汽車發(fā)動機原理第5章-柴油機混合氣的形成與燃燒課件

1、 汽車發(fā)動機原理2022/7/24 2022/7/24發(fā)動機原理12 目錄第一章 發(fā)動機的性能第二章 發(fā)動機的換氣過程第三章 燃料與燃燒第四章 汽油機混合氣的形成和燃燒第五章 柴油機混合氣的形成和燃燒第六章 汽車發(fā)動機特性第七章 車用發(fā)動機廢氣渦輪增壓第八章 發(fā)動機排氣污染與噪聲控制第九章 新型汽車動力裝置第十章 發(fā)動機動力學(xué)2022/7/24發(fā)動機原理第一節(jié) 柴油機燃燒過程柴油機的燃燒過程由噴射系統(tǒng)在壓縮行程接近終了時直接將燃油噴入燃燒室內(nèi)開始的混合氣形成的時間極短，混合氣不均勻，在高溫、高壓下多點自燃著火燃燒的 燃燒過程概述 燃燒放熱規(guī)律 柴油機與汽油機燃燒過程的對比柴油機的有害排放物和噪

2、聲振動2022/7/24發(fā)動機原理32022/7/24發(fā)動機原理4一、柴油機燃燒過程概述 著火延遲期 速燃期 緩燃期 補燃期 2022/7/24發(fā)動機原理5二、燃燒放熱規(guī)律 瞬時放熱速率: 在燃燒過程中的某一時刻，單位時間內(nèi)（或1CA）燃燒的燃油所放出的熱量累積放熱百分比: 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，稱為燃燒放熱規(guī)律燃燒起點、燃燒放熱規(guī)律曲線形狀和燃燒持續(xù)時間被認(rèn)為是燃燒放熱規(guī)律的三要素 2022/7/24發(fā)動機原理6各種發(fā)動機的燃燒放熱規(guī)律燃燒放熱規(guī)律影響柴油機的性能，對了解、分析和改進燃燒過程有著特別重要的

3、作用 圖 5-2 不同類型發(fā)動機燃燒放熱規(guī)律的比較1-汽油機（化油器式）2-直噴式燃燒室柴油機3-渦流室燃燒室柴油機4-預(yù)燃室燃燒室柴油機2022/7/24發(fā)動機原理7較理想的柴油機燃燒放熱規(guī)律 有一合適的燃燒(放熱)起點，保證最大燃燒壓力在上止點后1015CA 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)加速進行，燃燒過程應(yīng)該是先緩后急燃燒持續(xù)時間不宜過長，汽油機一般為4060CA，柴油機為5070CA 2022/7/24發(fā)動機原理8三、柴油機與汽油機燃燒過程的對比對比項目汽油機柴油機著火點燃，高溫單階段著火，單點著火壓燃，低溫多階段著火，多點同時著火燃燒火焰在均質(zhì)預(yù)混合氣

4、中有序傳播，燃燒柔和兩階段燃燒，即無序的非均質(zhì)預(yù)混合燃燒和擴散燃燒，燃燒較粗暴后燃混合均勻，因而后燃期較短混合不均勻，因而后燃期較長放熱規(guī)律燃燒放熱先緩后急，燃燒持續(xù)期較短直噴機燃燒放熱先急后緩，燃燒持續(xù)期較長柴油機與汽油機燃燒過程主要特點對比，這些差別導(dǎo)致了它們在動力性、經(jīng)濟性、排放特性等各種性能方面的差別2022/7/24發(fā)動機原理9四、柴油機的有害排放物和噪聲振動顆粒物1.柴油機的有害排放物顆粒物是指溫度在 52以下時，排氣中除水以外的固態(tài)和液態(tài)物質(zhì)。柴油機廢氣中的顆粒物主要由碳顆粒物（碳煙粒子）和吸附與凝聚其上的碳?xì)浠衔锝M成氮氧化合物（NOX）NOX主要是在高溫富氧、相對有較充裕反應(yīng)

