李朝阳，李徐东

(上海柴油机股份有限公司，上海 200438)

0 引言

活塞作为发动机的心脏，其性能及可靠性直接影响着发动机整机性能。天然气发动机活塞需要针对天然气发动机的技术特点进行开发。天然气发动机为点燃式点火，为避免发动机爆燃，天然气发动机的压缩比和爆发压力一般要小于柴油机。

对于天然气发动机，由于其火焰传播速度较低，在活塞设计时需要考虑促进火焰的传播。由于燃烧室形状对缸内气体的流动有着重要影响，而缸内的气流运动对燃烧过程尤为重要。

1 天然气发动机活塞特点

对于天然气和新鲜空气预混合的发动机，为组织高效燃烧，在进入气缸前，需要精确控制新鲜空气和燃气的比例，并充分混合。进入气缸后，与活塞相关的影响燃烧的关键参数包括以下几项：

(1)涡流；

(2)挤流面积/挤流速度；

(3)压缩比。

天然气发动机活塞设计一般基于柴油机本体活塞进行改进，为防止爆震，一般天然气发动机活塞压缩比在11～12之间。其中涡流受进气道影响较大，挤流速度和活塞燃烧室的碗口直径关系较大，由于压缩比和机械结构的限制所致，还可以考虑收口燃烧室。其中浅盆型燃烧室和收口燃烧室对比如图1所示。

图1 浅盆型燃烧室和收口型燃烧室示意对比

在当量燃烧的天然气发动机燃烧室设计中，一般采用紧凑型燃烧室，并在设计中兼顾性能和耐久性。通过设计适当的碗口直径、压缩比等参数，可以获取不同的挤流面积和速度，碗口直径越小挤流速度越高(如图1所示)，进而影响发动机的燃烧速度(如图2所示)及热效率和失火极限。……