第6章 柴油混合气形成及燃烧(上课用) (1)

1、汽车发动机原理汽车发动机原理同学们好第六章 柴油机混合气形成与燃烧 第六章 柴油机混合气形成与燃烧 重点内容第六章重点内容第六章重点内容1柴油机燃烧过程及其分段；柴油机燃烧过程柴油机燃烧过程及其分段；柴油机燃烧过程的评价；的评价；2 2柴油机燃烧的影响因素。柴油机燃烧的影响因素。3 3柴油机混合气的形成方式及特点；燃油喷射柴油机混合气的形成方式及特点；燃油喷射过程；过程；4 4柴油机燃烧室的基本要求；柴油机燃烧室的柴油机燃烧室的基本要求；柴油机燃烧室的类型与特点。类型与特点。6-1 柴油机热功转换的特点柴油机热功转换的特点柴油机以柴油机以， 循环热效率。循环热效率。混合气形成和燃烧特点：混合气

2、形成和燃烧特点：混合气形成时间极短；混合气形成时间极短；混合气空间时间分布极不均匀；混合气空间时间分布极不均匀；燃料喷射过程和燃烧过程同时存在。燃料喷射过程和燃烧过程同时存在。质调节：质调节： 输出功，输出功， 喷油量喷油量 ；喷射期间喷射期间 ，散热，散热损失；反之极短时间内快速喷射燃烧损失；反之极短时间内快速喷射燃烧粗暴粗暴; 发动机性能发动机性能放热功率放热功率喷油规律喷油规律混合气形成混合气形成 第六章 柴油机混合气形成与燃烧 柴油机燃烧过程5. 1 柴油机燃烧过程柴油机燃烧过程5.1.1 正常燃烧过程正常燃烧过程 以展开示功图研究燃烧过程。压缩线压缩线无燃烧无燃烧膨胀线膨胀线喷油喷油

3、着火着火最高压力最高压力最高温度最高温度压缩线压缩线无燃烧无燃烧膨胀线膨胀线喷油喷油着火着火最高压力最高压力最高温度最高温度着火延迟期着火延迟期快速燃烧期快速燃烧期缓燃期缓燃期后燃期后燃期喷油提前角喷油提前角第六章 柴油机混合气形成与燃烧6.1 柴油机燃烧过程柴油机燃烧过程第六章 柴油机混合气形成与燃烧6.1 柴油机燃烧过程柴油机燃烧过程 柴油机燃烧分为正常燃烧正常燃烧与非正常燃烧非正常燃烧。 正常燃烧是指发动机正常工作的燃烧，是相对于不正常燃烧而言的。 柴油机正常燃烧过程分为 四个阶段： （1）着火延迟期着火延迟期 （1 2） 即阶段。阶段。 （2）快速燃烧期快速燃烧期 （2 3） 即阶段。

4、阶段。 （3）缓燃期缓燃期 （3 4） 即阶段。阶段。 （4）后燃期后燃期 （4 ） 即阶段。阶段。 与汽油机相比，柴油机多了一个缓燃期。着火延迟期 （阶段）从喷油开始到压力线脱离压缩线所占用的曲轴转角。快速燃烧期 （ 阶段）从压力线脱离压缩线到出现最高燃烧压力所占用的曲轴转角。缓燃期 （ 阶段）从最高燃烧压力到出现最高燃烧温度所占用的曲轴转角。后燃期 （ 阶段）最高燃烧温度出现以后的燃烧。第六章 柴油机混合气形成与燃烧6.1 柴油机燃烧过程柴油机燃烧过程第六章 柴油机混合气形成与燃烧6.1 柴油机燃烧过程柴油机燃烧过程最高温度最高温度最高压力最高压力第六章 柴油机混合气形成与燃烧6.1 柴油

5、机燃烧过程柴油机燃烧过程1正常燃烧过程的评价正常燃烧过程的评价 A、特点：过程复杂，有物理准备 形成混合气，(雾化，加热，蒸发，扩散和混合。)有化学准备 氧化反应速度逐渐加快；（裂化，着火前的氧化反应）缸内压力无明显升高。 B、评价指标 着火延迟期长度着火延迟期长度Dj12 = j2 -j1（1 1）着火延迟期）着火延迟期着火延迟期着火延迟期喷油提前角喷油提前角 C、影响因素：影响因素： 十六烷值 十六烷值高，着火延迟期短。 点火时的缸内气体状态点火时的缸内气体状态 气体温度和压力越高，着火延迟期越短。 喷油提前角喷油提前角 从喷油到上止点间的曲轴转角。着火延迟期的影响因素着火延迟期的影响因素

6、 十六烷值十六烷值 温度温度 压力压力 燃烧室形式燃烧室形式 壁温壁温注意：柴油机着火落后期长短会明显影响注意：柴油机着火落后期长短会明显影响滞燃期内喷油量和滞燃期内喷油量和预制混合气量预制混合气量的多少，从而影响柴油机的燃烧特性、动力经的多少，从而影响柴油机的燃烧特性、动力经济性、排改特性以及噪声振动，必须精确控制济性、排改特性以及噪声振动，必须精确控制. .第六章 柴油机混合气形成与燃烧6.1 柴油机燃烧过程柴油机燃烧过程1正常燃烧过程的评价正常燃烧过程的评价 A、特点： 预混燃烧、多点燃烧；同时又形成混合气；缸内压力急剧升高。 B、评价指标 最高燃烧压力最高燃烧压力（最高爆发压力）pZ

