第4章--柴油机混合气形成与燃烧

1、第四章第四章 柴油机混合气形成与燃烧柴油机混合气形成与燃烧第一节第一节 柴油的使用性能柴油的使用性能第二节第二节 柴油机燃烧过程柴油机燃烧过程第三节第三节 柴油的喷射与雾化柴油的喷射与雾化 第四节第四节 混合气形成与燃烧室混合气形成与燃烧室 第五节第五节 使用因素对汽油机燃烧的影响使用因素对汽油机燃烧的影响第一节第一节 柴油的使用性能柴油的使用性能1 1、十六烷值、十六烷值 是评定柴油自燃性好坏的指标。是评定柴油自燃性好坏的指标。评定：用容易自燃的十六烷用容易自燃的十六烷（十六十六值为值为100100）和最和最不容易自燃的不容易自燃的- -甲基萘甲基萘（十六十六值为值为0 0）按不同比）按不同

2、比例混合组成标准燃料组（混合液），将被测定柴例混合组成标准燃料组（混合液），将被测定柴油在相同条件下与标准燃料进行燃烧比较，标准油在相同条件下与标准燃料进行燃烧比较，标准燃料组中燃料组中十六十六烷的体积百分数就是被测柴油的烷的体积百分数就是被测柴油的十十六六值。值。 国产柴油的国产柴油的十六十六烷值一般为烷值一般为40-5040-50，不，不必要过分增大。必要过分增大。十六十六烷值高，发火性好，工作平稳；烷值高，发火性好，工作平稳；十六十六烷值过高，燃烧易劣化，析出碳，排烷值过高，燃烧易劣化，析出碳，排气冒烟。气冒烟。2 2、馏程、馏程表示柴油的蒸发性，与燃烧完善程度及表示柴油的蒸发性，与燃烧

3、完善程度及起动性能有密切关系。起动性能有密切关系。 燃料馏出燃料馏出50%50%的温度低，说明这种燃料轻馏分多、蒸的温度低，说明这种燃料轻馏分多、蒸发快，有利于混合气形成，易于起动。发快，有利于混合气形成，易于起动。 90%90%和和95%95%溜出温度标志柴油中所含难于蒸发的重馏溜出温度标志柴油中所含难于蒸发的重馏分的数量。分的数量。3. 3. 粘度粘度 是燃料流动性的尺度，表示燃料内部是燃料流动性的尺度，表示燃料内部摩擦力的物理特性。摩擦力的物理特性。o直接影响燃料的喷雾质量直接影响燃料的喷雾质量雾化性。雾化性。o柴油机喷油泵柱塞偶件、喷油器针阀偶件都柴油机喷油泵柱塞偶件、喷油器针阀偶件都

4、是靠燃油润滑，所以柴油应具有一定的粘度。是靠燃油润滑，所以柴油应具有一定的粘度。4 4、流动性、流动性o 用凝固点表示。凝固点用凝固点表示。凝固点燃油失去流动性达到凝燃油失去流动性达到凝固的温度。固的温度。o 国产轻柴油按凝固点不同，分为国产轻柴油按凝固点不同，分为1010、0 0、-10-10、 -20-20、3535五级，其凝固点分别不高于五级，其凝固点分别不高于1010、00、1010、-20-20和和-35-35。o 选用柴油时，应按最低环境温度高出凝固点选用柴油时，应按最低环境温度高出凝固点55以以上，如上，如-20-20柴油适用于最低环境温度为柴油适用于最低环境温度为1515以下以

5、下的场合。的场合。三、三、汽油、柴油性能差异对发动机的影响汽油、柴油性能差异对发动机的影响混合气形成上的差异混合气形成上的差异 着火上的差异着火上的差异 燃烧上的差异燃烧上的差异汽汽油油机机 汽油挥发性强，可能在较低温汽油挥发性强，可能在较低温度下以较充裕的时间在气缸外部进度下以较充裕的时间在气缸外部进气管中形成均匀的混合气，控制混气管中形成均匀的混合气，控制混合气的数量便能调节汽油机的功率，合气的数量便能调节汽油机的功率，是量调节是量调节 。 汽油自燃温汽油自燃温度较高，适宜度较高，适宜外源点火。外源点火。 防止自燃，促使防止自燃，促使其有规律的燃烧，混其有规律的燃烧，混合气均匀，着火后，合

6、气均匀，着火后，以火焰传播的方式向以火焰传播的方式向均匀的混合气展开。均匀的混合气展开。 柴柴油油机机 柴油蒸发性差，但粘性好，适柴油蒸发性差，但粘性好，适宜用油泵宜用油泵油嘴向气缸内部喷油，油嘴向气缸内部喷油，靠调节供油量来调节负荷，吸入的靠调节供油量来调节负荷，吸入的空气量基本不变，是质调节。空气量基本不变，是质调节。 柴油化学安柴油化学安定性差，易自定性差，易自燃，采用压燃燃，采用压燃的方式。的方式。 柴油喷射及与空气柴油喷射及与空气的混合，既短暂又不的混合，既短暂又不均匀，常有随喷随烧均匀，常有随喷随烧的现象，燃烧时间延的现象，燃烧时间延长。长。 第二节第二节 柴油机燃烧过程柴油机燃烧

