第五章-柴油機(jī)混合氣的形成及燃燒1課件

第五章柴油機(jī)混合氣的形成及燃燒7/24/2023南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院柴油的特點(diǎn)是較難揮發(fā)、較難點(diǎn)燃和較易自燃，因此，適用于壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)。柴油機(jī)的著火是多點(diǎn)、不受控制的爆炸性燃燒，爆發(fā)壓力高，燃燒噪聲大，工作粗暴。柴油機(jī)的混合氣形成條件惡劣，除了時(shí)間短之外，空間上周向與徑向混合不均勻，時(shí)間上邊混合、邊燃燒、交叉進(jìn)行。7/24/2023南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院1、著火延遲期

一、柴油機(jī)燃燒過(guò)程概述

§5-1柴油機(jī)的燃燒過(guò)程?著火延遲期也稱為滯燃期。

?混合氣準(zhǔn)備的物理和化學(xué)過(guò)程。7/24/2023南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2、速燃期?著火延遲期內(nèi)準(zhǔn)備好的混合氣幾乎同時(shí)開(kāi)始燃燒。?應(yīng)控制壓力升高率，防止工作粗暴。?柴油機(jī)Δp/Δφ不大于0.4-0.5MPa/(°CA)的范圍內(nèi)。7/24/2023南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院3、緩燃期?燃燒的進(jìn)行漸趨緩慢。?盡可能地加速混合氣的形成，保證迅速而完全的燃燒。7/24/2023南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院4、補(bǔ)燃期?盡量縮短補(bǔ)燃期，減少補(bǔ)燃期內(nèi)燃燒的燃油量。

后燃產(chǎn)生的負(fù)面影響：在后燃期內(nèi)，燃料在較低的膨脹比下放熱，所放出的熱量難于有效地利用，使柴油機(jī)零件的熱負(fù)荷增加，排氣溫度升高，傳給冷卻水的熱損失也增加，柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性下降。所以后燃期應(yīng)盡可能地縮短。7/24/2023南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院縮短后燃的措施：加強(qiáng)燃燒室內(nèi)的氣流運(yùn)動(dòng)，改善混合氣的形成，減少緩燃期內(nèi)的噴油量，并提高緩燃階段的燃燒速度，使燃燒盡可能在上止點(diǎn)附近基本完成。7/24/2023南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院7/24/2023南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院二、著火延遲期對(duì)柴油機(jī)性能的影響

期間噴入缸內(nèi)的燃料量

著火前可燃混合氣量

，Pmax。

沖擊載荷，工作粗暴，柴油機(jī)壽命。

混合氣形成欠佳柴油機(jī)性能7/24/2023南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院

壓縮溫度和壓力

、噴油提前角、轉(zhuǎn)速N、十六烷值、增壓三、影響滯燃期因素7/24/2023南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院1、溫度和壓力：隨著壓縮溫度和壓力提高，滯燃期減小。溫度壓力是影響滯燃期的直接因素，其他一些因素是通過(guò)壓縮溫度和壓力而間接影響滯燃期的。7/24/2023南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院高轉(zhuǎn)速時(shí)最佳噴油角低轉(zhuǎn)速時(shí)最佳噴油角2、噴油提前角——最大的影響因素。高轉(zhuǎn)速時(shí)最佳噴油角低轉(zhuǎn)速時(shí)最佳噴油角

著火時(shí)刻推遲，使燃燒

Tc，Pc

（燃料進(jìn)入氣缸時(shí)空氣溫度和壓力低）Tc，Pc

7/24/2023南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院

3、轉(zhuǎn)速：

n

漏氣、散熱損失↓

Pc，Tc

噴油壓力

霧化；氣流運(yùn)動(dòng)

蒸發(fā)混合氣形成好轉(zhuǎn)