5、時間的條件下生成的。當(dāng)過量空氣系數(shù)在一定范圍內(nèi)時，NOX的排放量隨的下降而較快地增長；而當(dāng)過大或過小時，NOX的排放量變化都很小2022/7/24發(fā)動機原理10四、柴油機的有害排放物和噪聲振動1.柴油機的有害排放物一氧化碳（CO）碳?xì)浠_物（HC）CO是不完全燃燒的產(chǎn)物，由于柴油機的過量空氣系數(shù)較大，產(chǎn)生的CO又有可能有足夠的空氣在膨脹過程中氧化為CO2，因此柴油機廢氣中的 CO含量很低，僅在接近全負(fù)荷附近，即過量空氣系數(shù)過小時，CO的排放量才有所上升柴油機廢氣中的HC主要是在混合氣過稀的情況下產(chǎn)生的。特別在低負(fù)荷時過量空氣系數(shù)過大，由于溫度過低，反應(yīng)不能及時進行，從而使HC的排放量有所增大2

6、022/7/24發(fā)動機原理11四、柴油機的有害排放物和噪聲振動發(fā)動機的噪聲主要由氣體動力噪聲、機械噪聲和燃燒噪聲三部分組成2.柴油機的噪聲和振動 氣體動力噪聲:由于進、排氣系統(tǒng)及冷卻風(fēng)扇工作時氣流壓力脈動而產(chǎn)生的噪聲，其中排氣噪聲占主要部分 機械噪聲:由曲軸連桿機構(gòu)、配氣機構(gòu)、齒輪系、噴油泵及其他附屬機構(gòu)等部分的高速運動并與其相鄰零部件發(fā)生頻繁的機械撞擊，激勵結(jié)構(gòu)振動而產(chǎn)生的噪聲 燃燒噪聲：因為迅速燃燒引起燃燒室內(nèi)壓力急劇變化導(dǎo)致缸套、機體、缸蓋等零部件的強烈振動并向外界輻射中、高頻噪聲，隨著壓力升高率的增加，燃燒噪聲增加2022/7/24發(fā)動機原理12四、柴油機的有害排放物和噪聲振動2.柴油

7、機的噪聲和振動的控制措施控制燃燒過程來降低燃燒噪聲改進機體等有關(guān)零部件的結(jié)構(gòu)，提高有關(guān)部位的剛度，降低結(jié)構(gòu)振動的振幅和提高共振頻率提高有關(guān)部位的剛度，降低結(jié)構(gòu)振動的振幅和提高共振頻率應(yīng)用吸振減振材料制造薄板零件改進消聲器的結(jié)構(gòu)、材料；改進空氣濾清器、冷卻風(fēng)扇等的設(shè)計及適當(dāng)調(diào)節(jié)配氣相位以降低氣體動力噪聲遮蔽噪聲源第二節(jié) 柴油的噴射及霧化 2022/7/24發(fā)動機原理14一、供油系統(tǒng)和噴射過程 柴油機供油系統(tǒng) 噴油泵速度特性及其校正噴射過程 供油規(guī)律和噴油規(guī)律 不正常噴射現(xiàn)象和噴射系統(tǒng)中的穴蝕破壞 2022/7/24發(fā)動機原理15 1. 柴油機供油系統(tǒng) 柴油機供油系統(tǒng)一般由油箱、輸油泵、柴油濾清器

8、、噴油泵、噴油器等組成，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)，是整個柴油機供油系統(tǒng)的關(guān)鍵部分 2022/7/24發(fā)動機原理16 柴油機供油系統(tǒng)噴油泵噴油泵的主要作用是定時、定量地向各缸的噴油器周期性地供給高壓燃油 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，但供油壓力較低 2022/7/24發(fā)動機原理17 柴油機供油系統(tǒng)噴油泵的結(jié)構(gòu)直列式柱塞噴油泵又分為：單體泵與合成泵（整體泵） 2022/7/24發(fā)動機原理18柱塞式噴油泵的組成 柴油機供油系統(tǒng)噴油泵的原理202