7、过程一、柴油机的着火一、柴油机的着火 在压缩行程后期，当活塞达到上止点前，燃料在压缩行程后期，当活塞达到上止点前，燃料在高压下以高速（在高压下以高速（200-300m/s200-300m/s）喷入高温（）喷入高温（450-450-5505500 0C C）、高压（）、高压（3-4MPa3-4MPa）的空气中，与空气快速）的空气中，与空气快速混合形成可燃混合气，但燃料并不能立即着火。混合形成可燃混合气，但燃料并不能立即着火。o可燃混合气着火燃烧的条件：可燃混合气着火燃烧的条件： 1 1）可燃混合气必须加热到某一着火温度（临界温）可燃混合气必须加热到某一着火温度（临界温度）以上，否则，不能着火；度

8、）以上，否则，不能着火； 2 2）燃料与空气的比例要在着火界限范围内。若过）燃料与空气的比例要在着火界限范围内。若过浓与过稀且超过着火界限范围，就不能着火。浓与过稀且超过着火界限范围，就不能着火。柴油机气缸内燃料的着火情况非常复杂柴油机气缸内燃料的着火情况非常复杂o 位于油束外围直径很小的油滴，在很短的时间内位于油束外围直径很小的油滴，在很短的时间内蒸发完毕，虽可以形成适当浓度的混合气区域，蒸发完毕，虽可以形成适当浓度的混合气区域，但因温度不够或化学准备来不及而不能着火。但因温度不够或化学准备来不及而不能着火。o 着火首先发生在油束核心与外围之间混合气温度着火首先发生在油束核心与外围之间混合气

9、温度和浓度适当的地方。和浓度适当的地方。o 着火火源一般不止一个，而是多处同时着火。着火火源一般不止一个，而是多处同时着火。二、柴油机燃烧过程二、柴油机燃烧过程o 一般根据展开的示功图进一般根据展开的示功图进行分析，如右图。行分析，如右图。图中：横坐标表示曲轴转角；图中：横坐标表示曲轴转角； 纵坐标表示气缸压力。纵坐标表示气缸压力。o 根据气缸中工质压力和根据气缸中工质压力和温度的变化规律，人为地温度的变化规律，人为地划分为划分为4 4个阶段。个阶段。1 1）着火延迟期）着火延迟期（滞燃期）（滞燃期）（A-B点）点）o 从喷油开始点从喷油开始点A A到压力开始急剧升高（燃烧开始的到压力开始急剧

10、升高（燃烧开始的标志）点标志）点B B。o 此时，缸内温度虽已远远超过柴油的自燃温度（可此时，缸内温度虽已远远超过柴油的自燃温度（可达达400400800800），但喷入气缸内的柴油并不马上着），但喷入气缸内的柴油并不马上着火。需要进行燃烧准备：火。需要进行燃烧准备：o 物理准备：雾化、吸热、蒸发、扩散、混合。物理准备：雾化、吸热、蒸发、扩散、混合。o 化学准备：分解、氧化（焰前反应）。化学准备：分解、氧化（焰前反应）。作用：形成发火源（一处或多处着火），保证作用：形成发火源（一处或多处着火），保证IIII期燃期燃烧能在燃烧室内扩展。烧能在燃烧室内扩展。 i着火延迟期着火延迟期o 以秒计的着火

11、延迟期用以秒计的着火延迟期用i i 表示；表示；o 以曲轴转角计的着火延迟期用以曲轴转角计的着火延迟期用i i 表示；表示； 一般一般i i =0.7-3ms；i i = 8 -12。o 尽管着火延迟期尽管着火延迟期i i 很短但却对燃烧过程、尤其是柴很短但却对燃烧过程、尤其是柴油机的燃烧过程影响很大，因此十分重要。油机的燃烧过程影响很大，因此十分重要。着火延迟期内存在问题：着火延迟期内存在问题：o 混合时间短，混合时间短， 缸内空气、燃油混合不均匀。缸内空气、燃油混合不均匀。o 目前，采用目前，采用1，改善燃烧，使燃油尽可能完全燃，改善燃烧，使燃油尽可能完全燃烧。烧。2 2）速燃期）速燃期（

12、B-C点）点）o 从从压力开始急剧升高点压力开始急剧升高点B到最大燃烧压力点到最大燃烧压力点C。o 该时期短意味着更接近混合加热过程中的等容过程。该时期短意味着更接近混合加热过程中的等容过程。o 特点：混合气燃烧速度很快，接近等容燃烧，缸内特点：混合气燃烧速度很快，接近等容燃烧，缸内温度、压力急剧上升。温度、压力急剧上升。o 压力升高率压力升高率 ： 表示柴油机工作的平稳性表示柴油机工作的平稳性 o ， 冲击载荷冲击载荷 ，工作粗暴，柴油机寿命，工作粗暴，柴油机寿命 ；o ， 做功不利，柴油机性能做功不利，柴油机性能 。ppp3232ppmaxppmax存在问题：工作粗暴（燃烧噪音）存在问题：

13、工作粗暴（燃烧噪音）o 的大小主要决定于着火延迟期的长短及的大小主要决定于着火延迟期的长短及该期内形成的可燃混合气数量，控制着火延该期内形成的可燃混合气数量，控制着火延迟期的长短是改善柴油机燃烧过程的主要手迟期的长短是改善柴油机燃烧过程的主要手段。段。o 速燃期进行好坏的标志是：柴油机工作是否速燃期进行好坏的标志是：柴油机工作是否平稳柔和，而工作是否平稳柔和则取决于上平稳柔和，而工作是否平稳柔和则取决于上一时期积存油量的多少，因而，一时期积存油量的多少，因而，着火延迟期着火延迟期的长短与速燃期工作好坏有重要关系。的长短与速燃期工作好坏有重要关系。p3 3）缓燃期）缓燃期（C-点）o 从从最大燃

