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第五章 柴油机混合气的形成和燃烧xin

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05第五章 柴油机混合气的形成和燃烧.

05第五章 柴油机混合气的形成和燃烧.

b轴针式截锥形 c轴针式节流形
2012-11-4
发动机原理
21
柴油机供油系统－喷油器
轴针式喷油器 孔式喷油器 用于直喷式燃烧 用于分隔式燃烧 室中。 室中。 较小的喷孔与高 较低的喷油压 力，喷油颗粒较 压泵配合，可形 大。 成较细的喷油颗 粒。 有自洁作用，不 易堵塞。 易引起积炭堵 塞。
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发动机原理
16
柴油机供油系统－喷油泵的结构
直列式柱塞喷油泵又分为： 单体泵与原理
17
柴油机供油系统－喷油泵的原理
柱塞式喷油泵的组成
三对精密偶件： 柱塞偶件 、 出油阀偶件 、 针阀偶件
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发动机原理
18
柱塞式喷油泵泵油原理
0.5 0.4 喷孔面积f/mm2 0.3 孔式喷嘴 标准轴针式 喷嘴
0.2 节流轴针式 喷嘴 0 0.1 0.2 0.3 0.4 针阀升程/mm 0.5 0.6
0.1
图 5-8 不同喷油器的流 通特性
喷孔有效流通截面积与针阀升程的关系称为喷油器的流通 性（开启特性）
2012-11-4 发动机原理 22
燃烧
后燃
放热规律
第二节 燃油喷射和雾化
一、供油系统和喷射过程
柴油机供油系统 喷油泵速度特性及其校正 喷射过程 供油规律和喷油规律 不正常喷射现象和喷射系统中的穴蚀 破坏
2012-11-4
发动机原理
14
1. 柴油机供油系统
柴油机供油系统一般由 油箱、输油泵、柴油滤 清器、喷油泵、喷油器 等组成，另外还包括调 速器和供油提前角调节 装置等。 其中的喷油泵、喷油器 和高压油管等组成了高 压油路，称为喷射系 统，是整个柴油机供油 系统的关键部分。

5 柴油机混合气形成燃烧

5 柴油机混合气形成燃烧
定时定量并按一定规律向柴油机各缸供给高压燃油
4
一、喷油系统
2. 喷油系统的工作原理-柱塞式喷油泵燃油供给系统
5
一、喷油系统
2. 喷油系统的工作原理-分配式喷油泵燃油供给系统
6
一、喷油系统
3. 喷油泵
A型柱塞式喷油泵
分配式喷油泵
7
一、喷油系统
4. 喷油器-孔式和轴针式喷油器
单孔式
45
二、缸内气流运动
4. 滚流：
绕垂直于气缸轴线的有规则 的气流运动（与涡流相反）， 也称纵向涡流。
主要用于缸内直喷式汽油机。 形成大范围的油气混合，滚 流被压扁、破碎，形成高度 湍流强化微混合。
46
二、缸内气流运动
47
三、柴油机燃烧室
48
三、柴油机燃烧室
1. 直喷式燃烧室
浅盆形
ω形
13
二、喷射与雾化
4. 喷雾特性与雾化质量
2）油束几何形状
① 油束射程L（贯穿距离） 油束锥角β或最大宽度B
② 贯穿率
油束的贯穿距离与喷孔沿轴 线到燃烧室壁距离的比值。
弱涡流：贯穿率＜1 强涡流：贯穿率＞1
14
二、喷射与雾化
4. 喷雾特性与雾化质量
3）油束雾化质量
平均粒径：所有油粒直径的算术平均值； 索特(sauter)粒径SMD（μm）：
所有油粒体积与总表面积之比 。
① 细度 液滴直径：平均粒径、索特粒径
SMD di3ni di2ni
② 均匀度
油束中液滴大小相同的程度
液滴在油束内分布的均匀程度
粒径分布（同时反映细度和均匀度）
15
二、喷射与雾化
4. 喷雾特性与雾化质量——油粒直径