9、2/7/24發(fā)動機原理19柱塞式噴油泵泵油原理 (a)進油 (b)壓縮 (c)供油 (d)回油2022/7/24發(fā)動機原理20 柴油機供油系統(tǒng)噴油器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)。噴油器有孔式噴油器和軸針式噴油器兩類。圖 5-7 噴油嘴頭部結(jié)構(gòu)a)孔式（單孔）； b)孔式（多孔）； c)軸針式（標(biāo)準(zhǔn)）； d)軸針式（節(jié)流）2022/7/24發(fā)動機原理21 柴油機供油系統(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2022/7/24發(fā)動機原理22 柴油機供油系統(tǒng)噴油器 孔式噴油器 用于直噴式燃燒

10、室中較小的噴孔與高壓泵配合，可形成較細(xì)的噴油顆粒易引起積炭堵塞 軸針式噴油器 用于分隔式燃燒室中較低的噴油壓力，噴油顆粒較大有自潔作用，不易堵塞噴孔有效流通截面積與針閥升程的關(guān)系稱為噴油器的流通特性（開啟特性）圖 5-8 不同噴油器的流通特性2022/7/24發(fā)動機原理23汽、柴油機混合氣形成裝置 對混合氣的要求數(shù)量濃度空間形態(tài)燃燒起點 汽油機節(jié)氣門噴油器(均勻)火花塞 柴油機噴油泵噴油泵噴油器噴油泵2022/7/24發(fā)動機原理24噴油泵速度特性及其校正 噴油泵油量控制機構(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對于柱塞式噴油泵，隨著轉(zhuǎn)速的上升，循環(huán)供油量呈略有增大的趨勢。為使供

11、油量與空氣量相匹配，對特性進行必要的校正，得到較理想的扭矩特性 圖 5-9 噴油泵速度特性及其校正2022/7/24發(fā)動機原理25 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）噴射延遲階段 主噴射階段 噴射結(jié)束階段 2022/7/24發(fā)動機原理26供油規(guī)律和噴油規(guī)律 兩者的差異：噴油始點滯后于供油始點 噴油持續(xù)時間較長 最大噴油速率較低曲線的形狀有一定的變化 定義：供油規(guī)律：噴油泵供入高壓油管的供油量隨時間（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動規(guī)律確定的 噴油規(guī)律：噴油過程中，噴油器噴入燃燒室內(nèi)的燃油量隨時間（噴油泵凸輪轉(zhuǎn)角）的變化關(guān)系產(chǎn)

12、生差異的原因： 燃油的可壓縮性 系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生壓力波的傳播滯后、壓力波動、節(jié)流作用 高壓油管的彈性變形圖5-12 噴油規(guī)律與幾何供油規(guī)律的比較2022/7/24發(fā)動機原理27不正常噴射現(xiàn)象 正常噴射過程 (圖a)二次噴射 (圖b) 滴油現(xiàn)象斷續(xù)噴射 (圖c)不規(guī)則噴射和隔次噴射 (圖d) 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度，減小高壓容積，以降低壓力波動，減小其影響，并合理選擇噴射系統(tǒng)的參數(shù) 2022/7/24發(fā)動機原理28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

13、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 2022/7/24發(fā)動機原理29二、燃油的霧化和油束特性 燃油的霧化：燃油噴入燃燒室內(nèi)后被粉碎分散為細(xì)小液滴的過程霧化可以大大增加蒸發(fā)表面積，加速吸熱和汽化過程可以從幾何形狀和霧化質(zhì)量兩個方面來描述油束特性不同的燃燒室對油束的幾何形狀和霧化質(zhì)量的要求有所不同圖5-14 油束結(jié)構(gòu)示意圖2022/7/24發(fā)動機原理30二、燃油的霧化和油束特性 幾何形狀主要包括油束射程（又稱為貫穿距離）L和噴霧錐角或油束的最大寬度B 影響油束幾何形狀的主要因素有： 噴射壓力 噴油器噴孔的長徑比 空氣與燃油密度比 圖5-14

