第五章 柴油機混合氣的形成及燃燒2

1、2021-11-25南京航空航天大學金城學院第五章 柴油機混合氣的形成及燃燒2021-11-25南京航空航天大學金城學院 柴油的特點是較難揮發(fā)、較難點燃和較柴油的特點是較難揮發(fā)、較難點燃和較易自燃，因此，適用于壓燃式發(fā)動機。易自燃，因此，適用于壓燃式發(fā)動機。 柴油機的著火是多點、不受控制的爆炸性柴油機的著火是多點、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。燃燒，爆發(fā)壓力高，燃燒噪聲大，工作粗暴。柴油機的混合氣形成條件惡劣，除了時間短柴油機的混合氣形成條件惡劣，除了時間短之外，空間上周向與徑向混合不均勻，時間之外，空間上周向與徑向混合不均勻，時間上邊混合、邊燃燒、交叉進行。上邊混合

2、、邊燃燒、交叉進行。2021-11-25南京航空航天大學金城學院1 1、著火延遲期、著火延遲期 一、柴油機燃燒過程概述燃燒過程概述 5-1 柴油機的燃燒過程 著火延遲期也稱為滯燃期。著火延遲期也稱為滯燃期。 混合氣準備的物理和化學過混合氣準備的物理和化學過程程。2021-11-25南京航空航天大學金城學院2、速燃期 著火延遲期內(nèi)準備好的混合氣著火延遲期內(nèi)準備好的混合氣幾乎同時開始燃燒幾乎同時開始燃燒。 應應控制壓力升高率，防止工作控制壓力升高率，防止工作粗暴粗暴。 柴油機柴油機p/p/不大于不大于0.4-0.4-0.5MPa/(0.5MPa/(CA)CA)的范圍內(nèi)。的范圍內(nèi)。2021-11-2

3、5南京航空航天大學金城學院3、 緩燃期 燃燒的進行漸趨緩慢。燃燒的進行漸趨緩慢。 盡可能地加速混合氣的形成，盡可能地加速混合氣的形成，保證迅速而完全的燃燒保證迅速而完全的燃燒。2021-11-25南京航空航天大學金城學院4、補燃期 盡量縮短補燃期，盡量縮短補燃期，減少補燃期內(nèi)燃燒的燃減少補燃期內(nèi)燃燒的燃油量。油量。 補燃產(chǎn)生的負面影響：補燃產(chǎn)生的負面影響：在補燃期內(nèi)，在補燃期內(nèi)，燃料在較低的膨脹比下放熱，所放出的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，使柴油機零件的熱量難于有效地利用，使柴油機零件的熱負荷增加，排氣溫度升高，傳給冷卻熱負荷增加，排氣溫度升高，傳給冷卻水的熱損失也增

4、加，柴油機的經(jīng)濟性下水的熱損失也增加，柴油機的經(jīng)濟性下降。所以補燃期應盡可能地縮短。降。所以補燃期應盡可能地縮短。2021-11-25南京航空航天大學金城學院縮短補燃的措施：縮短補燃的措施：加強燃燒室內(nèi)的氣流運動，加強燃燒室內(nèi)的氣流運動，改善混合氣的形成，減少緩燃期內(nèi)的噴油量，并提改善混合氣的形成，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附高緩燃階段的燃燒速度，使燃燒盡可能在上止點附近基本完成。近基本完成。2021-11-25南京航空航天大學金城學院2021-11-25南京航空航天大學金城學院二、二、 著火延遲期對柴油機性能的影響著火延遲期對柴油機性能的影響 期間噴

5、入缸內(nèi)的燃料量 著火前可燃混合氣量 ，Pmax。 Pmax 沖擊載荷，工作粗暴，柴油機壽命。 混合氣形成欠佳 柴油機性能p2021-11-25南京航空航天大學金城學院 當i過大時，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)動機工作粗暴，振動噪聲增加，燃燒難以控制。 i過小時，對混合氣形成不利，性能惡化。總體來說為控制燃燒過程，降低機械負荷使發(fā)動機平穩(wěn)運轉，應盡量減小滯燃期。 總結：2021-11-25南京航空航天大學金城學院 壓縮溫度和壓力壓縮溫度和壓力 、 噴油提前角噴油提前角 、轉速轉速N、 十六烷值、增壓十六烷值、增壓三、影響三、影響 著火延遲期因素著火延遲期因素2021-1

6、1-25南京航空航天大學金城學院隨著壓縮溫度和壓力隨著壓縮溫度和壓力提高，滯燃期減小。提高，滯燃期減小。溫度壓力是影響滯燃溫度壓力是影響滯燃期的期的直接因素直接因素，其他一些因素是通過其他一些因素是通過壓縮溫度和壓力而間壓縮溫度和壓力而間接影響滯燃期的。接影響滯燃期的。1、溫度和壓力：溫度和壓力：2021-11-25南京航空航天大學金城學院高轉速時最佳噴油角低轉速時最佳噴油角最大的影響因素。 高轉速時最佳噴油角低轉速時最佳噴油角 著火時刻著火時刻推遲，使燃燒推遲，使燃燒 Tc ，Pc i （燃料（燃料進入氣缸時空氣進入氣缸時空氣溫度和壓力低）溫度和壓力低）Tc ，Pc i 2021-11-25

7、南京航空航天大學金城學院 3、轉速轉速： n 漏氣、散熱損失漏氣、散熱損失 Pc ，Tc 噴油壓力噴油壓力 霧化霧化 i ；n氣流運動氣流運動 蒸發(fā)蒸發(fā) 混合氣形成好轉混合氣形成好轉 i 。 但但n 著火延遲期著火延遲期 2021-11-25南京航空航天大學金城學院4、l增壓 Pc ，Tc i 2021-11-25南京航空航天大學金城學院5、 十六烷值十六烷值 十六烷值 柴油的自燃性 缸內(nèi)p，T大時， i影響不大； 缸內(nèi)p，T小時 i 。6、 壓縮比壓縮比 Tc，Pc i 2021-11-25南京航空航天大學金城學院四、燃燒過程中要注意的問題四、燃燒過程中要注意的問題1、混合氣形成困難，燃燒不

