摘要：柴油发电机组可燃混合气的形成方式和燃烧室特征是紧密关联的一对概念。由于柴油粘度大、蒸发性差，混合气必须在气缸内部通过高压喷射和空气运动在极短时间内形成。燃烧室的结构决定了空气运动的形态和燃油的分布方式，两者共同决定了燃烧质量。本文围绕可燃混合气的两种基本形成方式、燃烧室的两大类型及特征、与柴油发电机组的关联三个层面展开，说明空间雾化混合与油膜蒸发混合的机理差异，梳理直接喷射式燃烧室和分开式燃烧室的常见型式与特点，并对柴油发电机组对燃烧室类型的选用逻辑进行说明，为理解柴油机燃烧系统的匹配关系提供参考。
一、可燃混合气的两种基本形成方式
从机理上划分，柴油机混合气形成有两条路径。
1. 空间雾化混合
空间雾化混合是将燃油直接喷向燃烧室空间，形成雾状油滴，油滴从高温空气中吸热蒸发、扩散，与空气混合。这种方式对喷雾质量要求高，需要多孔喷油器和较高喷射压力。其特点是初期空间分布燃料多、燃烧迅速，导致压力升高率大、工作较粗暴，但经济性好。
（1）将燃油直接喷向燃烧室空间：空间雾化混合是将燃油直接喷向燃烧室空间，形成雾状油滴。
（2）吸热蒸发扩散与空气混合：油滴从高温空气中吸热蒸发、扩散，与空气混合。
（3）对喷雾质量要求高：这种方式对喷雾质量要求高，需要多孔喷油器和较高喷射压力。
（4）初期燃烧迅速压力升高率大：其特点是初期空间分布燃料多、燃烧迅速，导致压力升高率大、工作较粗暴。
（5）经济性好：但经济性好。
2. 油膜蒸发混合（M过程）
油膜蒸发混合（M过程）则是将大部分燃油顺气流方向喷向燃烧室壁面，形成一层薄油膜，油膜受热后缓慢蒸发，蒸发出的油气与空气混合。这种方式利用燃油蒸发速率控制混合气生成速率，放热“先缓后急”，工作柔和、噪声小，但对进气道和燃烧室结构配合要求很高，低速性能较差。
（1）顺气流方向喷向燃烧室壁面：油膜蒸发混合是将大部分燃油顺气流方向喷向燃烧室壁面，形成一层薄油膜。
（2）油膜受热缓慢蒸发：油膜受热后缓慢蒸发，蒸发出的油气与空气混合。
（3）蒸发速率控制混合气生成速率：这种方式利用燃油蒸发速率控制混合气生成速率。
（4）放热先缓后急工作柔和：放热“先缓后急”，工作柔和、噪声小。
（5）对结构配合要求高低速性能差：但对进气道和燃烧室结构配合要求很高，低速性能较差。
3. 实际应用中的组合
实际柴油机大多以空间雾化为主，部分机型（如球形燃烧室）采用油膜蒸发为主，复合式燃烧室则将两者结合。
（1）以空间雾化为主：实际柴油机大多以空间雾化为主。
（2）球形燃烧室采用油膜蒸发：部分机型如球形燃烧室采用油膜蒸发为主。
（3）复合式燃烧室结合两者：复合式燃烧室则将两者结合。
二、燃烧室的两大类型及特征
按结构划分，燃烧室分为直接喷射式和分开式两大类。
1. 直接喷射式燃烧室
直接喷射式燃烧室设在活塞顶上，是一个统一的空间。它靠喷射油束形状与燃烧室形状相互配合形成混合气。
（1）设在活塞顶上：直接喷射式燃烧室设在活塞顶上，是一个统一的空间。
（2）靠喷射油束与燃烧室形状配合：它靠喷射油束形状与燃烧室形状相互配合形成混合气。
2. 常见型式
常见型式包括以下几种。
（1）ω形燃烧室
ω形燃烧室是最典型的直喷式燃烧室，活塞顶有ω形深凹坑。燃油大部分以雾状分布在燃烧室空间，少量喷到壁面形成油膜。其特点是结构紧凑、热效率高、冷启动容易，但对喷油系统要求高，工作较粗暴。
① 最典型的直喷式燃烧室：ω形燃烧室是最典型的直喷式燃烧室，活塞顶有ω形深凹坑。
② 燃油大部分以雾状分布：燃油大部分以雾状分布在燃烧室空间，少量喷到壁面形成油膜。
③ 结构紧凑热效率高：其特点是结构紧凑、热效率高、冷启动容易。
④ 对喷油系统要求高：但对喷油系统要求高，工作较粗暴。
（2）球形油膜燃烧室
球形油膜燃烧室位于活塞顶中央，喷油器顺气流方向将燃油沿球形壁面喷射，形成油膜蒸发混合。其特点是工作柔和、燃烧噪声小、排烟少，但冷车启动困难，多用于小型高速柴油机。
① 位于活塞顶中央：球形油膜燃烧室位于活塞顶中央。
