第五章_柴油機混合氣形成及燃燒1019

1、柴油機混合氣形成與燃燒柴油機混合氣形成與燃燒 第五章：柴油機混合氣的形成與燃第五章：柴油機混合氣的形成與燃燒燒 第一節(jié)第一節(jié) 燃油的噴射與霧化燃油的噴射與霧化第二節(jié)第二節(jié) 燃燒與放熱燃燒與放熱第三節(jié)第三節(jié) 混合氣形成與燃燒室混合氣形成與燃燒室第四節(jié)第四節(jié) 燃燒過程的優(yōu)化燃燒過程的優(yōu)化第一節(jié)燃油的噴射與霧化 一、噴油系統(tǒng)一、噴油系統(tǒng)1.1.對噴油系統(tǒng)的作用（柴油機）對噴油系統(tǒng)的作用（柴油機）1 1）能產(chǎn)生足夠高的噴油壓力）能產(chǎn)生足夠高的噴油壓力2 2）實現(xiàn)所要求的噴油規(guī)律，以保證合理的燃燒放熱規(guī)律和良好的綜合性能）實現(xiàn)所要求的噴油規(guī)律，以保證合理的燃燒放熱規(guī)律和良好的綜合性能3 3）保證各種工況

2、下精確供給量燃油量及各缸工作均勻性）保證各種工況下精確供給量燃油量及各缸工作均勻性4 4）避免異常噴射現(xiàn)象）避免異常噴射現(xiàn)象第一節(jié)燃油的噴射與霧化 2.噴油系統(tǒng)的工作原理噴油系統(tǒng)的工作原理常見的噴油泵燃油供給系統(tǒng)：常見的噴油泵燃油供給系統(tǒng)：（1 1）直列柱塞式噴油泵燃油供給系統(tǒng)）直列柱塞式噴油泵燃油供給系統(tǒng)（2 2）分配式噴油泵燃油供給系統(tǒng)）分配式噴油泵燃油供給系統(tǒng)這兩種燃料供給系統(tǒng)也稱為這兩種燃料供給系統(tǒng)也稱為（泵管嘴）系統(tǒng)（泵管嘴）系統(tǒng)第一節(jié)燃油的噴射與霧化 直列柱塞式噴油泵燃油供給系統(tǒng)直列柱塞式噴油泵燃油供給系統(tǒng)第一節(jié)燃油的噴射與霧化 3.3.噴油泵噴油泵 噴油泵以柱塞行程、分泵中心距等

3、結(jié)構(gòu)特征為基礎(chǔ)成為系列，每個系列可以改變柱噴油泵以柱塞行程、分泵中心距等結(jié)構(gòu)特征為基礎(chǔ)成為系列，每個系列可以改變柱塞直徑和分泵數(shù)，以適應(yīng)不同柴油機的需要。如塞直徑和分泵數(shù)，以適應(yīng)不同柴油機的需要。如A A型噴油泵。型噴油泵。分配式噴油泵與柱塞式噴油泵相比的優(yōu)點：分配式噴油泵與柱塞式噴油泵相比的優(yōu)點：1 1）結(jié)構(gòu)緊湊、零件小、體積小、重量輕、使用中故障少、易維修）結(jié)構(gòu)緊湊、零件小、體積小、重量輕、使用中故障少、易維修2 2）不需要進行各缸供油量個供油定時的調(diào)整）不需要進行各缸供油量個供油定時的調(diào)整3 3）凸輪的生程小，有利于提高柴油機轉(zhuǎn)速）凸輪的生程小，有利于提高柴油機轉(zhuǎn)速第一節(jié)燃油的噴射與霧化

4、 4.4.噴油器噴油器 噴油器的作用是將噴油泵供給的高壓燃油噴入柴油機燃燒室內(nèi)，使燃油霧化成微細的噴油器的作用是將噴油泵供給的高壓燃油噴入柴油機燃燒室內(nèi)，使燃油霧化成微細的油粒，并按一定的要求適當?shù)胤植荚谌加褪覂?nèi)。噴油器有油粒，并按一定的要求適當?shù)胤植荚谌加褪覂?nèi)。噴油器有孔式孔式和和軸針式噴油器軸針式噴油器兩類兩類?？资娇资捷S針式軸針式 孔式噴油器用于直噴式燃孔式噴油器用于直噴式燃燒室；燒室； 軸針式噴油器用于非直噴軸針式噴油器用于非直噴式燃燒室，有式燃燒室，有標準軸針式標準軸針式和和節(jié)節(jié)流軸針式流軸針式兩種，有自潔作用兩種，有自潔作用 。第五章 柴油機混合氣形成與燃燒1.1.噴油過程噴油過程

5、 （1）噴油延遲階段噴油延遲階段 供油提前角供油提前角j 供 噴油提前角噴油提前角j 噴 噴油泵出油（出油閥升起）到噴油嘴噴油（針閥升噴油泵出油（出油閥升起）到噴油嘴噴油（針閥升起）起） D j = j 供 j 噴 （2）主噴射階段主噴射階段 噴油嘴噴油到噴油泵停止出油（出油閥關(guān)閉）噴油嘴噴油到噴油泵停止出油（出油閥關(guān)閉） ，高，高壓油管壓力急劇下降壓油管壓力急劇下降 （3）停止噴油階段停止噴油階段 噴油泵停止出油到噴油嘴停止噴油（針閥關(guān)閉）噴油泵停止出油到噴油嘴停止噴油（針閥關(guān)閉）二、噴射與霧化二、噴射與霧化壓力波：壓力波：12001300m/s 供油提前角供油提前角 噴油提前角噴油提前角

6、開始噴油開始噴油 第五章 柴油機混合氣形成與燃燒2.2.供油規(guī)律與噴油規(guī)律供油規(guī)律與噴油規(guī)律 （1）供油規(guī)律供油規(guī)律: 供油速率。單位時間噴油泵供油量與噴油泵凸輪轉(zhuǎn)角（時間）的關(guān)系供油速率。單位時間噴油泵供油量與噴油泵凸輪轉(zhuǎn)角（時間）的關(guān)系 （2）噴油規(guī)律噴油規(guī)律: 噴油速率。單位時間噴油器噴油量與噴油泵凸輪轉(zhuǎn)角（時間）的關(guān)系噴油速率。單位時間噴油器噴油量與噴油泵凸輪轉(zhuǎn)角（時間）的關(guān)系 差異在于：差異在于： A、燃油可壓縮性、燃油可壓縮性 B、油管彈性變形、油管彈性變形 C、壓力波傳遞反射、壓力波傳遞反射 （3）理想噴油規(guī)律理想噴油規(guī)律：“先少后多、先慢后快先少后多、先慢后快”單位曲軸轉(zhuǎn)角由噴

7、油泵供入油管單位曲軸轉(zhuǎn)角由噴油泵供入油管的燃油量取決于柱塞直徑和凸輪的燃油量取決于柱塞直徑和凸輪幾何尺寸幾何尺寸單位凸輪軸轉(zhuǎn)角由噴油器單位凸輪軸轉(zhuǎn)角由噴油器噴入燃燒室內(nèi)的燃油量噴入燃燒室內(nèi)的燃油量主要取決于噴油器的結(jié)構(gòu)特點主要取決于噴油器的結(jié)構(gòu)特點 810比較發(fā)現(xiàn)：比較發(fā)現(xiàn)：1 1、噴油比供油延遲、噴油比供油延遲8108102 2、噴油持續(xù)時間比供油時間長、噴油持續(xù)時間比供油時間長3 3、最大、最大 噴油速率比供油速率低噴油速率比供油速率低4 4、形狀畸變、形狀畸變5 5、循環(huán)噴油量低于循環(huán)供油量、循環(huán)噴油量低于循環(huán)供油量 第一節(jié)燃油的噴射與霧化 二、噴射與霧化二、噴射與霧化3.3.噴霧特性與

