第六章(柴油機(jī)混合氣的形成與燃燒)

1、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理第六章 柴油機(jī)混合氣的形成與燃燒主要內(nèi)容第一節(jié) 燃料噴射與霧化第二節(jié) 柴油機(jī)燃燒過(guò)程與放熱第三節(jié) 混合氣形成與燃燒室第四節(jié) 燃燒過(guò)程的優(yōu)化第五節(jié) 影響燃燒過(guò)程的因素第一節(jié) 燃油的噴射與霧化 柴油機(jī)使用的燃料是較難揮發(fā)而較易自燃的柴油，它的燃燒組織與汽油機(jī)相比有著本質(zhì)的不同。在柴油機(jī)的工作過(guò)程中，混合氣形成和燃燒是個(gè)主要過(guò)程，對(duì)柴油機(jī)的特性影響最大。一、噴油系統(tǒng) 1、作用及要求 作用： 定時(shí)、定量并按一定規(guī)律向柴油機(jī)各缸供給高壓燃油。 要求：在壓縮行程接近終了時(shí)，把柴油噴入氣缸，使之與空氣混合成可燃混合氣，并利用空氣壓縮所形成的高溫、高壓使其自行著火燃燒，控制三要素： 1）燃油噴入

2、量）燃油噴入量 2）噴油時(shí)間）噴油時(shí)間 3）油束的空間形態(tài)）油束的空間形態(tài) 注意：避免出現(xiàn)異常噴射現(xiàn)象 1）能產(chǎn)生足夠的噴油壓力，以保證燃料良好的霧化混合與燃燒，且燃油油束需與內(nèi)燃機(jī)燃燒室和氣流運(yùn)動(dòng)相匹配相匹配，保證油氣混合均勻。（定質(zhì)定質(zhì)） 2）對(duì)每一個(gè)內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)工況（一定的轉(zhuǎn)速與負(fù)荷組成一個(gè)工況），精確控制每循環(huán)噴入氣缸的燃油量，且噴油量能隨工況變化而自動(dòng)變化。在工況不變時(shí)，各循環(huán)之間的噴油量應(yīng)當(dāng)一致。對(duì)多缸內(nèi)燃機(jī)而言，各缸的噴油量應(yīng)當(dāng)相等。（定量定量） 3）在內(nèi)燃機(jī)所運(yùn)轉(zhuǎn)的工況范圍內(nèi)，盡可能保持最佳的起始噴油時(shí)刻、噴油持續(xù)時(shí)間與噴油規(guī)律，以保證良好的燃燒并取得優(yōu)良的綜合性能。（定時(shí)定時(shí)）

3、2、噴油系統(tǒng)的工作原理、噴油系統(tǒng)的工作原理直列柱塞式噴油泵燃油供給系直列柱塞式噴油泵燃油供給系1噴油器噴油器 2燃油濾清器燃油濾清器 3直列柱塞式噴油泵直列柱塞式噴油泵 4噴油提前器噴油提前器 5輸油泵輸油泵 6調(diào)速器調(diào)速器 7油水分離器油水分離器 8油箱油箱 9高壓油管高壓油管 10回油管回油管 11低壓油管低壓油管1. 柱塞式噴油泵供油系統(tǒng)柱塞式噴油泵供油系統(tǒng) 2、噴油泵、噴油泵柱塞式噴油泵柱塞式噴油泵 噴油過(guò)程普遍采用柱塞式噴油泵。 柱塞上行，使噴油泵內(nèi)壓力升高，當(dāng)壓力升高到一定值時(shí)，克服噴油泵上方出油閥彈簧預(yù)緊力和高壓油管內(nèi)的殘余油壓，頂開(kāi)出油閥，通過(guò)高壓油管向噴油器供油。 上行油槽底

4、點(diǎn)過(guò)了2點(diǎn)之后，打開(kāi)回油口，使泵內(nèi)油壓下降。當(dāng)泵內(nèi)油壓小于出油閥彈簧預(yù)緊力和高壓油管內(nèi)的殘余油壓力時(shí)，出油閥落座，噴油停止。 下行油槽底點(diǎn)過(guò)了2點(diǎn)之后，回油停止，重新進(jìn)油。4、噴油器、噴油器噴油器的頭部結(jié)構(gòu)噴油器的頭部結(jié)構(gòu)(a) 單孔單孔 (b) 多孔多孔 (c) 標(biāo)準(zhǔn)軸針標(biāo)準(zhǔn)軸針 (d) 節(jié)流軸針節(jié)流軸針不同噴油嘴的流通特性不同噴油嘴的流通特性 二、噴射與霧化1.噴射過(guò)程噴射過(guò)程:定義：定義：噴油泵開(kāi)始供油直至噴油器停止噴 油的過(guò)程，整個(gè)噴射過(guò)程在全負(fù)荷 下約占1540曲軸轉(zhuǎn)角。 噴噴射射過(guò)過(guò)程程噴射延遲階段噴射延遲階段I：從噴油泵柱塞頂封閉進(jìn)回油孔的理論供油始點(diǎn)到噴油器針閥開(kāi)始升起(噴油始

5、點(diǎn))為止。主噴射階段主噴射階段 ：從噴油始點(diǎn)到噴油器端壓力開(kāi)始急劇下降為止。噴油結(jié)束階段噴油結(jié)束階段 ：從噴油器端壓力開(kāi)始急劇下降針閥完全落座 (噴油終點(diǎn))為止。噴射過(guò)程噴射過(guò)程a) 噴油泵端壓力噴油泵端壓力 b) 噴油器端壓力噴油器端壓力 c) 針閥升程針閥升程 （1）噴油延遲階段噴油延遲階段：從噴油泵壓出燃油（供油始點(diǎn)）到噴油器針閥開(kāi)始抬起（噴油始點(diǎn)）為止，這一階段稱為噴油延遲階段。 當(dāng)柱塞關(guān)閉進(jìn)油孔后，泵油室內(nèi)燃油被壓縮，油壓開(kāi)始升高，直到油壓超過(guò)高壓油管中的剩余壓力和出油閥的彈簧壓力時(shí)，出油閥抬起，至減壓環(huán)帶完全脫離導(dǎo)向孔后，燃油才能進(jìn)入高壓油管，使泵端油管壓力升高，并以壓力波形式向噴

