對(duì)一定的噴射條件，燃燒室內(nèi)的氣流運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及其變化特性，對(duì)混合氣的形成及其燃燒過程起決定性的作用。在其他條件（如噴霧）一定的情況下，組織較強(qiáng)的空氣流動(dòng)，由此向噴注提供更多的氧氣，雖能降低碳煙排放，但同時(shí)使nox排放量增多；反之，為了抑制nox的生成量，適當(dāng)減弱預(yù)混合期內(nèi)的氣流強(qiáng)度，則易形成局部高溫缺氧條件，同時(shí)不利于擴(kuò)散燃燒，使碳煙生成量增加，經(jīng)濟(jì)性惡化。所以，為了有效抑制nox及碳煙的生成量，如何控制和組織燃燒室內(nèi)的氣流運(yùn)動(dòng)及其分布規(guī)律和強(qiáng)度是很重要的。燃燒室內(nèi)的氣流運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及其變化規(guī)律主要取決于進(jìn)氣系統(tǒng)和燃燒室的結(jié)構(gòu)形狀。
傳統(tǒng)的直噴式和分隔式燃燒系統(tǒng)均不能滿足現(xiàn)在的發(fā)電用柴油發(fā)電機(jī)節(jié)能與排放法規(guī)的要求。直噴式的主要問題是其混合氣形成過程對(duì)柴油發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的適應(yīng)性差，而且無(wú)法控制噴油規(guī)律，使柴油發(fā)電機(jī)粗暴，nox排放量大；而分隔式燃燒系統(tǒng)的主要問題是，雖然具有混合氣形成過程對(duì)轉(zhuǎn)速適應(yīng)性好的優(yōu)點(diǎn)，但燃燒室的散熱面積大（面容比大），熱損失多，經(jīng)濟(jì)性差，同時(shí)為了保證冷起動(dòng)性而提高壓縮比，使得缸內(nèi)壓力和溫度升高，不易進(jìn)一步降低nox的排放量。
柴油發(fā)電機(jī)電控技術(shù)及高壓噴射技術(shù)的發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)噴油規(guī)律的控制提供了技術(shù)基礎(chǔ)。高壓噴射雖然提高了噴霧質(zhì)量，加快了霧化速度，有利于降低碳煙排放，但是nox排放量增加。所以，為了同時(shí)降低nox和碳煙排放，又不惡化燃油經(jīng)濟(jì)性，通過有效推遲噴油時(shí)刻，或在主噴射之前采用適量預(yù)噴射等手段，控制預(yù)混合燃燒過程，抑制最高燃燒溫度，由此有效降低nox排放。但是這樣一來(lái)，更多的燃料在著火燃燒過程中噴射，即參與擴(kuò)散燃燒的燃料量增多。所以，如何提高擴(kuò)散燃燒速率，成為柴油發(fā)電機(jī)控制排放和經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵問題。
為此，應(yīng)通過高壓噴射手段加強(qiáng)擴(kuò)散燃燒階段燃料的霧化，同時(shí)提高噴射速率，縮短整個(gè)噴射期間，促進(jìn)擴(kuò)散燃燒。由此，在提高燃料經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)，促進(jìn)預(yù)混合燃燒階段所生成的碳煙的氧化過程，避免擴(kuò)散燃燒階段造成局部高溫缺氧條件而生成碳煙。同時(shí)，配合高壓噴射系統(tǒng)，有效組織適應(yīng)柴油發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的燃燒室內(nèi)氣流特性，也是控制擴(kuò)散燃燒過程的重要手段。柴油發(fā)電機(jī)高壓電控噴射技術(shù)的發(fā)展，可有效地控制噴油規(guī)律，因此從經(jīng)濟(jì)性角度而言，發(fā)電用柴油發(fā)電機(jī)燃燒室直噴化已成為發(fā)展趨勢(shì)。但是其直噴化的關(guān)鍵就是如何解決直噴式燃燒室混合氣形成速率與柴油發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速相適應(yīng)的問題。
20世紀(jì)后期開發(fā)出來(lái)的低排放縮口型直噴式燃燒室，是將傳統(tǒng)的直噴式燃燒室的優(yōu)點(diǎn)和渦流室式燃燒室的優(yōu)點(diǎn)集于一體的一種新型直噴式燃燒室。將直噴式燃燒室改進(jìn)設(shè)計(jì)成如圖1所示的燃燒室底部中間凸起形成環(huán)狀壓縮擠流空間的結(jié)構(gòu)形式。通過這種方式，原渦流室式燃燒室內(nèi)隨轉(zhuǎn)速同步變化的壓縮渦流，改為這種直噴式燃燒室內(nèi)隨轉(zhuǎn)速同步變化的壓縮擠流。通過這種燃燒室，在推行歐i、歐ii排放法規(guī)時(shí)，采用傳統(tǒng)的機(jī)械式噴射系統(tǒng)，通過大幅度推遲噴射時(shí)期，就可實(shí)現(xiàn)有效降低柴油發(fā)電機(jī)的排放水平，為發(fā)電用柴油發(fā)電機(jī)排放水平達(dá)標(biāo)作出重要貢獻(xiàn)。
縮口型直噴式燃燒室
