發(fā)動(dòng)機(jī)原理課件-第六章 柴油機(jī)混合氣形成及燃燒

1、第六章第六章 柴油機(jī)混合氣形成與燃燒柴油機(jī)混合氣形成與燃燒本章要求：本章要求：掌握：掌握：柴油機(jī)燃燒過程；柴油機(jī)混合氣的形成；柴油機(jī)燃燒過程；柴油機(jī)混合氣的形成；柴油機(jī)的噴射與霧化。柴油機(jī)的噴射與霧化。理解：理解：影響燃燒的因素和措施。影響燃燒的因素和措施。了解：了解：柴油機(jī)燃燒室的分類、特點(diǎn)和對燃燒的影柴油機(jī)燃燒室的分類、特點(diǎn)和對燃燒的影響；柴油機(jī)有害排放物的生成機(jī)理。響；柴油機(jī)有害排放物的生成機(jī)理。柴油機(jī)的燃燒過程與汽油機(jī)的有所不同：柴油機(jī)的燃燒過程與汽油機(jī)的有所不同： 1 1、混合氣形成的方法：、混合氣形成的方法： 汽油機(jī)：缸外，較均勻一致。汽油機(jī)：缸外，較均勻一致。 柴油機(jī)：缸內(nèi)柴油機(jī)

2、：缸內(nèi), , 不均勻。不均勻。 2 2、著火和燃燒的方式：、著火和燃燒的方式： 汽油機(jī)：點(diǎn)燃式，著火后靠汽油機(jī)：點(diǎn)燃式，著火后靠火焰?zhèn)鞑ト紵鹧鎮(zhèn)鞑ト紵?，著?火時(shí)機(jī)、地點(diǎn)均能控制?；饡r(shí)機(jī)、地點(diǎn)均能控制。 柴油機(jī)：壓燃式柴油機(jī)：壓燃式, ,油滴擴(kuò)散燃燒油滴擴(kuò)散燃燒, ,著火時(shí)機(jī)、著火時(shí)機(jī)、地地 點(diǎn)不能控制。點(diǎn)不能控制。 第一節(jié)第一節(jié) 柴油機(jī)燃燒過程柴油機(jī)燃燒過程 在壓縮過程中活塞接近上止點(diǎn)時(shí)在壓縮過程中活塞接近上止點(diǎn)時(shí), ,借助噴油設(shè)備借助噴油設(shè)備將燃油在高壓下成將燃油在高壓下成霧狀霧狀噴入燃燒室。噴入燃燒室。油滴的著火要滿足兩個(gè)條件：油滴的著火要滿足兩個(gè)條件：（1 1）混合氣的）混合氣的溫度

3、溫度要高于著火臨界溫度。要高于著火臨界溫度。（2 2）混合氣的）混合氣的濃度濃度要適當(dāng)，即混合氣的濃度要在要適當(dāng)，即混合氣的濃度要在 著火界限之內(nèi)。著火界限之內(nèi)。 *著火時(shí)機(jī)、地點(diǎn)不固定，著火點(diǎn)位于噴注外圍與核心之間。著火時(shí)機(jī)、地點(diǎn)不固定，著火點(diǎn)位于噴注外圍與核心之間。一、燃燒方式一、燃燒方式-油滴擴(kuò)散燃燒油滴擴(kuò)散燃燒單個(gè)油滴的著火區(qū)域單個(gè)油滴的著火區(qū)域直徑：直徑：5150um5150um( (中間較大中間較大) )T Tc c- -熱空氣溫度熱空氣溫度T Tw w- -油滴周圍混油滴周圍混合氣溫度合氣溫度C Cu u- -油滴周圍混油滴周圍混合氣濃度合氣濃度W-W-化學(xué)反應(yīng)速化學(xué)反應(yīng)速度度油

4、滴擴(kuò)散燃燒現(xiàn)象：油滴擴(kuò)散燃燒現(xiàn)象：（著火后）（著火后）NoImage*在濃度適宜，溫度足夠高處形在濃度適宜，溫度足夠高處形 成球狀燃燒區(qū)，即成球狀燃燒區(qū)，即火焰峰面火焰峰面*燃油蒸汽燃油蒸汽不斷由內(nèi)向峰面擴(kuò)散不斷由內(nèi)向峰面擴(kuò)散*氧氣氧氣由外向峰面擴(kuò)散由外向峰面擴(kuò)散*燃油和氧氣在峰面處混合燃燃油和氧氣在峰面處混合燃 燒，濃度都降為燒，濃度都降為0，而溫度此，而溫度此 處最高處最高*燃燒產(chǎn)物燃燒產(chǎn)物向峰面兩側(cè)擴(kuò)散向峰面兩側(cè)擴(kuò)散*擴(kuò)散燃燒速度擴(kuò)散燃燒速度取決于燃油和空氣向峰面的擴(kuò)散速度。取決于燃油和空氣向峰面的擴(kuò)散速度。*在火焰峰面內(nèi)形成高溫缺氧區(qū)，易產(chǎn)生在火焰峰面內(nèi)形成高溫缺氧區(qū)，易產(chǎn)生碳煙碳煙。