8、霧化質(zhì)量噴霧特性與霧化質(zhì)量 霧化是指燃油噴入燃燒室內(nèi)后被粉碎分散為細小液滴的過程。霧化是指燃油噴入燃燒室內(nèi)后被粉碎分散為細小液滴的過程。霧化的作用：霧化的作用：增加與周圍空氣接觸的蒸發(fā)面積增加與周圍空氣接觸的蒸發(fā)面積 加速從空氣中吸熱過程和油滴的汽化過程加速從空氣中吸熱過程和油滴的汽化過程有利于混合氣的形成有利于混合氣的形成 油滴越細小油滴越細小20200MPa100400m/s射程（貫穿距離）射程（貫穿距離） 噴霧錐角噴霧錐角 250m已霧化已霧化 最大寬度最大寬度 油束的幾何形狀主要包括油束射程（又稱為貫穿距離）油束的幾何形狀主要包括油束射程（又稱為貫穿距離）L L和噴霧錐角和噴霧錐角或油

9、束的最大或油束的最大寬度寬度B B。貫穿率貫穿率1: 表示油束已噴到燃燒室壁面。表示油束已噴到燃燒室壁面。 噴射壓力越高、噴孔長度直徑比越大、噴射噴射壓力越高、噴孔長度直徑比越大、噴射環(huán)境密度越小環(huán)境密度越小貫穿率越大，噴霧錐角越小。貫穿率越大，噴霧錐角越小。 油束射程短：油束射程短：貫穿距離貫穿距離L ，噴注穿透不足；噴注穿透不足； 空間霧化空間霧化氣流強氣流強粗暴，粗暴，NOx 油束射程過長：油束射程過長：噴注穿透過度噴注穿透過度，噴注著壁，噴注著壁 ； 燃燒室壁面或擠氣面很難形成混合氣燃燒室壁面或擠氣面很難形成混合氣冒煙冒煙 影響油束幾何形狀的主要因素：噴射壓力、噴油器噴孔的長度直徑影響

10、油束幾何形狀的主要因素：噴射壓力、噴油器噴孔的長度直徑比和空氣與燃油密度比比和空氣與燃油密度比 噴霧錐角過大，貫穿距離會減少；而錐角過小，則霧化程度會變差。噴霧錐角過大，貫穿距離會減少；而錐角過小，則霧化程度會變差。 油束的霧化質(zhì)量：油束中液滴的細度和均勻度，油束核心部分液滴非常密集且油束的霧化質(zhì)量：油束中液滴的細度和均勻度，油束核心部分液滴非常密集且液滴直徑較大，液滴運動速度較高，空氣少；油束外圍部分則與之相反，液滴稀少液滴直徑較大，液滴運動速度較高，空氣少；油束外圍部分則與之相反，液滴稀少且液滴直徑較小，液滴運動速度低。且液滴直徑較小，液滴運動速度低。 霧化質(zhì)量的評價霧化質(zhì)量的評價:油束中

11、油滴的細度和均勻度，常用指標油束中油滴的細度和均勻度，常用指標有有平均粒徑、索特粒徑（平均粒徑、索特粒徑（m ）和粒徑分布（略）和粒徑分布（略）。影響油粒直徑的因素：影響油粒直徑的因素：減小噴孔直徑：減小噴孔直徑：增大噴油壓力：增大噴油壓力：增大空氣密度：增大空氣密度：減小燃油粘度、表面張力：減小燃油粘度、表面張力：噴孔直徑減小趨勢噴孔直徑減小趨勢壓力增大的趨勢壓力增大的趨勢增壓增壓粘度?。空扯刃。侩娍夭裼蜋C中有燃油溫度傳感器，就是為了修電控柴油機中有燃油溫度傳感器，就是為了修正油溫變化引起的噴油特性的變化！正油溫變化引起的噴油特性的變化！噴油壓力、噴射背壓和噴孔直徑對噴霧特性的影響噴油壓力、

12、噴射背壓和噴孔直徑對噴霧特性的影響 35MPa 35MPa 28MPa28MPa22MPa22MPa1MPa1MPa0.5MPa0.5MPa0.1MPa0.1MPa噴油壓力噴油壓力噴射背壓噴射背壓噴孔直徑噴孔直徑0.8mm0.8mm0.57mm0.57mm0.4mm0.4mm各種異常噴射簡介各種異常噴射簡介 多出現(xiàn)在大負荷、高轉(zhuǎn)速多出現(xiàn)在大負荷、高轉(zhuǎn)速 多出現(xiàn)在怠速工況多出現(xiàn)在怠速工況 在某些工況（特別是低怠速工況）下，當結(jié)構(gòu)參數(shù)匹配不當時，循環(huán)供油量不在某些工況（特別是低怠速工況）下，當結(jié)構(gòu)參數(shù)匹配不當時，循環(huán)供油量不斷變動，各循環(huán)噴油規(guī)律也有差異，這種現(xiàn)象稱之為斷變動，各循環(huán)噴油規(guī)律也有差

13、異，這種現(xiàn)象稱之為不穩(wěn)定或不規(guī)則噴射不穩(wěn)定或不規(guī)則噴射。對于不。對于不穩(wěn)定噴射，測量針閥升程和噴油規(guī)律即可加以判定，如針閥開啟不足，針閥的跳動穩(wěn)定噴射，測量針閥升程和噴油規(guī)律即可加以判定，如針閥開啟不足，針閥的跳動無一定的規(guī)律，造成每循環(huán)噴油量的變動，即所謂無一定的規(guī)律，造成每循環(huán)噴油量的變動，即所謂不齊噴射不齊噴射，更為嚴重的是有的循，更為嚴重的是有的循環(huán)針閥不能開啟，產(chǎn)生環(huán)針閥不能開啟，產(chǎn)生隔次噴射隔次噴射現(xiàn)象。造成這些現(xiàn)象的原因是高速、大負荷時，為現(xiàn)象。造成這些現(xiàn)象的原因是高速、大負荷時，為提高噴油速率而采用高噴射壓力，提高噴油速率而采用高噴射壓力，為防止二次噴射又采用了較大的出油閥減壓

14、容積；為防止二次噴射又采用了較大的出油閥減壓容積；但在低怠速工況時，循環(huán)供油量少，柱塞有效供油行程小，漏油增多，油壓低，加但在低怠速工況時，循環(huán)供油量少，柱塞有效供油行程小，漏油增多，油壓低，加之在高壓油路中減壓過度，造成高壓油路系統(tǒng)殘壓降低并產(chǎn)生之在高壓油路中減壓過度，造成高壓油路系統(tǒng)殘壓降低并產(chǎn)生周期性的波動周期性的波動，從而，從而使循環(huán)噴油量也相應(yīng)產(chǎn)生變化使循環(huán)噴油量也相應(yīng)產(chǎn)生變化。主要原因：壓力波主要原因：壓力波動動第五章 柴油機混合氣形成與燃燒柴油機的不正常噴射柴油機的不正常噴射 （1 1）二次噴射二次噴射: : 針閥打開二次。針閥落座后，由于壓力波動致使針閥再次打開。針閥打開二次。

15、針閥落座后，由于壓力波動致使針閥再次打開。 后噴的燃油油壓低，霧化不良，積碳增多；容易出現(xiàn)噴孔堵塞；后燃嚴重，經(jīng)濟性下降；排溫后噴的燃油油壓低，霧化不良，積碳增多；容易出現(xiàn)噴孔堵塞；后燃嚴重，經(jīng)濟性下降；排溫高、冒黑煙。高、冒黑煙。 （2 2）斷續(xù)噴射（多次噴射）斷續(xù)噴射（多次噴射）：針閥振蕩，多次開閉。循環(huán)噴油量恰好引起壓力波動，并與噴油：針閥振蕩，多次開閉。循環(huán)噴油量恰好引起壓力波動，并與噴油嘴固有頻率發(fā)生諧振嘴固有頻率發(fā)生諧振。噴油時間正常，但噴油壓力低，霧化不良；針閥運動次數(shù)多，易磨損；動力性、經(jīng)濟性下降；排氣噴油時間正常，但噴油壓力低，霧化不良；針閥運動次數(shù)多，易磨損；動力性、經(jīng)濟性