8、完全、混合氣形成困難，燃燒不完全混合極不均勻混合氣形成時間短，邊噴油、邊混合、邊燃燒。改進措施：改進措施：1）促進混合氣的形成）促進混合氣的形成 結構上，促進缸內(nèi)的渦流運動結構上，促進缸內(nèi)的渦流運動2）供給較多的空氣。）供給較多的空氣。 大于大于1，一般取，一般取1.3，但至少，但至少30%的空氣未被利用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，這與提高其動力性相矛盾。效壓力降低，這與提高其動力性相矛盾。2021-11-25南京航空航天大學金城學院2、工作粗暴，燃燒噪聲較大、工作粗暴，燃燒噪聲較大混合極不均勻混合氣形成

9、時間短，邊噴油、邊混合、邊燃燒。改進措施：改進措施：縮短著火延遲時間，減少滯燃期內(nèi)的噴油量，減少縮短著火延遲時間，減少滯燃期內(nèi)的噴油量，減少滯燃期內(nèi)形成可燃混合氣的數(shù)量。但和動力性相矛滯燃期內(nèi)形成可燃混合氣的數(shù)量。但和動力性相矛盾。盾。2021-11-25南京航空航天大學金城學院燃油在高溫缺氧下燃燒時易形成碳煙。燃油在高溫缺氧下燃燒時易形成碳煙。減少黑煙的主要措施：減少黑煙的主要措施：1）增加過量空氣系數(shù)）增加過量空氣系數(shù)，但與提高柴油機的動力性，但與提高柴油機的動力性相矛盾。相矛盾。2）改善混合氣的形成，與改善柴油機工作的柔和性）改善混合氣的形成，與改善柴油機工作的柔和性相矛盾。相矛盾。3、

10、排氣冒黑煙、排氣冒黑煙主要發(fā)生在大負荷工況時，如加速，爬坡時。2021-11-25南京航空航天大學金城學院暖機時，一般先冒白煙，后冒藍煙，然后變?yōu)闊o暖機時，一般先冒白煙，后冒藍煙，然后變?yōu)闊o色。色。4、排氣冒藍煙、白煙、排氣冒藍煙、白煙 冷起動及怠速、低負荷運轉時，氣缸內(nèi)溫度低，冷起動及怠速、低負荷運轉時，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，白煙是由的反射呈現(xiàn)出不同的顏色，白煙是由0.61m的顆的顆粒構成，而藍煙是由粒構成，而藍煙是由0.6m以下的顆粒構成。以下的顆粒構成。2021-11-25南京航空航天

11、大學金城學院 為了分析評價燃燒過程，必須掌握放熱速率隨為了分析評價燃燒過程，必須掌握放熱速率隨曲軸轉角變化規(guī)律曲軸轉角變化規(guī)律放熱規(guī)律。從宏觀上分析燃放熱規(guī)律。從宏觀上分析燃燒組織情況，判斷進行的是否完善。燒組織情況，判斷進行的是否完善。 五、燃燒放熱規(guī)律五、燃燒放熱規(guī)律2021-11-25南京航空航天大學金城學院 瞬時放熱速率瞬時放熱速率: : 在燃燒過程中的某一時刻，單位在燃燒過程中的某一時刻，單位時間內(nèi)（或時間內(nèi)（或1 1曲軸轉角內(nèi)）燃燒的燃油所放出的曲軸轉角內(nèi)）燃燒的燃油所放出的熱量。熱量。 累積放熱百分比累積放熱百分比: : 從燃燒過程開始至某一時刻為從燃燒過程開始至某一時刻為止已經(jīng)

12、燃燒的燃油與循環(huán)供油量的比值。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)律燃燒放熱規(guī)律是指是指瞬時放熱速率瞬時放熱速率和和累積放熱百分累積放熱百分比比隨曲軸轉角的變化關系。隨曲軸轉角的變化關系。2021-11-25南京航空航天大學金城學院汽油機放熱速率最大值最高，汽油機放熱速率最大值最高，燃燒持續(xù)期較短，但初始放燃燒持續(xù)期較短，但初始放熱速率較低，燃燒噪聲低，熱速率較低，燃燒噪聲低，工作平穩(wěn)。工作平穩(wěn)。直噴式柴油機初始放熱速率直噴式柴油機初始放熱速率最高，燃燒噪聲大，工作粗最高，燃燒噪聲大，工作粗暴。同樣壓縮比情況下后燃暴。同樣壓縮比情況下后燃損失較汽油機大，熱效率低。損失較汽油機大，熱

13、效率低。分隔式柴油機初始放熱率低，分隔式柴油機初始放熱率低，燃燒噪聲低，工作平穩(wěn)，但燃燒噪聲低，工作平穩(wěn)，但燃燒持續(xù)角較長，熱效率低，燃燒持續(xù)角較長，熱效率低，燃油經(jīng)濟性差。燃油經(jīng)濟性差。 2021-11-25南京航空航天大學金城學院較理想的柴油機燃燒放熱規(guī)律 有一合適的有一合適的燃燒起點燃燒起點，同時燃燒應該是，同時燃燒應該是先緩后急先緩后急。 開始放熱階段，控制開始放熱階段，控制燃燒放熱速率燃燒放熱速率，以，以降低壓力升高率。降低壓力升高率。 然后燃燒應加速進行，絕大部分燃油在然后燃燒應加速進行，絕大部分燃油在盡可能靠近上止點處完成燃燒。盡可能靠近上止點處完成燃燒。 燃燒持續(xù)時間燃燒持續(xù)時