7、以及出现时刻出现时刻j j3 3 。 希望j3在上止点后15 20曲轴转角之内。 平均压力升高率平均压力升高率 表示压力升高的急剧程度。（2 2）速燃期）速燃期232jjjDDpppz速燃期速燃期第六章 柴油机混合气形成与燃烧6.1 柴油机燃烧过程柴油机燃烧过程1正常燃烧过程的评价正常燃烧过程的评价（2 2）速燃期）速燃期速燃期速燃期 C C、燃烧过程、燃烧过程 燃烧为预混燃烧，开燃烧为预混燃烧，开始是着火延迟期形成的非始是着火延迟期形成的非均质混合气中多点燃烧，均质混合气中多点燃烧，后来燃烧的是喷束扩散形后来燃烧的是喷束扩散形成的混合气，转入扩散燃成的混合气，转入扩散燃烧。烧。 因为是多点燃

8、烧，故因为是多点燃烧，故燃烧速度快，压力升高率燃烧速度快，压力升高率大，工作粗暴，振动强，大，工作粗暴，振动强，噪声高。噪声高。平均压力升高率平均压力升高率 平均压力升高率决定了柴油机运转的平稳性，平均压力升高率决定了柴油机运转的平稳性，若压力升高率过大，则柴油机工作粗暴，燃烧若压力升高率过大，则柴油机工作粗暴，燃烧噪声大；同时运动零件承受较大的冲击负荷，噪声大；同时运动零件承受较大的冲击负荷，影响其工作可靠性和使用寿命；但由于燃烧迅影响其工作可靠性和使用寿命；但由于燃烧迅速进行，柴油机的经济性和动力性会较好速进行，柴油机的经济性和动力性会较好第六章 柴油机混合气形成与燃烧6.1 柴油机燃烧过

9、程柴油机燃烧过程1正常燃烧过程的评价正常燃烧过程的评价 A、特点： 扩散燃烧；可能有边喷射、边形成混合气、边燃烧；缸内压力下降慢。 B、评价指标 最高燃烧温度最高燃烧温度TZ 缓燃期延续时间缓燃期延续时间 Dj34 = j4 j3 希望尽量缩短 C、燃烧过程 比较粗大的油滴独立燃烧，气流运动对完善过程作用极大。如燃烧不好，出现碳烟排放。（3 3）缓燃期）缓燃期缓燃期缓燃期第六章 柴油机混合气形成与燃烧6.1 柴油机燃烧过程柴油机燃烧过程1正常燃烧过程的评价正常燃烧过程的评价 特点：特点： 燃烧速度慢，燃烧放热燃烧速度慢，燃烧放热因活塞下行不能利用，反而因活塞下行不能利用，反而使排气温度升高。使

10、排气温度升高。 后燃虽不能绝对消除，后燃虽不能绝对消除，但通过完善燃烧过程，可尽但通过完善燃烧过程，可尽量减少。量减少。（4 4）后燃期）后燃期后燃期后燃期远离上止点放热，大量的热传给冷却系，使排气温度升高，零件热负荷增加，导致柴油机动力性、经济性下降，故应尽量减少后燃。三、燃烧过程中存在的问题三、燃烧过程中存在的问题 1.1.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、混合气形成时间短，边喷油、边混合、 边燃烧。边燃烧。 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

11、内的涡流运动。 供给较多的空气。供给较多的空气。 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，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，这与提高其动力性相矛盾。压力降低，这与提高其动力性相矛盾。 2.2.工作粗暴，燃烧噪音较大。工作粗暴，燃烧噪音较大。 速燃期内速燃期内, ,急剧升高的压力直接使燃烧室壁面急剧升高的压力直接使燃烧室壁面及活塞、曲轴等机件产生强烈的振动及活塞、曲轴等机件产生强烈的振动, ,并通过气并通过气缸壁传到外部缸壁传到外部, ,形成燃烧噪音。形成燃烧

12、噪音。 燃烧噪音与速燃期内的燃烧噪音与速燃期内的P/P/有很大关系。有很大关系。为使工作柔和，要求为使工作柔和，要求P/400kpa/P/400kpa/CACA。 P/P/的大小主要与滞燃期中形成的可燃混的大小主要与滞燃期中形成的可燃混合气的数量有关，缩短着火延迟时间合气的数量有关，缩短着火延迟时间i i，减少，减少滞燃期内的喷油量，抑制此阶段混合气的形成滞燃期内的喷油量，抑制此阶段混合气的形成, ,可减小燃烧噪音可减小燃烧噪音, ,但与提高动力性相矛盾。但与提高动力性相矛盾。3.3.排气冒黑烟排气冒黑烟 主要发生在大负荷工况时，如加速，爬坡时。主要发生在大负荷工况时，如加速，爬坡时。 燃油在

