發(fā)動(dòng)機(jī)原理B-第四五章汽油機(jī)柴油機(jī)混合氣的形成和燃燒-2012

1、發(fā)發(fā) 動(dòng)動(dòng) 機(jī)機(jī) 原原 理理武漢理工大學(xué)汽車工程學(xué)院劉志恩2012年6月2022-3-3發(fā)動(dòng)機(jī)原理2 p緒論p第一章 發(fā)動(dòng)機(jī)的性能p第二章 發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過程p第三章 發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料與燃燒p第四章 汽油機(jī)混合氣的形成和燃燒p第五章 柴油機(jī)混合氣的形成和燃燒p第六章 發(fā)動(dòng)機(jī)的特性p第九章 排氣污染與控制 目 錄2022-3-3發(fā)動(dòng)機(jī)原理3第四章第四章 汽油機(jī)混合氣的形成和燃燒汽油機(jī)混合氣的形成和燃燒p發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒過程是影響發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排氣污染的主要過程，對(duì)噪聲、振動(dòng)、起動(dòng)性能和使用壽命也有重大影響。p4.1 汽油機(jī)正常燃燒過程p4.2 汽油機(jī)不規(guī)則及不正常燃燒p4.3 影響燃燒過程的因素

2、p4.4 常用典型燃燒室結(jié)構(gòu)4.1 汽油機(jī)正常燃燒過程p汽油機(jī)的混合氣的形成和燃燒過程是：先在氣缸外部的進(jìn)氣管（進(jìn)氣道）內(nèi)，利用噴先在氣缸外部的進(jìn)氣管（進(jìn)氣道）內(nèi)，利用噴嘴或化油器使空氣和燃油混合，形成可燃混合嘴或化油器使空氣和燃油混合，形成可燃混合氣；氣；混合氣進(jìn)入氣缸后，到壓縮行程終了時(shí)形成均混合氣進(jìn)入氣缸后，到壓縮行程終了時(shí)形成均勻混合氣，再經(jīng)電火花點(diǎn)火進(jìn)行燃燒。勻混合氣，再經(jīng)電火花點(diǎn)火進(jìn)行燃燒。p汽油機(jī)的正常燃燒過程是由火花塞點(diǎn)火開始，火焰前鋒以一定的速度傳遍整個(gè)燃燒室的過程。 汽油機(jī)著火和燃燒的火焰?zhèn)鞑ミ^程特點(diǎn)：均質(zhì)透明火焰，前鋒面皺褶特點(diǎn)：均質(zhì)透明火焰，前鋒面皺褶火核形成p對(duì)汽油機(jī)

3、燃燒過程的分析主要根據(jù)展開示功圖P-進(jìn)行。p根據(jù)缸內(nèi)壓力變化的特征，汽油機(jī)的燃燒過程可分為三個(gè)階段： -著火落后期著火落后期 -明顯燃燒期明顯燃燒期 -補(bǔ)燃期補(bǔ)燃期p對(duì)在燃燒壓力線上: 1點(diǎn)為火花塞跳火點(diǎn)為火花塞跳火點(diǎn)； 2點(diǎn)為燃燒壓力線脫離壓縮為燃燒壓力線脫離壓縮壓力線點(diǎn)；壓力線點(diǎn)； 3點(diǎn)為最高壓力點(diǎn)。為最高壓力點(diǎn)。p右圖中虛線表示只壓縮不點(diǎn)火的壓縮線；1. 著火落后期（AB ）p 特性參數(shù)：著火落后期i10 20CA注意區(qū)別點(diǎn)火提前角igi 相對(duì)穩(wěn)定（相對(duì)柴油機(jī)），因此ig對(duì)pmax相位有重要影響p現(xiàn)象： 在A點(diǎn)開始火花點(diǎn)火，高溫單階段著火； 在B點(diǎn)產(chǎn)生穩(wěn)定的火核，開始火焰?zhèn)鞑?；B點(diǎn)也可用

4、CA05表示，即累計(jì)放熱5%的相位。 pmax ，i ，W i ，NOx ，機(jī)械負(fù)荷及熱負(fù)荷； pmax位置，c1015 CA（ ATDC）2. 明顯燃燒期（BC ）p現(xiàn)象： 由明顯火核產(chǎn)生火焰充滿燃燒室； 90燃料在此期間被燃燒。也稱為速燃期pp/在0.2-0.4MPa/CAp放熱速率特征值CA50：累計(jì)放熱50%的相位，010 CAATDCp主要控制參數(shù)1： 最高爆發(fā)壓力pmax3. 后燃期（CD )p 要求： 燃期短后燃期， i ， 排溫，甚至“放炮” 燃燒凈燃燒凈否則，否則，HC ，CO p現(xiàn)象燃燒剩余約10燃料，主要存在于火焰前鋒面掃過后尚未完全燃燒區(qū)域、壁面附近未燃混合氣2022-

