发动机原理-第六章_柴油机混合气的形成与燃烧

1、发动机原理讲授内容讲授内容：第六章：第六章 柴油机混合柴油机混合气的形成与燃烧气的形成与燃烧主主 讲讲 人人：邓晓亭：邓晓亭 讲师讲师Email：电 话六章第六章 柴油机混合气形成与燃烧柴油机混合气形成与燃烧本章要求：本章要求：理解：理解：影响燃烧的因素和措施。影响燃烧的因素和措施。掌握：掌握：柴油机混合气的形成，柴油机燃烧过程，柴油机混合气的形成，柴油机燃烧过程，柴油机的喷射与雾化。柴油机的喷射与雾化。 第六章第六章 柴油机混合气形成与燃烧柴油机混合气形成与燃烧柴油机混合气的形成方式：柴油机混合气的形成方式： 1 1、空间雾化混合、空间雾化混合 形成雾状混合物的要求

2、：形成雾状混合物的要求： 喷雾与燃烧室形状配合，并喷雾与燃烧室形状配合，并利用气流运动。利用气流运动。2 2、油膜蒸发混合、油膜蒸发混合混合气形成的特点：混合气形成的特点： 气缸内部形成混合气气缸内部形成混合气 混合气形成时间短混合气形成时间短 混合气形成不均匀混合气形成不均匀 混合气形成与燃烧紧密相连混合气形成与燃烧紧密相连柴油机燃烧过程特点：柴油机燃烧过程特点： 以油膜（滴）蒸发扩以油膜（滴）蒸发扩散为主的混合加热循环。散为主的混合加热循环。柴油机燃烧的缺点：柴油机燃烧的缺点： 有碳烟的生成，碳烟聚有碳烟的生成，碳烟聚集吸附碳氢，形成微粒。集吸附碳氢，形成微粒。第一节第一节 柴油机燃烧过程

3、柴油机燃烧过程 柴油机是在压缩过程中活塞柴油机是在压缩过程中活塞接近上止点接近上止点时时, ,借助借助喷油设备将燃油在喷油设备将燃油在高压高压下成下成雾状雾状喷入燃烧室喷入燃烧室, ,以便与以便与空气形成可燃混合气。空气形成可燃混合气。油滴的着火要满足两个条件：油滴的着火要满足两个条件：（1 1）混合气的温度要高于着火临界温度。）混合气的温度要高于着火临界温度。（2 2）混合气的浓度要适当，即混合气的浓度要在着火）混合气的浓度要适当，即混合气的浓度要在着火界限之内。界限之内。 注：着火时机、地点不固定，着火点位于喷注外围与核心之间。注：着火时机、地点不固定，着火点位于喷注外围与核心之间。 一、

4、燃烧方式一、燃烧方式-油滴扩散燃烧油滴扩散燃烧单个油滴的着火区域单个油滴的着火区域直径：直径：5150um5150um( (中间较大中间较大) )T Tc c- -热空气温度热空气温度；T Tw w- -油滴周围混油滴周围混合气温度合气温度；C Cu u- -油滴周围混油滴周围混合气浓度合气浓度；W-W-化学反应速化学反应速度度。在稀火焰区形成着火核心；稀熄火区是未燃在稀火焰区形成着火核心；稀熄火区是未燃HCHC的主要来源。的主要来源。二、燃烧过程二、燃烧过程- -滞燃期滞燃期- -速燃期速燃期 - -缓燃期缓燃期- -后燃期后燃期 h h- -针阀升程针阀升程 Q Q- -循环放热量循环放热

5、量 dQ/ddQ/d- -放热速率放热速率 dq/ddq/d- -喷油速率喷油速率1)1)喷油始点喷油始点2)2)缸内压力线偏离纯缸内压力线偏离纯压缩线始点压缩线始点3)3)最高压力点最高压力点4)4)最高温度点最高温度点、滞燃期（、滞燃期（1-21-2） 从喷油开始到缸内压力线与压缩线偏离的始点所占的曲轴转从喷油开始到缸内压力线与压缩线偏离的始点所占的曲轴转角，称为滞燃期或着火延迟期。角，称为滞燃期或着火延迟期。 在压缩终点，在压缩终点，Tc=450-800Tc=450-800，大于柴油的自燃温度（，大于柴油的自燃温度（330-330-350350），但不会立即着火，进行着火前的准备。），但

6、不会立即着火，进行着火前的准备。 一般着火延迟时间一般着火延迟时间i i0.7-3ms0.7-3ms，所占曲轴转角，所占曲轴转角8 8-12-12CACA。 着火延迟期的作用：着火延迟期的作用：在着火延迟期内，燃烧室内进行混合气在着火延迟期内，燃烧室内进行混合气准备的物理和化学过程。准备的物理和化学过程。 物理准备物理准备：雾化，加热，蒸发，扩散和混合。：雾化，加热，蒸发，扩散和混合。 化学准备化学准备：可燃混合气通过可燃混合气通过裂解裂解产生醛类（过氧化物蓝焰）产生醛类（过氧化物蓝焰）和和CO，其蓝焰产物主要是，其蓝焰产物主要是CO、O、OH-1、H+1等等活性中心活性中心，当达到一定着火条