。

但n

著火延遲角7/24/2023南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院4、增壓增壓Pc

，Tc

7/24/2023南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院總之當(dāng)i過(guò)大時(shí)，前期噴入的燃料量增加，使速燃期內(nèi)的壓力迅速增高，因其發(fā)動(dòng)機(jī)工作粗暴，振動(dòng)噪聲增加，燃燒難以控制。i過(guò)小時(shí)，對(duì)混合氣形成不利，性能惡化?？傮w來(lái)說(shuō)為控制燃燒過(guò)程，降低機(jī)械負(fù)荷使發(fā)動(dòng)機(jī)平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，應(yīng)盡量減小滯燃期。7/24/2023南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院四、燃燒過(guò)程中存在的問(wèn)題1、混合氣形成困難，燃燒不完全混合極不均勻——混合氣形成時(shí)間短，邊噴油、邊混合、邊燃燒。改進(jìn)措施：1）促進(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)2）供給較多的空氣。

α大于1，一般取1.3，但至少30%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、平均有效壓力降低，這與提高其動(dòng)力性相矛盾。7/24/2023南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2、工作粗暴，燃燒噪聲較大混合極不均勻——混合氣形成時(shí)間短，邊噴油、邊混合、邊燃燒。改進(jìn)措施：縮短著火延遲時(shí)間，減少滯燃期內(nèi)的噴油量。但和動(dòng)力性相矛盾。7/24/2023南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院燃油在高溫缺氧下燃燒時(shí)易形成碳煙。減少黑煙的主要措施：1）增加過(guò)量空氣系數(shù)α，但與提高柴油機(jī)的動(dòng)力性相矛盾。2）改善混合氣的形成，與改善柴油機(jī)工作的柔和性相矛盾。3、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)。7/24/2023南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院暖機(jī)時(shí)，一般先冒白煙，后冒藍(lán)煙，然后變?yōu)闊o(wú)色。4、排氣冒藍(lán)煙、白煙冷起動(dòng)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光線的反射呈現(xiàn)出不同的顏色，白煙是由0.6~1μm的顆粒構(gòu)成，而藍(lán)煙是由0.6μm以下的顆粒構(gòu)成。7/24/2023南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院

為了分析評(píng)價(jià)燃燒過(guò)程，必須掌握放熱速率隨曲軸轉(zhuǎn)角變化規(guī)律—放熱規(guī)律。從宏觀上分析燃燒組織情況，判斷進(jìn)行的是否完善。五、燃燒放熱規(guī)律方法：1.根據(jù)噴油規(guī)律求算放熱規(guī)律；

2.由燃燒規(guī)律放熱模型預(yù)測(cè)；

3.從實(shí)測(cè)示功圖計(jì)算出放熱規(guī)律。7/24/2023南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院瞬時(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1°曲軸轉(zhuǎn)角內(nèi)）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。燃燒放熱規(guī)律是指瞬時(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。7/24/2023南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院汽油機(jī)放熱速率最大值最高，燃燒持續(xù)期較短，但初始放熱速率較低，燃燒噪聲低，工作平穩(wěn)。直噴式柴油機(jī)初始放熱速率最高，燃燒噪聲大，工作粗暴。同樣壓縮比情況下后燃損失較汽油機(jī)大，熱效率低。分隔式柴油機(jī)初始放熱率低，燃燒噪聲低，工作平穩(wěn)，但燃燒持續(xù)角較長(zhǎng)，熱效率低，燃油經(jīng)濟(jì)性差。7/24/2023南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院較理想的柴油機(jī)燃燒放熱規(guī)律有一合適的燃燒起點(diǎn)，同時(shí)燃燒應(yīng)該是先緩后急。開(kāi)始放熱階段，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，絕大部分燃油在盡可能靠近上止點(diǎn)處完成燃燒。燃燒持續(xù)時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)。7/24/2023南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院燃燒起點(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。7/24/2023南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院一、供油系統(tǒng)和噴射過(guò)程1、供油系統(tǒng)的組成油箱輸油泵濾油器低壓油管噴油泵高壓油管噴油器（噴油嘴）