6、油器端傳播。當(dāng)傳播到噴油器針閥處的壓力超過(guò)針閥的開(kāi)啟壓力p0時(shí)，針閥才打開(kāi)，將燃油噴入氣缸。從供油始點(diǎn)到噴油始點(diǎn)的時(shí)間間隔稱為噴油延遲時(shí)間，其相應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角稱噴油延遲角，即噴油延遲角等于供油即噴油延遲角等于供油提前角減去噴油提前角提前角減去噴油提前角。 一般轉(zhuǎn)速升高，噴油延遲角加大；高壓油管加長(zhǎng)，壓力波由泵端到噴油器端的傳播時(shí)間增加，噴油延遲角亦加大。供油提前角 柴油機(jī)為獲得高的熱效率，要求燃燒在上止點(diǎn)附近完成，噴油需在上止點(diǎn)前某一時(shí)刻開(kāi)始，過(guò)早或過(guò)遲噴油對(duì)燃燒熱效率都有影響。燃油噴入氣缸的時(shí)刻到活塞上止點(diǎn)所經(jīng)歷的曲軸轉(zhuǎn)角稱為噴油提前角噴油提前角。 供油提前角供油提前角就是噴油泵柱塞關(guān)閉進(jìn)、回

7、油孔開(kāi)始?jí)河偷讲裼蜋C(jī)活塞上止點(diǎn)所經(jīng)歷的曲軸轉(zhuǎn)角。 通過(guò)控制供油提前角的方法來(lái)保證噴油提前角，兩者之間的差值是噴油延遲角。噴油延遲角的大小由高壓油管長(zhǎng)度、柴油機(jī)轉(zhuǎn)速等參數(shù)決定。油管越長(zhǎng)、轉(zhuǎn)速越高，噴油延遲角越大。因此，對(duì)于多缸柴油機(jī)而言，各缸用高壓油管長(zhǎng)度應(yīng)當(dāng)一致。 （2）主噴射階段主噴射階段：從噴油始點(diǎn)到噴油器端壓力開(kāi)始急劇下降時(shí)為止，這一階段稱為主噴射階段。 針閥剛開(kāi)啟時(shí)，燃油開(kāi)始噴入氣缸，噴油器壓力有瞬時(shí)下降，隨著柱塞繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，壓力又上升。當(dāng)柱塞控油斜邊打開(kāi)回油孔時(shí)，最初開(kāi)度很小，因節(jié)流作用，泵端壓力并不立刻下降。隨著柱塞運(yùn)動(dòng)，回流孔逐漸開(kāi)大，泵端壓力急劇下降，出油閥落座。 因出油閥落座過(guò)

8、程減壓環(huán)帶的減壓作用，使高壓油管壓力迅速下降，并影響到噴油器端的壓力，因此，噴油器端壓力下降較遲。絕大部分燃油是在這一階段噴入氣缸的，其時(shí)間長(zhǎng)短主要與柱塞有效行程（即柴油機(jī)負(fù)荷）有關(guān)，其次，也受到高壓系統(tǒng)容積、出油閥減壓作用等因素的影響。 （3）滴漏階段滴漏階段：從噴油器端壓力開(kāi)始急劇下降到針閥完全落座（噴油終點(diǎn)）為止，這一階段稱為滴漏階段。 當(dāng)噴油器端壓力下降到針閥關(guān)閉壓力后，針閥落座，停止噴油。這期間還有少量燃油從噴孔噴出，由于噴油壓力降低噴油壓力降低，燃油霧化不良，故應(yīng)縮短這一階段。( (一一) )二次噴射二次噴射 噴油器針閥落座以后，在壓力波動(dòng)的影響下再次升起的噴油現(xiàn)象。由于二次噴射是

9、在燃油壓力較低的情況下噴射的，導(dǎo)致這部分燃油霧化不良，燃燒不完全，碳煙增多，并易引起噴孔積炭堵塞。此外，二次噴射還使整個(gè)噴射持續(xù)時(shí)間拉長(zhǎng)，則燃燒過(guò)程不能及時(shí)進(jìn)行，造成經(jīng)濟(jì)性下降，零部件過(guò)熱等不良后果。二次噴射易發(fā)生在高速、大負(fù)荷工況。 （二）斷續(xù)噴射（二）斷續(xù)噴射 由于在某一瞬間噴油泵的供油量小于從噴油器噴出的油量和填充針閥上升空出空間的油量之和，造成針閥在噴射過(guò)程中周期性跳動(dòng)的現(xiàn)象。這時(shí)噴油泵端壓力及針閥的運(yùn)動(dòng)方向不斷變化，容易導(dǎo)致針閥偶件的磨損。不正常噴射（三）不規(guī)則噴射和隔次噴射 供油量過(guò)小時(shí)，循環(huán)噴油量不斷變動(dòng)，還可能出現(xiàn)有的循環(huán)不噴油的現(xiàn)象。不規(guī)則噴射和隔次噴射易發(fā)生在柴油機(jī)怠速工況