16、下降；排氣容易冒黑煙。容易冒黑煙。 （3 3） 隔次噴射隔次噴射：低速、尤其是怠速時，油量少，油壓不足，壓不開針閥；下一循環(huán)時油壓湊足，：低速、尤其是怠速時，油量少，油壓不足，壓不開針閥；下一循環(huán)時油壓湊足，壓開針閥噴射。怠速運轉(zhuǎn)不穩(wěn)定。壓開針閥噴射。怠速運轉(zhuǎn)不穩(wěn)定。第二節(jié)燃燒與放熱第二節(jié)燃燒與放熱柴油機噴霧燃燒高速攝影柴油機噴霧燃燒高速攝影-1-1噴油后噴油后0.140.14msms普通噴射壓力：普通噴射壓力：高壓噴射：高壓噴射：0.42ms0.42ms0.69ms0.69ms0.97ms0.97ms條件：無進氣渦流，條件：無進氣渦流，6孔噴嘴，不同噴油壓力孔噴嘴，不同噴油壓力來源：日本來源

17、：日本AEC用高速攝影觀察柴油機燃燒過程第二節(jié)燃燒與放熱第二節(jié)燃燒與放熱一、柴油機燃燒過程一、柴油機燃燒過程壓縮線壓縮線無燃燒膨脹無燃燒膨脹線線噴油噴油著火著火最高壓力最高壓力最高溫度最高溫度壓縮線壓縮線無燃燒膨無燃燒膨脹線脹線噴油噴油著火著火最高壓力最高壓力最高溫度最高溫度著火落后期著火落后期 速燃期速燃期緩燃期緩燃期補燃期補燃期噴油提前角噴油提前角第五章 柴油機混合氣形成與燃燒 柴油機燃燒分為柴油機燃燒分為正常燃燒正常燃燒與與非正常燃燒非正常燃燒。 正常燃燒是指發(fā)動機正常工作的燃燒，是相對于不正常燃燒而言的。正常燃燒是指發(fā)動機正常工作的燃燒，是相對于不正常燃燒而言的。 柴油機正常燃燒過程分

18、為柴油機正常燃燒過程分為 四個階段：四個階段： （1）著火落后期著火落后期 （1 2） 即即階段。階段。 （2）速燃期速燃期 （2 3） 即即階段。階段。 （3）緩燃期緩燃期 （3 4） 即即階段。階段。 （4）補燃期補燃期 （4 ） 即即階段。階段。 與汽油機相比，柴油機多了一個緩燃期。與汽油機相比，柴油機多了一個緩燃期。第五章 柴油機混合氣形成與燃燒著火落后期著火落后期 （階段）從噴油開始到壓力階段）從噴油開始到壓力線脫離壓縮線所占用的曲軸轉(zhuǎn)角。線脫離壓縮線所占用的曲軸轉(zhuǎn)角。速燃期速燃期 （ 階段）從壓力線脫離壓縮階段）從壓力線脫離壓縮線到出現(xiàn)最高燃燒壓力所占用的線到出現(xiàn)最高燃燒壓力所占用

19、的曲軸轉(zhuǎn)角。曲軸轉(zhuǎn)角。緩燃期緩燃期 （ 階段）從最高燃燒壓力到階段）從最高燃燒壓力到出現(xiàn)最高燃燒溫度所占用的曲軸出現(xiàn)最高燃燒溫度所占用的曲軸轉(zhuǎn)角。轉(zhuǎn)角。補燃期補燃期 （ 階段）最高燃燒溫度出現(xiàn)階段）最高燃燒溫度出現(xiàn)以后的燃燒。以后的燃燒。第五章 柴油機混合氣形成與燃燒第五章 柴油機混合氣形成與燃燒最高溫度最高溫度最高壓力最高壓力第五章 柴油機混合氣形成與燃燒1正常燃燒過程的評價正常燃燒過程的評價 A A、特點：、特點： 過程復雜，有物理準備過程復雜，有物理準備 形成混合氣，有形成混合氣，有化學準備化學準備 氧化反應(yīng)速度逐漸加快；缸內(nèi)壓力氧化反應(yīng)速度逐漸加快；缸內(nèi)壓力無明顯升高。無明顯升高。 B

20、 B、評價指標、評價指標 著火落后期長度著火落后期長度D Dj j12 12 = = j j2 2 - -j j1 1（1 1）著火落后期）著火落后期著火落后期著火落后期噴油提前角噴油提前角 C、影響因素：影響因素： 十六烷值十六烷值 十六烷值高，著火落后期短。十六烷值高，著火落后期短。 點火時的缸內(nèi)氣體狀態(tài)點火時的缸內(nèi)氣體狀態(tài) 氣體溫度和壓力越高，著火落后期越短。氣體溫度和壓力越高，著火落后期越短。 噴油提前角噴油提前角 從噴油到上止點間的曲從噴油到上止點間的曲軸轉(zhuǎn)角軸轉(zhuǎn)角。著火延遲期（著火延遲期（ i i）：A-BA-B = = 物理過程物理過程+ +化學過程化學過程 混合氣形成的物理過程

21、：混合氣形成的物理過程： 噴霧噴霧分散分散蒸發(fā)蒸發(fā)汽化汽化混合混合化學過程：局部可燃混合氣先期化化學過程：局部可燃混合氣先期化學反應(yīng)學反應(yīng)自燃。自燃。 i i ，dp/ddp/djj，NOxNOx ，粗暴，粗暴影響因素：燃料的十六烷值影響因素：燃料的十六烷值 ， i i ； 溫度、壓力溫度、壓力 ， i i ；凡是改善蒸發(fā)霧化條件均使凡是改善蒸發(fā)霧化條件均使 i i 影響著火落后期長短的主要因影響著火落后期長短的主要因素是燃燒室內(nèi)工質(zhì)的狀態(tài)：素是燃燒室內(nèi)工質(zhì)的狀態(tài)： 噴油時缸內(nèi)的溫度和壓力越高，噴油時缸內(nèi)的溫度和壓力越高，則著火延遲期越短。則著火延遲期越短。柴油的自燃性較好（十六值較柴油的自燃

22、性較好（十六值較高），著火延遲期較短。高），著火延遲期較短。其次因素是燃燒室的形狀和壁溫其次因素是燃燒室的形狀和壁溫等。等。圖圖5-14 溫度與壓力對著火落后期的影響溫度與壓力對著火落后期的影響第五章 柴油機混合氣形成與燃燒5.1 柴油機燃燒過程柴油機燃燒過程1正常燃燒過程的評價正常燃燒過程的評價 A A、特點：、特點： 預混燃燒、多點燃燒；同時又形成混合氣；預混燃燒、多點燃燒；同時又形成混合氣；缸內(nèi)壓力急劇升高。缸內(nèi)壓力急劇升高。 B B、評價指標、評價指標 最高燃燒壓力最高燃燒壓力（最高爆發(fā)壓力）（最高爆發(fā)壓力）pZ Z 以及以及出出現(xiàn)時刻現(xiàn)時刻j3 j3 。 希望希望j3j3在上止點后在