【学习】第五章柴油机混合气形成和燃烧

【学习】第五章柴油机混合气形成和燃烧

fp — 柱塞面积 [ mm ]；
Wp — 柱塞速度 [ ml/degPA ]。
几何供油规律与喷油规律不同。
整理课件
供油规律和喷油规律
两产定者生义的差：差 异异 的： 原因：
喷燃供油始的规点可律滞压：后缩单于性位供时油间始内点喷 油喷系泵油统的持内供续产油时生量间压随较力时长波间的的传变播化 关最高系大压。喷油油管速的率弹较性低变形 油曲器喷线喷油的入规形燃律状烧：有室单一内位定的时的燃间变油内化量喷 随时间的变化关系。
整理课件
三 气流运动对混合气形成的影响
（一） 气流运动的作用
整理课件
（二） 气流运动
1、 进气涡流 使进气气流相对于气缸中心产生一个力，形成涡流。 （1） 切向气道 特点: 气道母线与气缸相切。 优点: 结构简单，气流阻力小 缺点: 涡流强度对进气口位置敏感。 （2） 螺旋气道 特点: 进气道呈螺旋型。 优点: 能产生强烈的进气涡流。 缺点: 工艺要求高，制造、调试难度较高
整理课件
50
油 束 射 程m m
(a)
10 0
油 束 射 程m m 50
(b)
2
3
3 .3
3.5 m s
整理课件
（四） 喷油规律
单位时间（或曲轴转角）的喷油量随时间（或曲轴转角） 的变化规律。
1 、喷油延迟角 喷油提前角 — 开始喷油 上止点的曲轴转角。 ’ — 上止点 停止喷油的曲轴转角。 喷油延迟角’ — 开始喷油 停止喷油的曲
整理课件
二 、喷油泵速度 特性及其校正
（一） 节流作用 1 理论上 （不存在节流） 2 实际上 （存在节流） 所以，实际供油比理
论供油时间长，供油量 大。
整理课件

e第五章 柴油机混合气的形成和

e第五章 柴油机混合气的形成和
特点： 从喷油始点A→压力急升点B。 喷入的燃料进行物理、化学准备。 pc、Tc↑→τi↓ τi的长短对下一阶段影响重大， τi↑→p/φ↑→振动↑，噪声↑，pmax↑。 要求： τi尽可能短。 ↓τi期形成的可燃混合气数量→ p/φ↓。
2、速燃期（B→C）
特点： 由压力急升点B→最大压力点C（压力急升的终点）。 τi期形成的混合气迅速燃烧，放热快。 p/φ=(pC -pB)/(φC -φB) ↑→振动、噪声↑。 要求： 控制燃料燃烧量：过多→p/φ↑；过少→be↑。 p/φ≯0.4-0.5 MPa/°CA
3、供油提前角
θ↑↑→pc、Tc↓→τi↑→dp/dφ↑、pmax↑、NOX↑ →压缩功↑→Pe↓、be↑ θ↓↓→后燃↑→Pe↓、be↑ θopt=f(n)
4、燃料
1）十六烷值 ↑→ τi↓→dp/dφ↓ ↑↑→易冒烟 2）蒸发性 蒸发性↓→混合差→易冒烟
5、废气再循环EGR
EGR→Tmax↓→NOX↓ EGR→α ↓→烟↑ EGR=5-20% 中、低负荷使用
3、缓燃期（C→D）
特点： 由最高压力点C→最高温度点D 在V↑情况下的燃烧→压力稍有升降。 扩散燃烧 p→pmax，T→Tmax，φTmax=20-35 °CA 要求： 主要燃料（70-80%）在此阶段迅速烧完，达到良好 的指标。 加强此阶段混合气的形成。
4、补燃期
特点： 从最高温度点D→燃料基本烧完E点（95-99%）。 膨胀中的燃烧，较差时可持续到膨胀终了。 放出的热量不能充分利用，过多→Pe↓、be↑。 →Pe↓ b ↑ 要求： 尽可能减少补燃。 燃烧应在上止点后40 °CA结束，超过80°CA→补 燃过多。
第三节 混合气的形成和燃烧室
一、柴油机混合气形成特点和方式