10、下，造成怠速運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)定，工作粗暴，并限制了柴油機(jī)的最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。（四）滴油現(xiàn)象 在針閥密封正常的情況下，噴射終了時(shí)，由于系統(tǒng)內(nèi)的壓力下降過(guò)慢使針閥不能迅速落座，出現(xiàn)仍有燃油流出的現(xiàn)象。這種在噴射終了時(shí)流出的燃油速度及壓力都很低，難以霧化，易生成積炭堵塞噴孔。 為了避免出現(xiàn)不正常噴射現(xiàn)象，應(yīng)盡可能地縮短高壓油管長(zhǎng)度，減少高壓容積，以降低壓力波動(dòng)，減小其影響，并合理選擇噴射系統(tǒng)的參數(shù)，如噴油泵柱塞直徑、凸輪廓線、出油閥形式及尺寸、出油閥減壓容積、高壓油管內(nèi)徑、噴油器噴孔尺寸、針閥開(kāi)啟壓力等。2.供油規(guī)律與噴油規(guī)律：供油速率供油速率：?jiǎn)挝煌馆嗇S轉(zhuǎn)角（或單位時(shí)間）由噴油泵供入高壓油路中的燃油量；噴油速

11、率噴油速率：?jiǎn)挝煌馆嗇S轉(zhuǎn)角（或單位時(shí)間）由噴油器噴入燃燒室內(nèi)的燃油量； 供油規(guī)律供油規(guī)律：供油速率隨凸輪軸轉(zhuǎn)角（或時(shí)間）的變化關(guān)系。 噴油規(guī)律噴油規(guī)律：噴油速率隨凸輪軸轉(zhuǎn)角（或時(shí)間）的變化關(guān)系。差別： 1）始點(diǎn)差別812曲軸轉(zhuǎn)角； 2）噴油持續(xù)時(shí)間較供油持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)； 3）最大噴油速率較供油速率低，其形狀有明顯畸變，循環(huán)噴油量也 低于循環(huán)供油量。供油規(guī)律和噴油規(guī)律供油規(guī)律和噴油規(guī)律 兩者的差別主要原因：兩者的差別主要原因： 燃油的可壓縮性燃油的可壓縮性：燃油在低壓時(shí)可視為不可壓縮流體，但高壓（30200MPa）時(shí)必須考慮其可壓縮性。實(shí)驗(yàn)表明，如果開(kāi)啟噴油壓力為25MPa，則1m長(zhǎng)高壓油管（內(nèi)徑為

12、2mm）中的燃油體積縮減量相當(dāng)于循環(huán)供油量的24%。 壓力波傳播滯后壓力波傳播滯后：盡管壓力波在柴油機(jī)中的傳播速度高達(dá)1400m/s，但仍會(huì)造成明顯的相位差。如1m高壓油管在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為3000r/min時(shí)，相位差可達(dá)10曲軸轉(zhuǎn)角以上。 壓力波動(dòng)壓力波動(dòng)：高壓系統(tǒng)中壓力波的往復(fù)反射和疊加會(huì)造成噴油規(guī)律與供油規(guī)律在形狀上的顯著差異。 高壓容積變化高壓容積變化：指高壓油管的彈性變形以及出油閥和針閥兩個(gè)彈性系統(tǒng)的影響。由于噴油規(guī)律對(duì)燃燒放熱規(guī)律有直接的影響，因而噴油規(guī)律一直是柴油機(jī)燃燒和性能優(yōu)化優(yōu)化中的重要內(nèi)容。噴霧特性與霧化質(zhì)量：噴霧特性與霧化質(zhì)量：n燃油噴入燃燒室后被粉碎分散為細(xì)小微粒的過(guò)程，稱

13、為燃油的噴霧或霧化燃油的噴霧或霧化。n將燃油噴射霧化的目的，可以大大增加燃料蒸發(fā)的表面積，增加燃料與氧接觸的機(jī)會(huì)，以達(dá)到迅速混合的目的。油束的形成及特性 燃油在噴油泵中被壓縮后，高壓油管的壓力高達(dá)20160MPa，速度可達(dá)100400m/s，在高度湍流狀態(tài)下從噴油器的噴孔噴入燃燒室內(nèi)。燃油在高速流動(dòng)中，在與燃燒室內(nèi)高壓空氣的相對(duì)運(yùn)動(dòng)中及湍流的作用下，被逐步粉碎分散成直徑為250um的液滴，由大小不同的液滴組成了油束油束。油束的幾何形狀油束的幾何形狀主要包括油束射程油束射程L(又稱貫穿距離)和噴霧錐角噴霧錐角或油束的最大寬度油束的最大寬度B。 噴霧錐角噴霧錐角：噴霧錐角與噴油器結(jié)構(gòu)有很大的關(guān)系。

14、對(duì)相同的噴油器結(jié)構(gòu)，一般用來(lái)標(biāo)志油束的緊密程度。 大說(shuō)明油束松散， 小說(shuō)明油束緊密。 油束射程油束射程L：即油束的貫穿距離，亦稱貫穿力。L大小對(duì)燃料在燃燒室中的分布有很大影響。如果燃燒室尺寸小而射程大，就有較多的燃油噴到燃燒室壁上；反之，如果L過(guò)小，則燃料不能很好地分布到燃燒室空間，燃燒室中的空氣得不到充分利用。因此，油束射程必須根據(jù)混合氣形成方式的不同要求與燃燒室相互配合。 霧化質(zhì)量霧化質(zhì)量：表示燃料噴散霧化的程度，一般是指噴散的細(xì)度和噴散的均勻度。燃料噴散得越細(xì)，越均勻，說(shuō)明霧化質(zhì)量越好。噴散細(xì)度可以用油束中油粒的最大直徑與平均直徑之差來(lái)表示，直徑差越小則噴霧越均勻。同樣也可以用實(shí)驗(yàn)的方法

