第五章柴油機(jī)混合氣的形成及燃燒1

1、第五章,2020/4/5,柴油機(jī)混合氣的形,成及燃燒,南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院,柴油的特點(diǎn)是較難揮發(fā)、較難點(diǎn)燃和較,易自燃，因此，適用于壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)。,柴油機(jī)的著火是多點(diǎn)、不受控制的爆炸性,燃燒，爆發(fā)壓力高，燃燒噪聲大，工作粗暴。,柴油機(jī)的混合氣形成條件惡劣，除了時(shí)間短,之外，空間上周向與徑向混合不均勻，時(shí)間,上邊混合、邊燃燒、交叉進(jìn)行。,2020/4/5,南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院,5-1,柴油機(jī)的燃燒過(guò)程,一、柴油機(jī),燃燒過(guò)程概述,1,、著火延遲期,?,著火延遲期也稱(chēng)為滯燃期。,?,混合氣準(zhǔn)備的物理和化學(xué)過(guò),程。,2020/4/5,南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院,2,、速燃期,?,著火延遲期內(nèi)準(zhǔn)備

2、好的混合氣,幾乎同時(shí)開(kāi)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/(,CA),的范圍內(nèi)。,2020/4/5,南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院,3,、,緩燃期,?,燃燒的進(jìn)行漸趨緩慢。,?,盡可能地加速混合氣的形成，,保證迅速而完全的燃燒。,2020/4/5,南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院,4,、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。,后燃產(chǎn)生的負(fù)面影響：,在后燃期內(nèi)，,燃料在較低的膨脹比下放熱，所放出的,熱量難于有效地利用，使柴油機(jī)零件的,熱負(fù)荷增加，排氣溫度升高，傳給冷卻,水的熱損失也增加，柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性下,降。所以后燃期應(yīng)盡可能地縮

3、短。,2020/4/5,南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院,縮短后燃的措施：,加強(qiáng)燃燒室內(nèi)的氣流運(yùn)動(dòng)，,改善混合氣的形成，減少緩燃期內(nèi)的噴油量，并提,高緩燃階段的燃燒速度，使燃燒盡可能在上止點(diǎn)附,近基本完成。,2020/4/5,南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院,2020/4/5,南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院,二、,著火延遲期對(duì)柴油機(jī)性能的影響,?,?,?,期間噴入缸內(nèi)的燃料量,?,?,著火前可燃,混合氣量,?,?,p,?,?,?,?,，,Pmax,?,。,?,?,?,沖擊載荷,?,，工作粗暴，柴油機(jī)壽命,?,。,?,?,?,混合氣形成欠佳,?,柴油機(jī)性能,?,2020/4/5,南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院,三、影響,滯

4、燃期因素,?,壓縮溫度和壓力,、,噴油提前角,?,、,轉(zhuǎn)速,N,、,十六烷值、增壓,2020/4/5,南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院,1,、溫度和壓力：隨,著壓縮溫度和壓力提,高，滯燃期減小。溫,度壓力是影響滯燃期,的,直接因素,，其,他一些因素是通過(guò)壓,縮溫度和壓力而間接,影響滯燃期的。,2020/4/5,南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院,2,、噴油提前角,最大的影響因素。,?,?,著火時(shí),低轉(zhuǎn)速時(shí)最,佳噴油角,低轉(zhuǎn)速時(shí)最,佳噴油角,刻推遲，使燃燒,?,?,Tc,?,，,Pc,?,?,?,?,?,（燃,料進(jìn)入氣缸時(shí)空,氣溫度和壓力低）,Tc,?,，,Pc,?,?,?,2020/4/5,高轉(zhuǎn)速時(shí)最,佳噴油角