14、 油束結(jié)構(gòu)示意圖2022/7/24發(fā)動機原理31二、燃油的霧化和油束特性 油束的霧化質(zhì)量一般是指油束中液滴的細(xì)度和均勻度細(xì)度可以用液滴平均直徑來表示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 圖 5-15 油束的霧化質(zhì)量1-噴射壓力為34MPa 2-噴射壓力為15MPa2022/7/24發(fā)動機原理32三、對噴射系統(tǒng)的要求在任一工況下都不出現(xiàn)不正常噴射現(xiàn)象，不產(chǎn)生穴蝕破壞根據(jù)不同轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的工況要求，在最佳的噴油時刻，精確提供所需的燃油量盡可能實現(xiàn)理想的噴油規(guī)律 良好的油束特性能滿足具體燃燒室的要求。對于噴射系統(tǒng)的強化，應(yīng)采取相應(yīng)的措施保證有關(guān)零部件的強度和剛度，同時注意降

15、低噴射系統(tǒng)的噪聲與振動 2022/7/24發(fā)動機原理33三、對噴射系統(tǒng)的要求 理想的噴油規(guī)律：更高的噴射壓力和噴油速率以及更短的噴油持續(xù)時間已是技術(shù)發(fā)展的一個明顯趨勢 為避免柴油機工作過于粗暴，又希望實現(xiàn)“先緩后急”的噴油規(guī)律 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2022/7/24發(fā)動機原理34四、柴油機電控噴油系統(tǒng)電控柴油噴射系統(tǒng)的分類及工作原理電控柴油噴射系統(tǒng)的組成電控柴油噴射系統(tǒng)的控制功能2022/7/24發(fā)動機原理351、電控柴油噴射系統(tǒng)的分類及工作原理位置控制式噴油系統(tǒng)工作原理：在傳統(tǒng)噴油泵、高壓油管、噴油器系統(tǒng)上，加裝一個電控裝置發(fā)展而成的。它不改變傳統(tǒng)噴油系統(tǒng)

16、的工作原理和結(jié)構(gòu)，只是用電控裝置取代調(diào)速器和提前器，對直列泵的油量調(diào)節(jié)齒桿和VE泵的溢流環(huán)套以及油泵驅(qū)動軸和凸輪軸的相互位置進行低頻連續(xù)調(diào)節(jié)，以控制油量和定時優(yōu)點：這一類系統(tǒng)生產(chǎn)繼承性強，安裝方便，采用電磁閥、旋轉(zhuǎn)電磁鐵、步進電動機等都可作為執(zhí)行機構(gòu)，因此它在目前國外電控柴油機噴油系統(tǒng)中，商品化程度最高且已批量生產(chǎn)應(yīng)用2022/7/24發(fā)動機原理361、電控柴油噴射系統(tǒng)的分類及工作原理時間控制式噴油系統(tǒng)工作原理：利用高速強力溢流電磁閥來直接控制噴油始點和噴油量，一般情況下，電磁閥關(guān)閉噴油即開始，電磁閥打開噴油即終止，因此，噴油始點取決于該電磁閥的關(guān)閉時刻，噴油量取決于電磁閥關(guān)閉的持續(xù)時間；同時