5、3-3發(fā)動(dòng)機(jī)原理10燃燒速度 p燃燒速度是指單位時(shí)間燃燒的混合氣量 A AT T-火焰前鋒面積火焰前鋒面積 T T-未燃混合氣密度未燃混合氣密度 U UT T-火焰速度火焰速度 p控制燃燒速度就能控制明顯燃燒期的長(zhǎng)短及其相對(duì)曲軸轉(zhuǎn)角的位置。p現(xiàn)代汽油機(jī)轉(zhuǎn)速很高，一般在50008000 r/min，燃燒時(shí)間極短，12ms TTTAUdtdm2022-3-3發(fā)動(dòng)機(jī)原理11燃燒速度影響因素 p火焰速度UT 火焰前鋒相對(duì)于未火焰前鋒相對(duì)于未燃混合氣向前推進(jìn)燃混合氣向前推進(jìn)的速度。的速度。 氣體的紊流運(yùn)動(dòng) 混合氣成分 混合氣初始溫度 n 火焰前鋒面積AT n 可燃混合氣密度T 2022-3-3發(fā)動(dòng)機(jī)原理

6、124.2 汽油機(jī)不規(guī)則及不正常燃燒（一）、不規(guī)則燃燒p在穩(wěn)定正常運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，各循環(huán)之間的燃燒變動(dòng)和各氣缸之間的燃燒差異。 循環(huán)變動(dòng)：各循環(huán)間的燃燒變動(dòng) 各缸工作不均勻：各缸間燃燒差異 p對(duì)于各缸和各循環(huán)而言，混合氣溫度等都可能互不相同，點(diǎn)火提前角點(diǎn)火提前角和空燃比的調(diào)節(jié)不可能都處在最佳值，這就影響各缸和各循環(huán)初始火焰形成時(shí)刻的穩(wěn)定性，導(dǎo)致各缸和各循環(huán)最大燃燒壓力和平均指示壓力的變化。 2022-3-3發(fā)動(dòng)機(jī)原理13循環(huán)變動(dòng)原因p混合氣成分波動(dòng)p氣體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)波動(dòng)p影響循環(huán)變動(dòng)的因素較多。如混合氣濃度、發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、點(diǎn)火時(shí)刻、燃燒室的形狀、火花塞位置、壓縮比、配氣定時(shí)等。p為提高發(fā)動(dòng)

7、機(jī)功率、減少油耗、降低排放污染與噪聲,應(yīng)使燃燒變動(dòng)降低到最小限度。 p可適當(dāng)提高發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速及負(fù)荷、增大點(diǎn)火提前角、過量空氣系數(shù)at 控制在0.80.9左右、加強(qiáng)氣體紊流、增加點(diǎn)火能量、采用多點(diǎn)點(diǎn)火等。2022-3-3發(fā)動(dòng)機(jī)原理15各缸工作不均勻原因p各缸進(jìn)氣充量不均勻p混合氣成分不均勻p進(jìn)氣空氣量、進(jìn)氣速度、氣流擾動(dòng)強(qiáng)度、燃燒室形狀、壓縮比、火花塞位置的差異也有影響。 從燃燒示功圖也可看出各缸燃燒的差異，圖5-3為CA6102發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門開度75%，轉(zhuǎn)速 n =1400(r/min)和3000（r/min)時(shí)各缸燃燒示功圖。2022-3-3發(fā)動(dòng)機(jī)原理18（二）、不正常燃燒（二）、不正常燃燒 p

8、在汽油機(jī)正常燃燒情況下，提高壓縮比可以提高汽油機(jī)的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性。p而當(dāng)出現(xiàn)不正常燃燒時(shí)，熱效率及功率均要下降。p同時(shí)，由于不正常燃燒使零件磨損加劇，使用壽命下降，發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)及噪聲增大，排放污染嚴(yán)重，發(fā)動(dòng)機(jī)過熱。p汽油機(jī)的不正常燃燒主要有爆燃和表面點(diǎn)火。2022-3-3發(fā)動(dòng)機(jī)原理191.爆燃 p外部特征：特別尖銳的金屬敲擊聲，亦稱之敲缸p產(chǎn)生原因：在火焰前鋒尚未到達(dá)之前，末端混合氣已經(jīng)自燃p影響因素： 燃料性質(zhì)，燃料的抗爆燃能力辛烷值 末端混合氣的壓力和溫度 火焰前鋒傳播到末端混合氣的時(shí)間 2022-3-3發(fā)動(dòng)機(jī)原理202022-3-3發(fā)動(dòng)機(jī)原理212.表面點(diǎn)火 p產(chǎn)生原因：不靠電火花點(diǎn)火