5、,高轉(zhuǎn)速時(shí)最,佳噴油角,南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院,3,、,轉(zhuǎn)速,：,n,?,?,漏氣、散熱損失,?,Pc,?,，,Tc,?,噴油壓力,?,?,霧化,?,；氣流運(yùn)動(dòng),?,?,蒸發(fā),?,?,混合氣形成好轉(zhuǎn),?,?,。,但,n,?,?,著火延遲角,?,2020/4/5,南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院,4,、,增壓,?,增壓,?,Pc,?,，,Tc,?,?,?,2020/4/5,南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院,?,總之當(dāng),?,i,過(guò)大時(shí)，前期噴入的燃料量增,加，使速燃期內(nèi)的壓力迅速增高，因其發(fā)動(dòng),機(jī)工作粗暴，振動(dòng)噪聲增加，燃燒難以控制。,?,i,過(guò)小時(shí)，對(duì)混合氣形成不利，性能惡化。,總體來(lái)說(shuō)為控制燃燒過(guò)程，降低機(jī)

6、械負(fù)荷使,發(fā)動(dòng)機(jī)平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，應(yīng)盡量減小滯燃期。,2020/4/5,南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院,四、燃燒過(guò)程中存在的問(wèn)題,1,、混合氣形成困難，燃燒不完全,混合極不均勻,混合氣形成時(shí)間短，邊噴油、,邊混合、邊燃燒。,改進(jìn)措施：,1,）促進(jìn)混合氣的形成,結(jié)構(gòu)上，促進(jìn)缸內(nèi)的渦流運(yùn)動(dòng),2,）供給較多的空氣。,大于,1,，一般取,1.3,，但至少,30%,的空氣未被利用,使氣缸工作容積的利用程度降低，使升功率、平均有,效壓力降低，這與提高其動(dòng)力性相矛盾。,2020/4/5,南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院,2,、工作粗暴，燃燒噪聲較大,混合極不均勻,混合氣形成時(shí)間短，邊噴油、,邊混合、邊燃燒。,改進(jìn)措施：,縮短著火

7、延遲時(shí)間，減少滯燃期內(nèi)的噴油量。但和,動(dòng)力性相矛盾。,2020/4/5,南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院,3,、排氣冒黑煙,主要發(fā)生在大負(fù)荷工況時(shí)，如加速，爬坡時(shí)。,燃油在高溫缺氧下燃燒時(shí)易形成碳煙。,減少黑煙的主要措施：,1,）增加過(guò)量空氣系數(shù),，但與提高柴油機(jī)的動(dòng)力性,相矛盾。,2,）改善混合氣的形成，與改善柴油機(jī)工作的柔和性,相矛盾。,南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院,2020/4/5,4,、排氣冒藍(lán)煙、白煙,冷起動(dòng)及怠速、低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，氣缸內(nèi)溫度低，,燃燒不良，不同直徑的柴油微粒隨廢氣排出受光線,的反射呈現(xiàn)出不同的顏色，白煙是由,0.61m,的顆,粒構(gòu)成，而藍(lán)煙是由,0.6m,以下的顆粒構(gòu)成。,暖機(jī)時(shí)

8、，一般先冒白煙，后冒藍(lán)煙，然后變?yōu)闊o(wú),色。,2020/4/5,南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院,五、燃燒放熱規(guī)律,為了分析評(píng)價(jià)燃燒過(guò)程，必須掌握放熱速率隨,曲軸轉(zhuǎn)角變化規(guī)律,放熱規(guī)律。從宏觀上分析燃,燒組織情況，判斷進(jìn)行的是否完善。,方法：,1.,根據(jù)噴油規(guī)律求算放熱規(guī)律；,2.,由燃燒規(guī)律放熱模型預(yù)測(cè)；,3.,從實(shí)測(cè)示功圖計(jì)算出放熱規(guī)律。,2020/4/5,南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院,?,瞬時(shí)放熱速率,:,在燃燒過(guò)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。,?,累積放熱百分比,:,從燃燒過(guò)程開(kāi)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。,?,燃燒放熱規(guī)律,是指

9、,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。,2020/4/5,南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院,汽油機(jī)放熱速率最大值,最高，燃燒持續(xù)期較短，,但初始放熱速率較低，,燃燒噪聲低，工作平穩(wěn)。,直噴式柴油機(jī)初始放熱,速率最高，燃燒噪聲大，,工作粗暴。同樣壓縮比,情況下后燃損失較汽油,機(jī)大，熱效率低。,分隔式柴油機(jī)初始放熱,率低，燃燒噪聲低，工,作平穩(wěn)，但燃燒持續(xù)角,較長(zhǎng)，熱效率低，燃油,經(jīng)濟(jì)性差。,2020/4/5,南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院,較理想的柴油機(jī)燃燒放熱規(guī)律,?,有一合適的,燃燒起點(diǎn),，同時(shí)燃燒應(yīng)該是,先緩后急,。,?,開(kāi)始放熱階段，控制,燃燒放熱速率,，以,降低壓力升高率。,?

