摘要：對車用燃油加熱器燃燒室進氣孔徑（流通面積）、孔的分布、孔的方向等幾何參數(shù)和進排氣壓力對加熱器燃燒性能的影響進行了試驗研究。研究表明，燃燒室進氣孔的孔徑、孔數(shù)、孔的分布及方向等均對燃燒性能影響很大；斜孔所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)進氣，雖具有強化燃?xì)饣旌?、消除死區(qū)和回流穩(wěn)焰的作用，但回流過度會使燃燒室及排溫過高；保證進排氣系統(tǒng)流動阻力（壓力）的一致性，有助于保證加熱器性能穩(wěn)定。
關(guān)鍵詞：燃油加熱器，燃燒室，進氣孔，燃燒性能
一、前言
車用燃油加熱器是一種獨立熱源，裝車后通過燃用車用燃油為汽車供熱，可用于寒冷季節(jié)或寒冷地區(qū)的車內(nèi)取暖，駕駛室前窗玻璃除霜及發(fā)動機預(yù)熱啟動等。
基于車用加熱器可提供適宜的車內(nèi)環(huán)境溫度，解決發(fā)動機低溫起動的困難，縮短低溫暖機時間，減少摩擦副磨損，降低啟動過程的排污等作用，車用加熱器的市場需求也越來越大，尤其是隨著環(huán)保法規(guī)日益嚴(yán)格，愈加彰顯出加熱器用于冷啟動的重要性。
山東大學(xué)近幾年已為廠家研發(fā)了數(shù)種燃油加熱器，為進一步優(yōu)化加熱器燃燒室的燃燒，作者就某車用小型液體式汽油加熱器燃燒室一級燃燒筒上的進氣孔徑、孔數(shù)、進氣孔方向和進、排氣壓力等幾何參數(shù)對燃燒性能的影響進行了研究。
二、試驗裝置
試驗所用加熱器額定熱流量為5kW，其燃油霧化形式為蒸發(fā)霧化式。試驗是在作者自行設(shè)計建立的試驗臺架上進行的。臺架以一臺離心式風(fēng)機為風(fēng)源，并通過閥門1、2、22的適當(dāng)調(diào)整獲得所需進氣壓力p進；選用2臺渦街式流量計，分別測量加熱器的進氣流量和循環(huán)水流量；燃油消耗的測量選用FC2210Z智能油耗儀；尾氣排放測量采用Delta2000CD煙氣分析儀。
三、試驗分析
（一）幾何參數(shù)
作者對加熱器燃燒室一級燃燒筒進氣孔的孔徑、孔數(shù)、氣孔方向及其分布等設(shè)計了3種不同方案，如表1所示。方案1各層進氣孔的總面積A1=144.9mm2，方案2 A2=173.9mm2，方案3 A3=162.2mm2。加熱器的進排氣流動路徑。
加熱器正常工作時，助燃風(fēng)扇在直流電機的驅(qū)動下吸入助燃空氣，見圖2；吸入加熱器上體進氣腔18內(nèi)的空氣經(jīng)分氣導(dǎo)流片15由一級燃燒筒7上的4層氣孔2、3、4、5進入一級燃燒室；燃油吸附餅16上所吸附的燃油被緊靠燃油吸附餅的電熱塞（圖中未畫出，啟動著火后斷電）加熱蒸發(fā)，與第1層氣孔2進入的一次風(fēng)混合生成可燃混合氣，被電熱塞引燃后與第2、3、4層氣孔所進空氣進一步混合燃燒，并在燃燒室縮口13的燃?xì)饣亓鞣€(wěn)焰作用下形成持續(xù)穩(wěn)定的燃燒過程?？紤]到上體進氣腔空氣的流動慣性，將進氣導(dǎo)流片上的進氣孔偏向一側(cè)，而方案1中各層氣孔也與之對應(yīng)為非均布和部分均布。試驗發(fā)現(xiàn)，在氣孔間隔較大的燃燒室內(nèi)壁處，由于空氣不易到達，被甩入的燃油蒸氣熱解后會產(chǎn)生固體碳，有時所形成的碳黑厚度達5～8mm。
為了便于了解進氣流場分布情況，作者采用AVL公司開發(fā)的商用軟件Fire進行了數(shù)值模擬計算。圖3為計算所得的一級燃燒室橫剖面進氣流線分布圖。由圖3可看出，進氣孔為非完全均布的方案1，其氣渦中心偏向一側(cè)，再加上進氣孔較少，使得在燃燒筒內(nèi)壁面出現(xiàn)較大的死區(qū)，因此易產(chǎn)生積碳，這與實際拆機觀察結(jié)果是吻合的。
