第二節(jié) 混合氣的形成及燃燒室

1、第二節(jié) 混合氣的形成及燃燒室一、混合氣的形成特點(diǎn)1、燃料的混合和燃燒是在氣缸內(nèi)進(jìn)行的。 2、混合與燃燒的時(shí)間很短0.00170.004秒 （氣缸內(nèi)）。 3、柴油粘度大，不易揮發(fā)，必須以霧狀噴入。 4、靠燃燒室、噴霧、空氣渦流運(yùn)動(dòng)三方面配合 保證燃燒完全、及時(shí)靠加快混合氣的形成速度一、混合氣的形成特點(diǎn)空間霧化混合方式1. 油霧的形成2. 空氣運(yùn)動(dòng)促進(jìn)混合油膜蒸發(fā)混合方式油霧的形成一、混合氣的形成特點(diǎn)空氣運(yùn)動(dòng)促進(jìn)混合一、混合氣的形成特點(diǎn)油膜蒸發(fā)混合方式一、混合氣的形成特點(diǎn)二、柴油機(jī)燃燒過程柴油機(jī)可燃混合氣的形成與燃燒條件比汽油機(jī)要差的多，這是因?yàn)檫M(jìn)氣行程中進(jìn)入柴油機(jī)氣缸的是空氣，在壓縮行程接近結(jié)束

2、時(shí)，柴油才被噴入氣缸。為了保證發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，燃燒過程必須在活塞上止點(diǎn)附近迅速完成，要求噴油持續(xù)時(shí)間極為短促，只有1530曲軸轉(zhuǎn)角，混合氣形成時(shí)間只有汽油機(jī)的1/201/10，因此，柴油機(jī)形成可燃混合氣裝置的任務(wù)要比汽油機(jī)艱巨很多。由于柴油機(jī)可燃混合氣的形成過程是和燃燒過程緊密結(jié)合在一起的，所以在闡明柴油機(jī)可燃混合氣形成時(shí)，必須把柴油機(jī)的燃燒過程作簡單的介紹。二、柴油機(jī)燃燒過程右圖為柴油機(jī)壓縮過程和做功過程中，氣缸內(nèi)壓力P隨曲軸轉(zhuǎn)角變化的關(guān)系曲線。通常將混合氣形成與燃燒過程按曲軸轉(zhuǎn)角劃分為四個(gè)階段。二、柴油機(jī)燃燒過程（1 1）備燃期）備燃期 (ignition delay (ignit

3、ion delay period)period)從噴油開始開始著火燃燒為止 噴入氣缸中的霧狀柴油并不能馬上著火燃燒，氣缸中的氣體溫度，雖然已高于柴油的自燃點(diǎn)，但柴油的溫度不能馬上升高到自燃點(diǎn)，要經(jīng)過一段物理和化學(xué)的準(zhǔn)備過程。也就是說，柴油在高溫空氣的影響下，吸收熱量，溫度升高，逐層蒸發(fā)而形成油氣，向四周擴(kuò)散并與空氣均勻混合（物理變化）。 隨著柴油溫度升高，少量的柴油分子首先分解，并與空氣中的氧分子進(jìn)行化學(xué)反映，具備著火條件而著火，形成了火源中心，為燃燒作好了準(zhǔn)備。這一時(shí)期很短，一般僅為0.00070.003 秒。二、柴油機(jī)燃燒過程（2 2）速燃期）速燃期 (rapid (rapid combu

4、stion period)combustion period)從燃燒開始?xì)飧變?nèi)出現(xiàn) 時(shí)為止火源中心已經(jīng)形成，已準(zhǔn)備好了的混合氣迅速燃燒，在這一階段由于噴入的柴油幾乎同時(shí)著火燃燒，而且是在活塞接近上點(diǎn)，氣缸工作容積很小的情況下進(jìn)行燃燒的，因此，氣缸內(nèi)的壓力P迅速增加,溫度升高很快。 二、柴油機(jī)燃燒過程（3 3）緩燃期）緩燃期 (normal (normal combustion period)combustion period)從出現(xiàn) 出現(xiàn) 為止這一階段噴油器繼續(xù)噴油，由于燃燒室內(nèi)的溫度和壓力都高，柴油的物理和化學(xué)準(zhǔn)備時(shí)間很短，幾乎是邊噴射邊燃燒。但因?yàn)闅飧字醒鯕鉁p少，廢氣增多，燃燒速度逐漸減慢