10、,然后燃燒應(yīng)加速進(jìn)行，絕大部分燃油在,盡可能靠近上止點(diǎn)處完成燃燒。,?,燃燒持續(xù)時(shí)間,不宜過(guò)長(zhǎng)。,2020/4/5,南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院,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。,2020/4/5,南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院,5-2,燃油噴射和霧化,一,、供油系統(tǒng)和,噴射過(guò)程,?,1,、,供油系統(tǒng)的,組成,?,油箱,?,輸油,泵,?,濾油器,?,低壓油管,?,噴油,泵,?,高壓油管,?,噴油器,（噴,油嘴）,2020/4/5,南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院,?,2,、,噴油過(guò)程,?,普遍采用柱塞式噴油泵。,?,3,、,噴油延遲時(shí)間,?,從噴油泵內(nèi)燃油頂開(kāi)

11、出油閥進(jìn)入高壓,油管至油壓壓開(kāi)噴油嘴針閥的時(shí)間。,2020/4/5,南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院,4,、供油規(guī)律和噴油規(guī)律,定義,：,供油規(guī)律,：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)噴,油泵的供油量隨時(shí)間的變化,關(guān)系。,?,噴油規(guī)律,：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)噴,油器噴入燃燒室內(nèi)的燃油量,隨時(shí)間的變化關(guān)系。,?,2020/4/5,南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院,兩者的差異：,?,噴油始點(diǎn)滯后于供油始點(diǎn),?,噴油持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng),?,最大噴油速率較低,?,曲線的形狀有一定的變化,產(chǎn)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,?,高壓油管的彈性變形,2020/4/5,南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院,二,、噴油泵速度特性,及其校正,?,1

12、,、,節(jié)流作用,?,理論上,（不存在節(jié)流）,?,實(shí)際上,（存在節(jié)流）,?,所以，實(shí)際供油比理論,供油時(shí)間長(zhǎng)，供油量大。,2020/4/5,南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院,?,2,、,噴油泵速度特性,?,每循環(huán)供油量隨轉(zhuǎn)速,n,的變化關(guān)系。,?,n,?,?,節(jié)流作用,?,?,循,環(huán)供油時(shí)間,?,循環(huán)供油,量,?,g,?,?,3,、,車(chē)用的適應(yīng)性,?,車(chē)用,希望,n,?,?,?,g,?,?,噴油泵速度特性,n,?,?,?,g,?,?,因此，噴油泵速度特性,不適合于車(chē)用，必須進(jìn)行,校正。,?,4,、,校正,?,1,出油閥校正,?,2,調(diào)速器校正,2020/4/5,南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院,三、噴射過(guò)程,定

13、義：從噴油泵開(kāi),始供油直至噴油器,停止噴油的過(guò)程,?,噴射延遲階段,?,主噴射階段,?,噴射結(jié)束階段,2020/4/5,南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院,四、不正常噴射現(xiàn)象,?,1,、,二次噴射,?,高壓油管內(nèi)壓力波引起。,?,噴射時(shí)間,?,?,霧化不良，燃燒不完全，補(bǔ)燃嚴(yán),重，排污,?,，炭煙,?,，零件過(guò)熱。,?,2,、,斷續(xù)噴射,?,進(jìn)入噴油嘴燃油量不穩(wěn)定，壓力波動(dòng)引起。,?,噴油時(shí)間正常，但針閥運(yùn)動(dòng)次數(shù),?,，噴油嘴易,磨損。,?,3,、,隔次噴射,?,低速、尤其是怠速時(shí)，油壓不足，壓不開(kāi)針閥。,下一循環(huán)時(shí)油壓聚足，壓開(kāi)針閥噴射。,2020/4/5,南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院,正常與不正常噴射比