15、，把油束中的油粒直徑測(cè)量出來(lái)后，畫成曲線來(lái)表示油粒的細(xì)度和均勻度。這種曲線叫做霧化特性曲線。a 油束射程油束射程L 并不一定越大越好，這要根據(jù)混合氣形成的機(jī)理與燃燒室形狀具體分析。L 燃料噴到壁面上多 空間混合氣太稀。L 燃料集中 混合氣分布不均勻，空氣利用。b 噴霧錐角噴霧錐角 反映油束的緊密程度?？资絿娮?油束松散，粒細(xì)。軸針式噴嘴 油束緊密，粒粗。c 霧化質(zhì)量（霧化特性）霧化質(zhì)量（霧化特性） 細(xì)微度 油滴平均直徑 細(xì)：霧化好均勻度 油滴最大直徑 - 油滴平均直徑勻：霧化好粒細(xì)均勻度好，粒粗均勻度差。一般情況下：噴霧錐角過(guò)大，貫穿距離會(huì)減小；噴霧錐角過(guò)小，霧化程度會(huì)變差。影響油束特性的因素

16、 （1）噴油器結(jié)構(gòu)：噴油器的結(jié)構(gòu)不同，引起油束形成的內(nèi)部擾動(dòng)也不同，從而就產(chǎn)生不同形式的油束。油束要與燃燒系統(tǒng)密切配合，不同的燃燒方式要求不同形式的油束，因而就使用不同結(jié)構(gòu)的噴油器。 （2）噴油壓力：燃油的噴射壓力越大，則燃油噴出的初速度就越大，在噴孔中燃油擾動(dòng)程度及噴出噴孔后所受到的介質(zhì)阻力也越大，從而使霧化的細(xì)度和均勻度提高，即霧化質(zhì)量好。 （3）介質(zhì)反壓力：反壓力增加，使介質(zhì)密度增大，引起作用在油束上的空氣阻力增加，因此燃料霧化有所改善，噴霧錐角增加，并使射程減小。 （4）噴油泵凸輪外形及轉(zhuǎn)速：當(dāng)凸輪形狀較陡或凸輪轉(zhuǎn)速較高時(shí)，均使噴油泵的柱塞供油速度加快。由于噴油器噴孔的節(jié)流，燃油不能迅

17、速流出，結(jié)果使油管中燃油壓力增加，燃油從噴孔流出的速度也隨之增大，因此霧化變好，油束射程和噴霧錐角均有所增加。第二節(jié) 燃燒與放熱燃燒過(guò)程的特點(diǎn) 1 高壓噴油在汽缸內(nèi)部形成可燃混合氣。 2 壓縮自燃。柴油機(jī)的燃燒過(guò)程可分為四個(gè)階段： 1 火落后期(又稱為滯燃期)； 2 急燃期； 3 緩燃期； 4 補(bǔ)燃期 第一個(gè)階段，著火延遲階段（滯燃期）著火延遲階段（滯燃期）。在壓縮過(guò)程中，氣缸中空氣壓力和溫度不斷升高，燃料的著火溫度因壓力升高不斷下降。在上止點(diǎn)前A點(diǎn)噴油器針閥開(kāi)啟，向氣缸噴入燃料。這時(shí)氣缸中空氣氣溫度達(dá)600C,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于燃料在當(dāng)時(shí)壓力下的自燃溫度，但燃料并不馬上著火，而是稍有落后，即到B點(diǎn)才開(kāi)

18、始著火燃燒，壓力開(kāi)始急劇升高，B點(diǎn)相當(dāng)于氣體壓力曲線與純壓縮曲線分離的地方。從噴油開(kāi)始（A點(diǎn)）到壓力開(kāi)始急劇升高時(shí)（B點(diǎn)）為止，這一段時(shí)間成為著火延遲時(shí)期或滯燃期。 滯燃期時(shí)間雖短，但對(duì)整個(gè)燃燒過(guò)程影響很大，它直接影響第二個(gè)階段的燃燒。 影響著火落后期長(zhǎng)短影響著火落后期長(zhǎng)短的主要因素是燃燒室內(nèi)的主要因素是燃燒室內(nèi)工質(zhì)的狀態(tài)：工質(zhì)的狀態(tài)： 噴油時(shí)缸內(nèi)的溫度和噴油時(shí)缸內(nèi)的溫度和壓力越高，則著火延遲壓力越高，則著火延遲期越短。期越短。柴油的自燃性較好（十柴油的自燃性較好（十六值較高），著火延遲六值較高），著火延遲期較短。期較短。其次因素是燃燒室的形其次因素是燃燒室的形狀和壁溫等。狀和壁溫等。溫度與壓

19、力對(duì)著火落后期的影響溫度與壓力對(duì)著火落后期的影響 第二個(gè)階段，即壓力急劇上升的BC階段，稱為急燃期急燃期。在這一階段中，由于在滯燃期內(nèi)噴入氣缸的燃料幾乎一起燃燒，而且是在活塞靠近上止點(diǎn)附近、氣缸容積較小的情況下燃燒，因此氣缸中壓力升高特別快。一般用平均壓力升高率p/ 來(lái)表示壓力升高的急劇程度。p/ =pc-pB/c-B 壓力升高率決定了柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性。如果壓力升高率太大，則柴油機(jī)工作粗暴，運(yùn)動(dòng)零件受到很大的沖擊負(fù)荷，發(fā)動(dòng)機(jī)壽命就會(huì)顯著縮短。為了保證柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性，平均壓力升高率不宜超過(guò)0.40.6MPa/（CA）。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：形成多個(gè)火焰中心，持續(xù)噴油，即隨噴隨燃。壓力急劇上升，壓力

20、達(dá)到最高（有可能達(dá)到13MPa以上）。影響影響： 壓力升高率大，燃燒迅速，柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性會(huì)壓力升高率大，燃燒迅速，柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性會(huì)較好；較好； 壓力升高率過(guò)大，則柴油機(jī)工作粗暴，燃燒噪音大；同壓力升高率過(guò)大，則柴油機(jī)工作粗暴，燃燒噪音大；同時(shí)運(yùn)動(dòng)零件承受較大的沖擊負(fù)荷，影響其工作可靠性和使用時(shí)運(yùn)動(dòng)零件承受較大的沖擊負(fù)荷，影響其工作可靠性和使用壽命等。壽命等。 壓力升高率應(yīng)限制在一定的范圍之內(nèi)，柴油機(jī)的壓力升壓力升高率應(yīng)限制在一定的范圍之內(nèi)，柴油機(jī)的壓力升高率一般應(yīng)不大于高率一般應(yīng)不大于0.40.5 MPa()曲軸。與汽油機(jī)相比，曲軸。與汽油機(jī)相比，柴油機(jī)的柴油機(jī)的壓力升高率較大