14、烧压力点最大燃烧压力点C到最高燃烧温度点到最高燃烧温度点D。o 该时期短意味着更接近混合加热过程中的等压过程。该时期短意味着更接近混合加热过程中的等压过程。o 特点：燃烧产物增多，燃烧速度特点：燃烧产物增多，燃烧速度 ，缸内压力变化，缸内压力变化不大，放热量达不大，放热量达70-80%。某些缺氧区域出现不完。某些缺氧区域出现不完全燃烧，造成污染物全燃烧，造成污染物 。o 存在问题：不断喷入气缸的燃油与空气混合不充分，存在问题：不断喷入气缸的燃油与空气混合不充分，导致导致燃烧不完全燃烧不完全 。o 强化燃烧后期喷入气缸的燃油与空气的混合成为关键。强化燃烧后期喷入气缸的燃油与空气的混合成为关键。4

15、 4）补燃期）补燃期（点（点- -燃烧过程基本结束）燃烧过程基本结束）o 期内未燃尽的混合气继续燃烧。期内未燃尽的混合气继续燃烧。o 特点：特点：因活塞已远离上止点，缸内压力低，因活塞已远离上止点，缸内压力低，该期燃烧热量利用率低，散热损失该期燃烧热量利用率低，散热损失 。o 特别在高速、高负荷时由于过量空气少，混特别在高速、高负荷时由于过量空气少，混合气形成困难，燃烧时间短，补燃合气形成困难，燃烧时间短，补燃 。o 补燃期补燃期 ， ， ，动力性，动力性 ，冷却水，冷却水温度温度 ，排气温度，排气温度 ，排放污染物，排放污染物 。teb 柴油机的补燃比汽油机要严重的多，希柴油机的补燃比汽油机

16、要严重的多，希望补燃越少越好。望补燃越少越好。o 存在问题：存在问题： 补燃太严重，如何缩短直至消灭补燃？补燃太严重，如何缩短直至消灭补燃？o 措施：措施： 加强燃烧室内气流活动，改善混合气形成；加强燃烧室内气流活动，改善混合气形成； 减少缓燃期内的喷油量。减少缓燃期内的喷油量。柴油机与汽油机相比主要有如下特点柴油机与汽油机相比主要有如下特点 汽油机汽油机柴油机柴油机点燃式点燃式压燃式压燃式i影响小影响小i影响大影响大进入气缸的是混合气，混合时进入气缸的是混合气，混合时间长间长进入气缸的是新鲜空气，混合进入气缸的是新鲜空气，混合时间短时间短高，热负荷大高，热负荷大高，机械负荷大。高，机械负荷大

17、。压缩比低，压缩比低， =612压缩比高，压缩比高， =1222存在爆燃问题存在爆燃问题存在工作粗暴问题存在工作粗暴问题组织气流运动的目的：加速火组织气流运动的目的：加速火焰传播，防止爆燃焰传播，防止爆燃组织气流运动的目的：促进燃组织气流运动的目的：促进燃油与空气更好地混合油与空气更好地混合柴油机、汽油机燃烧过程的对比柴油机、汽油机燃烧过程的对比o 柴油机与汽油机燃烧过程主要特点对比柴油机与汽油机燃烧过程主要特点对比对比项目对比项目汽油机汽油机柴油机柴油机着火着火点燃，单点着火点燃，单点着火压燃，多点同时着火压燃，多点同时着火燃烧燃烧火焰在均质预混合气中有火焰在均质预混合气中有序传播，燃烧柔和

18、序传播，燃烧柔和两阶段燃烧，即无序的非均质两阶段燃烧，即无序的非均质预混合燃烧和扩散燃烧，燃烧预混合燃烧和扩散燃烧，燃烧较粗暴较粗暴后燃后燃因混合均匀后燃较轻因混合均匀后燃较轻因混合不均匀，喷油持续时间因混合不均匀，喷油持续时间长使后燃严重长使后燃严重放热规律放热规律燃烧放热先缓后急，燃烧燃烧放热先缓后急，燃烧持续期较短持续期较短直喷机大多燃烧放热先急后缓，直喷机大多燃烧放热先急后缓，燃烧持续期较长燃烧持续期较长汽油机、柴油机燃烧过程的主要区别汽油机、柴油机燃烧过程的主要区别混合气形成上的差异混合气形成上的差异 着火上的着火上的差异差异 燃烧上的差异燃烧上的差异汽汽油油机机外部形成外部形成 混

19、合时间长、均匀混合时间长、均匀混合气混合气 较小较小 负荷调节负荷调节量调节量调节外源点外源点火火 单火源单火源发火发火以火焰传播方式为主以火焰传播方式为主 接近等容燃烧接近等容燃烧工作较柔和工作较柔和后燃较轻后燃较轻柴柴油油机机内部形成内部形成 混合时间短、非均混合时间短、非均匀混合气匀混合气 较大较大 负荷调节负荷调节质调节质调节自行着自行着火火 多火源多火源着火着火以扩散燃烧方式为主以扩散燃烧方式为主 近似先等容后等压燃烧近似先等容后等压燃烧工作较粗暴工作较粗暴后燃较重后燃较重三、影响着火延迟期的因素三、影响着火延迟期的因素1 1、压缩温度和压力、压缩温度和压力直接影响因素直接影响因素