7、件时会发生热爆炸。当达到一定着火条件时会发生热爆炸。 影响着火延迟期的主要因素：影响着火延迟期的主要因素：燃烧室内工质的状态，如燃烧室内工质的状态，如T T、P P和燃料种类。和燃料种类。、速燃期（、速燃期（2-32-3） 从压力脱离压缩线开始急剧上升到缸内最大压力点，称为速从压力脱离压缩线开始急剧上升到缸内最大压力点，称为速燃期。燃期。 速燃期的作用：速燃期的作用：速燃期内，速燃期内，在滞燃期内准备好的混合气几乎在滞燃期内准备好的混合气几乎同时开始燃烧同时开始燃烧，活塞在上止点附近，使缸内压力急剧上升，活塞在上止点附近，使缸内压力急剧上升，接近于接近于等容燃烧。等容燃烧。 评价速燃期的参数：

8、评价速燃期的参数：平均压力升高率平均压力升高率P/=(PP/=(P3 3-P-P2 2)/()/(3 3- -2 2) ) 和最大压力升高率和最大压力升高率(P/)(P/)maxmax 柴油机柴油机(P/)(P/)maxmax一般一般0.40.6MPa/A以下。以下。 最大压力升高率的大小最大压力升高率的大小主要与着火延迟期内主要与着火延迟期内准备好的可燃混准备好的可燃混合气的数量合气的数量有关。有关。、速燃期（、速燃期（2-32-3） 速燃期的要求：速燃期的要求：在适宜的压力升高率下，速燃期的在适宜的压力升高率下，速燃期的燃烧量越燃烧量越多越好。多越好。 速燃期的影响因素：速燃期的影响因素：

9、 滞燃期内形成的混合气量滞燃期内形成的混合气量 缸内温度、压力和十六烷值缸内温度、压力和十六烷值 喷油规律、喷油规律、蒸发速率蒸发速率决定在滞燃期内形成的混合气量决定在滞燃期内形成的混合气量 速燃期内，燃料燃烧释放的热量约为循环总热量的速燃期内，燃料燃烧释放的热量约为循环总热量的20%-30%。 喷油持续进行，形成燃烧与喷油的重叠，喷油常在速燃期结喷油持续进行，形成燃烧与喷油的重叠，喷油常在速燃期结束。束。、缓燃期（、缓燃期（3-43-4） 从缸内最大压力点到最高温度点从缸内最大压力点到最高温度点所对应的曲轴转角所对应的曲轴转角，称为缓，称为缓燃期。燃期。缓燃期的作用：缓燃期的作用：速燃期内未

10、燃烧的燃油和后喷入的燃油，在速燃期内未燃烧的燃油和后喷入的燃油，在具有大量具有大量废气的环境中缓慢的定压燃烧废气的环境中缓慢的定压燃烧。缓燃期的特点：缓燃期的特点：一边燃烧，一边活塞下行，缸内一边燃烧，一边活塞下行，缸内压力几乎不压力几乎不变或稍有变化变或稍有变化（接近等压过程），放热量达（接近等压过程），放热量达70%-80%70%-80%。燃烧室的燃烧室的最高温度最高温度可达可达1700170020002000左右，最高温度点一般左右，最高温度点一般在上止点后在上止点后20203535CACA左右。左右。缓燃期的燃烧特点：缓燃期的燃烧特点：由于缸内废气量增加，导致氧气不足，由于缸内废气量增

11、加，导致氧气不足，燃烧条件不利，所以燃烧条件不利，所以边混合边燃烧边混合边燃烧，存在，存在局部高温缺氧局部高温缺氧，燃料，燃料裂解形成裂解形成碳烟碳烟，使经济性变差。，使经济性变差。由于混合时间短，高温缺氧下易形成碳烟，要求由于混合时间短，高温缺氧下易形成碳烟，要求aa11。、后燃期（、后燃期（4-4-） 从从最高温度点最高温度点到燃油到燃油基本燃烧完全基本燃烧完全，称为后燃期。，称为后燃期。 一般当放热量达到循环一般当放热量达到循环总放热量的总放热量的95%-99%时，就可以时，就可以认为是补燃期结束，也就是整个燃烧过程的结束点。认为是补燃期结束，也就是整个燃烧过程的结束点。 后燃期的特点：

12、后燃期的特点：燃烧时间燃烧时间短促短促，混合气不均匀，燃烧放出，混合气不均匀，燃烧放出的热量得不到有效利用，的热量得不到有效利用，排气温度提高排气温度提高，散热损失增大，散热损失增大，对柴油机的经济性不利。对柴油机的经济性不利。 后燃期的缺点：后燃期的缺点：后燃增加了相关零件的热负荷。后燃增加了相关零件的热负荷。 后燃期的优点：后燃期的优点：将燃烧产生的中间排放污染物进一步处理将燃烧产生的中间排放污染物进一步处理掉。掉。 后燃期的影响因素：后燃期的影响因素：燃料重烃成分所占的比例（燃料重烃成分所占的比例（T90T90、T95T95） 应尽量减少后燃应尽量减少后燃。瞬时放热速率：瞬时放热速率：燃

13、烧过程中的某一时刻，单位时间燃烧过程中的某一时刻，单位时间（曲轴转角）内（单位质量混合气）所放出的热量，（曲轴转角）内（单位质量混合气）所放出的热量，单位是单位是KJ/(KJ/(kgCA)或或KJ/(kgs)。它决定压力升高率它决定压力升高率(噪音噪音)的变化和热效率。的变化和热效率。 累计放热率（累计放热百分比）累计放热率（累计放热百分比）：从燃烧过程开始至：从燃烧过程开始至某一时刻为止，单位质量混合气所放出的热量与每循某一时刻为止，单位质量混合气所放出的热量与每循环单位质量混合气放热量的比值。环单位质量混合气放热量的比值。燃烧放热规律：燃烧放热规律：瞬时放热速率和累计放热百分比随曲瞬时放热