21、。壓力升高率較大?？刂茐毫ι呗实拇胧┛刂茐毫ι呗实拇胧p小在著火延遲期內(nèi)的可燃混合氣的量 縮短著火落后期的時(shí)間； 減少著火落后期內(nèi)噴入的燃油或可能形成可燃混合 氣的燃油（燃料的蒸發(fā)混合速度、空氣運(yùn)動(dòng)、燃 燒室形狀和燃料霧化特性等多種因素） 第三個(gè)階段，從壓力急劇升高的終點(diǎn)（C點(diǎn)）起到壓力開(kāi)始急劇下降的D點(diǎn)為止，稱為緩燃期緩燃期。這一階段的燃燒是在氣缸容積不斷增加的情況下進(jìn)行，所以燃燒速度必須很快才能使氣缸壓力稍有上升或幾乎保持不變。有些發(fā)動(dòng)機(jī)在緩燃期燃料仍在繼續(xù)噴射，如果燃料噴到有氧氣的地方，則此時(shí)由于氣缸中溫度很高，化學(xué)反應(yīng)很快，著火延遲很短，噴入燃料很快著火燃燒。但這時(shí)如果氧氣滲透不充

22、分，過(guò)濃的混合氣也容易裂解形成炭煙。因此，在緩燃期，如何加強(qiáng)空氣運(yùn)動(dòng)，加速混合氣形成，對(duì)保證在上止點(diǎn)附近迅速而完全地燃燒有重要作用。第三階段結(jié)束時(shí)，燃?xì)鉁囟瓤筛哌_(dá)17002000c，一般在上止點(diǎn)后2035曲軸轉(zhuǎn)角處出現(xiàn)。 一般要求緩燃期不要過(guò)長(zhǎng)，否則會(huì)使放熱時(shí)間加長(zhǎng)，循環(huán)熱效率下降。即緩燃期不要緩燃，而應(yīng)越快越好。加快緩燃期燃燒速度的關(guān)鍵是加快混合氣形成速率。 由于不可能形成完全均勻的混合氣，所以使柴油機(jī)必須在過(guò)量空氣系數(shù)大于1的條件下工作，保證基本上完全燃燒的最小過(guò)量空氣系數(shù)的大小隨燃燒室的不同而異。特點(diǎn)：特點(diǎn)：（1）噴油過(guò)程基本結(jié)束，燃燒速率下降（氧氣、柴油濃度減小，廢氣增多）。（2）壓力

23、開(kāi)始下降（氣缸容積不斷增大），溫度達(dá)到最高。最高溫度可達(dá)2000K左右，一般在上止點(diǎn)后2035曲軸轉(zhuǎn)角處出現(xiàn)。 第四個(gè)階段，從緩燃期的終點(diǎn)（D點(diǎn)），到燃料基本完全燃燒時(shí)（E點(diǎn)）為止稱為后燃期后燃期。在柴油機(jī)中，由于燃燒時(shí)間短促，燃料和空氣的混合又不均勻，總有一些燃料不能及時(shí)燒完，拖到膨脹線上繼續(xù)燃燒。特別是在高速、高負(fù)荷時(shí)，由于過(guò)量空氣少，混合氣形成和燃燒時(shí)間更短，后燃現(xiàn)象比較嚴(yán)重，有時(shí)甚至一直繼續(xù)到排氣過(guò)程之中。在后燃期，因?yàn)榛钊谙滦?。燃料在較低的膨脹比下放熱，所放出的熱量不能有效利用，并增加了散往冷卻水的熱損失，使柴油機(jī)經(jīng)濟(jì)性下降。此外，燃料后燃增加活塞組的熱負(fù)荷并使排氣溫度升高，所以應(yīng)

24、盡量減少燃料過(guò)后燃燒。 柴油機(jī)燃燒時(shí)，總體空氣是過(guò)量的，只是混合不均勻造成局部缺氧。因此，加強(qiáng)缸內(nèi)氣體運(yùn)動(dòng)，可以加速后燃期的混合氣形成和燃燒速度，而且會(huì)使碳煙及不完全燃燒成分加速氧化。 根據(jù)燃料和空氣混合氣形成的特點(diǎn)，柴油機(jī)燃燒過(guò)程又可分為以下兩個(gè)階段：預(yù)混燃燒階段和擴(kuò)散燃燒階段。 在預(yù)混燃燒階段，放熱速率較快，其大小取決于滯燃期中燃油與空氣的混合數(shù)量。在擴(kuò)散燃燒階段，放熱速率一般比預(yù)混燃燒慢，主要是因?yàn)檫@時(shí)燃燒放熱速率由空氣和燃料形成可燃混合氣的速率控制。滯燃期對(duì)柴油機(jī)燃燒過(guò)程的影響 從上面對(duì)燃燒過(guò)程的進(jìn)展情況分析中已經(jīng)看出滯燃期是燃燒過(guò)程的一個(gè)重要參數(shù)，滯燃期雖然很短，但對(duì)燃燒過(guò)程有極大影