14、間不宜過長。不宜過長。 2021-11-25南京航空航天大學金城學院燃燒起點燃燒起點、燃燒放熱規(guī)律曲線形狀燃燒放熱規(guī)律曲線形狀和燃燒持續(xù)時間和燃燒持續(xù)時間被認為是燃燒放熱被認為是燃燒放熱規(guī)律的三要素。規(guī)律的三要素。2021-11-25南京航空航天大學金城學院一一 、供油系統(tǒng)和、供油系統(tǒng)和噴射過程噴射過程 1、 供油系統(tǒng)的供油系統(tǒng)的組成組成 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 2021-11-25南京航空航天大學金城學院 2、 噴油過程噴油過程 柱塞式噴油泵。2021-11-25南京航空航天大學金城學院2021-11-25南京航空航天大學

15、金城學院2021-11-25南京航空航天大學金城學院 3、 噴油延遲時間噴油延遲時間 從噴油泵內(nèi)燃油頂開出油閥進入高壓油管至油壓壓開噴油嘴針閥的時間。 2021-11-25南京航空航天大學金城學院 4、噴射過程 定義：從噴油泵開始供油直至噴油器停止噴油的過程n 噴射延遲階段 n 主噴射階段 n 噴射結束階段 2021-11-25南京航空航天大學金城學院 定義定義：n 供油規(guī)律供油規(guī)律：單位時間內(nèi)噴單位時間內(nèi)噴油泵的供油量隨時間的變化油泵的供油量隨時間的變化關系關系。 n 噴油規(guī)律噴油規(guī)律：單位時間內(nèi)噴單位時間內(nèi)噴油器噴入燃燒室內(nèi)的燃油量油器噴入燃燒室內(nèi)的燃油量隨時間的變化關系。隨時間的變化關系

16、。5、供油規(guī)律和噴油規(guī)律 2021-11-25南京航空航天大學金城學院兩者的差異：n 噴油始點滯后于供油始點 n 噴油持續(xù)時間較長 n 最大噴油速率較低n 曲線的形狀有一定的變化 產(chǎn)生差異的原因：n 燃油的可壓縮性 n 系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生壓力波的傳播 n 高壓油管的彈性變形2021-11-25南京航空航天大學金城學院6、不正常噴射現(xiàn)、不正常噴射現(xiàn)象象 1） 二次噴射二次噴射 高壓油管內(nèi)壓力波引起。高壓油管內(nèi)壓力波引起。 噴射時間噴射時間 霧化不良，燃燒不完全，補燃嚴霧化不良，燃燒不完全，補燃嚴重，排污重，排污 ，炭煙，炭煙 ，零件過熱。，零件過熱。 解決辦法：是解決辦法：是增加出油閥的減壓容積增加出油

17、閥的減壓容積，但過大會，但過大會造成高壓油管穴蝕；造成高壓油管穴蝕；增大出油閥開啟壓力增大出油閥開啟壓力，但過，但過大會造成低速、小負荷時噴射不正常；大會造成低速、小負荷時噴射不正常；縮短高壓縮短高壓油管長度油管長度等。等。2021-11-25南京航空航天大學金城學院2）滴油現(xiàn)象）滴油現(xiàn)象 在噴油器針閥密封正常的情況下，由于噴射終了階在噴油器針閥密封正常的情況下，由于噴射終了階段燃油壓力下降過慢造成針閥不能快速落座，出現(xiàn)滴油段燃油壓力下降過慢造成針閥不能快速落座，出現(xiàn)滴油現(xiàn)象，導致碳煙增多，并容易引起噴孔積碳堵塞。解決現(xiàn)象，導致碳煙增多，并容易引起噴孔積碳堵塞。解決辦法仍是辦法仍是加大出油閥的

18、減壓容積，增加針閥的彈簧剛度、加大出油閥的減壓容積，增加針閥的彈簧剛度、減小針閥往復慣性質量、減小噴孔截面積減小針閥往復慣性質量、減小噴孔截面積等。等。 3） 斷續(xù)噴射斷續(xù)噴射 進入噴油嘴燃油量不穩(wěn)定，壓力波動引起。進入噴油嘴燃油量不穩(wěn)定，壓力波動引起。 噴油時間正常，但針閥運動次數(shù)噴油時間正常，但針閥運動次數(shù) ，噴油嘴易磨損。，噴油嘴易磨損。2021-11-25南京航空航天大學金城學院 4)不規(guī)則噴射和隔次噴射不規(guī)則噴射和隔次噴射 噴油泵噴油泵供油量過小時供油量過小時，循環(huán)噴油量不斷變動，循環(huán)噴油量不斷變動，稱為稱為不規(guī)則噴射不規(guī)則噴射，極端情況下出現(xiàn)有的循環(huán)不噴，極端情況下出現(xiàn)有的循環(huán)不噴

19、油的現(xiàn)象，稱為油的現(xiàn)象，稱為隔次噴射隔次噴射。發(fā)動機怠速工況下極。發(fā)動機怠速工況下極易出現(xiàn)這種不正常噴射現(xiàn)象，造成易出現(xiàn)這種不正常噴射現(xiàn)象，造成怠速游車怠速游車。解決辦法：有解決辦法：有出油閥削扁出油閥削扁等措施。等措施。2021-11-25南京航空航天大學金城學院正常與不正常噴射比較2021-11-25南京航空航天大學金城學院5）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)生的機理：在高壓容積內(nèi)產(chǎn)生壓力波動時，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。 穴蝕破壞會影響到噴射系統(tǒng)的工作可靠性和使用壽命。 2

