第五章柴油机混合气形成和燃烧讲义

1、第五章第五章 柴油机混合气形成和燃烧柴油机混合气形成和燃烧 柴油机使用的燃料是较难挥发和较易自燃的柴油，柴油机使用的燃料是较难挥发和较易自燃的柴油，其混合气形成和燃烧过程与汽油机有着本质的不其混合气形成和燃烧过程与汽油机有着本质的不同。同。1、混合气形成特点：、混合气形成特点：(1)汽缸内部形成混合气：因柴油不易挥发（馏程汽缸内部形成混合气：因柴油不易挥发（馏程250350）必须借助喷射设备喷入气缸。）必须借助喷射设备喷入气缸。(2)混合气形成时间短，只有混合气形成时间短，只有1535CA, n=1500r/min时只有时只有1.7ms4ms(3)混合气形成不均匀混合气形成不均匀 =f(x.y

2、.z.t)=0整个燃烧室整个燃烧室 =0(4)混合气形成与燃烧紧密相连边混合边燃烧。混合气形成与燃烧紧密相连边混合边燃烧。2、混合气形成方式、混合气形成方式 提出多种混合形成方式和燃烧室，从根本上讲基提出多种混合形成方式和燃烧室，从根本上讲基本上是两种。本上是两种。(1)空间雾化混合，燃料喷入燃烧室空间形雾状混合空间雾化混合，燃料喷入燃烧室空间形雾状混合物。要求喷雾与燃烧室形状配合，并利用气流运物。要求喷雾与燃烧室形状配合，并利用气流运动。动。l(2)油膜蒸发混合，燃料大部分顺气流方向喷到燃烧室油膜蒸发混合，燃料大部分顺气流方向喷到燃烧室上，形成一层油膜，油膜受热蒸发，在旋转气流作用下上，形成

3、一层油膜，油膜受热蒸发，在旋转气流作用下与空气相混合形成可燃混合气。在小型高速柴油机上，与空气相混合形成可燃混合气。在小型高速柴油机上，燃燃油或多或少会喷到燃烧上形成油膜因此以上两种混燃燃油或多或少会喷到燃烧上形成油膜因此以上两种混合方式兼而有之，只是主次，多少不同。目前多数车用合方式兼而有之，只是主次，多少不同。目前多数车用柴油机以空间雾化混合为主。柴油机以空间雾化混合为主。5-1柴油机燃烧过程柴油机燃烧过程一、燃烧过程一、燃烧过程 为了便于分析和揭示为了便于分析和揭示柴油机燃烧过程的规律，柴油机燃烧过程的规律，通常将这一连续的燃烧过通常将这一连续的燃烧过程分为四个阶段，即程分为四个阶段，即

4、: .着火延迟期（又称着火延迟期（又称 为滞燃期）；为滞燃期）； .速燃期；速燃期； .缓燃期缓燃期 .补燃期。补燃期。.着火延迟期着火延迟期 从柴油开始喷入气缸起到着火从柴油开始喷入气缸起到着火开始为止的这一段时期称为着开始为止的这一段时期称为着火延迟期。火延迟期。 着火延迟期内，燃烧室内的混着火延迟期内，燃烧室内的混合气进行着物理和化学准备过合气进行着物理和化学准备过程。程。 物理准备过程：燃油油滴物理准备过程：燃油油滴加加热热蒸发蒸发 扩散扩散气化和混合气化和混合形成可燃混合气；形成可燃混合气； 化学准备过程：可燃混合气化学准备过程：可燃混合气裂解裂解产生醛类过氧化物兰炎产生醛类过氧化物

5、兰炎过氧化物，过氧化物，CO兰炎产物是兰炎产物是CO，O，OH，H 等或性中心等或性中心热炎热炎热爆炸。热爆炸。 特点：压力没有偏离压缩线。特点：压力没有偏离压缩线。影响着火延迟期影响着火延迟期( )长短的主要因素长短的主要因素 喷油时缸内的（喷油时缸内的（P+T)。 柴油的自燃性好（十六烷值柴油的自燃性好（十六烷值） ，燃，燃烧室的形状和壁温等。烧室的形状和壁温等。 喷油提前角：开始喷油到活塞到达上止点喷油提前角：开始喷油到活塞到达上止点所对应的曲轴转角。所对应的曲轴转角。 着火延迟期一般为着火延迟期一般为0.73ms。 速燃期速燃期 速燃期速燃期: :从开始从开始着火（即压力偏着火（即压力

