柴油机混合气形成与燃烧课件.ppt

第1页，此课件共163页哦内燃机缸内气体运动方式第2页，此课件共163页哦 进气涡流进气涡流 在进气过程中形成的绕在进气过程中形成的绕气缸轴线旋转的有组织的气缸轴线旋转的有组织的气流运动，称为进气涡流。气流运动，称为进气涡流。l产生进气涡流运动的方法有产生进气涡流运动的方法有:导气屏、切向进气道、螺旋进气道、组合进导气屏、切向进气道、螺旋进气道、组合进气系统气系统第3页，此课件共163页哦 导气屏导气屏 设置在进气门上，设置在进气门上，导引进气流以不同角度导引进气流以不同角度流入气缸在气缸壁面的流入气缸在气缸壁面的约束配合下产生涡流。约束配合下产生涡流。第4页，此课件共163页哦 切向进气道切向进气道 螺旋进气道螺旋进气道图图5-21切向气道、螺旋气道的原理切向气道、螺旋气道的原理a)切向气道切向气道 b)纯螺旋气道纯螺旋气道组合进气系统组合进气系统 在在2个进气门的发动机上，采用不同类型或不同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。角度的两个进气道以组合所需要的涡流和流速分布。第5页，此课件共163页哦第6页，此课件共163页哦11直气道直气道 22螺旋气道螺旋气道 3SCV 43SCV 4排气道排气道4 4螺旋气道直气道螺旋气道直气道(切向气道切向气道)直气道内安装涡流控制阀直气道内安装涡流控制阀(SCV)(SCV)控制直气道的进气量控制直气道的进气量螺旋气道进气量的改变缸内进螺旋气道进气量的改变缸内进气涡流强度气涡流强度发动机在中低负荷工况下，发动机在中低负荷工况下，减少直气道的进气量，提高减少直气道的进气量，提高缸内涡流强度，可以改善燃缸内涡流强度，可以改善燃烧，提高动力性和经济性。烧，提高动力性和经济性。在高速高负荷时，涡流控制在高速高负荷时，涡流控制阀全开，增加空气的吸入量阀全开，增加空气的吸入量，提高发动机的高速性能。，提高发动机的高速性能。第7页，此课件共163页哦l导气屏方法简单，进气道可不作特殊设计，通过改变导气屏的导气屏方法简单，进气道可不作特殊设计，通过改变导气屏的包角包角和导气屏重点的安装位置（角度和导气屏重点的安装位置（角度），可调节涡流强），可调节涡流强度度0 04 4，但阻力最大。一般用于少数汽油机。，但阻力最大。一般用于少数汽油机。l切向气道形状简单，涡流比小切向气道形状简单，涡流比小1 12 2，适用于对涡流强度要求不，适用于对涡流强度要求不高的发动机。高的发动机。l螺旋气道的形状最复杂，涡流比螺旋气道的形状最复杂，涡流比2 24 4，同样涡流比时的进气阻，同样涡流比时的进气阻力小于切向气道，适用于对进气涡流强度要求较高的发动机。力小于切向气道，适用于对进气涡流强度要求较高的发动机。l组合式进气涡流系统组合式进气涡流系统 上述方法进行组合，以达到需要的涡上述方法进行组合，以达到需要的涡流和流速分布。流和流速分布。l进气涡流在压缩过程中，一边旋转一边被挤入燃烧室凹坑。进气涡流在压缩过程中，一边旋转一边被挤入燃烧室凹坑。为加速混合气的形成，不仅应注意进气涡流比，更应该注意为加速混合气的形成，不仅应注意进气涡流比，更应该注意压缩终了时燃烧室内的涡流比，因为它以及上止点附近的涡压缩终了时燃烧室内的涡流比，因为它以及上止点附近的涡流强度对燃烧过程影响更大。流强度对燃烧过程影响更大。第8页，此课件共163页哦 压缩涡流压缩涡流 在柴油机涡流室燃烧室中，在柴油机涡流室燃烧室中，进气过程不产进气过程不产生涡流，在压缩过程中由主燃烧室经连通道生涡流，在压缩过程中由主燃烧室经连通道进入涡流室（副燃烧室）时，形成强烈的压进入涡流室（副燃烧室）时，形成强烈的压缩涡流。缩涡流。该方式不导致进气阻力增大和进气充量下该方式不导致进气阻力增大和进气充量下降，但存在能量消耗，使循环热效率降低。降，但存在能量消耗，使循环热效率降低。第9页，此课件共163页哦l当活塞接近上止点时，气缸内的空气被挤入活塞顶部的当活塞接近上止点时，气缸内的空气被挤入活塞顶部的燃烧室凹坑内，由此产生挤压涡流燃烧室凹坑内，由此产生挤压涡流(挤流挤流)。l当活塞下行时，凹坑内的燃烧气体又向外流到活塞顶部当活塞下行时，凹坑内的燃烧气体又向外流到活塞顶部外围的环型空间，与空气进一步混合燃烧，这种流动也外围的环型空间，与空气进一步混合燃烧，这种流动也称为逆挤流。称为逆挤流。