汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)原理第5章-柴油機(jī)混合氣的形成與燃燒課件

1、 汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)原理2022/7/24 2022/7/24發(fā)動(dòng)機(jī)原理12 目錄第一章 發(fā)動(dòng)機(jī)的性能第二章 發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過(guò)程第三章 燃料與燃燒第四章 汽油機(jī)混合氣的形成和燃燒第五章 柴油機(jī)混合氣的形成和燃燒第六章 汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)特性第七章 車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣渦輪增壓第八章 發(fā)動(dòng)機(jī)排氣污染與噪聲控制第九章 新型汽車(chē)動(dòng)力裝置第十章 發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力學(xué)2022/7/24發(fā)動(dòng)機(jī)原理第一節(jié) 柴油機(jī)燃燒過(guò)程柴油機(jī)的燃燒過(guò)程由噴射系統(tǒng)在壓縮行程接近終了時(shí)直接將燃油噴入燃燒室內(nèi)開(kāi)始的混合氣形成的時(shí)間極短，混合氣不均勻，在高溫、高壓下多點(diǎn)自燃著火燃燒的 燃燒過(guò)程概述 燃燒放熱規(guī)律 柴油機(jī)與汽油機(jī)燃燒過(guò)程的對(duì)比柴油機(jī)的有害排放物和噪

2、聲振動(dòng)2022/7/24發(fā)動(dòng)機(jī)原理32022/7/24發(fā)動(dòng)機(jī)原理4一、柴油機(jī)燃燒過(guò)程概述 著火延遲期 速燃期 緩燃期 補(bǔ)燃期 2022/7/24發(fā)動(dòng)機(jī)原理5二、燃燒放熱規(guī)律 瞬時(shí)放熱速率: 在燃燒過(guò)程中的某一時(shí)刻，單位時(shí)間內(nèi)（或1CA）燃燒的燃油所放出的熱量累積放熱百分比: 從燃燒過(guò)程開(kāi)始至某一時(shí)刻為止已經(jīng)燃燒的燃油與循環(huán)供油量的比值瞬時(shí)放熱速率和累積放熱百分比隨曲軸轉(zhuǎn)角的變化關(guān)系，稱為燃燒放熱規(guī)律燃燒起點(diǎn)、燃燒放熱規(guī)律曲線形狀和燃燒持續(xù)時(shí)間被認(rèn)為是燃燒放熱規(guī)律的三要素 2022/7/24發(fā)動(dòng)機(jī)原理6各種發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒放熱規(guī)律燃燒放熱規(guī)律影響柴油機(jī)的性能，對(duì)了解、分析和改進(jìn)燃燒過(guò)程有著特別重要的

3、作用 圖 5-2 不同類型發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒放熱規(guī)律的比較1-汽油機(jī)（化油器式）2-直噴式燃燒室柴油機(jī)3-渦流室燃燒室柴油機(jī)4-預(yù)燃室燃燒室柴油機(jī)2022/7/24發(fā)動(dòng)機(jī)原理7較理想的柴油機(jī)燃燒放熱規(guī)律 有一合適的燃燒(放熱)起點(diǎn)，保證最大燃燒壓力在上止點(diǎn)后1015CA 在燃燒放熱階段，控制燃燒放熱速率，以降低壓力升高率，然后燃燒應(yīng)加速進(jìn)行，燃燒過(guò)程應(yīng)該是先緩后急燃燒持續(xù)時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，汽油機(jī)一般為4060CA，柴油機(jī)為5070CA 2022/7/24發(fā)動(dòng)機(jī)原理8三、柴油機(jī)與汽油機(jī)燃燒過(guò)程的對(duì)比對(duì)比項(xiàng)目汽油機(jī)柴油機(jī)著火點(diǎn)燃，高溫單階段著火，單點(diǎn)著火壓燃，低溫多階段著火，多點(diǎn)同時(shí)著火燃燒火焰在均質(zhì)預(yù)混合氣

4、中有序傳播，燃燒柔和兩階段燃燒，即無(wú)序的非均質(zhì)預(yù)混合燃燒和擴(kuò)散燃燒，燃燒較粗暴后燃混合均勻，因而后燃期較短混合不均勻，因而后燃期較長(zhǎng)放熱規(guī)律燃燒放熱先緩后急，燃燒持續(xù)期較短直噴機(jī)燃燒放熱先急后緩，燃燒持續(xù)期較長(zhǎng)柴油機(jī)與汽油機(jī)燃燒過(guò)程主要特點(diǎn)對(duì)比，這些差別導(dǎo)致了它們?cè)趧?dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、排放特性等各種性能方面的差別2022/7/24發(fā)動(dòng)機(jī)原理9四、柴油機(jī)的有害排放物和噪聲振動(dòng)顆粒物1.柴油機(jī)的有害排放物顆粒物是指溫度在 52以下時(shí)，排氣中除水以外的固態(tài)和液態(tài)物質(zhì)。柴油機(jī)廢氣中的顆粒物主要由碳顆粒物（碳煙粒子）和吸附與凝聚其上的碳?xì)浠衔锝M成氮氧化合物（NOX）NOX主要是在高溫富氧、相對(duì)有較充裕反應(yīng)