20、021-11-25南京航空航天大學金城學院7、對噴射系統(tǒng)的要求 1 1）在任一工況下都不出現(xiàn)不正常噴射現(xiàn)象，不產(chǎn)）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。生穴蝕破壞。 2 2）根據(jù)不同轉速和負荷的工況要求，在最佳的噴）根據(jù)不同轉速和負荷的工況要求，在最佳的噴油時刻，精確提供所需的燃油量。油時刻，精確提供所需的燃油量。 3 3）盡可能實現(xiàn)理想的噴油規(guī)律。）盡可能實現(xiàn)理想的噴油規(guī)律。 4 4）良好的油束特性能滿足具體燃燒室的要求。）良好的油束特性能滿足具體燃燒室的要求。 5 5）對于噴射系統(tǒng)的強化，應采取相應的措施保證）對于噴射系統(tǒng)的強化，應采取相應的措施保證有關零部件的強度和剛度，同

21、時注意降低噴射系有關零部件的強度和剛度，同時注意降低噴射系統(tǒng)的噪聲與振動。統(tǒng)的噪聲與振動。 2021-11-25南京航空航天大學金城學院 更高的噴射壓力和噴油速更高的噴射壓力和噴油速率以及更短的噴油持續(xù)時率以及更短的噴油持續(xù)時間已是技術發(fā)展的一個明間已是技術發(fā)展的一個明顯趨勢。顯趨勢。 為避免柴油機工作過于粗為避免柴油機工作過于粗暴，又希望實現(xiàn)暴，又希望實現(xiàn)“先緩后先緩后急急”的噴油規(guī)律。的噴油規(guī)律。 在所有的工況下都希望在在所有的工況下都希望在噴射結束階段能盡可能迅噴射結束階段能盡可能迅速地結束噴射。速地結束噴射。理想的噴油規(guī)律：2021-11-25南京航空航天大學金城學院二二 、噴油泵速度

22、特性、噴油泵速度特性及其校正及其校正 1、 節(jié)流作用節(jié)流作用 理論上 （不存在節(jié)流） 實際上 （存在節(jié)流） 所以，實際供油比理論供油時間長，供油量大。2021-11-25南京航空航天大學金城學院 2、 噴油泵速度特性噴油泵速度特性 每循環(huán)供油量隨轉速n的變化關系。 n 節(jié)流作用 循環(huán)供油時間 循環(huán)供油量 g 3、 車用的適應性車用的適應性 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，必須進行校正。2021-11-25南京航空航天大學金城學院 正校正正校正車用高速柴油機，首先必須保證高速標定車用高速柴油機，首先必須保證高速標定工況時的供油量匹配（不冒黑煙），中間轉

23、速時工況時的供油量匹配（不冒黑煙），中間轉速時為保證最大扭矩需要多供油，噴油泵隨轉速降低為保證最大扭矩需要多供油，噴油泵隨轉速降低而使齒稈位移增大，多供油。而使齒稈位移增大，多供油。 負校正負校正在低轉速工況下，充氣效率下降，氣缸內(nèi)在低轉速工況下，充氣效率下降，氣缸內(nèi)空氣渦流運動很弱，若為保證最大扭矩而使低速空氣渦流運動很弱，若為保證最大扭矩而使低速工況供油量過多就容易冒黑煙，必須在低速時減工況供油量過多就容易冒黑煙，必須在低速時減少供油量。即噴油泵隨轉速降低而使齒稈位移減少供油量。即噴油泵隨轉速降低而使齒稈位移減小，少供油。小，少供油。 4、 校正校正 1 出油閥校正 2 調速器校正2021

24、-11-25南京航空航天大學金城學院一、柴油機混合氣形成特點和方式一、柴油機混合氣形成特點和方式n混合氣形成特點混合氣形成特點n混合氣形成時間短；混合氣形成時間短；n燃料的蒸發(fā)性差；燃料的蒸發(fā)性差；1.柴油難以徹底霧化，必須采用較大的過量空氣柴油難以徹底霧化，必須采用較大的過量空氣系數(shù)，才能燃燒得較完全。（非增壓：系數(shù)，才能燃燒得較完全。（非增壓： =1.21.4;增壓增壓: =1.72.2）5-3 混合氣的形成和燃燒室混合氣的形成和燃燒室2021-11-25南京航空航天大學金城學院u 混合氣形成的基本方式混合氣形成的基本方式（1）空間霧化混合方式）空間霧化混合方式n將燃油噴向燃燒室空間進行霧

25、化，通過燃油與空氣將燃油噴向燃燒室空間進行霧化，通過燃油與空氣之間的相對運動和擴散，形成可燃混合氣的方法稱之間的相對運動和擴散，形成可燃混合氣的方法稱為空間霧化混合。為空間霧化混合。n燃油與空氣之間的相對運動速度是影響燃油霧化的燃油與空氣之間的相對運動速度是影響燃油霧化的主要因素。主要因素。n混合氣形成的極度不均勻性?；旌蠚庑纬傻臉O度不均勻性。2021-11-25南京航空航天大學金城學院2021-11-25南京航空航天大學金城學院提高空間霧化混合方式可燃混合氣形成質量提高空間霧化混合方式可燃混合氣形成質量的方法的方法(“油找氣油找氣”)：l提高噴油壓力、減小噴孔直徑，增加了燃油噴射提高噴油壓力

26、、減小噴孔直徑，增加了燃油噴射初速度，改善了燃油霧化特性，改善了徑向混合初速度，改善了燃油霧化特性，改善了徑向混合不均勻現(xiàn)象。不均勻現(xiàn)象。l在每循環(huán)噴油量一定的條件下，減小噴孔直徑意在每循環(huán)噴油量一定的條件下，減小噴孔直徑意味著增加了噴孔數(shù)目，改善了周向混合不均勻現(xiàn)味著增加了噴孔數(shù)目，改善了周向混合不均勻現(xiàn)象。象。2021-11-25南京航空航天大學金城學院 空間霧化混合方式的優(yōu)缺點：空間霧化混合方式的優(yōu)缺點：優(yōu)：對燃油噴射系統(tǒng)要求高，噴孔數(shù)目多，噴優(yōu)：對燃油噴射系統(tǒng)要求高，噴孔數(shù)目多，噴射壓力高，霧化質量好。射壓力高，霧化質量好。發(fā)動機冷起動容易，燃油經(jīng)濟性好。發(fā)動機冷起動容易，燃油經(jīng)濟性好