20、Pc ，Tc i i 。o 凡是能促使压缩末期温度、压力上升的因素，凡是能促使压缩末期温度、压力上升的因素，均可使均可使 i i ，如增大压缩比，增大进气温度如增大压缩比，增大进气温度等。等。2 2、压缩比、压缩比 o PcPc ， TcTc i i 。3 3、喷油提前角、喷油提前角 影响最大的因素影响最大的因素 喷油提前角对喷油提前角对i i的的影响实际上是影响实际上是温度、压温度、压力和反应物反应时间对着火延迟期的综合影响。力和反应物反应时间对着火延迟期的综合影响。o 虽然喷油时的压力较高，但着火时刻推迟，虽然喷油时的压力较高，但着火时刻推迟，使燃烧使燃烧 ，Pc ，Tc i i ；o 所

21、以，应有一个使所以，应有一个使i i为最小的为最小的 。一般：。一般： =5-=5-10degCA10degCA。4 4、转速、转速n no n n漏气、散热损失漏气、散热损失 Pc ，Tc ； 喷油压力喷油压力雾化雾化 ；气流运动；气流运动蒸发蒸发 ； 混合气形成好转混合气形成好转i i 。o 但但n n 着火延迟角着火延迟角 。5 5、燃油品质、燃油品质o 十六烷值十六烷值柴油的自燃性柴油的自燃性缸内缸内p p、T T大时，大时，影响不大；缸内影响不大；缸内p p、T T小时小时i i 。 i四、着火延迟期对柴油机性能的影响四、着火延迟期对柴油机性能的影响1 1、对、对 、 的影响的影响o

22、 i i期间喷入缸内的燃料量期间喷入缸内的燃料量着火前可着火前可燃混合气量燃混合气量 ， 。2 2、对平均有效压力和功率的影响、对平均有效压力和功率的影响o 当当i i偏离最佳值时，偏离最佳值时， ；o 当当i i小于最佳值时，因小于最佳值时，因i i过短，使压缩负过短，使压缩负功功 ， ；当当i i大于最佳值时，因燃烧过大于最佳值时，因燃烧过程推迟，热效率程推迟，热效率 ， 。 ppmaxpmax ppmaxmepmepmep3 3、对燃油消耗率的影响、对燃油消耗率的影响o 因其原因与上述着火延迟期对因其原因与上述着火延迟期对平均有效压力平均有效压力和功率的影响相同，如果单位时间内柴油机和功

23、率的影响相同，如果单位时间内柴油机的耗油量一定，则功率的耗油量一定，则功率 使使 。o 若若i i ， 冲击载荷冲击载荷 ，工作，工作粗暴，柴油机寿命粗暴，柴油机寿命 。o 若若i i混合气形成欠佳混合气形成欠佳柴油机性能柴油机性能 。eb ppmax五、燃烧放热规律五、燃烧放热规律o 瞬时放热速率和累积放热百分比随曲轴转角的瞬时放热速率和累积放热百分比随曲轴转角的变化关系变化关系。它决定了气缸中压力变化过程。它决定了气缸中压力变化过程。o 由喷油规律和实测示功图，经计算机计算而得。由喷油规律和实测示功图，经计算机计算而得。燃烧放热规律三要素：燃烧放热规律三要素：1 1）放热始点）放热始点 对

24、循环热效率、压力升高率和燃烧最大压对循环热效率、压力升高率和燃烧最大压力都有重大影响。力都有重大影响。2 2）放热规律曲线形状）放热规律曲线形状 决定了前后放热量的比例，对噪声、振动决定了前后放热量的比例，对噪声、振动和有害排放量都有很大影响。和有害排放量都有很大影响。3 3）燃烧持续期）燃烧持续期 对有害排放量有较大影响。对有害排放量有较大影响。理想的燃烧放热规律及控制理想的燃烧放热规律及控制1 1）放热始点要求使最高压力出现在上止点后）放热始点要求使最高压力出现在上止点后1010-15-15曲轴转角。可通过喷油提前角变曲轴转角。可通过喷油提前角变化及着火延迟期长短进行控制。化及着火延迟期长

25、短进行控制。2 2）理想放热曲线形状是）理想放热曲线形状是“前缓后急前缓后急”。通过喷。通过喷油、气流、燃烧室协调来控制。油、气流、燃烧室协调来控制。3 3）燃烧持续期不宜太长。取决于喷油延迟角的）燃烧持续期不宜太长。取决于喷油延迟角的大小、扩散燃烧期内混合气形成的快慢和完大小、扩散燃烧期内混合气形成的快慢和完善程度。善程度。第三节第三节 柴油的喷射与雾化柴油的喷射与雾化一、柴油机供油系统一、柴油机供油系统o 组成：油箱组成：油箱输油泵输油泵滤油器滤油器低压油管低压油管喷油喷油泵泵高压油管高压油管喷油器（喷油嘴）。喷油器（喷油嘴）。 o 主要装置主要装置燃油供给装置：燃油供给装置：柴油箱、输油