13、高温缺氧下燃烧时易形成碳烟。燃油在高温缺氧下燃烧时易形成碳烟。减少黑烟的主要措施减少黑烟的主要措施: : (1) (1)增加过量空气系数增加过量空气系数。但与提高柴油机的动。但与提高柴油机的动力性相矛盾。力性相矛盾。（2 2）改善混合气的形成。与改善柴油机工作的柔）改善混合气的形成。与改善柴油机工作的柔和性相矛盾。和性相矛盾。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，气缸内温度在冷起动及怠速、低负荷运转时，气缸内温度低，燃烧不良，不同直径的柴油微粒随废气排出，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同的颜色，白烟是由受光线的反射呈现不同的颜色

14、，白烟是由0.60.61 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微米以下的颗微米以下的颗粒构成。粒构成。 暖机时，一般先冒白烟，后冒蓝烟，然后变为暖机时，一般先冒白烟，后冒蓝烟，然后变为无色。无色。二、燃烧放热规律二、燃烧放热规律： 放热速率随时间（曲轴转角）变化规律；放热速率随时间（曲轴转角）变化规律； 组织燃烧过程的关键组织燃烧过程的关键影响性能、排放。影响性能、排放。 瞬时放热率瞬时放热率：燃烧过程中任一时刻，单位时间内：燃烧过程中任一时刻，单位时间内（每度曲轴转角）燃烧所放出的热量。（每度曲轴转角）燃烧所放出的热量。由能量守恒律和热一定律由能量守恒律和热一定

15、律 ：瞬时累计放瞬时累计放热百分比热百分比放热率放热率jjjjjjddQddWddUddQddQddQWWB放热放热率率工质工质吸热吸热率率传热传热率率 累计放热率累计放热率x： 从燃烧过程开始至任一时刻为止燃烧所放出的累积从燃烧过程开始至任一时刻为止燃烧所放出的累积热量与每循环燃料燃烧总热量之比。热量与每循环燃料燃烧总热量之比。 影响因素：燃烧室结构，及其内部气流状态；影响因素：燃烧室结构，及其内部气流状态； 喷射方式喷射方式高压喷射，先导喷射等高压喷射，先导喷射等2110jjjjdddQHgQQxBubBB 工质的做功能力：工质的做功能力： 燃烧期间工质质量燃烧期间工质质量m变化很小，故令

16、变化很小，故令 dTmcmdudUv对工质的加热率：对工质的加热率： jjjddWddUddQ工质对活塞做功：工质对活塞做功： pdVdW ,mRTpV 又又,vpccRvpcck 燃烧后气缸压力变化率：燃烧后气缸压力变化率： jjjddVVpkddQVkddp1pdp/dj j(工质做功能力工质做功能力)，与燃烧规律和膨胀速率有关，与燃烧规律和膨胀速率有关 控制燃烧过程控制燃烧过程放热规律的三要素：放热规律的三要素： 燃烧始点燃烧始点喷射时刻；喷射时刻； 放热规律曲线形状放热规律曲线形状喷射规律喷射规律； 燃烧持续时间燃烧持续时间扩散速率扩散速率燃烧室内部气流特性，和燃料喷射方式的优化燃烧室

17、内部气流特性，和燃料喷射方式的优化匹配是控制柴油机燃烧放热规律的主要手段。匹配是控制柴油机燃烧放热规律的主要手段。 图5-15 88 燃烧放热规律影响到燃烧过程中缸内燃烧放热规律影响到燃烧过程中缸内压力温度的变化进而影响到柴油机的性能。压力温度的变化进而影响到柴油机的性能。图图5-15燃烧放热规律燃烧放热规律 图图6-3 柴油机与汽油机的放热规律柴油机与汽油机的放热规律定义：定义：放热率放热率dQ/d(dQ/d(每度曲轴转每度曲轴转角的放热量角的放热量) )随曲轴随曲轴转角的变化关系。转角的变化关系。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。 四、燃烧过程的放

18、热规律四、燃烧过程的放热规律理想的放热规律应想的放热规律应为：为：曲线要先缓后急。曲线要先缓后急。放热开始时刻要适放热开始时刻要适当提前当提前, ,持续时间为持续时间为4040CACA。在燃烧期内，放热过程分三个阶段：在燃烧期内，放热过程分三个阶段： 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 3-7A3-7A。 扩散燃烧阶段扩散燃烧阶段对应缓燃期，放热率下降，为主放对应缓燃期，放热率下降，为主放 热阶段，历时热阶段，历时40A40A。 这两个阶段放热达这两个阶段放热达80%80%。 放热放热“尾巴尾巴”对应后燃期，放热对应后燃期，放热20%20%。放

19、热规律三要素：燃烧始点、放热曲线形状、持放热规律三要素：燃烧始点、放热曲线形状、持续时间。续时间。燃烧始点燃烧始点使最高压力发生在上止点后使最高压力发生在上止点后78 A78 A。曲线形状曲线形状开始放热适中开始放热适中, ,然后燃烧加快，尾巴尽量短。然后燃烧加快，尾巴尽量短。燃烧持续时间燃烧持续时间最佳约为最佳约为40 A40 A放热规律与压力变化放热规律与压力变化（二）理想的燃烧放热（二）理想的燃烧放热规律及其控制规律及其控制1. 放热始点放热始点 放热始点的位置能保证放热始点的位置能保证该循环有最大指示热效该循环有最大指示热效率。率。柴油机通过喷油提前角柴油机通过喷油提前角的变化以及着火