§5-2燃油噴射和霧化

7/24/2023南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2、噴油過(guò)程普遍采用柱塞式噴油泵。3、噴油延遲時(shí)間從噴油泵內(nèi)燃油頂開(kāi)出油閥進(jìn)入高壓油管至油壓壓開(kāi)噴油嘴針閥的時(shí)間。7/24/2023南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院定義：供油規(guī)律：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)噴油泵的供油量隨時(shí)間的變化關(guān)系。噴油規(guī)律：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)噴油器噴入燃燒室內(nèi)的燃油量隨時(shí)間的變化關(guān)系。4、供油規(guī)律和噴油規(guī)律7/24/2023南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院兩者的差異：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產(chǎn)生差異的原因：燃油的可壓縮性系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生壓力波的傳播高壓油管的彈性變形7/24/2023南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院二、噴油泵速度特性

及其校正1、節(jié)流作用

理論上（不存在節(jié)流）實(shí)際上（存在節(jié)流）所以，實(shí)際供油比理論供油時(shí)間長(zhǎng)，供油量大。7/24/2023南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2、噴油泵速度特性每循環(huán)供油量隨轉(zhuǎn)速n的變化關(guān)系。

n

節(jié)流作用

循環(huán)供油時(shí)間循環(huán)供油量g3、車用的適應(yīng)性車用—希望n

g

噴油泵速度特性—n

g

因此，噴油泵速度特性不適合于車用，必須進(jìn)行校正。4、校正1出油閥校正2調(diào)速器校正7/24/2023南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院三、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)程噴射延遲階段主噴射階段噴射結(jié)束階段7/24/2023南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院四、不正常噴射現(xiàn)象1、二次噴射高壓油管內(nèi)壓力波引起。噴射時(shí)間

霧化不良，燃燒不完全，補(bǔ)燃嚴(yán)重，排污，炭煙，零件過(guò)熱。2、斷續(xù)噴射進(jìn)入噴油嘴燃油量不穩(wěn)定，壓力波動(dòng)引起。噴油時(shí)間正常，但針閥運(yùn)動(dòng)次數(shù)，噴油嘴易磨損。3、隔次噴射低速、尤其是怠速時(shí)，油壓不足，壓不開(kāi)針閥。下一循環(huán)時(shí)油壓聚足，壓開(kāi)針閥噴射。7/24/2023南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院正常與不正常噴射比較7/24/2023南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院噴射系統(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。

7/24/2023南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院五、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)注意降低噴射系統(tǒng)的噪聲與振動(dòng)。

7/24/2023南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院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。理想的噴油規(guī)律：7/24/2023南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院六、柴油機(jī)電控噴射系統(tǒng)電控噴射系統(tǒng)突出優(yōu)點(diǎn)是控制的準(zhǔn)確性和響應(yīng)的快速性。系統(tǒng)的基本控制量：

?循環(huán)噴油量的控制

?供油提前角控制

7/24/2023南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院一、混合氣的形成：

缸內(nèi)混合的方式。燃油借助于高壓噴射進(jìn)入氣缸后，在極短的時(shí)間內(nèi)經(jīng)歷霧化、吸熱、汽化、擴(kuò)散與空氣混合，形成良好的可燃混合氣。汽油機(jī)

氣缸外部利用化油器形成大體均勻的混合氣。汽油噴射形成均勻混合氣。柴油機(jī)