14、速率和累计放热百分比随曲轴转角的变化关系。轴转角的变化关系。三、燃烧过程的放热规律三、燃烧过程的放热规律三、燃烧过程的放热规律三、燃烧过程的放热规律预混合燃烧阶段，预混合燃烧阶段，对应速燃期，放热率很高，历时对应速燃期，放热率很高，历时3-7 3-7 CACA。扩散燃烧阶段，扩散燃烧阶段，对应缓燃期，放热速率下降，为主放热阶段，对应缓燃期，放热速率下降，为主放热阶段，历时历时40CA CA 。这两个阶段放热达这两个阶段放热达80%。 燃烧放热的拖尾阶段燃烧放热的拖尾阶段，对应后燃期，放热，对应后燃期，放热20%。燃烧放热规律三要素：燃烧放热规律三要素：燃烧放热燃烧放热始点、放热规律形状和燃烧持

15、续期。始点、放热规律形状和燃烧持续期。燃烧放热始点最佳的情况下，将燃烧放热始点最佳的情况下，将使使PmaxPmax出现在上止点后出现在上止点后10-1510-15 左左右右。燃烧持续时间最佳为燃烧持续时间最佳为40 左右。左右。曲线形状曲线形状开始放热适中，然后开始放热适中，然后燃烧加快，尾巴尽量短。燃烧加快，尾巴尽量短。柴油机与汽油机的放热规律柴油机与汽油机的放热规律四、燃烧过程中存在的问题四、燃烧过程中存在的问题1 1、空气利用率低、空气利用率低 混合气形成困难，燃烧不完全。混合气形成困难，燃烧不完全。 混合极不均匀混合极不均匀混合气形成时间短，边喷油、边混合、边混合气形成时间短，边喷油、

16、边混合、边燃烧。燃烧。 改进措施：改进措施： 促进混合气的形成。促进混合气的形成。 结构上，促进缸内的涡流运动。结构上，促进缸内的涡流运动。 供给较多的空气。供给较多的空气。 aa大于大于1 1，一般取，一般取1.31.3。但是至少。但是至少30%30%的空气未被利用，使气的空气未被利用，使气缸工作容积的利用程度降低，使升功率、平均有效压力降低，缸工作容积的利用程度降低，使升功率、平均有效压力降低，这与提高其动力性相矛盾。这与提高其动力性相矛盾。2 2、燃烧噪声（工作粗暴）、燃烧噪声（工作粗暴）产生原因：产生原因：速燃期内，速燃期内，急剧升高的压力急剧升高的压力直接使燃烧室壁面及直接使燃烧室壁

17、面及活塞、曲轴等机件产生强烈的振动活塞、曲轴等机件产生强烈的振动, ,并通过气缸壁传到外部，并通过气缸壁传到外部，形成形成燃烧噪音燃烧噪音。 燃烧噪音与燃烧噪音与速燃期内的速燃期内的P/P/有很大关系有很大关系。为使工作柔。为使工作柔和，要求和，要求P/0.4MPa/P/0.4MPa/CACA。降低工作粗暴的根本措施：降低工作粗暴的根本措施：降低压力升高率。降低压力升高率。降低工作粗暴的主要途径：降低工作粗暴的主要途径：缩短着火延迟期缩短着火延迟期减少减少滞燃期内的滞燃期内的喷油量喷油量，选择合适的喷油规律。，选择合适的喷油规律。 好的喷油规律要求：先缓、后急、速断。好的喷油规律要求：先缓、后

18、急、速断。减少着火延迟期内形成的可燃混合气量（油膜蒸发缓和）减少着火延迟期内形成的可燃混合气量（油膜蒸发缓和）四、燃烧过程中存在的问题四、燃烧过程中存在的问题3 3、排气冒黑烟、排气冒黑烟 排气冒烟的原因：排气冒烟的原因：缓燃期内燃油被高温废气包围，存在局缓燃期内燃油被高温废气包围，存在局部过浓和高温缺氧，使燃料裂解、脱氢，最后聚合形成碳部过浓和高温缺氧，使燃料裂解、脱氢，最后聚合形成碳烟。烟。 主要发生在大负荷工况时主要发生在大负荷工况时，如加速、爬坡或超载时。，如加速、爬坡或超载时。 减少冒烟的主要措施减少冒烟的主要措施: :(1)(1)增加过量空气系数。但与提高柴油机的动力性相矛盾。增加

19、过量空气系数。但与提高柴油机的动力性相矛盾。(2)(2)合理组织的空气运动。与改善柴油机工作的柔和性相矛盾。合理组织的空气运动。与改善柴油机工作的柔和性相矛盾。 空气运动的作用：空气运动的作用： 促使油束分散增大混合范围促使油束分散增大混合范围 热混合作用热混合作用四、燃烧过程中存在的问题四、燃烧过程中存在的问题4.4.排气冒蓝烟、白烟排气冒蓝烟、白烟 在冷起动及怠速、低负荷运转时在冷起动及怠速、低负荷运转时，气缸内温度低，燃烧不，气缸内温度低，燃烧不良，不同直径的柴油微粒随废气排出，受光线的反射呈现不良，不同直径的柴油微粒随废气排出，受光线的反射呈现不同的颜色，白烟是由同的颜色，白烟是由0.

