1、改善射流燃燒性能的研究 改善射流燃燒性能的研究 作者：山西柴油機(jī)廠 馬海生 摘要先容了射流燃燒系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及燃燒機(jī)理，針對其使用中存在的題目，適當(dāng)降低壓縮比，設(shè)計(jì)了“麥?zhǔn)蠈?dǎo)槽”的新結(jié)構(gòu)，使射流燃燒形成有了新的變化，從而改善了發(fā)動機(jī)的性能和可靠性。關(guān)鍵詞：汽油機(jī)射流燃燒系統(tǒng)麥?zhǔn)蠈?dǎo)槽1結(jié)構(gòu)特點(diǎn)大同北岳汽油機(jī)廠生產(chǎn)的BY492QS汽油機(jī)，采用的是高壓縮比，稀混合氣射流燃燒系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在排氣門下方呈倒圓錐形燃燒室(見圖1)，并帶有與氣門中心線成夾角的射流孔。該燃燒系統(tǒng)在壓縮行程燃燒前會產(chǎn)生強(qiáng)紊流，可以加速燃?xì)獾幕旌?，使混合氣充分燃燒?？梢约铀偃細(xì)獾幕旌?，使混合氣充分燃燒。燃燒時主燃室和射流

2、孔噴出的火焰在燃燒室內(nèi)能形成兩個燃燒區(qū)，其中從射流孔噴出的火焰對整個燃燒過程的早燃有明顯的抑制作用，以至于可以適當(dāng)?shù)剡M(jìn)步發(fā)動機(jī)的壓縮比，使用較稀的混合氣。由于燃燒溫度和壓力的增高，燃燒速率的變化，使得整個燃燒過程短。圖1倒圓錐形燃燒室結(jié)構(gòu)2題目的提出2.1采用射流燃燒系統(tǒng)的汽油機(jī)，壓縮比在9.7：1以上時，不宜直接燃用70辛烷值的汽油，而且對點(diǎn)火提前角的變化也較為敏感，燃燒溫度比不采用射流技術(shù)的發(fā)動機(jī)有較大的增高，使發(fā)動機(jī)的機(jī)械負(fù)荷、熱負(fù)荷增高，以至發(fā)動機(jī)的工作可靠性下降。2.2由于在高壓縮比的情況下，從燃燒室射流孔高速噴出的火焰對氣缸蓋燃燒室表面的沖洗，造成氣缸墊、氣缸蓋表面以及燃燒室部分邊

3、沿形成早期燃燒穴蝕。發(fā)動機(jī)在改變負(fù)荷狀態(tài)時，易在低負(fù)荷大扭矩下出現(xiàn)爆燃現(xiàn)象，造成氣缸蓋鼻梁區(qū)的損壞。2.3采用射流燃燒技術(shù)后，按GB 14761.1793的規(guī)定測試發(fā)動機(jī)的尾氣排放，CO和HC排放量都比較低，NOx的排放量超標(biāo)。3改善措施3.1加大射流燃燒室的容積經(jīng)試驗(yàn)研究證實(shí)，使其比原燃燒室容積增大7 %左右，在保持原有結(jié)構(gòu)的燃燒速度變化不大的情況下，可以適當(dāng)?shù)亟档桶l(fā)動機(jī)的最大爆發(fā)壓力、壓力升高率和最高燃燒溫度，以減小發(fā)動機(jī)的機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)荷，這樣不僅能進(jìn)步發(fā)動機(jī)的工作可靠性，而且還能有效地減小NOx的天生量。這是由于在燃燒室內(nèi)的可燃混合氣中，空氣中的N2和O2在高溫高壓下形成的化合物，在混

4、合氣比值為15：118：1，燃燒效率最高時，NOx的天生量接近最大。發(fā)動機(jī)的燃燒越趨于完全，NOx的天生量就越多。試驗(yàn)證實(shí)，適當(dāng)調(diào)低發(fā)動機(jī)的壓縮比后，在汽車的常用工況下，NOx的排放量明顯地減小。3.2改變?nèi)紵彝庑螌⒃械膱A錐形射流燃燒室改為橢圓柱形燃燒室，并在進(jìn)氣門與排氣門之間的鼻梁區(qū)開通一寬25 mm深2.5 mm的導(dǎo)向槽，稱之為“麥?zhǔn)蠈?dǎo)槽”(見圖2)。該“麥?zhǔn)蠈?dǎo)槽”在進(jìn)氣開始至終了都能起到加強(qiáng)進(jìn)氣過程的旋流作用，它將在橢圓柱體的燃燒室內(nèi)形成高速環(huán)狀旋轉(zhuǎn)的氣流，起到易于點(diǎn)火和有利于燃燒的作用。圖2橢圓柱形燃燒室結(jié)構(gòu)特別是提出的是，在鼻梁區(qū)開通了“麥?zhǔn)蠈?dǎo)槽”后，使得燃燒室鼻梁區(qū)內(nèi)最薄弱的部