為適應(yīng)日趨嚴(yán)格的節(jié)能與低排放要求，直噴式柴油發(fā)電機(jī)的燃燒室結(jié)構(gòu)大體上分為如圖1所示的兩大類型，即氣缸直徑小于120mm的中小型柴油發(fā)電機(jī)，由于其使用轉(zhuǎn)速較高，所以采用深坑形用深坑形燃燒室（燃燒室深度h值較大），以便隨轉(zhuǎn)速的提高，加強(qiáng)燃燒室內(nèi)的壓縮滾流，加快混合氣的形成和擴(kuò)散燃燒速度；而氣缸直徑大于120mm的大型柴油發(fā)電機(jī)，由于其使用轉(zhuǎn)速較低，所以采用淺形燃燒室。
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傳統(tǒng)的直噴式和分隔式燃燒系統(tǒng)均不能滿足現(xiàn)在的發(fā)電用柴油發(fā)電機(jī)節(jié)能與排放法規(guī)的要求。直噴式的主要問題是其混合氣形成過程對(duì)柴油發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的適應(yīng)性差，而且無(wú)法控制噴油規(guī)律，使柴油發(fā)電機(jī)粗暴，nox排放量大；而分隔式燃燒系統(tǒng)的主要問題是，雖然具有混合氣形成過程對(duì)轉(zhuǎn)速適應(yīng)性好的優(yōu)點(diǎn)，但燃燒室的散熱面積大（面容比大），熱損失多，經(jīng)濟(jì)性差，同時(shí)為了保證冷起動(dòng)性而提高壓縮比，使得缸內(nèi)壓力和溫度升高，不易進(jìn)一步降低nox的排放量。
柴油發(fā)電機(jī)電控技術(shù)及高壓噴射技術(shù)的發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)噴油規(guī)律的控制提供了技術(shù)基礎(chǔ)。高壓噴射雖然提高了噴霧質(zhì)量，加快了霧化速度，有利于降低碳煙排放，但是nox排放量增加。所以，為了同時(shí)降低nox和碳煙排放，又不惡化燃油經(jīng)濟(jì)性，通過有效推遲噴油時(shí)刻，或在主噴射之前采用適量預(yù)噴射等手段，控制預(yù)混合燃燒過程，抑制最高燃燒溫度，由此有效降低nox排放。但是這樣一來(lái)，更多的燃料在著火燃燒過程中噴射，即參與擴(kuò)散燃燒的燃料量增多。所以，如何提高擴(kuò)散燃燒速率，成為柴油發(fā)電機(jī)控制排放和經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵問題。
為此，應(yīng)通過高壓噴射手段加強(qiáng)擴(kuò)散燃燒階段燃料的霧化，同時(shí)提高噴射速率，縮短整個(gè)噴射期間，促進(jìn)擴(kuò)散燃燒。由此，在提高燃料經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)，促進(jìn)預(yù)混合燃燒階段所生成的碳煙的氧化過程，避免擴(kuò)散燃燒階段造成局部高溫缺氧條件而生成碳煙。同時(shí)，配合高壓噴射系統(tǒng)，有效組織適應(yīng)柴油發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的燃燒室內(nèi)氣流特性，也是控制擴(kuò)散燃燒過程的重要手段。柴油發(fā)電機(jī)高壓電控噴射技術(shù)的發(fā)展，可有效地控制噴油規(guī)律，因此從經(jīng)濟(jì)性角度而言，發(fā)電用柴油發(fā)電機(jī)燃燒室直噴化已成為發(fā)展趨勢(shì)。但是其直噴化的關(guān)鍵就是如何解決直噴式燃燒室混合氣形成速率與柴油發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速相適應(yīng)的問題。
20世紀(jì)后期開發(fā)出來(lái)的低排放縮口型直噴式燃燒室，是將傳統(tǒng)的直噴式燃燒室的優(yōu)點(diǎn)和渦流室式燃燒室的優(yōu)點(diǎn)集于一體的一種新型直噴式燃燒室。將直噴式燃燒室改進(jìn)設(shè)計(jì)成如圖1所示的燃燒室底部中間凸起形成環(huán)狀壓縮擠流空間的結(jié)構(gòu)形式。通過這種方式，原渦流室式燃燒室內(nèi)隨轉(zhuǎn)速同步變化的壓縮渦流，改為這種直噴式燃燒室內(nèi)隨轉(zhuǎn)速同步變化的壓縮擠流。通過這種燃燒室，在推行歐i、歐ii排放法規(guī)時(shí)，采用傳統(tǒng)的機(jī)械式噴射系統(tǒng)，通過大幅度推遲噴射時(shí)期，就可實(shí)現(xiàn)有效降低柴油發(fā)電機(jī)的排放水平，為發(fā)電用柴油發(fā)電機(jī)排放水平達(dá)標(biāo)作出重要貢獻(xiàn)。
縮口型直噴式燃燒室
為適應(yīng)日趨嚴(yán)格的節(jié)能與低排放要求，直噴式柴油發(fā)電機(jī)的燃燒室結(jié)構(gòu)大體上分為如圖1所示的兩大類型，即氣缸直徑小于120mm的中小型柴油發(fā)電機(jī)，由于其使用轉(zhuǎn)速較高，所以采用深坑形用深坑形燃燒室（燃燒室深度h值較大），以便隨轉(zhuǎn)速的提高，加強(qiáng)燃燒室內(nèi)的壓縮滾流，加快混合氣的形成和擴(kuò)散燃燒速度；而氣缸直徑大于120mm的大型柴油發(fā)電機(jī)，由于其使用轉(zhuǎn)速較低，所以采用淺形燃燒室。
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