5、，氣缸容積增大。所以氣缸內(nèi)壓力略有下降，溫度達(dá)到最高值，通常噴油器已結(jié)束噴油。 二、柴油機(jī)燃燒過程（4 4）后燃期）后燃期 (after (after combustion period)combustion period)緩燃期以后的燃燒 這一時(shí)期，雖然不噴油，但仍有一少部分柴油沒有燃燒完，隨著活塞下行繼續(xù)燃燒。后燃期沒有明顯的界限，有時(shí)甚至延長到排氣沖程還在燃燒。后燃期放出的熱量不能充分利用來作功，很大一部分熱量將通過缸壁散至冷卻水中，或隨廢氣排出，使發(fā)動(dòng)機(jī)過熱，排氣溫度升高，造成發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性下降，經(jīng)濟(jì)性下降。因此，要盡可能地縮短后燃期。 二、柴油機(jī)燃燒過程綜上所述，要使燃燒過程進(jìn)行得好，

6、混合氣形成的好環(huán)綜上所述，要使燃燒過程進(jìn)行得好，混合氣形成的好環(huán)是關(guān)鍵，所以對混合氣形成的要求如下：是關(guān)鍵，所以對混合氣形成的要求如下： 必須要有足夠的空氣量和適當(dāng)?shù)牟裼土勘仨氁凶銐虻目諝饬亢瓦m當(dāng)?shù)牟裼土?因?yàn)椴裼腿紵懦鰺崃渴怯捎诓裼秃涂諝庵械难鯕庠谝欢囟群蛪毫l件下產(chǎn)生化學(xué)作用的結(jié)果，所以空氣與柴油是放熱的兩個(gè)重要因素?？諝饬颗c柴油量比例不同，所形成的可燃混合氣的成分也就不同，一般要求： =1.31.5。 過大，混合氣過稀，燃燒速度慢，散發(fā)熱量多，Ne 過小，混合氣過濃，燃燒不完全，油耗增加，冒黑煙，經(jīng)濟(jì)性變壞。 可見是影響發(fā)動(dòng)機(jī)功率和油耗的重要因素。 二、柴油機(jī)燃燒過程 噴油時(shí)刻要準(zhǔn)

7、確，混合氣形成的規(guī)律應(yīng)合適噴油時(shí)刻要準(zhǔn)確，混合氣形成的規(guī)律應(yīng)合適 氣缸中燃燒過程的主要放熱階段應(yīng)該是上止點(diǎn)稍后，容積小可得到較高的壓力，熱效率高，熱損失小，所以要求噴油時(shí)刻要準(zhǔn)確。噴油過早，過晚對發(fā)動(dòng)機(jī)工作都是不利的。 過早：混合氣提前形成，并在活塞到達(dá)上止點(diǎn)前像爆炸似的同時(shí)著火燃燒，結(jié)果給正在上行的活塞造成一個(gè)短時(shí)間阻力，并嚴(yán)重敲缸工作粗暴。 過遲：混合氣在活塞下行時(shí)才開始形成和燃燒，結(jié)果燃燒空間增大，從氣缸壁面?zhèn)髯叩臒崃吭黾?，造成發(fā)動(dòng)機(jī)過熱，燃燒壓力降低（P）氣體壓力推動(dòng)活塞的效果減小，甚至有可能使部分混合氣來不及燃燒而隨廢氣排出去，使Ne。 最好的噴油時(shí)刻與燃燒室的型式和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速有關(guān)，