5、時(shí)間的條件下生成的。當(dāng)過(guò)量空氣系數(shù)在一定范圍內(nèi)時(shí)，NOX的排放量隨的下降而較快地增長(zhǎng)；而當(dāng)過(guò)大或過(guò)小時(shí)，NOX的排放量變化都很小2022/7/24發(fā)動(dòng)機(jī)原理10四、柴油機(jī)的有害排放物和噪聲振動(dòng)1.柴油機(jī)的有害排放物一氧化碳（CO）碳?xì)浠_(tái)物（HC）CO是不完全燃燒的產(chǎn)物，由于柴油機(jī)的過(guò)量空氣系數(shù)較大，產(chǎn)生的CO又有可能有足夠的空氣在膨脹過(guò)程中氧化為CO2，因此柴油機(jī)廢氣中的 CO含量很低，僅在接近全負(fù)荷附近，即過(guò)量空氣系數(shù)過(guò)小時(shí)，CO的排放量才有所上升柴油機(jī)廢氣中的HC主要是在混合氣過(guò)稀的情況下產(chǎn)生的。特別在低負(fù)荷時(shí)過(guò)量空氣系數(shù)過(guò)大，由于溫度過(guò)低，反應(yīng)不能及時(shí)進(jìn)行，從而使HC的排放量有所增大2

6、022/7/24發(fā)動(dòng)機(jī)原理11四、柴油機(jī)的有害排放物和噪聲振動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的噪聲主要由氣體動(dòng)力噪聲、機(jī)械噪聲和燃燒噪聲三部分組成2.柴油機(jī)的噪聲和振動(dòng) 氣體動(dòng)力噪聲:由于進(jìn)、排氣系統(tǒng)及冷卻風(fēng)扇工作時(shí)氣流壓力脈動(dòng)而產(chǎn)生的噪聲，其中排氣噪聲占主要部分 機(jī)械噪聲:由曲軸連桿機(jī)構(gòu)、配氣機(jī)構(gòu)、齒輪系、噴油泵及其他附屬機(jī)構(gòu)等部分的高速運(yùn)動(dòng)并與其相鄰零部件發(fā)生頻繁的機(jī)械撞擊，激勵(lì)結(jié)構(gòu)振動(dòng)而產(chǎn)生的噪聲 燃燒噪聲：因?yàn)檠杆偃紵鹑紵覂?nèi)壓力急劇變化導(dǎo)致缸套、機(jī)體、缸蓋等零部件的強(qiáng)烈振動(dòng)并向外界輻射中、高頻噪聲，隨著壓力升高率的增加，燃燒噪聲增加2022/7/24發(fā)動(dòng)機(jī)原理12四、柴油機(jī)的有害排放物和噪聲振動(dòng)2.柴油

7、機(jī)的噪聲和振動(dòng)的控制措施控制燃燒過(guò)程來(lái)降低燃燒噪聲改進(jìn)機(jī)體等有關(guān)零部件的結(jié)構(gòu)，提高有關(guān)部位的剛度，降低結(jié)構(gòu)振動(dòng)的振幅和提高共振頻率提高有關(guān)部位的剛度，降低結(jié)構(gòu)振動(dòng)的振幅和提高共振頻率應(yīng)用吸振減振材料制造薄板零件改進(jìn)消聲器的結(jié)構(gòu)、材料；改進(jìn)空氣濾清器、冷卻風(fēng)扇等的設(shè)計(jì)及適當(dāng)調(diào)節(jié)配氣相位以降低氣體動(dòng)力噪聲遮蔽噪聲源第二節(jié) 柴油的噴射及霧化 2022/7/24發(fā)動(dòng)機(jī)原理14一、供油系統(tǒng)和噴射過(guò)程 柴油機(jī)供油系統(tǒng) 噴油泵速度特性及其校正噴射過(guò)程 供油規(guī)律和噴油規(guī)律 不正常噴射現(xiàn)象和噴射系統(tǒng)中的穴蝕破壞 2022/7/24發(fā)動(dòng)機(jī)原理15 1. 柴油機(jī)供油系統(tǒng) 柴油機(jī)供油系統(tǒng)一般由油箱、輸油泵、柴油濾清器

8、、噴油泵、噴油器等組成，另外還包括調(diào)速器和供油提前角調(diào)節(jié)裝置等其中的噴油泵、噴油器和高壓油管等組成了高壓油路，稱為噴射系統(tǒng)，是整個(gè)柴油機(jī)供油系統(tǒng)的關(guān)鍵部分 2022/7/24發(fā)動(dòng)機(jī)原理16 柴油機(jī)供油系統(tǒng)噴油泵噴油泵的主要作用是定時(shí)、定量地向各缸的噴油器周期性地供給高壓燃油 常見(jiàn)的有直列式噴油泵（柱塞泵）和分配式噴油泵（轉(zhuǎn)子泵）兩種類型分配式噴油泵具有結(jié)構(gòu)緊湊，能在較高轉(zhuǎn)速下工作的優(yōu)點(diǎn)，但供油壓力較低 2022/7/24發(fā)動(dòng)機(jī)原理17 柴油機(jī)供油系統(tǒng)噴油泵的結(jié)構(gòu)直列式柱塞噴油泵又分為：?jiǎn)误w泵與合成泵（整體泵） 2022/7/24發(fā)動(dòng)機(jī)原理18柱塞式噴油泵的組成 柴油機(jī)供油系統(tǒng)噴油泵的原理202

