6柴油机的混合气形成与燃烧.ppt

第六章第六章 柴油机混合气柴油机混合气 形成和燃烧形成和燃烧 目目 录录第一节第一节 柴油机混合气形成与燃烧室柴油机混合气形成与燃烧室第二节第二节 柴油机的喷射与雾化柴油机的喷射与雾化第三节第三节 柴油机的燃烧过程柴油机的燃烧过程第四节第四节 影响燃烧过程的因素影响燃烧过程的因素第五节第五节 柴油机电控技术柴油机电控技术第一节第一节 柴油机混合气形成与燃烧室柴油机混合气形成与燃烧室一、柴油机混合气形成特点与方式一、柴油机混合气形成特点与方式 1.混合气形成特点混合气形成特点 柴油在接近压缩行程终了时，通柴油在接近压缩行程终了时，通过高压喷出的细小油滴进入气缸，与过高压喷出的细小油滴进入气缸，与高温高压的热空气混合，经过一系列高温高压的热空气混合，经过一系列物理化学准备，然后着火燃烧物理化学准备，然后着火燃烧。1.1.混合气形成特点混合气形成特点n柴油机混合气的形成时间极短，柴油机混合气的形成时间极短，直接喷直接喷入气缸的燃油难与空气良好混合，入气缸的燃油难与空气良好混合，形成形成的混合气不均匀。的混合气不均匀。n喷油与燃烧重叠，喷油与燃烧重叠，存在边燃烧、边喷油、存在边燃烧、边喷油、边混合的情况，因此，边混合的情况，因此，混合气形成过程混合气形成过程很复杂。很复杂。n柴油机混合气形成品质与燃烧室结构和柴油机混合气形成品质与燃烧室结构和气缸中的空气运动关系密切。气缸中的空气运动关系密切。2 2混合气形成方式混合气形成方式 (1)(1)空间雾化混合空间雾化混合n n定义：定义：将燃油喷向燃烧室空间，形将燃油喷向燃烧室空间，形成雾化油滴，并从高温空气中吸热成雾化油滴，并从高温空气中吸热蒸发、扩散，与空气形成混合气。蒸发、扩散，与空气形成混合气。n要求：要求：喷雾细碎，喷注射程和形状喷雾细碎，喷注射程和形状与燃烧室相匹配；燃烧室内有一定与燃烧室相匹配；燃烧室内有一定的空气运动。如图的空气运动。如图4141所示。所示。图图4-1 空气运动对混合气形成的影响空气运动对混合气形成的影响 (1)(1)空间雾化混合空间雾化混合说明：说明：n喷注着火后，旋转的气流将燃烧产物吹喷注着火后，旋转的气流将燃烧产物吹走，并及时向未燃烧完的油滴提供新鲜走，并及时向未燃烧完的油滴提供新鲜空气，提高空气利用率，加速混合气的空气，提高空气利用率，加速混合气的形成和燃烧。形成和燃烧。n气缸内的涡流运动并非越强越好。涡流气缸内的涡流运动并非越强越好。涡流过强，过强会使燃烧产物与相邻的喷注过强，过强会使燃烧产物与相邻的喷注重叠，从而影响燃烧，同时使进气阻力重叠，从而影响燃烧，同时使进气阻力加大，充量系数下降。加大，充量系数下降。2 2混合气形成方式混合气形成方式(2)(2)油膜蒸发混合油膜蒸发混合n n定义：定义：将大部分燃油喷涂到燃烧室壁将大部分燃油喷涂到燃烧室壁面上，形成一层油膜，油膜受热蒸发面上，形成一层油膜，油膜受热蒸发气化，在燃烧室中强烈的涡流作用下，气化，在燃烧室中强烈的涡流作用下，燃油蒸气与空气形成较均匀的可燃混燃油蒸气与空气形成较均匀的可燃混合气。合气。n车用柴油机在工作中，两种混合方式车用柴油机在工作中，两种混合方式兼而有之，只是以其中一种方式为主兼而有之，只是以其中一种方式为主要方式。要方式。第二节第二节 柴油机的喷射与雾化柴油机的喷射与雾化n n喷油泵的作用：喷油泵的作用：定时、定量地经高压油定时、定量地经高压油管向各缸的喷油器周期性地供给高压燃管向各缸的喷油器周期性地供给高压燃油。油。n n喷油器的作用：喷油器的作用：将喷油泵供给的高压燃将喷油泵供给的高压燃油喷入柴油机燃烧室内，使燃油雾化成油喷入柴油机燃烧室内，使燃油雾化成微小的油粒，并按一定的要求适当地分微小的油粒，并按一定的要求适当地分布在燃烧室内。布在燃烧室内。一、燃油喷射一、燃油喷射 1、喷射过程喷射过程：供油开始至喷油停止的过供油开始至喷油停止的过程，约占程，约占1535度曲轴转角。度曲轴转角。n分段：分段：n喷油延迟阶段喷油延迟阶段n主喷射阶段主喷射阶段n滴漏阶段滴漏阶段喷油延迟阶段喷油延迟阶段n定义定义：n从喷油泵压出燃油（供油始点）到喷油从喷油泵压出燃油（供油始点）到喷油器针阀开始抬起（喷油始点）为止，这器针阀开始抬起（喷油始点）为止，这一阶段称为喷油延迟阶段。一阶段称为喷油延迟阶段。n喷油（泵喷油开始）提前角与供油（喷喷油（泵喷油开始）提前角与供油（喷油开始）提前角的差值。油开始）提前角的差值。