6、偏离压缩线）到出离压缩线）到出现最高压力现最高压力. . 特点：压力急剧特点：压力急剧上升，压力达到上升，压力达到最高（有可能达最高（有可能达到到13MPa13MPa以上）。以上）。 一般用压力升高率pMPa(CA)表示压力急剧上升的程度。 式中：p速燃期始点和终点的气 体压力差（MPa）; 速燃期始点和终点相对于上止点的曲轴转角差（CA）。pp 速燃期特点：速燃期特点： p很高，接近等容燃烧，工作粗暴。很高，接近等容燃烧，工作粗暴。 达到最高压力（达到最高压力（69MPa）。）。 继续喷油。继续喷油。 p过大，则柴油机工作粗暴，燃烧噪音大；同时过大，则柴油机工作粗暴，燃烧噪音大；同时运动零件

7、承受较大的冲击负荷，影响其工作可靠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；性和使用寿命； p大，燃烧迅速大，燃烧迅速经济性和动力性变好。经济性和动力性变好。 p应限制在一定的范围之内，柴油机的压力升高应限制在一定的范围之内，柴油机的压力升高率一般应不大于率一般应不大于0.40.5 MPa(CA)。与汽油机。与汽油机相比，柴油机的相比，柴油机的p较大。较大。控制压力升高率的措施控制压力升高率的措施减小在着火延迟期内准备好的可燃减小在着火延迟期内准备好的可燃混合气的量。混合气的量。 缩短着火延迟期的时间；缩短着火延迟期的时间； 减少着火延迟期内的喷入油量减少着火延迟期内的喷入油量,

8、先少后多；先少后多； 减少可能形成可燃混合气的燃油减少可能形成可燃混合气的燃油,油膜蒸油膜蒸发缓和发缓和.缓燃期缓燃期 缓燃期：图中的缓燃期：图中的CD段，即从最大压力点至最高温度点。段，即从最大压力点至最高温度点。 当缓燃期开始时，虽然气缸内已形成燃烧产物，但仍有当缓燃期开始时，虽然气缸内已形成燃烧产物，但仍有大量混合气正在燃烧。一边燃烧，一边活塞下行，缸内大量混合气正在燃烧。一边燃烧，一边活塞下行，缸内压力几乎不变或稍有变化（接近等压过程放热量达压力几乎不变或稍有变化（接近等压过程放热量达7080%。燃烧室内的最高温度可达。燃烧室内的最高温度可达2000K左右，一般左右，一般在上止点后在上

9、止点后20 oCA35 oCA处出现。处出现。 特点：特点：缸内废气缸内废气 ，氧气，氧气 ，燃烧条件不利，边混合边燃烧，燃烧条件不利，边混合边燃烧，局部高温缺氧，燃料裂解形成碳烟局部高温缺氧，燃料裂解形成碳烟冒烟、经济性冒烟、经济性。 柴油机均在柴油机均在1的条件下工作，使柴油机容积利用率的条件下工作，使柴油机容积利用率, 这是其比质量，升功率不如汽油机的原因之一。这是其比质量，升功率不如汽油机的原因之一。.补燃期补燃期 补燃期：从最高温度点起到燃油基本烧完为止称为补燃补燃期：从最高温度点起到燃油基本烧完为止称为补燃期。期。 补燃期的终点很难准确地确定，一般当放热量达到循环补燃期的终点很难准

10、确地确定，一般当放热量达到循环总放热量的总放热量的9599时，就可以认为补燃期结束，时，就可以认为补燃期结束，也是整个燃烧过程的结束。也是整个燃烧过程的结束。 特点：时间短促，混合气不太均，燃烧放出的热量得不特点：时间短促，混合气不太均，燃烧放出的热量得不到有效利用，排气温度提高，散热损失增大，对柴油机到有效利用，排气温度提高，散热损失增大，对柴油机的经济性不利。此外，后燃还增加了有关零部件的热负的经济性不利。此外，后燃还增加了有关零部件的热负荷。因此，应尽量缩短补燃期，减少补燃期内燃烧的燃荷。因此，应尽量缩短补燃期，减少补燃期内燃烧的燃油量油量。二、燃烧放热规律：二、燃烧放热规律： 瞬时放热