26、泵、柴油滤清器、喷柴油箱、输油泵、柴油滤清器、喷油泵、喷油器等。油泵、喷油器等。 空气供给装置：空气供给装置：空气滤清器、进气管道。空气滤清器、进气管道。 混合气形成装置：混合气形成装置：燃烧室。燃烧室。 废气排出装置：废气排出装置：排气管道、消音器。排气管道、消音器。燃油滤清器燃油滤清器低压油管低压油管高压油管高压油管喷油泵喷油泵喷油器喷油器回油管回油管燃油箱燃油箱输油泵输油泵油水分离器油水分离器调速器调速器限压阀限压阀喷油提前器喷油提前器二、燃油喷射过程燃油喷射过程1.喷油泵喷油泵供油系的主要元件之一供油系的主要元件之一o 作用：作用：定时、定量地经定时、定量地经高压油管向各缸的喷油器高压

27、油管向各缸的喷油器周期性地供给高压燃油。周期性地供给高压燃油。o 形式：形式：普遍采用柱塞普遍采用柱塞式喷油泵。式喷油泵。柱塞泵工作过程：柱塞泵工作过程： 进油进油压油压油回油回油压油过程：压油过程：柱塞柱塞1 1上行，使喷油泵内压力升高，上行，使喷油泵内压力升高，当压力升高到一定值时，克服喷油泵上方出油阀当压力升高到一定值时，克服喷油泵上方出油阀 弹簧预紧力和高压油管内的残余油压，顶开出油弹簧预紧力和高压油管内的残余油压，顶开出油阀，通过高压油管向喷油器供油。阀，通过高压油管向喷油器供油。回油过程：回油过程：当压油室通过柱塞斜槽与回油口相同，当压油室通过柱塞斜槽与回油口相同，使泵内油压下降。

28、当泵内油压小于出油阀弹簧使泵内油压下降。当泵内油压小于出油阀弹簧预紧力和高压油管内的残余油压力时，出油阀预紧力和高压油管内的残余油压力时，出油阀落座，喷油停止。落座，喷油停止。进油过程：进油过程：柱塞柱塞1 1下行与进油口接通时，回油停止，下行与进油口接通时，回油停止，重新进油。重新进油。柱塞有效行程柱塞有效行程 等于柱塞完全关闭进、回油口到回等于柱塞完全关闭进、回油口到回油口与柱塞斜槽接通的一段行程。油口与柱塞斜槽接通的一段行程。o 每循环的供油量决定于柱塞有效行程。每循环的供油量决定于柱塞有效行程。o 转动柱塞，可以改变柱塞有效行程，从而转动柱塞，可以改变柱塞有效行程，从而改变循环的供油量

29、改变循环的供油量2.2.喷油泵速度特性及其校正喷油泵速度特性及其校正 o 喷油泵速度特性：喷油泵速度特性：喷油泵油量控制机构（齿条喷油泵油量控制机构（齿条或拉杆）位置固定，或拉杆）位置固定，每循环供油量随转速每循环供油量随转速n n的的变化关系。变化关系。曲线如此变化的原因：曲线如此变化的原因：on n节流作用节流作用循环供油时间循环供油时间循环供油循环供油量量 b b 。bn对车用发动机的适应性对车用发动机的适应性o 车用：希望车用：希望n nb bTtqTtq （例如：低速大负（例如：低速大负荷工况）。荷工况）。o 而喷油泵速度特性：而喷油泵速度特性：n nb bTtqTtq 。 因此，喷

30、油泵速度因此，喷油泵速度 特性并不适合于车用，特性并不适合于车用， 必须进行校正。必须进行校正。油量校正的目的：油量校正的目的：o当柴油机在全负荷工况下工作，转速因当柴油机在全负荷工况下工作，转速因短时期负荷增加而下降时，喷油泵能自短时期负荷增加而下降时，喷油泵能自动每循环供油量动每循环供油量b b，以增大低速时的，以增大低速时的输出扭矩。输出扭矩。3 3、喷射过程、喷射过程 从喷油泵开始供油直至喷油器停止喷油的从喷油泵开始供油直至喷油器停止喷油的过程。过程。o 整个喷射过程可以整个喷射过程可以分为三个阶段：即分为三个阶段：即1 1喷射延迟阶段；喷射延迟阶段；2 2主喷射阶段；主喷射阶段；3

31、3喷射结束阶段。喷射结束阶段。 4. 4. 供油规律和喷油规律供油规律和喷油规律 供油规律是单位时间内喷油泵的供油量供油规律是单位时间内喷油泵的供油量随时间的变化关系。随时间的变化关系。 喷油规律则是单位时间内喷油器喷入燃烧喷油规律则是单位时间内喷油器喷入燃烧室内的燃油量随时间的变化关系。室内的燃油量随时间的变化关系。供油规律和喷油规律不一致的原因供油规律和喷油规律不一致的原因o 燃油的可压缩性；燃油的可压缩性；o 高压油管的弹性变形；高压油管的弹性变形；o 压力波的往复反射和叠加。压力波的往复反射和叠加。三种因素导致柴油机供油规律和喷油规律不一致。三种因素导致柴油机供油规律和喷油规律不一致。