9、而由燃燒室內(nèi)熾熱表面點(diǎn)燃混合氣的現(xiàn)象。p高溫?zé)霟岜砻嬖诨鸹ㄈc(diǎn)火前點(diǎn)燃混合氣的現(xiàn)象稱為早燃。p早燃的危害：發(fā)動(dòng)機(jī)工作粗暴，壓縮功增大，功率下降，火花塞、活塞等零件過熱p早燃與爆燃的關(guān)系：早燃會(huì)誘發(fā)爆燃，爆燃又會(huì)讓更多的熾熱表面溫度升高，促使更劇烈的表面點(diǎn)火，兩者互相促進(jìn)，危害可能更大。 2022-3-3發(fā)動(dòng)機(jī)原理222022-3-3發(fā)動(dòng)機(jī)原理232022-3-3發(fā)動(dòng)機(jī)原理244.3 4.3 影響燃燒過程的因素影響燃燒過程的因素 p（一）混合氣濃度 p（二）點(diǎn)火提前角 p（三）轉(zhuǎn)速 p（四）負(fù)荷 p（五）大氣狀況 2022-3-3發(fā)動(dòng)機(jī)原理25（一）混合氣濃度p在=0.8-0.9時(shí) : pz、T

10、z、p/、pe均達(dá)最高值 爆燃傾向增大 不完全燃燒，所以CO排放量明顯上升 n在=1.03-1.1時(shí) : 燃料燃燒完全，be最低 缸內(nèi)溫度最高且有富裕空氣，NOx排放量大 n在1.2時(shí) : 火焰速度緩慢，經(jīng)濟(jì)性差 燃料不完全燃燒，HC排放量增多 工作不穩(wěn)定 2022-3-3發(fā)動(dòng)機(jī)原理26（二）點(diǎn)火提前角p定義：從發(fā)出電火花到上止點(diǎn)間的曲軸轉(zhuǎn)角 p點(diǎn)火提前角調(diào)整特性點(diǎn)火提前角調(diào)整特性：當(dāng)汽油機(jī)保持節(jié)氣門開度、轉(zhuǎn)速以及混合氣濃度一定時(shí)，汽油機(jī)功率和耗油率隨點(diǎn)火提前角改變而變化的關(guān)系稱為點(diǎn)火提前角調(diào)整特性，如圖4-14所示p特點(diǎn)：對(duì)應(yīng)于每一工況都存在一個(gè)“最佳”點(diǎn)火提前角，這時(shí)汽油機(jī)功率最大，耗油率

11、最低2022-3-3發(fā)動(dòng)機(jī)原理272022-3-3發(fā)動(dòng)機(jī)原理28（二）點(diǎn)火提前角 點(diǎn)火角過大，壓縮功增加，且最高壓力升高，爆燃傾向加大 點(diǎn)火過遲，燃燒最高壓力和溫度下降，傳熱損失增多，排溫升高，功率、熱效率降低，但爆燃傾向減小，NOx排放量降低2022-3-3發(fā)動(dòng)機(jī)原理29（三）轉(zhuǎn)速p轉(zhuǎn)速增加時(shí)，氣缸中紊流增強(qiáng)，火焰速度大體與轉(zhuǎn)速成正比增加 p轉(zhuǎn)速增加時(shí)，爆燃傾向減小 p轉(zhuǎn)速增加時(shí)，應(yīng)該相應(yīng)加大點(diǎn)火提前角 2022-3-3發(fā)動(dòng)機(jī)原理30發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n n圖圖5-9 渦流狀況對(duì)火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊挠绊憸u流狀況對(duì)火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊挠绊?a)無渦流無渦流 b) 有渦流有渦流2022-3-3發(fā)動(dòng)機(jī)原理3