25、響，特別是在空間混合氣形成的燃燒系統(tǒng)中影響更大。滯燃期越長(zhǎng)，則在滯燃期內(nèi)噴入燃燒室的燃料就越多，在著火前形成的可燃混合氣就越多。這些燃料在第二階段中幾乎一起燃燒，使壓力升高比和最高燃燒壓力較高，運(yùn)動(dòng)零件受到強(qiáng)烈沖擊負(fù)荷，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)粗暴，影響發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命。由于燃燒過(guò)程中，最高燃燒壓力和最大壓力升高比隨滯燃期的增加而增加，因此為了能控制燃燒過(guò)程、降低柴油機(jī)的機(jī)械負(fù)荷并使之運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，應(yīng)該設(shè)法縮短滯燃期，但是，若滯燃期極短，又對(duì)混合氣形成不利，反過(guò)來(lái)又使柴油機(jī)性能惡化。 影響滯燃期的因素很多，在正常運(yùn)轉(zhuǎn)情況下，壓縮溫度和壓力是影響滯燃期的主要因素。此外，噴油提前角、轉(zhuǎn)速以及燃料性質(zhì)等對(duì)滯燃期也有較

26、大影響。 為了保證有較好的功率和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，一般希望在上止點(diǎn)前510（CA）開(kāi)始著火燃燒，以保證燃燒在上止點(diǎn)附近完成。一）一） 燃燒放熱規(guī)律的定義燃燒放熱規(guī)律的定義 l瞬時(shí)放熱速率瞬時(shí)放熱速率：在燃燒過(guò)程中的某一時(shí)刻 ，單位時(shí)間(單位曲軸轉(zhuǎn)角)內(nèi)燃燒的燃油所放出的熱量。l累計(jì)放熱百分比：累計(jì)放熱百分比：從燃燒過(guò)程開(kāi)始至某一時(shí)刻止已經(jīng)燃燒的燃油與循環(huán)供油量的比值。l燃燒放熱規(guī)律：燃燒放熱規(guī)律：瞬時(shí)放熱速率和累計(jì)放熱百分比隨曲軸轉(zhuǎn)角的變化關(guān)系。二、燃燒放熱規(guī)律二、燃燒放熱規(guī)律 燃燒放熱規(guī)律影響到燃燒過(guò)程中缸內(nèi)燃燒放熱規(guī)律影響到燃燒過(guò)程中缸內(nèi)壓力溫度的變化進(jìn)而影響到柴油機(jī)的性能。壓力溫度的變化進(jìn)而影響

27、到柴油機(jī)的性能。燃燒放熱規(guī)律燃燒放熱規(guī)律 （二）理想的燃燒放熱規(guī)律及其（二）理想的燃燒放熱規(guī)律及其控制控制1. 放熱始點(diǎn)放熱始點(diǎn) n 放熱始點(diǎn)的位置能保證該循放熱始點(diǎn)的位置能保證該循環(huán)有最大指示熱效率。環(huán)有最大指示熱效率。n柴油機(jī)通過(guò)噴油提前角的變柴油機(jī)通過(guò)噴油提前角的變化以及著火落后期長(zhǎng)短來(lái)加化以及著火落后期長(zhǎng)短來(lái)加以調(diào)控。以調(diào)控。2. 放熱持續(xù)期放熱持續(xù)期 放熱持續(xù)期首先取決于噴油持續(xù)角的大小。噴油持續(xù)時(shí)間放熱持續(xù)期首先取決于噴油持續(xù)角的大小。噴油持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)則擴(kuò)散燃燒期越長(zhǎng)。其次，取決于擴(kuò)散燃燒期內(nèi)混合越長(zhǎng)則擴(kuò)散燃燒期越長(zhǎng)。其次，取決于擴(kuò)散燃燒期內(nèi)混合氣形成的快慢和完善程度。噴油再快，混

28、合氣形成跟不上氣形成的快慢和完善程度。噴油再快，混合氣形成跟不上也不能縮短燃燒時(shí)間，混合氣形成不完善會(huì)拖延后燃時(shí)間。也不能縮短燃燒時(shí)間，混合氣形成不完善會(huì)拖延后燃時(shí)間。噴油提前角的調(diào)節(jié)特性噴油提前角的調(diào)節(jié)特性3. 放熱規(guī)律曲線形狀放熱規(guī)律曲線形狀 影響放熱規(guī)律曲線形狀的因素比較復(fù)雜。為了便于定性分析，一般假定四種柴油機(jī)簡(jiǎn)單的放熱率圖形如右圖所示，并據(jù)此計(jì)算出各自的示功圖a、b、c、d曲線。圖中，假定四種放熱規(guī)律都在上止點(diǎn)開(kāi)始放熱，放熱總量相同，持續(xù)期均為40。曲線a先快后慢的放熱形狀初期放熱多，壓力升高率值最大，最高爆發(fā)壓力達(dá)8MPa。此時(shí)的指示效率為52.9%，是四種方案中的最高值。曲線d先

29、慢后快的放熱形狀則相反，放熱速率前緩后急，壓力升高率和最高爆發(fā)壓力最低，指示熱效率最低，為45.4%。這種形狀對(duì)降低噪聲、振動(dòng)和NOx排放有明顯效果。曲線b和c則介于兩者之間。第三節(jié)第三節(jié) 混合氣形成與燃燒室混合氣形成與燃燒室一、柴油機(jī)混合氣形成的特點(diǎn)和方式：1.柴油機(jī)的混合氣形成特點(diǎn)： 柴油機(jī)在進(jìn)氣過(guò)程中進(jìn)入燃燒室的是純空氣，在壓縮過(guò)程接近終了時(shí)柴油才噴入，經(jīng)過(guò)一定準(zhǔn)備后即自行著火燃燒。由于柴油機(jī)的混合氣形成的時(shí)間比汽油機(jī)短得多，而且柴油的蒸發(fā)性和流動(dòng)性都較汽油差，使得柴油難以在燃燒前徹底霧化蒸發(fā)并與空氣均勻混合，因此，柴油機(jī)不得不采用較大的過(guò)量空氣系數(shù)，才能使燃燒室內(nèi)的柴油燃燒得比較完全。