32、5 5、异常喷射现象、异常喷射现象1 1）二次喷射）二次喷射o 高压油管内压力波引起。高压油管内压力波引起。o 喷射时间喷射时间雾化不良，燃烧不完全，补燃严雾化不良，燃烧不完全，补燃严重，排污重，排污 ，炭烟，炭烟 ，零件过热。，零件过热。2 2）滴油现象）滴油现象 在喷油器针阀密封正常情况下，喷射终在喷油器针阀密封正常情况下，喷射终了时由于系统内的压力下降使针阀不能迅速落座，了时由于系统内的压力下降使针阀不能迅速落座，出现仍有燃油滴出的现象。出现仍有燃油滴出的现象。o 难以雾化；易生成积炭并使喷孔堵塞。难以雾化；易生成积炭并使喷孔堵塞。3 3）断续喷射）断续喷射o 进入喷油嘴燃油量不稳定，压

33、力波动引起。进入喷油嘴燃油量不稳定，压力波动引起。o 喷油时间正常，但针阀运动次数喷油时间正常，但针阀运动次数 ，喷油嘴，喷油嘴易磨损。易磨损。4 4）隔次喷射）隔次喷射o 低速、尤其是怠速时，油压不足，压不开针阀。低速、尤其是怠速时，油压不足，压不开针阀。下一循环时油压聚足，压开针阀喷射。下一循环时油压聚足，压开针阀喷射。o 怠速运转不稳定。怠速运转不稳定。对燃油喷射系统的基本要求对燃油喷射系统的基本要求1 1）在各种工况下能避免出现不利的）在各种工况下能避免出现不利的异常喷射现象异常喷射现象；2 2）能产生足够高的喷油压力，以保证燃油良好的）能产生足够高的喷油压力，以保证燃油良好的雾化混雾

34、化混合燃烧合燃烧，包括雾化质量（喷雾细度及均匀性）和空间，包括雾化质量（喷雾细度及均匀性）和空间分布；分布；3 3）实现所要求的喷油功率，以保证合理的）实现所要求的喷油功率，以保证合理的燃烧放热规律燃烧放热规律和良好的综合性能；和良好的综合性能；4 4）可以根据不同转速和负荷的要求，在可以根据不同转速和负荷的要求，在最佳喷油时刻最佳喷油时刻，精确，精确提供所需提供所需燃油量；燃油量；5）在强化喷射系统时，保证零部件的工作在强化喷射系统时，保证零部件的工作可靠性可靠性和使用寿命，和使用寿命，降低降低振动和噪声振动和噪声。第四节第四节 混合气形成与燃烧室混合气形成与燃烧室一、一、柴油机混合气形成柴

35、油机混合气形成 是指燃料喷入气缸至着火及燃烧的整个阶段中是指燃料喷入气缸至着火及燃烧的整个阶段中所发生的破碎、雾化、汽化并与空气之间相互渗透和所发生的破碎、雾化、汽化并与空气之间相互渗透和扩散的过程。扩散的过程。o 由于柴油的蒸发性差，不得不采用高压喷射的方法，由于柴油的蒸发性差，不得不采用高压喷射的方法，即在压缩行程接近终了时，借助喷油器将柴油喷入燃即在压缩行程接近终了时，借助喷油器将柴油喷入燃烧室，与气缸中高温、高压的空气混合形成可燃混合烧室，与气缸中高温、高压的空气混合形成可燃混合气。气。o 混合气的形成与燃烧重叠进行，即边喷油，边混合，混合气的形成与燃烧重叠进行，即边喷油，边混合，边燃

36、烧。边燃烧。柴油机混合气形成的两个特点柴油机混合气形成的两个特点 与汽油机相比与汽油机相比1 1）在气缸内部混合；）在气缸内部混合；2 2）混合时间短。）混合时间短。o 柴油机可燃混合气的品质较汽油机差。柴油机可燃混合气的品质较汽油机差。 为使喷入气缸内的柴油尽可能完全燃烧，为使喷入气缸内的柴油尽可能完全燃烧，柴油机不得不采用较大的过量空气系数柴油机不得不采用较大的过量空气系数。柴油机混合气形成主要依靠柴油机混合气形成主要依靠3 3方面作用方面作用o 燃料喷雾；燃料喷雾；o 空气运动，缸内组织必要的气流运动；空气运动，缸内组织必要的气流运动；o 与燃烧室形状良好的配合。与燃烧室形状良好的配合。

37、o 即即油、气、室油、气、室三者间的合理配合。三者间的合理配合。1.1.形成混合气的形成混合气的 两种基本方式两种基本方式1 1）空间雾化混合方式）空间雾化混合方式 将燃料喷在燃烧室将燃料喷在燃烧室空间使之成为雾状，再利用空空间使之成为雾状，再利用空气运动达到充分混合。气运动达到充分混合。o 特点：特点：对燃料喷雾要求高（采用多孔喷嘴）对燃料喷雾要求高（采用多孔喷嘴）燃烧易于完全，燃烧易于完全，经济性好。经济性好。对气流要求不高对气流要求不高后期燃料易被早期燃烧产物包围，后期燃料易被早期燃烧产物包围，高温裂解高温裂解排气冒烟。排气冒烟。但初期空间分布燃料多，燃烧迅速但初期空间分布燃料多，燃烧迅