12、1（四）負(fù)荷p汽油機(jī)負(fù)荷調(diào)節(jié)是量調(diào)節(jié) ，p當(dāng)負(fù)荷減小時(shí)，殘余廢氣所占比例相對(duì)增加 p當(dāng)負(fù)荷減小時(shí)，需要增大點(diǎn)火提前角 2022-3-3發(fā)動(dòng)機(jī)原理32（五）大氣狀況p大氣壓力低（高原），氣缸充氣量減少，經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性下降，爆燃傾向減小 p大氣溫度高，同樣氣缸充氣量下降，容易發(fā)生爆燃和氣阻 4.4 常用典型燃燒室結(jié)構(gòu)常用典型燃燒室結(jié)構(gòu)p 燃燒室的結(jié)構(gòu)直接影響到發(fā)動(dòng)機(jī)的充量系數(shù)，火焰?zhèn)鞑ニ俣燃胺艧崧?、傳熱損失及爆燃的發(fā)生，從而影響發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。2022-3-3發(fā)動(dòng)機(jī)原理34對(duì)燃燒室的要求對(duì)燃燒室的要求 p結(jié)構(gòu)緊湊小F/V值 火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x小，不易爆燃，可提高壓縮比 相對(duì)散熱損失小，熱效率高 熄火面積小

13、，HC排量少 n具有良好的充氣性能 n火花塞位置安排適當(dāng) 掃除火花塞周圍的殘余廢氣 火花塞盡量布置在排氣門附近 火焰面變化分配合理 火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x應(yīng)盡可能短 n燃燒室形狀合理分布 n組織適當(dāng)?shù)奈闪鬟\(yùn)動(dòng) 進(jìn)氣渦流 擠流 n防止爆燃和早燃 2022-3-3發(fā)動(dòng)機(jī)原理35常用典型燃燒室常用典型燃燒室 p 浴盆形燃燒室 F/V較大 壓縮比一般不高 動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性不高 HC排出量多而NOx較少 曾經(jīng)用于載貨汽車、輕型車 n楔形燃燒室 燃燒室較緊湊 壓縮比高 動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性高 工作粗暴 HC、NOx排出量多 曾廣泛用于車用汽油機(jī)，但進(jìn)排氣門只能單行排列，難采用多氣門機(jī)構(gòu) n 半球形燃燒室 結(jié)構(gòu)緊湊，F(xiàn)V值小

14、 壓縮比高 動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性高 工作粗暴 HC排出量少 NOx排出量多 2022-3-3發(fā)動(dòng)機(jī)原理36其他汽油機(jī)燃燒室p均質(zhì)稀混合氣的燃燒室均質(zhì)稀混合氣的燃燒室p分層給氣式燃燒室分層給氣式燃燒室 2022-3-3發(fā)動(dòng)機(jī)原理37 p緒論p第一章 發(fā)動(dòng)機(jī)的性能p第二章 發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過程p第三章 發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料與燃燒p第四章 汽油機(jī)混合氣的形成和燃燒p第五章 柴油機(jī)混合氣的形成和燃燒p第六章 發(fā)動(dòng)機(jī)的特性p第九章 排氣污染與控制 目 錄第五章 柴油機(jī)混合氣的形成和燃燒 第一節(jié)第一節(jié) 柴油機(jī)燃燒過程柴油機(jī)燃燒過程p由噴射系統(tǒng)在壓縮行程接近終了時(shí)開始直接噴入燃燒室內(nèi) 。p混合氣形成的時(shí)間極短，混合氣不均勻，

15、在高溫、高壓下多點(diǎn)自燃著火燃燒的。 p近年來柴油機(jī)發(fā)展 ，涌現(xiàn)出一些新型燃燒系統(tǒng) ：高壓共軌噴射系統(tǒng) 、燃料參燒技術(shù)等。p（一）燃燒過程概述 p（二）燃燒放熱規(guī)律 2022-3-3發(fā)動(dòng)機(jī)原理40（一）柴油機(jī)燃燒過程概述燃燒過程概述 p著火延遲期 n 速燃期 n 緩燃期 著火延遲期也稱為滯燃期。 混合氣準(zhǔn)備的物理和化學(xué)過程。 溫度或壓力越高，著火延遲期越短。 燃燒室的形式和壁溫 ，也影響著火延遲期長(zhǎng)短。 著火延遲期內(nèi)準(zhǔn)備好的混合氣幾乎同時(shí)開始燃燒。 應(yīng)控制壓力升高率，防止工作粗暴。 柴油機(jī)p/不大于0.4-0.5MPa/()的范圍內(nèi)。 燃燒的進(jìn)行漸趨緩慢。 盡可能地加速混合氣的形成，保證迅速而完