20、60.61 1微米的颗粒构成，而蓝烟是由微米的颗粒构成，而蓝烟是由0.60.6微米以下的颗粒构成。微米以下的颗粒构成。 暖机时，一般先冒白烟，后冒蓝烟，然后变为无色。暖机时，一般先冒白烟，后冒蓝烟，然后变为无色。四、燃烧过程中存在的问题四、燃烧过程中存在的问题五、控制噪声与振动的措施五、控制噪声与振动的措施噪声的来源噪声的来源 燃烧噪声（主要部分）燃烧噪声（主要部分） 机械噪声机械噪声 空气动力学噪声空气动力学噪声控制噪声的措施控制噪声的措施 燃烧噪声：燃烧噪声：与减少发动机工作粗暴的措施相同。与减少发动机工作粗暴的措施相同。 机械噪声：机械噪声：取决于运动件的质量、零部件的配合间隙、防止取决

21、于运动件的质量、零部件的配合间隙、防止共振、采用吸振材料。共振、采用吸振材料。 气流噪声：气流噪声：通过优化进排气道结构，防止截面突变；优化风通过优化进排气道结构，防止截面突变；优化风扇；优化消音器；合理匹配配气相位。扇；优化消音器；合理匹配配气相位。 第二节第二节 燃油喷射和雾化燃油喷射和雾化一、喷油系统一、喷油系统喷油泵的作用喷油泵的作用 定时定时、定量定量的经高压油管向各缸的喷油器的经高压油管向各缸的喷油器周期性周期性的供给高压的供给高压燃油。燃油。喷油器的作用喷油器的作用 将喷油泵供给的高压燃油喷入柴油机燃烧室内，利用喷油器将喷油泵供给的高压燃油喷入柴油机燃烧室内，利用喷油器的的多孔结

22、构多孔结构，使燃油雾化成微小油粒，并按，使燃油雾化成微小油粒，并按一定的要求适当一定的要求适当地分布在燃烧室内地分布在燃烧室内。喷射过程喷射过程 从供油开始至喷油停止所占的曲轴转角，约占从供油开始至喷油停止所占的曲轴转角，约占1515-40-40。 喷射过程分三个阶段：喷射过程分三个阶段： 喷射延迟阶段，主喷射阶段，喷射结束阶段。喷射延迟阶段，主喷射阶段，喷射结束阶段。燃油的喷射过程燃油的喷射过程凸轮柱塞泵柱塞腔出油阀针阀1 1、喷射延迟阶段喷射延迟阶段 从喷油泵的柱塞顶封闭进回油口的理论从喷油泵的柱塞顶封闭进回油口的理论供油起始点供油起始点，到喷油，到喷油器针阀开始升起（器针阀开始升起（喷油

23、始点喷油始点）为止。）为止。 出油阀升起后，受压缩的燃油进入高压油管，使喷油泵端的出油阀升起后，受压缩的燃油进入高压油管，使喷油泵端的压力上升，产生压力波并以声速沿高压油管向喷油器端传播。压力上升，产生压力波并以声速沿高压油管向喷油器端传播。当传播到喷油器端的压力超过针阀开启压力时，针阀升起，当传播到喷油器端的压力超过针阀开启压力时，针阀升起，开始喷油。开始喷油。 供油提前角供油提前角供油始点到上止点之间的曲轴转角；供油始点到上止点之间的曲轴转角； 喷油提前角喷油提前角喷油始点到上止点之间的曲轴转角；喷油始点到上止点之间的曲轴转角； 喷油延迟角喷油延迟角供油提前角和喷油提前角的差值。供油提前角

24、和喷油提前角的差值。 影响喷油延迟期的因素影响喷油延迟期的因素 转速升高，喷油延迟角加大。转速升高，喷油延迟角加大。 高压油管较长，压力波传播时间较长，喷油延迟角也会较大。高压油管较长，压力波传播时间较长，喷油延迟角也会较大。2 2、主喷射阶段主喷射阶段从从喷油开始喷油开始到喷油器端的压力开始到喷油器端的压力开始急剧下降急剧下降所对应的所对应的时间或曲轴转角。时间或曲轴转角。针阀升起过程中，针阀升起过程中，针阀上升让出容积针阀上升让出容积以及以及一部分燃油一部分燃油喷入燃烧室内喷入燃烧室内，喷油器端的压力有一短暂下降。，喷油器端的压力有一短暂下降。 喷油泵柱塞持续供油，喷油泵端压力和喷油器端压

25、力喷油泵柱塞持续供油，喷油泵端压力和喷油器端压力都保持在高的水平而不下降，绝大部分燃油以高的喷都保持在高的水平而不下降，绝大部分燃油以高的喷射压力和良好的雾化质量喷入燃烧室内，其持续时间射压力和良好的雾化质量喷入燃烧室内，其持续时间主要取决于主要取决于循环供油量循环供油量和和喷油速率喷油速率。主喷射阶段的影响因素：主喷射阶段的影响因素：负荷增加，主喷射阶段变长。负荷增加，主喷射阶段变长。3 3、喷射结束阶段喷射结束阶段从喷油器端的压力开始从喷油器端的压力开始急剧下降急剧下降到喷油器的到喷油器的针阀完全针阀完全落座落座停止喷油为止。停止喷油为止。喷油泵的回油孔打开和出油阀减压容积的卸载作用，喷油

26、泵的回油孔打开和出油阀减压容积的卸载作用，泵端压力带动喷油器端压力急剧下降，当喷油器端压泵端压力带动喷油器端压力急剧下降，当喷油器端压力低于针阀开启压力时，针阀开始下降。力低于针阀开启压力时，针阀开始下降。喷射结束阶段的特点：喷射结束阶段的特点： 压力降低、所喷燃油雾化不好，造成燃烧恶化。压力降低、所喷燃油雾化不好，造成燃烧恶化。供油规律和喷油规律供油规律和喷油规律 几何供油规律（供油规律）几何供油规律（供油规律） 单位时间（单位时间（ 凸轮轴转角）内油泵的供油量随时间（或凸轮凸轮轴转角）内油泵的供油量随时间（或凸轮轴转角）的变化关系。轴转角）的变化关系。 喷油规律（喷油速率）喷油规律（喷油速