38、速 ， 工作粗暴。工作粗暴。ppmax2 2）油膜蒸发）油膜蒸发混合方式混合方式o 该方式是将绝大部分燃料喷在燃烧室壁面上，该方式是将绝大部分燃料喷在燃烧室壁面上，使之成为薄薄的一层油膜附着在燃烧室壁面上；使之成为薄薄的一层油膜附着在燃烧室壁面上；只有一小部分燃料（约只有一小部分燃料（约5%5%）分布在燃烧室空间，）分布在燃烧室空间，与空气混合而首先着火。与空气混合而首先着火。o 着火后燃烧室温度迅速升高，使燃烧室壁面上着火后燃烧室温度迅速升高，使燃烧室壁面上的油膜在强烈气流作用下，以越来越快的速度的油膜在强烈气流作用下，以越来越快的速度蒸发并与空气混合形成均匀混合气。蒸发并与空气混合形成均匀

39、混合气。o 燃烧景象：燃烧景象：边蒸发，边混合，边燃烧。初期蒸边蒸发，边混合，边燃烧。初期蒸发、燃烧慢，后期蒸发、燃烧迅速（先缓后发、燃烧慢，后期蒸发、燃烧迅速（先缓后急）。急）。特点：特点： 对燃料喷雾要求不高（采用单、双孔喷嘴），对燃料喷雾要求不高（采用单、双孔喷嘴），对空气运动要求高。对空气运动要求高。放热先缓后急放热先缓后急 ， 工作柔和，噪声工作柔和，噪声小，经济性较好。小，经济性较好。 低速性能不好，冷起动困难。对进气道、燃料低速性能不好，冷起动困难。对进气道、燃料供给系统和燃烧室结构参数之间的配合要求很供给系统和燃烧室结构参数之间的配合要求很高，制造工艺要求严格。高，制造工艺要求

40、严格。ppmax2、燃油的雾化和油束特性、燃油的雾化和油束特性1 1）燃油的雾化）燃油的雾化 指燃油喷入燃烧室内被粉碎细化的过程。指燃油喷入燃烧室内被粉碎细化的过程。o 雾化可以大大增加与周围空气接触的表面积，有利于与雾化可以大大增加与周围空气接触的表面积，有利于与空气混合。空气混合。2 2）油束特性）油束特性o 几何形状；几何形状；o 雾化质量。雾化质量。 各种不同的燃烧室对各种不同的燃烧室对油束的几何形状和雾化油束的几何形状和雾化质量的具体要求有所不同。质量的具体要求有所不同。3、气流运动、气流运动o 作用：加速油气混合。作用：加速油气混合。 气流运动形式气流运动形式 1）进气涡流）进气涡

41、流o 使进气气流相对于气缸中心产生使进气气流相对于气缸中心产生 一个力，形成涡流。一个力，形成涡流。（1 1）切向气道）切向气道o 特点特点: : 气道母线与气缸相切。气道母线与气缸相切。o 优点优点: : 结构简单，气流阻力小结构简单，气流阻力小 。o 缺点缺点: : 涡流强度对进气口位置敏感。涡流强度对进气口位置敏感。v（2 2）螺旋气道）螺旋气道o 特点：进气道呈螺特点：进气道呈螺 旋型。旋型。o 优点：能产生强烈优点：能产生强烈 的进气涡流。的进气涡流。o 缺点：工艺要求高，缺点：工艺要求高， 制造、调试难度较高。制造、调试难度较高。2 2、挤气涡流、挤气涡流 活塞上行：将活塞顶隙的气

42、体挤出流向燃活塞上行：将活塞顶隙的气体挤出流向燃烧室中，形成烧室中，形成挤气涡流挤气涡流。 活塞下行：燃烧室中的气体流向活塞顶隙活塞下行：燃烧室中的气体流向活塞顶隙处，形成处，形成反涡流反涡流。o 挤气间隙挤气间隙 挤气涡流强度挤气涡流强度 ；挤气面积挤气面积 挤气涡流强度挤气涡流强度 。o 挤气涡流虽不如进气涡流强，但它的形成正好处挤气涡流虽不如进气涡流强，但它的形成正好处于压缩冲程终了，此时进气涡流已经衰减得很弱，于压缩冲程终了，此时进气涡流已经衰减得很弱，所以挤气涡流就显得相当重要了。所以挤气涡流就显得相当重要了。 o 燃烧在燃烧室中产生压力差，形成燃烧涡流。燃烧在燃烧室中产生压力差，形

43、成燃烧涡流。o 尤其是分隔式的涡流室型燃烧室，气缸盖内的副尤其是分隔式的涡流室型燃烧室，气缸盖内的副燃烧室中的燃料燃烧后，高压混合气流和火焰高燃烧室中的燃料燃烧后，高压混合气流和火焰高速喷向活塞顶部的主燃烧室中，由于主燃烧室的速喷向活塞顶部的主燃烧室中，由于主燃烧室的导向作用，形成燃烧涡流，或称二次涡流。导向作用，形成燃烧涡流，或称二次涡流。涡流运动对混合气形成的作用：涡流运动对混合气形成的作用：o 促进油束分散，加速油气混合。促进油束分散，加速油气混合。3 3、燃烧涡流、燃烧涡流二、柴油机燃烧室柴油机燃烧室1、直喷式燃烧室直喷式燃烧室o 结构特点：位于活塞顶部，具有统一空间的燃结构特点：位于

44、活塞顶部，具有统一空间的燃烧室。有开式、半开式之分。烧室。有开式、半开式之分。o 开式：开式：中、大型，中、低速船舶、发电用柴油中、大型，中、低速船舶、发电用柴油机上采用。机上采用。 不组织进气涡流，空间雾化型混合气不组织进气涡流，空间雾化型混合气蒸发方式。蒸发方式。o 半开式：半开式：中、小型，中、高速车用柴油机上广中、小型，中、高速车用柴油机上广泛采用。泛采用。 有有型、球型、复合式（型、球型、复合式（U U型）。根据型）。根据需要组织一定强度的进气涡流。需要组织一定强度的进气涡流。型燃烧室型燃烧室（6135Q6135Q柴油机等采用）柴油机等采用） 活塞顶上挖一呈活塞顶上挖一呈型的凹坑。型