n影响因素影响因素：转速升高，喷油延迟角加大；转速升高，喷油延迟角加大；高压油管较长，压力波传播时间较长，高压油管较长，压力波传播时间较长，喷油延迟角也会较大。喷油延迟角也会较大。主喷射阶段主喷射阶段n定义定义：n从喷油始点到喷油器端压力开始急剧从喷油始点到喷油器端压力开始急剧下降时为止，这一阶段称为下降时为止，这一阶段称为主喷射阶主喷射阶段段。n从喷油开始到嘴端压力急剧下降所对从喷油开始到嘴端压力急剧下降所对应的时间或曲轴转角。应的时间或曲轴转角。n影响因素影响因素：负荷增加主喷射阶段变长。负荷增加主喷射阶段变长。滴漏阶段（喷射结束阶段）滴漏阶段（喷射结束阶段）n定义定义：从喷油器端压力急剧下降到停止从喷油器端压力急剧下降到停止喷油（针阀落座），这一阶段称为滴漏喷油（针阀落座），这一阶段称为滴漏阶段。阶段。n特点特点：压力降低、所喷燃油雾化不好，压力降低、所喷燃油雾化不好，造成燃烧恶化。造成燃烧恶化。几种典型喷油规律图几种典型喷油规律图 nI采用高速凸轮，喷油率大，曲线变化陡，喷油延续时采用高速凸轮，喷油率大，曲线变化陡，喷油延续时间短，柴油机经济性和动力性好，但工作粗暴、噪声大。间短，柴油机经济性和动力性好，但工作粗暴、噪声大。nIIII开始喷油速率较大，曲线上升陡，柴油机工作粗暴；开始喷油速率较大，曲线上升陡，柴油机工作粗暴；而后曲线下降平缓，后喷速率小，喷油延续时间长，使燃烧而后曲线下降平缓，后喷速率小，喷油延续时间长，使燃烧时间拖长，补燃多，性能不好。时间拖长，补燃多，性能不好。nIIIIII开始喷油速率较低，曲线变化平缓，柴油机工作柔开始喷油速率较低，曲线变化平缓，柴油机工作柔和；接着加大喷油速率，使喷油总体时间不长，保证燃烧效和；接着加大喷油速率，使喷油总体时间不长，保证燃烧效率，效果较好。率，效果较好。二、二、供油规律及喷油规律供油规律及喷油规律定义定义：（1）几何供油规律几何供油规律：单位时间（曲轴转角）内单位时间（曲轴转角）内油泵的供油量随时间（或曲轴转角）的变化关油泵的供油量随时间（或曲轴转角）的变化关系。它纯粹是由喷油泵柱塞的几何尺寸和运动系。它纯粹是由喷油泵柱塞的几何尺寸和运动规律确定的。规律确定的。（2）喷油规律喷油规律：即喷油速率，单位时间（曲轴即喷油速率，单位时间（曲轴转角）内喷油器喷入燃烧室内的燃油量随时间转角）内喷油器喷入燃烧室内的燃油量随时间（曲轴转角）的变化关系；（曲轴转角）的变化关系；二、二、供油规律及喷油规律供油规律及喷油规律n n二者的区别二者的区别：喷油始点迟于供油始点；喷油始点迟于供油始点；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；喷油规律的峰值低于供油规律。喷油规律的峰值低于供油规律。n n造成二者区别的原因造成二者区别的原因：I.燃油的可压缩性，使系统内产生压燃油的可压缩性，使系统内产生压力波的传播；高压油管的弹性变形引力波的传播；高压油管的弹性变形引起容积的变化；起容积的变化；II.压力波的往复反射和叠加的作用。压力波的往复反射和叠加的作用。三、不正常喷射现象和穴蚀三、不正常喷射现象和穴蚀（l）二次喷射现象二次喷射现象：既在喷射终了喷油器既在喷射终了喷油器针阀落座以后，在压力波动的影响下再次升起针阀落座以后，在压力波动的影响下再次升起喷油的现象。喷油的现象。n危害危害：压力低雾化不良，燃烧不完全，碳压力低雾化不良，燃烧不完全，碳烟增多，易引起喷孔堵塞；烟增多，易引起喷孔堵塞；时间长燃烧不及时，经济性下降，时间长燃烧不及时，经济性下降，零部件过热。零部件过热。（l）二次喷射现象：）二次喷射现象：解决措施解决措施：尽可能地缩短高压油管长度，减小高压容积，尽可能地缩短高压油管长度，减小高压容积，以降低压力波动；以降低压力波动；合理选择参数，如喷油泵柱塞直径、凸轮廓线、合理选择参数，如喷油泵柱塞直径、凸轮廓线、出油阀形式及尺寸、出油阀减压容积、高压油出油阀形式及尺寸、出油阀减压容积、高压油管内径、喷油器喷孔尺寸、针阀开启压力等。管内径、喷油器喷孔尺寸、针阀开启压力等。易发工况易发工况：高速大负荷（加速、爬坡、超载）高速大负荷（加速、爬坡、超载）三、不正常喷射现象和穴蚀三、不正常喷射现象和穴蚀（2）滴油现象滴油现象：在喷油器针阀密封正常的在喷油器针阀密封正常的情况下，喷射终了时由于系统内的压力情况下，喷射终了时由于系统内的压力下降过慢使针阀不能迅速落座，出现仍下降过慢使针阀不能迅速落座，出现仍有燃油流出的现象。