30、 2. 混合氣形成基本方式混合氣形成基本方式1、空間霧化混合空間霧化混合 將燃油噴向燃燒室空間燃燒室空間進(jìn)行霧化，通過(guò)燃油與空氣間的相互運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散，在空間形成可燃混合氣的方式稱為空間霧化混合。這時(shí)，燃油與空氣的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度是起主要作用的因素。相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度越高，油粒與空氣的摩擦和碰撞越激烈，分散后的油粒也越細(xì)小，混合氣越均勻?；旌蠚庠谶@一過(guò)程中混有尚未蒸發(fā)汽化的液態(tài)油粒，不完全是氣相的。直噴式柴油機(jī)的空間霧化混合氣形成方式直噴式柴油機(jī)的空間霧化混合氣形成方式a) 靜止空氣靜止空氣 b) 空氣作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)空氣作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)a) 靜止空氣式空間霧化混合 直噴式柴油機(jī)中的混合氣形成方式如右圖所示。一種方法是

31、采用多孔噴油器（612孔）以高壓將燃油噴入燃燒室中的靜止空氣中，通過(guò)燃油的高度霧化和多個(gè)油束均勻覆蓋大部分燃燒室，形成可燃混合氣?；旌纤枘芰恐饕獊?lái)源于油束，空氣是被動(dòng)參與混合的，因而是一種“油找氣”的混合方式。由于不組織進(jìn)氣渦流，進(jìn)氣充量較高，但混合氣濃度分布不均勻，在車用高速柴油機(jī)中，由于轉(zhuǎn)速高，燃燒時(shí)間短，這種混合方式不能保證迅速和完全的燃燒。b) 空氣作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)式空間霧化混合 下圖b表示油和氣相互運(yùn)動(dòng)的混合氣形成方法。用噴孔較少（35孔）的噴油器將燃油噴到空間中，由于組織進(jìn)氣渦流，在噴油能量和空氣旋流的同時(shí)作用下，油束的擴(kuò)散范圍急劇擴(kuò)大。這時(shí)，渦流強(qiáng)度與油束的匹配是十分重要的，在理想的

32、渦流強(qiáng)度下，相鄰油束幾乎相接，以使油霧盡可能充滿燃燒室。渦流太弱，油束擴(kuò)散范圍不夠；渦流過(guò)強(qiáng)，上游油束的已燃?xì)怏w又會(huì)妨礙下游油束前端部的燃燒，這種現(xiàn)象也稱為過(guò)強(qiáng)渦流。直噴式柴油機(jī)的空間霧化混合氣形成方式直噴式柴油機(jī)的空間霧化混合氣形成方式a) 靜止空氣靜止空氣 b) 空氣作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)空氣作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)2、 壁面油膜蒸發(fā)混合 以球形燃燒室為代表的壁面油膜蒸發(fā)混合方式，如右圖。燃油沿壁面順氣流噴射，在強(qiáng)烈的渦流作用下，在燃燒室壁面上形成一層很薄的油膜。在較低速度蒸發(fā)，加上噴油油束在空間的少量蒸發(fā)，形成少量可燃混合氣。著火后，隨燃燒的進(jìn)行，油膜受熱逐層加速蒸發(fā)，使混合氣形成速度和燃燒速度加速。 這一混合方

33、式中起主要作用的因素是燃燒室壁面溫度、空氣相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度和油膜厚度。混合氣在這一過(guò)程中完全是氣相的。油膜蒸發(fā)混合方式油膜蒸發(fā)混合方式兩種混合方式的對(duì)比： 在空間霧化混合中，燃油的噴霧特性對(duì)混合起決定性的作用。為提高混合氣形成速度，往往要將燃料盡可能噴得很細(xì)，分布均勻。這樣就會(huì)使較多的油滴受熱蒸發(fā)，在著火延遲期內(nèi)形成大量的可燃混合氣，造成燃燒初期放熱率過(guò)大，壓力急劇升高，工作粗暴，NOx排放高。但如果減小著火延遲期內(nèi)混合氣生成量，則勢(shì)必造成大量燃油在著火后的高溫高壓下蒸發(fā)混合，容易因空氣不足而裂解成碳煙。因此，空間霧化混合方式盡管有較高的熱效率，但碳煙、NOx和燃燒噪聲均較高。 油膜蒸發(fā)混合的指導(dǎo)

34、思想是利用燃油蒸發(fā)速率控制混合氣生成速率，燃燒室壁面溫度和空氣旋流起了主要作用。在噴入燃燒室的燃料量相同的條件下，由于油膜受熱蒸發(fā)所需時(shí)間要比細(xì)小油滴長(zhǎng)得多，加上燃燒室壁溫控制較低，使油膜蒸發(fā)混合方式在初期生成的混合氣量遠(yuǎn)小于空間霧化方式。隨燃燒進(jìn)行，在高溫和火焰輻射作用下，油膜蒸發(fā)加速，使混合氣生成速度加快。另外，大部分燃料是在蒸發(fā)后以氣體狀態(tài)與空氣或高溫燃?xì)饨佑|，可以避免空間霧化混合時(shí)常有的液態(tài)燃油高溫裂解問(wèn)題，使碳煙特別是大顆粒碳煙排放降低。二、缸內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)二、缸內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)氣體運(yùn)動(dòng)方式四種氣流運(yùn)動(dòng)方式被分別四種氣流運(yùn)動(dòng)方式被分別或組合應(yīng)用于不同的燃燒或組合應(yīng)用于不同的燃燒系統(tǒng)系