20、落后期的变化以及着火落后期长短来加以调控。长短来加以调控。图图5-16 喷油提前角的调节特性喷油提前角的调节特性2. 放热持续期放热持续期 放热持续期首先取决于喷油持续角的大小。其次，放热持续期首先取决于喷油持续角的大小。其次，取决于扩散燃烧期内混合气形成的快慢和完善程取决于扩散燃烧期内混合气形成的快慢和完善程度。度。3. 放热规律曲线形状放热规律曲线形状 直喷式燃烧室柴油机的瞬直喷式燃烧室柴油机的瞬时放热速率和累积放热百时放热速率和累积放热百分比在燃烧的起始阶段上分比在燃烧的起始阶段上升最快，放热速率很快就升最快，放热速率很快就达到最大值。达到最大值。 高速的直喷式燃烧室柴油高速的直喷式燃烧

21、室柴油机的放热速率往往呈现双机的放热速率往往呈现双峰的特点。峰的特点。在燃烧的起始阶段，非直在燃烧的起始阶段，非直喷式式燃烧室柴油机的放喷式式燃烧室柴油机的放热速率和累积放热百分比热速率和累积放热百分比都上升得比较慢，放热速都上升得比较慢，放热速率的最大值也较低。率的最大值也较低。图图5-18不同类型柴油机的燃烧放热规律比较不同类型柴油机的燃烧放热规律比较1汽油机汽油机 2直喷式燃烧室柴油机直喷式燃烧室柴油机3涡流室燃烧室柴油机涡流室燃烧室柴油机 4预燃室燃烧室柴油机预燃室燃烧室柴油机第六章 柴油机混合气形成与燃烧6. 2 柴油机混合气形成过程柴油机混合气形成过程6.2.1 柴油机混合气形成特

22、点柴油机混合气形成特点1、混合气形成方式、混合气形成方式 根据混合气形成原理即对雾化质量的要求，柴油机混合气有根据混合气形成原理即对雾化质量的要求，柴油机混合气有两种基本形成方式。两种基本形成方式。 空间雾化混合空间雾化混合 利用燃油与空气的相对运动形成混合气。雾化质量越高，混利用燃油与空气的相对运动形成混合气。雾化质量越高，混合气形成越快，混合越均匀。合气形成越快，混合越均匀。 空间雾化形成的混合气，包括完全气相和极其细小油滴。空间雾化形成的混合气，包括完全气相和极其细小油滴。 油膜蒸发混合油膜蒸发混合 利用燃烧室壁面高温使其表面的燃油油膜蒸发形成混合气。利用燃烧室壁面高温使其表面的燃油油膜

23、蒸发形成混合气。燃烧室壁温越高，混合气形成越快。燃烧室壁温越高，混合气形成越快。 油膜蒸发形成的混合气是完全气相的。油膜蒸发形成的混合气是完全气相的。 在实际柴油机中，混合气形成兼有两种方式，不能截然区分在实际柴油机中，混合气形成兼有两种方式，不能截然区分开，只是何种方式为主。开，只是何种方式为主。2. 混合气形成基本方式混合气形成基本方式1、空间雾化混合空间雾化混合 将燃油喷向燃烧室空间燃烧室空间进行雾化，通过燃油与空气间的相互运动和扩散，在空间形成可燃混合气。la) 静止空气静止空气 时时 空间雾化混合空间雾化混合 lb) 空气作旋转运动空气作旋转运动 空间雾化混合空间雾化混合 图图5-1

24、9 直喷式柴油机的空间雾化混合气形成方式直喷式柴油机的空间雾化混合气形成方式a) 静止空气静止空气 b) 空气作旋转运动空气作旋转运动2、 壁面油膜蒸发混合壁面油膜蒸发混合 燃油沿壁面顺气流喷射，在强燃油沿壁面顺气流喷射，在强烈的涡流作用下，在燃烧室壁面上烈的涡流作用下，在燃烧室壁面上形成一层很薄的油膜。形成一层很薄的油膜。 着火前，燃烧室壁温较低下，着火前，燃烧室壁温较低下，油膜底层保持液态，表层油膜开始油膜底层保持液态，表层油膜开始时以较低速度蒸发，加上喷油射束时以较低速度蒸发，加上喷油射束在空间的少量蒸发，形成少量可燃在空间的少量蒸发，形成少量可燃混合气。混合气。着火后，随燃烧的进行，油

25、膜受热着火后，随燃烧的进行，油膜受热逐层加速蒸发，使混合气形成速度逐层加速蒸发，使混合气形成速度和燃烧速度加速。和燃烧速度加速。图图5-20 油膜蒸发混合方式油膜蒸发混合方式第六章 柴油机混合气形成与燃烧6. 2 柴油机混合气形成过程柴油机混合气形成过程6.2.1 柴油机混合气形成特点柴油机混合气形成特点2、混合气形成特点、混合气形成特点 柴油机混合气形成在气缸中进行。这是因为柴油蒸发性差，需要利用气缸内压缩高温的缘故。柴油机混合气形成的特点是：混合气形成时间短；混合气不均匀；空气过量； 多数情况下，需要组织空气运动。3、混合气形成过程、混合气形成过程 空间雾化混合空间雾化混合 雾化 蒸发 扩