5、在在稀火焰區(qū)稀火焰區(qū)形成著火核心；形成著火核心；稀熄火區(qū)稀熄火區(qū)是未燃是未燃HCHC的主要來源的主要來源后噴現(xiàn)象：后噴現(xiàn)象：霧化和貫穿度小，形成霧化和貫穿度小，形成COCO、碳粒和未燃、碳粒和未燃HCHC等等二、燃燒過程二、燃燒過程- -滯燃期滯燃期 - -速燃速燃期期 - -緩燃期緩燃期 - -補(bǔ)燃期補(bǔ)燃期 h h- -針閥升針閥升程程 Q Q- -循環(huán)放熱量循環(huán)放熱量 dQ/ddQ/d- -放熱速率放熱速率 dq/ddq/d- -噴油速率噴油速率1)1)噴油始點(diǎn)噴油始點(diǎn)2)2)缸內(nèi)壓力線偏離缸內(nèi)壓力線偏離純壓縮線始點(diǎn)純壓縮線始點(diǎn)3)3)最高壓力點(diǎn)最高壓力點(diǎn)4)4)最高溫度點(diǎn)最高溫度點(diǎn)、滯燃

6、期（著火延遲期）（、滯燃期（著火延遲期）（1-21-2）從噴油開始到缸內(nèi)壓力線與壓縮線偏離的始點(diǎn)從噴油開始到缸內(nèi)壓力線與壓縮線偏離的始點(diǎn)（或著火）階段。（或著火）階段。 ( (圖圖6-2)6-2)* *壓縮終點(diǎn)壓縮終點(diǎn),Tc=450-800,Tc=450-800,柴油的自燃溫度（柴油的自燃溫度（330-330- 350 350）, ,但不會立即著火但不會立即著火, ,進(jìn)行著火前的準(zhǔn)備。進(jìn)行著火前的準(zhǔn)備。* * 物理準(zhǔn)備物理準(zhǔn)備：霧化，加熱，蒸發(fā)，擴(kuò)散和混合霧化，加熱，蒸發(fā)，擴(kuò)散和混合。* * 化學(xué)準(zhǔn)備化學(xué)準(zhǔn)備：裂化，著火前的氧化反應(yīng)裂化，著火前的氧化反應(yīng)。* *一般著火延遲時(shí)間一般著火延遲時(shí)間

7、i i0.7-3ms0.7-3ms，ii8-12A8-12A* *噴油時(shí)缸內(nèi)噴油時(shí)缸內(nèi)溫度溫度、壓力壓力及及燃料性質(zhì)燃料性質(zhì)是影響是影響i i的主要因素的主要因素* *i i的長短會影響預(yù)混合氣量的長短會影響預(yù)混合氣量, ,對柴油機(jī)性能有很大影響對柴油機(jī)性能有很大影響、速燃期（、速燃期（2-32-3） （圖（圖6-26-2） 從著火從著火(壓力脫離壓縮線壓力脫離壓縮線)到缸內(nèi)壓力最高階段到缸內(nèi)壓力最高階段* *滯燃期內(nèi)形成的滯燃期內(nèi)形成的非均質(zhì)混合氣非均質(zhì)混合氣同時(shí)燃燒，稱同時(shí)燃燒，稱預(yù)混合燃燒預(yù)混合燃燒* *活塞在上止點(diǎn)附近，氣缸容積變化小，接近于活塞在上止點(diǎn)附近，氣缸容積變化小，接近于等容

8、燃燒等容燃燒* *P/=(PP/=(P3 3-P-P2 2)/()/(3 3-2 2) ) 升高快，放熱率升高快，放熱率dQ/ddQ/d大大* *柴油機(jī)柴油機(jī)P/P/一般一般0.4 0.4 0.6MPa/0.6MPa/A* *出現(xiàn)最高壓力點(diǎn)，理想位置：上止點(diǎn)后出現(xiàn)最高壓力點(diǎn)，理想位置：上止點(diǎn)后10101515A* *放熱量為放熱量為20% 20% 30%30%* *同時(shí)，噴油持續(xù)進(jìn)行，形成燃燒與噴油的重疊。同時(shí)，噴油持續(xù)進(jìn)行，形成燃燒與噴油的重疊。影響壓力升高率的因素：滯燃期噴油量、滯燃期長短、燃料蒸影響壓力升高率的因素：滯燃期噴油量、滯燃期長短、燃料蒸發(fā)混合速度、空氣運(yùn)動(dòng)、燃燒室形狀、燃料性

9、質(zhì)等發(fā)混合速度、空氣運(yùn)動(dòng)、燃燒室形狀、燃料性質(zhì)等預(yù)混合氣量預(yù)混合氣量、緩燃期（、緩燃期（3-43-4） （圖（圖6-26-2） 從缸內(nèi)壓力最高到溫度最高階段從缸內(nèi)壓力最高到溫度最高階段 * *著火后，混合是在邊燃燒、邊噴油的情況下進(jìn)行的著火后，混合是在邊燃燒、邊噴油的情況下進(jìn)行的擴(kuò)散擴(kuò)散混合混合，*擴(kuò)散混合階段的燃燒稱為擴(kuò)散混合階段的燃燒稱為擴(kuò)散燃燒擴(kuò)散燃燒。*擴(kuò)散燃燒的特點(diǎn)：擴(kuò)散燃燒的特點(diǎn)：既存在預(yù)混合燃燒的形式，又存在單既存在預(yù)混合燃燒的形式，又存在單油滴的擴(kuò)散燃燒形式，是一種氣、液雙相混合的燃燒過程油滴的擴(kuò)散燃燒形式，是一種氣、液雙相混合的燃燒過程。 擴(kuò)散混合擴(kuò)散混合( (著火后的混合著