§5-3混合氣的形成和燃燒室

7/24/2023南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院1、空間霧化將燃料噴在燃燒室空間使之成為霧狀，再利用空氣運(yùn)動(dòng)達(dá)到充分混合。特點(diǎn):1）對(duì)燃料噴霧要求高2）對(duì)空氣運(yùn)動(dòng)要求不高3）初期空間分布燃料多，燃燒迅速柴油機(jī)混合形成的兩種基本形式7/24/2023南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2、油膜蒸發(fā)油膜蒸發(fā)型混合氣蒸發(fā)方式則有意將燃料噴在燃燒室壁面上，使之成為薄薄的一層油膜附著在燃燒室壁面上，只有一小部分燃料分布在燃燒室空間。經(jīng)燃燒室壁面和燃燒加熱，邊蒸發(fā)，邊混合，邊燃燒。初期蒸發(fā)、燃燒慢，后期蒸發(fā)、燃燒迅速。特點(diǎn):1）對(duì)燃料噴霧要求不高2）放熱先緩后急3）但低速性能不好，冷起動(dòng)困難。7/24/2023南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院二、燃料的噴霧1、噴霧的作用只有當(dāng)燃料與空氣充分接觸，形成可燃混合氣時(shí)，才有可能燃燒。接觸面積越大，可燃混合氣越多，燃燒越完善。7/24/2023南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2、噴霧的形成1）油束燃油噴射－高壓、高速。一級(jí)霧化－汽缸中空氣的動(dòng)力作用將油束撕裂成片、帶、泡或大顆粒的油滴。二級(jí)霧化－空氣動(dòng)力作用將片、帶、泡或大顆粒的油滴再粉碎成細(xì)小的油滴。2）著火條件濃度、溫度為著火的必要條件7/24/2023南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院3、噴霧特性1）油束射程LL

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。2）噴霧錐角反映油束的緊密程度。孔式噴嘴—

油束松散，粒細(xì)。軸針式噴嘴—

油束緊密，粒粗。3）霧化質(zhì)量（霧化特性）細(xì)微度—油滴平均直徑均勻度—油滴最大直徑-油滴平均直徑7/24/2023南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院4、噴油規(guī)律單位時(shí)間（或曲軸轉(zhuǎn)角）的噴油量隨時(shí)間（或曲軸轉(zhuǎn)角）的變化規(guī)律。1）噴油延遲角噴油提前角

—開(kāi)始噴油上止點(diǎn)的曲軸轉(zhuǎn)角。

’—上止點(diǎn)停止噴油的曲軸轉(zhuǎn)角。噴油延遲角’

—開(kāi)始噴油停止噴油的曲軸轉(zhuǎn)角。2）噴油延遲角對(duì)性能的影響

’

噴油持續(xù)時(shí)間長(zhǎng),工作柔和，但油耗增大,排放變差。

’

噴油持續(xù)時(shí)間短,油耗下降,排放好，但工作粗暴。7/24/2023南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院3）噴油延遲角的比較a.’

油耗,排放好，但工作粗暴。b.先急后緩

工作粗暴。

’

油耗

,排放差。c.先緩后急

工作柔和。

’

油耗

,排放好,盡量采用，但很難做到。7/24/2023南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院5、噴油嘴1、孔式噴嘴主要用于直噴式燃燒室中?？讛?shù):1～5個(gè)，

=0.25～0.8mm。霧化好，但易阻塞?？讛?shù)越少，霧化越好，但也易阻塞。2、軸針式噴嘴主要用于分隔式燃燒室中。

=1～3mm，通道間隙

=0.025～0.05mm。霧化差，但有自潔作用，不易阻塞。7/24/2023南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院三、氣流運(yùn)動(dòng)對(duì)混合氣形成的影響（一）氣流運(yùn)動(dòng)的作用7/24/2023南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院（二）氣流運(yùn)動(dòng)1、進(jìn)氣渦流使進(jìn)氣氣流相對(duì)于汽缸中心產(chǎn)生一個(gè)力，形成渦流。A、

帶導(dǎo)氣屏進(jìn)氣門—強(qiáng)制空氣從導(dǎo)氣屏前流出。7/24/2023南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院B、切向氣道—形狀比較直平，在氣門座前強(qiáng)烈收縮，使氣流切向進(jìn)入缸內(nèi)，造成速度分布不均勻。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，流動(dòng)阻力小，產(chǎn)生渦流強(qiáng)度小。7/24/2023南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院C、螺旋氣道—在氣門腔里做成螺旋形狀，使氣流形成一定強(qiáng)度的旋轉(zhuǎn)，在平直氣道出口速度分布的基礎(chǔ)上增加了一個(gè)切向速度。

特點(diǎn)：流動(dòng)阻力??；渦流強(qiáng)度大；適于高渦流內(nèi)燃機(jī)。但是結(jié)構(gòu)尺寸及加工精度要求較高，且渦流與流量難于兼顧。7/24/2023南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院擠流強(qiáng)度由擠氣面積和擠氣間隙大小決定。