26、散混合 油膜蒸发混合油膜蒸发混合 蒸发 扩散混合 因此，油膜蒸发混合必须组织空气运动。第六章 柴油机混合气形成与燃烧6. 2 柴油机混合气形成过程柴油机混合气形成过程6.2.2 对燃油系统的要求对燃油系统的要求 1、不能有不正常喷射； 2、尽量接近按理想喷油规律工作； 3、根据发动机工况，可以调节循环供油量； 4、各气缸循环供油量均匀； 5、根据燃烧室特点控制油束特性。两种混合方式的特点工作柔和工作粗暴滞燃期形成的可燃混合气数量少滞燃期形成的可燃混合气数量多混合气是气相混合气混合气是气液两相混合气燃料在壁面上形成油膜燃料在空气中是细小油滴大部分燃料涂布到壁面上大部分燃料喷射雾化油膜蒸发混合空间

27、雾化混合三、柴油机燃烧室三、柴油机燃烧室直接喷射式燃烧室直接喷射式燃烧室非直喷式燃烧室（分开式燃烧室）非直喷式燃烧室（分开式燃烧室）第六章 柴油机混合气形成与燃烧 典型柴油机燃烧室6. 3 典型柴油机燃烧室典型柴油机燃烧室6.3.1 柴油机燃烧室的分类及要求柴油机燃烧室的分类及要求1、总体目标 (1)经济性好； (2)排放性能好； (3)动力性满足需要；2、技术要求 (1)结构紧凑，面容比小； (2)充气效率高； (3)组织适当气流运动； (4)燃油油束、气体运动与燃烧室三者要配合。 3、分类（两种类型）直接喷射式统一（室）式开式半开式球型油膜间接喷射式分隔（室）式涡流室式预燃室式3）传统直喷

28、式和分隔式燃烧室特点：）传统直喷式和分隔式燃烧室特点： 直喷式：直喷式：燃烧等容度高；燃烧等容度高； 散热面积小；散热面积小； 经济性好经济性好 冷起动性好；冷起动性好； =1418 对喷射系统要求高；对喷射系统要求高； 对高速敏感；对高速敏感； 排放、高速性差排放、高速性差 粗暴，粗暴，NOx排放高。排放高。分隔式：分隔式：空气利用率好；空气利用率好； n适应性好适应性好 喷雾要求低、成本低；喷雾要求低、成本低； 散热面积大；通道节流损失大；散热面积大；通道节流损失大； 热效率低；冷起动性差。热效率低；冷起动性差。 =2024二、高速直喷燃烧室结构及其混合气形成特点二、高速直喷燃烧室结构及其

29、混合气形成特点 柴油机燃烧放热规律及柴油机燃烧放热规律及NOx和和PM生成生成 预混合燃预混合燃烧过程和扩散燃烧过程。烧过程和扩散燃烧过程。 预混合燃烧过程预混合燃烧过程 缸内缸内气流特性和喷雾质量；气流特性和喷雾质量； 扩散燃烧过程扩散燃烧过程 后喷射的喷雾质量和气流特性后喷射的喷雾质量和气流特性;H D1 D2 D1D2A型型 (D120mm)p 缸内气流特性：燃缸内气流特性：燃烧室结构形状烧室结构形状p喷雾质量：高压喷射喷雾质量：高压喷射第六章 柴油机混合气形成与燃烧6. 3 典型柴油机燃烧室典型柴油机燃烧室6.3.2 直喷式燃烧室直喷式燃烧室1、开式燃烧室、开式燃烧室第六章 柴油机混合

30、气形成与燃烧6. 3 典型柴油机燃烧室典型柴油机燃烧室6.3.2 直喷式燃烧室直喷式燃烧室1、开式燃烧室、开式燃烧室 整个燃烧室是由气缸盖底平面、活塞顶面及气缸壁所形成的统一容积。燃油直接喷人气缸，混合气形成是空间雾化混合。燃浇室中一般不组织空气涡流运动，依靠油束的扩展与空气混合。 浅盆形燃烧室的最大优点是经济性好，容易起动。对转速和燃料较敏感，因为喷雾质量随转速和燃油粘度而变。 大型柴油机采用浅盆形燃烧室。第六章 柴油机混合气形成与燃烧6. 3 典型柴油机燃烧室典型柴油机燃烧室6.3.2 直喷式燃烧室直喷式燃烧室2、半开式燃烧室、半开式燃烧室 对车用小型高速柴油机，由于转速高（可达5000