35、統(tǒng) 缸內(nèi)的渦流運(yùn)動(dòng)一直是柴油機(jī)混合氣形成的主要手段，根據(jù)形成方法不同，渦流又可分為進(jìn)氣渦流和壓縮渦流。渦流轉(zhuǎn)速與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速之比稱為渦流比，作為衡量渦流強(qiáng)度的指標(biāo)。 進(jìn)氣渦流 在進(jìn)氣過(guò)程中形成的繞氣缸軸線旋轉(zhuǎn)的有組織的氣流運(yùn)動(dòng)，稱為進(jìn)氣渦流。所以，進(jìn)氣渦流需要人為組織的。 內(nèi)燃機(jī)中進(jìn)氣渦流的產(chǎn)生方法一般有四種: 導(dǎo)氣屏、切向進(jìn)氣道、螺旋進(jìn)氣道、組合進(jìn)氣系統(tǒng)。 導(dǎo)氣屏導(dǎo)氣屏 設(shè)置在進(jìn)氣門上，設(shè)置在進(jìn)氣門上，導(dǎo)引進(jìn)氣流以不同角導(dǎo)引進(jìn)氣流以不同角度流入氣缸在氣缸壁度流入氣缸在氣缸壁面的約束配合下產(chǎn)生面的約束配合下產(chǎn)生渦流。渦流。 切向進(jìn)氣道切向進(jìn)氣道 螺旋進(jìn)氣道螺旋進(jìn)氣道切向氣道、螺旋氣道的原理切向氣

36、道、螺旋氣道的原理a) 切向氣道切向氣道 b) 純螺旋氣道純螺旋氣道組合進(jìn)氣系統(tǒng)組合進(jìn)氣系統(tǒng) 在在2個(gè)進(jìn)氣門的發(fā)動(dòng)機(jī)上，采用不同類型個(gè)進(jìn)氣門的發(fā)動(dòng)機(jī)上，采用不同類型或不同角度的兩個(gè)進(jìn)氣道以組合所需要的渦或不同角度的兩個(gè)進(jìn)氣道以組合所需要的渦流強(qiáng)度和流速分布。流強(qiáng)度和流速分布。 壓縮渦流壓縮渦流 在壓縮過(guò)程中由主燃燒室經(jīng)連通道進(jìn)入渦流室在壓縮過(guò)程中由主燃燒室經(jīng)連通道進(jìn)入渦流室時(shí)，形成強(qiáng)烈的壓縮渦流。時(shí)，形成強(qiáng)烈的壓縮渦流。 2. 擠流擠流 當(dāng)活塞接近上止點(diǎn)時(shí)，氣缸內(nèi)的空氣被擠入當(dāng)活塞接近上止點(diǎn)時(shí)，氣缸內(nèi)的空氣被擠入活塞頂部的燃燒室凹坑內(nèi)，由此產(chǎn)生擠壓渦流活塞頂部的燃燒室凹坑內(nèi)，由此產(chǎn)生擠壓渦流(

37、擠擠流流)。 當(dāng)活塞下行時(shí)，凹坑內(nèi)的燃燒氣體又向外流當(dāng)活塞下行時(shí)，凹坑內(nèi)的燃燒氣體又向外流到活塞頂部外圍的環(huán)型空間，與空氣進(jìn)一步混合到活塞頂部外圍的環(huán)型空間，與空氣進(jìn)一步混合燃燒，這種流動(dòng)也稱為逆擠流。燃燒，這種流動(dòng)也稱為逆擠流。擠流的形成擠流的形成 a)無(wú)進(jìn)氣渦流或渦流不強(qiáng)時(shí)的擠流無(wú)進(jìn)氣渦流或渦流不強(qiáng)時(shí)的擠流 b)進(jìn)氣渦流強(qiáng)時(shí)的擠流進(jìn)氣渦流強(qiáng)時(shí)的擠流 c)逆擠流逆擠流 湍流湍流 在氣缸內(nèi)形成的無(wú)規(guī)則的小尺度氣流運(yùn)動(dòng)稱為湍流，也稱微渦流。 滾流 在進(jìn)氣過(guò)程中形成的，繞垂直于氣缸軸線的有組織的空氣旋流，也稱為縱渦。 三、柴油機(jī)燃燒室三、柴油機(jī)燃燒室直接噴射式燃燒室直接噴射式燃燒室非直噴式燃燒室（

38、分開(kāi)式燃燒室）非直噴式燃燒室（分開(kāi)式燃燒室）1、直接噴射式燃燒室直接噴射式燃燒室： 1） 淺盆形燃燒室淺盆形燃燒室 2） 形燃燒室形燃燒室 3） 擠流口式燃燒室擠流口式燃燒室 4） 球形燃燒室球形燃燒室 各種直噴式燃燒室形式各種直噴式燃燒室形式a) 淺盆形淺盆形 b) 形形 c) 擠流口形擠流口形 d) 球形球形非回轉(zhuǎn)體燃燒室非回轉(zhuǎn)體燃燒室a) 四角形四角形 b) 微渦流微渦流MTCC c) Quardram d) 花瓣形花瓣形5）非回轉(zhuǎn)體燃燒室）非回轉(zhuǎn)體燃燒室 、分開(kāi)式燃燒室、分開(kāi)式燃燒室。1）渦流室燃燒室）渦流室燃燒室 圖圖5-30 渦流室的形狀渦流室的形狀a)球形球形 b)圓錐形平底圓錐形平底 c) 圓柱形平底圓柱形平底）預(yù)燃室燃燒室）預(yù)燃室燃燒室 預(yù)燃室燃燒室預(yù)燃室燃燒室a) 傾斜偏置，單孔道；傾斜偏置，單孔道； b)中央正置，多孔道；中央正置，多孔道； c)側(cè)面正置，單孔道側(cè)面正置，單孔道 第四節(jié)第四節(jié) 燃燒過(guò)程的優(yōu)化燃燒過(guò)程的優(yōu)化一、燃燒過(guò)程優(yōu)化的基本原則目標(biāo)：目標(biāo)：燃燒更完善、更柔和、損失小、排出更清潔。原則：原則： 1. 油氣燃燒室