23、上止點后15 20曲軸轉(zhuǎn)角之內(nèi)。曲軸轉(zhuǎn)角之內(nèi)。 平均壓力升高率平均壓力升高率 表示壓力升高的急劇程度。表示壓力升高的急劇程度。（2 2）速燃期）速燃期232jjjDDpppz速燃期速燃期第五章 柴油機混合氣形成與燃燒5.1 柴油機燃燒過程柴油機燃燒過程1正常燃燒過程的評價正常燃燒過程的評價（2 2）速燃期）速燃期速燃期速燃期 C C、燃燒過程、燃燒過程 燃燒為燃燒為預混燃燒預混燃燒，開始是著火延遲期形，開始是著火延遲期形成的非均質(zhì)混合氣中多點燃燒，后來燃燒的成的非均質(zhì)混合氣中多點燃燒，后來燃燒的是噴束擴散形成的混合氣，轉(zhuǎn)入是噴束擴散形成的混合氣，轉(zhuǎn)入擴散燃燒擴散燃燒。 因為是多點燃燒，故燃燒速

24、度快，壓力因為是多點燃燒，故燃燒速度快，壓力升高率大，工作粗暴，振動強，噪聲高。升高率大，工作粗暴，振動強，噪聲高。影響：影響： 壓力升高率大，燃燒迅速，柴油機的經(jīng)濟性和動力性會較好；壓力升高率大，燃燒迅速，柴油機的經(jīng)濟性和動力性會較好； 壓力升高率過大，則柴油機工作粗暴，燃燒噪音大；同時運動零壓力升高率過大，則柴油機工作粗暴，燃燒噪音大；同時運動零件承受較大的沖擊負荷，影響其工作可靠性和使用壽命等。件承受較大的沖擊負荷，影響其工作可靠性和使用壽命等。 壓力升高率應(yīng)限制在一定的范圍之內(nèi)，柴油機的壓力升高率一般壓力升高率應(yīng)限制在一定的范圍之內(nèi)，柴油機的壓力升高率一般應(yīng)不大于應(yīng)不大于0.40.5

25、MPa() )曲軸。與汽油機相比，柴油機的曲軸。與汽油機相比，柴油機的壓力升高壓力升高率較大。率較大?？刂茐毫ι呗实拇胧┛刂茐毫ι呗实拇胧p小在著火延遲期內(nèi)的可燃混合氣的量減小在著火延遲期內(nèi)的可燃混合氣的量 縮短著火落后期的時間；縮短著火落后期的時間； 減少著火落后期內(nèi)噴入的燃油減少著火落后期內(nèi)噴入的燃油或或可能形成可燃混合氣的可能形成可燃混合氣的燃油燃油第五章 柴油機混合氣形成與燃燒5.1 柴油機燃燒過程柴油機燃燒過程1正常燃燒過程的評價正常燃燒過程的評價 A A、特點：、特點： 擴散燃燒；可能有邊噴射、邊形成混合氣、擴散燃燒；可能有邊噴射、邊形成混合氣、邊燃燒；缸內(nèi)壓力下降慢。邊燃燒；

26、缸內(nèi)壓力下降慢。 B B、評價指標、評價指標 最高燃燒溫度最高燃燒溫度TZ 緩燃期延續(xù)時間緩燃期延續(xù)時間 D Dj j34 = j j4 j j3 希望盡量縮短希望盡量縮短 C C、燃燒過程、燃燒過程 比較粗大的油滴獨立燃燒，氣流運動對完比較粗大的油滴獨立燃燒，氣流運動對完善過程作用極大。如燃燒不好，出現(xiàn)碳煙排放。善過程作用極大。如燃燒不好，出現(xiàn)碳煙排放。（3 3）緩燃期）緩燃期緩燃期緩燃期 特點：特點： （1）噴油過程基本結(jié)束，燃燒速率下降（氧氣、柴油濃）噴油過程基本結(jié)束，燃燒速率下降（氧氣、柴油濃度減小，廢氣增多）。度減小，廢氣增多）。 （2）壓力開始下降（氣缸容積不斷增大），溫度達到最）

27、壓力開始下降（氣缸容積不斷增大），溫度達到最高。最高溫度可達高。最高溫度可達2000K左右，一般在上止點后左右，一般在上止點后2035曲曲軸轉(zhuǎn)角處出現(xiàn)。軸轉(zhuǎn)角處出現(xiàn)。 3、緩燃期：最高壓力點、緩燃期：最高壓力點最高溫度點最高溫度點 噴射過程結(jié)束，邊噴邊燃燒噴射過程結(jié)束，邊噴邊燃燒擴散燃燒階段；擴散燃燒階段； 主要影響碳煙排放。主要影響碳煙排放。特點：空氣量減少，燃燒產(chǎn)物特點：空氣量減少，燃燒產(chǎn)物 ，活塞，活塞 ，燃燒緩慢，燃燒緩慢 不均勻混合氣的燃燒不均勻混合氣的燃燒空燃比偏大，才有可能空燃比偏大，才有可能 完全燃燒完全燃燒空氣利用率低空氣利用率低 ，PL，比重量，比重量汽油機汽油機。影響因素

28、：混合氣形成速度影響因素：混合氣形成速度燃料與空氣的擴散速度燃料與空氣的擴散速度 燃燒室內(nèi)氣流特性及強度燃燒室內(nèi)氣流特性及強度燃燒室。燃燒室。第五章 柴油機混合氣形成與燃燒5.1 柴油機燃燒過程柴油機燃燒過程1正常燃燒過程的評價正常燃燒過程的評價 特點：特點：燃燒速度慢，燃燒放熱因活塞下行不燃燒速度慢，燃燒放熱因活塞下行不能利用，反而使排氣溫度升高。能利用，反而使排氣溫度升高。補燃雖不能絕對消除，但通過完善燃補燃雖不能絕對消除，但通過完善燃燒過程，可盡量減少。燒過程，可盡量減少。（4 4）補燃期（后燃期）補燃期（后燃期）補燃期補燃期 補燃期內(nèi)燃油的燃燒可稱為后燃，由于燃燒時間短促，混補燃期內(nèi)燃

29、油的燃燒可稱為后燃，由于燃燒時間短促，混合氣又不太均勻，總有少量燃油拖延到膨脹過程中繼續(xù)燃燒。合氣又不太均勻，總有少量燃油拖延到膨脹過程中繼續(xù)燃燒。特別在高速、高負荷工況下，因過量空氣系數(shù)小，混合氣形成特別在高速、高負荷工況下，因過量空氣系數(shù)小，混合氣形成和燃燒的時間更短，這種后燃現(xiàn)象就更為嚴重。和燃燒的時間更短，這種后燃現(xiàn)象就更為嚴重。 在補燃期中，由于活塞下行了相當?shù)木嚯x，氣缸內(nèi)容積增在補燃期中，由于活塞下行了相當?shù)木嚯x，氣缸內(nèi)容積增大很多，缸內(nèi)壓力和溫度迅速下降，故燃燒速度很慢，所放出大很多，缸內(nèi)壓力和溫度迅速下降，故燃燒速度很慢，所放出的熱量很難有效利用，還使排氣溫度升高，導致散熱損失

30、增大，的熱量很難有效利用，還使排氣溫度升高，導致散熱損失增大，對柴油機的經(jīng)濟性不利。此外，后燃還增加了有關(guān)零件的熱負對柴油機的經(jīng)濟性不利。此外，后燃還增加了有關(guān)零件的熱負荷。荷。因此，應(yīng)盡量縮短補燃期，減少補燃期內(nèi)燃燒的燃油量。因此，應(yīng)盡量縮短補燃期，減少補燃期內(nèi)燃燒的燃油量。 補燃期：補燃期：Tmax基本燃燒完基本燃燒完 釋放總放熱量的釋放總放熱量的95%99%時，時，補燃期結(jié)束。補燃期結(jié)束。 燃燒時間短促，混合氣不均勻；燃燒時間短促，混合氣不均勻； 膨脹中燃燒膨脹中燃燒后燃；后燃； 高速大負荷時嚴重。高速大負荷時嚴重。特點：特點：p ,氣缸氣缸V 散熱損失散熱損失 ，排溫，排溫 ； 熱效率