② 顺气流方向沿球形壁面喷射：喷油器顺气流方向将燃油沿球形壁面喷射，形成油膜蒸发混合。
③ 工作柔和噪声小排烟少：其特点是工作柔和、燃烧噪声小、排烟少。
④ 冷车启动困难：但冷车启动困难，多用于小型高速柴油机。
（3）复合式燃烧室
复合式燃烧室介于球形油膜与半分开式之间，将空间雾化与油膜蒸发结合，改善了冷启动性能，对燃油系统要求较低。
① 介于球形油膜与半分开式之间：复合式燃烧室介于球形油膜与半分开式之间。
② 结合两种混合方式：将空间雾化与油膜蒸发结合。
③ 改善冷启动性能：改善了冷启动性能，对燃油系统要求较低。
3. 分开式燃烧室
分开式燃烧室被明显分隔成两部分，中间以通道相连。主要包括涡流室和预燃室。
（1）被明显分隔成两部分：分开式燃烧室被明显分隔成两部分，中间以通道相连。
（2）主要包括涡流室和预燃室：主要包括涡流室和预燃室。
（1）涡流室
涡流室的通道与副室相切，压缩时空气进入副室形成强烈涡流，混合气形成对转速变化不敏感，运转平稳、噪声低，但散热损失大、油耗较高、冷启动困难。
① 通道与副室相切：涡流室的通道与副室相切。
② 压缩时形成强烈涡流：压缩时空气进入副室形成强烈涡流。
③ 对转速变化不敏感：混合气形成对转速变化不敏感。
④ 运转平稳噪声低：运转平稳、噪声低。
⑤ 散热损失大油耗较高：但散热损失大、油耗较高、冷启动困难。
（2）预燃室
预燃室容积较小（约总容积的25%-40%），压缩时空气经喷孔进入预燃室形成紊流，燃油先在其中部分燃烧，再冲入主燃烧室完成燃烧。
① 容积较小：预燃室容积较小，约总容积的25%-40%。
② 压缩时形成紊流：压缩时空气经喷孔进入预燃室形成紊流。
③ 燃油先部分燃烧：燃油先在其中部分燃烧。
④ 再冲入主燃烧室完成燃烧：再冲入主燃烧室完成燃烧。
柴油机分隔式燃烧室类别
三、与柴油发电机组的关联
1. 柴油发电机组对燃烧室的要求
柴油发电机组对转速稳定性要求高，直喷式燃烧室因其燃油消耗率低、启动方便，在中大型机组中应用广泛。
（1）对转速稳定性要求高：柴油发电机组对转速稳定性要求高。
（2）直喷式燃烧室应用广泛：直喷式燃烧室因其燃油消耗率低、启动方便，在中大型机组中应用广泛。
2. 不同类型燃烧室的适用场景
分开式燃烧室运转平稳、对燃油系统要求低，在部分中小型高速机组中仍有使用。
（1）运转平稳对燃油系统要求低：分开式燃烧室运转平稳、对燃油系统要求低。
（2）部分中小型高速机组仍有使用：在部分中小型高速机组中仍有使用。
3. 康明斯等主流机型的选用
康明斯等主流发电用柴油机普遍采用直喷式或半分开式燃烧室，以兼顾经济性和动力性。
（1）普遍采用直喷式或半分开式：康明斯等主流发电用柴油机普遍采用直喷式或半分开式燃烧室。
（2）兼顾经济性和动力性：以兼顾经济性和动力性。
总结
柴油发电机组可燃混合气的形成方式和燃烧室特征是紧密关联的一对概念。可燃混合气的两种基本形成方式方面，空间雾化混合是将燃油直接喷向燃烧室空间，对喷雾质量要求高，初期燃烧迅速、压力升高率大、工作较粗暴，但经济性好；油膜蒸发混合是将大部分燃油顺气流方向喷向燃烧室壁面，利用燃油蒸发速率控制混合气生成速率，放热“先缓后急”，工作柔和、噪声小，但对结构配合要求很高，低速性能较差。燃烧室的两大类型方面，直接喷射式燃烧室设在活塞顶上，常见型式包括ω形燃烧室（结构紧凑、热效率高、冷启动容易，但对喷油系统要求高）、球形油膜燃烧室（工作柔和、噪声小、排烟少，但冷车启动困难）、复合式燃烧室（结合空间雾化与油膜蒸发，改善冷启动性能）；分开式燃烧室被明显分隔成两部分，主要包括涡流室（运转平稳、噪声低，但散热损失大、油耗较高、冷启动困难）和预燃室（容积较小，燃油先部分燃烧再冲入主燃烧室完成燃烧）。与柴油发电机组的关联方面，柴油发电机组对转速稳定性要求高，直喷式燃烧室因其燃油消耗率低、启动方便，在中大型机组中应用广泛，分开式燃烧室在部分中小型高速机组中仍有使用，康明斯等主流发电用柴油机普遍采用直喷式或半分开式燃烧室，以兼顾经济性和动力性。