31、rmin)，混合气形成和燃烧的时间极短，采用空间雾化混合时，不能只依赖油束的雾化，还要组织进气涡流。 半开式燃烧室将活塞顶上的凹坑加深，凹坑口径缩小，燃烧室基本上集中在活塞顶部。 混合气形成既利用一定的喷雾质量，同时组织进气涡流及形成挤流促进混合气形成和燃烧。 半开式燃烧室对燃油系统的要求不很高。由于利用进气涡流，提高了空气利用率，过量空气系数为1.3 1.5，并保持燃油消耗率低和起动容易的优点。第六章 柴油机混合气形成与燃烧6. 3 典型柴油机燃烧室典型柴油机燃烧室6.3.2 直喷式燃烧室直喷式燃烧室2、半开式燃烧室、半开式燃烧室 半开式燃烧室的形状很多，应用最多的是半开式燃烧室的形状很多，

32、应用最多的是形燃烧室。燃烧室形燃烧室。燃烧室底部中心有一个凸起，目的是帮助形成挤流，并使燃烧室形状与油底部中心有一个凸起，目的是帮助形成挤流，并使燃烧室形状与油束配合，将空气集中在油束附近。束配合，将空气集中在油束附近。第六章 柴油机混合气形成与燃烧6. 3 典型柴油机燃烧室典型柴油机燃烧室5.3.2 直喷式燃烧室直喷式燃烧室2、半开式燃烧室、半开式燃烧室 进气涡流强度对发动机性能有很大影响。 涡流过弱，混合气形成和燃烧不好，性能下降；涡流过强，增加热损失，还使相邻油束之间的燃烧发生干扰，性能也下降。 因此对于每一工况有一最佳涡流强度。 稳流试验所得的平均涡流强度对性能的影响如图。 图中1%、

33、2%的损失是因涡流不足或涡流过强而使燃油消耗率增高的百分数。 最佳涡流强度随发动机转速升高而降低。最佳涡流强度随发动机转速升高而降低。二、缸内气流运动二、缸内气流运动内燃机缸内气体运动方式 进气涡流进气涡流 在进气过程中形成的在进气过程中形成的绕气缸轴线旋转的有组织的绕气缸轴线旋转的有组织的气流运动，称为进气涡流。气流运动，称为进气涡流。 产生进气涡流运动的方法有产生进气涡流运动的方法有:导气屏、切向进气道、螺旋进气道、组合进气系导气屏、切向进气道、螺旋进气道、组合进气系统统1. 涡流涡流涡流涡流进气涡流和压缩涡流进气涡流和压缩涡流 缸内的涡流运动是柴油机混合气形成的主要手段。 近年来，汽油机

34、为实现稀薄燃烧也开始应用涡流。近年来，汽油机为实现稀薄燃烧也开始应用涡流。 根据形成方法不同，涡流又可分为进气涡根据形成方法不同，涡流又可分为进气涡流和压缩涡流。流和压缩涡流。 涡流转速与发动机转速之比称为涡流比，作为衡量涡流强度的指标 进气涡流进气涡流在进气过程中形成的绕气缸轴线旋转的有组在进气过程中形成的绕气缸轴线旋转的有组织的气流运动，称为进气涡流织的气流运动，称为进气涡流 导气屏导气屏 设置在进气门上，设置在进气门上，导引进气流以不同角导引进气流以不同角度流入气缸在气缸避度流入气缸在气缸避免的约束配合下产生免的约束配合下产生涡流。涡流。螺旋气道螺旋气道 切向进气道切向进气道 螺旋进气道

35、螺旋进气道图图5-21切向气道、螺旋气道的原理切向气道、螺旋气道的原理a) 切向气道切向气道 b) 纯螺旋气道纯螺旋气道组合进气系统组合进气系统 在在2个进气门的发动机上，采用不同类型个进气门的发动机上，采用不同类型或不同角度的两个进气道以组合所需要的涡或不同角度的两个进气道以组合所需要的涡流和流速分布。流和流速分布。切向气道切向气道涡流比随曲轴转角的变化涡流比随曲轴转角的变化 压缩涡流压缩涡流 在压缩过程中由主燃烧室经连通道进入在压缩过程中由主燃烧室经连通道进入涡流室时，形成强烈的压缩涡流。涡流室时，形成强烈的压缩涡流。压缩涡流压缩涡流 在涡流室燃烧室中，气体在进气过程中并不产生旋流，而在压

36、缩过程中由主燃烧室经连通道进入涡流室时，形成强烈的压缩涡流2. 挤流挤流 当活塞接近上止点时，气缸内的空气被挤入活塞当活塞接近上止点时，气缸内的空气被挤入活塞顶部的燃烧室凹坑内，由此产生挤压涡流顶部的燃烧室凹坑内，由此产生挤压涡流(挤流挤流)。 当活塞下行时，凹坑内的燃烧气体又向外流到活当活塞下行时，凹坑内的燃烧气体又向外流到活塞顶部外围的环型空间，与空气进一步混合燃烧，塞顶部外围的环型空间，与空气进一步混合燃烧，这种流动也称为逆挤流。这种流动也称为逆挤流。图图5-23挤流的形成挤流的形成 a)无进气涡流或涡流不强时的挤流无进气涡流或涡流不强时的挤流 b)进气涡流强时的挤流进气涡流强时的挤流