9、2/7/24發(fā)動(dòng)機(jī)原理19柱塞式噴油泵泵油原理 (a)進(jìn)油 (b)壓縮 (c)供油 (d)回油2022/7/24發(fā)動(dòng)機(jī)原理20 柴油機(jī)供油系統(tǒng)噴油器噴油器的主要作用是將噴油泵供給的高壓燃油噴入柴油機(jī)燃燒室內(nèi)，使燃油霧化成微細(xì)的油粒，并按一定的要求適當(dāng)?shù)胤植荚谌紵覂?nèi)。噴油器有孔式噴油器和軸針式噴油器兩類。圖 5-7 噴油嘴頭部結(jié)構(gòu)a)孔式（單孔）； b)孔式（多孔）； c)軸針式（標(biāo)準(zhǔn)）； d)軸針式（節(jié)流）2022/7/24發(fā)動(dòng)機(jī)原理21 柴油機(jī)供油系統(tǒng)噴油器噴孔式 a軸針式圓柱 b軸針式截錐形 c軸針式節(jié)流形2022/7/24發(fā)動(dòng)機(jī)原理22 柴油機(jī)供油系統(tǒng)噴油器 孔式噴油器 用于直噴式燃燒

10、室中較小的噴孔與高壓泵配合，可形成較細(xì)的噴油顆粒易引起積炭堵塞 軸針式噴油器 用于分隔式燃燒室中較低的噴油壓力，噴油顆粒較大有自潔作用，不易堵塞噴孔有效流通截面積與針閥升程的關(guān)系稱為噴油器的流通特性（開(kāi)啟特性）圖 5-8 不同噴油器的流通特性2022/7/24發(fā)動(dòng)機(jī)原理23汽、柴油機(jī)混合氣形成裝置 對(duì)混合氣的要求數(shù)量濃度空間形態(tài)燃燒起點(diǎn) 汽油機(jī)節(jié)氣門(mén)噴油器(均勻)火花塞 柴油機(jī)噴油泵噴油泵噴油器噴油泵2022/7/24發(fā)動(dòng)機(jī)原理24噴油泵速度特性及其校正 噴油泵油量控制機(jī)構(gòu)位置固定，循環(huán)供油量隨轉(zhuǎn)速變化的關(guān)系稱為噴油泵速度特性對(duì)于柱塞式噴油泵，隨著轉(zhuǎn)速的上升，循環(huán)供油量呈略有增大的趨勢(shì)。為使供

11、油量與空氣量相匹配，對(duì)特性進(jìn)行必要的校正，得到較理想的扭矩特性 圖 5-9 噴油泵速度特性及其校正2022/7/24發(fā)動(dòng)機(jī)原理25 噴射過(guò)程 定義：從噴油泵開(kāi)始供油直至噴油器停止噴油的過(guò)程（15-40A）噴射延遲階段 主噴射階段 噴射結(jié)束階段 2022/7/24發(fā)動(dòng)機(jī)原理26供油規(guī)律和噴油規(guī)律 兩者的差異：噴油始點(diǎn)滯后于供油始點(diǎn) 噴油持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng) 最大噴油速率較低曲線的形狀有一定的變化 定義：供油規(guī)律：噴油泵供入高壓油管的供油量隨時(shí)間（噴油泵凸輪轉(zhuǎn)角）的變化關(guān)系。它純粹是由噴油泵柱塞的幾何尺寸和運(yùn)動(dòng)規(guī)律確定的 噴油規(guī)律：噴油過(guò)程中，噴油器噴入燃燒室內(nèi)的燃油量隨時(shí)間（噴油泵凸輪轉(zhuǎn)角）的變化關(guān)系產(chǎn)

12、生差異的原因： 燃油的可壓縮性 系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生壓力波的傳播滯后、壓力波動(dòng)、節(jié)流作用 高壓油管的彈性變形圖5-12 噴油規(guī)律與幾何供油規(guī)律的比較2022/7/24發(fā)動(dòng)機(jī)原理27不正常噴射現(xiàn)象 正常噴射過(guò)程 (圖a)二次噴射 (圖b) 滴油現(xiàn)象斷續(xù)噴射 (圖c)不規(guī)則噴射和隔次噴射 (圖d) 為避免出現(xiàn)不正常噴射現(xiàn)象，應(yīng)盡可能地縮短高壓油管長(zhǎng)度，減小高壓容積，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) 2022/7/24發(fā)動(dòng)機(jī)原理28噴射系統(tǒng)中的穴蝕破壞 穴蝕破壞出現(xiàn)在系統(tǒng)內(nèi)與燃油接觸的金屬表面上產(chǎn)生的機(jī)理：在高壓容積內(nèi)產(chǎn)生壓力波動(dòng)時(shí)，在極低的壓力區(qū)形成汽泡，隨后壓力迅速升高使汽泡爆裂而產(chǎn)生

