内燃机原理8_内燃机燃烧室与调节参数优化解读

1、第8章 内燃机燃烧室与调节参数优化 本章将综合应用前面所学到的混合气形成、燃烧、热功转换、 污染物排放等基本原理，讨论如何进行燃烧系统的设计和调节参数 优化，以实现发动机动力性、燃油经济性、排放性以及噪声振动等 性能的综合优化. 优化基本思路: -汽油机几 戸 由式，提高、K是优化基本原则 另外，由于实际汽油机不是完全的定容燃烧, 虑等容度 柴油机 1 少_1 由式：由于、k已无法再提高，只有丛p可调 另外，降低PM、NOx要求极高，要依据对ROHR的仔细 分析汽油机赢; 优化目标 柴油机 PM 1 NOx 1 be j Pme T NVH J GawlineEnirw “Mil （1）浅盆形

2、燃烧室 特点：（油找气） 燃烧室凹坑开口大.深度浅 （dX/D=072088;dk/h=57） 多孔油嘴（612孔）、高压喷射 无涡流或弱进气涡流 X性能： 滞燃期内形成较多混合气，dp/d（p高，NOx、噪声高; 空气利用率差，（Pa 1-6； dp/d（p高，流动及散热损失小，be低，易起动。 应用范围： ” 适用于缸径大（n 120mm）转速低（S2000r/min）的 柴油机。近年，随高压喷射采用，向小缸径拓展。（2）深坑形燃烧室 -特点： （油气相互运动） dk/DQ06; dk/h=l. 53. 5; 较强涡流Q=1.53；有中心凸起， 引 导涡流，消除流动弱区； 喷孔少（46）,

3、喷压较高； 形状：3 形、挤流口形、四角形。 性能： 空气利用率较高，最小4a =1.3； 随n提高而涡流强度提高，适于高速； dp/d4较浅盆形低，燃烧较柔和。 应用范围: 小缸径 （ 4 120mm）高转速柴油机 （中、轻、轿车） (a 囲9 7 3 形燃烧塞结恂尺寸 不詡荻的性tt 朝 球形燃烧室与 3 燃烧室的燃烧特性对比 对比ROHR： 着火始点 预混燃烧峰值及放热量 扩散燃烧峰值及放热量 燃烧持续期 对比示功图： Pmax及其出现位置、 dp/dq IOI -1 - r i. aioo 图 9J3 璋影 4B*童场影 G 侥室的*侥过圧对比 OS 10 0)0 0.4 0 Q2S

4、$ CSV 不詡荻的性tt 朝 1) 2) 3) 4) 5) 柴油机燃烧室的设计原则 油一气一室三者最佳配合（见下图） 控制滞燃期内混合气生成量 合理的气流运动 紧凑的燃烧室形状 加强燃烧期间和 燃烧后期的扰流 （例如图9一19） 2 2 汽油机的燃烧室 汽油机的燃烧室设计直接影响充气系数、燃烧放热速率、 散热损失、循环波动以及爆燃等，从而影响动力性、经济性和 汽油机为降低排放曾出现 过数十种燃烧室，但TWC普 及后,绝大多数采用d的4气 门遙型燃室. 1 汽油机燃烧室设计的基本要求 (1)结构紧凑 紧凑性评价指标：F/V (表面积/容积) F/V越小越好： 火焰传播距离短.避免爆燃，可提高;

5、 燃烧放热速率高.尊容度提高几高; 排放性。 常见汽油机燃烧室 ad为最常用的燃烧室： 的“1_型”燃烧室是有代 表性的旧型燃烧室； 为有特色的燃烧室 Ol m u M 5 淬熄效应小.HC排放低; 散热损失小 对比： L型燃室 =67 4气门蓬型燃室 =8-10 (C) ) 最不紧凑 最紧凄 （2）合理的几何形状 适宜的放热速率（如下图） 廓线圆滑、避免尖凸部，以防止表面点火 足够的进排气流通截面（如浴盆型与模型的对比气门直径.气道形状） 图9-2燃烧峯形状对放热速率的影响 （3）火花塞布置合理 火花塞至末竭混合气的距离最 短，爆燃可能性小（蓬型）： 靠近高温炽热区布置，爆燃可 能性小（火球