10、火后的混合) )：邊燃燒、邊噴油的混合。包括：均邊燃燒、邊噴油的混合。包括：均相（氣相）混合，氣、液雙相混合；未燃區(qū)的低溫混合，已燃區(qū)的相（氣相）混合，氣、液雙相混合；未燃區(qū)的低溫混合，已燃區(qū)的高溫混合；燃油與空氣的混合，燃油、空氣、燃燒產(chǎn)物等多種物質(zhì)高溫混合；燃油與空氣的混合，燃油、空氣、燃燒產(chǎn)物等多種物質(zhì)的瞬態(tài)混雜。的瞬態(tài)混雜。緩燃期特點(diǎn)：緩燃期特點(diǎn)：*新鮮空氣愈來愈少，溫度愈來愈高，燃燒產(chǎn)物愈來愈多，新鮮空氣愈來愈少，溫度愈來愈高，燃燒產(chǎn)物愈來愈多，燃燒速度緩慢，同時(shí)活塞已下行，壓力近似不變，近于燃燒速度緩慢，同時(shí)活塞已下行，壓力近似不變，近于等等壓燃燒壓燃燒。* *速燃期內(nèi)噴入的燃油在

11、此階段燃燒，占總放熱量的速燃期內(nèi)噴入的燃油在此階段燃燒，占總放熱量的707080%80%。* *放熱率比速燃期小放熱率比速燃期小* *一般在上止點(diǎn)后一般在上止點(diǎn)后20203535CACA，出現(xiàn)最高溫度，達(dá)，出現(xiàn)最高溫度，達(dá)1600160020002000。* *溫度雖升高，由于混合時(shí)間短，高溫缺氧下易形成碳煙，溫度雖升高，由于混合時(shí)間短，高溫缺氧下易形成碳煙，要求要求加強(qiáng)空氣運(yùn)動(dòng)，加強(qiáng)空氣運(yùn)動(dòng)，11。緩燃期應(yīng)越快越好緩燃期應(yīng)越快越好關(guān)鍵是加快混合氣的形成。關(guān)鍵是加快混合氣的形成。、后燃期（補(bǔ)燃期）（、后燃期（補(bǔ)燃期）（4-4-） 從溫度最高到燃料燃燒結(jié)束。從溫度最高到燃料燃燒結(jié)束。 * *遠(yuǎn)離

12、上止點(diǎn)放熱遠(yuǎn)離上止點(diǎn)放熱* *大量的熱傳給冷卻系大量的熱傳給冷卻系熱量不能充分利用熱量不能充分利用* *過長，使排氣溫度升高，零件熱負(fù)荷增加，導(dǎo)致過長，使排氣溫度升高，零件熱負(fù)荷增加，導(dǎo)致柴油機(jī)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性下降。柴油機(jī)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性下降。* *應(yīng)盡量減少后燃應(yīng)盡量減少后燃加快缸內(nèi)氣體運(yùn)動(dòng)，可縮短后燃期，減少碳煙。加快缸內(nèi)氣體運(yùn)動(dòng)，可縮短后燃期，減少碳煙。三、燃燒過程中存在的問題三、燃燒過程中存在的問題 1.1.混合氣形成困難，且極不均勻混合氣形成困難，且極不均勻 *混合氣形成時(shí)間短，邊噴油、邊混合、邊燃燒?；旌蠚庑纬蓵r(shí)間短，邊噴油、邊混合、邊燃燒。 改進(jìn)措施：改進(jìn)措施： 促進(jìn)混合氣的形成。促

13、進(jìn)混合氣的形成。 結(jié)構(gòu)上，促進(jìn)缸內(nèi)的渦流運(yùn)動(dòng)。結(jié)構(gòu)上，促進(jìn)缸內(nèi)的渦流運(yùn)動(dòng)。 供給較多的空氣。供給較多的空氣。 a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%的空氣未被利用，使氣缸的空氣未被利用，使氣缸工作容積的利用程度降低，使升功率、平均有效壓力降工作容積的利用程度降低，使升功率、平均有效壓力降低，這與提高其動(dòng)力性相矛盾。低，這與提高其動(dòng)力性相矛盾。 2.2.工作粗暴，燃燒噪音較大。工作粗暴，燃燒噪音較大。* *燃燒噪音與速燃期內(nèi)的燃燒噪音與速燃期內(nèi)的P/P/有很大關(guān)系有很大關(guān)系* *為使工作柔和，要求為使工作柔和，要求P/400kpa/P/400kpa/CACA*

14、 *P/P/的大小主要與滯燃期中形成的可燃混合氣的數(shù)量有關(guān)的大小主要與滯燃期中形成的可燃混合氣的數(shù)量有關(guān)措施：措施：（1 1）縮短著火延遲時(shí)間）縮短著火延遲時(shí)間i i（2 2）減少滯燃期內(nèi)的噴油量）減少滯燃期內(nèi)的噴油量 但與提高動(dòng)力性相矛盾但與提高動(dòng)力性相矛盾燃燒噪音：速燃期內(nèi)燃燒噪音：速燃期內(nèi), ,急劇升高的壓力直接使燃燒室壁面及活塞、急劇升高的壓力直接使燃燒室壁面及活塞、曲軸等機(jī)件產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng)曲軸等機(jī)件產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng), ,并通過氣缸壁傳到外部。并通過氣缸壁傳到外部。3.3.排氣冒黑煙排氣冒黑煙* *主要發(fā)生在大負(fù)荷工況時(shí)，如加速，爬坡時(shí)。主要發(fā)生在大負(fù)荷工況時(shí)，如加速，爬坡時(shí)。* *燃油