13、沖擊波，這種沖擊波多次作用于金屬表面則引起穴蝕穴蝕破壞會(huì)影響到噴射系統(tǒng)的工作可靠性和使用壽命 2022/7/24發(fā)動(dòng)機(jī)原理29二、燃油的霧化和油束特性 燃油的霧化：燃油噴入燃燒室內(nèi)后被粉碎分散為細(xì)小液滴的過(guò)程霧化可以大大增加蒸發(fā)表面積，加速吸熱和汽化過(guò)程可以從幾何形狀和霧化質(zhì)量?jī)蓚€(gè)方面來(lái)描述油束特性不同的燃燒室對(duì)油束的幾何形狀和霧化質(zhì)量的要求有所不同圖5-14 油束結(jié)構(gòu)示意圖2022/7/24發(fā)動(dòng)機(jī)原理30二、燃油的霧化和油束特性 幾何形狀主要包括油束射程（又稱為貫穿距離）L和噴霧錐角或油束的最大寬度B 影響油束幾何形狀的主要因素有： 噴射壓力 噴油器噴孔的長(zhǎng)徑比 空氣與燃油密度比 圖5-14

14、 油束結(jié)構(gòu)示意圖2022/7/24發(fā)動(dòng)機(jī)原理31二、燃油的霧化和油束特性 油束的霧化質(zhì)量一般是指油束中液滴的細(xì)度和均勻度細(xì)度可以用液滴平均直徑來(lái)表示均勻度是指油束中液滴大小相同的程度以及液滴在油束內(nèi)分布的均勻程度 圖 5-15 油束的霧化質(zhì)量1-噴射壓力為34MPa 2-噴射壓力為15MPa2022/7/24發(fā)動(dòng)機(jī)原理32三、對(duì)噴射系統(tǒng)的要求在任一工況下都不出現(xiàn)不正常噴射現(xiàn)象，不產(chǎn)生穴蝕破壞根據(jù)不同轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的工況要求，在最佳的噴油時(shí)刻，精確提供所需的燃油量盡可能實(shí)現(xiàn)理想的噴油規(guī)律 良好的油束特性能滿足具體燃燒室的要求。對(duì)于噴射系統(tǒng)的強(qiáng)化，應(yīng)采取相應(yīng)的措施保證有關(guān)零部件的強(qiáng)度和剛度，同時(shí)注意降

15、低噴射系統(tǒng)的噪聲與振動(dòng) 2022/7/24發(fā)動(dòng)機(jī)原理33三、對(duì)噴射系統(tǒng)的要求 理想的噴油規(guī)律：更高的噴射壓力和噴油速率以及更短的噴油持續(xù)時(shí)間已是技術(shù)發(fā)展的一個(gè)明顯趨勢(shì) 為避免柴油機(jī)工作過(guò)于粗暴，又希望實(shí)現(xiàn)“先緩后急”的噴油規(guī)律 在所有的工況下都希望在噴射結(jié)束階段能盡可能迅速地結(jié)束噴射2022/7/24發(fā)動(dòng)機(jī)原理34四、柴油機(jī)電控噴油系統(tǒng)電控柴油噴射系統(tǒng)的分類及工作原理電控柴油噴射系統(tǒng)的組成電控柴油噴射系統(tǒng)的控制功能2022/7/24發(fā)動(dòng)機(jī)原理351、電控柴油噴射系統(tǒng)的分類及工作原理位置控制式噴油系統(tǒng)工作原理：在傳統(tǒng)噴油泵、高壓油管、噴油器系統(tǒng)上，加裝一個(gè)電控裝置發(fā)展而成的。它不改變傳統(tǒng)噴油系統(tǒng)

16、的工作原理和結(jié)構(gòu)，只是用電控裝置取代調(diào)速器和提前器，對(duì)直列泵的油量調(diào)節(jié)齒桿和VE泵的溢流環(huán)套以及油泵驅(qū)動(dòng)軸和凸輪軸的相互位置進(jìn)行低頻連續(xù)調(diào)節(jié)，以控制油量和定時(shí)優(yōu)點(diǎn)：這一類系統(tǒng)生產(chǎn)繼承性強(qiáng)，安裝方便，采用電磁閥、旋轉(zhuǎn)電磁鐵、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等都可作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，因此它在目前國(guó)外電控柴油機(jī)噴油系統(tǒng)中，商品化程度最高且已批量生產(chǎn)應(yīng)用2022/7/24發(fā)動(dòng)機(jī)原理361、電控柴油噴射系統(tǒng)的分類及工作原理時(shí)間控制式噴油系統(tǒng)工作原理：利用高速?gòu)?qiáng)力溢流電磁閥來(lái)直接控制噴油始點(diǎn)和噴油量，一般情況下，電磁閥關(guān)閉噴油即開(kāi)始，電磁閥打開(kāi)噴油即終止，因此，噴油始點(diǎn)取決于該電磁閥的關(guān)閉時(shí)刻，噴油量取決于電磁閥關(guān)閉的持續(xù)時(shí)間；同時(shí)