8、對于一定結(jié)構(gòu)的發(fā)動(dòng)機(jī)在規(guī)定轉(zhuǎn)速下，可通過試驗(yàn)找到一個(gè)功率大，油耗低的最好噴油時(shí)刻，通常用曲軸距活塞到達(dá)上止點(diǎn)的轉(zhuǎn)角表示，稱為噴油提前角。 二、柴油機(jī)燃燒過程 噴油質(zhì)量應(yīng)與燃燒室形狀相適應(yīng)，形成均噴油質(zhì)量應(yīng)與燃燒室形狀相適應(yīng)，形成均勻的混合氣勻的混合氣 霧化良好：噴油泵和噴油器的噴射質(zhì)量應(yīng)與燃燒室相適應(yīng)。燃燒室的形狀：空氣產(chǎn)生相應(yīng)流動(dòng)來促進(jìn)混合。 氣流的攪動(dòng)，燃料的性能氣流的攪動(dòng)，燃料的性能 燃燒室的形狀，切向進(jìn)氣，形成渦流，有利于混合，柴油的16烷值高，則自燃點(diǎn)低，備燃期短。二、柴油機(jī)燃燒過程2 2改善燃燒性能的途徑改善燃燒性能的途徑 進(jìn)氣系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、燃燒室、燃料根據(jù)可燃混合氣的形成與燃燒

9、過程得知柴油機(jī)要求：備燃期要短，速燃期壓力升高要快才能使動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性好、工作柔和、不冒煙。 因?yàn)椴裼蛽]發(fā)性差，混合時(shí)間短，要求混合均勻，燃燒完全就必須要求噴射壓力高，霧化好，噴射質(zhì)量要滿足燃燒室形狀的要求。三、燃燒室（1）定義：燃燒室燃燒室 當(dāng)活塞到達(dá)上止點(diǎn)時(shí)，氣缸蓋和活塞頂組成的密閉空間稱為燃燒室。 （2）分類：分統(tǒng)一式燃燒室和分隔統(tǒng)一式燃燒室和分隔式燃燒室式燃燒室兩大類。 統(tǒng)一式燃燒室由凹頂活塞頂部與氣缸蓋底部所包圍的單一內(nèi)腔，幾乎全部容積都在活塞頂面上。燃油自噴油器直接噴射到燃燒室中，借噴出油注的形狀和燃燒室形狀的匹配，以及燃燒室內(nèi)空氣渦流運(yùn)動(dòng)，迅速形成混合氣。所以又叫做直接噴射式燃燒

10、室。 （3）構(gòu)造：缸蓋底面是平的，活塞頂部下凹（型、淺盆型、球型、U型）三、燃燒室一、一、 統(tǒng)一式燃燒室統(tǒng)一式燃燒室1 1型燃燒室型燃燒室：柴油直接噴射在活塞頂?shù)臏\凹坑內(nèi)，噴射的柴油霧化要好，而且要均勻地分布在空氣中。要求噴射壓力高，一般1722MPa，要求霧化質(zhì)量高，因此，采用多孔噴咀，孔數(shù)一般為612個(gè)。 三、燃燒室1 1型燃燒室型燃燒室優(yōu)點(diǎn)：形狀簡單，結(jié)構(gòu)緊湊，燃燒室與水套接觸面積小，散熱少，可減少熱損失，熱效率高，經(jīng)濟(jì)性較好。 缺點(diǎn)：工作粗暴，噴射壓力高，制造困難，噴孔易堵三、燃燒室2 2球形燃燒室球形燃燒室：空氣由缸蓋螺旋形進(jìn)氣道以切線方向進(jìn)入氣缸，繞氣缸軸線作高速螺旋轉(zhuǎn)動(dòng)，并一直延

11、續(xù)到壓縮行程。噴油器沿氣流運(yùn)動(dòng)的切線方向噴入柴油，使絕大部分柴油直接噴射在燃燒室壁面上形成油膜。小部分柴油霧珠散布在壓縮空氣中，并迅速蒸發(fā)燃燒，形成火源。油膜一方面受灼熱的燃燒室壁面的加溫，同時(shí)又受已燃柴油的高溫輻射，使柴油機(jī)逐層蒸發(fā)，與渦流空氣邊混合邊燃燒。三、燃燒室2 2球形燃燒室球形燃燒室優(yōu)點(diǎn)：工作柔和，噪音小，又叫輕聲發(fā)動(dòng)機(jī)。 缺點(diǎn)：起動(dòng)困難，螺旋形進(jìn)氣道，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難。 三、燃燒室3 3U U型燃燒室型燃燒室亦稱復(fù)合式燃燒室，主要在活塞頂部有U形凹坑。 u型燃燒室混合氣形成和燃燒過程與球型燃燒室相比，主要特點(diǎn)是：噴射燃油的方向基本與空氣流動(dòng)的方向垂直，只有很小的順流趨勢；燃油的