15、在燃油在高溫缺氧高溫缺氧下燃燒時(shí)易形成下燃燒時(shí)易形成碳煙碳煙。減少黑煙的主要措施減少黑煙的主要措施: : (1)(1)增加過量空氣系數(shù)增加過量空氣系數(shù)a 但與提高柴油機(jī)的動(dòng)力性相矛盾但與提高柴油機(jī)的動(dòng)力性相矛盾（2 2）改善混合氣的形成）改善混合氣的形成 但與改善柴油機(jī)工作的柔和性相矛盾但與改善柴油機(jī)工作的柔和性相矛盾4.4.排氣冒藍(lán)煙、白煙排氣冒藍(lán)煙、白煙* *在在冷起動(dòng)冷起動(dòng)及怠速、低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，氣缸內(nèi)溫度低，及怠速、低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，氣缸內(nèi)溫度低，燃燒不良，不同直徑的柴油微粒隨廢氣排出，受燃燒不良，不同直徑的柴油微粒隨廢氣排出，受光線的反射呈現(xiàn)不同的顏色。光線的反射呈現(xiàn)不同的顏色。* *白煙

16、白煙是由是由0.60.61 1微米的顆粒構(gòu)成微米的顆粒構(gòu)成* *藍(lán)煙藍(lán)煙是由是由0.60.6微米以下的顆粒構(gòu)成微米以下的顆粒構(gòu)成暖機(jī)時(shí)，一般先冒白煙，后冒藍(lán)煙，然后變?yōu)闊o色。暖機(jī)時(shí)，一般先冒白煙，后冒藍(lán)煙，然后變?yōu)闊o色。 柴油機(jī)與汽油機(jī)的放熱規(guī)律柴油機(jī)與汽油機(jī)的放熱規(guī)律定義：定義：放熱率放熱率dQ/d(dQ/d(每度曲軸轉(zhuǎn)每度曲軸轉(zhuǎn)角的放熱量角的放熱量) )隨曲軸隨曲軸轉(zhuǎn)角的變化關(guān)系。轉(zhuǎn)角的變化關(guān)系。它決定壓力升高率它決定壓力升高率(噪噪音音)的變化和熱效率。的變化和熱效率。 四、燃燒過程的放熱規(guī)律四、燃燒過程的放熱規(guī)律理想的放熱規(guī)律應(yīng)想的放熱規(guī)律應(yīng)為：為：曲線要先緩后急。曲線要先緩后急。放熱

17、開始時(shí)刻要適放熱開始時(shí)刻要適當(dāng)提前當(dāng)提前, ,持續(xù)時(shí)間為持續(xù)時(shí)間為4040CACA。在燃燒期內(nèi)，放熱過程分三個(gè)階段：在燃燒期內(nèi)，放熱過程分三個(gè)階段：預(yù)混合燃燒階段預(yù)混合燃燒階段對應(yīng)速燃期，放熱率很高，歷時(shí)對應(yīng)速燃期，放熱率很高，歷時(shí)3 7A3 7A。擴(kuò)散燃燒階段擴(kuò)散燃燒階段對應(yīng)緩燃期，放熱率下降，為主放對應(yīng)緩燃期，放熱率下降，為主放 熱階段，歷時(shí)熱階段，歷時(shí)40A40A。 這兩個(gè)階段放熱達(dá)這兩個(gè)階段放熱達(dá)80%80%。 放熱放熱“尾巴尾巴”對應(yīng)后燃期，放熱對應(yīng)后燃期，放熱20%20%。放熱規(guī)律三要素：放熱規(guī)律三要素： 燃燒始點(diǎn)、放熱曲線形狀、持續(xù)時(shí)間（放熱持續(xù)期）。燃燒始點(diǎn)、放熱曲線形狀、持續(xù)

18、時(shí)間（放熱持續(xù)期）。燃燒始點(diǎn)燃燒始點(diǎn)使最高壓力發(fā)生在上止點(diǎn)后使最高壓力發(fā)生在上止點(diǎn)后78 A78 A。放熱曲線形狀放熱曲線形狀開始放熱適中開始放熱適中, ,然后燃燒加快，尾巴盡量短。然后燃燒加快，尾巴盡量短。持續(xù)時(shí)間持續(xù)時(shí)間最佳約為最佳約為40 A40 A第二節(jié)第二節(jié) 柴油機(jī)混合氣的形成柴油機(jī)混合氣的形成柴油機(jī)混合氣形成靠三方面的相互作用：柴油機(jī)混合氣形成靠三方面的相互作用： 一是一是燃燒室的結(jié)構(gòu)燃燒室的結(jié)構(gòu), ,二是二是燃料的噴霧，燃料的噴霧，三是三是缸內(nèi)缸內(nèi)適當(dāng)?shù)目諝膺\(yùn)動(dòng)。適當(dāng)?shù)目諝膺\(yùn)動(dòng)?；旌蠚庑纬商攸c(diǎn)混合氣形成特點(diǎn): 1、缸內(nèi)形成、缸內(nèi)形成 2、時(shí)間極短、時(shí)間極短 3、過量空氣系數(shù)較大、

19、過量空氣系數(shù)較大 4、靠燃燒室、噴霧、空氣渦流運(yùn)動(dòng)三方面配合、靠燃燒室、噴霧、空氣渦流運(yùn)動(dòng)三方面配合混合氣形成方法混合氣形成方法: 空間霧化混合，油膜蒸發(fā)混合空間霧化混合，油膜蒸發(fā)混合?？臻g霧化混合：空間霧化混合：將燃油噴向燃燒室空間以霧狀油將燃油噴向燃燒室空間以霧狀油滴與空氣渦流混合。滴與空氣渦流混合。油膜蒸發(fā)混合：油膜蒸發(fā)混合：將燃油噴向燃燒室璧面以油膜蒸將燃油噴向燃燒室璧面以油膜蒸發(fā)油氣與空氣渦流混合。發(fā)油氣與空氣渦流混合。 在車用柴油機(jī)中，兩種方式均有，但多數(shù)以空在車用柴油機(jī)中，兩種方式均有，但多數(shù)以空間霧化混合為主。球形燃燒室柴油機(jī)以油膜蒸發(fā)間霧化混合為主。球形燃燒室柴油機(jī)以油膜蒸發(fā)

