汽车发动机原理7章1(王建昕)

高速（混合＋着火＋燃烧＝2～10ms）高温（2000℃左右）高压（柴油机高达100bar以上）复杂过程：流动、喷雾、传热、多相流、燃烧化学发动机（内燃机）燃烧所追求的目标：

高ηe(ηi)

、高Pme（Pmi）、低污染、低噪声振动内燃机燃烧的特点：第7章柴油机的混合气形成及燃烧燃烧过程的高速摄影实例：4º8º12º16º20º24º28º32º40º0º(TDC)火焰特点：多点大面积着火—粗暴“有焰”燃烧—产生碳烟7.1柴油机燃烧过程及其特性分析7.1.1柴油机燃烧过程

分为四期：着火落后期（φA~φB）速燃期（φB~φC）缓燃期（φC~φD）后燃期（φD~φE）现象:喷雾及混合+低温多阶段着火，是复杂的物理化学过程；1、着火落后期（φA～φB）着火点的判断方式：

示功图—脱离压缩线的时点高速摄影—出现火焰ROHR—放热率由负变正的拐点柴油机的着火落后期对后续燃烧过程有重要影响。

影响着火落后期的主要因素：

温度、压力、喷油量、雾化特性

着火落后期与6章的滞燃期有何不同？2、速燃期（φB~φC）现象大面积多点着火，燃烧极快，压力陡升；放热速率取决于滞燃期内形成的预混合气多少，因此速燃期也称为预混合燃烧期注意与汽油机的“预混合燃烧”有区别2、速燃期（φB~φC）影响dp/dφ的主要因素：

滞燃期中的混合气生成量，与喷油速率、混合速率、滞燃期长短有关燃烧特性参数：

dp/dφ对动力性、ηi

、ηm、NOx、振动噪声有显著影响，一般柴油机：

dp/dφ＝0.2～0.6(MPa/CA)柴油汽油3、缓燃期（φC~φD）现象剩余燃料边蒸发混合,边燃烧，燃烧速率受控于燃料扩散混合速率，也称为扩散燃烧期出现柴油机燃烧特有的“双峰”

pmax的大小及位置：上止点后10～15CA，取决于喷油时间、着火落后期、预混燃烧缓燃期燃烧“过缓”会造成:等容度↓，散热↑，ηi

↓；碳烟和微粒排放↑4、后燃期（φD~φE）现象剩余10～20%的燃料继续燃烧，远离TDC，气流扰动变弱，燃烧速度下降。后燃期过长，会造成：等容度↓，散热↑，碳烟和微粒排放↑，排温↑

、ηt↓

；减少后燃的基本思路加速混合，以加快燃烧；燃油充分雾化。放热规律三要素：

放热始点—存在最佳值，一般使Pmax出现在10～15CAATDC

持续期—尽可能缩短，一般柴油机＜40～60CA

形状—因性能要求而异7.1.2合理的燃烧放热规律7.1.2合理的燃烧放热规律放热率形状：（相同放热始点、持续期时）a：热效率最好（见185页），等容度最高

d：热效率最低，但排放低

b\c：介于上述两者之间，有多种优化结果，取决于实际需要发动机性能受控于燃烧特性

受控于混合气形成本节从油、气两个方面介绍柴油机混合气形成过程扩散燃烧速度着火落后期dp/dφ混合气形成速度气流运动燃烧室形状喷油规律7.2燃油喷射及混合气形成过程极短(＜0.5ms)7.2.1喷油系统与喷油特性1、对燃料喷射过程的要求合理的喷油特性（喷油规律）良好的雾化特性定时定量不出现异常喷油特性主要指供油规律与喷油规律喷油特性和喷雾特性是喷油系统最主要的两类指标