17、通過變更電磁閥升程或改變電磁閥所控制的油壓來實現(xiàn)噴油率或噴油壓力的控制特點：每缸一閥(直列泵)、響應(yīng)快1、電控柴油噴射系統(tǒng)的分類及工作原理電控泵噴油器：由傳統(tǒng)重型車用柴油機的機械泵噴油器系統(tǒng)發(fā)展而來。該系統(tǒng)將噴油泵、噴油器合為一體，沒有高壓油管，每缸一組，作為一個部件直接安裝在柴油機氣缸蓋上，由設(shè)置于缸蓋上的油泵凸輪軸驅(qū)動圖5-18 電控泵噴油器1油泵柱塞 2電磁溢流閥 3旁通油路 4柱塞腔 5高壓油路 6噴油嘴時間控制式柱塞泵脈動供油系統(tǒng)1、電控柴油噴射系統(tǒng)的分類及工作原理時間控制式柱塞泵脈動供油系統(tǒng)電控單體泵系統(tǒng)：由原用于大、中型柴油機上的機械單體泵系統(tǒng)發(fā)展而來。單體泵的特點是具有結(jié)構(gòu)剛性

18、好的高壓單體噴油泵、較短的高壓油管，發(fā)動機缸體上設(shè)有各缸共用的油泵凸輪軸，而各缸的噴油泵分別安裝在靠近噴油器的部位，其承壓能力僅次于泵噴油器圖5-19 電控單體泵1、電控柴油噴射系統(tǒng)的分類及工作原理電控分配泵系統(tǒng)：與位置控制式系統(tǒng)相比，取消了溢流環(huán)及其操縱機構(gòu)，直接利用高速強力電磁閥來控制噴油和定時，結(jié)構(gòu)進一步簡化。雖然各缸共用一個閥，由于是直接控制，電磁閥響應(yīng)很快，所以在各缸供油所分配到的相位內(nèi)，仍能獨立分缸調(diào)控圖5-20 ECD-V3型電控VE泵系統(tǒng)1電磁溢流導(dǎo)向閥 2柱塞 3柱塞腔 4出油閥 5供油定時控制閥6相對轉(zhuǎn)角位置傳感器 7主閥 8低壓油路 9旁通道時間控制式柱塞泵脈動供油系統(tǒng)1

19、、電控柴油噴射系統(tǒng)的分類及工作原理時間控制式共軌噴油系統(tǒng)工作原理：不再應(yīng)用傳統(tǒng)柱塞泵脈動式供油原理，而是先將燃油或者其他傳遞動力的工質(zhì)，如機油，以高壓(所需噴油壓)或中壓(10MPa左右)狀態(tài)儲集在被稱為共軌(Common Rail)的容器中，然后利用電磁三通閥將共軌中的壓力油引到噴油器中實現(xiàn)噴射圖5-21 電控高壓共軌ECD-U2系統(tǒng)2. 電控柴油噴射系統(tǒng)的組成圖5-22 位置控制式電控直列泵系統(tǒng)傳感器實時檢測和感知柴油機及車輛運行狀態(tài)各種信息，包括使用人員的操作思想、操作量等信息，并把它輸入到控制單元中去。電子控制單元（ECU） 其核心部分是計算機，由微處理機及其接口硬件和一整套軟件組成，

20、同時包括有一定的輸入、輸出通道接口電路等。軟件的核心內(nèi)容是發(fā)動機的各種性能調(diào)節(jié)曲線、圖表和控制算法。ECU的作用是負(fù)責(zé)信息的采集、處理、運算決策、執(zhí)行程序，并將運行結(jié)果作為控制指令輸出到執(zhí)行器。其中，噴油量和噴油定時脈沖是ECU發(fā)出的最重要的控制指令執(zhí)行器執(zhí)行器為接受ECU傳來的指令，并完成所需調(diào)控任務(wù)的元器件3. 電控柴油噴射系統(tǒng)的控制功能噴油量的控制噴油定時的控制怠速轉(zhuǎn)速的控制起動噴油量的控制各缸噴油均勻性的控制過渡性能與煙度控制噴油規(guī)律與噴油壓力的控制廢氣再循環(huán)的控制擴展的功能（增加自診斷、安全保護與自適應(yīng)控制等）第三節(jié) 混合氣的形成和燃燒室 2022/7/24發(fā)動機原理44一、柴油機混