12、一部分是靠旋轉(zhuǎn)的氣流甩灑在燃燒室壁面上形成均勻的油膜，然后蒸發(fā)形成混合氣燃燒；燃油的另一部分分散在高溫的空氣中，首先形成混合氣燃燒。形成油膜的燃油量的多少，與氣流的旋轉(zhuǎn)速度有關(guān)。柴油機(jī)在高速時(shí)，以油膜蒸發(fā)燃燒為主，類似于球型燃燒室；工作柔和平穩(wěn)，而且高速旋轉(zhuǎn)的氣流亦有分離廢氣與新鮮空氣的作用。當(dāng)柴油機(jī)在低速或起動(dòng)時(shí)，由于空間形成混合氣的燃油量增多。類似于型燃燒室，霧化良好、易起動(dòng)。這種燃燒室對燃油噴射裝置要求較低，可使用單孔軸針式噴油器，噴射壓力為11.76MPa左右。105系列柴油機(jī)采用u型燃燒室。三、燃燒室二、分隔式燃燒室二、分隔式燃燒室分隔式燃燒室由兩部分組成，一部分位于活塞頂與氣缸底面

13、之間，稱為主燃燒室，另一部分在氣缸蓋中，稱為副燃燒室。這兩部分由一個(gè)或幾個(gè)孔道相連。分隔式燃燒室的常見型式有渦流室燃燒室和預(yù)燃室燃燒室兩種。三、燃燒室1 1渦流室式燃燒室渦流室式燃燒室:它的副燃燒室是球形或圓柱形的渦流室，其容積約占燃燒室總?cè)莘e的50%80%，渦流室有切向通道與主燃燒室相通。在壓縮行程中，氣缸內(nèi)的空氣被活塞推擠，經(jīng)過通道進(jìn)入渦流室，形成強(qiáng)烈地有組織的高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（幾百轉(zhuǎn)/分）柴油噴入渦流室中，在空氣渦流的作用下，形成較濃的混合氣。部分混合氣在渦流室中著火燃燒，已然與未然的混合氣高速（經(jīng)通道）噴入主燃燒室，借活塞頂部的雙渦流凹坑，產(chǎn)生第二次渦流。促使進(jìn)一步混合和燃燒。三、燃燒室要

14、求：順氣流方向噴射，由于渦流運(yùn)動(dòng)促進(jìn)了混合氣的形成與燃燒，可采用較大孔徑的噴油器，噴射壓力也較低（1214 MPa） 優(yōu)點(diǎn)：所以工作柔和，空氣利用率較高，噴射壓力也較低。 缺點(diǎn)：熱損失大，經(jīng)濟(jì)性差，起動(dòng)困難。三、燃燒室2 2預(yù)燃室燃燒室（圖預(yù)燃室燃燒室（圖5-65-6）: 缸蓋上有預(yù)燃室，占燃燒室總?cè)莘e的1/3，預(yù)燃室與主燃室有通道，活塞為平頂。因?yàn)橥ǖ啦皇乔邢虻?，所以壓縮時(shí)不產(chǎn)生渦流。連通預(yù)燃室與主燃室的孔道直徑較小，由于節(jié)流作用產(chǎn)生壓力差，使預(yù)燃室內(nèi)形成紊流運(yùn)動(dòng)，油束大部分射在預(yù)燃室的出口處，只有少部分與空氣混合（出口處較濃，而上部較?。喜恐鸷?，產(chǎn)生高壓，已燃的和出口處較濃的混合氣一同高速噴入主燃燒室，在主燃燒室內(nèi)產(chǎn)