17、通過(guò)變更電磁閥升程或改變電磁閥所控制的油壓來(lái)實(shí)現(xiàn)噴油率或噴油壓力的控制特點(diǎn)：每缸一閥(直列泵)、響應(yīng)快1、電控柴油噴射系統(tǒng)的分類及工作原理電控泵噴油器：由傳統(tǒng)重型車(chē)用柴油機(jī)的機(jī)械泵噴油器系統(tǒng)發(fā)展而來(lái)。該系統(tǒng)將噴油泵、噴油器合為一體，沒(méi)有高壓油管，每缸一組，作為一個(gè)部件直接安裝在柴油機(jī)氣缸蓋上，由設(shè)置于缸蓋上的油泵凸輪軸驅(qū)動(dòng)圖5-18 電控泵噴油器1油泵柱塞 2電磁溢流閥 3旁通油路 4柱塞腔 5高壓油路 6噴油嘴時(shí)間控制式柱塞泵脈動(dòng)供油系統(tǒng)1、電控柴油噴射系統(tǒng)的分類及工作原理時(shí)間控制式柱塞泵脈動(dòng)供油系統(tǒng)電控單體泵系統(tǒng)：由原用于大、中型柴油機(jī)上的機(jī)械單體泵系統(tǒng)發(fā)展而來(lái)。單體泵的特點(diǎn)是具有結(jié)構(gòu)剛性

18、好的高壓?jiǎn)误w噴油泵、較短的高壓油管，發(fā)動(dòng)機(jī)缸體上設(shè)有各缸共用的油泵凸輪軸，而各缸的噴油泵分別安裝在靠近噴油器的部位，其承壓能力僅次于泵噴油器圖5-19 電控單體泵1、電控柴油噴射系統(tǒng)的分類及工作原理電控分配泵系統(tǒng)：與位置控制式系統(tǒng)相比，取消了溢流環(huán)及其操縱機(jī)構(gòu)，直接利用高速?gòu)?qiáng)力電磁閥來(lái)控制噴油和定時(shí)，結(jié)構(gòu)進(jìn)一步簡(jiǎn)化。雖然各缸共用一個(gè)閥，由于是直接控制，電磁閥響應(yīng)很快，所以在各缸供油所分配到的相位內(nèi)，仍能獨(dú)立分缸調(diào)控圖5-20 ECD-V3型電控VE泵系統(tǒng)1電磁溢流導(dǎo)向閥 2柱塞 3柱塞腔 4出油閥 5供油定時(shí)控制閥6相對(duì)轉(zhuǎn)角位置傳感器 7主閥 8低壓油路 9旁通道時(shí)間控制式柱塞泵脈動(dòng)供油系統(tǒng)1

19、、電控柴油噴射系統(tǒng)的分類及工作原理時(shí)間控制式共軌噴油系統(tǒng)工作原理：不再應(yīng)用傳統(tǒng)柱塞泵脈動(dòng)式供油原理，而是先將燃油或者其他傳遞動(dòng)力的工質(zhì)，如機(jī)油，以高壓(所需噴油壓)或中壓(10MPa左右)狀態(tài)儲(chǔ)集在被稱為共軌(Common Rail)的容器中，然后利用電磁三通閥將共軌中的壓力油引到噴油器中實(shí)現(xiàn)噴射圖5-21 電控高壓共軌ECD-U2系統(tǒng)2. 電控柴油噴射系統(tǒng)的組成圖5-22 位置控制式電控直列泵系統(tǒng)傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)和感知柴油機(jī)及車(chē)輛運(yùn)行狀態(tài)各種信息，包括使用人員的操作思想、操作量等信息，并把它輸入到控制單元中去。電子控制單元（ECU） 其核心部分是計(jì)算機(jī)，由微處理機(jī)及其接口硬件和一整套軟件組成，

20、同時(shí)包括有一定的輸入、輸出通道接口電路等。軟件的核心內(nèi)容是發(fā)動(dòng)機(jī)的各種性能調(diào)節(jié)曲線、圖表和控制算法。ECU的作用是負(fù)責(zé)信息的采集、處理、運(yùn)算決策、執(zhí)行程序，并將運(yùn)行結(jié)果作為控制指令輸出到執(zhí)行器。其中，噴油量和噴油定時(shí)脈沖是ECU發(fā)出的最重要的控制指令執(zhí)行器執(zhí)行器為接受ECU傳來(lái)的指令，并完成所需調(diào)控任務(wù)的元器件3. 電控柴油噴射系統(tǒng)的控制功能?chē)娪土康目刂茋娪投〞r(shí)的控制怠速轉(zhuǎn)速的控制起動(dòng)噴油量的控制各缸噴油均勻性的控制過(guò)渡性能與煙度控制噴油規(guī)律與噴油壓力的控制廢氣再循環(huán)的控制擴(kuò)展的功能（增加自診斷、安全保護(hù)與自適應(yīng)控制等）第三節(jié) 混合氣的形成和燃燒室 2022/7/24發(fā)動(dòng)機(jī)原理44一、柴油機(jī)混