14、較,2020/4/5,南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院,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(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，這種沖擊波多,次作用于金屬表面則引起穴蝕。,?,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。,2020/4/5,南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院,五、對(duì)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(shí)刻，精確提供所需的燃油量。,?,盡可能實(shí)現(xiàn)理想的噴油規(guī)律。,?,良好的油束特性能滿足具體燃

15、燒室的要求。,?,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)。,2020/4/5,南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院,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(shí),間已是技術(shù)發(fā)展的一個(gè)明,顯趨勢(shì)。,?,為避免柴油機(jī)工作過(guò)于粗,暴，又希望實(shí)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。,2020/4/5,南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院,六、柴油機(jī)電控噴射系統(tǒng),電控噴射系統(tǒng)突出優(yōu),點(diǎn)是控制的準(zhǔn)確性和,響應(yīng)的快速性。,系統(tǒng)的基本控制量：,?,循環(huán)噴油量的控制,?,供油提前角控制,2020/

16、4/5,南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院,?,?,5-3,混合氣的形成和燃燒室,一、混合氣的形成：,柴油機(jī),汽油機(jī),氣缸外部利用化油,器形成大體均勻的混,合氣。汽油噴射形成,均勻混合氣。,缸內(nèi)混合的方式。,燃油借助于高壓噴射進(jìn),入氣缸后，在極短的時(shí),間內(nèi)經(jīng)歷霧化、吸熱、,汽化、擴(kuò)散與空氣混合，,形成良好的可燃混合氣。,2020/4/5,南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院,柴油機(jī)混合形成的兩種基本形式,1,、,空間霧化,?,將燃料噴在燃燒室空間使之成為霧狀，再,利用空氣運(yùn)動(dòng)達(dá)到充分混合。,?,特點(diǎn),:,?,1,）對(duì)燃料噴霧要求高,?,2,）對(duì)空氣運(yùn)動(dòng)要求不高,?,3,）初期空間分布燃料多，燃燒迅速,2020/4/

17、5,南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院,?,2,、,油膜蒸發(fā),?,油膜蒸發(fā)型混合氣蒸發(fā)方式則有意將燃料,噴在燃燒室壁面上，使之成為薄薄的一層,油膜附著在燃燒室壁面上，只有一小部分,燃料分布在燃燒室空間。經(jīng)燃燒室壁面和,燃燒加熱，邊蒸發(fā)，邊混合，邊燃燒。初,期蒸發(fā)、燃燒慢，后期蒸發(fā)、燃燒迅速,。,?,特點(diǎn),:,?,1,）,對(duì)燃料噴霧要求不高,?,2,）放熱先緩后急,?,3,）,但低速性能不好，冷起動(dòng)困難。,2020/4/5,南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院,二、,燃料的噴霧,?,1,、,噴霧的作用,?,只有當(dāng)燃料與空氣充分接觸，形成可燃,混合氣時(shí)，才有可能燃燒。接觸面積越大，,可燃混合氣越多，燃燒越完善。,202

18、0/4/5,南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院,2,、,噴霧的形成,1,）,油束,?,燃油噴射,高壓、高速。,?,一級(jí)霧化汽缸中空氣的動(dòng)力作用將油,束撕,裂成片、帶、泡或大顆粒的油滴。,?,二級(jí)霧化空氣動(dòng)力作用將片、帶、泡,或大顆粒的油滴再粉碎成細(xì)小的油滴。,2,）著火條件,?,濃度、溫度為著火的必要條件,2020/4/5,南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院,3,、,噴霧特性,1,）,油束射程,L,?,L,?,?,燃料噴到壁面上多,?,空間混合,氣太稀。,?,L,?,?,燃料集中,?,混合氣分布不均勻，,空氣利用,?,。,2,）,噴霧錐角,?,?,反映油束的緊密程度。,?,孔式噴嘴,?,?,油束松散，粒細(xì)。,?,