11、速率：指在燃烧过程中的某一时刻，单位时间内瞬时放热速率：指在燃烧过程中的某一时刻，单位时间内燃烧的燃油所放出的热量；燃烧的燃油所放出的热量； 累积放热百分比：是指从燃烧过程开始至某一时刻为止已累积放热百分比：是指从燃烧过程开始至某一时刻为止已经燃烧的燃油与循环供油量的比值。经燃烧的燃油与循环供油量的比值。 燃烧放热规律：瞬时放热速率和累积放热百分比随曲轴转燃烧放热规律：瞬时放热速率和累积放热百分比随曲轴转角的变化关系。角的变化关系。 燃烧放热规律影响到燃烧过程中缸内压力、温度的变化，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，对了解、分析和改进燃烧过程进而影响到柴

12、油机的性能，对了解、分析和改进燃烧过程有着特别重要的作用。有着特别重要的作用。 不同类型柴油机的放热规律曲线形状不同。下图为一典型不同类型柴油机的放热规律曲线形状不同。下图为一典型直喷式柴油机的放热规律。直喷式柴油机的放热规律。 从曲线中可以看到，放热过程明显分为三个阶段从曲线中可以看到，放热过程明显分为三个阶段: 第第阶段阶段AB为予混合燃烧阶段，放热率一般都很高，历时为予混合燃烧阶段，放热率一般都很高，历时 37oCA，与速燃期相对应。，与速燃期相对应。 第第阶段阶段BC为扩散燃烧阶段，放热率逐渐下降，历时约为为扩散燃烧阶段，放热率逐渐下降，历时约为 40oCA，阶段的累积放热量约为阶段的

13、累积放热量约为80%。 第第阶段阶段CD为放热的尾巴，可能延至整个膨涨过程放热为放热的尾巴，可能延至整个膨涨过程放热 量约占量约占20%。大量研究表明，。大量研究表明， 开始燃烧时刻，放热规律曲线开始燃烧时刻，放热规律曲线 形状和燃烧持续时间形状和燃烧持续时间是放热规是放热规 律三要素，燃烧始点最佳是使律三要素，燃烧始点最佳是使 Pmax出现在上止点后出现在上止点后78oCA， 燃烧持续时间最佳为燃烧持续时间最佳为40 oCA。 dQB/d 放热率 总放热量 QB b a 三、柴油机燃烧过程中存在的主要问题三、柴油机燃烧过程中存在的主要问题（一）空气利用率低、（一）空气利用率低、不均匀不均匀

14、混合气形成时间短、只有混合气形成时间短、只有1535oCA，1.74ms边燃烧边燃烧边油，油滴易被高温废气包围找不到氧，氧找不到油分边油，油滴易被高温废气包围找不到氧，氧找不到油分子；所以为保证柴油机燃烧比较完全，必须在子；所以为保证柴油机燃烧比较完全，必须在1条件条件工作工作=1.3左右，即左右，即30%的空气量未能完全利用。使柴的空气量未能完全利用。使柴油机容积利用率低，比质量升功率较小体积较大。油机容积利用率低，比质量升功率较小体积较大。（二）燃烧噪声（工作粗暴）（二）燃烧噪声（工作粗暴） 主要是因为速燃期压力升高率过大主要是因为速燃期压力升高率过大. （pp 0.40.5Mpa/CA）