21、合氣形成特點(diǎn)和方式 柴油機(jī)可燃混合氣的品質(zhì)較汽油機(jī)差，因此采用較大的過(guò)量空氣系數(shù)柴油機(jī)混合氣形成所依靠作用：燃料噴霧 空氣運(yùn)動(dòng) 與燃燒室形狀的良好配合柴油機(jī)混合氣形成方式 ： 空間霧化混合（不完全氣相）燃油與空氣的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度是起主要作用的因素 油膜蒸發(fā)混合（完全氣相）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 表5-2 兩種混合方式的對(duì)比空間霧化混合油膜蒸發(fā)混合1絕大部分燃料以較高的壓力被噴射到燃燒室空間中，散布于空氣中利用強(qiáng)烈的空氣旋流將大部分燃料涂布到燃燒室壁面上2燃料在空氣中呈細(xì)小油粒狀燃料在壁面上形成油膜3細(xì)小油滴以液相與空氣混合，形成不均勻混合氣（液相混合）油膜蒸

22、發(fā)，燃油蒸氣與空氣混合，形成相對(duì)均勻的混合氣（氣相混合）4大量細(xì)小油滴受熱汽化，在著火延遲期內(nèi)形成的可燃混合氣數(shù)量較多，多點(diǎn)大面積同時(shí)著火散布在空間的少量燃油，在著火延遲期內(nèi)形成少量可燃混合氣，著火面積小5初期燃燒的放熱速率很高，以后逐漸減慢受油膜蒸發(fā)速率的影響，燃燒放熱速率呈前低后高的規(guī)律二、柴油機(jī)的燃燒室預(yù)燃室半開(kāi)式渦流室2022/7/24發(fā)動(dòng)機(jī)原理471.分隔式燃燒室 渦流室燃燒室渦流室容積約占整個(gè)燃燒 室壓縮容積的50%-60% 通道的截面積約為活塞截面積的 1%3.5渦流室燃燒過(guò)程預(yù)燃室容積約占整個(gè)燃燒 室壓縮容積的35%-45% 通道的截面積約為活塞截面積的0.3%-0.6預(yù)燃室燃

23、燒過(guò)程預(yù)燃室燃燒室2022/7/24發(fā)動(dòng)機(jī)原理48分隔式燃燒室柴油機(jī)的性能持點(diǎn) 靠強(qiáng)烈的空氣運(yùn)動(dòng)來(lái)保證混合氣質(zhì)量，空氣利用率較高空氣運(yùn)動(dòng)隨轉(zhuǎn)速提高而增大，高速適應(yīng)性能好噴射系統(tǒng)的要求較低，工作可靠性和使用壽命高燃燒室結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，面容比大熱效率低，經(jīng)濟(jì)性差。冷起動(dòng)性也較差工作較為平穩(wěn)，燃燒噪聲較小預(yù)燃室燃燒室與渦流室燃燒室柴油機(jī)相比，上述特點(diǎn)一般表現(xiàn)得更為突出一般對(duì)燃油不太敏感，有較強(qiáng)的適應(yīng)性在有害排放方面的突出問(wèn)題是低負(fù)荷下的碳煙排放量較大，其余則優(yōu)于直噴式燃燒室柴油機(jī) 2022/7/24發(fā)動(dòng)機(jī)原理492.直噴式燃燒室開(kāi)式燃燒室 凹坑較淺，凹坑口徑與活塞直徑之比一般大于0.7主要依靠燃油的噴

24、散霧化，因此要求高的噴射壓力和較多噴孔數(shù)目混合氣形成方式為空間霧化，一般不組織空氣運(yùn)動(dòng)，空氣利用率相對(duì)較低（1.5-2.2)開(kāi)式燃燒室一般適用于缸徑較大（140mm），轉(zhuǎn)速較低（2000r/min）的柴油機(jī)中 2022/7/24發(fā)動(dòng)機(jī)原理503.直噴式燃燒室半開(kāi)式燃燒室 活塞頂部有較深的凹坑，有形和平底的深坑形，凹坑口徑與活塞直徑之比一般約在0.350.7之間混合氣形成依靠燃油的噴散霧化和空氣運(yùn)動(dòng)兩方面的作用運(yùn)用較高的壓力噴射，配合以進(jìn)氣渦流為主，擠壓渦流為輔的空氣運(yùn)動(dòng)半開(kāi)式燃燒室一般適用于缸徑80140mm，轉(zhuǎn)速低于4500rmin的柴油機(jī)中 2022/7/24發(fā)動(dòng)機(jī)原理51直噴式燃燒室柴油