37、c)逆挤流逆挤流 挤流挤流 挤流也是一种有效的缸内气体运动，在压缩过程中，当活塞接近上止点时，气缸内的空气被挤入活塞顶部的燃烧室凹坑内，由此产生挤压涡流(挤流)第六章 柴油机混合气形成与燃烧6. 3 典型柴油机燃烧室典型柴油机燃烧室5.3.2 直喷式燃烧室直喷式燃烧室3、球形油膜燃烧室、球形油膜燃烧室 球形油膜燃烧室布置在活塞顶部，混合气主要是油膜蒸发混合形成，燃烧室中组织强烈进气涡流。 燃油顺气流方向沿燃烧室壁面喷射，在强烈的进气涡流作用下，在燃烧室壁上形成油膜。燃烧室壁温控制在200 350，使壁面上燃料在比较低的温度下蒸发，以控制燃料的裂解反应。 蒸发的油气与空气混合形成混合气。 喷射时

38、，会从油束中分散出一小部分燃料，在空气中混合，形成可燃混合气，并在适当时着火，然后点燃从壁面蒸发形成的可燃混合气。 随着燃烧进行，大量热量辐射在油膜上，使油膜加速蒸发，不断提供新鲜混合气，保证迅速地燃烧。第六章 柴油机混合气形成与燃烧6. 3 典型柴油机燃烧室典型柴油机燃烧室5.3.2 直喷式燃烧室直喷式燃烧室3、球形油膜燃烧室、球形油膜燃烧室 球形油膜燃烧室改进了空间雾化方式存在压力升高率大，发动机工作粗暴；大负荷有黑烟。 球形燃烧室优点是：发动机工作柔和，燃烧噪声小，排气烟度小，性能好。 此外，球形油膜燃烧室便于使用轻质燃料，也可使用汽油。 球形油膜燃烧室 缺陷在于：1 ) 冷起动困难；

39、2 ) 加速性能较差；3 ) 低负荷时冒蓝烟，HC排放增加；4 ) 低速性能差；5 ) 增压适应性差。 球形燃烧室主要应用在小型高速柴油机，缸径在75130mm范围，不适合大缸径柴油机。、分开式燃烧室、分开式燃烧室。1）涡流室燃烧室）涡流室燃烧室 图图5-30 涡流室的形状涡流室的形状a)球形球形 b)圆锥形平底圆锥形平底 c) 圆柱形平底圆柱形平底第六章 柴油机混合气形成与燃烧6. 3 典型柴油机燃烧室典型柴油机燃烧室6.3.3 间接喷射式燃烧室间接喷射式燃烧室1、涡流室燃烧室、涡流室燃烧室 燃烧室分为两部分，主燃烧室和涡流室，两者之间由一个或数个通道相连。通道方向与涡流室相切。涡流室容积约

40、占整个燃烧室容积的50% 80%，通道的面积为活塞面积的1.2% 3.5%。喷油嘴安装在祸流室内，燃油顺涡流方向喷射。 在压缩过程中，气缸中空气经过通道流入涡流室，形成强烈的涡流，使喷入涡流室中的燃油形成混合气。 当涡流室中着火燃烧后，其中的气体压力、温度迅速升高，将涡流室中末燃烧的燃料、空气及燃气一起经过通道流入主燃烧室中，并形成燃烧涡流（二次涡流)，在主燃烧室，与空气进一步混合燃烧。第六章 柴油机混合气形成与燃烧6. 3 典型柴油机燃烧室典型柴油机燃烧室6.3.3 间接喷射式燃烧室间接喷射式燃烧室1、涡流室燃烧室、涡流室燃烧室第六章 柴油机混合气形成与燃烧6. 3 典型柴油机燃烧室典型柴油

41、机燃烧室5.3.3 间接喷射式燃烧室间接喷射式燃烧室1、涡流室燃烧室、涡流室燃烧室 涡流室燃烧室主要特点涡流室燃烧室主要特点 (1) 混合气形成和燃烧主要是利用有组织的强烈压缩涡流； (2) 混合气形成质量对转速变化不敏感； (3) 充气效率较高； (4) 压力升高率较小，运转平稳； (5) 节流损失和散热损失大，冷起动困难，燃油消耗率较高； (6) NOX、HC和微粒排放比直喷式柴油机低。 影响发动机性能的因素影响发动机性能的因素 (1) 涡流室的结构，其主要结构参数是涡流室容积与压缩容积之比 ( VK / VC ) ；通道截面积与活塞面积之比 ( A / FP ) 。 VK / VC 越大

42、或 A / FP 越小，则压缩涡流越强。第六章 柴油机混合气形成与燃烧6. 3 典型柴油机燃烧室典型柴油机燃烧室6.3.3 间接喷射式燃烧室间接喷射式燃烧室1、涡流室燃烧室、涡流室燃烧室 (2) 连接通道的位置 当通道位置与涡流室相切时，压缩涡流较强。流出路径短，涡流室中气体容易流出。 (3) 活塞顶部形状 主燃烧室里有较多的空气，为充分利用这些空气，在活塞顶上开有导流槽和凹坑。影响发动机性能的因素影响发动机性能的因素第六章 柴油机混合气形成与燃烧6. 3 典型柴油机燃烧室典型柴油机燃烧室5.3.3 间接喷射式燃烧室间接喷射式燃烧室1、涡流室燃烧室、涡流室燃烧室影响发动机性能的因素影响发动机性