通常采用縮口形燃燒室

2、擠流

在壓縮后期活塞表面的某一部分和缸蓋之間擠壓氣體，產(chǎn)生徑向或橫向氣流運(yùn)動(dòng)，稱為擠流；

利用逆擠流有助于將燃燒室內(nèi)的混合氣流出，使其進(jìn)一步和氣缸內(nèi)的空氣混合燃燒，對(duì)改善燃燒和降低排放十分有利。7/24/2023南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院定義：在進(jìn)氣過(guò)程中形成的繞垂直于氣缸軸線的有組織大尺寸空氣渦流。

應(yīng)用：滾流較適宜于在四氣門汽油機(jī)上使用，滾流在壓縮過(guò)程中其動(dòng)量衰減較少，當(dāng)活塞接近于上止點(diǎn)時(shí)，大尺度的滾流將破裂成眾多小尺度的渦，使湍流強(qiáng)度和湍流動(dòng)能增加，提高火焰?zhèn)鞑ニ俾剩纳瓢l(fā)動(dòng)機(jī)性能。

3、滾流

7/24/2023南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院

4、湍流

定義：在氣缸中形成隨機(jī)的有旋的三維非定常氣體運(yùn)動(dòng)；基本特征—在于其具有隨機(jī)性質(zhì)的渦旋結(jié)構(gòu)，以及這些渦旋在流體內(nèi)部的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)，湍流能引起相鄰各層流體間動(dòng)量、溫度、濃度等的交換和脈動(dòng)。湍流結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，內(nèi)燃機(jī)中可燃混合氣的湍流特性對(duì)燃燒速度和火焰?zhèn)鞑ビ兄种匾挠绊?7/24/2023南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院混合氣形成和燃燒與燃燒室有密切關(guān)系，如果燃燒室設(shè)計(jì)不好，則燃油系統(tǒng)、進(jìn)氣系統(tǒng)也難以與其配合得到良好的性能指標(biāo)。在改進(jìn)燃燒系統(tǒng)時(shí)，也往往從燃燒室的形狀、尺寸著手。根據(jù)混合氣形成和燃燒室結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，壓燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒室基本上分為兩大類：直接噴射式燃燒室和分隔式燃燒室。7/24/2023南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院分為兩大類：直接噴射燃燒室（開(kāi)式）和分隔式燃燒室（間接）開(kāi)式直噴半開(kāi)式無(wú)渦流氣流運(yùn)動(dòng)有渦流渦流室分隔式預(yù)燃室四、柴油機(jī)燃燒室分類7/24/2023南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院直噴式燃燒室按活塞頂部凹坑（燃燒室）的深淺、口徑大小，分為開(kāi)式燃燒室和半開(kāi)式燃燒室。1、開(kāi)式燃燒室燃燒室口徑大、深度淺，大缸徑船用低速柴油機(jī)。7/24/2023南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院油束貫穿率在0.85左右，完全是空間霧化混合方式，對(duì)燃油系統(tǒng)要求高（噴油壓力高，噴孔直徑小，噴孔數(shù)目多）。燃油經(jīng)濟(jì)性好，冷起動(dòng)容易。不需組織進(jìn)氣渦流，充氣效率高，動(dòng)力性好。燃燒噪聲大，發(fā)動(dòng)機(jī)工作粗暴。特點(diǎn)：7/24/2023南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2、半開(kāi)式燃燒室

1）缸徑小，燃燒室口徑小2）燃燒室凹坑較深3）采用空間霧化混合為主、油膜蒸發(fā)混合為輔的混合氣形成方式，比較理想的油束貫穿率約為1.05~1.08左右。4）噴孔數(shù)目一般在3~5孔，噴孔直徑一般在0.3~0.45mm。5）過(guò)量空氣系數(shù)一般在1.3~1.5之間。6）一般適用于缸徑80~140mm，轉(zhuǎn)速低于4500r/min的直噴式柴油機(jī)。7）組織進(jìn)氣渦流（一般是螺旋進(jìn)氣道）