16、全的燃燒。n 補(bǔ)燃期 盡量縮短補(bǔ)燃期，減少補(bǔ)燃期內(nèi)燃燒的燃油量。2022-3-3發(fā)動(dòng)機(jī)原理41（二）燃燒放熱規(guī)律 p瞬時(shí)放熱速率: 在燃燒過程中的某一時(shí)刻，單位時(shí)間內(nèi)（或1曲軸轉(zhuǎn)角內(nèi)）燃燒的燃油所放出的熱量。p累積放熱百分比: 從燃燒過程開始至某一時(shí)刻為止已經(jīng)燃燒的燃油與循環(huán)供油量的比值。p瞬時(shí)放熱速率和累積放熱百分比隨曲軸轉(zhuǎn)角的變化關(guān)系，稱為燃燒放熱規(guī)律。p燃燒起點(diǎn)、燃燒放熱規(guī)律曲線形狀和燃燒持續(xù)時(shí)間被認(rèn)為是燃燒放熱規(guī)律的三要素。 2022-3-3發(fā)動(dòng)機(jī)原理42各種發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒放熱規(guī)律p燃燒放熱規(guī)律影響柴油機(jī)的性能，對(duì)了解、分析和改進(jìn)燃燒過程有著特別重要的作用。 2022-3-3發(fā)動(dòng)機(jī)原理4

17、3較理想的柴油機(jī)燃燒放熱規(guī)律 p有一合適的燃燒(放熱)起點(diǎn)，保證最大燃燒壓力在上止點(diǎn)后1015CA。 p在燃燒放熱階段，控制燃燒放熱速率，以降低壓力升高率，然后燃燒應(yīng)加速進(jìn)行，燃燒過程應(yīng)該是先緩后急。p燃燒持續(xù)時(shí)間不宜過長(zhǎng)，汽油機(jī)一般為4060CA，柴油機(jī)為5070CA。 第二節(jié) 燃油噴射和霧化 2022-3-3發(fā)動(dòng)機(jī)原理45一、供油系統(tǒng)和噴射過程一、供油系統(tǒng)和噴射過程 p柴油機(jī)供油系統(tǒng) p噴油泵速度特性及其校正p噴射過程 p供油規(guī)律和噴油規(guī)律 p不正常噴射現(xiàn)象和噴射系統(tǒng)中的穴蝕破壞 2022-3-3發(fā)動(dòng)機(jī)原理46 柴油機(jī)供油系統(tǒng) p 柴油機(jī)供油系統(tǒng)一般由油箱、輸油泵、柴油濾清器、噴油泵、噴油

18、器等組成，另外還包括調(diào)速器和供油提前角調(diào)節(jié)裝置等。p 其中的噴油泵、噴油器和高壓油管等組成了高壓油路，稱為噴射系統(tǒng)，是整個(gè)柴油機(jī)供油系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。 2022-3-3發(fā)動(dòng)機(jī)原理47 柴油機(jī)供油系統(tǒng)噴油泵p 噴油泵的主要作用是定時(shí)、定量地向各缸的噴油器周期性地供給高壓燃油 。p 常見的有直列式噴油泵（柱塞泵）和分配式噴油泵（轉(zhuǎn)子泵）兩種類型。p 分配式噴油泵具有結(jié)構(gòu)緊湊，能在較高轉(zhuǎn)速下工作的優(yōu)點(diǎn)，但供油壓力較低。 2022-3-3發(fā)動(dòng)機(jī)原理48 柴油機(jī)供油系統(tǒng)噴油泵的結(jié)構(gòu)直列式柱塞噴油泵又分為：?jiǎn)误w泵與合成泵（整體泵） 2022-3-3發(fā)動(dòng)機(jī)原理49p柱塞式噴油泵的組成 柴油機(jī)供油系統(tǒng)噴油泵的原

19、理2022-3-3發(fā)動(dòng)機(jī)原理50柱塞式噴油泵泵油原理 2022-3-3發(fā)動(dòng)機(jī)原理51 柴油機(jī)供油系統(tǒng)噴油器p噴油器的主要作用是將噴油泵供給的高壓燃油噴入柴油機(jī)燃燒室內(nèi)，使燃油霧化成微細(xì)的油粒，并按一定的要求適當(dāng)?shù)胤植荚谌紵覂?nèi)。p噴油器有孔式噴油器和軸針式噴油器兩類。2022-3-3發(fā)動(dòng)機(jī)原理52 柴油機(jī)供油系統(tǒng)噴油器噴孔式 a軸針式圓柱 b軸針式截錐形 c軸針式節(jié)流形2022-3-3發(fā)動(dòng)機(jī)原理53 柴油機(jī)供油系統(tǒng)噴油器 孔式噴油器 p 用于直噴式燃燒室中。p 較小的噴孔與高壓泵配合，可形成較細(xì)的噴油顆粒。p 易引起積炭堵塞。 軸針式噴油器 p 用于分隔式燃燒室中。p 較低的噴油壓力，噴油顆粒