20、混合方式為主?；旌戏绞綖橹?。 1.1.燃油的霧化燃油的霧化 燃油在經(jīng)噴孔燃油在經(jīng)噴孔噴出時(shí)，在氣噴出時(shí)，在氣缸中被破碎成缸中被破碎成微粒的過程。微粒的過程。噴油橫截噴油橫截面上燃油面上燃油分布分布噴油橫截面噴油橫截面上油粒速度上油粒速度L:射程射程 :錐角錐角噴注的形狀噴注的形狀一、燃油的霧化一、燃油的霧化2 2噴注的特征噴注的特征 噴注射程噴注射程L：表示噴注貫穿深度；表示噴注貫穿深度；噴注錐角噴注錐角：表示噴注緊密程度；表示噴注緊密程度；細(xì)微度和均勻度：細(xì)微度和均勻度：表示霧化程度。表示霧化程度。 細(xì)微度細(xì)微度-油注中的平均直徑油注中的平均直徑 均勻度均勻度-油注中最大直徑與最小直徑之油注

21、中最大直徑與最小直徑之差差3 3影響噴注質(zhì)量的主要因素影響噴注質(zhì)量的主要因素噴注結(jié)構(gòu)，噴油壓力，氣缸內(nèi)空氣的壓力，柴油噴注結(jié)構(gòu)，噴油壓力，氣缸內(nèi)空氣的壓力，柴油的粘度等。的粘度等。二、空氣運(yùn)動(dòng)對混合氣形成的影響二、空氣運(yùn)動(dòng)對混合氣形成的影響無空氣運(yùn)動(dòng)，屬于無空氣運(yùn)動(dòng)，屬于“油找空氣油找空氣”，需要較高噴射壓力。，需要較高噴射壓力。缸內(nèi)有空氣的渦流運(yùn)動(dòng)，缸內(nèi)有空氣的渦流運(yùn)動(dòng)，“空氣找油空氣找油”，能加速霧化的油滴與周，能加速霧化的油滴與周圍空氣的混合，促進(jìn)燃燒。圍空氣的混合，促進(jìn)燃燒。但能量和熱損失大，充量系數(shù)下降，但能量和熱損失大，充量系數(shù)下降，經(jīng)濟(jì)性略差。經(jīng)濟(jì)性略差。 渦流過強(qiáng)，會使燃燒產(chǎn)物

22、與鄰近的噴注重疊。渦流過強(qiáng)，會使燃燒產(chǎn)物與鄰近的噴注重疊。三、典型燃燒室結(jié)構(gòu)分析三、典型燃燒室結(jié)構(gòu)分析1 1燃燒室分類燃燒室分類直噴式和分開式兩大類直噴式和分開式兩大類 直噴式燃燒室：直噴式燃燒室：燃油直接噴入由活塞頂和缸蓋形成的燃油直接噴入由活塞頂和缸蓋形成的 一個(gè)統(tǒng)一空間。一個(gè)統(tǒng)一空間。（缸徑大于（缸徑大于100mm100mm，轉(zhuǎn)速小于，轉(zhuǎn)速小于3000r/min3000r/min的柴油機(jī)基本用直噴式的）的柴油機(jī)基本用直噴式的）根據(jù)凹坑深度分：根據(jù)凹坑深度分： 開式燃燒室開式燃燒室淺坑型，如淺坑型，如淺盆形淺盆形或或淺淺形形燃燒室燃燒室 半開式燃燒室半開式燃燒室深坑型，如深坑型，如形形和和

23、球形球形燃燒室燃燒室分開式燃燒室：分開式燃燒室：由主燃室和副燃室兩部分組成。由主燃室和副燃室兩部分組成。 如：如：渦流室式渦流室式燃燒室和燃燒室和預(yù)燃室式預(yù)燃室式燃燒室燃燒室（高速小缸徑柴油機(jī)多采用分開式燃燒室）（高速小缸徑柴油機(jī)多采用分開式燃燒室） 一般，氣缸直徑越大，燃燒室越淺。一般，氣缸直徑越大，燃燒室越淺。2 2對柴油機(jī)燃燒室的要求對柴油機(jī)燃燒室的要求 a??；??； （但應(yīng)燃燒完全及時(shí)）（但應(yīng)燃燒完全及時(shí)） 適度的適度的P/P/和和P Pz z值；值； （以保證工作柔和、平穩(wěn)、可靠。）（以保證工作柔和、平穩(wěn)、可靠。） 排氣品質(zhì)好；排氣品質(zhì)好； 變工況適應(yīng)好；變工況適應(yīng)好； （應(yīng)在負(fù)荷、轉(zhuǎn)

24、速變化時(shí)，柴油機(jī)性能穩(wěn)定。）（應(yīng)在負(fù)荷、轉(zhuǎn)速變化時(shí)，柴油機(jī)性能穩(wěn)定。） 冷起動(dòng)性好；冷起動(dòng)性好； 制造、維修方便。制造、維修方便。3.3.直噴式燃燒室的空氣渦流運(yùn)動(dòng)直噴式燃燒室的空氣渦流運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生渦流運(yùn)動(dòng)的方法：產(chǎn)生渦流運(yùn)動(dòng)的方法： 1 1）進(jìn)氣渦流）進(jìn)氣渦流靠切向進(jìn)氣靠切向進(jìn)氣道和螺旋進(jìn)氣道形成。道和螺旋進(jìn)氣道形成。切向進(jìn)氣道：切向進(jìn)氣道：氣道母線與氣氣道母線與氣缸相切，在氣門前強(qiáng)烈收缸相切，在氣門前強(qiáng)烈收縮，使氣流越來越快進(jìn)入縮，使氣流越來越快進(jìn)入氣缸后受缸壁的約束而轉(zhuǎn)氣缸后受缸壁的約束而轉(zhuǎn)向，形成渦流。向，形成渦流。螺旋進(jìn)氣道：螺旋進(jìn)氣道：氣門座上方的氣道成螺旋型，相對于氣缸中氣門座上方的