图图5-23挤流的形成挤流的形成 a)无进气涡流或涡流不强时的挤流无进气涡流或涡流不强时的挤流 b)进气涡流强时的挤流进气涡流强时的挤流 c)逆挤流逆挤流 第10页，此课件共163页哦挤流（挤流（SquishSquish）压缩行程后期，部分活塞压缩行程后期，部分活塞顶面和气缸盖相互靠近挤压顶面和气缸盖相互靠近挤压所产生的所产生的径向径向或或横向横向的气流的气流运动。运动。当活塞下行时，燃烧室中当活塞下行时，燃烧室中的气体向外流到环形空间，产的气体向外流到环形空间，产生生逆挤流逆挤流。第11页，此课件共163页哦 挤流强度取决于燃烧室凹坑喉口直径挤流强度取决于燃烧室凹坑喉口直径dk与活与活塞直径之比，以及活塞顶间隙塞直径之比，以及活塞顶间隙s0，dk和和s0越小越小，即流强度越大。，即流强度越大。挤流不影响充量系数，有挤流不影响充量系数，有助于混合气的形成，但由于持续时间较短（仅助于混合气的形成，但由于持续时间较短（仅在上止点附近），强度相对较弱，一般仅是起在上止点附近），强度相对较弱，一般仅是起配合作用。在汽油机和柴油机都有应用配合作用。在汽油机和柴油机都有应用，汽油，汽油机紧凑型燃烧室都利用较强的挤流运动增强燃机紧凑型燃烧室都利用较强的挤流运动增强燃烧室的湍流强度，促进混合气快速燃烧。烧室的湍流强度，促进混合气快速燃烧。第12页，此课件共163页哦3.3.滚流滚流进气过程中形成的进气过程中形成的绕气缸轴线绕气缸轴线的垂线旋转的垂线旋转的有组织的空气旋的有组织的空气旋流叫滚流，流叫滚流，也称为纵涡也称为纵涡或横轴或横轴涡流涡流。它在压缩过程中动量衰减。它在压缩过程中动量衰减少，在上止点附近变成的小涡流少，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。用于好，对燃烧过程极为有利。用于汽油机和柴油机汽油机和柴油机，在缸内直喷汽，在缸内直喷汽油机上得到广泛应用。油机上得到广泛应用。同时使用涡流与滚流，同时使用涡流与滚流，合成为斜轴涡流（合成为斜轴涡流（inclined swirl）第13页，此课件共163页哦滚流的形成与破碎滚流的形成与破碎a)a)进气过程进气过程 b)b)压缩过程压缩过程 c)c)压缩终了压缩终了第14页，此课件共163页哦4.4.湍流湍流 在气缸内形成的无规则的在气缸内形成的无规则的小尺度气流运动称为湍流，小尺度气流运动称为湍流，也称微涡流。用以促进燃油也称微涡流。用以促进燃油和空气的微混合程度，产生和空气的微混合程度，产生方法多样。方法多样。第15页，此课件共163页哦 内燃机气缸中的气体流动是无规则的非定常运动内燃机气缸中的气体流动是无规则的非定常运动，气体内部及其与固体表面相互作用，使涡不断产，气体内部及其与固体表面相互作用，使涡不断产生、发展、分裂和消失，成为湍流运动。生、发展、分裂和消失，成为湍流运动。湍流特征参数：湍流特征参数：l 平均湍流速度平均湍流速度l 湍流强度湍流强度平均速度瞬时速度第16页，此课件共163页哦l内燃机气缸内的湍流是高度不定常湍流。湍内燃机气缸内的湍流是高度不定常湍流。湍流与燃烧、排放物生成关系极大，例如对火花流与燃烧、排放物生成关系极大，例如对火花点火发动机，主要表现在对火焰传播速率、燃点火发动机，主要表现在对火焰传播速率、燃烧速率、循环变动以及稀燃极限等方面；对压烧速率、循环变动以及稀燃极限等方面；对压燃点火发动机扩散燃烧阶段的燃烧速率取决于燃点火发动机扩散燃烧阶段的燃烧速率取决于空气和燃料混合速率，在湍流中物质传输和混空气和燃料混合速率，在湍流中物质传输和混合速率均大大高于分子间的扩散速率，在一定合速率均大大高于分子间的扩散速率，在一定范围内增加湍流强度，将有利于燃烧过程的进范围内增加湍流强度，将有利于燃烧过程的进行和降低烟度。行和降低烟度。l缸内湍流产生的原因主要可分为两大类：（缸内湍流产生的原因主要可分为两大类：（1）壁面湍流（）壁面湍流（Wall turbulence）气流流过固）气流流过固体物体表面体物体表面时时产生的；（产生的；（2）自由湍流（）自由湍流（free turbulengce）。内燃机气缸内的湍流是以上两）。内燃机气缸内的湍流是以上两种湍流的合成。种湍流的合成。