27、。缺：著火延遲期內(nèi)形成的可燃混合氣數(shù)量多，缺：著火延遲期內(nèi)形成的可燃混合氣數(shù)量多，始燃量大，壓力升高率高，始燃量大，壓力升高率高，燃燒噪聲大燃燒噪聲大，發(fā)動發(fā)動機工作粗暴機工作粗暴。2021-11-25南京航空航天大學金城學院（2）油膜蒸發(fā)油膜蒸發(fā)混合方式混合方式2021-11-25南京航空航天大學金城學院 油膜蒸發(fā)混合方式的優(yōu)缺點：油膜蒸發(fā)混合方式的優(yōu)缺點：缺：缺：著火延遲期內(nèi)壁面油膜蒸發(fā)主要受壁面溫度著火延遲期內(nèi)壁面油膜蒸發(fā)主要受壁面溫度影響，因而影響，因而冷起動困難冷起動困難。優(yōu)：優(yōu)：1）著火延遲期內(nèi)形成的均勻可燃混合氣數(shù)）著火延遲期內(nèi)形成的均勻可燃混合氣數(shù)量少，即始燃量少，燃燒噪聲小，

28、量少，即始燃量少，燃燒噪聲小，工作柔和工作柔和。 2）要求進氣道組織）要求進氣道組織強烈的進氣渦流強烈的進氣渦流。 3）對）對燃油系統(tǒng)要求不高燃油系統(tǒng)要求不高，一般是單孔或雙，一般是單孔或雙孔噴油嘴，噴油壓力低，噴孔直徑較大?？讎娪妥?，噴油壓力低，噴孔直徑較大。2021-11-25南京航空航天大學金城學院二、缸內(nèi)氣流運動二、缸內(nèi)氣流運動渦流渦流擠流擠流滾流滾流湍流湍流2021-11-25南京航空航天大學金城學院（1）進氣渦流）進氣渦流 在進氣過程中形成的在進氣過程中形成的繞氣缸軸線旋轉繞氣缸軸線旋轉的有的有組織的氣流運動。組織的氣流運動。 2021-11-25南京航空航天大學金城學院進氣渦流的

29、作用（進氣渦流的作用（“氣找油氣找油”）擴大了油束與空氣的擴散擴大了油束與空氣的擴散范圍，改善了周向混合不范圍，改善了周向混合不均勻性。均勻性。渦流渦流太弱太弱，油束擴散范圍，油束擴散范圍不夠不夠；渦流；渦流過強過強，相鄰油，相鄰油束出現(xiàn)重疊現(xiàn)象，導致局束出現(xiàn)重疊現(xiàn)象，導致局部嚴重部嚴重過濃缺氧過濃缺氧燃燒，柴燃燒，柴油機排氣冒黑煙。油機排氣冒黑煙。2021-11-25南京航空航天大學金城學院l進氣渦流的進氣渦流的“熱混合熱混合”作用改善了徑向混合作用改善了徑向混合不均勻性：不均勻性：在空氣旋流場中運動的質點受到離心力和壓力差在空氣旋流場中運動的質點受到離心力和壓力差的作用；的作用；高速攝影表

30、明：火焰呈螺旋狀向內(nèi)卷吸運動；高速攝影表明：火焰呈螺旋狀向內(nèi)卷吸運動； 進氣渦流產(chǎn)生的方法有進氣渦流產(chǎn)生的方法有平直氣道帶導氣屏平直氣道帶導氣屏、切向氣道切向氣道和和螺旋氣道螺旋氣道三種方法。三種方法。2021-11-25南京航空航天大學金城學院2021-11-25南京航空航天大學金城學院進氣道的結構類型進氣道的結構類型平直無旋進氣道平直無旋進氣道：氣門出口速度均布氣門出口速度均布（水平方向速度分量）。（水平方向速度分量）。2021-11-25南京航空航天大學金城學院u 帶導氣屏帶導氣屏（注意位置）（注意位置）的進氣道的進氣道：使氣門使氣門出口速度分布極不均勻出口速度分布極不均勻，造成對氣缸軸

31、線的順時針方，造成對氣缸軸線的順時針方向的角動量矩很大，產(chǎn)生旋轉氣流。向的角動量矩很大，產(chǎn)生旋轉氣流。2021-11-25南京航空航天大學金城學院u 切向氣道切向氣道：氣道幾何形狀比較平直，在氣氣道幾何形狀比較平直，在氣門座前強烈收縮，引導氣流以門座前強烈收縮，引導氣流以單邊切線方向進入氣缸，從而單邊切線方向進入氣缸，從而造成氣門出口處造成氣門出口處速度分布極不速度分布極不均勻均勻，它相當于在，它相當于在平直無旋流平直無旋流氣道速度分布圖氣道速度分布圖的基礎上加一的基礎上加一個沿個沿切向氣道方向的速度分量切向氣道方向的速度分量v。2021-11-25南京航空航天大學金城學院u 螺旋進氣道螺旋進

32、氣道： 在在進氣道內(nèi)進氣道內(nèi)就形成繞就形成繞氣道軸氣道軸線線旋轉的旋轉的旋轉氣流旋轉氣流，它相當，它相當于在于在平直無旋流氣道速度分平直無旋流氣道速度分布圖布圖的基礎上的基礎上加一個切向速加一個切向速度分量度分量，因此，因此氣門出口處速氣門出口處速度分布較均勻度分布較均勻。2021-11-25南京航空航天大學金城學院 不同進氣道的比較：不同進氣道的比較： 通過改變導氣屏的包角和安裝位置，可調節(jié)渦流強通過改變導氣屏的包角和安裝位置，可調節(jié)渦流強度。因此，帶導氣屏的進氣道適合于試驗研究用。度。因此，帶導氣屏的進氣道適合于試驗研究用。 螺旋進氣道螺旋進氣道氣門出口處速度分布較均勻氣門出口處速度分布較