15、产生燃烧噪声使零件负荷）产生燃烧噪声使零件负荷寿寿命命称柴油机工作粗暴。称柴油机工作粗暴。（四）柴油机的有害排放物（四）柴油机的有害排放物 柴油机废气中的有害排放物主要包括：柴油机废气中的有害排放物主要包括： 碳氢化合物碳氢化合物(HC) 、一氧化碳（、一氧化碳（CO） 、氮氧化物、氮氧化物(NOx) 以及微粒（以及微粒（PM）等。）等。 与汽油机相比，柴油机废气中的与汽油机相比，柴油机废气中的CO、 HC以及以及NOx相对比较少，而相对比较少，而微粒微粒则是柴油机所特有的问题。则是柴油机所特有的问题。(1)微粒微粒(PM) 微粒是指温度在微粒是指温度在52 C以下时，排气中除水以外的以下时，

16、排气中除水以外的固态和液态物质固态和液态物质。 高温、极度缺氧高温、极度缺氧微粒成核微粒成核 表面增长表面增长 凝聚凝聚 集聚集聚 吸附等阶段。吸附等阶段。 一般在高负荷时发生。如汽车加速，爬坡或超一般在高负荷时发生。如汽车加速，爬坡或超载。载。 减少微粒的措施：改进进气系统减少微粒的措施：改进进气系统增大过量空气系数增大过量空气系数减少喷油量降低功率使用；减少喷油量降低功率使用；组织空气运动促使油束分散增大混合范围，热混组织空气运动促使油束分散增大混合范围，热混合作用。合作用。(2)氮氧化合物（氮氧化合物（NOx） N0 x主要是在主要是在高温、富氧高温、富氧和相对有较充裕反应和相对有较充裕

17、反应时时间间的条件下生成的。的条件下生成的。 当过量空气系数当过量空气系数在一定范围内时，在一定范围内时，N0 x的排放量的排放量随随的下降而较快地增长；而当的下降而较快地增长；而当过大或过小时，过大或过小时， N0 x的排放量变化都很小。的排放量变化都很小。 由于在分隔式燃烧室柴油机燃烧过程中，在副燃由于在分隔式燃烧室柴油机燃烧过程中，在副燃烧室内混合气很浓而在主燃烧室内温度又相对较烧室内混合气很浓而在主燃烧室内温度又相对较低，因此在较高负荷的区域内，分隔式燃烧室柴低，因此在较高负荷的区域内，分隔式燃烧室柴油机油机N0 x的排放量约为直喷式燃烧室柴油机的的排放量约为直喷式燃烧室柴油机的1/2

18、。(3)一氧化碳一氧化碳(CO) CO是不完全燃烧的产物，由于柴油机的过是不完全燃烧的产物，由于柴油机的过量空气系数量空气系数较大，产生的较大，产生的 CO又有可能有又有可能有足够的空气在膨胀过程中氧化为足够的空气在膨胀过程中氧化为CO2。因此。因此柴油机废气中的柴油机废气中的CO含量很低，仅在接近全含量很低，仅在接近全负荷附近，即过量空气系数负荷附近，即过量空气系数过小时，过小时，CO的排放量才有所上升。的排放量才有所上升。(4)碳氢化合物碳氢化合物(HC) 柴油机废气中的柴油机废气中的HC主要是在混合气过稀的主要是在混合气过稀的情况下产生的。情况下产生的。 特别在低负荷时过量空气系数特别在

19、低负荷时过量空气系数 过大，由过大，由于温度过低，于温度过低，反应不能及时进行反应不能及时进行，从而使，从而使HC的排放量有所增大。的排放量有所增大。（5）白烟与蓝烟）白烟与蓝烟 在柴油机冷起动后怠速或低负荷下暖机的过程中，在柴油机冷起动后怠速或低负荷下暖机的过程中，特别在寒冷天气时，会产生白烟与蓝烟。由于燃特别在寒冷天气时，会产生白烟与蓝烟。由于燃烧室内工质的温度低，燃油不能完全蒸发燃烧，烧室内工质的温度低，燃油不能完全蒸发燃烧，未燃烧或部分氧化的燃油一般以液态微粒的形式未燃烧或部分氧化的燃油一般以液态微粒的形式随废气排出后，冷凝而形成白烟与蓝烟。随废气排出后，冷凝而形成白烟与蓝烟。 白烟（