第17页，此课件共163页哦l汽油机的燃烧汽油机的燃烧 预混可燃混合气预混可燃混合气 火花点燃火花点燃 火焰传播火焰传播l柴油机的燃烧柴油机的燃烧 空气空气 燃油缸内直喷燃油缸内直喷 压燃压燃 预混扩散燃烧预混扩散燃烧湍流促进燃烧湍流促进燃烧涡流促进混合和燃烧涡流促进混合和燃烧第18页，此课件共163页哦 总体而言，各种气流运动在带来混合气形成总体而言，各种气流运动在带来混合气形成和燃烧有利的同时，也或多或少的导致了进和燃烧有利的同时，也或多或少的导致了进气充量下降和泵气损失增加，且发动机高、气充量下降和泵气损失增加，且发动机高、低转速时，气流运动强度变化较大，其作用低转速时，气流运动强度变化较大，其作用的稳定性较差。的稳定性较差。所以，所以，柴油机的发展方向仍是高压直喷柴油机的发展方向仍是高压直喷（降（降低了对气流运动的要求）低了对气流运动的要求），气流运动的组织，气流运动的组织仅是辅助作用。仅是辅助作用。第19页，此课件共163页哦内燃机燃料供给系统分类内燃机燃料供给系统分类 内燃机按使用的燃料分为汽油机和柴油机。内燃机按使用的燃料分为汽油机和柴油机。汽油汽油较易蒸发，自燃温度较高。较易蒸发，自燃温度较高。外部混合气形成方式，电火花点火。外部混合气形成方式，电火花点火。变量调节变量调节内燃机的工况调节是通过改变进入气缸的混合气量实现的。内燃机的工况调节是通过改变进入气缸的混合气量实现的。第20页，此课件共163页哦柴油柴油高压喷射内部混合气形成方式，压燃着火。高压喷射内部混合气形成方式，压燃着火。挥发性差，自燃温度低。挥发性差，自燃温度低。变质调节变质调节内燃机的工况调节是通过改变喷入气缸燃油量方式实现的。内燃机的工况调节是通过改变喷入气缸燃油量方式实现的。第21页，此课件共163页哦一、汽油机的燃料供给系统一、汽油机的燃料供给系统SI engine fuel delivery systemSI engine fuel delivery system 化油器化油器 Carburetor SystemCarburetor System 电控汽油喷射系统电控汽油喷射系统 Electronic Fuel Injection System(EFI)Electronic Fuel Injection System(EFI)SPI,PFI,MPI SPI,PFI,MPI第22页，此课件共163页哦二、柴油机的燃料供给系统二、柴油机的燃料供给系统 Diesel Injection SystemDiesel Injection System 泵管嘴喷射系统泵管嘴喷射系统 Pump-line-nozzle systemPump-line-nozzle system泵喷嘴喷射系统泵喷嘴喷射系统 Unit Injector SystemUnit Injector System高压共轨电控喷射系统高压共轨电控喷射系统 Common rail systemCommon rail system第23页，此课件共163页哦u及时、适量的向内燃机气缸内提供燃料及时、适量的向内燃机气缸内提供燃料;u高质量形成可燃混合气，保证燃烧高效进行。高质量形成可燃混合气，保证燃烧高效进行。三、内燃机燃料供给系统的基本功能三、内燃机燃料供给系统的基本功能Primary function of fuel delivery systemPrimary function of fuel delivery system第24页，此课件共163页哦第25页，此课件共163页哦化学能转化为热能的效率相对较高，热能转化为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实热力循环的转换热效率必须考虑真实工质和循环特点。环特点。内燃机特有的燃烧规律内燃机特有的燃烧规律-正常、异常正常、异常燃烧过程对发动机动力性、经济性和排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。放特性等主要特性有重大影响。第26页，此课件共163页哦第27页，此课件共163页哦第一节第一节 燃油的喷射与雾化燃油的喷射与雾化第二节第二节 燃烧与放热燃烧与放热第三节第三节 混合气形成与燃烧室混合气形成与燃烧室第第四四节节 燃烧过程的优化燃烧过程的优化第28页，此课件共163页哦柴油的粘度较大，挥发性较差，需借助机械喷射柴油的粘度较大，挥发性较差，需借助机械喷射的方法使燃油雾化成细小油滴，然后在气缸内部的方法使燃油雾化成细小油滴，然后在气缸内部与空气混合，并利用压缩工质的高温使可燃混合与空气混合，并利用压缩工质的高温使可燃混合气着火燃烧。