20、較大。p 有自潔作用，不易堵塞。噴孔有效流通截面積與針閥升程的關(guān)系稱為噴油器的噴孔有效流通截面積與針閥升程的關(guān)系稱為噴油器的流通流通特性特性（開啟特性）（開啟特性）2022-3-3發(fā)動(dòng)機(jī)原理54汽、柴油機(jī)混合氣形成裝置 對(duì)混合氣的要求p 數(shù)量p 濃度p 空間形態(tài)p 燃燒起點(diǎn) 汽油機(jī)p 節(jié)氣門p 化油器p (均勻)p 火花塞 柴油機(jī)n噴油泵n噴油泵n噴油器n噴油泵2022-3-3發(fā)動(dòng)機(jī)原理55噴油泵速度特性及其校正 p 噴油泵油量控制機(jī)構(gòu)位置固定，循環(huán)供油量隨轉(zhuǎn)速變化的關(guān)系稱為噴油泵速度特性。p 對(duì)于柱塞式噴油泵，隨著轉(zhuǎn)速的上升，循環(huán)供油量呈略有增大的趨勢(shì)。p 為使供油量與空氣量相匹配，對(duì)特性進(jìn)

21、行必要的校正，得到較理想的扭矩特性。 2022-3-3發(fā)動(dòng)機(jī)原理56 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（15-40A）n 噴射延遲階段噴射延遲階段 n 主噴射階段主噴射階段 n 噴射結(jié)束階段噴射結(jié)束階段 2022-3-3發(fā)動(dòng)機(jī)原理57供油規(guī)律和噴油規(guī)律 兩者的差異：n 噴油始點(diǎn)滯后于供油始點(diǎn) n 噴油持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng) n 最大噴油速率較低n 曲線的形狀有一定的變化 定義定義：n 供油規(guī)律：供油規(guī)律：噴油泵供入高壓油管的供油量隨時(shí)間（噴油泵凸輪轉(zhuǎn)角）的變化關(guān)系。它純粹是由噴油泵柱塞的幾何尺寸和運(yùn)動(dòng)規(guī)律確定的。 n 噴油規(guī)律：噴油規(guī)律：噴油過程中，噴油器噴入燃燒室內(nèi)的燃油量隨時(shí)

22、間（噴油泵凸輪轉(zhuǎn)角）的變化關(guān)系。產(chǎn)生差異的原因：n 燃油的可壓縮性 n 系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生壓力波的傳播滯后、壓力波動(dòng)、節(jié)流作用 n 高壓油管的彈性變形2022-3-3發(fā)動(dòng)機(jī)原理58不正常噴射現(xiàn)象 p正常噴射過程n二次噴射n滴油現(xiàn)象 n斷續(xù)噴射 n不規(guī)則噴射和隔次噴射 n為避免出現(xiàn)不正常噴射現(xiàn)象，應(yīng)盡可能地縮短高壓油管長(zhǎng)度，減小高壓容積，以降低壓力波動(dòng)，減小其影響，并合理選擇噴射系統(tǒng)的參數(shù)。 2022-3-3發(fā)動(dòng)機(jī)原理59噴射系統(tǒng)中的穴蝕破壞 p穴蝕破壞出現(xiàn)在系統(tǒng)內(nèi)與燃油接觸的金屬表面上。p產(chǎn)生的機(jī)理：在高壓容積內(nèi)產(chǎn)生壓力波動(dòng)時(shí)，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

23、多次作用于金屬表面則引起穴蝕。p穴蝕破壞會(huì)影響到噴射系統(tǒng)的工作可靠性和使用壽命。 2022-3-3發(fā)動(dòng)機(jī)原理60二、二、燃油的霧化和油束特性燃油的霧化和油束特性 p 燃油的霧化霧化：燃油噴入燃燒室內(nèi)后被粉碎分散為細(xì)小液滴的過程。p 霧化可以大大增加蒸發(fā)表面積，加速吸熱和汽化過程。p 可以從幾何形狀幾何形狀和霧化霧化質(zhì)量質(zhì)量?jī)蓚€(gè)方面來描述油束特性。p 不同的燃燒室對(duì)油束的幾何形狀和霧化質(zhì)量的要求有所不同。2022-3-3發(fā)動(dòng)機(jī)原理61二、二、燃油的霧化和油束特性燃油的霧化和油束特性 p 幾何形狀主要包括油束油束射程射程（又稱為貫穿距離）L和噴霧錐角噴霧錐角或油束的最大寬度最大寬度B B。 p 影