发动机原理五柴油机混合气形成与燃烧课件

发动机原理五柴油机混合气形成与燃烧课件
） 对比示功图（M比ω） ➢ dp/dφ下降（NOx和燃烧噪声低）
非直喷式燃烧室
预燃室 （Pre-combustion Chamber） IDI 涡流室 （Swirl Chamber） 主要特征： ➢ 两个燃烧室（空间） ➢ 两个燃烧阶段 ➢ 不利用进气涡流
也称为： ✓分隔式燃烧室 ✓主副燃烧室
第5章 柴油机的混合气形成及燃烧
发动机（内燃机）燃烧所追求的目标： 高ηe(ηi) 、高Pme（Pmi）、低污染、低噪声振动
内燃机燃烧的特点：
高速（混合＋着火＋燃烧＝2～10ms） 高温（2000℃ 左右） 高压（柴油机高达100bar 以上） 复杂过程：流动、喷雾、传热、多相流、燃烧化学
柴油机燃烧过程及其特性分析
2、 深坑形燃烧室
大众捷达柴油机
船用柴油机 活塞
2、 深坑形燃烧室
形状影响（续）：
➢ 作为极端例子：泼金斯的挤流口式燃烧室，初期放热速率明 显低于一般直喷式燃烧室。
2、 深坑形燃烧室
四角形燃烧室 （非回转体燃烧室）
➢ 大尺度涡流＋局部微涡流和湍 流；
➢ 解决低速涡流太弱而高速过强 的问题
➢ 局部微涡流，可加速混合燃烧
浅盘型
深坑型
球型
1、浅盘型燃烧室
➢ 特点：
“油找气”方式
燃烧室凹坑开口大、深度浅
（dk/D＝0.72~0.88; dk/h=5~7）
多孔油嘴（6～12孔）、高压喷射
无涡流或弱进气涡流
➢ 性能： 滞燃期内形成较多混合气， dp/dφ高，NOx、噪声高； 空气利用率差， φa ≥1.6； dp/dφ高，流动及散热损失小，be低，易起动。
1、 涡流（Swirl） 绕气缸中心线的有规则的气流运动。柴油机中最常用 （1）涡流种类：进气涡流、压缩涡流 （2）评价指标：涡流比Ω＝涡流转速 / 发动机转速

第五章 柴油机溷合气的形成与燃烧-

第五章 柴油机溷合气的形成与燃烧-

发动机原理
55
预燃室燃烧室
• 预燃室容积约占整个燃烧 室压缩容积的35%-45%
• 通道的截面积约为活塞截 面积的0.3%-0.6％
• 预燃室燃烧过程
柴油机混合气的形成与燃烧
发动机原理
56
发动机原理
分隔式燃烧室柴油机的性能持点
靠强烈的空气运动来保证混合气质量，空气利用率较高。 空气运动随转速提高而增大，高速适应性能好。 喷射系统的要求较低，工作可靠性和使用寿命高。 工作较为平稳，燃烧噪声较小。 燃烧室结构较为复杂，面容比大。 热效率低，经济性差。冷起动性也较差。 预燃室燃烧室与涡流室燃烧室柴油机相比，上述特点一般
柴油机供油系统－喷油器
柴油机混合气的形成与燃烧
21
发动机原理
汽、柴油机混合气形成装置
对混合气的要求 数量 浓度 空间形态 燃烧起点
汽油机 节气门 化油器 (均匀) 火花塞
柴油机 喷油泵 喷油泵 喷油器 喷油泵
柴油机混合气的形成与燃烧
22
喷油泵速度特性及其校正
4）应用吸振减振材料制造薄板零件 5）改进消声器的结构、材料；改进空气滤清器、冷却风
扇等的设计及适当调节配气相位以降低气体动力噪声。
6）遮蔽噪声源
柴油机混合气的形成与燃烧
14
发动机原理
第二节 燃油喷射和雾化
柴油机混合气的形成与燃烧
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发动机原理
一、供油系统和喷射过程
柴油机供油系统 喷油泵速度特性及其校正 喷射过程 供油规律和喷油规律 不正常喷射现象和喷射系统中的穴蚀
喷射系统中的穴蚀破坏
穴蚀破坏出现在系统内与燃油接触的金属表 面上。