25、氣道成螺旋型，相對于氣缸中心一定位置。氣流形成繞氣門中心的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入氣缸心一定位置。氣流形成繞氣門中心的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入氣缸后近于切向氣流，沿氣缸壁繞氣缸中心旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。應(yīng)用于后近于切向氣流，沿氣缸壁繞氣缸中心旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。應(yīng)用于高速柴油機(jī)上。高速柴油機(jī)上。2 2）擠氣渦流）擠氣渦流在壓縮行程后期，在壓縮行程后期，活塞接近上止點(diǎn)時(shí)，活塞接近上止點(diǎn)時(shí)，活塞頂上方環(huán)形空活塞頂上方環(huán)形空間中的空氣被擠入間中的空氣被擠入活塞頂部的燃燒室活塞頂部的燃燒室內(nèi)，造成的空氣的內(nèi)，造成的空氣的渦流運(yùn)動(dòng)。渦流運(yùn)動(dòng)。渦流強(qiáng)度較進(jìn)氣渦流強(qiáng)度較進(jìn)氣渦流小，只起輔助渦流小，只起輔助作用。作用。逆擠流逆擠流4.4.直噴式燃燒室

26、直噴式燃燒室1 1）開式燃燒室）開式燃燒室淺坑型淺坑型混合氣形成方式以空間霧化為主。混合氣形成方式以空間霧化為主。無或很弱進(jìn)氣渦流，形成質(zhì)量依靠噴霧質(zhì)量無或很弱進(jìn)氣渦流，形成質(zhì)量依靠噴霧質(zhì)量（細(xì)微度及均勻度（細(xì)微度及均勻度) )，對噴射系統(tǒng)要求高對噴射系統(tǒng)要求高（100MPa100MPa，7-127-12噴孔）噴孔）；結(jié)構(gòu)簡單，結(jié)構(gòu)簡單，F(xiàn)/VF/V小，小，Q放放 ，經(jīng)濟(jì)性好經(jīng)濟(jì)性好；起動(dòng)性好起動(dòng)性好，熱負(fù)荷低；，熱負(fù)荷低；但但a大大（1.52.2），工作粗暴工作粗暴，對燃料要求高。，對燃料要求高。一般適用于大缸徑一般適用于大缸徑（140mm140mm），低速，低速（2000r/min2000

27、r/min）柴油機(jī)柴油機(jī)。如淺如淺型燃燒室。大缸徑柴油機(jī)多采用開式燃燒室。型燃燒室。大缸徑柴油機(jī)多采用開式燃燒室。淺淺型燃燒室型燃燒室2 2）半開式燃燒室）半開式燃燒室深坑型深坑型 混合氣形成方式有空間混合和油膜蒸發(fā)混合。形成質(zhì)量依靠混合氣形成方式有空間混合和油膜蒸發(fā)混合。形成質(zhì)量依靠多油注高壓噴射。一般有較強(qiáng)的進(jìn)氣渦流。多油注高壓噴射。一般有較強(qiáng)的進(jìn)氣渦流。 型燃燒室（典型）型燃燒室（典型）混合氣形成：空間霧化混合為主?；旌蠚庑纬桑嚎臻g霧化混合為主。 一般采用多孔噴嘴一般采用多孔噴嘴（4-6孔）孔），較高噴射壓力，并組織一定的，較高噴射壓力，并組織一定的進(jìn)氣渦流和擠氣渦流。進(jìn)氣渦流和擠氣渦流

28、。面容比小，面容比小，Q放放，經(jīng)濟(jì)性好經(jīng)濟(jì)性好。低溫起動(dòng)性好低溫起動(dòng)性好。 P/和和Pz大，大，工作粗暴工作粗暴。 a大大（1.3-1.51.3-1.5）。形成碳煙多，氮氧化物多、排放差。形成碳煙多，氮氧化物多、排放差。適用于適用于4500r/min4500r/min以下，以下，80-140mm80-140mm的柴油機(jī)。的柴油機(jī)。型燃燒室型燃燒室 球形燃燒室球形燃燒室 混合氣形成：油膜蒸發(fā)。混合氣形成：油膜蒸發(fā)。 一般采用單孔噴嘴，均配有螺旋進(jìn)氣道以產(chǎn)生強(qiáng)進(jìn)氣一般采用單孔噴嘴，均配有螺旋進(jìn)氣道以產(chǎn)生強(qiáng)進(jìn)氣渦流。渦流。 面容比小，面容比小，經(jīng)濟(jì)性好經(jīng)濟(jì)性好。 P/和和Pz較小，較小，工作柔和工作