20、白烟（0.61mm）与蓝烟（）与蓝烟（0.6）之间并没）之间并没有严格的成分差异，只是由于微粒直径不同，白有严格的成分差异，只是由于微粒直径不同，白烟的微粒直径较蓝烟的微粒直径大而对光线的反烟的微粒直径较蓝烟的微粒直径大而对光线的反射不同，从而产生不同的颜色。一般白烟在柴油射不同，从而产生不同的颜色。一般白烟在柴油机暖机的过程中逐渐变为蓝烟，再变为无色烟。机暖机的过程中逐渐变为蓝烟，再变为无色烟。 5-2 燃油喷射和雾化燃油喷射和雾化 喷油泵的作用：定时、定量地经高压油管向各缸的喷油器周期性喷油泵的作用：定时、定量地经高压油管向各缸的喷油器周期性地供给高压燃油。地供给高压燃油。 要求：要求：1

21、）各缸供油量相等）各缸供油量相等 2）各缸供油提前角相等，持续角一致）各缸供油提前角相等，持续角一致 3）供油次序与发火顺序一致）供油次序与发火顺序一致 4）能迅速停止供油，防止喷油器发生滴漏现象。）能迅速停止供油，防止喷油器发生滴漏现象。 分类：分类： 柱塞式喷油泵柱塞式喷油泵 喷油泵喷油泵喷油器喷油器 转子分配式喷油泵转子分配式喷油泵 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，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，使燃油雾化成微小的油粒，并按一定的要求适当地分布在燃烧室使燃油雾化成微小的油粒，并按一定的要求适当地分布在燃烧室内。内。1、喷射过程、喷射过程 喷

22、射过程：供油开始至喷油停止的过程，约占喷射过程：供油开始至喷油停止的过程，约占15o40oCA。图图512表示了在喷射过程中喷油泵端燃油压力、喷油器端燃表示了在喷射过程中喷油泵端燃油压力、喷油器端燃油压力以及针阀升程油压力以及针阀升程h的变化情况。的变化情况。 喷油延迟角：喷油提前角与喷油延迟角：喷油提前角与供油提前角的差值。供油提前角的差值。 转速升高，喷油延迟角加转速升高，喷油延迟角加大；大； 高压油管较长，压力波传高压油管较长，压力波传播时间较长，喷油延迟角也播时间较长，喷油延迟角也会较大。会较大。 （1）几何供油规律：单位）几何供油规律：单位时间内油泵的供油量随时间时间内油泵的供油量随

23、时间的变化关系。它纯粹是由喷的变化关系。它纯粹是由喷油泵柱塞的几何尺寸和运动油泵柱塞的几何尺寸和运动规律确定的；规律确定的； （2）喷油规律：即喷油速）喷油规律：即喷油速率，单位时间内喷油器喷入率，单位时间内喷油器喷入燃烧室内的燃油量随时间的燃烧室内的燃油量随时间的变化关系。变化关系。 从几何供油规律和喷油规律的比较可见：从几何供油规律和喷油规律的比较可见： 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间长；喷油持续时间较供油持续时间长； 供油规律和喷油规律曲线不同的主要原因：供油规律和喷油规律曲线不同的主要原因： 燃油的可压缩性，使系统内产生压力波的传播，高压油燃油

24、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；管的弹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。 2、不正常喷射现象、不正常喷射现象（l）二次喷射现象）二次喷射现象： 既在喷射终了喷油器针阀落座以后，在压力波动的既在喷射终了喷油器针阀落座以后，在压力波动的影响下再次升起喷油的现象。影响下再次升起喷油的现象。 危害：危害： 压力低雾化不良，燃烧不完全，碳烟增多，易引起喷孔压力低雾化不良，燃烧不完全，碳烟增多，易引起喷孔堵塞；堵塞； 时间长燃烧不及时，经济性下降，零部件过热。时间长燃烧不及时，经济性下降，零部件过热。 解决措施：解决

25、措施： 尽可能地缩短高压油管长度，减小高压容积，以降低压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；力波动； 合理选择参数，如喷油泵柱塞直径、凸轮廓线、出油阀合理选择参数，如喷油泵柱塞直径、凸轮廓线、出油阀形式及尺寸、出油阀减压容积、高压油管内径、喷油器喷形式及尺寸、出油阀减压容积、高压油管内径、喷油器喷孔尺寸、针阀开启压力等。孔尺寸、针阀开启压力等。（2）滴油现象：在喷油器针阀密封正常的情况下，喷射终）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的压力下降过慢使针阀不能迅速落座，出了时由于系统内的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。现仍有燃油流