第五章 柴油机混合气形成与燃烧


(Tumble) 3. 滚流 滚流 进气过程中形成的绕气缸轴 线的垂线旋转的有组织的空 气旋流叫滚流，也称为纵涡 或横轴涡流。它在压缩过程 中动量衰减少，在上止点附 近变成的小涡流和高强度湍 流，比进气涡流效果好，对 燃烧过程极为有利。用于汽 油机和柴油机，在缸内直喷 汽油机上得到广泛应用。
滚流
同时使用涡流与滚 流，合成为斜轴涡流 （inclined swirl）
• 导气屏 设置在进气门 上，导引进气流以不 同角度流入气缸在气 缸壁面的约束配合下 产生涡流。
• 切向进气道 • 螺旋进气道
组合进气系统 在2个进气门的发动机上，采用不同类型 或不同角度的两个进气道以组合所需要的涡 流和流速分布。
图5-21切向气道、螺旋气道的原理 a) 切向气道 b) 纯螺旋气道
化学能转化为热能的效率相对较高，热能 转化为机械能的效率（热机效率）相对较 低。内燃机真实热力循环的转换热效率必 须考虑真实工质和循环特点。 内燃机特有的燃烧规律---正常、异常 燃烧过程对发动机动力性、经济性和 排放特性等主要特性有重大影响。
第五章 柴油机混合气的形成和燃烧
主要内容
第一节 燃油的喷射与雾化 第二节 燃烧与放热 第三节 混合气形成与燃烧室 第四节 燃烧过程的优化
2、分类 常见的柴油机喷油泵可以分为柱塞式直 列泵和转子分配泵两类。直列泵包括直 列多缸泵、单体泵和泵喷嘴系统，多用 于大、中型车用柴油机。转子式分配泵 系统有端面凸轮驱动的VE泵系统和内凸 轮驱动的径向对置柱塞系统，多用于轿 车和轻型车柴油机。两相比较，分配泵 具有结构紧凑、体积小、重量轻，能在 高转速下工作的优点，但难以达到较高 的喷油压力，并且对燃油质量要求较高。 � 近代柴油机电控喷油技术——共轨 （common rail）系统，不同于柱塞脉动 喷油原理。

第五章 柴油机混合气的形成与燃烧

柴油机工作粗暴发生在速燃期的始点.
1、燃烧过程概述
燃烧过程
缓燃期:从最大压力点（c点）到最高温度点D点）。
特点：一般喷射过程在缓燃期都已结束、随着燃烧过 程的进行。空气逐渐减少而燃烧产物不断增多，燃烧 的进行也渐趋缓慢。柴油机燃烧室内的最高温度可达 2000K左右，一般在上止点后20°～35°曲轴转角处出 现。
３、柴油机的有害排放物和噪声振动
燃烧过程
波透回空气中，一部分又反射回材料内部，声波的这种 反复传播的过程，就是能量不断转化耗散的过程，如此 反复，直到平衡，这样，材料就吸收了部分声音。
３、柴油机的有害排放物和噪声振动
燃烧过程
c、噪声控制
(一)、被动控制:消声控制、隔声控制
(二)、主动控制:降低声源的振动能量
一、吸声技术
1、吸声材料的分类和吸声特性
1）吸声材料的分类
在噪声控制工程设计中，常用吸声材料和吸声结 构来降低室内噪声，尤其在体积较大，混响时间较长 的室内空间，应用相当普遍。吸声材料按其吸声机理 来分类，可以分成多孔性吸声材料及共振吸声结构两 大类。
温度、压力升高较大，产生许多化学反应的活性中心， 出现蓝火焰。混合气稀得多，略小于1。
柴油机－低温多级自燃
t1+t2+t3 时间后－第三级反应 活性中心剧增，化学反应加速，热积累剧烈，发生爆
炸，出现热火焰。混合气更稀， 1。 t1+t2+t3 －着火延迟期
1、燃烧过程概述
速燃:从压力脱离压缩线开始急剧上升(B点)至达到最大压力 (C点)。
补燃:从最高温度点(D点)至燃油基本燃烧完(E点)。补 燃期内燃油的燃烧可称为后燃，由于燃烧时间短促，混 合气又不太均匀，总有少量燃油拖延到膨胀过程中继续 燃烧。特别在高速、高负荷工况下，因过量空气系数小， 混合气形成和燃烧的时间更短．这种后燃现象就更为严 重。