33、均勻，在氣門升在氣門升程很小時流量系數(shù)就遠遠高于切向進氣道，當進氣程很小時流量系數(shù)就遠遠高于切向進氣道，當進氣渦流運動較強時也能保持很高的流量系數(shù)，渦流運動較強時也能保持很高的流量系數(shù)，適合于適合于對進氣渦流要求高的柴油機對進氣渦流要求高的柴油機。 螺旋進氣道與切向進氣道不同，螺旋進氣道與切向進氣道不同，對氣道泥芯位置不對氣道泥芯位置不敏感敏感（正渦流與反渦流的概念），降低了鑄造工藝（正渦流與反渦流的概念），降低了鑄造工藝的要求，但螺旋進氣道的設計和模具制造很復雜。的要求，但螺旋進氣道的設計和模具制造很復雜。2021-11-25南京航空航天大學金城學院（2）擠流）擠流 在壓縮后期活塞表面的某一

34、部分和缸蓋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動，之間擠壓氣體，產(chǎn)生徑向或橫向氣流運動，稱為擠流；稱為擠流；2021-11-25南京航空航天大學金城學院 擠流擠流強度由擠氣面積和擠氣間隙大小決定。強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通常采用縮口形燃燒室 利用逆擠流有助于將燃燒室內(nèi)的混合氣流出，利用逆擠流有助于將燃燒室內(nèi)的混合氣流出，使其進一步和氣缸內(nèi)的空氣混合燃燒，對改善燃燒使其進一步和氣缸內(nèi)的空氣混合燃燒，對改善燃燒和降低排放十分有利。和降低排放十分有利。2021-11-25南京航空航天大學金城學院定義：在進氣過程中形成的繞定義：在進氣過程

35、中形成的繞垂直于氣缸軸線垂直于氣缸軸線的的有組織大尺寸空氣渦流。有組織大尺寸空氣渦流。 （3）滾流滾流 應用：滾流較適宜于在應用：滾流較適宜于在四氣門汽油機上使用，滾流四氣門汽油機上使用，滾流在壓縮過程中其動量衰減較在壓縮過程中其動量衰減較少，當活塞接近于上止點時，少，當活塞接近于上止點時，大尺度的滾流將破裂成眾多大尺度的滾流將破裂成眾多小尺度的渦，使湍流強度和小尺度的渦，使湍流強度和湍流動能增加，提高火焰?zhèn)魍牧鲃幽茉黾?，提高火焰?zhèn)鞑ニ俾剩纳瓢l(fā)動機性能。播速率，改善發(fā)動機性能。 2021-11-25南京航空航天大學金城學院（4）湍流湍流 基本特征基本特征在于其具有隨機性質的渦旋結構，以及這在

36、于其具有隨機性質的渦旋結構，以及這些渦旋在流體內(nèi)部的隨機運動，湍流能引起相鄰各層些渦旋在流體內(nèi)部的隨機運動，湍流能引起相鄰各層流體間動量、溫度、濃度等的交換和脈動。流體間動量、溫度、濃度等的交換和脈動。 湍流結構十分復雜，內(nèi)燃機中可燃混合氣的湍流特湍流結構十分復雜，內(nèi)燃機中可燃混合氣的湍流特性對燃燒速度和火焰?zhèn)鞑ビ兄种匾挠绊懶詫θ紵俣群突鹧鎮(zhèn)鞑ビ兄种匾挠绊?定義：在氣缸中形成隨機的有旋的三維非定義：在氣缸中形成隨機的有旋的三維非定常氣體運動；定常氣體運動； 2021-11-25南京航空航天大學金城學院三、柴油機燃燒室三、柴油機燃燒室 柴油機燃燒室分為直噴柴油機燃燒室分為直噴式燃燒

37、室和分隔式燃燒室。式燃燒室和分隔式燃燒室。（一）直噴式燃燒室（一）直噴式燃燒室 直噴式燃燒室按活塞直噴式燃燒室按活塞頂部凹坑（燃燒室）的頂部凹坑（燃燒室）的深淺深淺、口徑大小口徑大小，分為，分為開式燃燒室開式燃燒室和和半開式燃燒室半開式燃燒室。（1）開式燃燒室）開式燃燒室結構特點：結構特點：燃燒室口徑大燃燒室口徑大、深度淺深度淺。（大缸徑船用低速。（大缸徑船用低速柴油機）柴油機）2021-11-25南京航空航天大學金城學院 混合氣形成特點：混合氣形成特點： 最佳油束貫穿率在最佳油束貫穿率在0.85左右，左右，完全是空間霧化混合方式完全是空間霧化混合方式； 對燃油系統(tǒng)要求高對燃油系統(tǒng)要求高（噴油

38、壓力高，噴孔直徑小，噴孔數(shù)（噴油壓力高，噴孔直徑小，噴孔數(shù)目多）。目多）。 對發(fā)動機性能影響：對發(fā)動機性能影響： 燃油經(jīng)濟性好，冷起動容易。燃油經(jīng)濟性好，冷起動容易。 不需組織進氣渦流，充氣效率高，發(fā)動機動力性好。不需組織進氣渦流，充氣效率高，發(fā)動機動力性好。 燃燒噪聲大，發(fā)動機工作粗暴。燃燒噪聲大，發(fā)動機工作粗暴。2021-11-25南京航空航天大學金城學院（2）半開式燃燒室）半開式燃燒室 結構特點：結構特點：燃燒室口燃燒室口徑小徑小，燃燒室凹坑較燃燒室凹坑較深深（缸徑小，壓縮比（缸徑小，壓縮比一定）。適用于小型一定）。適用于小型高速直噴式柴油機。高速直噴式柴油機。2021-11-25南京航