31、熱效率 盡可能減小補燃期盡可能減小補燃期小結(jié)：柴油機合理的燃燒過程 滯燃期要縮短，滯燃期要縮短， 速燃期不過急，速燃期不過急， 緩燃期要加快，緩燃期要加快， 后燃期不過長。后燃期不過長。擴散燃燒速度擴散燃燒速度著火落后期著火落后期dp/d混合氣混合氣形成速度形成速度氣流運動氣流運動燃燒室形狀燃燒室形狀噴油規(guī)律噴油規(guī)律第五章 柴油機混合氣形成與燃燒5.1 柴油機燃燒過程柴油機燃燒過程二、燃燒放熱規(guī)律二、燃燒放熱規(guī)律1.燃燒放熱規(guī)律的定義燃燒放熱規(guī)律的定義瞬時放熱速率瞬時放熱速率是指在燃燒過程中的某一時刻，單位時間內(nèi)（或是指在燃燒過程中的某一時刻，單位時間內(nèi)（或1曲軸轉(zhuǎn)角內(nèi)）燃燒曲軸轉(zhuǎn)角內(nèi)）燃燒的

32、燃油所放出的熱量；的燃油所放出的熱量；累積放熱百分比累積放熱百分比是指從燃燒過程開始至某一時刻為止已經(jīng)燃是指從燃燒過程開始至某一時刻為止已經(jīng)燃燒的燃油與循環(huán)供油量的比值。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：瞬時放熱速率和累積放熱百分比隨曲軸轉(zhuǎn)角的變化關(guān)系。：瞬時放熱速率和累積放熱百分比隨曲軸轉(zhuǎn)角的變化關(guān)系。單位曲軸轉(zhuǎn)角內(nèi)燃燒放出的熱量：單位曲軸轉(zhuǎn)角內(nèi)燃燒放出的熱量：WBdQdQdUdWddddjjjj放熱速率隨時間（曲軸轉(zhuǎn)角）變化規(guī)律；放熱速率隨時間（曲軸轉(zhuǎn)角）變化規(guī)律； 組織燃燒過程的關(guān)鍵組織燃燒過程的關(guān)鍵影響性能、排放。影響性能、排放。由能量守恒律和熱一定律由能量守恒律和

33、熱一定律 ：瞬時累計放熱瞬時累計放熱百分比百分比放熱率放熱率jjjjjjddQddWddUddQddQddQWWB放熱率放熱率工質(zhì)工質(zhì)吸熱率吸熱率傳熱率傳熱率第五章 柴油機混合氣形成與燃燒5.1 柴油機燃燒過程柴油機燃燒過程二、燃燒放熱規(guī)律二、燃燒放熱規(guī)律WBdQdQdUdWddddjjjj燃燒放熱規(guī)律燃燒放熱規(guī)律累計放熱率累計放熱率x x： 從燃燒過程開始至任一時刻為止燃燒所放出的累積從燃燒過程開始至任一時刻為止燃燒所放出的累積熱量與每循環(huán)燃料燃燒總熱量之比。熱量與每循環(huán)燃料燃燒總熱量之比。 影響因素：影響因素：燃燒室結(jié)構(gòu)，及其內(nèi)部氣流狀態(tài)；燃燒室結(jié)構(gòu)，及其內(nèi)部氣流狀態(tài)； 噴射方式噴射方式高

34、壓噴射，先導噴射等高壓噴射，先導噴射等2110jjjjdddQHgQQxBubBB第五章 柴油機混合氣形成與燃燒5.1 柴油機燃燒過程柴油機燃燒過程2.2.理想的燃燒放熱規(guī)律及其控制理想的燃燒放熱規(guī)律及其控制放熱規(guī)律三要素：放熱規(guī)律三要素：燃燒放熱始點、放熱持續(xù)期和放熱率曲線燃燒放熱始點、放熱持續(xù)期和放熱率曲線（1 1）放熱始點）放熱始點放熱始點的位置能保證該循環(huán)有放熱始點的位置能保證該循環(huán)有最大指示熱效率最大指示熱效率，一般認為保證一定，一般認為保證一定等容度等容度前提下盡前提下盡可能壓縮負功?？赡軌嚎s負功。（2 2）放熱持續(xù)期）放熱持續(xù)期噴油持續(xù)角的大小、擴散燃燒期內(nèi)混合氣形成的快慢和完善

35、程度噴油持續(xù)角的大小、擴散燃燒期內(nèi)混合氣形成的快慢和完善程度（3 3）放熱規(guī)律曲線形狀）放熱規(guī)律曲線形狀機型、燃燒室形式和混合氣形成方式以及對性能的具體要求機型、燃燒室形式和混合氣形成方式以及對性能的具體要求2.2.理想的燃燒放熱規(guī)律及其理想的燃燒放熱規(guī)律及其控制控制1. 1. 放熱始點放熱始點 放熱始點的位置能保證該放熱始點的位置能保證該循環(huán)有最大指示熱效率。循環(huán)有最大指示熱效率。柴油機通過噴油提前角的變柴油機通過噴油提前角的變化以及著火落后期長短來加化以及著火落后期長短來加以調(diào)控。以調(diào)控。圖圖5-16 噴油提前角的調(diào)節(jié)特性噴油提前角的調(diào)節(jié)特性2. 放熱持續(xù)期放熱持續(xù)期 放熱持續(xù)期首先取決于

36、放熱持續(xù)期首先取決于噴油持續(xù)角的大小。其次，噴油持續(xù)角的大小。其次，取決于擴散燃燒期內(nèi)混合取決于擴散燃燒期內(nèi)混合氣形成的快慢和完善程度。氣形成的快慢和完善程度。3. 3. 放熱規(guī)律曲線形狀放熱規(guī)律曲線形狀 直噴式燃燒室柴油機的瞬時放直噴式燃燒室柴油機的瞬時放熱速率和累積放熱百分比在燃熱速率和累積放熱百分比在燃燒的起始階段上升最快，放熱燒的起始階段上升最快，放熱速率很快就達到最大值。速率很快就達到最大值。 高速的直噴式燃燒室柴油機的高速的直噴式燃燒室柴油機的放熱速率往往呈現(xiàn)雙峰的特點。放熱速率往往呈現(xiàn)雙峰的特點。在燃燒的起始階段，非直噴式在燃燒的起始階段，非直噴式式燃燒室柴油機的放熱速率和式燃燒

37、室柴油機的放熱速率和累積放熱百分比都上升得比較累積放熱百分比都上升得比較慢，放熱速率的最大值也較低。慢，放熱速率的最大值也較低。圖圖5-18不同類型柴油機的燃燒放熱規(guī)律比較不同類型柴油機的燃燒放熱規(guī)律比較1汽油機汽油機 2直噴式燃燒室柴油機直噴式燃燒室柴油機3渦流室燃燒室柴油機渦流室燃燒室柴油機 4預燃室燃燒室柴油機預燃室燃燒室柴油機1 1、放熱規(guī)律三要素：、放熱規(guī)律三要素： 燃燒始點燃燒始點 持續(xù)期持續(xù)期 形狀形狀2 2、理想的放熱規(guī)律：、理想的放熱規(guī)律：l以動力性和熱效率為目標以動力性和熱效率為目標 圖中實線圖中實線l以低以低NOxNOx排放和低噪聲為目標排放和低噪聲為目標 圖中虛線圖中虛