有燃油流出的现象。n危害危害：喷射压力极低，雾化奇差，积喷射压力极低，雾化奇差，积碳、堵塞喷孔碳、堵塞喷孔n解决措施解决措施：合理匹配减压容积，使得合理匹配减压容积，使得压力下降迅速、残余压力压力下降迅速、残余压力P P0 0降低降低 三、不正常喷射现象和穴蚀三、不正常喷射现象和穴蚀（3）断续喷射断续喷射：n定义定义：由于在某一瞬间喷油泵的供油量小由于在某一瞬间喷油泵的供油量小于从喷油器喷出的油量和填充针阀升空出空于从喷油器喷出的油量和填充针阀升空出空间的油量之和，造成针阀在喷射过程中周期间的油量之和，造成针阀在喷射过程中周期性跳动的现象。性跳动的现象。n危害危害：喷射压力低喷射压力低（雾化不良，燃烧不完（雾化不良，燃烧不完全，碳烟增多，易引起喷孔堵塞）全，碳烟增多，易引起喷孔堵塞）、多次起多次起落磨损偶件落磨损偶件n解决措施解决措施：合理匹配供油规律、喷油规律合理匹配供油规律、喷油规律及管路结构及管路结构 三、不正常喷射现象和穴蚀三、不正常喷射现象和穴蚀（4）不规则喷射和隔次喷射不规则喷射和隔次喷射：n定义定义：供油量过小时，循环喷油量不断供油量过小时，循环喷油量不断变动甚至出现有的循环不喷油的现象。变动甚至出现有的循环不喷油的现象。n危害危害：循环波动增加、怠速不稳、限制循环波动增加、怠速不稳、限制 最低稳定转速最低稳定转速n易发工况易发工况：怠速、极小负荷怠速、极小负荷n改进措施改进措施：减少高压油管的容积并提高减少高压油管的容积并提高 其刚度其刚度 三、不正常喷射现象和穴蚀三、不正常喷射现象和穴蚀（5）穴蚀穴蚀n在油路中存在压力波动在油路中存在压力波动n出现极低的压力喷嘴处的高温出现极低的压力喷嘴处的高温n形成蒸汽泡形成蒸汽泡n高压回来高压回来n气泡破裂气泡破裂n形成激波（压力很高，足以破坏金属表面）形成激波（压力很高，足以破坏金属表面）n多次冲击形成小孔多次冲击形成小孔n破坏配合面及密封破坏配合面及密封四、燃油的雾化和油束特性四、燃油的雾化和油束特性n定义定义：燃油经喷孔喷出时，在气缸中被燃油经喷孔喷出时，在气缸中被破碎成微粒的过程，称为燃油的喷雾或破碎成微粒的过程，称为燃油的喷雾或雾化雾化。1.油束的形成及特性油束的形成及特性2）喷注的射程喷注的射程(或贯穿距离或贯穿距离)L 喷注的射程表示喷注前端在压缩空气中贯喷注的射程表示喷注前端在压缩空气中贯穿的深度。穿的深度。根据混合根据混合气形成方式对气形成方式对喷注射程喷注射程L L要要求不同，它必求不同，它必须与燃烧室配须与燃烧室配合。合。1.油束的形成及特性油束的形成及特性1）喷注锥角喷注锥角n喷注锥角标志油束紧密程度，口大说明喷注喷注锥角标志油束紧密程度，口大说明喷注松散、油滴细。松散、油滴细。n主要取决于主要取决于喷孔尺寸喷孔尺寸和和形状形状。1.油束的形成及特性油束的形成及特性 3）雾化质量雾化质量n定义定义：是表示燃油喷散雾化的程度，是表示燃油喷散雾化的程度，一般是指喷雾的细度和均匀度。一般是指喷雾的细度和均匀度。n细度细度：用液滴平均直径来表示。直径用液滴平均直径来表示。直径越小，油束雾化得越细。越小，油束雾化得越细。n均匀度均匀度：油束中液滴大小相同的程度油束中液滴大小相同的程度及液滴在油束内分布的均匀程度。及液滴在油束内分布的均匀程度。1.油束的形成及特性油束的形成及特性n曲线越窄，越靠曲线越窄，越靠近纵坐标轴，表近纵坐标轴，表示油粒越细，越示油粒越细，越均匀。均匀。n不同的燃烧室，不同的燃烧室，对喷雾质量的要对喷雾质量的要求不同。求不同。1.油束的形成及特性油束的形成及特性n油束的最大宽度油束的最大宽度B；n贯穿率：贯穿率：表征是否有一部分燃油喷射表征是否有一部分燃油喷射到了燃烧室的壁面上。到了燃烧室的壁面上。2.影响油束特性的主要因素影响油束特性的主要因素n喷油器的结构喷油器的结构n喷孔直径和数量喷孔直径和数量n喷油器喷孔的长度直径比喷油器喷孔的长度直径比n喷油压力喷油压力n介质的反压力介质的反压力n喷油泵凸轮外形喷油泵凸轮外形 及转速及转速第三节第三节 柴油机的柴油机的燃烧过程燃烧过程一、燃烧过程一、燃烧过程n滞燃期滞燃期n速燃期速燃期n缓燃期缓燃期n补燃期补燃期 1、着火延迟期（滞燃期）、着火延迟期（滞燃期）n定义定义：从开始喷油瞬时到开始着火瞬时的一段从开始喷油瞬时到开始着火瞬时的一段时间，用毫秒或曲轴转角表示。时间，用毫秒或曲轴转角表示。