27、率） 单位时间（凸轮轴转角）内喷油器喷入燃烧室内的燃油量单位时间（凸轮轴转角）内喷油器喷入燃烧室内的燃油量随时间（或凸轮轴轴转角）的变化关系。随时间（或凸轮轴轴转角）的变化关系。供油规律和喷油规律的区别供油规律和喷油规律的区别喷油始点迟于供油始点。喷油始点迟于供油始点。喷油持续时间较供油持续时喷油持续时间较供油持续时间长。间长。喷油规律的峰值低于供油规喷油规律的峰值低于供油规律的峰值律的峰值 造成供油规律和喷油规律区别的主要原因造成供油规律和喷油规律区别的主要原因 燃油的可压缩性，使系统内产生压力波的传播；高压油管的燃油的可压缩性，使系统内产生压力波的传播；高压油管的弹性变形引起容积的变化。弹

28、性变形引起容积的变化。 压力波的往复反射和叠加的作用。压力波的往复反射和叠加的作用。 柴油机供油系统的不正常喷射现象柴油机供油系统的不正常喷射现象 二次喷射现象二次喷射现象 滴油现象滴油现象 断续喷射断续喷射 不规则喷射和隔次喷射不规则喷射和隔次喷射 穴蚀穴蚀 二次喷射二次喷射 在喷射终了喷油器针阀落座后，在压力波动的影响下再次升起在喷射终了喷油器针阀落座后，在压力波动的影响下再次升起而喷油的现象。而喷油的现象。危害：危害：（1 1）喷射）喷射压力低压力低，雾化不良，雾化不良，燃烧不完全，燃烧不完全，碳烟增多碳烟增多，易，易引起引起喷孔堵塞喷孔堵塞。（高速大负。（高速大负荷工况）荷工况）（2

29、2）时间长燃烧不及时，经）时间长燃烧不及时，经济性下降，零部件过热济性下降，零部件过热。 解决措施解决措施 尽可能地缩短高压油管长度，减小高压容积，以降低压力波动。尽可能地缩短高压油管长度，减小高压容积，以降低压力波动。 合理选择参数合理选择参数 滴油现象滴油现象 在喷油器针阀密封正常的情况下，喷射终了时由于系统内压力在喷油器针阀密封正常的情况下，喷射终了时由于系统内压力下降过慢使针阀不能迅速落座，出现仍有燃油流出的现象。下降过慢使针阀不能迅速落座，出现仍有燃油流出的现象。危害危害 喷射喷射压力极低压力极低，雾化奇差，使发动机，雾化奇差，使发动机排烟增加。排烟增加。解决措施：解决措施： 合理匹

30、配减压容积，使得压力下降迅速、降低残余压力。合理匹配减压容积，使得压力下降迅速、降低残余压力。 解决措施解决措施 合理匹配供油规律、喷油规合理匹配供油规律、喷油规律及管路结构。律及管路结构。 断续喷射的原因断续喷射的原因 由于在某一瞬间喷油泵的由于在某一瞬间喷油泵的供油量小于供油量小于从喷油器喷出的油量和填从喷油器喷出的油量和填充针阀充针阀上升空出空间的油量上升空出空间的油量之和，造成针阀在喷射过程中周期之和，造成针阀在喷射过程中周期性跳动的现象。性跳动的现象。危害：危害： 喷射喷射压力低压力低，燃烧恶化，燃烧恶化，多次起落磨损偶件。多次起落磨损偶件。 不规则喷射和隔次喷射不规则喷射和隔次喷射

31、 供油量过小时，循环喷油量不断变动，甚至出现有的循环不喷供油量过小时，循环喷油量不断变动，甚至出现有的循环不喷油的现象。主要发生在油的现象。主要发生在怠速和小负荷怠速和小负荷工况。工况。危害危害 循环波动增加、怠循环波动增加、怠速不稳、限制最低稳定速不稳、限制最低稳定转速。转速。解决措施解决措施 减少高压油管的容减少高压油管的容积并提高其刚度。积并提高其刚度。 穴蚀穴蚀 由于在高压容积内的由于在高压容积内的压力波动，压力波动，当高压油路中的当高压油路中的压力极低压力极低（低于燃油的蒸气压）时，会产生油蒸气和（低于燃油的蒸气压）时，会产生油蒸气和空气的气泡，称为空气的气泡，称为气穴气穴。气泡在随

32、后的高压下爆裂而。气泡在随后的高压下爆裂而产生冲击波，对金属表面形成冲击，这种现象多次出产生冲击波，对金属表面形成冲击，这种现象多次出现会导致金属表面的疲劳破坏，称为现会导致金属表面的疲劳破坏，称为穴蚀。穴蚀。 穴蚀会影响到喷油系统的工作可靠性和寿命。穴蚀会影响到喷油系统的工作可靠性和寿命。1.1.燃油的雾化燃油的雾化 燃油在喷油泵中被压缩后，经高压油管在燃油在喷油泵中被压缩后，经高压油管在高压高压（20-20-180MPa180MPa）、）、高速高速的作用下，以的作用下，以雾状形式雾状形式从喷油器喷入燃烧室。从喷油器喷入燃烧室。2 2、油束、油束 燃油与燃烧室中高压空气的相对运动及紊流的作用