24、響油束幾何形狀的主要因素有： 噴射壓力 噴油器噴孔的長(zhǎng)徑比 空氣與燃油密度比 2022-3-3發(fā)動(dòng)機(jī)原理62二、二、燃油的霧化和油束特性燃油的霧化和油束特性 p油束的霧化質(zhì)量一般是指油束中液滴的細(xì)細(xì)度和均勻度度和均勻度。p細(xì)度可以用液滴平均直徑來表示。p均勻度是指油束中液滴大小相同的程度以及液滴在油束內(nèi)分布的均勻程度。 2022-3-3發(fā)動(dòng)機(jī)原理63三、對(duì)噴射系統(tǒng)的要求p在任一工況下都不出現(xiàn)不正常噴射現(xiàn)象不出現(xiàn)不正常噴射現(xiàn)象，不產(chǎn)生穴蝕破壞。p根據(jù)不同轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的工況要求，在最佳的最佳的噴油時(shí)刻噴油時(shí)刻，精確提供所需的燃油量。p盡可能實(shí)現(xiàn)理想的噴油規(guī)律理想的噴油規(guī)律。 p良好的油束特性良好的油

25、束特性能滿足具體燃燒室的要求。p對(duì)于噴射系統(tǒng)的強(qiáng)化，應(yīng)采取相應(yīng)的措施保證有關(guān)零部件的強(qiáng)度和剛度，同時(shí)注意降低噴射系統(tǒng)的噪聲與振動(dòng)。 2022-3-3發(fā)動(dòng)機(jī)原理64三、對(duì)噴射系統(tǒng)的要求 理想的噴油規(guī)律：p更高的噴射壓力和噴油速更高的噴射壓力和噴油速率率以及更短的噴油持續(xù)時(shí)間已是技術(shù)發(fā)展的一個(gè)明顯趨勢(shì)。 p為避免柴油機(jī)工作過于粗暴，又希望實(shí)現(xiàn)“先緩后先緩后急急”的噴油規(guī)律。 p在所有的工況下都希望在噴射結(jié)束階段能盡可能迅速地結(jié)束噴射。第三節(jié) 混合氣的形成和燃燒室 2022-3-3發(fā)動(dòng)機(jī)原理66一、柴油機(jī)混合氣形成特點(diǎn)和方式柴油機(jī)混合氣形成特點(diǎn)和方式 p柴油機(jī)可燃混合氣的品質(zhì)較汽油機(jī)差，因此采用較大

26、的過量空氣系數(shù)。p理想的柴油機(jī)混合氣形成過程：p柴油機(jī)混合氣形成方式 ： 空間霧化混合空間霧化混合（不完全氣相） 燃油與空氣的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度是起主要作用的因素燃油與空氣的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度是起主要作用的因素 油膜蒸發(fā)混合油膜蒸發(fā)混合（完全氣相） 起主要作用的因素是燃燒室壁面溫度、空氣相對(duì)起主要作用的因素是燃燒室壁面溫度、空氣相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度和油膜厚度。運(yùn)動(dòng)速度和油膜厚度。 柴油機(jī)的燃燒室預(yù)燃室預(yù)燃室半開式半開式渦流室渦流室2022-3-3發(fā)動(dòng)機(jī)原理68二、分隔式燃燒室分隔式燃燒室 p 渦流室燃燒室 渦流室容積約占整個(gè)燃燒 室壓縮容積的50%-60% 通道的截面積約為活塞截面積的 1%3.5 渦流室燃燒過程

27、n 預(yù)燃室燃燒室 預(yù)燃室容積約占整個(gè)燃燒 室壓縮容積的35%-45% 通道的截面積約為活塞截面積的0.3%-0.6 預(yù)燃室燃燒過程2022-3-3發(fā)動(dòng)機(jī)原理69分隔式燃燒室柴油機(jī)的性能持點(diǎn) p 靠強(qiáng)烈的空氣運(yùn)動(dòng)來保證混合氣質(zhì)量，空氣利用率較高。p 空氣運(yùn)動(dòng)隨轉(zhuǎn)速提高而增大，高速適應(yīng)性能好。p 噴射系統(tǒng)的要求較低，工作可靠性和使用壽命高。p 燃燒室結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，面容比大。p 熱效率低，經(jīng)濟(jì)性差。冷起動(dòng)性也較差。p 工作較為平穩(wěn)，燃燒噪聲較小。p 預(yù)燃室燃燒室與渦流室燃燒室柴油機(jī)相比，上述特點(diǎn)一般表現(xiàn)得更為突出。p 一般對(duì)燃油不太敏感，有較強(qiáng)的適應(yīng)性。 p 在有害排放方面的突出問題是低負(fù)荷下的碳煙