38、線柴油機燃燒過程組織的困難柴油機燃燒過程組織的困難（1）節(jié)能與排放的矛盾）節(jié)能與排放的矛盾 原因：節(jié)能要求燃燒完全，使燃燒溫度高，雖然原因：節(jié)能要求燃燒完全，使燃燒溫度高，雖然CO、HC和碳煙排放少，但和碳煙排放少，但NOX排放多。排放多。 （2）碳煙與氮氧化物排放的矛盾）碳煙與氮氧化物排放的矛盾 原因：消除碳煙要原因：消除碳煙要 燃燒完全，使燃燒溫度高，氮氧化物排放多。而對減少氮氧燃燒完全，使燃燒溫度高，氮氧化物排放多。而對減少氮氧化物排放有利的措施，又可能導致碳煙；反之亦然?；锱欧庞欣拇胧挚赡軐е绿紵?；反之亦然。（3）節(jié)能與工作柔和要求的矛盾）節(jié)能與工作柔和要求的矛盾 原因：工作柔

39、和要求前期少噴油，會造成后燃嚴重，經(jīng)濟性和動力性差；如原因：工作柔和要求前期少噴油，會造成后燃嚴重，經(jīng)濟性和動力性差；如 燃燃燒完全，前期噴油多，則壓力升高快，工作粗暴。燒完全，前期噴油多，則壓力升高快，工作粗暴。燃燒過程存在的問題燃燒過程存在的問題，因此，燃燒時缸內(nèi)情況異常復雜。因此，燃燒時缸內(nèi)情況異常復雜。，使一部分燃油在，使一部分燃油在高溫缺氧條件下不能完全燃燒，致使排氣冒煙，高溫缺氧條件下不能完全燃燒，致使排氣冒煙，。提高過量空氣系數(shù)提高過量空氣系數(shù)組織氣缸內(nèi)氣體運動組織氣缸內(nèi)氣體運動燃燒過程存在的問題燃燒過程存在的問題柴油機的壓縮比高，混合氣幾乎同時燃燒，柴油機的壓縮比高，混合氣幾乎

40、同時燃燒，直接使燃燒室壁面及活塞、曲，直接使燃燒室壁面及活塞、曲軸等機件受沖擊，產(chǎn)生強烈振動，并通過氣缸軸等機件受沖擊，產(chǎn)生強烈振動，并通過氣缸壁傳到外部，從而壁傳到外部，從而。，是減輕噪聲的主要途徑。，是減輕噪聲的主要途徑。 燃燒過程存在的問題燃燒過程存在的問題 降低經(jīng)濟性，污染大氣。降低經(jīng)濟性，污染大氣。 碳煙的形成是燃油在高溫缺氧條件下燃燒所致。碳煙的形成是燃油在高溫缺氧條件下燃燒所致。 柴油機廢氣中的柴油機廢氣中的NONO。HCHC、COCO以及以及S0S02 2等均等均有害于人體，污染大氣。表有害于人體，污染大氣。表6262為車用柴油機有為車用柴油機有害廢氣的大致范圍。害廢氣的大致范

41、圍。燃燒過程存在的問題燃燒過程存在的問題NOxNOx是柴油機廢氣中主要有害成分。其生成是柴油機廢氣中主要有害成分。其生成量取決于反應(yīng)物量取決于反應(yīng)物N N2 2、0 02 2、O O、N N的濃度，反應(yīng)的濃度，反應(yīng)進行時的溫度，以及反應(yīng)進行的時間長短。進行時的溫度，以及反應(yīng)進行的時間長短。因此，為降低因此，為降低NOx NOx 生成量，必須降低火焰高生成量，必須降低火焰高峰溫度、縮短空氣在高溫下停留的時間，減峰溫度、縮短空氣在高溫下停留的時間，減少過量空氣系數(shù)等。少過量空氣系數(shù)等。HCHC主要是未燃的燃料，裂解反應(yīng)的碳氧化合主要是未燃的燃料，裂解反應(yīng)的碳氧化合物，以及少量氧化反應(yīng)的中間產(chǎn)物物，

42、以及少量氧化反應(yīng)的中間產(chǎn)物( (醛、酮醛、酮等等) )。它們是由于混合氣形成不良，燃燒組。它們是由于混合氣形成不良，燃燒組織得不完善、竄機油等原因引起。織得不完善、竄機油等原因引起。COCO是燃油不完全燃燒時所產(chǎn)生的。主要是在是燃油不完全燃燒時所產(chǎn)生的。主要是在局部缺氧或低溫下形成。局部缺氧或低溫下形成。 4 4有害的廢氣成分有害的廢氣成分作業(yè)1.直噴式燃燒室柴油機放熱規(guī)律出現(xiàn)直噴式燃燒室柴油機放熱規(guī)律出現(xiàn)”雙峰雙峰”現(xiàn)象的原因現(xiàn)象的原因?2.P104 2.第五章 柴油機混合氣形成與燃燒1.混合氣形成特點混合氣形成特點 柴油機混合氣形成在氣缸中進行。這是因為柴油蒸發(fā)性差，需要利用氣缸柴油機混合

43、氣形成在氣缸中進行。這是因為柴油蒸發(fā)性差，需要利用氣缸內(nèi)壓縮高溫的緣故。柴油機混合氣形成的特點是：內(nèi)壓縮高溫的緣故。柴油機混合氣形成的特點是：混合氣形成時間短；混合氣不均勻；混合氣形成時間短；混合氣不均勻；空氣過量；空氣過量； 多數(shù)情況下，需要組織空氣運動。多數(shù)情況下，需要組織空氣運動?；旌蠚庑纬蛇^程混合氣形成過程 空間霧化混合空間霧化混合 霧化霧化 蒸發(fā)蒸發(fā) 擴散混合擴散混合 油膜蒸發(fā)混合油膜蒸發(fā)混合 蒸發(fā)蒸發(fā) 擴散混合擴散混合 因此，油膜蒸發(fā)混合必須組織空氣運動。因此，油膜蒸發(fā)混合必須組織空氣運動。第三節(jié)混合氣形成與燃燒室第三節(jié)混合氣形成與燃燒室一、柴油機混合氣形成特點和方式一、柴油機混合

44、氣形成特點和方式第五章 柴油機混合氣形成與燃燒2.混合氣形成方式混合氣形成方式 根據(jù)混合氣形成原理即對霧化質(zhì)量的要求，柴油機混合氣有兩種基本形成方式。根據(jù)混合氣形成原理即對霧化質(zhì)量的要求，柴油機混合氣有兩種基本形成方式。 空間霧化混合空間霧化混合 利用燃油與空氣的相對運動形成混合氣。霧化質(zhì)量越高，混合氣形成越快，混合越均勻。利用燃油與空氣的相對運動形成混合氣。霧化質(zhì)量越高，混合氣形成越快，混合越均勻。 空間霧化形成的混合氣，包括完全氣相和極其細小油滴?？臻g霧化形成的混合氣，包括完全氣相和極其細小油滴。 分類：分類： 空間霧化混合空間霧化混合、壁面油膜蒸發(fā)混合壁面油膜蒸發(fā)混合1、空間霧化混合 靜

45、止或弱旋流場多孔高壓噴油靜止或弱旋流場多孔高壓噴油： “ “油找氣油找氣”方式，要求方式，要求aa較大，燃燒較慢，適用于大中型柴油機（如開式燃燒室較大，燃燒較慢，適用于大中型柴油機（如開式燃燒室 6 61212孔噴孔噴嘴）；嘴）； 強旋（湍）流場低壓單孔噴嘴：強旋（湍）流場低壓單孔噴嘴： 兩段燃燒的渦流室或預燃室柴油機，兩段燃燒的渦流室或預燃室柴油機，aa最小，燃燒慢；最小，燃燒慢； 強旋流場強旋流場 3 35 5孔高壓噴射：孔高壓噴射： 油氣相互運動，油氣相互運動，aa可較小，高速燃燒，適用于中小可較小，高速燃燒，適用于中小型車用柴油機（如型車用柴油機（如 燃燒室燃燒室 4 4孔噴嘴）；孔噴