33、下，被燃油与燃烧室中高压空气的相对运动及紊流的作用下，被逐步粉碎分散为直径约逐步粉碎分散为直径约2-50um2-50um的液滴，由大小不同的液滴组成的液滴，由大小不同的液滴组成了油束。了油束。3 3、油束的评价指标、油束的评价指标 油束的几何形状油束的几何形状 雾化质量雾化质量二、喷油雾化和油束特性二、喷油雾化和油束特性评价油束几何形状的参数评价油束几何形状的参数 油束射程油束射程L L（又称为贯穿距离）（又称为贯穿距离）, ,表示喷注贯穿深度表示喷注贯穿深度 油束的最大宽度油束的最大宽度B B 喷雾锥角喷雾锥角 ，主要标志，主要标志油束的紧密程度油束的紧密程度。 贯穿率贯穿率，油束的，油束的

34、贯穿距离贯穿距离与与喷嘴到燃烧室壁的距离喷嘴到燃烧室壁的距离之比。之比。雾化质量的评价指标雾化质量的评价指标 细微度：细微度：用液滴平均直径来表示（索特平均直径用液滴平均直径来表示（索特平均直径SMD） 均匀度：均匀度：油束中液滴大小相同的程度及液滴在油束内部分的均油束中液滴大小相同的程度及液滴在油束内部分的均匀程度。匀程度。影响油束几何形状的主要因素：影响油束几何形状的主要因素：喷射压力、喷孔直径和数量、喷油器喷孔的长度直径比和空气喷射压力、喷孔直径和数量、喷油器喷孔的长度直径比和空气与燃油密度比、空气流动状态等。与燃油密度比、空气流动状态等。空气运动对混合气形成的影响空气运动对混合气形成的

35、影响涡流运动能加速雾化的油滴与涡流运动能加速雾化的油滴与周围空气的混合，促进燃烧过周围空气的混合，促进燃烧过程的进行。程的进行。涡流过强，会使燃烧产物与邻涡流过强，会使燃烧产物与邻近的喷注重叠；涡流过强也使近的喷注重叠；涡流过强也使进气阻力加大，充量系数下降。进气阻力加大，充量系数下降。多孔喷油嘴的混合气形成多孔喷油嘴的混合气形成a 静止空气静止空气 b 空气作旋转运动空气作旋转运动第三节第三节 混合气的形成和燃烧室混合气的形成和燃烧室1 1柴油机燃烧室的分类柴油机燃烧室的分类直接喷射式燃烧室直接喷射式燃烧室分隔式燃烧室分隔式燃烧室p直接喷射式燃烧室根据凹坑深度分类直接喷射式燃烧室根据凹坑深度

36、分类p开式燃烧室开式燃烧室浅坑型，如浅坑型，如浅盆形浅盆形或或浅浅形形燃烧室燃烧室p半开式燃烧室半开式燃烧室深坑型，如深坑型，如形形和和球形球形燃烧室燃烧室 开式燃烧室开式燃烧室 Dk/D0.65-0.8 半开式燃烧室半开式燃烧室Dk/D=0.35-0.65Dk：燃烧室喉口直径；：燃烧室喉口直径；D：发动机汽缸直径。：发动机汽缸直径。 对于车用高速发动机来说，通常都采用半开式的。对于车用高速发动机来说，通常都采用半开式的。p分隔式燃烧室分类：分隔式燃烧室分类：涡流室燃烧室和涡流室燃烧室和预燃室式燃烧室预燃室式燃烧室 直喷式燃烧室的结构特点：直喷式燃烧室的结构特点：整个燃烧室由气缸盖底平面、活塞

37、顶面及气缸壁所形成的统一整个燃烧室由气缸盖底平面、活塞顶面及气缸壁所形成的统一空间，活塞顶上均开有深浅不同、形状各异的凹坑。空间，活塞顶上均开有深浅不同、形状各异的凹坑。开式燃烧室空气利用率低，但经济性好，主要用在大中型柴油开式燃烧室空气利用率低，但经济性好，主要用在大中型柴油机上。机上。半开式燃烧室的空气涡流运动：半开式燃烧室的空气涡流运动： 1 1）进气涡流）进气涡流- -利用进气道内腔和气利用进气道内腔和气阀形状以及气阀相对于气缸壁的位置使气阀形状以及气阀相对于气缸壁的位置使气流沿限定方向运动而形成的。流沿限定方向运动而形成的。进气涡流的形成方式分为：进气涡流的形成方式分为：切向进气道切

38、向进气道和和螺旋进气道。螺旋进气道。切向进气道：切向进气道：气道母线与气缸相切，气道母线与气缸相切，气道形状较平直，在气门前强烈收缩，气气道形状较平直，在气门前强烈收缩，气流通过切向进气道时速度愈来愈快，并且流通过切向进气道时速度愈来愈快，并且沿切向方向进入气缸，在气缸壁上转向，沿切向方向进入气缸，在气缸壁上转向，产生绕气缸中心线的气流旋转运动。产生绕气缸中心线的气流旋转运动。2 2、直喷式燃烧室的空气涡流运动、直喷式燃烧室的空气涡流运动切向进气道的优点：切向进气道的优点：结构简单，流动阻力较小，有利于提高充结构简单，流动阻力较小，有利于提高充气效率。气效率。切向进气道的缺点：切向进气道的缺点

39、：对气口位置敏感。对气口位置敏感。螺旋进气道螺旋进气道优点：优点：产生较强的进气产生较强的进气涡流。涡流。缺点：缺点：几何尺寸和制造几何尺寸和制造工艺要求较高，调试工作工艺要求较高，调试工作量较大，进气阻力大。量较大，进气阻力大。2 2）挤气涡流）挤气涡流在压缩行程后期，活塞接近上止点时，活塞顶在压缩行程后期，活塞接近上止点时，活塞顶上方环形空间中的空气被挤入活塞顶部的燃烧室内，造成的空气上方环形空间中的空气被挤入活塞顶部的燃烧室内，造成的空气的涡流运动。的涡流运动。 逆挤流逆挤流当活塞下行时燃烧室中的空气向外流到环形空间当活塞下行时燃烧室中的空气向外流到环形空间产生膨胀流动。产生膨胀流动。

