第三节 柴油机的燃烧室
柴油机的燃烧室对柴油机的性能有决定性作用。因此，燃烧室是柴油机设计制造的关键。燃烧室按组织燃烧过程的特点和结构不同分为开式、半开式、预燃室式和涡流室式四类。前两类属于直接喷射统一式燃烧室，后两类属于分隔式燃烧室。
一、柴油机的燃烧过程（图1-23）
柴油机可燃混合气的形成和燃烧都是直接在燃烧室内进行的。当活塞接近压缩上止点时，柴油喷入气缸，与高压高温的空气接触、混合，经过一系列的物理、化学变化才开始燃烧。之后便是边喷射，边燃烧。柴油机混合气的形成和燃烧是一个非常复杂的物理、化学变化过程，其主要特点如下：
①燃料的混合和燃烧是在封闭的气缸内进行的。
②气缸内柴油与空气每次混合与燃烧的时间很短，只有0.0017～0.004s。
图1-23 柴油机的燃烧过程
③柴油粘度大，不易挥发，必须以雾状喷入气缸的燃烧室内。
二、直接喷射式燃烧室
1.开式燃烧室
低速柴油机和部分中、高速柴油机主要用无涡流的开式燃烧室。燃烧室由气缸盖底面和活塞顶面形成具有一定形状的整体空间。多孔喷油器（6～10孔）能使燃油雾化良好，并均匀分布在燃烧室空间。
因此，开式燃烧室中的燃烧属于典型的空间式燃烧过程，要求燃烧室与油束的形状和分布相配合。它的优点是燃料消耗率低，起动容易；缺点是燃料雾化要求高，难以适应变转速工作。直接喷射式燃烧室的典型结构是ω形燃烧室（图1-24），此种燃烧室在柴油机上应用广泛。
2.半开式燃烧室
小型高速柴油机大多采用有涡流的半开式燃烧室。这种燃烧室又分为多种类型，主要有油膜式球形燃烧室和复合式燃烧室等。
（1）油膜式球形燃烧室（图1-25）燃烧室位于活塞顶内，呈球形。燃料喷向燃烧室壁面，大部分燃油在强涡流作用下喷涂在燃烧室壁面上，形成很薄的油膜，小部分燃油雾化分布在燃烧室空间并首先着火，随后即引燃从壁面上蒸发的燃料。
图1-24 柴油机的ω形燃烧室
图1-25 油膜式球形燃烧室
这种燃烧室可使工作过程柔和、燃烧完全、声轻无烟，并可使用轻质燃料；缺点是低温起动较困难，需要使用加热塞预热。
油膜式球形燃烧室的结构特点见表1-8。
表1-8 油膜式球形燃烧室的结构特点
（续）
（2）复合式燃烧室（图1-26）燃烧室在活塞顶内呈深盆形，口部略有收缩，用特殊形状的进气道形成进气涡流，采用单孔轴针式喷油器。喷油器轴线与燃烧室壁面基本平行，燃料喷向燃烧室的周边空间。在涡流的作用下，粗大的油粒散落在燃烧室壁面上形成油膜，细小的油粒在空间与空气混合。当转速较高时，燃烧室涡流速度高，壁面上的油膜燃料增多，具有油膜燃烧的特点；而在低转速和起动时，涡流速度低，空间混合的燃料量增多，具有空间式燃烧的特点，能改善冷起动性能。
复合式燃烧室把油膜蒸发混合燃烧与空间混合燃烧合理地结合起来，兼有两者的优点，故又称为复合式燃烧系统，其工作过程柔和，可燃用多种燃料，对喷油系统要求低，而且起动容易。缺点是低负荷排气中未燃的碳氢化合物含量较高。
图1-26 复合式燃烧室
三、分隔式燃烧室
分隔式燃烧室有预燃室式燃烧室和涡流室式燃烧室两类。
1.预燃室式燃烧室（图1-27）。
预燃室式燃烧室由预燃室和主燃烧室两部分组成。预燃室在气缸盖内，占总燃烧室容积的25%～40%，有一个或数个通孔与主燃烧室连通。燃料喷入预燃室中，着火后部分燃料燃烧，将未燃的混合物高速喷入主燃烧室，与空气进一步混合燃烧。这种燃烧室适用于中小功率柴油机。
（1）结构特点
①整个燃烧室分为两部分，预燃室位于气缸盖内，活塞上方为主燃烧室。
②喷油器安装在预燃室中心线附近，为便于冷起动，多装有电热塞。
③预燃室用耐热钢单独制成，装入气缸盖不与冷却液直接接触。
④大部分燃料是在主燃烧室中混合燃烧的，属于空间混合方式。
（2）混合气形成特点
①利用压缩紊流先预燃。
②利用强烈的燃烧涡流促使完全燃烧。
③对喷油的雾化质量要求不高，可采用不易堵塞的大直径单孔喷油器，喷油压力较低（8.0～12.0MPa），具有适应大转速范围和不同着火性能燃料的能力。
④运转平顺、燃烧噪声小，但经济性较差、热量损失较大、起动性能差，必须加装电热塞。
2.涡流室式燃烧室（图1-28）。
图1-27 预燃室式燃烧室
图1-28 涡流室式燃烧室
涡流式燃烧室由涡流室和主燃烧室组成。涡流室位于气缸盖上，呈球形，占总燃烧室容积的50%～80%，有切向通道与主燃烧室相通。在压缩行程时，压入涡流室的空气产生强烈的涡流运动，促使喷入其中的燃料与空气混合。着火后混合物冲入主燃烧室，形成二次流动，进一步与主燃烧室内的空气混合燃烧。
涡流室式燃烧室柴油机的转速可达4000r/min以上，工作过程柔和，排气中有害成分较少。但散热损失和气体流动损失大，而且后燃较严重，燃料消耗率较高，冷机起动困难，往往需要加装预热塞。涡流室式燃烧室的结构特点见表1-9。
表1-9 涡流室式燃烧室的结构特点
涡流室式燃烧室和预燃室式燃烧室都采用轴针式喷油器，喷油压力较低，工作可靠；由于涡流室内的涡流随转速增高而加强，柴油机高转速时柴油和空气仍能很好地混合。