21、合氣形成特點和方式 柴油機可燃混合氣的品質(zhì)較汽油機差，因此采用較大的過量空氣系數(shù)柴油機混合氣形成所依靠作用：燃料噴霧 空氣運動 與燃燒室形狀的良好配合柴油機混合氣形成方式 ： 空間霧化混合（不完全氣相）燃油與空氣的相對運動速度是起主要作用的因素 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、空氣相對運動速度和油膜厚度 表5-2 兩種混合方式的對比空間霧化混合油膜蒸發(fā)混合1絕大部分燃料以較高的壓力被噴射到燃燒室空間中，散布于空氣中利用強烈的空氣旋流將大部分燃料涂布到燃燒室壁面上2燃料在空氣中呈細(xì)小油粒狀燃料在壁面上形成油膜3細(xì)小油滴以液相與空氣混合，形成不均勻混合氣（液相混合）油膜蒸

22、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）4大量細(xì)小油滴受熱汽化，在著火延遲期內(nèi)形成的可燃混合氣數(shù)量較多，多點大面積同時著火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，著火面積小5初期燃燒的放熱速率很高，以后逐漸減慢受油膜蒸發(fā)速率的影響，燃燒放熱速率呈前低后高的規(guī)律二、柴油機的燃燒室預(yù)燃室半開式渦流室2022/7/24發(fā)動機原理471.分隔式燃燒室 渦流室燃燒室渦流室容積約占整個燃燒 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渦流室燃燒過程預(yù)燃室容積約占整個燃燒 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

23、燒過程預(yù)燃室燃燒室2022/7/24發(fā)動機原理48分隔式燃燒室柴油機的性能持點 靠強烈的空氣運動來保證混合氣質(zhì)量，空氣利用率較高空氣運動隨轉(zhuǎn)速提高而增大，高速適應(yīng)性能好噴射系統(tǒng)的要求較低，工作可靠性和使用壽命高燃燒室結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，面容比大熱效率低，經(jīng)濟性差。冷起動性也較差工作較為平穩(wěn)，燃燒噪聲較小預(yù)燃室燃燒室與渦流室燃燒室柴油機相比，上述特點一般表現(xiàn)得更為突出一般對燃油不太敏感，有較強的適應(yīng)性在有害排放方面的突出問題是低負(fù)荷下的碳煙排放量較大，其余則優(yōu)于直噴式燃燒室柴油機 2022/7/24發(fā)動機原理492.直噴式燃燒室開式燃燒室 凹坑較淺，凹坑口徑與活塞直徑之比一般大于0.7主要依靠燃油的噴

24、散霧化，因此要求高的噴射壓力和較多噴孔數(shù)目混合氣形成方式為空間霧化，一般不組織空氣運動，空氣利用率相對較低（1.5-2.2)開式燃燒室一般適用于缸徑較大（140mm），轉(zhuǎn)速較低（2000r/min）的柴油機中 2022/7/24發(fā)動機原理503.直噴式燃燒室半開式燃燒室 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之間混合氣形成依靠燃油的噴散霧化和空氣運動兩方面的作用運用較高的壓力噴射，配合以進氣渦流為主，擠壓渦流為輔的空氣運動半開式燃燒室一般適用于缸徑80140mm，轉(zhuǎn)速低于4500rmin的柴油機中 2022/7/24發(fā)動機原理51直噴式燃燒室柴油

25、機的性能持點 由于燃燒迅速，故經(jīng)濟性好，有效燃油消耗率低 燃燒室結(jié)構(gòu)簡單，面容比小，散熱損失小，也沒有主、副室之間的流動損失，也是經(jīng)濟性好的重要原因?qū)娚湎到y(tǒng)的要求較高，影響工作可靠性和使用壽命冷起動性能較好工作較粗暴，壓力升高率大，燃燒噪聲大對轉(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)速較分隔式燃燒室柴油機低 2022/7/24發(fā)動機原理524.不同燃燒室的比較與選用 2022/7/24發(fā)動機原理534.不同燃燒室的比較與選用 2022/7/24發(fā)動機原理544.不同燃燒室的比較與選用對于碳煙的排放量，開式燃燒室最低，半開式燃燒室次之，而分隔式燃燒室最高半開式燃燒室的HC的排放