40、燃烧室的燃烧室的喉口直径喉口直径及及挤气间隙挤气间隙越小，则挤流越强。越小，则挤流越强。3 3、以、以型为代表的半开式燃烧室型为代表的半开式燃烧室型半开式燃烧室的特点：型半开式燃烧室的特点：采用多喷孔喷嘴（采用多喷孔喷嘴（3-5孔）孔）组织进气涡流，加速混合气形成组织进气涡流，加速混合气形成型半开式燃烧室的主要结构参数：型半开式燃烧室的主要结构参数：口径比口径比d dk k/D /D d dk k/D=0.4-0.65/D=0.4-0.65；口径比的大小要与喷注射程、；口径比的大小要与喷注射程、涡流强度互相配合。涡流强度互相配合。K K系数系数 V Vk k/Vc /Vc V Vk k/Vc=

41、0.75-/Vc=0.75-0.850.85 V Vk k：凹坑内燃烧室容积；：凹坑内燃烧室容积；VcVc：压缩容积。：压缩容积。 V Vk k/Vc/Vc，相对散热面积小，相对散热面积小，使挤流加强，有利于燃油与空使挤流加强，有利于燃油与空气的混合。气的混合。型半开式燃烧室的优缺点：型半开式燃烧室的优缺点：结构简单，相对散热面积小，结构简单，相对散热面积小，经济性好经济性好。散热面积小，压缩终点温度容易建立，有利于改善散热面积小，压缩终点温度容易建立，有利于改善低温起动性低温起动性。喷油器开启压力比较大，一般在喷油器开启压力比较大，一般在22MPa22MPa以上，喷油泵易磨损。以上，喷油泵易

42、磨损。滞燃期中形成较多的可燃混合气量，使得压力升高率增大，产滞燃期中形成较多的可燃混合气量，使得压力升高率增大，产生工作粗暴。生工作粗暴。过量空气系数较大，过量空气系数较大，全负荷时全负荷时过量空气系数在过量空气系数在1.31.3以上，同时以上，同时对对转速变化比较敏感转速变化比较敏感。温度较高温度较高，空气在高温停留时，空气在高温停留时间又长，故间又长，故NOxNOx排放高，比分隔排放高，比分隔式燃烧室大。式燃烧室大。4 4、分隔式燃烧室、分隔式燃烧室主燃烧室主燃烧室设于活塞顶上设于活塞顶上副燃烧室副燃烧室则在气缸盖内，其间用通道相连则在气缸盖内，其间用通道相连1 1）涡流室式燃烧室涡流室式

43、燃烧室 主要结构特点：主要结构特点：一般一般Vk/Vc=50%-80%，通道，通道截面约为活塞面积的截面约为活塞面积的0.9-3.5%。涡流室通常由涡流室通常由两部分两部分组成，上组成，上部与气缸盖铸在一起，下部在部与气缸盖铸在一起，下部在活塞顶，中间由耐热钢制成的活塞顶，中间由耐热钢制成的保温镶块连接。保温镶块连接。混合气形成特点：混合气形成特点：随着转速的增加，涡流增加。随着转速的增加，涡流增加。部分燃油在通道口附近，靠近壁面部分燃油在通道口附近，靠近壁面处着火。处着火。二次涡流（燃烧涡流）进一步混合。二次涡流（燃烧涡流）进一步混合。对燃油适应性好。对燃油适应性好。优点：优点：a较小，全负

44、荷较小，全负荷a=1.2-1.3，最低可到，最低可到1.1，空气利用率较，空气利用率较高。高。对对喷雾质量要求不高喷雾质量要求不高，可用单孔式喷嘴，可用单孔式喷嘴，开启压力较低开启压力较低12-14MPa；对燃油系的要求低，减少喷嘴堵塞现象。；对燃油系的要求低，减少喷嘴堵塞现象。1 1）涡流室式燃烧室涡流室式燃烧室 优点：优点：对对转速变化不敏感转速变化不敏感，高速性好，高速性好，最高转速可达最高转速可达5000r/min。压力升高率较低，压力升高率较低，运转平稳；运转平稳；排气污染小排气污染小，易于调试；使用，易于调试；使用性能稳定。性能稳定。1 1）涡流室式燃烧室涡流室式燃烧室 缺点：缺点

45、：相对相对散热表面积较大散热表面积较大。气体气体二次二次经过通道经过通道节流节流，流动损失也较大流动损失也较大。冷起动性差冷起动性差，压缩比为，压缩比为18-23，需要起动辅助装置。，需要起动辅助装置。通道口热负荷很高通道口热负荷很高，容易引起热裂等毛病。，容易引起热裂等毛病。经济性不如直喷式柴油机。经济性不如直喷式柴油机。2 2）预燃室）预燃室式燃烧室式燃烧室 主要结构特点：主要结构特点：一般一般Vk/Vc=30%-40%。预燃室和主燃室用预燃室和主燃室用一个一个或几个小孔或几个小孔（或称喷孔）（或称喷孔）相连通，小孔总截面积相连通，小孔总截面积与活塞截面积之比只有与活塞截面积之比只有0.2