26、出的现象。（3）断续喷射：由于在某一瞬间喷油泵的供油量小于从喷）断续喷射：由于在某一瞬间喷油泵的供油量小于从喷油器喷出的油量和填充针阀升空出空间的油量之和，造成油器喷出的油量和填充针阀升空出空间的油量之和，造成针阀在喷射过程中周期性跳动的现象。针阀在喷射过程中周期性跳动的现象。（4）不规则喷射和隔次喷射：洪油量过小时，循环喷油量）不规则喷射和隔次喷射：洪油量过小时，循环喷油量不断变动甚至出现有的循环不喷油的现象。不断变动甚至出现有的循环不喷油的现象。二、燃油的雾化和油束特性二、燃油的雾化和油束特性 燃油在喷油泵中被压缩后，经高压油管在高压（燃油在喷油泵中被压缩后，经高压油管在高压（20160M

27、Pa）、高速（）、高速（100400m/s）的作用下，从喷油器）的作用下，从喷油器喷入燃烧室。燃油与燃烧室高压空气的相对运动中及紊流喷入燃烧室。燃油与燃烧室高压空气的相对运动中及紊流的作用下，被逐步粉碎分散为直径约的作用下，被逐步粉碎分散为直径约250的液滴，由的液滴，由大小不同的液滴组成了油束。大小不同的液滴组成了油束。 油束的几何形状的几个参数：油束的几何形状的几个参数： 油束射程油束射程L（又称为贯穿距离）；（又称为贯穿距离）； 油束的最大宽度油束的最大宽度B； 喷雾锥角喷雾锥角：标志油束的紧密程度。：标志油束的紧密程度。 贯穿率贯穿率L/Lo （Lo喷孔至燃烧室壁的距离）喷孔至燃烧室壁

28、的距离） ： 当当L/Lo 1有一部分燃油喷射到了燃烧室的壁面上。有一部分燃油喷射到了燃烧室的壁面上。 雾化质量：雾化质量： 细度：用液滴平均直径来表示。直径越小，油束雾化得细度：用液滴平均直径来表示。直径越小，油束雾化得越细。越细。 均匀度：油束中液滴大小相同的程度及液滴在油束内分布均匀度：油束中液滴大小相同的程度及液滴在油束内分布的均匀程度。的均匀程度。 影响油束几何形状的主要因素有：喷射压力，喷油器喷孔影响油束几何形状的主要因素有：喷射压力，喷油器喷孔的长度直径比和空气与燃油密度比等。的长度直径比和空气与燃油密度比等。5-3混合气的形成和燃烧室混合气的形成和燃烧室一一、两类燃烧室：两类燃

29、烧室： 1、统一式燃烧室：又称直接喷射燃烧室。统一式燃烧室：又称直接喷射燃烧室。 型燃烧室型燃烧室开式开式( dk /D0.8, dk 喉口直径喉口直径); 球型燃烧室球型燃烧室半开式半开式（ dk / D=0.350.65） 。 2、分隔式燃烧室：由主燃烧室和副燃烧室组成。、分隔式燃烧室：由主燃烧室和副燃烧室组成。 涡流室燃烧室涡流室燃烧室; 预燃室燃烧室。预燃室燃烧室。1.直接喷射式燃烧室直接喷射式燃烧室 结构特点：整个燃烧室由气缸盖底平面、活塞项面及气缸壁所结构特点：整个燃烧室由气缸盖底平面、活塞项面及气缸壁所形成的统一空间内，活塞顶上均开有深浅不同、形状各异的凹形成的统一空间内，活塞顶