26、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 2022/7/24發(fā)動機原理554.不同燃燒室的比較與選用重型汽車、大型工程機械用柴油機幾乎毫無例外地采用直噴式燃燒室（開式燃燒室和半開式燃燒室），其中的半開式燃燒室也有向開式燃燒室的特點靠攏的趨勢轎車柴油機中仍是渦流室燃燒室占有絕對優(yōu)勢，但半開式燃燒室和預(yù)燃室燃燒室也有應(yīng)

27、用。其中，盡管半開式燃燒室經(jīng)濟性相對較好，但噪聲振動較大且升功率較低，故目前主要用于較低檔的轎車2022/7/24發(fā)動機原理564.不同燃燒室的比較與選用中、輕型車的應(yīng)用領(lǐng)域中，目前主要是渦流室燃燒室與半開式燃燒室兩者的競爭。對于開式燃燒室，由于其小缸徑和高轉(zhuǎn)速的限制而難以采用；對于預(yù)燃室燃燒室，由于其經(jīng)濟性比渦流室燃燒室還要略差，故也極少采用。在缸徑相對較大的中型車用柴油機中，半開式燃燒室占有一定優(yōu)勢并可能會繼續(xù)發(fā)展這一優(yōu)勢 小型拖拉機、農(nóng)用運輸車中也主要采用渦流室燃燒室，這里主要考慮的因素是其對制造和使用的要求相對較低 此外，分隔式燃燒室（特別是預(yù)燃室燃燒室）還常用于一些要求噪聲特別低的特

28、殊場合，例如在礦井內(nèi)或潛艇中使用 第四節(jié) 燃燒過程的影響因素 2022/7/24發(fā)動機原理58一、燃油噴射、氣流運動與燃燒室形狀間的配合 柴油機燃燒過程的要求是多方面的，而且往往相互之間是矛盾的 燃油完全燃燒與升功率降低的矛盾 提高燃燒效率與工作平穩(wěn)性的矛盾 柴油機有害排放組分平衡控制 在燃油噴射、氣流運動與燃燒室形狀間的配合，一般應(yīng)兼顧各方面的要求燃油噴射、氣流運動與燃燒室形狀間的配合，目前仍以大量試驗、反復(fù)改進為主要手段 2022/7/24發(fā)動機原理59二、影響燃燒過程的運轉(zhuǎn)因素 負(fù)荷 負(fù)荷增大，循環(huán)供油量增大，過量空氣系數(shù)減小。 負(fù)荷增大，著火延遲期縮短，降低柴油機的工作粗暴性。 轉(zhuǎn)速

29、轉(zhuǎn)速升高時，著火延遲期縮短。 轉(zhuǎn)速過低或過高時，都會使燃燒效率降低。供油提前角 每一種工況，均有一個最佳的供油提前角。 為了降低NOx的排放量和燃燒噪聲的需要，一般調(diào)節(jié)供油提前角略小于最佳的供油提前角 轉(zhuǎn)速或負(fù)荷增加時，應(yīng)加大供油提前角2022/7/24發(fā)動機原理62二、影響燃燒過程的運轉(zhuǎn)因素 廢氣再循環(huán)(EGR) 將一部分已燃的廢氣再次引入燃燒室內(nèi)參加燃燒 有效地控制了NOX的生成，降低了NOX的排放量 僅在低速、低負(fù)荷的一定范圍內(nèi)，才在進氣中摻入一定量的廢氣燃油 使用十六烷值較高的燃油可降低工作振動和噪聲，降低NOx的排放量。 直噴式燃燒室比分隔式燃燒室對燃油的性質(zhì)更為敏感。壓縮比和增壓度