n作用作用：在着火延迟期内，燃烧室内进行着混合在着火延迟期内，燃烧室内进行着混合气准备的物理和化学过程。气准备的物理和化学过程。n着火延迟期一般为着火延迟期一般为0.73ms0.73ms。n主要影响因素主要影响因素：燃烧室内工质的状态（如：燃烧室内工质的状态（如T，P和燃料种类）。和燃料种类）。n Tc i n十六烷值十六烷值i 2、速燃期、速燃期n定义定义：是从气缸内着火开始，到出现最高燃烧压力是从气缸内着火开始，到出现最高燃烧压力时为止的一段时间，以曲轴转角表示。时为止的一段时间，以曲轴转角表示。n作用作用：工质做功，使压力急剧上升。工质做功，使压力急剧上升。n评价参数评价参数：平均压力升高率：平均压力升高率n应控制在应控制在0.4-0.6 0.4-0.6 MPaMPa/（）CACA以下。以下。2、速燃期、速燃期n要求要求：在适宜的压力升高率下越多越好在适宜的压力升高率下越多越好n影响因素影响因素（滞燃期内形成的混合气量）：（滞燃期内形成的混合气量）：n缸内温度、压力十六烷值缸内温度、压力十六烷值 影响滞燃影响滞燃期期n喷油规律、蒸发速率决定在滞燃期内形喷油规律、蒸发速率决定在滞燃期内形成的混合气量成的混合气量3、缓燃期、缓燃期n定义定义：是从气缸内出现最高压力起，到出现最高温度是从气缸内出现最高压力起，到出现最高温度时为止的一段时间，以曲轴转角表示。时为止的一段时间，以曲轴转角表示。n作用作用：速燃期内未燃烧的燃油和后喷入的燃油在具有速燃期内未燃烧的燃油和后喷入的燃油在具有大量废气的环境中较慢定压燃烧。大量废气的环境中较慢定压燃烧。n特点特点：n缸内废气缸内废气 ，氧气，氧气 ，燃烧条件不利，边混合边，燃烧条件不利，边混合边燃烧局部高温缺氧燃料裂解形成碳烟燃烧局部高温缺氧燃料裂解形成碳烟冒烟、经济冒烟、经济性差性差。n柴油机均在柴油机均在11的条件下工作，使柴油机容积利用的条件下工作，使柴油机容积利用率这是其比质量，升功率不如汽油机的原因之一。率这是其比质量，升功率不如汽油机的原因之一。4、补燃期、补燃期n定义定义：是从气缸内出现最高燃烧温度起，到燃烧是从气缸内出现最高燃烧温度起，到燃烧是从气缸内出现最高燃烧温度起，到燃烧是从气缸内出现最高燃烧温度起，到燃烧基本结束为止的一段时间，以曲轴转角表示。基本结束为止的一段时间，以曲轴转角表示。基本结束为止的一段时间，以曲轴转角表示。基本结束为止的一段时间，以曲轴转角表示。n特点特点：n时间短促，混合气不太均，对经济性不利。时间短促，混合气不太均，对经济性不利。n后燃还增加了有关零部件的热负荷。后燃还增加了有关零部件的热负荷。n补燃期的终点很难准确地确定。补燃期的终点很难准确地确定。n影响因素影响因素：重馏份比例（：重馏份比例（T90、T95）n n应尽量缩短补燃期，减少补燃期内燃烧的燃油量。应尽量缩短补燃期，减少补燃期内燃烧的燃油量。应尽量缩短补燃期，减少补燃期内燃烧的燃油量。应尽量缩短补燃期，减少补燃期内燃烧的燃油量。二、燃烧过程存在的问题二、燃烧过程存在的问题1 1混合气形成困难及燃烧不完全混合气形成困难及燃烧不完全n n产生原因产生原因产生原因产生原因n n柴油机形成混合气时间短，燃烧非均质混柴油机形成混合气时间短，燃烧非均质混柴油机形成混合气时间短，燃烧非均质混柴油机形成混合气时间短，燃烧非均质混合气合气合气合气，因此，燃烧时缸内情况异常复杂。，因此，燃烧时缸内情况异常复杂。n n缸内空气和燃油混合极不均匀缸内空气和燃油混合极不均匀缸内空气和燃油混合极不均匀缸内空气和燃油混合极不均匀，使一部分，使一部分燃油在高温缺氧条件下不能完全燃烧，致燃油在高温缺氧条件下不能完全燃烧，致使排气冒烟，使排气冒烟，经济性下降经济性下降经济性下降经济性下降。n n解决措施解决措施解决措施解决措施提高过量空气系数提高过量空气系数组织气缸内气体运动组织气缸内气体运动二、燃烧过程存在的问题二、燃烧过程存在的问题2 2燃烧噪声燃烧噪声n n产生原因产生原因产生原因产生原因n柴油机的压缩比高，混合气几乎同时燃烧，柴油机的压缩比高，混合气几乎同时燃烧，急急急急剧升高的压力剧升高的压力剧升高的压力剧升高的压力，直接使燃烧室壁面及活塞、曲，直接使燃烧室壁面及活塞、曲轴等机件受冲击，产生强烈振动，并通过气缸轴等机件受冲击，产生强烈振动，并通过气缸壁传到外部，从而壁传到外部，从而形成燃烧噪声形成燃烧噪声形成燃烧噪声形成燃烧噪声。n n解决措施解决措施解决措施解决措施 缩短滞燃期缩短滞燃期，减少滞燃期的喷油量减少滞燃期的喷油量，抑抑制滞燃期中混合气的形成制滞燃期中混合气的形成，是减轻噪声的主，是减轻噪声的主要途径。