39、空航天大學金城學院 混合氣形成特點：混合氣形成特點： 采用采用空間霧化混合為主空間霧化混合為主、油膜蒸發(fā)混合為輔油膜蒸發(fā)混合為輔的混合的混合氣形成方式氣形成方式； 比較理想的油束貫穿率約為比較理想的油束貫穿率約為1.051.08左右；左右； 進氣道組織一定強度的進氣渦流運動（一般是螺旋進氣道組織一定強度的進氣渦流運動（一般是螺旋進氣道）進氣道） 。 進氣渦流運動的強度隨轉速的升高成正比增大進氣渦流運動的強度隨轉速的升高成正比增大 對燃油系統(tǒng)的要求較低（孔徑較大、噴油壓力較低）對燃油系統(tǒng)的要求較低（孔徑較大、噴油壓力較低） 噴孔數(shù)目一般在噴孔數(shù)目一般在35孔，噴孔直徑一般在孔，噴孔直徑一般在0.

40、30.45mm； 過量空氣系數(shù)一般在過量空氣系數(shù)一般在1.31.5之間。之間。2021-11-25南京航空航天大學金城學院對發(fā)動機性能影響（與開式燃燒室相比較）對發(fā)動機性能影響（與開式燃燒室相比較）： 燃燒噪聲較低，柴油機工作較柔和；燃燒噪聲較低，柴油機工作較柔和； 燃油經(jīng)濟性、冷起動性較差；燃油經(jīng)濟性、冷起動性較差； 適用對象：缸徑適用對象：缸徑80140mm，轉速低于，轉速低于4500r/min的直噴式柴油機。的直噴式柴油機。2021-11-25南京航空航天大學金城學院 典型半開式燃燒室介紹：典型半開式燃燒室介紹：u 形燃燒室形燃燒室 形燃燒室的底部中心有一凸起，目的是想幫助形成形燃燒室的

41、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（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。集中在油束附近，以便更好利用燃燒室中空氣。2021-11-25南京航空航天大學金城學院 燃燒室的主要尺寸：燃燒室的主要尺寸：1）余隙容積余隙容積Vc盡可能小盡可能小，余隙距離，余隙距離1mm左右。左右。2021-11-25南京航空航天大學金城學院2021-11-25南京航空航天大學金城學院2）dK/D、 dK/h、 要合適：要合適： 燃燒室喉口直徑與氣缸直徑之比燃燒室喉口直徑與氣缸直徑之比dK/D=0.40.6，要與，要與油束射

42、程匹配，以保證最佳油束穿透率。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燃燒室喉口直徑與燃燒室深度之比dK/h=1.53.5，從，從降低機械負荷和燃燒噪聲方面考慮。降低機械負荷和燃燒噪聲方面考慮。 燃燒室側面與頂面的夾角燃燒室側面與頂面的夾角 一般制造大于一般制造大于90，防止，防止活塞喉口處熱裂。活塞喉口處熱裂。2021-11-25南京航空航天大學金城學院3）燃燒室的布置）燃燒室的布置 由于進、排氣門的布置，燃燒室、噴油嘴往往不由于進、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，一般能布置在氣缸中心線上，一般e1/D5%， e2/D10%。為便于氣缸蓋中

43、冷卻水道布置，噴油嘴也傾斜為便于氣缸蓋中冷卻水道布置，噴油嘴也傾斜1520布置。因此，為保證油束在燃燒室中合適分布置。因此，為保證油束在燃燒室中合適分布，布，噴孔夾角、傾斜角不均勻分布，油束長度有長噴孔夾角、傾斜角不均勻分布，油束長度有長有短。有短。2021-11-25南京航空航天大學金城學院4）噴油嘴伸出氣缸蓋底部的長度）噴油嘴伸出氣缸蓋底部的長度h： 一般在一般在13mm左右，可由噴油嘴安裝墊片厚度調整。左右，可由噴油嘴安裝墊片厚度調整。 h過長，則油束落在燃燒室底部，并且噴油嘴熱負荷高，容過長，則油束落在燃燒室底部，并且噴油嘴熱負荷高，容易燒壞卡死易燒壞卡死 。 h過小，則油束可能落在活

44、塞頂部，造成柴油機冒黑煙。過小，則油束可能落在活塞頂部，造成柴油機冒黑煙。2021-11-25南京航空航天大學金城學院n 四角形燃燒室（五十鈴公司）四角形燃燒室（五十鈴公司）活塞頂凹坑從縱剖面看與活塞頂凹坑從縱剖面看與 形燃燒室相形燃燒室相同，俯視為四角帶圓弧的正方形，同，俯視為四角帶圓弧的正方形，目的目的是改變發(fā)動機高、低轉速時噴孔到燃燒是改變發(fā)動機高、低轉速時噴孔到燃燒室壁面的距離，保證發(fā)動機高、低轉速室壁面的距離，保證發(fā)動機高、低轉速時均維持最佳油束穿透率時均維持最佳油束穿透率，解決了高、，解決了高、低轉速時柴油機的排氣煙度矛盾。低轉速時柴油機的排氣煙度矛盾。四個圓角處的反渦流部分抵消了

45、渦流強四個圓角處的反渦流部分抵消了渦流強度隨發(fā)動機轉速的增長。度隨發(fā)動機轉速的增長。2021-11-25南京航空航天大學金城學院n 縮口四方形燃燒室（縮口四方形燃燒室（小松公司）小松公司）2021-11-25南京航空航天大學金城學院微渦流燃燒室，其活塞頂凹坑的上部為四角形，下微渦流燃燒室，其活塞頂凹坑的上部為四角形，下部為回轉體，連接處經(jīng)切削加工圓滑過渡。部為回轉體，連接處經(jīng)切削加工圓滑過渡。后來的實踐證明，縮口四方形燃燒室主要利用了燃后來的實踐證明，縮口四方形燃燒室主要利用了燃燒室喉口的縮短產(chǎn)生了強烈的擠流作用，尤其是逆燒室喉口的縮短產(chǎn)生了強烈的擠流作用，尤其是逆擠流運動的增強（顯著增強了紊