為了減少死區(qū)，方案2增加了第2層進氣孔的孔數(shù)，并將直孔改為均布斜孔，旨在燃燒筒內(nèi)壁形成旋流，起清掃內(nèi)壁和加強紊流混合作用。由可看出，方案2的流線分布均勻，死區(qū)小，經(jīng)試驗，積碳少于方案1，其內(nèi)壁掛碳情況得以改善。
在方案2的基礎(chǔ)上，方案3將第3層孔也改為均布斜孔，以試圖加強清掃作用。而將第4層孔由非均布改為均布，但仍保持為徑向直孔，以產(chǎn)生擾流，使其湍流燃燒，提高燃燒系統(tǒng)單位容積的能源產(chǎn)出率。從圖3（b）第3層孔的流線分布可看出，方案3好于方案2。二者燃燒室內(nèi)壁上的積碳分布情況無明顯差異，但其共同的特點是，燃油吸附餅周向的大塊積碳明顯少于方案1，這可能是斜孔的旋流作用加強了燃?xì)饣亓魉隆?/SPAN>
（二）進氣壓力
試驗所用燃油加熱器是一種小型加熱器。從結(jié)構(gòu)簡單考慮，其進氣量是不可調(diào)的。加熱器一旦工作，助燃風(fēng)扇便以一公稱轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)。但因其存在制造散差，會使風(fēng)扇轉(zhuǎn)速和進氣通道阻力有所不同，從而使空燃比存在差異，為了探索對加熱器性能影響的程度，作者通過圖1的試驗裝置人為地改變進氣壓力，以找出其影響規(guī)律。
進氣壓力對加熱器性能的影響。隨進氣壓力的增大，3個方案的過量空氣系數(shù)λ均增大，但因總進氣面積A2>A3>A1，故其過量空氣系數(shù)也是λ2>λ3>λ1。由于總進氣面積增大使進氣阻力減小，從而使上體進氣腔壓力p腔存在相反關(guān)系，即p腔2<p腔3<p腔1。
3個方案在λ>112后，CO出現(xiàn)最小值且基本穩(wěn)定不變；NOx也在λ>1105后隨空燃比的增大而下降，但方案2、3因混合氣稀于方案1而整條曲線均在方案1之下，然而排溫曲線均在方案1之上，這可能是燃燒室縮口13的燃?xì)饣亓髯饔门c方案2、3斜孔旋流所產(chǎn)生的回流疊加后過強，使大量高溫燃?xì)饣亓鬟^度，被加熱的前端混合物溫度過高所致。
由于方案3在方案2的基礎(chǔ)上將第3層孔也加工成斜孔，所以方案3的旋流回流加熱作用大于方案2，故方案3的排溫曲線在方案2之上。
進氣壓力p進對加熱器性能的影響計算所得燃燒室縱剖面等溫線圖也顯示方案3溫度最高，方案2次之。但方案3燃燒室內(nèi)溫度最高處也僅在1400K以下，遠低于NOx凍結(jié)溫度（1800K），所以方案2、3雖空燃比大于方案1，但其NOx排放曲線仍在方案1之下。
（三）排氣壓力
排氣壓力對加熱器性能的影響。隨著排氣背壓p排的增大，加熱器上體進氣圖5 排氣壓力p排對加熱器性能的影響腔壓力p腔也在增大，但因排氣不暢使過量空氣系數(shù)呈下降趨勢，其NOx也隨之降低，而CO卻因缺氧的加劇而大大上升。
四、結(jié)論
（1）加熱器燃燒室進氣孔孔數(shù)、孔徑（流通面積）、孔的分布及方向等均對燃燒性能影響很大，設(shè)計時應(yīng)兼顧彼此，通盤考慮。
（2）斜孔進氣所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)氣流，雖具有增加紊流、強化混合、消除死區(qū)和回流穩(wěn)焰的作用，但若回流過度會使燃燒室及排氣溫度過高。
（3）對該蒸發(fā)式擴散燃燒加熱器而言，綜合考慮其過量空氣系數(shù)λ控制在112～114之內(nèi)為宜，λ過大會使排溫過高，加大排氣熱損失。
（4）進排氣壓力對加熱器性能有影響，生產(chǎn)中盡量保證加熱器進排氣系統(tǒng)流動阻力的一致性。
（轉(zhuǎn)載）
