汽车理论之柴油机混合气的形成和燃烧.pptx

背景知识： 1892年，德国工程师狄塞尔根据定压
热功循环原理，研制出压燃式柴油机。
6.1.1 柴油机混合气的形成特点和方式
1 、混合气形成特点： （1）缸内进行：在压缩行程接近终了时柴油由喷射
系统直接喷入燃烧室内。
（2）混合时间短：难以形成均匀的混合气，燃烧室 内的工质成分随时间和地点而变化。
（3）采用较大的过量空气系数：柴油本身粘度大， 蒸发性不好。
❖ 挤流强度主要由挤气面积和挤气间隙的大小决定。
涡流强度较进气涡流小，只起辅助作用。
6.2 柴油机燃烧过程及影响因素
6.2.1 柴油机燃烧过程
柴油机燃烧过程的特点： 一、高压喷油在汽缸内部形成可燃混合气。 二、 通过压缩使燃料自燃
柴油机燃烧方式--油滴扩散燃烧 柴油机是在压缩过程中活塞接近上止点
时,借助喷油设备将燃油在高压下成雾状喷入 燃烧室,以便与空气形成可燃混合气。
滞燃期：是控制燃烧过程的关键参数，影响发动机 的性能。包含了物理滞燃期和化学滞燃期。
着火前的物理化学过程： ❖ 物理过程—从开始喷油到形成可燃混合气为止，
涉及了燃料的喷射、雾化、分布于燃烧室中、吸 热、汽化、扩散、混合、升温等一系列过程。 ❖ 化学过程—燃料的重烃成分裂解为轻烃成分、与 氧气反应形成中间物；经冷焰、蓝焰和热诱导期 而着火过程。两过程相互重叠交叉进行。
（2）压缩涡流：
在涡流室式燃烧室中，气体在进气过程中并 不产生涡流，而在压缩过程中由主燃烧室经 连通道进入涡流室时，形成强烈的压缩涡流。 虽然这种产生涡流的方式不会使进气阻力增 大和进气充量下降，但形成压缩涡流时会伴 随着不同程度的能量损失，使循环热效率降 低。
2）挤流
❖ 在压缩过程后期，活塞表面的某一部分和气缸盖彼 此靠近时所产生的径向或横向气流运动称为挤压流 动，又称挤流。
（4）混合气在高温、高压下多点自燃着火燃烧，且 混合过程、着火过程和燃烧过程共存。
2、混合气形成过程 空间雾化混合 雾化 → 蒸发 → 扩散混合 油膜蒸发混合 蒸发 → 扩散混合 因此，油膜蒸发混合作用： 一是燃烧室的结构,二是燃料的喷雾，三是缸
内适当的空气运动。
（6）燃油粘度
2、空气运动对混合气形成的影响
涡流
进气涡流 压缩涡流
内燃机缸内 气体运动方式
滚流
挤流 湍流
1）涡流 包括进气涡流和压缩涡流 ⑴进气涡流：在气缸盖上采用特殊形状的进气 道,使空气进入气缸时,形成绕气缸轴线旋转 的有组织的气流运动。
❖ 产生进气涡流运动的方法有:切向进气道、 螺旋进气道、组合进气系统。
一、燃烧过程
柴油机燃烧过程非常复杂， 为了便于分析和揭示燃烧过 程的规律，通常将这一连续 的燃烧过程分为四个阶段.
A—喷油开始 着火延燃期
B—着火开始
速燃期
C—最大压力
缓燃期
D—最高温度
补燃期
E—燃料燃烧完毕
供油提前角：喷油泵 的出油阀开始升起到 活塞运行至上止点曲 轴转过的角度称为供 油提前角。
油束射程L(又称贯穿距离)：反映油束的穿透能力。
雾化质量：液滴的细度、均匀度
喷雾锥角β：反映油束的紧密程度。孔式喷嘴的 大，油
束松散，颗粒细小； 轴针式喷嘴的 小，油束紧缩，颗粒
较粗大。
油束的最大宽度B：反映油束的分布特性。
（3）影响油束的特性因素
A．喷油结构： 燃油的雾化质量主要由平均直径决定。平均直
喷油提前角：喷油器 开始喷油到活塞到达 上止点所对应的曲轴 转角为喷油提前角。
1、着火延迟期（滞燃期）
从A点到B点---自开始喷油到开 始着火的这一段时期。 在压缩终点,温度达到450800℃,大于柴油的自燃温度 （330-350℃）,但不会立即着 火,进行着火前的准备。
着火延迟期
一般着火延迟时间τi≈0.0007-0.003s，对应的曲轴转 角称为着火延迟角。
4 、两种混合方式的对比
空间雾化混合
油膜蒸发混合
大部分燃料喷射雾化
燃料在空气中是细小油滴 混合气是气液两相混合气
大部分燃料涂布到壁面上 燃料在壁面上形成油膜 混合气是气相混合气
滞燃期形成的可燃混合气数量 滞燃期形成的可燃混合气数
多
量少
工作粗暴
工作柔和
6.1.2 影响混合气形成的主要因素
影响混合气形成的主要因素: 燃料喷雾、气流运动、燃烧室结构
3、混合气形成的基本方式
1）空间雾化混合 ❖ 将燃油喷向燃烧室空间进行雾化，
通过燃油与空气间的相互运动和扩 散，在空间形成可燃混合气。相对 运动速度越高，混合气越均匀。
❖ 采用多孔喷嘴， 燃烧完全，经济 性好。初期空间分布燃料多，燃烧 迅速，工作粗暴。
2） 油膜蒸发混合 空间雾化混合是将燃料喷在燃烧室空间。
汽车发动机原理与汽车理论
第6章 柴油机混合气的形成和燃烧
❖ 6.1 柴油机混合气的形成 ❖ 6.1.1 柴油机混合气的形成特点和方式 ❖ 6.1.2 影响混合气形成的主要因素 ❖ 6.2 柴油机燃烧过程及影响因素 ❖ 6.2.1 柴油机燃烧过程 ❖ 6.2.2 影响燃烧过程的主要因素
6.1 柴油机混合气的形成
径的影响因素有： 喷射压力； 喷油嘴喷孔直径； 油束流速；空气压力与密度；燃油粘度。 B．喷油压力 C．缸内介质反压力
（4）喷油泵凸轮形状
（5）发动机转速转速升高，散热损失和活塞环的漏气损失减小，
压缩终点的温度、压力升高；转速升高也会使喷油压力升高，改善燃油的 雾化。因而以秒记的着火延迟期会缩短（以曲轴转角记的延迟期可能缩短、 可能延长）。
油膜蒸发型混合：将燃料喷在燃烧室壁 面上，使之成为薄薄的一层油膜，只有 一小部分燃料分布在燃烧室空间。经燃 烧室壁面和燃烧加热，边蒸发，边混合，
，
边燃烧。初期蒸发、燃烧慢，后期蒸发、 燃烧迅速 （先缓后急）。
采用单、双孔喷嘴，放热先缓后急 ,工作柔和，噪声 小，经济性较好，但冷起动困难。
目前多数车用柴油机仍以空间雾化混合为主。
1、燃料喷雾对混合气形成的影响: 燃油喷入燃烧室后被粉碎分散为细小微粒的 过程，称为燃油的喷雾或雾化。 将燃油喷射雾化，可以大大增加其表面积， 加速混合气形成。
（1）油束的形成
当燃油高速从喷孔喷出(喷出速度为l00一300m／s) 便形成如园锥形状的喷注，也称油束。
（2）衡量油束雾化质量的三个因素