要途径。二、燃烧过程存在的问题二、燃烧过程存在的问题3 3排气冒烟排气冒烟n n后果：后果：后果：后果：降低经济性，污染大气。降低经济性，污染大气。n n生成：生成：生成：生成：碳烟的形成是燃油在高温缺氧条件下燃烧所致。碳烟的形成是燃油在高温缺氧条件下燃烧所致。n n解决措施解决措施解决措施解决措施n n增大过量空气系数增大过量空气系数增大过量空气系数增大过量空气系数n n组织空气运动组织空气运动组织空气运动组织空气运动 4 4有害的废气成分有害的废气成分 柴油机废气中的柴油机废气中的NO。HC、CO以及以及S02等均有等均有害于人体，污染大气。表害于人体，污染大气。表62为车用柴油机有害为车用柴油机有害废气的大致范围。废气的大致范围。二、燃烧过程存在的问题二、燃烧过程存在的问题nNOxNOx是柴油机废气中主要有害成分。其生成是柴油机废气中主要有害成分。其生成量取决于反应物量取决于反应物N N2 2、0 02 2、O O、N N的浓度，反应的浓度，反应进行时的温度，以及反应进行的时间长短。进行时的温度，以及反应进行的时间长短。因此，为降低因此，为降低NOxNOx 生成量，必须降低火焰高生成量，必须降低火焰高峰温度、缩短空气在高温下停留的时间，减峰温度、缩短空气在高温下停留的时间，减少过量空气系数等。少过量空气系数等。nHCHC主要是未燃的燃料，裂解反应的碳氧化合主要是未燃的燃料，裂解反应的碳氧化合物，以及少量氧化反应的中间产物物，以及少量氧化反应的中间产物(醛、酮醛、酮等等)。它们是由于混合气形成不良，燃烧组。它们是由于混合气形成不良，燃烧组织得不完善、窜机油等原因引起。织得不完善、窜机油等原因引起。nCOCO是燃油不完全燃烧时所产生的。主要是在是燃油不完全燃烧时所产生的。主要是在局部缺氧或低温下形成。局部缺氧或低温下形成。4 4有害的废气成分有害的废气成分 第三节第三节 柴油机燃烧室柴油机燃烧室柴油机柴油机燃烧室燃烧室直接喷射式直接喷射式燃烧室燃烧室 分开式分开式燃烧室燃烧室 开式开式 半开式半开式 涡流室式涡流室式燃烧室燃烧室 预燃室式预燃室式燃烧室燃烧室 一一.直接喷射式燃烧室直接喷射式燃烧室结构特点结构特点：n n整个燃烧室由气缸盖底平面、活塞整个燃烧室由气缸盖底平面、活塞项面及气缸壁所形成的统一空间内。项面及气缸壁所形成的统一空间内。n n活塞顶上均开有深浅不同、形状各活塞顶上均开有深浅不同、形状各异的凹坑。异的凹坑。一一.直接喷射式燃烧室直接喷射式燃烧室n开式燃烧室开式燃烧室n混合气形成主要靠混合气形成主要靠油束与燃烧室形状油束与燃烧室形状配合配合。不组织空气运动或辅以微弱的。不组织空气运动或辅以微弱的空气运动。空气运动。n空气利用率低，但经济性好，主要用空气利用率低，但经济性好，主要用在大中型柴油机上。在大中型柴油机上。n n目前汽车、拖拉机柴油机上多采用目前汽车、拖拉机柴油机上多采用半开半开式燃烧室式燃烧室。(一一)半开式燃烧室的空气涡流运动半开式燃烧室的空气涡流运动1.1.进气涡流进气涡流 a a a a：切向气道：切向气道：切向气道：切向气道：特点：气道母线与气缸相切，特点：气道母线与气缸相切，气道形状较平直，在气门前强烈收缩。气流通气道形状较平直，在气门前强烈收缩。气流通过切向气道时速度愈来愈快，并且沿切线方向过切向气道时速度愈来愈快，并且沿切线方向进入，在气缸壁上转向，产生绕气缸中心线的进入，在气缸壁上转向，产生绕气缸中心线的气流旋转运动。气流旋转运动。n优点：优点：结构简单，流动阻力较小。结构简单，流动阻力较小。n缺点：缺点：对气口位置敏感。对气口位置敏感。(一一)半开式燃烧室的空气涡流运动半开式燃烧室的空气涡流运动 b b b b：螺旋气道：螺旋气道：螺旋气道：螺旋气道：把气门座上方的气道内腔做成螺把气门座上方的气道内腔做成螺旋形，使空气流经气门座时，一部分在气道内部旋形，使空气流经气门座时，一部分在气道内部形成绕气门中心的旋转运动，其强度仅与气道本形成绕气门中心的旋转运动，其强度仅与气道本身结构有关。另一部分近于切向气流、顺着气缸身结构有关。另一部分近于切向气流、顺着气缸壁绕气缸中心线旋转。壁绕气缸中心线旋转。n n优点：优点：优点：优点：螺旋气道能产生螺旋气道能产生 较强的进气涡流。较强的进气涡流。n n缺点：缺点：缺点：缺点：制造工艺要求高，制造工艺要求高，调试工作量较大。