柴油發(fā)電機高速直噴燃燒室結(jié)構(gòu)及特點
發(fā)布時間：2024-03-16 點擊：155
柴油發(fā)電機高速直噴燃燒室結(jié)構(gòu)及特點
柴油發(fā)電機的燃燒放熱規(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)的氣流運動狀態(tài)。即對一定的噴射條件，燃燒室內(nèi)的氣流運動狀態(tài)及其變化特性，對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，組織較強的空氣流動，由此向噴注提供更多的氧氣，雖能降低碳煙排放，但同時使nox排放量增多；反之，為了抑制nox的生成量，適當減弱預(yù)混合期內(nèi)的氣流強度，則易形成局部高溫缺氧條件，同時不利于擴散燃燒，使碳煙生成量增加，經(jīng)濟性惡化。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)的氣流運動及其分布規(guī)律和強度是很重要的。燃燒室內(nèi)的氣流運動狀態(tài)及其變化規(guī)律主要取決于進氣系統(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柴油發(fā)電機轉(zhuǎn)速的適應(yīng)性差，而且無法控制噴油規(guī)律，使柴油發(fā)電機粗暴，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轉(zhuǎn)速適應(yīng)性好的優(yōu)點，但燃燒室的散熱面積大（面容比大），熱損失多，經(jīng)濟性差，同時為了保證冷起動性而提高壓縮比，使得缸內(nèi)壓力和溫度升高，不易進一步降低nox的排放量。
柴油發(fā)電機電控技術(shù)及高壓噴射技術(shù)的發(fā)展，為實現(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，為了同時降低nox和碳煙排放，又不惡化燃油經(jīng)濟性，通過有效推遲噴油時刻，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，更多的燃料在著火燃燒過程中噴射，即參與擴散燃燒的燃料量增多。所以，如何提高擴散燃燒速率，成為柴油發(fā)電機控制排放和經(jīng)濟性的關(guān)鍵問題。
為此，應(yīng)通過高壓噴射手段加強擴散燃燒階段燃料的霧化，同時提高噴射速率，縮短整個噴射期間，促進擴散燃燒。由此，在提高燃料經(jīng)濟性的同時，促進預(yù)混合燃燒階段所生成的碳煙的氧化過程，避免擴散燃燒階段造成局部高溫缺氧條件而生成碳煙。同時，配合高壓噴射系統(tǒng)，有效組織適應(yīng)柴油發(fā)電機轉(zhuǎn)速的燃燒室內(nèi)氣流特性，也是控制擴散燃燒過程的重要手段。柴油發(fā)電機高壓電控噴射技術(shù)的發(fā)展，可有效地控制噴油規(guī)律，因此從經(jīng)濟性角度而言，發(fā)電用柴油發(fā)電機燃燒室直噴化已成為發(fā)展趨勢。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)電機轉(zhuǎn)速相適應(yīng)的問題。
20世紀后期開發(fā)出來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)點和渦流室式燃燒室的優(yōu)點集于一體的一種新型直噴式燃燒室。將直噴式燃燒室改進設(shè)計成如圖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，采用傳統(tǒng)的機械式噴射系統(tǒng)，通過大幅度推遲噴射時期，就可實現(xiàn)有效降低柴油發(fā)電機的排放水平，為發(fā)電用柴油發(fā)電機排放水平達標作出重要貢獻。
縮口型直噴式燃燒室
為適應(yīng)日趨嚴格的節(jié)能與低排放要求，直噴式柴油發(fā)電機的燃燒室結(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，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，加強燃燒室內(nèi)的壓縮滾流，加快混合氣的形成和擴散燃燒速度；而氣缸直徑大于120mm的大型柴油發(fā)電機，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柴油發(fā)電機轉(zhuǎn)速的適應(yīng)性差，而且無法控制噴油規(guī)律，使柴油發(fā)電機粗暴，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轉(zhuǎn)速適應(yīng)性好的優(yōu)點，但燃燒室的散熱面積大（面容比大），熱損失多，經(jīng)濟性差，同時為了保證冷起動性而提高壓縮比，使得缸內(nèi)壓力和溫度升高，不易進一步降低nox的排放量。
柴油發(fā)電機電控技術(shù)及高壓噴射技術(shù)的發(fā)展，為實現(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，為了同時降低nox和碳煙排放，又不惡化燃油經(jīng)濟性，通過有效推遲噴油時刻，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，更多的燃料在著火燃燒過程中噴射，即參與擴散燃燒的燃料量增多。所以，如何提高擴散燃燒速率，成為柴油發(fā)電機控制排放和經(jīng)濟性的關(guān)鍵問題。
為此，應(yīng)通過高壓噴射手段加強擴散燃燒階段燃料的霧化，同時提高噴射速率，縮短整個噴射期間，促進擴散燃燒。由此，在提高燃料經(jīng)濟性的同時，促進預(yù)混合燃燒階段所生成的碳煙的氧化過程，避免擴散燃燒階段造成局部高溫缺氧條件而生成碳煙。同時，配合高壓噴射系統(tǒng)，有效組織適應(yīng)柴油發(fā)電機轉(zhuǎn)速的燃燒室內(nèi)氣流特性，也是控制擴散燃燒過程的重要手段。柴油發(fā)電機高壓電控噴射技術(shù)的發(fā)展，可有效地控制噴油規(guī)律，因此從經(jīng)濟性角度而言，發(fā)電用柴油發(fā)電機燃燒室直噴化已成為發(fā)展趨勢。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)電機轉(zhuǎn)速相適應(yīng)的問題。
20世紀后期開發(fā)出來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)點和渦流室式燃燒室的優(yōu)點集于一體的一種新型直噴式燃燒室。將直噴式燃燒室改進設(shè)計成如圖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，采用傳統(tǒng)的機械式噴射系統(tǒng)，通過大幅度推遲噴射時期，就可實現(xiàn)有效降低柴油發(fā)電機的排放水平，為發(fā)電用柴油發(fā)電機排放水平達標作出重要貢獻。
縮口型直噴式燃燒室
為適應(yīng)日趨嚴格的節(jié)能與低排放要求，直噴式柴油發(fā)電機的燃燒室結(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，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，加強燃燒室內(nèi)的壓縮滾流，加快混合氣的形成和擴散燃燒速度；而氣缸直徑大于120mm的大型柴油發(fā)電機，由于其使用轉(zhuǎn)速較低，所以采用淺形燃燒室。
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