45、的凹坑。工作情况：工作情况：o 空气：进气过程：依靠螺旋气道形成进气涡流；空气：进气过程：依靠螺旋气道形成进气涡流； 压缩过程：接近压缩上止点部分压缩空气形成挤流。压缩过程：接近压缩上止点部分压缩空气形成挤流。o 燃油：多孔喷油器：将大部分燃料均匀地以雾状分燃油：多孔喷油器：将大部分燃料均匀地以雾状分布在燃烧室空间；很少量喷射至壁面。布在燃烧室空间；很少量喷射至壁面。o 着火：油气主要在空间混合并着火。着火：油气主要在空间混合并着火。主要特点主要特点o 优点：优点：结构紧凑，散热面积小，热效率高，经济性好；结构紧凑，散热面积小，热效率高，经济性好；较低，易启动；较低，易启动；缸盖结构简单，热变

46、形小。缸盖结构简单，热变形小。o 缺点缺点对燃料喷雾要求较高；对燃料喷雾要求较高；PzPz较高，工作粗暴；较高，工作粗暴；较大，对较大，对n n变化较敏感；变化较敏感；排气污染大，主要是排气污染大，主要是NOxNOx含量高。含量高。球型燃烧室球型燃烧室 活塞顶上挖一较深且呈活塞顶上挖一较深且呈半球型的凹坑。半球型的凹坑。工作情况：工作情况：o 空气：空气：进气过程：依靠螺旋气道形成强烈的进气涡流；进气过程：依靠螺旋气道形成强烈的进气涡流； 压缩过程：接近压缩终了助以挤流。压缩过程：接近压缩终了助以挤流。o 燃油：二孔喷油器：将大部分燃料顺气流方向喷向燃烧室燃油：二孔喷油器：将大部分燃料顺气流方

47、向喷向燃烧室壁面均；少量喷向燃烧室空间。壁面均；少量喷向燃烧室空间。o 着火：分散在空气中的油粒先着火，使壁面油膜受热蒸发着火：分散在空气中的油粒先着火，使壁面油膜受热蒸发并被强烈气流卷走，从而实现快速完全燃烧。并被强烈气流卷走，从而实现快速完全燃烧。主要特点主要特点o 优点：优点：轻声无烟，工作柔和，噪声小；轻声无烟，工作柔和，噪声小； 值较小，空气利用率高，经济性好值较小，空气利用率高，经济性好； 能使用多种燃料。能使用多种燃料。o 缺点：缺点：冷启动困难，低速性能差；冷启动困难，低速性能差；低负荷排烟大；低负荷排烟大；对螺旋气道要求严格，带来制造、工艺上的对螺旋气道要求严格，带来制造、工

48、艺上的困难。困难。2、分隔式燃烧室分隔式燃烧室 o 结构特点：整个燃烧室分隔成两个空间，主燃结构特点：整个燃烧室分隔成两个空间，主燃烧室设于活塞顶部，副燃烧室位于气缸盖内，烧室设于活塞顶部，副燃烧室位于气缸盖内，中间用通道连接。中间用通道连接。o 有涡流室型与预燃室型两种。有涡流室型与预燃室型两种。1 1）涡流室式燃烧室）涡流室式燃烧室 小型高速车用柴油机采用。小型高速车用柴油机采用。o 工作情况：工作情况：o 空气：空气：压缩过程中副室内压缩过程中副室内形成强烈的有组织的涡流运形成强烈的有组织的涡流运动动，涡流强度与，涡流强度与n n有关有关；o 燃油：顺涡流方向喷入燃油：顺涡流方向喷入副室

49、副室；o 着火：着火：副室副室先着火，先着火，P P、T T 后以高速冲入主室，再后以高速冲入主室，再次在主室凹槽内形成二次涡流。次在主室凹槽内形成二次涡流。主要特点主要特点o 优点：优点：有强烈的涡流运动，混合气质量较高，有强烈的涡流运动，混合气质量较高， 值较小值较小对喷油系统要求不高，故障较少；对喷油系统要求不高，故障较少；高速性能比较好，对高速性能比较好，对n n变化不敏感（广泛用于小型高速变化不敏感（广泛用于小型高速柴油机上）。柴油机上）。o 缺点：缺点：散热损失大，经济性差；散热损失大，经济性差；要求要求较高（较高（=20=20左右），冷启动困难；左右），冷启动困难；缸盖、缸体结构变得复杂。缸盖、缸体结构变得复杂。2 2）预燃室型：）预燃室型： 小、中、大型，中、高速车用柴油机采用。小、中、大型，中、高速车用柴油机采用。o 工作情况：工作情况：o 空气：空气：压缩过程中副室内形成压缩过程中副室内形成强烈的无组织的涡流强烈的无组织的涡流运动运动（紊流）（紊流）；o 燃油：喷入燃油：喷入副室及喷孔（通道）附近副室及喷孔（通道）附近；o 着火：着火：副室副室先着火，因主副室通道强烈的节流作先着火，