根据可燃混合气形成的特点，燃烧气着火燃烧。根据可燃混合气形成的特点，燃烧过程是在边蒸发、混合、边燃烧的情况下进行的过程是在边蒸发、混合、边燃烧的情况下进行的，基本上属于扩散混合燃烧。其燃烧的完善程度，基本上属于扩散混合燃烧。其燃烧的完善程度在很大程度上受到可燃混合气形成速度及质量的在很大程度上受到可燃混合气形成速度及质量的影响。因此，影响。因此，改善可燃混合气的质量，并使其形改善可燃混合气的质量，并使其形成速度与燃烧速度相适应，成速度与燃烧速度相适应，是改善柴油机燃烧性是改善柴油机燃烧性能的一个核心问题。能的一个核心问题。第29页，此课件共163页哦一、喷油系统一、喷油系统 1、作用及要求、作用及要求 作用：作用：定时定量并按一定规律向柴油定时定量并按一定规律向柴油机各缸供给高压燃油。机各缸供给高压燃油。柴油机具有热效率高、可靠性好、排气污染少和较柴油机具有热效率高、可靠性好、排气污染少和较大功率范围内的适应性等优点，因而在汽车上的应用大功率范围内的适应性等优点，因而在汽车上的应用愈来愈广泛。愈来愈广泛。第30页，此课件共163页哦要求：要求：1)产生足够高的喷油压力产生足够高的喷油压力保证良好的雾化、混合、保证良好的雾化、混合、燃烧；燃烧；2)实现所要求的喷油规律实现所要求的喷油规律保证合理的燃烧放热规律保证合理的燃烧放热规律和良好的综合性能；和良好的综合性能；3)精确控制喷油量和喷油时间精确控制喷油量和喷油时间满足稳定工况循环喷油满足稳定工况循环喷油量一致，满足工况变化要求，保证各缸喷油量均匀和喷量一致，满足工况变化要求，保证各缸喷油量均匀和喷油正时；油正时；4)避免出现异常喷射现象。避免出现异常喷射现象。第31页，此课件共163页哦l常见的柴油机喷油泵可以分为柱塞式直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系统有端面凸轮驱动的VEVE泵系统和内凸泵系统和内凸轮驱动的径向对置柱塞系统，多用于轿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。的喷油压力，并且对燃油质量要求较高。l近代柴油机电控喷油技术近代柴油机电控喷油技术共轨共轨（common railcommon rail）系统，不同于柱塞脉动）系统，不同于柱塞脉动喷油原理。喷油原理。2、分类、分类第32页，此课件共163页哦l电控燃油喷射技术方面：柴油机电控比汽电控燃油喷射技术方面：柴油机电控比汽油机电控复杂、技术要求高、特别反映在油机电控复杂、技术要求高、特别反映在柴油机电控系统的喷射执行器上，因为它柴油机电控系统的喷射执行器上，因为它在高压下（比汽油机的高几十倍乃至几百在高压下（比汽油机的高几十倍乃至几百倍）工作，对密封、工艺的要求特别高，倍）工作，对密封、工艺的要求特别高，控制用电磁阀不仅要求响应速度高，而且控制用电磁阀不仅要求响应速度高，而且要求体积小，能承受高温、高压的作用，要求体积小，能承受高温、高压的作用，技术难度相当大，此外柴油机对喷油提前技术难度相当大，此外柴油机对喷油提前角控制精度也比汽油机对点火提前角的控角控制精度也比汽油机对点火提前角的控制精度要高。制精度要高。l高压电控共轨系统具备齐全的功能，发展潜高压电控共轨系统具备齐全的功能，发展潜力最大。力最大。第33页，此课件共163页哦3、喷油系统的工作原理、喷油系统的工作原理图图5-1 柱塞式喷油泵燃油供给系柱塞式喷油泵燃油供给系1喷油器喷油器 2燃油滤清器燃油滤清器 3直列柱塞式喷油泵直列柱塞式喷油泵 4喷油提前器喷油提前器 5输油泵输油泵 6调速器调速器 7油水油水分离器分离器 8油箱油箱 9高压油管高压油管 10回油管回油管 11低压油管低压油管1.柱塞式喷油泵供油系统柱塞式喷油泵供油系统 第34页，此课件共163页哦2.分配式喷油泵供油系统分配式喷油泵供油系统 图图5-2 分配式喷油泵燃油供给系分配式喷油泵燃油供给系l-油箱油箱 2-油水分离器油水分离器 3-一级输油泵一级输油泵 4-二级输油泵二级输油泵 5-燃油滤清器燃油滤清器 6-调压阀调压阀 7-分配式分配式喷油泵传动轴喷油泵传动轴 8-调速手柄调速手柄 9-分配式喷油泵体分配式喷油泵体 10-喷油器喷油器 11-回油管回油管12-分配式喷油泵分配式喷油泵 13-喷油提前器喷油提前器 14-调速器传动齿轮调速器传动齿轮 第35页，此课件共163页哦3 3、共轨系统共轨系统 Common RailCommon Rail SystemSystem 柴油机共轨式燃料供给系统，能产生较高的喷油压力（柴油机共轨式燃料供给系统，能产生较高的喷油压力（130130180MPa)180MPa)。