4104柴油机燃烧室匹配设计

周逢源 贾新颖

【摘要】柴油机燃烧室的设计是整个柴油机燃烧系统设计的核心，在原有4100柴油机燃烧室基础上，进行4104柴油机燃烧室设计，分析了原有燃烧室的设计结构因素，在保持原有压缩比不变的基础上，给出口径比、径深比的参数范围，拟出燃烧室设计匹配方案，设计4104柴油机不同结构燃烧室，并进行燃烧匹配试验，试验数据表明，新方案Ⅱ燃烧室是该柴油机燃烧系统较合理的方案。

【关键词】匹配 燃烧室 柴油机

高压燃油系统已成为柴油机满足日益严格的排放法规的技术手段之一，合理组织燃烧是柴油机获得良好的动力性、经济性、排放性能的基础。燃烧组织涉及到柴油机的燃油系统、进气系统、燃烧系统等，油气的混合效果取决于进气、燃烧室及喷油器三者之间的合理匹配[1]。作者从工作实际的角度出发，借助已经成熟的设计参数，考虑燃烧室结构参数的影响，找出燃烧室设计匹配方法。

1燃烧室结构设计分析

随着柴油机排放法规的日益严格，燃油系统的喷射压力也也逐渐提高，使喷油油束的贯穿距离增加，因此大口径燃烧室能给燃烧室提供较长的行程，使油气获得良好的混合质量，同时油束落点处的燃烧室直径也要合适，使油滴的碰壁量最少。缩口浅ω燃烧室能够较好地产生涡流和挤流，有利于提高油气混合质量，大量的试验和研究也表明，缩口浅ω燃烧室不仅能改善柴油机的动力性、经济型，还可以加强缸内后期燃烧的气流运动，促进后期燃烧的进行[2]，有利于碳烟氧化，降低排气烟度。燃烧室中心平台的导流作用，使进气分布在缩口燃烧室油束密集位置，促进了油气混合作用，因此缩口燃烧室能较好地平衡氮氧化物（NO。）和微粒（PM）排放的关系。因此在设计燃烧室参数结构时，需要考虑柴油机进气系统和燃油系统参数的影响，燃烧室形式决定了柴油机的性能和排放指标，但燃烧室的结构参数受进气参数和油束参数的制约，其中油柴油机压缩比、燃烧室口径比、径深比是重要的参数，同时也相互制约。

1.1压缩比

当柴油机结构一定时，燃烧室容积大小取决于柴油机所需的压缩比．压缩比直接影响最高爆发压力，压缩比越低，最高爆发压力越低，柴油机的压缩比范围通常在13～22之间。在采用高压喷射和小喷孔后，提高了燃油雾化质量，改善了燃烧效果，可以提高输出功率，适当减小压缩比，可降低最大爆发压力。两种结构相似的燃烧室实验表明，在部分负荷时，当压缩比由18降为16时，最高爆发压力基本保持不变，经济性仅降低1％；当压缩比由19.1降低为17.5时，微粒（PM）平均减少53％，氮氧化物（NO，）平均增加25％。因此，如果要使柴油机获得最佳的动力性能、经济性能和排放性能，确定合适的压缩比是非常重要的。

1.2口径比

燃烧室喉口直径与缸径之比为口径比，它直接影响压缩涡流强度、扫气效果、燃烧效率等参数，进而影响柴油机的性能，每一种柴油机都有一个最佳口径比。口径比的选择与柴油机的压缩比、喷嘴的喷孔锥角直接相关，它的取值范围不同，口径比在0.45以下为小型喉口，大于0.5为中等喉口。在压缩比为15以上时，口径比应大于0.5，在压缩比为15以下时，口径比应小于0.5。

1.3径深比

喉口直径与燃烧室深度之比为径深比，径深比越大，活塞的扫气效果越好，但径深比会受到活塞材料、结构等方面的限制，通常在2-4范围内。

2燃烧室设计

2.1成熟机型4100结构参数

2.2成熟机型4100燃烧室方案

2.3新机型4104结构参数

2.4参考机型4100燃烧室方案

保证压缩比不变，利用三维软件设计了下面两种燃烧室方案：

3优化匹配试验

先在成熟机型4100柴油机上进行试验，取得成熟机型的转速、功率、扭矩、烟度、油耗率作为基准，然后再按上述新方案Ⅱ、新方案Ⅲ在新机型4104柴油机上试验，从而找到最佳燃烧室设计方案。

为确保柴油机正常工作，气缸爆发压力不超过16MPa，排气温度不超过600℃，柴油机排气不冒黑烟。

试验数据对比（如表1）

试验数据分析：新方案Ⅱ燃烧室的试验结果，其每升排量的功率、扭矩均略高于成熟机型4100，而标定点、最大扭矩点的燃油耗、烟度均略低于成熟机型。

4结语

通过分析成熟机型4100柴油机燃烧室的结构参数口径比、径深比等，并保持原有的压缩比不变，利用三维软件设计出两种新参数燃烧室，通过在柴油机机上进行优化匹配试验，得出新方案Ⅱ燃烧室满足了工程设计要求。

参考文献：

[1]王育辉，高国珍.电控高压共轨柴油机匹配的研究[J].内燃机工程，2006，27（3）：69—73.

[2]王军，张幽彤，黄军，丁小亮.高压共轨柴油机燃烧室匹配设计.北京理工大学学报，2010年10月第30卷第10期.