46、流運動，促進了油擠流運動的增強（顯著增強了紊流運動，促進了油氣混合），有效地降低了柴油機的排氣煙度，對燃氣混合），有效地降低了柴油機的排氣煙度，對燃油消耗率的改善不明顯。油消耗率的改善不明顯。四個圓角處的作用，與四角形燃燒室一樣，為了解四個圓角處的作用，與四角形燃燒室一樣，為了解決高、低速時的排氣煙度的矛盾。決高、低速時的排氣煙度的矛盾。2021-11-25南京航空航天大學金城學院n 球形油膜燃燒室球形油膜燃燒室（茅瑞爾茅瑞爾S.Meurer或或M過程）過程）混合氣形成特點：單孔或雙孔混合氣形成特點：單孔或雙孔噴油嘴沿燃燒室壁面噴射，在噴油嘴沿燃燒室壁面噴射，在強烈的進氣渦流作用下，將燃強烈的

47、進氣渦流作用下，將燃油攤布在壁面上，吸熱蒸發(fā)，油攤布在壁面上，吸熱蒸發(fā)，形成均勻混合氣。主要是油膜形成均勻混合氣。主要是油膜蒸發(fā)混合。蒸發(fā)混合。2021-11-25南京航空航天大學金城學院 對發(fā)動機性能影響：對發(fā)動機性能影響： 柴油機工作柔和，燃燒噪聲低，排煙少，燃油消耗率接柴油機工作柔和，燃燒噪聲低，排煙少，燃油消耗率接近開式燃燒室近開式燃燒室217g/（kW.h） 對燃料適應性強對燃料適應性強 冷起動比較困難（起動時燃燒室壁溫低）冷起動比較困難（起動時燃燒室壁溫低） 對負荷突變反應慢（空氣渦流跟不上）對負荷突變反應慢（空氣渦流跟不上） 低負荷時冒藍煙，低負荷時冒藍煙，HC大量增加（燃燒室壁

48、溫低）大量增加（燃燒室壁溫低） 發(fā)動機高、低轉速性能矛盾大（空氣渦流）發(fā)動機高、低轉速性能矛盾大（空氣渦流） 對增壓適應性差（油膜變厚）對增壓適應性差（油膜變厚） 在大缸徑上應用困難（面容比降低，油膜變厚），一般在大缸徑上應用困難（面容比降低，油膜變厚），一般限于限于75130mm缸徑。缸徑。2021-11-25南京航空航天大學金城學院（二）分隔式燃燒室（二）分隔式燃燒室 分主、副燃燒室，主分主、副燃燒室，主燃燒室位于活塞頂部與燃燒室位于活塞頂部與氣缸蓋之間，副燃燒室氣缸蓋之間，副燃燒室位于氣缸蓋內(nèi)，兩者之位于氣缸蓋內(nèi)，兩者之間有連接通道，噴油嘴間有連接通道，噴油嘴向副燃燒室內(nèi)噴射。向副燃燒室

49、內(nèi)噴射。分隔式燃燒室有分隔式燃燒室有渦流室燃渦流室燃燒室燒室和和預燃室燃燒室預燃室燃燒室兩兩種結構形式。種結構形式。 2021-11-25南京航空航天大學金城學院1、渦流室燃燒室、渦流室燃燒室 與直噴式燃燒室相比，具有如與直噴式燃燒室相比，具有如下特點：下特點：1）不組織進氣渦流，）不組織進氣渦流，平直進平直進氣道氣道，因此渦流室柴油機充，因此渦流室柴油機充氣效率高，動力性能好。氣效率高，動力性能好。2）由于壓縮渦流隨轉速升高）由于壓縮渦流隨轉速升高而加強，而加強，混合氣形成質量對混合氣形成質量對轉速變化不敏感轉速變化不敏感，適用于高，適用于高速柴油機（達速柴油機（達5000r/min）。）。

50、2021-11-25南京航空航天大學金城學院3）由于二次燃燒，主燃）由于二次燃燒，主燃燒室中的壓力升高率較燒室中的壓力升高率較低，低，柴油機工作平穩(wěn)柴油機工作平穩(wěn)。4）副燃燒室混合氣成分）副燃燒室混合氣成分偏濃，主燃燒室中最高偏濃，主燃燒室中最高燃燒溫度相對較低，因燃燒溫度相對較低，因此此NOX排放量較直噴式排放量較直噴式燃燒室低燃燒室低1/31/2左右、左右、HC和和CO排放量也較低排放量也較低。5）對燃油系統(tǒng)要求低）對燃油系統(tǒng)要求低，噴油壓力低，軸針式噴噴油壓力低，軸針式噴油嘴。油嘴。2021-11-25南京航空航天大學金城學院6）由于燃燒持續(xù)時間（以）由于燃燒持續(xù)時間（以曲軸轉角計）較長曲軸轉角計）較長。7）冷起動困難，壓縮比較）冷起動困難，壓縮比較高高（ =2022）。）。8）氣缸蓋底部進、排氣門）氣缸蓋底部進、排氣門座之間的座之間的“鼻梁區(qū)鼻梁區(qū)”容易容易熱裂。熱裂。9）燃油消耗率高）燃油消耗率高2021-11-25南京航空航天大學金城學院 渦流室?guī)缀涡螤顚Πl(fā)動機性能的影響：分渦流室?guī)缀涡螤顚Πl(fā)動機性能的影響：分球形球形、錐形平底（、錐形平底（彗星彗星V號號）、柱形平底）、柱形平底（吊鐘形吊鐘形）三種。）三種。2021-11-25南京航