调试工作量较大。(一一)半开式燃烧室的空气涡流运动半开式燃烧室的空气涡流运动2.2.挤流挤流 燃烧室喉口直径及挤气间隙愈小，则燃烧室喉口直径及挤气间隙愈小，则挤流愈强。挤涡流与进气涡流相比，它不影挤流愈强。挤涡流与进气涡流相比，它不影响充气效率，但涡流强度较小，且维持时间响充气效率，但涡流强度较小，且维持时间短，随着活塞向下运动，很快减弱消失短，随着活塞向下运动，很快减弱消失。(二二)以以形为代表的半开式燃烧室形为代表的半开式燃烧室n n特点：特点：采用多喷孔喷嘴、采用多喷孔喷嘴、3-53-5孔，依靠燃孔，依靠燃油在空间雾化来油在空间雾化来实现；实现；组织进气涡流，组织进气涡流，加速混合气形成。加速混合气形成。(二二)以以形为代表的半开式燃烧室形为代表的半开式燃烧室n n主要结构参数：主要结构参数：n ；的大小要与喷注的大小要与喷注射程，涡流强度互相配合。射程，涡流强度互相配合。n ；凹坑内燃烧室容凹坑内燃烧室容积；积；压缩容积。其值增大，相对散压缩容积。其值增大，相对散热面小，挤流加强，有利于混合。热面小，挤流加强，有利于混合。(二二)以以形为代表的半开式燃烧室形为代表的半开式燃烧室优点：优点：n结构简单，相对散热面积小（即燃烧室结构简单，相对散热面积小（即燃烧室表面积和其容积之比小），可以获得表面积和其容积之比小），可以获得较较高的经济性高的经济性。n散热面积小，压缩终点温度容易建立，散热面积小，压缩终点温度容易建立，压缩比也较低，约为压缩比也较低，约为15-1715-17。它的低温起它的低温起动性好动性好。(二二)以以形为代表的半开式燃烧室形为代表的半开式燃烧室缺点：缺点：n开启压力大开启压力大20MPa20MPa左右，左右，喷油泵易磨损喷油泵易磨损。n滞燃期滞燃期中形成的可燃混合气量较多，中形成的可燃混合气量较多，较高，较高，工作粗暴工作粗暴；n过量空气系数较大，全负荷在过量空气系数较大，全负荷在1.31.3以上，以上，对转速变化较敏感对转速变化较敏感；n温度较高，空气在高温停留的时间又长，温度较高，空气在高温停留的时间又长，故故NONOX X排放高排放高，比分隔式燃烧室大。比分隔式燃烧室大。(二二)以以形为代表的半开式燃烧室形为代表的半开式燃烧室 形燃烧室形燃烧室1 1一燃烧室一燃烧室 2 2一余隙空间一余隙空间 3 3一喷油器一喷油器 1 1(三三)其他形式的半开式燃烧室其他形式的半开式燃烧室1.1.球形油膜燃烧室球形油膜燃烧室 在活塞顶上挖一较深的呈球形的凹坑，在活塞顶上挖一较深的呈球形的凹坑，采用单孔或双孔喷嘴，一般均配有螺旋采用单孔或双孔喷嘴，一般均配有螺旋进气道产生强进气涡流。进气道产生强进气涡流。混合气形成混合气形成n是以油膜蒸发混合的方式是以油膜蒸发混合的方式(或称或称M M过程过程)进行的，将大进行的，将大部分燃油顺涡流方向喷到燃烧室壁面上，在涡流的部分燃油顺涡流方向喷到燃烧室壁面上，在涡流的作用下，燃油均匀地涂在燃烧室壁上，形成一层很作用下，燃油均匀地涂在燃烧室壁上，形成一层很薄的油膜。薄的油膜。n只有一小部分从喷注中分散出来的燃油，以雾状分只有一小部分从喷注中分散出来的燃油，以雾状分散在燃烧室空间，在高温空气中着火，形成火源。散在燃烧室空间，在高温空气中着火，形成火源。n然后靠燃烧室壁面油膜蒸发并和空气混合。然后靠燃烧室壁面油膜蒸发并和空气混合。n随着燃烧进行，产生大量热，辐射在油膜上，使油随着燃烧进行，产生大量热，辐射在油膜上，使油膜加速蒸发，不断地与高速旋转的气流混合，达到膜加速蒸发，不断地与高速旋转的气流混合，达到迅速燃烧。迅速燃烧。1.1.球形油膜燃烧室球形油膜燃烧室n n主要特点：主要特点：n燃烧室面容比小，对外传热相对较少，燃烧室面容比小，对外传热相对较少，经济经济性好性好。n由于大部分燃油喷到燃烧室内温度较低的室由于大部分燃油喷到燃烧室内温度较低的室壁上，因而滞燃期内形成的混合气数量较少，壁上，因而滞燃期内形成的混合气数量较少，燃烧初期放热低，燃烧初期放热低，平均压力升高率较小，工平均压力升高率较小，工作柔和，噪声较小。作柔和，噪声较小。n着火后的高温燃气使油膜蒸发加快，同时避着火后的高温燃气使油膜蒸发加快，同时避免大量油滴被高温空气包围，因而冒烟少。免大量油滴被高温空气包围，因而冒烟少。对燃油的品质及雾化质量要求较低。对燃油的品质及雾化质量要求较低。2.2.