发动机原理5柴油机混合气的形成和燃烧


第五章 柴油机混合气的形成和燃烧
速燃期特点： 速燃期特点： 特点 （1）压力升高率很高，接近等容燃烧，工作粗暴。 ）压力升高率很高，接近等容燃烧，工作粗暴。 （2）达到最高压力（6~9MPa）。 ）达到最高压力（ ） （3）继续喷油。 ）继续喷油。 压力升高率过大，则柴油机工作粗暴，燃烧噪音大； 压力升高率过大，则柴油机工作粗暴，燃烧噪音大； 同时 运动零件承受较大的冲击负荷，影响其工作可靠性和使用寿命； 运动零件承受较大的冲击负荷，影响其工作可靠性和使用寿命； 压力升高率大，燃烧迅速，柴油机的经济性和动力性会较好。 压力升高率大，燃烧迅速，柴油机的经济性和动力性会较好。 压力升高率应限制在一定的范围之内， 压力升高率应限制在一定的范围之内，柴油机的压力升高率 一般应不大于0.4~0.5 MPa／(º)曲轴。 与汽油机相比， 柴油机 一般应不大于 ／ )曲轴。与汽油机相比， 压力升高率较大。 的压力升高率较大。
第五章 柴油机混合气的形成和燃烧
（一）着火延迟期 从柴油开始喷入气缸起到着火 开始为止的这一段时期称为着火延 迟期。 迟期。 着火延迟期内， 着火延迟期内 ， 燃烧室内的混 合气进行着物理和化学准备过程 物理和化学准备过程。 合气进行着物理和化学准备过程。 物理准备过程： 物理准备过程 ： 燃油的粉碎分 蒸发汽化和混合； 散、蒸发汽化和混合； 化学准备过程： 化学准备过程 ： 混合气的先期 化学反应直至开始自燃。 化学反应直至开始自燃。 特点：压力没有偏离压缩线。 特点：压力没有偏离压缩线。
第五章 柴油机混合气的形成和燃烧
三、燃烧噪声 燃烧噪声的形成： 燃烧噪声的形成： 柴油机在滞燃期内喷入气缸的燃料，其滞燃期不一样， 柴油机在滞燃期内喷入气缸的燃料，其滞燃期不一样，先 喷入的燃料滞燃期较长，随后喷入的燃料滞燃期较短(因气缸 喷入的燃料滞燃期较长，随后喷入的燃料滞燃期较短 因气缸 中空气压力、温度不断升高)，因此往往是多处着火， 中空气压力、温度不断升高 ，因此往往是多处着火，一旦着 就有较多的燃料参加燃烧，燃烧是冲击性的， 火，就有较多的燃料参加燃烧，燃烧是冲击性的，使燃烧初 期的压力急剧升高。 期的压力急剧升高。急剧升高的压力直接使燃烧室壁面及活 塞曲轴零件产生强烈振动，并通过气缸壁面传至外部， 塞曲轴零件产生强烈振动，并通过气缸壁面传至外部，从而 形成燃烧噪声。 形成燃烧噪声。 燃烧噪声与压力升高比有密切的关系， 压力升高比过大， 燃烧噪声与压力升高比有密切的关系，如压力升高比过大， 则产生强烈的震音，称为柴油机的工作粗暴(或敲缸 或敲缸)。 则产生强烈的震音，称为柴油机的工作粗暴 或敲缸 。一般当 压力升高比在0.5MPa／(CA)以上，就明显感到有强烈的震音。 以上， 压力升高比在 ／ 以上 就明显感到有强烈的震音。 为了保证柴油机稳静运转，希望压力升高比控制在0.4MPa／ 为了保证柴油机稳静运转，希望压力升高比控制在 ／ (CA)以下。此外，压力升高比过大，使柴油机运动零件受到强 以下。 以下 此外，压力升高比过大， 烈的冲击负荷，从而降低使用寿命。 烈的冲击负荷，从而降低使用寿命。