46、嘴）；第五章 柴油機混合氣形成與燃燒2.混合氣形成方式混合氣形成方式 根據(jù)混合氣形成原理即對霧化質(zhì)量的要求，柴油機混合氣有兩種基本形成方式。根據(jù)混合氣形成原理即對霧化質(zhì)量的要求，柴油機混合氣有兩種基本形成方式。 油膜蒸發(fā)混合油膜蒸發(fā)混合 利用燃燒室壁面高溫使其表面的燃油油膜蒸發(fā)形成混合氣。燃燒室壁溫越高，混合氣形成越快利用燃燒室壁面高溫使其表面的燃油油膜蒸發(fā)形成混合氣。燃燒室壁溫越高，混合氣形成越快。 油膜蒸發(fā)形成的混合氣是完全氣相的。油膜蒸發(fā)形成的混合氣是完全氣相的。 在實際柴油機中，混合氣形成兼有兩種方式，不能截然區(qū)分開，只是何種方式為主。在實際柴油機中，混合氣形成兼有兩種方式，不能截然區(qū)

47、分開，只是何種方式為主。 2、油膜蒸發(fā)混合 也稱也稱M M燃燒過程，是由燃燒過程，是由MANMAN公司的公司的MeurerMeurer先先生于生于19561956年發(fā)表的。年發(fā)表的。p（德國人的驕傲：（德國人的驕傲：Otto EngineOtto EngineDiesel EngineDiesel EngineWankel EngineWankel EngineM-EngineM-Engine全部由德國人發(fā)明全部由德國人發(fā)明 第五章 柴油機混合氣形成與燃燒兩種混合方式的特點兩種混合方式的特點工作柔和工作柔和工作粗暴工作粗暴滯燃期形成的可燃混合氣數(shù)量少滯燃期形成的可燃混合氣數(shù)量少滯燃期形成的可燃

48、混合氣數(shù)量多滯燃期形成的可燃混合氣數(shù)量多混合氣是氣相混合氣混合氣是氣相混合氣混合氣是氣液兩相混合氣混合氣是氣液兩相混合氣燃料在壁面上形成油膜燃料在壁面上形成油膜燃料在空氣中是細小油滴燃料在空氣中是細小油滴大部分燃料涂布到壁面上大部分燃料涂布到壁面上大部分燃料噴射霧化大部分燃料噴射霧化油膜蒸發(fā)混合油膜蒸發(fā)混合空間霧化混合空間霧化混合試分析：試分析： dp/d和和NOx生成，誰高誰低？為什么？生成，誰高誰低？為什么？ 為什么為什么M燃燒過程會燃燒過程會“輕聲無煙輕聲無煙”？ 兩者的混合氣形成速率分別靠什么控制？兩者的混合氣形成速率分別靠什么控制？空間混合與油膜蒸發(fā)混合的對比（作業(yè)）空間霧化混合空間

49、霧化混合油膜蒸發(fā)混合油膜蒸發(fā)混合絕大部分燃料以較高的壓力被噴射到燃燒室空間中，散布于空氣中燃料在空氣中呈細小油滴狀細小油滴以液相與空氣混合，形成不均勻混合氣（液相混合）大量細小油滴受熱汽化，在著火延遲期內(nèi)形成可燃混合氣數(shù)量多，多點大面積著火初期燃燒的放熱率很高，以后逐漸減慢利用強烈的空氣旋流將大部分燃料涂布到燃燒室壁面上燃料在壁面上形成油膜油膜蒸發(fā)，燃油蒸氣與空氣混合，形成相對均勻的混合氣（氣相混合）散布在空間的少量燃油，在著火延遲期內(nèi)形成少量可燃混合氣，著火面積較小受油膜蒸發(fā)速率的影響，燃燒放熱率呈前低后高的規(guī)律二 缸內(nèi)氣流運動分類分類 渦流、擠流、湍流、滾流渦流、擠流、湍流、滾流渦流、滾流

50、、擠流渦流、滾流、擠流控制油氣宏觀混合控制油氣宏觀混合湍流湍流促進油氣微觀混合促進油氣微觀混合672.缸內(nèi)氣體運動缸內(nèi)氣體運動二 缸內(nèi)氣流運動1、 渦流渦流（Swirl） 繞氣缸中心線的有規(guī)則的氣流運動。繞氣缸中心線的有規(guī)則的氣流運動。柴油機中最常用柴油機中最常用 （1）渦流種類：進氣渦流、壓縮渦流渦流種類：進氣渦流、壓縮渦流 （2）評價指標：）評價指標： 渦流比渦流比渦流轉(zhuǎn)速渦流轉(zhuǎn)速 / 發(fā)動機轉(zhuǎn)速發(fā)動機轉(zhuǎn)速69 柴油機混合氣形成的主要手段，可分為進氣渦流和壓縮渦流。（1）進氣渦流 進氣過程中形成的繞氣缸軸線旋轉(zhuǎn)的有組織的氣流運動。 進氣渦流的產(chǎn)生方法一般有四種：導氣屏、切向氣道、螺旋氣道及

51、組合進氣系統(tǒng)。 衡量渦流強度的指標：渦流比，即渦流轉(zhuǎn)速與發(fā)動機轉(zhuǎn)速之比。渦流強度過大，會增大進氣阻力，使充量系數(shù)下降。二、缸內(nèi)氣流運動二、缸內(nèi)氣流運動70進氣渦流的產(chǎn)生方法螺旋進氣道螺旋進氣道雙進氣道的不同組合方案雙進氣道的不同組合方案切向進氣道切向進氣道1.1.進氣渦流進氣渦流 特點：氣道母線與氣缸相切特點：氣道母線與氣缸相切，氣道形狀較平直，在氣門前強烈收縮。氣，氣道形狀較平直，在氣門前強烈收縮。氣流通過切氣道時速度愈來愈快，并且沿切線流通過切氣道時速度愈來愈快，并且沿切線方向進入，在氣缸壁上轉(zhuǎn)向，產(chǎn)生繞氣缸中方向進入，在氣缸壁上轉(zhuǎn)向，產(chǎn)生繞氣缸中心線的氣流旋轉(zhuǎn)運動。心線的氣流旋轉(zhuǎn)運動。優(yōu)

52、點：優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，流動阻力結(jié)構(gòu)簡單，流動阻力向向較小。較小。缺點：缺點：對氣口位置敏感。對氣口位置敏感。 把氣門座上方的氣道內(nèi)腔做成螺把氣門座上方的氣道內(nèi)腔做成螺旋形，使空氣流經(jīng)氣門座時，一部分在氣道內(nèi)部旋形，使空氣流經(jīng)氣門座時，一部分在氣道內(nèi)部形成繞氣門中心的旋轉(zhuǎn)運動，其強度僅與氣道本形成繞氣門中心的旋轉(zhuǎn)運動，其強度僅與氣道本身結(jié)構(gòu)有關(guān)。另一部分近于切向氣流、順著氣缸身結(jié)構(gòu)有關(guān)。另一部分近于切向氣流、順著氣缸壁繞氣缸中心線旋轉(zhuǎn)。壁繞氣缸中心線旋轉(zhuǎn)。螺旋氣道能產(chǎn)生螺旋氣道能產(chǎn)生 較強的進氣渦流。較強的進氣渦流。制造工藝要求高，制造工藝要求高， 調(diào)試工作量較大。調(diào)試工作量較大。（3 3）進氣渦