28、排放量較大，其余則優(yōu)于直噴式燃燒室柴油機(jī)。 2022-3-3發(fā)動(dòng)機(jī)原理70三、直噴式燃燒室開式燃燒室直噴式燃燒室開式燃燒室 p 凹坑較淺，凹坑口徑與活塞直徑之比一般大于0.7。p 主要依靠燃油的噴散霧化，因此要求高的噴射壓力和較多噴孔數(shù)目。p 混合氣形成方式為空間霧化，一般不組織空氣運(yùn)動(dòng)，空氣利用率相對(duì)較低（1.5-2.2)p 開式燃燒室一般適用于缸徑較大（140mm），轉(zhuǎn)速較低（2000r/min）的柴油機(jī)中。 2022-3-3發(fā)動(dòng)機(jī)原理71三、直噴式燃燒室半開式燃燒室直噴式燃燒室半開式燃燒室 p 活塞頂部有較深的凹坑，有形和平底的深坑形，凹坑口徑與活塞直徑之比一般約在0.350.7之間。p

29、 混合氣形成依靠燃油的噴散霧化和空氣運(yùn)動(dòng)兩方面的作用。n運(yùn)用較高的壓力噴射，配合以進(jìn)氣渦流為主，擠壓渦流為輔的空氣運(yùn)動(dòng)。n半開式燃燒室一般適用于缸徑80140mm，轉(zhuǎn)速低于4500rmin的柴油機(jī)中。 2022-3-3發(fā)動(dòng)機(jī)原理72直噴式燃燒室柴油機(jī)的性能持點(diǎn) p 由于燃燒迅速，故經(jīng)濟(jì)性好，有效燃油消耗率低。 p 燃燒室結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，面容比小，散熱損失小，也沒有主、副室之間的流動(dòng)損失，也是經(jīng)濟(jì)性好的重要原因。 p 對(duì)噴射系統(tǒng)的要求較高，影響工作可靠性和使用壽命。p 冷起動(dòng)性能較好。p 工作較粗暴，壓力升高率大，燃燒噪聲大。p 對(duì)轉(zhuǎn)速的變化較為敏感，較難兼顧高速和低速工況的性能，適用轉(zhuǎn)速較分隔式燃燒

30、室柴油機(jī)低。 2022-3-3發(fā)動(dòng)機(jī)原理73四、不同燃燒室的比較與選用四、不同燃燒室的比較與選用 開式燃燒室半開式燃燒室渦流室燃燒室預(yù)燃室燃燒室燃燒室形狀簡(jiǎn)單一般復(fù)雜復(fù)雜S/V最小小大最大空氣運(yùn)動(dòng)無或弱進(jìn)氣渦流與擠流壓縮渦流與二次渦流燃燒渦流對(duì)噴射系統(tǒng)的要求最高較高較低最低噴油器孔式（712）孔式（46）軸針式軸針式噴射壓力（MPa）204018281015913壓縮比1215161816231823過量空氣系數(shù)1.62.21.31.51.21.41.21.4直噴式燃燒室分隔式燃燒室2022-3-3發(fā)動(dòng)機(jī)原理74四、不同燃燒室的比較與選用四、不同燃燒室的比較與選用 開式燃燒室半開式燃燒室渦流室

31、燃燒室預(yù)燃室燃燒室有效燃油消耗率190220200230240275245280冷啟動(dòng)性好較好較差差最高爆發(fā)壓力高較高較低低燃燒噪聲高較高較低低熱負(fù)荷及排氣溫度低較低較高高對(duì)燃料的適應(yīng)性差較差較好好適用缸徑（MM）=1408014070100=65適用轉(zhuǎn)速（r/min）=2000=4500=5000=5000續(xù)表續(xù)表直噴式燃燒室分隔式燃燒室2022-3-3發(fā)動(dòng)機(jī)原理75四、不同燃燒室的比較與選用四、不同燃燒室的比較與選用 2022-3-3發(fā)動(dòng)機(jī)原理76四、不同燃燒室的比較與選用四、不同燃燒室的比較與選用p 對(duì)于碳煙的排放量，開式燃燒室最低，半開式燃燒室次之，而分隔式燃燒室最高；p 半開式燃燒室的HC的排放量最高，特別在較低負(fù)荷工況下，其中的液態(tài)成分部分使其微粒的排放量也較高；p 直噴式燃燒室較分隔式燃燒室NOx的排放量明顯要高，特別在較高負(fù)荷工況下。p 在有害排放和噪聲的控制方面，分隔式燃燒室主要應(yīng)控制碳煙的排放量，特別在較低負(fù)荷工況下；而直噴式燃燒室主要應(yīng)解決好控制碳煙和NOx之間的矛盾，降低燃燒噪聲和控制部分負(fù)荷工況下HC的排放量。 2022-3-3