第五章柴油混合气的形成与燃烧


1、喷油正时与燃油计量完全分开，喷油压力和喷油过 程由ECU适时控制。
2 、可依据发动机工作状况去调整各缸喷油压力，喷 油始点、持续时间，从而追求喷油的最佳控制点。
3、能实现很高的喷油压力，并能实现柴油的预喷 射。
第二节 燃烧与放热
一、柴油机燃烧过程 燃烧过程可分为四个阶 段，即着火落后期(又称为滞 燃期)、速燃期、缓燃期和补 燃期。
2）、主喷射阶段
该阶段从喷油始点到喷油器端压力开始急剧下降为止。 由于喷油泵柱塞持续供油，喷油泵端压力和喷油器端压力都 保持较高而不下降，由于针阀上升让出容积以及一部分燃油 喷入燃烧室内，喷油器端的压力有一短暂下降。当针阀刚刚 开启时，最初因开度小有节流作用，喷油泵端压力并不立即 下降；随着回油孔逐渐打开，并由于出油阀落座过程中出油 阀减压容积的作用，压力才急剧下降。
喷油器的流通特性
喷孔流通截面积与针阀升 程的关系称为喷油器的流通特 性。孔式喷油器的流通截面积 随针阀的上升增长最快；标准 轴针式较慢；节流轴针式因针 阀头部圆锥部分的节流作用， 初期的流通面积员小，可大大 减少着火落后期中的喷油量。
二、喷射与雾化
燃油喷射主要有两类特性指标，即喷油特性(规律)和喷 雾特性。喷油特性包括喷油开始时间、喷油持续期、喷油速 率变化和喷油压力。喷雾特性包括油束贯穿距离、喷雾锥角 和喷雾粒径，以及油束中期油浓度、速度和粒度的分布规律。 1．喷射过程
供油规律和喷油规律差别
(1)燃油的可压缩性 燃油在低压时可视为不可压缩流体， 但高压(30~200MPa)时必须考虑其可压缩性。实验表明，如果开 启喷油压力为25MPa，则1m长高压油管(内径为2mm)中的燃油体 积缩减量相当于循环供油量的24％。如果再涉及开始喷油后压 力急剧增高以及高压油路中还有不少高压容积，如出油阀室等， 则压缩量会更多。
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在补燃期中，由于活塞下行了相当的距离，气缸内容 积增大很多，缸内压力和温度迅速下降，故燃烧速度很慢， 所放出的热量很难有效利用，还使排气温度升高，导致散 热损失增大，对柴油机的经济性不利。此外，后燃还增加 了有关零件的热负荷。因此， 应尽量缩短补燃期，减
少补燃期内燃烧的燃油量。 措施：加强缸内气体运动，可以加速后燃期的混合气
研究表明，影响着火延迟期长短的主要 因素是： a/ 喷油时缸内的 温度和压力越高 ，则着火
延迟期越短。（符合燃烧学说）
b/柴油的自燃性较好（十六值较高），着火 延迟期较短。（燃料特性） c/燃烧室的形状和壁温等：直喷式涡流弱，滞 d/喷油提前角：喷油早，温度压力低，滞燃期长；
过迟，可能活塞已开始下行，，使空气温度压力降低，， 滞燃期增加。（应与工况对应的最佳喷油提前角）
在做什么？
由于燃烧时间短促，混合 气又不均匀，总有少量燃 油拖延到膨胀过程中继续 燃烧. 从最高温度点起到燃 油基本烧完时为止称为 补燃期。补燃期的终点 很难准确地确定，一般 当放热量达到循环总放 热量的95％—99％时， 可认为补燃期结束。 最高温度点
燃油基本烧完
补燃期内燃油的燃烧可称为 后燃 ，由于燃烧时间短 促，混合气又不太均匀，总有少量燃油拖延到膨胀过程中 继续燃烧。特别在高速、高负荷工况下，因过量空气系数 小，混合气形成和燃烧的时间更短，这种后燃现象就更为 严重。
供油提前角
喷油提前角
开始喷油
压力波：1200～1300m/s
3、喷雾特性 与雾化质量
雾化：燃油喷入燃烧室后被粉碎分散为细小油滴的过程。 增加与周围空气接触的蒸发面积 雾化的作用：油滴越细小
加速从空气中吸热过程和油滴的汽化过程 喷 雾 锥 角
有利于混合气的形成
20～200MPa
2～50µ m 已雾化
2、预燃室式燃烧室