（1）喷射延迟阶段供油提前角θfs－供油始点至TDC的角度（油泵出油）喷油提前角θfj－喷油始点至TDC的角度（针阀始动）喷油延迟角＝θfs－θfj，转速越高、油管越长，延迟角越大（2）主喷射阶段喷油始点～喷油器端压力开始下降点喷入绝大部分燃油，具有良好的雾化qn

＝f(Δp,针阀升程，喷油持续期)（3）喷油结束阶段喷油器端压力急剧下降点～针阀落座燃油雾化质量差，尽可能减少喷油量2、燃油喷射过程（机械式）3、供油规律与喷油规律供油规律单位凸轮轴转角（或单位时间）由喷油泵供入高压油路中的燃油量称为供油速率。供油速率随凸轮轴转角的变化关系称为供油规律喷油规律：喷油速率和喷油规律定义与上类似喷油泵喷油器供油速率计算对于确定的喷油泵，柱塞直径dp和柱塞运动规律（由凸轮型线决定）等几何参数是一定的，由于可以比较准确地计算出（7－2）因此也称为几何供油规律注意：看懂图6-14；理解“凸轮工作段”的概念；在右图上如要改变工作段应怎样调整；工作段与柱塞有效行程有什么关系。喷油规律的计算设燃油不可压缩，并作定常流动。则由伯努利（Bernoulli）方程可以推导出：其中：μA——喷油器有效流通面积，是针阀升程的函数

nPA——喷油泵转速Δp——喷孔前油压（嘴端压力）与气缸内压力之差

ρf——燃油密度

nPA对于确定工况是常数；ρf可作常数处理；若测得μA与针阀升程的函数关系，则可根据图6－13所示的喷油器压力pn和针阀升程hn，算出喷油规律。这种方法称为压力升程法。另外还有波许长管法、蜂巢法。？为什么会出现两者的差异燃油的可压缩性压力波传播滞后－相位变化压力波反射叠加－形状变化高压油管弹性变形实际发动机中的供油规律与喷油规律对比最终影响发动机性能的是喷油规律7.2.2缸内气流运动分类：涡流、滚流、挤流——控制油气宏观混合湍流——促进油气微观混合1、涡流（Swirl）

绕气缸中心线的有规则的气流运动。柴油机中最常用（1）涡流种类：进气涡流、压缩涡流（2）评价指标：涡流比Ω＝涡流转速/发动机转速（3）进气涡流产生方式：

导气屏：结构简单，强度可调，Ω=0～4，但阻力大，一般用于试验发动机；

切向气道：进气道与气缸切向布置以形成涡流，结构简单，但Ω=1～2；

螺旋气道：以复杂的螺旋气道在进入气缸前形成涡流，结构复杂，但阻力小，Ω=2～4；

组合气道：例如“1切＋1螺”，随工况不同可关闭其中一个气道。一对矛盾：Ω↑，φc↓根据动量守恒的关系，有：Ωc、Ω:

压缩终了时和进气终了时的涡流比D、dk

:

气缸直径、燃烧室凹坑入口直径（4）进气涡流在缸内的发展涡流在缸内发展的两个实例压缩上止点时均达峰值缩口使Ωc明显提高，并保持到上止点后（与理想ROHR有何关系）对柴油机燃烧真正有意义的是Ωc

，

而不是Ω（5）压缩涡流主要指涡流室燃烧室中，气体在压缩过程中由主燃室进入涡流室时产生的涡流（一次涡流），以及相反运动时的涡流（二次涡流）。Ω↑不会引起φc↓，但增加流动损失和散热损失2、挤流压缩时空气被挤入燃烧室凹坑内形成挤流膨胀时燃烧气体冲出凹坑形成逆挤流挤流强度∝dk/D、S0特点：不影响φc和Ω，但强度较弱，作用小于涡流，起辅助作用思考：汽油机中的挤流运动3、湍流（紊流）形成方式：活塞运动自然形成的湍流，较弱且不可控；预燃室中的空气运动（如图，压缩和膨胀均有）；非回转体燃烧室（参见讲义图9-10）