压力基本上可保持恒定而不受柴油机转速与负荷的影响，属于压力基本上可保持恒定而不受柴油机转速与负荷的影响，属于恒压式燃料供给系统。恒压式燃料供给系统。系统优点：系统优点：u 改善了柴油机在低速与低负荷时的喷雾品质改善了柴油机在低速与低负荷时的喷雾品质;u 由于燃料喷射是依靠电磁阀开启时间的控制方式，比较容由于燃料喷射是依靠电磁阀开启时间的控制方式，比较容易对喷油时刻与喷油持续期进行调节，易对喷油时刻与喷油持续期进行调节，能够实现较为理想的能够实现较为理想的喷油规律喷油规律;.;.u 在柴油机上的布置比较容易。在柴油机上的布置比较容易。第36页，此课件共163页哦Common Rail SystemCommon Rail System压力传感器 燃油共轨 压力调节器 油 箱 传感器信号 控制信号 EDU ECU 喷油器 高压油泵 滤清器 第37页，此课件共163页哦高压共轨是电控燃油喷射系统：（高压共轨是电控燃油喷射系统：（1）能在发动机）能在发动机全部运行范围内实现对每循环喷油量、喷油定时全部运行范围内实现对每循环喷油量、喷油定时、喷油压力和喷油规律（喷油率、喷油压力和喷油规律（喷油率injection rate）各）各自独立的控制。（自独立的控制。（2）具有极好的燃油密封性。用减）具有极好的燃油密封性。用减少高压油泄漏量的办法，减少驱动燃油泵的功率损失少高压油泄漏量的办法，减少驱动燃油泵的功率损失。（。（3）具有好的可安装性，对柴油机不要求附加）具有好的可安装性，对柴油机不要求附加驱动轴，可以像通常的直列式油泵一样安装，只需驱动轴，可以像通常的直列式油泵一样安装，只需略加修改喷油器支架，就可安装电控喷油器。其缺略加修改喷油器支架，就可安装电控喷油器。其缺点是目前的喷射压力尚只能达到点是目前的喷射压力尚只能达到120MPa。第38页，此课件共163页哦l喷油器可分为孔式和轴针式。孔式一般喷油器可分为孔式和轴针式。孔式一般用于直喷式燃烧室，轴针式一般用于非用于直喷式燃烧室，轴针式一般用于非直喷式燃烧室。直喷式燃烧室。l喷孔流通截面积与升程的关系称为喷油喷孔流通截面积与升程的关系称为喷油嘴的流通特性。嘴的流通特性。4、喷油器、喷油器第39页，此课件共163页哦图图5-5 喷油器的头部结构喷油器的头部结构(a)单孔单孔 (b)多孔多孔 (c)标准轴针标准轴针 (d)节流轴针节流轴针图图5-6不同喷油嘴不同喷油嘴的流通特性的流通特性 第40页，此课件共163页哦喷孔数喷孔数-与进气涡流匹配与进气涡流匹配对于有进气涡流的中小功率柴油机，喷孔数为对于有进气涡流的中小功率柴油机，喷孔数为4 4 6 6个，喷个，喷孔直径为孔直径为0.150.150.35mm;0.35mm;对于缸径较大的柴油机，一般不组织进气涡流，喷孔对于缸径较大的柴油机，一般不组织进气涡流，喷孔多达多达7 7 1212个个;压力室容积压力室容积喷油结束喷油结束后，后，压力室中蓄有的少量燃油压力室中蓄有的少量燃油仍会因膨胀而进仍会因膨胀而进入燃烧室，恶化了柴油机的烟度与入燃烧室，恶化了柴油机的烟度与HCHC的排放指标的排放指标;压力室容积，可以压力室容积，可以采用小压力室采用小压力室（容积小于（容积小于1mm1mm3 3）和）和无压力室（无压力室（VCOVCO）喷嘴。）喷嘴。目前欧洲的轿车柴油机上的目前欧洲的轿车柴油机上的发展趋势发展趋势是是采用小压力室结构采用小压力室结构。第41页，此课件共163页哦喷孔面积喷孔面积喷嘴喷孔面积喷嘴喷孔面积大小与喷油器针阀的升程、喷嘴的结构型式、喷油大小与喷油器针阀的升程、喷嘴的结构型式、喷油压力、供油速率和柴油机结构型式有关压力、供油速率和柴油机结构型式有关。孔式喷嘴孔式喷嘴的的最大喷孔截面最大喷孔截面取决于取决于喷孔的数目和直径喷孔的数目和直径，而，而轴针式轴针式喷嘴喷嘴最大喷孔截面取决于最大喷孔截面取决于针阀最大升程和喷嘴头部的形状针阀最大升程和喷嘴头部的形状。喷孔面积喷孔面积过大过大，会导致，会导致喷油压力与喷油速率降低喷油压力与喷油速率降低，喷油持续期，喷油持续期缩短，喷油雾化质量变差。