25、機(jī)的性能持點(diǎn) 由于燃燒迅速，故經(jīng)濟(jì)性好，有效燃油消耗率低 燃燒室結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，面容比小，散熱損失小，也沒(méi)有主、副室之間的流動(dòng)損失，也是經(jīng)濟(jì)性好的重要原因?qū)娚湎到y(tǒng)的要求較高，影響工作可靠性和使用壽命冷起動(dòng)性能較好工作較粗暴，壓力升高率大，燃燒噪聲大對(duì)轉(zhuǎn)速的變化較為敏感，較難兼顧高速和低速工況的性能，適用轉(zhuǎn)速較分隔式燃燒室柴油機(jī)低 2022/7/24發(fā)動(dòng)機(jī)原理524.不同燃燒室的比較與選用 2022/7/24發(fā)動(dòng)機(jī)原理534.不同燃燒室的比較與選用 2022/7/24發(fā)動(dòng)機(jī)原理544.不同燃燒室的比較與選用對(duì)于碳煙的排放量，開(kāi)式燃燒室最低，半開(kāi)式燃燒室次之，而分隔式燃燒室最高半開(kāi)式燃燒室的HC的排放

26、量最高，特別在較低負(fù)荷工況下，其中的液態(tài)成分部分使其微粒的排放量也較高直噴式燃燒室較分隔式燃燒室NOx的排放量明顯要高，特別在較高負(fù)荷工況下在有害排放和噪聲的控制方面，分隔式燃燒室主要應(yīng)控制碳煙的排放量，特別在較低負(fù)荷工況下；而直噴式燃燒室主要應(yīng)解決好控制碳煙和NOx之間的矛盾，降低燃燒噪聲和控制部分負(fù)荷工況下HC的排放量 2022/7/24發(fā)動(dòng)機(jī)原理554.不同燃燒室的比較與選用重型汽車(chē)、大型工程機(jī)械用柴油機(jī)幾乎毫無(wú)例外地采用直噴式燃燒室（開(kāi)式燃燒室和半開(kāi)式燃燒室），其中的半開(kāi)式燃燒室也有向開(kāi)式燃燒室的特點(diǎn)靠攏的趨勢(shì)轎車(chē)柴油機(jī)中仍是渦流室燃燒室占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，但半開(kāi)式燃燒室和預(yù)燃室燃燒室也有應(yīng)

27、用。其中，盡管半開(kāi)式燃燒室經(jīng)濟(jì)性相對(duì)較好，但噪聲振動(dòng)較大且升功率較低，故目前主要用于較低檔的轎車(chē)2022/7/24發(fā)動(dòng)機(jī)原理564.不同燃燒室的比較與選用中、輕型車(chē)的應(yīng)用領(lǐng)域中，目前主要是渦流室燃燒室與半開(kāi)式燃燒室兩者的競(jìng)爭(zhēng)。對(duì)于開(kāi)式燃燒室，由于其小缸徑和高轉(zhuǎn)速的限制而難以采用；對(duì)于預(yù)燃室燃燒室，由于其經(jīng)濟(jì)性比渦流室燃燒室還要略差，故也極少采用。在缸徑相對(duì)較大的中型車(chē)用柴油機(jī)中，半開(kāi)式燃燒室占有一定優(yōu)勢(shì)并可能會(huì)繼續(xù)發(fā)展這一優(yōu)勢(shì) 小型拖拉機(jī)、農(nóng)用運(yùn)輸車(chē)中也主要采用渦流室燃燒室，這里主要考慮的因素是其對(duì)制造和使用的要求相對(duì)較低 此外，分隔式燃燒室（特別是預(yù)燃室燃燒室）還常用于一些要求噪聲特別低的特

28、殊場(chǎng)合，例如在礦井內(nèi)或潛艇中使用 第四節(jié) 燃燒過(guò)程的影響因素 2022/7/24發(fā)動(dòng)機(jī)原理58一、燃油噴射、氣流運(yùn)動(dòng)與燃燒室形狀間的配合 柴油機(jī)燃燒過(guò)程的要求是多方面的，而且往往相互之間是矛盾的 燃油完全燃燒與升功率降低的矛盾 提高燃燒效率與工作平穩(wěn)性的矛盾 柴油機(jī)有害排放組分平衡控制 在燃油噴射、氣流運(yùn)動(dòng)與燃燒室形狀間的配合，一般應(yīng)兼顧各方面的要求燃油噴射、氣流運(yùn)動(dòng)與燃燒室形狀間的配合，目前仍以大量試驗(yàn)、反復(fù)改進(jìn)為主要手段 2022/7/24發(fā)動(dòng)機(jī)原理59二、影響燃燒過(guò)程的運(yùn)轉(zhuǎn)因素 負(fù)荷 負(fù)荷增大，循環(huán)供油量增大，過(guò)量空氣系數(shù)減小。 負(fù)荷增大，著火延遲期縮短，降低柴油機(jī)的工作粗暴性。 轉(zhuǎn)速