46、5-0.7%。混合气形成特点：混合气形成特点：压缩紊流。压缩紊流。燃油喷入预燃室避免与气流正面相撞。燃油喷入预燃室避免与气流正面相撞。气流将一小部分小油粒带向预燃室的上方形成火源。气流将一小部分小油粒带向预燃室的上方形成火源。2 2）预燃室）预燃室式燃烧室式燃烧室优点：优点：同涡流室燃烧室同涡流室燃烧室缺点：缺点：流动损失大，散热面积大，流动损失大，散热面积大，散热损失大，经济性差，散热损失大，经济性差，耗油率高，耗油率高，be=250-285g/(kWh)冷起动困难冷起动困难，压缩比较高，压缩比较高，一般为一般为18-23，需要起动辅，需要起动辅助装置。助装置。低转速时噪声大低转速时噪声大5

47、 5、燃烧室的比较、燃烧室的比较直喷式：直喷式：热效率高，经济性好，对转速较敏感，噪声高，排气热效率高，经济性好，对转速较敏感，噪声高，排气污染较大。污染较大。球型：球型：发展趋势不大，主要是性能难于稳定，低速性能不好。发展趋势不大，主要是性能难于稳定，低速性能不好。涡流室：涡流室：高速性能好，升功率较大，噪声较小以及排气污染较高速性能好，升功率较大，噪声较小以及排气污染较低，适合小缸径发动机，缺点是经济性差，耗油率较高，起动低，适合小缸径发动机，缺点是经济性差，耗油率较高，起动困难。困难。预燃室：预燃室：对燃料供给系统要求最低，生产、保养较易，工作柔对燃料供给系统要求最低，生产、保养较易，工

48、作柔和，排污小。用于和，排污小。用于n2500-3000r/min的小型高速柴油机上。但其的小型高速柴油机上。但其能量损失大，耗油率高，起动性差，怠速噪声大。能量损失大，耗油率高，起动性差，怠速噪声大。选择燃烧室时选择燃烧室时主要的依据主要的依据是缸径、转速及使用要求，并要考虑是缸径、转速及使用要求，并要考虑当前制造和使用水平。当前制造和使用水平。燃燃烧烧系系统统特特点点对比项目对比项目直喷式燃烧室直喷式燃烧室分隔式燃烧室分隔式燃烧室浅盆形（开式）浅盆形（开式）形形球形球形涡流室涡流室预燃室预燃室混合气形成方式混合气形成方式空间雾化空间雾化空间雾化空间雾化油膜蒸发油膜蒸发空间雾化为主空间雾化为

49、主空间雾化空间雾化压缩比压缩比12151618171918221822空气运动空气运动无涡流或弱无涡流或弱进气涡流进气涡流较强进气较强进气涡流和挤流涡流和挤流强进气强进气涡流涡流压缩涡流压缩涡流和燃烧涡流和燃烧涡流压缩涡流和压缩涡流和燃烧涡（湍）流燃烧涡（湍）流全负荷过量空气系数全负荷过量空气系数1.62.21.41.71.31.51.21.61.21.6热损失和流动损失热损失和流动损失小小较小较小较小较小大大最大最大喷油器喷油器612孔孔46孔孔12孔孔轴针式轴针式轴针式轴针式开启压力开启压力/(MPa)2040182517191012813燃油雾化燃油雾化要求高要求高要求较高要求较高一般一

50、般要求较低要求较低要求低要求低性性能能特特点点be/(g/kW.h)190210218245218245231272245292NOx高高较高较高中等中等低低低低HC较低较低高高高高低低低低噪声噪声最高最高较高较高较低较低低低低低起动性起动性容易容易较容易较容易难难难难最难最难适应转速适应转速/(r/min)15004000250050003500适应缸径适应缸径/(mm)20015090130100100各种燃烧室比较各种燃烧室比较第四节第四节 影响燃烧过程的因素影响燃烧过程的因素一、燃料性质的影响一、燃料性质的影响1 1燃油的着火性燃油的着火性 十六烷值高，着火性好，滞燃期短，十六烷值高，

51、着火性好，滞燃期短，P/较小，工作柔和。较小，工作柔和。十六烷值高，起动性好。十六烷值高，起动性好。 十六烷值过高，使燃油来不及混合就燃烧，冒烟。十六烷值过高，使燃油来不及混合就燃烧，冒烟。 十六烷值对燃烧过程的影响十六烷值对燃烧过程的影响。2 2 蒸发性蒸发性 蒸发性过好，工作粗暴。蒸发性过好，工作粗暴。 蒸发性差，燃烧不完全。蒸发性差，燃烧不完全。 蒸发性适中蒸发性适中 燃油的十六烷值和馏程均要适当，互相配合。一般高速柴油燃油的十六烷值和馏程均要适当，互相配合。一般高速柴油机燃油的十六烷值大致为机燃油的十六烷值大致为40-50，馏程为，馏程为200-365左右。左右。 二、压缩性二、压缩性的影响的影响 TcTc、PcPc滞燃期缩短，工作柔和，改善滞燃期缩短，工作柔和，改善柴油机冷起动性。柴油机冷起动性。 但但过大过大PzPz，机械磨损，机械磨损，使用寿命，使用寿命。 当当2121时，时，i i的提高不明显。的提高不明显。 柴油机合适的压缩比主要是根据冷起动的需要来确柴油机合适的压缩比主要是根据冷起动的需要来确定。定。三、使用方面因素的影响三、使用方面因素的影响（一）喷油规律（一）喷油规律 柴油机结构一定时，放热规律取决于喷油规律。柴油机结构一定时，放热规律取决于喷油规律。 理想的喷油持续角为理想的喷油持续角为1515353