复合式燃烧室复合式燃烧室特点：特点：n ；n中等或强的进气涡流；中等或强的进气涡流；n空间油膜混合；空间油膜混合；n高转速时，高转速时，沿壁面分布燃料增多；沿壁面分布燃料增多；n低转速时，低转速时，空间分布燃料增多。空间分布燃料增多。二分开式燃烧室二分开式燃烧室 n n分开式燃烧室分开式燃烧室是整个燃烧室分隔在两是整个燃烧室分隔在两个空间，主燃烧室设于活塞顶上，副个空间，主燃烧室设于活塞顶上，副燃烧室则在气缸盖内，其间用通道相燃烧室则在气缸盖内，其间用通道相连。连。n n分隔式燃烧室有：分隔式燃烧室有：n涡流燃烧室涡流燃烧室n预燃烧室等预燃烧室等1.1.涡流燃烧室涡流燃烧室1)1)结构特点：结构特点：n副燃烧室容积副燃烧室容积Vk称为涡流室。称为涡流室。n一般一般Vk/VC=5080%，通道截面约为，通道截面约为活塞面积的活塞面积的0.93.5。n通道方向与活塞顶成一定的角度并与涡流通道方向与活塞顶成一定的角度并与涡流室相切。室相切。1.1.涡流燃烧室涡流燃烧室1)1)结构特点：结构特点：n涡流室通常由两部分组涡流室通常由两部分组成成:n上部与气缸盖铸在一上部与气缸盖铸在一起。起。n下部（包括连接通道）下部（包括连接通道）由耐热钢制成，称为由耐热钢制成，称为“保温镶块保温镶块”。1.1.涡流燃烧室涡流燃烧室1.1.涡流燃烧室涡流燃烧室2)2)混合气形成特点：混合气形成特点：随着转速升高，涡流增加；随着转速升高，涡流增加；部分燃油在通道口附近靠近壁面处着部分燃油在通道口附近靠近壁面处着火；火；二次涡流（燃烧涡流）进一步混合。二次涡流（燃烧涡流）进一步混合。对燃油适应性好。对燃油适应性好。1.1.涡流燃烧室涡流燃烧室3 3）主要优点：主要优点：过量空气系数较小，全负荷时约为过量空气系数较小，全负荷时约为1.21.21.31.3，最低可到最低可到1.11.1，空气利用率较高空气利用率较高。对喷雾质量要求不高对喷雾质量要求不高，可用单孔式喷嘴，开启，可用单孔式喷嘴，开启压力较低压力较低121214MPa14MPa；对燃油系的要求低对燃油系的要求低，减，减少喷嘴堵塞现象。少喷嘴堵塞现象。对转速变化不敏感对转速变化不敏感，高速性好，最高转速可达，高速性好，最高转速可达 5000r5000rminmin。较低，较低，运转平稳运转平稳；排气污染小排气污染小，易于调，易于调试；试；使用性能稳定使用性能稳定。1.1.涡流燃烧室涡流燃烧室4 4）主要缺点：）主要缺点：相对散热表面积较大；相对散热表面积较大；气体二次经过通道节流，流动损失气体二次经过通道节流，流动损失也较大；也较大；冷起动性差，压缩比为冷起动性差，压缩比为18182323，需，需要起动辅助装置。要起动辅助装置。通道口热负荷很高，容易引起热裂通道口热负荷很高，容易引起热裂等毛病。等毛病。2.预燃室燃烧室预燃室燃烧室2.预燃室燃烧室预燃室燃烧室 1 1）构造特）构造特点：点：n燃烧室由两个部分组成：燃烧室由两个部分组成：V Vk k/V/VC C=30=304040n预燃室和主燃室用一个或几个小孔（或预燃室和主燃室用一个或几个小孔（或称喷孔）相连通，小孔总截面积与活塞称喷孔）相连通，小孔总截面积与活塞截面积之比只有截面积之比只有0.250.250.70.7。n喷油器安装在喷油器安装在预燃室中心线预燃室中心线附近。附近。2.2.预燃室燃烧室预燃室燃烧室2 2）混合气形成特点：）混合气形成特点：压缩紊流；压缩紊流；燃油喷入预燃室避燃油喷入预燃室避免与气流正面相撞；免与气流正面相撞；气流将一部分小油气流将一部分小油粒带向预燃室的上粒带向预燃室的上方形成火源。方形成火源。2.2.预燃室燃烧室预燃室燃烧室主要优点：主要优点：较低，运转平稳；较低，运转平稳；对燃油系的要求低，对燃油品质和转速对燃油系的要求低，对燃油品质和转速变化不敏感，均采用轴针式单孔喷嘴；变化不敏感，均采用轴针式单孔喷嘴；燃油系统工作可靠，喷油器寿命长，可燃油系统工作可靠，喷油器寿命长，可适应多种燃料。适应多种燃料。2.2.预燃室燃烧室预燃室燃烧室主要缺点：主要缺点：流动损失大，散热面积大，散热损失亦流动损失大，散热面积大，散热损失亦较大经济性差，较大经济性差，耗油率高耗油率高。250250285 g285 g（kw.hkw.h）。）。冷起动困难冷起动困难。压缩比较高，一般为。压缩比较高，一般为18182222，需要起动辅助装置。，需要起动辅助装置。低转时噪声大低转时噪声大。三、燃烧室比较三、燃烧室比较直喷式：直喷式：n热效率高，省油。热效率高，省油。