5、位高度尺寸變小，寬度尺寸加大，使原燃燒室結(jié)構(gòu)強(qiáng)度得到明顯的改善，同時負(fù)氣缸蓋鼻梁區(qū)的溫度梯度也有所下降，加強(qiáng)了該部位的承載能力。3.3點(diǎn)火提前特性的改進(jìn)點(diǎn)火提前角是影響汽油機(jī)燃燒的重要參數(shù)，原射流燃燒系統(tǒng)設(shè)計(jì)的離心提前角和真空提前角分別見表1。表1原射流燃燒系統(tǒng)的主要參數(shù)經(jīng)過大量發(fā)動機(jī)臺架試驗(yàn)和裝車道路試驗(yàn)，現(xiàn)將提前角改進(jìn)后的參數(shù)示于表2表2改進(jìn)后的參數(shù)在原設(shè)定的點(diǎn)火提前特性圖中可以看到(見圖3)，這樣的點(diǎn)火特性在大批量生產(chǎn)中，制造工藝不易滿足使用要求，較難保證特性參數(shù)的正確性，況且尚不能完全發(fā)揮發(fā)動機(jī)動力性和經(jīng)濟(jì)性的上風(fēng)。經(jīng)改進(jìn)后的點(diǎn)火提前特性，不僅在批量生產(chǎn)質(zhì)量方面能較好地得到保證，而且更

6、有效地結(jié)合了射流燃燒的特點(diǎn)，使其與燃燒過程相匹配。改進(jìn)后的點(diǎn)火提前特性，不僅適宜普通有觸點(diǎn)分電器，而且也適用于高能無觸點(diǎn)分電器。圖3點(diǎn)火特性曲線對比3.4“麥?zhǔn)蠈?dǎo)槽”的作用在不改變原燃燒系統(tǒng)擠氣面積又保持了原機(jī)較高的壓縮比上風(fēng)的情況下，“麥?zhǔn)蠈?dǎo)槽”改變了該系統(tǒng)的擠氣間隙，但卻保持了原結(jié)構(gòu)的擠壓能量。由于“麥?zhǔn)蠈?dǎo)槽”的特殊功能，它能減輕燃燒火焰和氣流對燃燒室表面的沖洗。使得從射流孔噴出的火焰對活塞及氣缸蓋表面的早期燃燒穴蝕得到很好的改善。在不增加CO和HC排放量的同時，使NOx的排放量得到有效的控制。4實(shí)施后效果4.1通過對原有射流燃燒系統(tǒng)所作的3項(xiàng)主要改進(jìn)，構(gòu)成了新的帶有“麥?zhǔn)蠈?dǎo)槽”的射流燃燒

7、系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有明顯的稀燃、速燃和充分燃燒的特點(diǎn)。這種帶有射流孔“麥?zhǔn)蠈?dǎo)槽”的燃燒室，在燃燒前產(chǎn)生的紊流可以加快燃燒速度，使混合氣得到更充分的燃燒；由于射流孔噴出的火焰快速傳播，起到對爆燃的抑制作用；“麥?zhǔn)蠈?dǎo)槽”已改善了燃燒室內(nèi)雙燃區(qū)邊界的燃燒擠壓的程度，使之穩(wěn)定地累積起足夠多的熱量并形成強(qiáng)烈的火焰核心，柔和地點(diǎn)燃“雙燃區(qū)”四周的混合氣，以多面燃燒形式逐漸向外擠壓燃燒；由于傳播的火焰加熱和膨脹作用 ，燃燒室內(nèi)氣體的壓力迅速增高，使得燃燒后期缸內(nèi)仍能保持一定的壓力和溫度，這樣可以使發(fā)動機(jī)壓縮比在9.5：1時正常地燃燒混合氣。在保持原有燃燒熱效率變化不大的情況下，有效地保證了原發(fā)動機(jī)的動力性和經(jīng)濟(jì)性，同時也較好地保持了原發(fā)動機(jī)具有的“機(jī)內(nèi)凈化”的特點(diǎn)，有較好的低排污性。4.2采用“麥?zhǔn)蠈?dǎo)槽”結(jié)構(gòu)后，不僅有利于射流燃燒室的燃燒過程，而且加強(qiáng)了氣缸蓋鼻梁區(qū)的冷卻，降低了該部位的熱負(fù)荷，同時也改善了燃燒室表面的早期燃燒穴蝕，減輕了燃燒氣流對氣缸蓋表面形成的環(huán)狀沖洗，改善了氣缸鼻梁區(qū)的承載能力，進(jìn)步了氣缸蓋的可靠性和使用壽命。4.3采用了上述主要措施后，經(jīng)驗(yàn)證，不論是發(fā)動機(jī)臺架可靠性試驗(yàn)，還是汽車道路可靠性試驗(yàn)，“麥?zhǔn)蠈?dǎo)槽”射流燃燒系統(tǒng)均未發(fā)