缩短，喷油雾化质量变差。喷孔面积喷孔面积过小过小，则喷油压力过高且易产生不正常喷射。，则喷油压力过高且易产生不正常喷射。第42页，此课件共163页哦喷油泵的速度特性喷油泵的速度特性在在油量调节齿杆位置不变油量调节齿杆位置不变时，喷油泵每循环喷油量时，喷油泵每循环喷油量g gb b随随油泵转速油泵转速n np p（或柴油机转速（或柴油机转速n n）变化的特性。）变化的特性。()bpgf n齿杆在标定工况油量位置时的速度特性叫做齿杆在标定工况油量位置时的速度特性叫做喷油泵的速度外喷油泵的速度外特性特性。第43页，此课件共163页哦实线实线1 1柴油机充气系数柴油机充气系数 实线实线2 2柴油机转矩曲线柴油机转矩曲线 实线实线3 3喷油泵速度外特性喷油泵速度外特性 实线实线4 4喷油泵部分负荷速度特性喷油泵部分负荷速度特性虚线虚线5 5喷油泵外特性校正喷油泵外特性校正 发动机转速发动机转速第44页，此课件共163页哦喷油特性是喷油系统在高压油路中的行为，主要包喷油特性是喷油系统在高压油路中的行为，主要包括喷油开始时间、喷油持续期、喷油速率变化以及括喷油开始时间、喷油持续期、喷油速率变化以及喷油压力。喷雾特性喷油压力。喷雾特性是是燃油喷入燃烧室后的行为燃油喷入燃烧室后的行为，主要包括贯穿距离、喷雾锥角、喷雾粒径，以，主要包括贯穿距离、喷雾锥角、喷雾粒径，以及油束中燃油浓度、速度和粒度的分布规律。及油束中燃油浓度、速度和粒度的分布规律。第45页，此课件共163页哦1.喷射过程喷射过程:l定义：定义：喷油泵开始供油直至喷油器停止喷喷油泵开始供油直至喷油器停止喷 油的过程，整个喷射过程在全负荷油的过程，整个喷射过程在全负荷 下约占下约占1515 4040曲轴转角。曲轴转角。第46页，此课件共163页哦喷喷射射过过程程喷射延迟阶段喷射延迟阶段I：从喷油泵柱塞顶封闭进回油孔的理论供油始点到喷油器针阀开始升起(喷油始点)为止。主喷射阶段主喷射阶段：从喷油始点到喷油器端压力开始急剧下降为止。喷油结束阶段喷油结束阶段：从喷油器端压力开始急剧下降针阀完全落座(喷油终点)为止。图图5-7喷射过程喷射过程a)喷油泵端压力喷油泵端压力 b)喷油器端压力喷油器端压力 c)针阀升程针阀升程 第47页，此课件共163页哦喷油提前角喷油提前角:燃料喷入气燃料喷入气缸时刻到上止点之间的曲缸时刻到上止点之间的曲轴转角。轴转角。供油提前角供油提前角:喷油泵柱塞关闭进回油孔开始压油到活喷油泵柱塞关闭进回油孔开始压油到活塞上塞上 止点所经历的曲轴转角。止点所经历的曲轴转角。喷油持续期喷油持续期:由喷油开由喷油开始至喷油结束之间的始至喷油结束之间的时间。时间。第48页，此课件共163页哦xfjH喷油延迟角喷油提前角供油提前角xfjH第49页，此课件共163页哦喷射延迟阶段喷射延迟阶段II压力波传导。供油始点和喷油始压力波传导。供油始点和喷油始点一般用供油提前角点一般用供油提前角H H和喷油提前角和喷油提前角fjfj来表示，来表示，两者之差两者之差H H-fjfj称为称为喷油延迟角喷油延迟角。发动机转速越。发动机转速越高以及高压油管越长，则喷油延迟角越大。高以及高压油管越长，则喷油延迟角越大。主喷射阶段主喷射阶段持续供油。持续时间取决于循环持续供油。持续时间取决于循环供油量和喷油速率，通过喷油泵柱塞的有效行程（供油量和喷油速率，通过喷油泵柱塞的有效行程（随柴油机的负荷变化）来决定。随柴油机的负荷变化）来决定。喷油结束阶段喷油结束阶段泵端压力急剧下降。喷油泵端压力急剧下降。喷油雾化质量下降，所以喷油结束阶段应干脆、迅雾化质量下降，所以喷油结束阶段应干脆、迅速。速。第50页，此课件共163页哦l供油速率：供油速率：单位凸轮轴转角（或单位时间）单位凸轮轴转角（或单位时间）由喷油泵供入高压油路中的燃油量；由喷油泵供入高压油路中的燃油量；l喷油速率：喷油速率：单位凸轮轴转角（或单位时间）单位凸轮轴转角（或单位时间）由喷油器喷入燃烧室内的燃油量；由喷油器喷入燃烧室内的燃油量；l供油规律：供油规律：供油速率随凸轮轴转角（或时供油速率随凸轮轴转角（或时间）的变化关系。间）的变化关系。l喷油规律：喷油规律：喷油速率随凸轮轴转角（或时喷油速率随凸轮轴转角（或时间）的变化关系。间）的变化关系。