30、 壓縮比提高：促使噴入的燃料加速霧化與蒸發(fā)，縮短了著火延遲期 增壓：壓縮終點工質(zhì)的溫度和壓力均隨之提高，使著火延遲期縮短。 第五節(jié) 均質(zhì)充量壓縮著火燃燒發(fā)動機一、傳統(tǒng)燃燒方式的局限性火花點火發(fā)動機(SI)壓燃式發(fā)動機(CI)一般采用預(yù)混合燃燒，可燃 混合氣在壓縮沖程末期被火花塞點燃，火焰前鋒在均質(zhì)混合氣中傳播，火焰前鋒及其燃燒產(chǎn)物的局部溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他未燃混合氣，燃燒室中溫度分布極不均勻，局部的高溫容易導(dǎo)致已燃區(qū)內(nèi)NOX的生成通過燃料調(diào)節(jié)系統(tǒng)來調(diào)整發(fā)動機的循環(huán)供油量以適應(yīng)發(fā)動機工況的變化（變質(zhì)調(diào)節(jié)）。其燃燒類型導(dǎo)致混合氣濃度和溫度分布都極不均勻，在燃燒室內(nèi)的局部高溫區(qū)產(chǎn)生NOX，高溫缺氧區(qū) （

31、即濃混合氣區(qū)）產(chǎn)生炭粒二、均質(zhì)充量壓縮著火燃燒的原理及應(yīng)用現(xiàn)狀HCCI基本原理：通過壓縮缸內(nèi)均勻的燃油和空氣的混合氣，在上止點(TDC)附近實現(xiàn)自燃的一種新型燃燒方式汽油機柴油機HCCICaterpillar Engine Research (2003)Flame propagation dominated combustionMultiple Combustion locations二、均質(zhì)充量壓縮著火燃燒的原理及應(yīng)用現(xiàn)狀HCCI應(yīng)用現(xiàn)狀 Nissan MK 本田Active Radical（AR）發(fā)動機是 UNIBUS是豐田公司開發(fā)的燃燒系統(tǒng)MK（Modulated Kinetics）是N

32、issan公司提出來的，以低溫、預(yù)混合燃燒為特征的，可以同時降低柴油機NOX和微粒排放的一種燃燒方式兩沖程單缸摩托車用商業(yè)引擎，工作在雙模式下。它在冷啟動、怠速和高負(fù)荷下作為一個火花塞點火的引擎操作；在低負(fù)荷時轉(zhuǎn)變?yōu)镠CCI燃燒模式由日本三菱發(fā)動機公司Yoshinori Iwabuchi等人提出，可以實現(xiàn)高效、低排放的稀薄燃燒 PREDIC燃燒系統(tǒng)和MULDIC燃燒系統(tǒng)PREDIC燃燒系統(tǒng)是日本NEW ACE研究所提出的。它采用早的燃油噴射定時，具有很低的NOX排放；但HC排放和燃油消耗率上升，同時很難對壓燃著火時刻進行控制在PREDIC燃燒技術(shù)的基礎(chǔ)上，又提出了MULDIC燃燒系統(tǒng)。它加裝了一個中央噴油器，燃料分兩階段噴入氣缸 PCI燃燒系統(tǒng)主要思想是燃料和空氣在燃燒室中充分混合，在著火前，混合氣部分被氧化，發(fā)生冷焰反應(yīng)，而不是發(fā)生熱裂解，形成支鏈狀中間產(chǎn)物。隨后的主燃燒過程能被合理地控制，這樣可以同時減少NOX和碳煙排放三、HCCI發(fā)動機的主要特點超低的NOX和PM排放熱效率高HCCI燃燒過程主要受燃燒化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)控制HCCI發(fā)動機運行范圍較窄HCCI發(fā)動機HC、CO排放偏髙四、HCCI的燃燒特性 HCCI燃燒表現(xiàn)出獨特的兩