29、轉(zhuǎn)速升高時(shí)，著火延遲期縮短。 轉(zhuǎn)速過(guò)低或過(guò)高時(shí)，都會(huì)使燃燒效率降低。供油提前角 每一種工況，均有一個(gè)最佳的供油提前角。 為了降低NOx的排放量和燃燒噪聲的需要，一般調(diào)節(jié)供油提前角略小于最佳的供油提前角 轉(zhuǎn)速或負(fù)荷增加時(shí)，應(yīng)加大供油提前角2022/7/24發(fā)動(dòng)機(jī)原理62二、影響燃燒過(guò)程的運(yùn)轉(zhuǎn)因素 廢氣再循環(huán)(EGR) 將一部分已燃的廢氣再次引入燃燒室內(nèi)參加燃燒 有效地控制了NOX的生成，降低了NOX的排放量 僅在低速、低負(fù)荷的一定范圍內(nèi)，才在進(jìn)氣中摻入一定量的廢氣燃油 使用十六烷值較高的燃油可降低工作振動(dòng)和噪聲，降低NOx的排放量。 直噴式燃燒室比分隔式燃燒室對(duì)燃油的性質(zhì)更為敏感。壓縮比和增壓度

30、 壓縮比提高：促使噴入的燃料加速霧化與蒸發(fā)，縮短了著火延遲期 增壓：壓縮終點(diǎn)工質(zhì)的溫度和壓力均隨之提高，使著火延遲期縮短。 第五節(jié) 均質(zhì)充量壓縮著火燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)一、傳統(tǒng)燃燒方式的局限性火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)(SI)壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)(CI)一般采用預(yù)混合燃燒，可燃 混合氣在壓縮沖程末期被火花塞點(diǎn)燃，火焰前鋒在均質(zhì)混合氣中傳播，火焰前鋒及其燃燒產(chǎn)物的局部溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他未燃混合氣，燃燒室中溫度分布極不均勻，局部的高溫容易導(dǎo)致已燃區(qū)內(nèi)NOX的生成通過(guò)燃料調(diào)節(jié)系統(tǒng)來(lái)調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)的循環(huán)供油量以適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)工況的變化（變質(zhì)調(diào)節(jié)）。其燃燒類型導(dǎo)致混合氣濃度和溫度分布都極不均勻，在燃燒室內(nèi)的局部高溫區(qū)產(chǎn)生NOX，高溫缺氧區(qū) （

31、即濃混合氣區(qū)）產(chǎn)生炭粒二、均質(zhì)充量壓縮著火燃燒的原理及應(yīng)用現(xiàn)狀HCCI基本原理：通過(guò)壓縮缸內(nèi)均勻的燃油和空氣的混合氣，在上止點(diǎn)(TDC)附近實(shí)現(xiàn)自燃的一種新型燃燒方式汽油機(jī)柴油機(jī)HCCICaterpillar Engine Research (2003)Flame propagation dominated combustionMultiple Combustion locations二、均質(zhì)充量壓縮著火燃燒的原理及應(yīng)用現(xiàn)狀HCCI應(yīng)用現(xiàn)狀 Nissan MK 本田Active Radical（AR）發(fā)動(dòng)機(jī)是 UNIBUS是豐田公司開(kāi)發(fā)的燃燒系統(tǒng)MK（Modulated Kinetics）是N

32、issan公司提出來(lái)的，以低溫、預(yù)混合燃燒為特征的，可以同時(shí)降低柴油機(jī)NOX和微粒排放的一種燃燒方式兩沖程單缸摩托車(chē)用商業(yè)引擎，工作在雙模式下。它在冷啟動(dòng)、怠速和高負(fù)荷下作為一個(gè)火花塞點(diǎn)火的引擎操作；在低負(fù)荷時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)镠CCI燃燒模式由日本三菱發(fā)動(dòng)機(jī)公司Yoshinori Iwabuchi等人提出，可以實(shí)現(xiàn)高效、低排放的稀薄燃燒 PREDIC燃燒系統(tǒng)和MULDIC燃燒系統(tǒng)PREDIC燃燒系統(tǒng)是日本NEW ACE研究所提出的。它采用早的燃油噴射定時(shí)，具有很低的NOX排放；但HC排放和燃油消耗率上升，同時(shí)很難對(duì)壓燃著火時(shí)刻進(jìn)行控制在PREDIC燃燒技術(shù)的基礎(chǔ)上，又提出了MULDIC燃燒系統(tǒng)。它加裝了一個(gè)中央噴油器，燃料分兩階段噴入氣缸 PCI燃燒系統(tǒng)主要思想是燃料和空氣在燃燒室中充分混合，在著火前，混合氣部分被氧化，發(fā)生冷焰反應(yīng)，而不是發(fā)生熱裂解，形成支鏈狀中間產(chǎn)物。隨后的主燃燒過(guò)程能被合理地控制，這樣可以同時(shí)減少NOX和碳煙排放三、HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)的主要特點(diǎn)超低的NOX和PM排放熱效率高HCCI燃燒過(guò)程主要受燃燒化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)控制HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行范圍較窄HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)HC、CO排放偏髙四、HCCI的燃燒特性 HCCI燃燒表現(xiàn)出獨(dú)特的兩