第51页，此课件共163页哦差别差别：始点差别始点差别812曲轴转角；曲轴转角；喷油持续时间较供油持续时间长；喷油持续时间较供油持续时间长；最大喷油速率较供油速率低，其形状有明显畸变，循环喷最大喷油速率较供油速率低，其形状有明显畸变，循环喷油量也低于循环供油量。油量也低于循环供油量。图图5-8 供油规律和喷油规律供油规律和喷油规律 第52页，此课件共163页哦l两者的差别主要原因：两者的差别主要原因：1.1.燃油的可压缩性燃油的可压缩性高压下体积压缩高压下体积压缩 2.2.压力波传播滞后压力波传播滞后管长和转速管长和转速 3.3.压力波动压力波动压力波往复反射和叠加压力波往复反射和叠加 4.4.高压容积变化高压容积变化管路和阀室等的弹性管路和阀室等的弹性 喷油规律是柴油机燃烧和性能优化的喷油规律是柴油机燃烧和性能优化的重要方面。重要方面。第53页，此课件共163页哦l燃油喷入燃烧室后，先是液柱，然后在湍流和液体表面张燃油喷入燃烧室后，先是液柱，然后在湍流和液体表面张力的作用下，并与卷入的空气摩擦冲撞，被细化成燃油微力的作用下，并与卷入的空气摩擦冲撞，被细化成燃油微粒。这个过程，称为粒。这个过程，称为燃油的喷雾或雾化燃油的喷雾或雾化。l将燃油喷射雾化，可以大大将燃油喷射雾化，可以大大增加增加其表面积，其表面积，加速加速混合气形混合气形成。成。l当燃油高速从喷孔喷出当燃油高速从喷孔喷出(喷出速度为喷出速度为l00l00一一300m300ms)s)，油束油束由于压力差作用，逐渐横向扩张，便形成圆锥形状。由于压力差作用，逐渐横向扩张，便形成圆锥形状。第54页，此课件共163页哦湍流和表面张力的作用下，喷雾过程可分为湍流和表面张力的作用下，喷雾过程可分为液柱（分裂距离）、分裂和雾化三个阶段。液柱（分裂距离）、分裂和雾化三个阶段。第55页，此课件共163页哦 燃油雾化燃油雾化 SPRAY ATOMIZATIONSPRAY ATOMIZATION 油束射程 mm 100 50 0 油束射程 mm 50 0 2 3 3.3 3.5 ms(a)(b)破碎长度第56页，此课件共163页哦 油束的几何形状主要包括油束的几何形状主要包括油束射程油束射程L(又称又称贯穿贯穿距离距离)和和喷雾锥角喷雾锥角或或油束的最大宽度油束的最大宽度B。图图5-9 油束的几何形状和参数油束的几何形状和参数 喷射压力、喷油孔的长度直径比、空气与燃油密度比等决喷射压力、喷油孔的长度直径比、空气与燃油密度比等决定油束的几何形状。定油束的几何形状。第57页，此课件共163页哦 贯穿距离和喷雾锥角表征喷油射束在空间的贯穿距离和喷雾锥角表征喷油射束在空间的几何分布特性，与燃烧室内的空气利用及混合气几何分布特性，与燃烧室内的空气利用及混合气均匀性都有密切关系。均匀性都有密切关系。第58页，此课件共163页哦贯穿距离贯穿距离 柴油机燃烧时，希望油束尽可能到柴油机燃烧时，希望油束尽可能到达燃烧达燃烧室室壁面附近，以使燃料分布区域扩大，壁面附近，以使燃料分布区域扩大，特别是高负荷时，由于喷油过程一般要持续到特别是高负荷时，由于喷油过程一般要持续到着火以后，易产生着火以后，易产生“火包油火包油”现象，这现象，这时时希望油希望油束有足够的贯穿力，穿透火焰到达周围空气区束有足够的贯穿力，穿透火焰到达周围空气区。a a 油束射程油束射程L L第59页，此课件共163页哦但并不一定越大越好，这要根据混合气形成的机理与但并不一定越大越好，这要根据混合气形成的机理与燃烧室形状具体分析。燃烧室形状具体分析。L L 燃料喷到壁面上多燃料喷到壁面上多 空间混合气太稀空间混合气太稀。L L 燃料集中燃料集中 混合气分布不均匀，空气混合气分布不均匀，空气利用利用。贯穿率是指贯穿距离与喷孔沿轴线到燃烧室壁贯穿率是指贯穿距离与喷孔沿轴线到燃烧室壁面面距离的距离的比值。比值。直喷式柴油机，一般贯穿率直喷式柴油机，一般贯穿率1 1，但如存在强涡，但如存在强涡流，则流，则11。近年来出现的撞击喷雾，贯穿率要大于近年来出现的撞击喷雾，贯穿率要大于1。第60页，此课件共163页哦b 喷雾锥角喷雾锥角 反映油束的紧密程度。反映油束的紧密程度。孔式喷嘴孔式喷嘴 大大 油束松散，粒细。油束松散，粒细。轴针式喷嘴轴针式喷嘴 小小 油束紧密，粒粗。油束紧密，粒粗。一般情况下一般情况下：喷雾锥角过大，贯穿距离会减小；喷雾锥角过大，贯穿距离会减小；喷雾锥角过小，雾化程度会变差。喷雾锥角过小，雾化程度会变差。