29、柔和。對燃油的品質(zhì)及霧化質(zhì)量要求低，可以燃用多種燃料。對燃油的品質(zhì)及霧化質(zhì)量要求低，可以燃用多種燃料。冷起動(dòng)困難冷起動(dòng)困難。低速、加速時(shí)冒黑煙。低速、加速時(shí)冒黑煙。不適于增壓，變工況適應(yīng)性差，目前已很少使用。不適于增壓，變工況適應(yīng)性差，目前已很少使用。球型燃燒室球型燃燒室5 5、分開式燃燒室、分開式燃燒室1 1）渦流室式燃燒室渦流室式燃燒室 混合氣形成：空間霧化混合為主混合氣形成：空間霧化混合為主一般采用軸針式噴油器，渦流室占燃燒容積的一般采用軸針式噴油器，渦流室占燃燒容積的50%-60%50%-60%噴霧質(zhì)量要求不高噴霧質(zhì)量要求不高(利用強(qiáng)壓縮渦流形成混合氣，噴油壓力可降低利用強(qiáng)壓縮渦流形成

30、混合氣，噴油壓力可降低) P/較小，較小，工作柔和工作柔和，噪音低，噪音低（副燃室燃燒滯燃期短，主燃室燃燒活（副燃室燃燒滯燃期短，主燃室燃燒活塞已下行）塞已下行）空氣利用率高，空氣利用率高， a值可較小值可較?。?.2.13）高速性能好。高速性能好。（渦流隨轉(zhuǎn)速升高而加強(qiáng)）（渦流隨轉(zhuǎn)速升高而加強(qiáng)）排污低排污低（最高燃燒溫度低）（最高燃燒溫度低）變工況適應(yīng)性好，對轉(zhuǎn)速不敏感變工況適應(yīng)性好，對轉(zhuǎn)速不敏感（轉(zhuǎn)速變化，渦流的流動(dòng)特性基本不（轉(zhuǎn)速變化，渦流的流動(dòng)特性基本不變）變）面容比大，面容比大，經(jīng)濟(jì)性較差經(jīng)濟(jì)性較差，啟動(dòng)性差啟動(dòng)性差（傳熱和流動(dòng)損失大，裝電熱塞）（傳熱和流動(dòng)損失大，裝電熱塞）渦流室式

31、燃燒室渦流室式燃燒室1 1）預(yù)燃室）預(yù)燃室式燃燒室式燃燒室 混合氣形成：空間霧化混合為主?；旌蠚庑纬桑嚎臻g霧化混合為主。采用軸針式噴油器，預(yù)燃室占燃燒容積的采用軸針式噴油器，預(yù)燃室占燃燒容積的50%-60%50%-60%。噴霧質(zhì)量要求不高噴霧質(zhì)量要求不高（預(yù)燃室形成強(qiáng)的紊流和二次噴射的（預(yù)燃室形成強(qiáng)的紊流和二次噴射的燃燒燃燒渦流渦流形成混合氣）。形成混合氣）。 P/較小，較小，工作柔和工作柔和?？諝饫寐矢?，空氣利用率高， a值可較小。值可較小。變工況適應(yīng)性好，對轉(zhuǎn)速不敏感。變工況適應(yīng)性好，對轉(zhuǎn)速不敏感。 NOx排放低。排放低。啟動(dòng)性差啟動(dòng)性差，面容比較大，面容比較大，經(jīng)濟(jì)性差。經(jīng)濟(jì)性差。低速

32、噪聲（惰轉(zhuǎn)噪聲）大。低速噪聲（惰轉(zhuǎn)噪聲）大。(預(yù)燃室氣體速度低，油束貫穿力大，預(yù)燃室氣體速度低，油束貫穿力大，噴射的燃油進(jìn)入主燃室，使主燃室燃油滯燃期增長噴射的燃油進(jìn)入主燃室，使主燃室燃油滯燃期增長)預(yù)燃室式燃燒室預(yù)燃室式燃燒室各種燃燒室的比較各種燃燒室的比較直直噴噴式式燃燃燒燒室室分分開開式式燃燃燒燒室室 形形球球形形渦渦流流室室式式預(yù)預(yù)燃燃室室式式混混合合氣氣形形成成方方式式空空間間霧霧化化混混合合油油膜膜蒸蒸發(fā)發(fā)混混合合空空間間霧霧化化混混合合空空間間霧霧化化混混合合空空氣氣方方式式較較強(qiáng)強(qiáng)進(jìn)進(jìn)氣氣渦渦流流和和擠擠流流強(qiáng)強(qiáng)進(jìn)進(jìn)氣氣渦渦流流和和擠擠流流壓壓縮縮渦渦流流為為主主燃燃燒燒渦渦流

33、流為為主主噴噴嘴嘴型型式式多多孔孔3 3- -5 5單單孔孔或或雙雙孔孔軸軸針針式式軸軸針針式式冷冷啟啟動(dòng)動(dòng)性性容容易易較較難難難難難難燃燃燒燒噪噪音音高高較較高高較較低低低低( (惰惰轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)噪噪音音高高) )燃燃料料適適應(yīng)應(yīng)性性差差好好較較好好好好燃燃油油經(jīng)經(jīng)濟(jì)濟(jì)性性好好好好較較差差差差第三節(jié)第三節(jié) 燃油的噴射燃油的噴射一、噴射過程一、噴射過程 燃油的噴射：燃油的噴射： 燃油在噴油泵泵室中，受到柱塞壓縮，壓燃油在噴油泵泵室中，受到柱塞壓縮，壓力升高，經(jīng)噴油器噴出的過程。力升高，經(jīng)噴油器噴出的過程。 分三個(gè)階段：分三個(gè)階段：噴油延遲階段，主噴射階段，噴射結(jié)束階段。噴油延遲階段，主噴射階段，噴射結(jié)