7/24/2023南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院半開(kāi)式燃燒室與開(kāi)式燃燒室相比：對(duì)燃油系統(tǒng)的要求較低（孔徑較大、噴油壓力較低）。燃燒噪聲較低，柴油機(jī)工作較柔和。燃油經(jīng)濟(jì)性、冷起動(dòng)性較差。7/24/2023南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院由于開(kāi)式燃燒室燃油經(jīng)濟(jì)性好、冷起動(dòng)容易、微粒排放量較低、不組織進(jìn)氣渦流的突出優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)代中小型高速直噴式柴油機(jī)有向開(kāi)式燃燒室發(fā)展的趨勢(shì)，即減弱進(jìn)氣渦流運(yùn)動(dòng)，盡可能提高噴油壓力，增加噴孔數(shù)目，減小噴孔直徑。典型的發(fā)展趨勢(shì)就是發(fā)展高壓共軌燃油系統(tǒng)。7/24/2023南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院

典型半開(kāi)式燃燒室介紹：（1）形燃燒室形燃燒室的底部中心有一凸起，目的是想幫助形成（擠壓）渦流，并使燃燒室形狀與油束配合，將空氣集中在油束附近，以便更好利用燃燒室中空氣。7/24/2023南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院燃燒室的主要尺寸：1）余隙容積VS（包括活塞頂間隙容積、氣門凹坑容積、第1道活塞環(huán)測(cè)隙容積）盡可能小，但余隙距離不可小于1mm。7/24/2023南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院7/24/2023南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2）dK/D、dK/h、要合適：燃燒室喉口直徑與氣缸直徑之比dK/D=0.4~0.6，要與油束射程匹配，以保證最佳油束穿透率。燃燒室喉口直徑與燃燒室深度之比dK/h=1.5~3.5，從降低機(jī)械負(fù)荷和燃燒噪聲方面考慮，希望燃燒室深一些（增加油膜蒸發(fā)混合比例），但太深會(huì)導(dǎo)致增加活塞長(zhǎng)度，燃燒室中廢氣不易清除，喉口處熱負(fù)荷高，噴油嘴容易過(guò)熱卡死。燃燒室側(cè)面與頂面的夾角一般制造大于90o，防止活塞喉口處熱裂。7/24/2023南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院3）燃燒室的布置由于進(jìn)、排氣門的布置，燃燒室、噴油嘴往往不能布置在氣缸中心線上，一般e1/D<5%，e2/D<10%。為便于氣缸蓋中冷卻水道布置，噴油嘴也傾斜15o~20o布置。因此，為保證油束在燃燒室中合適分布，噴孔夾角、傾斜角不均勻分布，油束長(zhǎng)度有長(zhǎng)有短。7/24/2023南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院4）噴油嘴伸出氣缸蓋底部的長(zhǎng)度h有最佳值，一般在1~3mm左右，可由噴油嘴安裝墊片厚度調(diào)整。

h過(guò)長(zhǎng)，則油束落在燃燒室底部（...），并且噴油嘴熱負(fù)荷高，容易燒壞卡死

。

h過(guò)小，則油束可能落在活塞頂部（...），造成柴油機(jī)冒黑煙。7/24/2023南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院（2）四角形燃燒室日本五十鈴公司的四角形燃燒室于70年代初提出，活塞頂凹坑從縱剖面看與形燃燒室相同，俯視為四角帶圓弧的正方形，目的是改變高、低速時(shí)噴孔到燃燒室壁面的距離，保證高、低速時(shí)均維持最佳油束穿透率，解決了高、低速時(shí)柴油機(jī)的排氣煙度矛盾。7/24/2023南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院（3）縮口四方形燃燒室