第61页，此课件共163页哦l油束夹角应满足沿气缸轴向燃油在活塞顶上方的落点处在油束夹角应满足沿气缸轴向燃油在活塞顶上方的落点处在同一高度；油束锥面下部包含的燃烧室容积与上部到缸盖同一高度；油束锥面下部包含的燃烧室容积与上部到缸盖底面包含的容积基本相同。油束夹角一般在底面包含的容积基本相同。油束夹角一般在140140 160160之间。之间。l油束锥面还与喷嘴突出气缸盖底面高度有关。突出高度油束锥面还与喷嘴突出气缸盖底面高度有关。突出高度在在2 2 4mm4mm之间。之间。l各油束在活塞顶平面的投影位置应使油束分布与燃各油束在活塞顶平面的投影位置应使油束分布与燃烧室内的空气分布与涡流相适应。烧室内的空气分布与涡流相适应。l喷雾锥角与喷射压力、孔径、孔长及加工质量等有关，喷雾锥角与喷射压力、孔径、孔长及加工质量等有关，其值一般为其值一般为1515 3030。油束分布油束分布-喷孔夹角大小兼顾油束上下空气利用喷孔夹角大小兼顾油束上下空气利用第62页，此课件共163页哦c c 雾化质量（雾化特性）雾化质量（雾化特性）用油滴的细度和均匀度表示。细度用油滴的平均直径表示用油滴的细度和均匀度表示。细度用油滴的平均直径表示，该值越小雾化质量越好；均匀度是表示油束中油滴大小相同，该值越小雾化质量越好；均匀度是表示油束中油滴大小相同程度及直径分布的均匀程度。程度及直径分布的均匀程度。常用索特（常用索特（SauterSauter）粒径作为指标评价雾化粒径。它）粒径作为指标评价雾化粒径。它也叫索特平均直径也叫索特平均直径SMDSMD，是所有油粒总体积与总表面积，是所有油粒总体积与总表面积之比。之比。iiiindndSMD23 一般随喷油压力的提高，喷雾粒径变细且均匀度也一般随喷油压力的提高，喷雾粒径变细且均匀度也提高。提高。第63页，此课件共163页哦油滴平均直径油滴平均直径 SAUTER MEAN DIAMETERSAUTER MEAN DIAMETER索特平均直径索特平均直径(SMD)(SMD)：整个油束的液滴总体积与总表面积的比：整个油束的液滴总体积与总表面积的比 3322()ddd dnSMDdd dn0.1350.1210.131()gfuelSMDApqm一般柴油喷雾粒径在一般柴油喷雾粒径在1050m,SMD约为约为2040m。第64页，此课件共163页哦喷油压力喷油压力对喷雾性能的影响对喷雾性能的影响 喷油喷油压力愈高压力愈高，燃料喷雾粒度愈细燃料喷雾粒度愈细，喷油速率喷油速率也也愈高愈高，柴，柴油机的烟度与微粒排放指标也愈好。油机的烟度与微粒排放指标也愈好。小型分隔式燃烧室小型分隔式燃烧室（涡流室与预燃室）柴油机，由于主（涡流室与预燃室）柴油机，由于主副室之间的气体流动为燃料的雾化与混合气形成提供了副室之间的气体流动为燃料的雾化与混合气形成提供了较多的能量，较多的能量，喷油压力一般不超过喷油压力一般不超过40MPa40MPa。直喷式柴油机直喷式柴油机为了达到欧为了达到欧排放标准，排放标准，喷油压力应当不低喷油压力应当不低于于120120150MPa150MPa，甚至要求达到，甚至要求达到200MPa200MPa。采用。采用共轨或泵喷共轨或泵喷嘴系统嘴系统可实现可实现 。第65页，此课件共163页哦3.3.不正常喷射不正常喷射(一一)二次喷射二次喷射 二次喷射是在喷油器针阀落座后，在过大的反射二次喷射是在喷油器针阀落座后，在过大的反射波作用下，波作用下，针阀再次升起进行喷油针阀再次升起进行喷油的一种不正常的一种不正常现象。二次喷射压力低，这部分燃油雾化不良，现象。二次喷射压力低，这部分燃油雾化不良，燃烧不完全，排放污染增加，易积炭堵塞喷孔，燃烧不完全，排放污染增加，易积炭堵塞喷孔，并使整个喷射延续期拉长，后燃烧严重，柴油机并使整个喷射延续期拉长，后燃烧严重，柴油机经济性下降，零部件过热。经济性下降，零部件过热。在高速、大负荷时易出在高速、大负荷时易出现。现。第66页，此课件共163页哦 燃油喷射终了后，针阀又不受控制地第二次开启向气缸内喷燃油喷射终了后，针阀又不受控制地第二次开启向气缸内喷油的现象。油的现象。正常喷射正常喷射二次喷射二次喷射第67页，此课件共163页哦 二次喷射的危害二次喷射的危害 喷油持续时间延长喷油持续时间延长;燃油雾化质量差，燃烧不完全且后燃严重燃油雾化质量差，燃烧不完全且后燃严重，燃燃油消耗率和烟度增加油消耗率和烟度增加;排温升高零部件过热排温升高零部件过热;产生喷孔积炭堵塞。