30、上均开有深浅不同、形状各异的凹坑。坑。 开式燃烧室的混合气形成主要靠油束与燃烧室形状配合。不组开式燃烧室的混合气形成主要靠油束与燃烧室形状配合。不组织空气运动或辅以微弱的空气运动。这种燃烧室空气利用率低，织空气运动或辅以微弱的空气运动。这种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。目前汽车、拖拉机柴但经济性好，主要用在大中型柴油机上。目前汽车、拖拉机柴油机上多采用半开式燃烧室。油机上多采用半开式燃烧室。 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。以以型为代表的半开式燃烧室型为代表的半开式燃烧室 特点：特点：采用多喷孔喷嘴、采用多喷孔喷嘴、3-5孔，依靠燃油在空间雾化

31、来实现；孔，依靠燃油在空间雾化来实现；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。 优缺点：结构简单，相对散热面积小（即燃烧室表面积和优缺点：结构简单，相对散热面积小（即燃烧室表面积和其容积之比小），可以获得较高的经济性。其容积之比小），可以获得较高的经济性。散热面积小，压缩终点温度容易建立，散热面积小，压缩终点温度容易建立，也较低，约为也较低，约为15-17。它的低温起动性好。它的低温起动性好。开启压力大开启压力大20MPa左右喷油泵易磨损；左右喷油泵易磨损；滞燃期中形成的可燃混合气量较多，滞燃期中形成的可燃混合气量较多，pp较高，工作粗暴；较高，工作粗暴；较大，全负荷在较大

32、，全负荷在1.3以上，对转速变化较敏感；以上，对转速变化较敏感； 温度较高，空气在高温停留的时间又长，故温度较高，空气在高温停留的时间又长，故NOX排放高，排放高，比分隔式燃烧室大比分隔式燃烧室大 。3121 型燃烧室型燃烧室; ;螺旋进气道螺旋进气道空气涡流运空气涡流运动动球形燃烧室：球形燃烧室： 优点：工作柔和，噪优点：工作柔和，噪音小，又叫轻声发动音小，又叫轻声发动机。机。 缺点：起动困难，螺缺点：起动困难，螺旋形进气道，结构复旋形进气道，结构复杂，制造困难。杂，制造困难。2.分隔式燃烧室分隔式燃烧室涡流室式燃烧室涡流室式燃烧室a、结构特点：通道方向与活塞顶成一、结构特点：通道方向与活塞

33、顶成一定的角度并与涡流室相切。涡流室通定的角度并与涡流室相切。涡流室通常由两部分组成，上部与气缸盖铸在常由两部分组成，上部与气缸盖铸在一起。下部（包括连接通道）由耐热一起。下部（包括连接通道）由耐热钢制成，称为钢制成，称为“保温镶块保温镶块”。b、混合气形成特点：、混合气形成特点： n涡流增加；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）进一步混二次涡流（燃烧涡流）进一步混合合; 对燃油适应性好。对燃油适应性好。 主要优点：主要优点：较小，全负荷较小，全负荷1.21.3，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

34、喷雾质量要求不高，可用单孔式喷嘴，开后压力较低对喷雾质量要求不高，可用单孔式喷嘴，开后压力较低1214MPa；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。对转速变化不敏感，高速性好，最高转速可达对转速变化不敏感，高速性好，最高转速可达 5000rmin。pp较低，运转平稳；排气污染小，易于调试；使用性能较低，运转平稳；排气污染小，易于调试；使用性能稳定。稳定。 主要缺点：主要缺点： 相对散热表面积较大；相对散热表面积较大； 气体二次经过通道节流，流动损失也较大；气体二次经过通道节流，流动损失也较大； 冷起动性差，压缩比为冷起动性差，压缩比为1823，需要起动辅助装

35、置。，需要起动辅助装置。 通道口热负荷很高，容易引起热裂等毛病。通道口热负荷很高，容易引起热裂等毛病。 预燃室燃烧室预燃室燃烧室 构造特点：燃烧室由两个部分构造特点：燃烧室由两个部分组成组成. 预燃室和主燃室用一个或几个预燃室和主燃室用一个或几个小孔（或称喷孔）相连通，小小孔（或称喷孔）相连通，小孔总截面积与活塞截面积之比孔总截面积与活塞截面积之比只有只有0.250.7。喷油器安装。喷油器安装在预燃室中心线附近。在预燃室中心线附近。 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燃油喷入预燃室避免与气流正面相撞；面相撞；气流将一部分小油粒带向预燃气流将一部分小油