43、能的因素 (4 ) 喷油方向 喷油方向对性能影响很大。 随着喷油方向从逆气流变到顺气流喷射，燃油消耗率和烟度都显著地得到改善。当逆气流喷射或指向涡流室中心喷射时，从通道流入涡流室的空气冲击油束，使空间雾化燃料增多，所以初期放热率大，起动性能好。）预燃室燃烧室预燃室燃烧室 图图5-31预燃室燃烧室预燃室燃烧室a) 倾斜偏置，单孔道；倾斜偏置，单孔道； b)中央正置，多孔道；中央正置，多孔道； c)侧面正置，单孔道侧面正置，单孔道 第六章 柴油机混合气形成与燃烧6. 3 典型柴油机燃烧室典型柴油机燃烧室6.3.3 间接喷射式燃烧室间接喷射式燃烧室2、预燃室燃烧室、预燃室燃烧室 燃烧室分为两部分，主

44、燃烧室和预燃室，两者之间由一个或数个通道相连。喷油嘴安装在预燃室中心线附近。由于连接通道不与预燃室相切，所以并不产生有组织的强烈涡流，但空气流过通道产生强烈湍流，空气湍流使一部分燃料雾化混合。 着火后，预燃室中压力、温度迅速升高，利用这部分燃料燃烧的能量将预燃室中的混合气高速喷入主燃烧室，并在主燃烧室内造成空气运动（燃烧涡流），促使大部分燃料在主燃烧室内混合燃烧。 预燃室燃烧室的经济性差，现代压燃式发动机基本上不采用。第六章 柴油机混合气形成与燃烧 柴油机燃烧室的比较与选型6. 4 柴油机燃烧室的比较与选型柴油机燃烧室的比较与选型1、 柴油机燃烧室的比较柴油机燃烧室的比较直接喷射式直接喷射式分

45、隔式分隔式浅盆形浅盆形深坑形深坑形球形油膜球形油膜涡流室涡流室预燃室预燃室燃烧室形状燃烧室形状简单简单一般一般一般一般复杂复杂复杂复杂混合气形成混合气形成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空间雾化空间雾化空间雾化空气运动空气运动无涡流无涡流进气涡流强进气涡流强涡流最强涡流最强压缩涡流压缩涡流燃烧涡流燃烧涡流燃料雾化燃料雾化高高较高较高一般一般较低较低低低喷油嘴喷油嘴多孔多孔612多孔多孔46单孔或双孔单孔或双孔轴针式轴针式轴针式轴针式针阀开启压力针阀开启压力2040182518191015813损失损失小小较小较小较小较小大大最大最大起动性起动性易易较易较易难难难难最难最

46、难第六章 柴油机混合气形成与燃烧6. 4 柴油机燃烧室的比较与选型柴油机燃烧室的比较与选型1、 柴油机燃烧室的比较柴油机燃烧室的比较直接喷射式直接喷射式分隔式分隔式浅盆形浅盆形深坑形深坑形球形油膜球形油膜涡流室涡流室预燃室预燃室压缩比压缩比12151618171916201822过量空气系过量空气系数数1.62.21.41.71.31.51.31.61.21.6平均有效压平均有效压力力120.60.80.70.90.60.80.60.8油耗油耗190218245218245231272245292燃烧噪声燃烧噪声高高高高较低较低较低较低最低最低转速（转速（rpm）150040002500500

47、03500缸径（缸径（mm）20015090130100160200第六章 柴油机混合气形成与燃烧6. 4 柴油机燃烧室的比较与选型柴油机燃烧室的比较与选型2、 柴油机燃烧室的选型柴油机燃烧室的选型 燃烧室选型的主要依据是气缸直径、转速和使用要求，并充分考虑制造和使用维护水平。 (1) 气缸直径大于200mm、转速低于1000r/min的大型增压柴油机，宜采用无涡流或低进气涡流的开式直喷式燃烧室。 (2) 在缸径D150200mm的高速柴油机上，目前直喷式柴油机和涡流室式燃烧室均有应用。第六章 柴油机混合气形成与燃烧6. 4 柴油机燃烧室的比较与选型柴油机燃烧室的比较与选型3、改善燃烧性能的途径改善燃烧性能的途径第六章 柴油机混合气形成与燃烧 柴油机燃烧过程的影响因素6. 5 柴油机燃烧过程的影响因素柴油机燃烧过程的影响因素1、燃料性质燃料性质 十六烷值高着火性能好2、供油提前角供油提前角 对于每一工况，有一最佳提前角 3、工况工况 转速 负荷4、压缩比压缩比5、压缩终了气体状态压缩终了气体状态第四节第四节 影响燃烧过程的因素影响燃烧过程的因素一、燃油的影响一、燃油的影响 1 1燃油的着火性燃油的着火性 是指柴油喷入汽缸后能否迅速着火燃烧的能力。是指柴油喷入汽缸后能否迅速着火燃烧的能力。 用十六烷值表示。用十六烷值表示。十六烷值高，着火性好，滞燃期短，十六烷值高