1）整个燃烧室分两部分，预燃室位于 气缸盖内为总燃烧室容积的25％～40 ％，活塞上方为主燃室。 2）喷油嘴安装在预燃室中心线附近， 为便于冷起动，多装有电热塞。 3）大部分燃料是在主燃烧室中混合燃 烧，是属于空间混合方式。 4) 利用压缩紊流先预燃。 5) 利用强烈的燃烧涡流，促使完全燃 烧。 6）对喷油的雾化质量要求不高，可采 用不易堵塞的大直径单孔喷嘴，喷油 压力较低（8MPa～12MPa），有适应大 转速范围和不同着火性能燃料的能力。 7）运转平顺，燃烧噪声小，但经济性 较差。热损较大，起动性能差，必须
形成和燃烧速度，而且会使碳烟成分加速氧化。
第三节 柴油机混合气的形成与燃烧
一、柴油机混合气的形成的特点和方式 1、混合气形成特点
柴油机所用的燃料（柴油）粘度较大，不宜挥发，必须借助喷油设 备（喷油泵和喷油器等）将柴油在接近压缩行程终了的时刻，通过高压 以细小的油滴形式（油滴直径在之间）喷入气缸，与高温高压的热空气 混合，经过一系列物理化学准备，然后着火燃烧。故柴油机是采用内部 混合的方式形成可燃混合气。 柴油机可燃混合气的形成时间极为短促，这就给柴油机中柴油与空气
（二）非直喷式
1、涡流室式燃烧室
占总燃烧室容积 的50％～80
1)整个燃烧室也是分为两部分 球型涡流室在 气缸盖内；活塞上方为主燃烧室。涡流室容积 占总燃烧室容积的50％～80％，用一个和数个 切向大面积通道相通。属于空间混合方式 。 2)在压缩行程中，气缸内的空气被活塞推挤， 经过通道进入涡流室，形成强烈地有组织的高 速旋转运动（几百转/分）柴油喷入涡流室中， 在空气涡流的作用下，形成较浓的混合气。部 分混合气在涡流室中着火燃烧，已然与未然的 混合气高速（经通道）喷入主燃烧室，借活塞 顶部的双涡流凹坑，产生第二次涡流。促使进 一步混合和燃烧。 3)顺气流方向喷射，由于涡流运动促进了混合 气的形成与燃烧，可采用较大孔径的喷油器， 喷射压力也较低（12～14 MPa） 4)过量空气系数可较小（对空气需求少，即 Ф a小） 5)涡流转速与曲轴转速近似成正比，对转速变 化适应性好 6）热损失较大，经济性较差（气流通过通道
三、柴油机燃烧室
柴油机燃烧室如何分类？
浅盆型
直喷式 （统一式燃烧室） ω型 球型 四角型 统一式燃烧室由凹顶 活塞顶部与气缸盖底 部所包围的单一内腔， 几乎全部容积都在活 塞顶面上。
涡流室燃烧室
非直喷式 （分隔式燃烧室）
预燃式燃烧室
（一）直喷式(统一式燃烧室)
ω型燃烧室： 1）主要是依靠多孔喷雾（多为4 孔），利用油束和燃烧室的吻合， 在空间形成混合气。(空间雾化混合) 2）喷孔直径小（孔式），喷孔易堵。 喷油压力较高，一般在20Mpa左右。 3）结构紧凑，散热面积小，热损失 小，故热效率高，经济性好，容易 起动。 4）滞燃期形成混合气较多，工作粗 暴，燃烧噪音大。 5) 制造困难。
（一）着火延迟期（滞
燃期）
从柴油开始喷入气缸起到着火开 始为止的这一段时期称为 着火延迟
期。
在做什么
燃烧室内的混合气进行着物理和
化学准备过程。 物理准备过程：燃油的粉碎分散、 蒸发汽化和混合； 化学准备过程：混合气的先期化学 反应直至开始自燃（低温多阶段 着火：淡青色、蓝色到橘黄色）。
着火延迟期（滞燃期）对燃烧过程（性能）的影响
(主喷射阶段时间不能太长， 且应该断油迅速），同时
需加快混合气形成速率。
特点：
（1）喷油过程基本结束，燃烧速率 下降（氧气、柴油浓度减小，废气 增多）。 （2）压力开始下降（气缸容积不 断增大），温度达到最高。最高温 度可达2000K左右，一般在上止点 后20º 曲轴转角处出现。 ~35º
（四） 补燃期
柴油机混合气形成方式从原理上来分，有空间雾 化混合和油膜蒸发混合两种。 1．空间雾化混合
将燃油喷向燃烧室空间，形成雾状，雾状油滴从高温空气中吸 热蒸发并扩散，与空气形成混合气。为了使混合均匀，要求喷出的 燃油与燃烧室形状配合，并利用燃烧室中空气的运动与其混合。