日本小松公司的微渦流燃燒室，其活塞頂凹坑的上部為四角形，下部為回轉(zhuǎn)體，連接處經(jīng)切削加工圓滑過(guò)渡。后來(lái)的實(shí)踐證明，縮口四方形燃燒室主要利用了燃燒室喉口的縮短產(chǎn)生了強(qiáng)烈的擠流作用，尤其是逆擠流運(yùn)動(dòng)的增強(qiáng)顯著降低了柴油機(jī)的排氣煙度，對(duì)燃油消耗率的改善不明顯。四個(gè)圓角處的微渦流并不起什么作用，與四角形燃燒室一樣，為了解決高、低速時(shí)的排氣煙度的矛盾。7/24/2023南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院7/24/2023南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院（4）球形油膜燃燒室（茅瑞爾S.Meurer或M過(guò)程）單孔或雙孔噴油嘴沿燃燒室壁面噴射，在強(qiáng)烈的進(jìn)氣渦流作用下，將燃油攤布在壁面上，吸熱蒸發(fā)，形成均勻混合氣。主要是油膜蒸發(fā)混合，因此最佳噴射角度較小。柴油機(jī)工作柔和，燃燒噪聲低，排煙少，燃油消耗率接近開(kāi)式燃燒室217g/（kW.h）7/24/2023南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院從柴油到汽油都能平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)。冷起動(dòng)比較困難（起動(dòng)時(shí)燃燒室壁溫低）對(duì)負(fù)荷突變反應(yīng)慢（空氣渦流跟不上）低負(fù)荷時(shí)冒藍(lán)煙，HC大量增加（燃燒室壁溫低）高、低速性能矛盾大（空氣渦流）對(duì)增壓適應(yīng)性差（油膜變厚）在大缸徑上應(yīng)用困難（面容比降低，油膜變厚），一般限于75~130mm缸徑。7/24/2023南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院三、分隔式燃燒室分主、副燃燒室，主燃燒室位于活塞頂部與氣缸蓋之間，副燃燒室位于氣缸蓋內(nèi)，兩者之間有連接通道，噴油嘴向副燃燒室內(nèi)噴射。分隔式燃燒室有渦流室燃燒室和預(yù)燃室燃燒室兩種結(jié)構(gòu)形式。7/24/2023南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院1、渦流室燃燒室

組織強(qiáng)烈的壓縮渦流運(yùn)動(dòng)，渦流室容積VK約占整個(gè)壓縮容積VC的50~80%，連接通道的截面積一般為活塞面積的1.2%~3.5%。與直噴式燃燒室相比，具有如下特點(diǎn)：不組織進(jìn)氣渦流，平直進(jìn)氣道，因此渦流室柴油機(jī)充氣效率高，動(dòng)力性能好。由于壓縮渦流隨轉(zhuǎn)速升高而加強(qiáng)，因此混合氣形成質(zhì)量對(duì)轉(zhuǎn)速變化不敏感，適用于高速柴油機(jī)（達(dá)5000r/min）。7/24/2023南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院由于二次燃燒，主燃燒室中的壓力升高率較低（0.25MPa左右），柴油機(jī)工作平穩(wěn)。副燃燒室混合氣成分偏濃，主燃燒室中最高燃燒溫度相對(duì)較低，因此NOX排放量較直噴式燃燒室低1/3~1/2左右。由于利用二次渦流促進(jìn)主室的混合氣形成與燃燒，在主室中減少或避免了因高溫缺氧的不利影響，因此HC和CO排放量也較低。對(duì)燃油系統(tǒng)要求低，噴油壓力低，軸針式噴油嘴。7/24/2023南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院由于燃燒持續(xù)時(shí)間（以曲軸轉(zhuǎn)角計(jì)）較長(zhǎng)，后燃損失大，散熱損失大，加上連接通道的節(jié)流損失，渦流室燃燒室柴油機(jī)的燃油消耗率較直噴式燃燒室柴油機(jī)高（10~15%）。冷起動(dòng)困難，壓縮比較高（=20~22）。氣缸蓋底部進(jìn)、排氣門座之間的“鼻梁區(qū)”容易熱裂。7/24/2023南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院

渦流室形狀分球形、錐形平底（彗星V號(hào)）、柱形平底（吊鐘形）三種。7/24/2023南京航空航天大學(xué)金城