53、流產(chǎn)生方式：）進氣渦流產(chǎn)生方式： 導氣屏導氣屏：結(jié)構(gòu)簡單，強度可調(diào)，：結(jié)構(gòu)簡單，強度可調(diào)，=0=04 4，但阻力大，一般用于試驗發(fā)動機；但阻力大，一般用于試驗發(fā)動機； 切向氣道切向氣道：進氣道與氣缸切向布置以形成渦流，結(jié)構(gòu)簡單，但：進氣道與氣缸切向布置以形成渦流，結(jié)構(gòu)簡單，但=1=12 2； 螺旋氣道螺旋氣道：以復雜的螺旋氣道在進入氣缸前形成渦流，結(jié)構(gòu)復雜，但阻力：以復雜的螺旋氣道在進入氣缸前形成渦流，結(jié)構(gòu)復雜，但阻力 小，小， =2=24 4； 組合氣道組合氣道：例如：例如“1“1切切1 1螺螺”，隨工況不同可關(guān)閉其中一個氣道。，隨工況不同可關(guān)閉其中一個氣道。一對矛盾：一對矛盾： ， c 導

54、氣屏導氣屏 設(shè)置在進氣門上，導引進氣流以不同角設(shè)置在進氣門上，導引進氣流以不同角度流入氣缸在氣缸避免的約束配合下產(chǎn)生渦度流入氣缸在氣缸避免的約束配合下產(chǎn)生渦流。流。根據(jù)動量守恒的關(guān)系，有：根據(jù)動量守恒的關(guān)系，有：c、 : 壓縮終了時和進氣終了時的渦流比壓縮終了時和進氣終了時的渦流比D 、 dk : 氣缸直徑、燃燒室凹坑入口直徑氣缸直徑、燃燒室凹坑入口直徑（4）進氣渦流在缸內(nèi)的發(fā)展）進氣渦流在缸內(nèi)的發(fā)展22kcdD渦流在缸內(nèi)發(fā)展的兩個實例渦流在缸內(nèi)發(fā)展的兩個實例 壓縮上止點時均達峰值壓縮上止點時均達峰值 縮口使縮口使c明顯提高，并保持到上止點后明顯提高，并保持到上止點后對柴油機燃燒真正有意義的是

55、對柴油機燃燒真正有意義的是c ， 而不是而不是76（2）壓縮渦流 氣體在壓縮過程中由主燃燒室經(jīng)連通道進入渦流室時形成的強烈渦流。 壓縮渦流不會造成進氣阻力的增大和充量系數(shù)的下降，但形成壓縮渦流時會伴隨一定的能量損失，使循環(huán)熱效率下降。77(2) 擠流 在壓縮過程中，當活塞接近上止點時，氣缸內(nèi)的空氣被擠入活塞頂部的燃燒室凹坑內(nèi)，產(chǎn)生擠壓渦流，即擠流。 當活塞下行時，凹坑內(nèi)的燃燒氣體又向外流到活塞頂部外圍的環(huán)型空間，與空氣進一步混合燃燒，為逆擠流。擠流擠流逆擠流逆擠流壓縮時空氣被擠入燃燒室凹坑內(nèi)形成壓縮時空氣被擠入燃燒室凹坑內(nèi)形成擠流擠流膨脹時燃燒氣體沖出凹坑形成膨脹時燃燒氣體沖出凹坑形成逆擠流逆

56、擠流擠流強度擠流強度 dk/D、S0特點：不影響特點：不影響c和和，但強度較弱，作用小于渦流，起但強度較弱，作用小于渦流，起輔助作用輔助作用79(3)湍流 氣缸中形成的無規(guī)則的小尺度氣流運動，也稱微渦流。 湍流可促進燃料與空氣的微混合，加速燃燒過程。3 3、湍流（紊流）、湍流（紊流）n湍流是指無規(guī)則的小尺度氣體運動，也稱微渦流湍流是指無規(guī)則的小尺度氣體運動，也稱微渦流n湍流可以改善微觀的油氣混合程度湍流可以改善微觀的油氣混合程度n形成方式：形成方式：活塞運動自然形成的湍流，較弱且不可控；活塞運動自然形成的湍流，較弱且不可控；預燃室中的空氣運動（如圖，壓縮和膨脹均有）；預燃室中的空氣運動（如圖，

57、壓縮和膨脹均有）；非回轉(zhuǎn)體燃燒室；非回轉(zhuǎn)體燃燒室；燃燒沖擊形成湍流（預燃室的主燃室）燃燒沖擊形成湍流（預燃室的主燃室） 81(4)滾流 進氣過程中形成的繞垂直于氣缸軸線的有組織的空氣旋流，也稱為縱流。4 4 滾流滾流 繞垂直于氣缸軸線的有規(guī)則的氣流運動（與渦流繞垂直于氣缸軸線的有規(guī)則的氣流運動（與渦流相反），也稱縱向渦流相反），也稱縱向渦流 近年來開發(fā)的混合氣形成方式近年來開發(fā)的混合氣形成方式 主要用于缸內(nèi)直噴式汽油機主要用于缸內(nèi)直噴式汽油機用滾流形成大范圍的油氣混合 滾流被壓扁、破碎 形成高度湍流 以加強微混合。滾流滾流三、柴油機燃燒室三、柴油機燃燒室柴油機燃燒室的分類及要求柴油機燃燒室的分

58、類及要求1、總體目標、總體目標 (1)經(jīng)濟性好；經(jīng)濟性好； (2)排放性能好；排放性能好； (3)動力性滿足需要；動力性滿足需要；2、技術(shù)要求、技術(shù)要求 (1)結(jié)構(gòu)緊湊，面容比??；結(jié)構(gòu)緊湊，面容比?。?(2)充氣效率高；充氣效率高； (3)組織適當氣流運動；組織適當氣流運動； (4)燃油油束、氣體運動與燃燒室三者要配燃油油束、氣體運動與燃燒室三者要配合。合。 3、分類（兩種類型）、分類（兩種類型）直接噴射式直接噴射式統(tǒng)一（室）式統(tǒng)一（室）式開式開式半開式半開式球型油膜球型油膜間接噴射式間接噴射式分隔（室）式分隔（室）式渦流室式渦流室式預燃室式預燃室式柴油機的燃燒室柴油機燃燒室分類柴油機燃燒室分

59、類直噴式（直噴式（DI,Direct Injection）非直噴式非直噴式 (IDI, Indirect Injection)柴油機柴油機燃燒室燃燒室直接噴射式直接噴射式燃燒室燃燒室 分開式分開式燃燒室燃燒室 開式開式 半開式半開式 渦流室式渦流室式燃燒室燃燒室 預燃室式預燃室式燃燒室燃燒室8 . 0Ddk65. 035. 0Ddk1. DI燃燒室燃燒室空氣運動對混合氣形成的影響第五章 柴油機混合氣形成與燃燒直噴式燃燒室直噴式燃燒室1、開式燃燒室、開式燃燒室第五章 柴油機混合氣形成與燃燒直噴式燃燒室直噴式燃燒室1、開式燃燒室、開式燃燒室 整個燃燒室是由氣缸蓋底平面、活塞頂面及氣整個燃燒室是由氣

60、缸蓋底平面、活塞頂面及氣缸壁所形成的統(tǒng)一容積。燃油直接噴人氣缸，混合缸壁所形成的統(tǒng)一容積。燃油直接噴人氣缸，混合氣形成是氣形成是空間霧化空間霧化混合。燃燒室中一般混合。燃燒室中一般不組織空氣不組織空氣渦流運動渦流運動，依靠，依靠油束的擴展與空氣混合油束的擴展與空氣混合。 淺盆形燃燒室的最大優(yōu)點是經(jīng)濟性好，容易起淺盆形燃燒室的最大優(yōu)點是經(jīng)濟性好，容易起動。對轉(zhuǎn)速和燃料較敏感，因為噴霧質(zhì)量隨轉(zhuǎn)速和動。對轉(zhuǎn)速和燃料較敏感，因為噴霧質(zhì)量隨轉(zhuǎn)速和燃油粘度而變。燃油粘度而變。 大型柴油機大型柴油機采用淺盆形燃燒室采用淺盆形燃燒室。淺盆形燃燒室淺盆形燃燒室 特點特點：（：（油找氣油找氣）燃燒室凹坑開口大、深