2．油膜蒸发混合
将大部分燃油喷到燃烧室壁面上，形成一层油膜，油膜受热 汽化蒸发，在燃烧室中强烈的涡流作用下，燃油蒸气与空气形成 均匀的可燃混合气。这一混合方式中起主要作用的因素是燃烧室 壁面温度、空气相对运动速度和油膜厚度。
第二节 燃烧与放热
一、燃烧过程
为实现对柴油机燃烧过程的优 化，我们必须研究柴油机的燃 烧与放热过程。
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，即着火延迟期（又称为滞 燃期）、速燃期、缓燃期和补燃期.
分析燃烧过程的方法：高速摄影、光谱分析、采样分析等运动形式有哪些？
涡流 挤流 滚流 湍流
被分别或组合应用于不同的燃烧系统
注意：不管是柴油机还是汽油机都需要 适当的气流运动！！
（1）涡流
评价涡流强度： 涡流比 Ω
指涡流转速与发动机转速之比
Ω=2~4
Ω=1~2
（2）挤流
在压缩过程中，活塞接近上止点时，气缸内 的空气被挤入活塞顶部的燃烧室凹坑内产生的挤 压涡流。
电控共轨燃油喷射系统的优点是喷油压力柔性可调，在不同负 荷和转速下都可确定所需的最佳喷油压力。同时由于实现了对喷油 正时、喷油量和喷油速率的最优控制，因而改善了柴油机的燃烧过 程，减少了排气颗粒和NOX的排放，降低了燃烧噪声。另外它对燃 油经济性的改善也是十分明显的。目前电控高压共轨燃油喷射系统 的发展趋势是更高 的喷射压力(200 MPa ) 、更小的喷孔直径 （0.11～0.13 mm）更短的响应时间（＜0.1 ms）。更低的功率消耗 (采用压电晶体喷油器)和功能更完善的软件。
滞燃期长了会怎样 ？
在滞燃期内喷入燃烧室的燃料就多，在着火前形成可燃
混合气也多，这些预混合燃料在下一阶段（速
燃期）中几乎同时燃烧，使压力升高率和最高燃烧
压力很高，运动零件受到强烈冲击负荷，发动机运转粗暴， 影响发动机的使用寿命。 如果滞燃期过长，在滞燃期内已喷入全部燃料，则 随后的燃烧就难以控制，柴油机在高转速时有可能产生这 种情况。 为了能控制燃烧过程，降低柴油机的机械负荷并使 之运转平稳，应设法缩短滞燃期。 但是，若滞燃期过短，又对混合气形成不利，反过来使 柴油机性能恶化。
最 大 宽 度
100~400m/s
射程（贯穿距离）
雾化质量的评价:油束中油滴的细度和均 匀度，常用指标有平均粒径
影响油粒直径的因素：
减小喷孔直径：喷孔直径减小趋势 增大喷油压力：压力增大的趋势 增大空气密度：增压 减小燃油粘度、表面张力： 粘度小？
电控柴油机中有燃油温度传感器，就是为了修正 油温变化引起的喷油特性的变化！
电子控制高压共轨燃油喷射系统的不足之处在于系统比较复杂:为了实现精 确的控制，对传感器的精度要求较高；随着共轨压力的不断提高，对共轨系统各 部件的性能要求也越来越苛刻。另外，采用电控共轨燃油喷射系统后，需对发动 机结构进行相应的改进，尤其是对缸盖的设计。以上这些决定了电控共轨燃油喷 射系统的应用成本相对较高。
第五章 柴油机混合气形成和燃烧 基本思路
柴油机正常工作燃烧的必要条件
燃油的喷射与雾化要素
揭示柴油机的燃烧与放热过程 探讨优化的途径
(油 )
燃烧各阶段对动力性、经济性、环保性及噪声的影响
(气) 混合气形成与燃烧 室结构优化 (室) 的完美优化组合
燃油喷射 过程优化
实例：结合柴油机的直喷式高压共轨技术
第一节 燃油的喷射与雾化
燃期内形成的混合气较多（混合气形成及着火燃烧条件）。
(二）速燃期
速燃期:从开始着火到出现最高压力.
在做什么？
在靠近活塞上止点时， 特点：压力急剧上升， 在滞燃期内做好燃前准 压 力达到最高（有可能 备的可燃混合气多点大 达到13MPa以上） 面积同时着火燃烧。
特点：
（1）压力升高率很高，接近等容燃烧，工作粗暴。
一、喷射系统
（泵－管－嘴）
1、对喷油系统的要求