6、型）； 便于扫气，以清扫废气，有利 于起动及低速低负荷的工作稳定. 看懂右图，火花塞位置与燃 料抗爆特性的关系 （火近进 P 门处$ （b火花事在拿近沧气门蛉I e,火花塞広2LW气门Ph a采用三个火祀* 2进吒门0 50 100 火焰锋面移动距离 %/iec%/iec衆朝st$st$ 0 50 100 火焰粋面移动距禹% 5050 匸袈毅事诅 (di 图9 3火花褰位竇与辛烷值 目的： A 微观油气混合更均匀 A 形成足够的湍流强度以加快火焰传播速度 减小壁面淬熄层厚度以降低HC排放 扫除火花塞处的废气 注意：气流运动过强无必要，反而增加流动、散热损失，使着火困难. （5）足够的进排气门流

7、通截面 以使提高1、（提高功率），降低进气阻力（降低油耗） 现代汽油机燃烧系统特征 紧凑（蓬形）燃烧室 髙压缩比（9-11 ） 火花塞中心布置.高能点火 4气门与双顶置凸轮轴（DOHC） 可变气门定时和升程（WT/L） *可变进气系统利用气体波动效应 涡轮增压 电控系统（多点顺序喷射、双氧 传感器、爆震传感器、） 内燃机燃烧系统的研究进展 口汽油机的稀薄燃烧及缸内直喷技术（GDI） 柴油机的均质混合气压缩着火（HCCI） 传统汽油机的弱点 有效热效率 指示热效率 机械效率 摩擦 点咸） 附件叽=叽F +叽P + 闷 传统汽油机的弱点 (c)浓混合气的 比热容比较低，使 热效率降低； 稀燃 GD

8、I 发动机 R996年：三菱公司推出世 界上第一款商品GDI发动机 同年：丰田公司稍后推出 了 D-4发动机 A1997年：日产公司GDI机型 由此，经过几十年的开发， (3)由于采用量调 节，存在较大的泵 负荷)较差; 气损失，造成燃油 经济性(尤其是低 (h)由于爆震而不 能采用高压缩比， 使热效率降低； GDI汽油机开始了育品化的 叟程 典型GDI发动机燃烧系统 三菱GDI：滚流、高压伞嘖、曲面活塞凹坑 ”混合气形成控制方式：气流与燃室壁面复合引导 稳定着火。 关键：总体al,火花塞周I Ida W1的浓混合气,以保证 典型GDI发动机燃烧系统一例2 丰田D-4 : 斜涡流+扁平喷雾 典

9、型GDI发动机燃烧系统一例3 GDI发动机热效率高的原因 h近似空气循环，K值大（由13变为1.4） ,增大; 2、基本取消了进气节流，泵气损失降低15%； 压缩比可提高（由10-12） , be可改善5%； 4、燃烧放热速率提高，be可改善2-3%,怠速改善10%； 3、燃油汽化使压缩终点温度降低，爆燃可能性减小, (III 德国大众：双涡流 tumble control 1lap cavity high pressure fuel injector 分区控制第略 2-4区域 5、中小负荷时燃烧室周边基本是空气，散热损失小。柴油机的均质预混合燃烧 传统柴油机的弱点： 柴油机碳烟和微粒的产生是 扩散燃烧方式的固有缺点，而采 用预混合燃烧时一般不出现； 根据 Thermal NO 的生成机理，燃烧温度在 1800K 以下可以避 免 NO 的生成。综上：均质混合气+ 低温燃烧无Soot、无NO均质充量压缩着火-HCCI (Homogeneous Charge Compressi on Ign iti on 典型 HCCI 柴油机燃烧实例 日产公司 MK 燃烧系统