36、粒带向预燃室的上方形成火源。室的上方形成火源。 主要优点：主要优点：较小，全负荷较小，全负荷1.21.3，最低可到，最低可到1.1，空气利用率较，空气利用率较高；高；对喷雾质量要求不高，可用单孔式喷嘴，开后压力较低对喷雾质量要求不高，可用单孔式喷嘴，开后压力较低1214MPa；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。对转速变化不敏感，高速性好，最高转速可达对转速变化不敏感，高速性好，最高转速可达 5000rpm。pp较低，运转平稳；排气污染小，易于调试；使用性能稳较低，运转平稳；排气污染小，易于调试；使用性能稳定。定。 主要缺点：主要缺点：流动损失大，散热面积

37、大，散热损失亦较大经济性差，耗油流动损失大，散热面积大，散热损失亦较大经济性差，耗油率高。率高。250285 g（kw.h）。）。冷起动困难。压缩比较高，一般为冷起动困难。压缩比较高，一般为1822，需要起动辅助，需要起动辅助装置。装置。低转时噪声大。低转时噪声大。二、燃烧室比较二、燃烧室比较直喷式：热效率高，省油。问题是对转速较敏感，直喷式：热效率高，省油。问题是对转速较敏感，噪声高，排气污染较大；噪声高，排气污染较大；球型：发展趋势不大，主要是性能难于稳定，低速球型：发展趋势不大，主要是性能难于稳定，低速性能不好。性能不好。涡流室：高速性能好，升功率较大，噪声较小以及涡流室：高速性能好，升

38、功率较大，噪声较小以及排气污染较低，适合小缸径。缺点是经济性差，耗排气污染较低，适合小缸径。缺点是经济性差，耗油率较高。起动困难。油率较高。起动困难。 预燃室：对燃料供给系要求最低，生产、保养较易，预燃室：对燃料供给系要求最低，生产、保养较易，柔和排污小。用于柔和排污小。用于n25003000rpm的小型高速的小型高速柴油机上。但其能量损失大，耗油率高，起动性差，柴油机上。但其能量损失大，耗油率高，起动性差，怠速噪声大。怠速噪声大。 选择燃烧室时主要的依据是缸径、转速及使用要求，选择燃烧室时主要的依据是缸径、转速及使用要求，并要考虑当前制造和使用水平。并要考虑当前制造和使用水平。5- 4运转因

39、素对燃烧过程的影响运转因素对燃烧过程的影响一、燃料性质的影响：一、燃料性质的影响： 十六烷值和馏程是影响燃烧的重要因素。十六烷值和馏程是影响燃烧的重要因素。 十六烷值十六烷值i工作柔和。工作柔和。 馏程馏程燃油易于蒸发与空气混合，缩短着火的物理准备燃油易于蒸发与空气混合，缩短着火的物理准备时间。时间。 如果燃油的十六烷值较高，其蒸发性不好，就会造成燃油如果燃油的十六烷值较高，其蒸发性不好，就会造成燃油来不及蒸发，在高温下裂解成炭烟；来不及蒸发，在高温下裂解成炭烟； 反之，如果燃油的十六烷值较低，而着火性能差，也会在反之，如果燃油的十六烷值较低，而着火性能差，也会在着火延迟或中形成大量可燃混合气，着火后一起燃烧，使着火延迟或中形成大量可燃混合气，着火后一起燃烧，使柴油机工作粗暴。柴油机工作粗暴。 因此，燃油的十六烷值及馏程均要适当，互相配合。一般因此，燃油的十六烷值及馏程均要适当，互相配合。一般高速柴油机十六烷值大致为高速柴油机十六烷值大致为4050，馏程为，馏程为200350oC左右左右 。二负荷二负荷 柴油机的负荷调节方法是柴油机的负荷调节方法是“质调节质调节”，即空气量基本上不随负，即空气量基本上不随负荷变化，而只调节循环供油量荷变化，而只调节循环供油量b b。Pe bb Q1缸缸内内i i pp工作粗暴工作粗暴。 下图为负荷对着火延