34、束階段。燃油的噴射過程燃油的噴射過程二、不正常噴射二、不正常噴射1.1.二次噴射二次噴射 針閥落座后，過大的針閥落座后，過大的反射波（高壓油管內(nèi)）反射波（高壓油管內(nèi)）使針閥再次升起而噴使針閥再次升起而噴油的現(xiàn)象。油的現(xiàn)象。危害：危害：噴油時(shí)間噴油時(shí)間，噴油量，噴油量，后燃加重，后燃加重發(fā)動(dòng)機(jī)過熱，排溫發(fā)動(dòng)機(jī)過熱，排溫，燃油消耗率，燃油消耗率 噴射壓力低，霧化不良，燃燒過程中噴入氣缸，排氣噴射壓力低，霧化不良，燃燒過程中噴入氣缸，排氣冒黑煙，積碳。冒黑煙，積碳。 （高速、高負(fù)荷時(shí)較嚴(yán)重）（高速、高負(fù)荷時(shí)較嚴(yán)重）隔次噴射隔次噴射發(fā)生在怠速發(fā)生在怠速運(yùn)行時(shí)，造成柴油機(jī)怠運(yùn)行時(shí)，造成柴油機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)

35、。速運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)。三、避免不正常噴三、避免不正常噴射的措施射的措施減少高壓容積減少高壓容積縮短高壓油管長度縮短高壓油管長度合理選擇噴射參數(shù)合理選擇噴射參數(shù)2.2.斷續(xù)噴射、隔次噴射斷續(xù)噴射、隔次噴射斷續(xù)噴射斷續(xù)噴射常發(fā)生在低常發(fā)生在低速小負(fù)荷工況。速小負(fù)荷工況。第四節(jié)第四節(jié) 影響燃燒過程的因素影響燃燒過程的因素一、燃油的影響一、燃油的影響 1 1燃油的著火性燃油的著火性 是指柴油噴入汽缸后能否迅速著火燃燒的能力。是指柴油噴入汽缸后能否迅速著火燃燒的能力。 （用十六烷值表示）（用十六烷值表示）十六烷值高，著火性好，滯燃期短，十六烷值高，著火性好，滯燃期短，P/較小，工較小，工作柔和。且起動(dòng)性好。作柔

36、和。且起動(dòng)性好。十六烷值過高，使燃油來不及混合就燃燒，易冒煙。十六烷值過高，使燃油來不及混合就燃燒，易冒煙。 車用柴油機(jī)的十六烷值，一般為車用柴油機(jī)的十六烷值，一般為40405050。十六烷值對燃燒過程的影響圖十六烷值對燃燒過程的影響圖 2 2蒸發(fā)性蒸發(fā)性 蒸發(fā)性差，燃燒不完全。蒸發(fā)性差，燃燒不完全。 蒸發(fā)性過好，工作粗暴。蒸發(fā)性過好，工作粗暴。 二、壓縮性二、壓縮性的影響的影響TcTc、PcPc滯燃期縮短，工作柔滯燃期縮短，工作柔和，改善柴油機(jī)冷起動(dòng)性。和，改善柴油機(jī)冷起動(dòng)性。過大過大PzPz，機(jī)械磨損，機(jī)械磨損，使用壽命，使用壽命當(dāng)當(dāng)2121時(shí)，時(shí)，itit的提高不明顯。的提高不明顯。柴油

37、機(jī)合適的壓縮比主要是根據(jù)冷起動(dòng)的柴油機(jī)合適的壓縮比主要是根據(jù)冷起動(dòng)的需要來確定。需要來確定。三、使用方面因素的影響三、使用方面因素的影響（一）噴油規(guī)律（一）噴油規(guī)律噴油規(guī)律噴油規(guī)律：指噴油速率指噴油速率dq/ddq/d（每度曲軸轉(zhuǎn)角的（每度曲軸轉(zhuǎn)角的噴油量）隨曲軸轉(zhuǎn)角的變化關(guān)系。噴油量）隨曲軸轉(zhuǎn)角的變化關(guān)系。柴油機(jī)結(jié)構(gòu)一定時(shí)，放熱規(guī)律取決于噴油規(guī)律。柴油機(jī)結(jié)構(gòu)一定時(shí)，放熱規(guī)律取決于噴油規(guī)律。理想的噴油持續(xù)角為理想的噴油持續(xù)角為16163535CACA，噴油速率的，噴油速率的變化要先緩后急。變化要先緩后急。噴油規(guī)律可以通過改變噴油泵凸輪軸的凸輪型噴油規(guī)律可以通過改變噴油泵凸輪軸的凸輪型面加以調(diào)整

38、。面加以調(diào)整。（二）供油提前角（二）供油提前角供油提前角供油提前角 ：高壓油泵柱塞關(guān)閉進(jìn)油孔瞬時(shí)到高壓油泵柱塞關(guān)閉進(jìn)油孔瞬時(shí)到上止點(diǎn)之間的曲軸轉(zhuǎn)角。上止點(diǎn)之間的曲軸轉(zhuǎn)角。噴油延遲角：噴油延遲角：供油提前角供油提前角與噴油提前角相差。與噴油提前角相差。過大、過小的危害：過大、過小的危害： （對燃燒的影響圖）對燃燒的影響圖）過大過大滯燃期滯燃期柴油機(jī)工作粗暴，怠速不柴油機(jī)工作粗暴，怠速不 穩(wěn)，冷起動(dòng)困難。穩(wěn)，冷起動(dòng)困難。 壓縮負(fù)功壓縮負(fù)功，PePe，bebe過小過小后燃量后燃量，排氣溫度，排氣溫度， itit， PePe，bebe 供油提前角供油提前角調(diào)整特性：調(diào)整特性：柴柴油機(jī)的性能指油機(jī)的性能指標(biāo)隨供油提前標(biāo)隨供油提前角角的變化關(guān)的變化關(guān)系。系。最佳供油