n问题是对转速较敏感，噪声高，排气问题是对转速较敏感，噪声高，排气污染较大。污染较大。球型：球型：n发展趋势不大，主要是性能难于稳定，发展趋势不大，主要是性能难于稳定，低速性能不好。低速性能不好。选择燃烧室时主要的依据是选择燃烧室时主要的依据是选择燃烧室时主要的依据是选择燃烧室时主要的依据是缸径、转速缸径、转速及使用要求，并要考虑当前制造和使用及使用要求，并要考虑当前制造和使用水平。水平。三、燃烧室比较三、燃烧室比较涡流室：涡流室：涡流室：涡流室：n高速性能好，升功率较大，噪声较小以及排高速性能好，升功率较大，噪声较小以及排气污染较低，适合小缸径。气污染较低，适合小缸径。n缺点是经济性差，耗油率较高，起动困难。缺点是经济性差，耗油率较高，起动困难。预燃室：预燃室：预燃室：预燃室：n对燃料供给系要求最低，生产、保养较易，对燃料供给系要求最低，生产、保养较易，柔和排污小。用于柔和排污小。用于n n250025003000r3000rminmin的小的小型高速柴油机上。型高速柴油机上。n能量损失大，耗油率高，起动性差，怠速噪能量损失大，耗油率高，起动性差，怠速噪声大。声大。选择燃烧室时主要的依据是选择燃烧室时主要的依据是选择燃烧室时主要的依据是选择燃烧室时主要的依据是缸径、转速及缸径、转速及使用要求，并要考虑当前制造和使用水平。使用要求，并要考虑当前制造和使用水平。第四节 影响燃烧过程的因素一、燃油方面的因素一、燃油方面的因素 1 1柴油的发火性柴油的发火性柴油的发火性柴油的发火性 n n定义定义定义定义：指柴油的自燃能力，用十六烷值表示。指柴油的自燃能力，用十六烷值表示。n n优点优点优点优点：发火性好的柴油，使滞燃期缩短，柴油机：发火性好的柴油，使滞燃期缩短，柴油机工作柔和。工作柔和。n n缺点缺点缺点缺点：十六烷值过高，使燃油刚刚喷出喷孔就围十六烷值过高，使燃油刚刚喷出喷孔就围绕喷油器燃烧，造成高温裂解，排气冒黑烟，经绕喷油器燃烧，造成高温裂解，排气冒黑烟，经济性下降。济性下降。n n车用柴油机十六烷值大致为车用柴油机十六烷值大致为车用柴油机十六烷值大致为车用柴油机十六烷值大致为4040404050505050。一、燃油方面的因素2柴油的蒸发性柴油的蒸发性n柴油的蒸发性直接影响可燃混合气形成的速度，柴油的蒸发性直接影响可燃混合气形成的速度，它对燃烧过程也有一定的影响。它对燃烧过程也有一定的影响。n蒸发性用蒸发性用馏程馏程表示。表示。n n馏程馏程馏程馏程低低低低，其蒸发性好，这对改善燃烧有利。，其蒸发性好，这对改善燃烧有利。，其蒸发性好，这对改善燃烧有利。，其蒸发性好，这对改善燃烧有利。n n馏程馏程馏程馏程过低过低过低过低，燃料蒸发过快，则在滞燃期内形，燃料蒸发过快，则在滞燃期内形，燃料蒸发过快，则在滞燃期内形，燃料蒸发过快，则在滞燃期内形成的混合气量过多，柴油机工作粗暴。成的混合气量过多，柴油机工作粗暴。成的混合气量过多，柴油机工作粗暴。成的混合气量过多，柴油机工作粗暴。n n车用柴油机的柴油馏程为车用柴油机的柴油馏程为车用柴油机的柴油馏程为车用柴油机的柴油馏程为300300300300365C365C365C365C。一、燃油方面的因素3粘度粘度 柴油的粘度决定其流动性。柴油的粘度决定其流动性。n粘度粘度低低，流动性好，柴油从喷油器喷出时雾，流动性好，柴油从喷油器喷出时雾化性好。化性好。n粘度粘度过低过低，会失去必要的润滑能力，会加剧，会失去必要的润滑能力，会加剧喷油泵和喷油器中精密偶件的磨损，增大精喷油泵和喷油器中精密偶件的磨损，增大精密运动副的漏油量。密运动副的漏油量。n粘度粘度过大过大，流动阻力大，滤清困难，喷雾不，流动阻力大，滤清困难，喷雾不良。良。一、燃油方面的因素4凝点凝点n n定义定义：指其失去流动性的温度。指其失去流动性的温度。n n特性特性：柴油在接近凝点时，由于流动柴油在接近凝点时，由于流动性差，使供油困难，喷雾不良，柴油性差，使供油困难，喷雾不良，柴油机无法正常工作。机无法正常工作。n n凝点的高低是选择柴油的主要依据。凝点的高低是选择柴油的主要依据。二、负荷的影响二、负荷的影响 当负荷增加时，循环供油量增加。当负荷增加时，循环供油量增加。n由于转速不变，进人气缸的空气量基本不变由于转速不变，进人气缸的空气量基本不变，空气过量系数值相对变小空气过量系数值相对变小，而气缸单位容积而气缸单位容积的混合气燃烧放的混合气燃烧放热量增加热量增加，引起缸内温度上引起缸内温度上升，升，滞燃期缩短，工作柔和