19、軸針式噴嘴,?,?,油束緊密，粒粗。,3,）霧化質(zhì)量（霧化特性）,?,細(xì)微度,油滴平均直徑,?,均勻度,油滴最大直徑,-,油滴平均直徑,南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院,2020/4/5,4,、,噴油規(guī)律,?,單位時(shí)間（或曲軸轉(zhuǎn)角）的噴油量隨時(shí)間（或曲,軸轉(zhuǎn)角）的變化規(guī)律。,1,）噴油延遲角,?,噴油提前角,?,開(kāi)始噴油,?,上止點(diǎn)的曲軸轉(zhuǎn),角。,?,?,上止點(diǎn),?,停止噴油的曲軸轉(zhuǎn)角。,?,噴油延遲角,?,?,開(kāi)始噴油,?,停止,噴油的曲軸轉(zhuǎn)角。,2,）,噴油延遲角對(duì)性能的影響,?,?,?,?,噴油持續(xù)時(shí)間長(zhǎng),工作柔和，,但油耗增大,排放變差。,?,?,?,?,噴油持續(xù)時(shí)間短,油耗下降,排放好，但工

20、作粗暴。,2020/4/5,南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院,3,）,噴油延遲角的比較,?,a.,?,?,?,油耗,?,排放好，但工作粗暴。,?,b.,先急后緩,?,?,?,工作粗暴。,?,?,?,?,油耗,?,排放差。,?,c.,先緩后急,?,?,?,工作柔和。,?,?,?,?,油耗,?,排放好,盡量采用，但很難做到。,2020/4/5,南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院,5,、,噴油嘴,1,、孔式噴嘴,?,主要用于直噴式燃燒室中。,?,孔數(shù),: 1,5,個(gè)，,?,= 0.25,0.8 mm,。,?,霧化好，但易阻塞?？讛?shù)越少，霧化越好，但,也易阻塞。,2,、,軸針式噴嘴,?,主要用于分隔式燃燒室中。,?,?

21、,= 1,3 mm,，通道間隙,?,= 0.025,0.05 mm,。,?,霧化差，但有自潔作用，不易阻塞。,2020/4/5,南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院,三,、氣流運(yùn)動(dòng)對(duì)混合氣形成的影響,（一）,氣流運(yùn)動(dòng)的作用,2020/4/5,南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院,（二）,氣流運(yùn)動(dòng),1,、,進(jìn)氣渦流,?,使進(jìn)氣氣流相對(duì)于汽缸中心產(chǎn)生一個(gè)力，形成渦流。,A,、,帶導(dǎo)氣屏進(jìn)氣門(mén),強(qiáng)制空氣從導(dǎo)氣屏前流出。,2020/4/5,南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院,B,、,切向氣道,形狀比較直平，在氣門(mén)座前強(qiáng)烈收縮，,使氣流切向進(jìn)入缸內(nèi)，造成速度分布不均勻。,特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，流動(dòng)阻力小，產(chǎn)生渦流強(qiáng)度小。,2020/4/5,南

22、京航空航天大學(xué)金城學(xué)院,C,、,螺旋氣道,在氣門(mén)腔里做成螺旋形狀，使氣流形成一定,強(qiáng)度的旋轉(zhuǎn)，在平直氣道出口速度分布的基礎(chǔ)上增加了,一個(gè)切向速度。,特點(diǎn)：流動(dòng)阻力??；渦流強(qiáng)度大；適于高渦流內(nèi)燃機(jī)。,但是結(jié)構(gòu)尺寸及加工精度要求較高，且渦流與流量難于兼,顧。,2020/4/5,南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院,2,、擠流,在壓縮后期活塞表面的某一部分和缸蓋之間擠壓氣體，,產(chǎn)生徑向或橫向氣流運(yùn)動(dòng)，稱(chēng)為,擠流,；,擠流,強(qiáng)度由擠氣面積和擠氣間隙大小決定。,通常采用縮口形燃燒室,利用逆擠流有助于將燃燒室內(nèi)的混合氣流出，使其進(jìn)一步,和氣缸內(nèi)的空氣混合燃燒，對(duì)改善燃燒和降低排放十分有利。,南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院,

23、2020/4/5,3,、滾流,定義：在進(jìn)氣過(guò)程中形成的繞垂直于氣缸軸線的有組織大尺,寸空氣渦流。,應(yīng)用：滾流較適宜于在四氣門(mén)汽油機(jī)上使用，滾流在壓縮,過(guò)程中其動(dòng)量衰減較少，當(dāng)活塞接近于上止點(diǎn)時(shí)，大尺度的,滾流將破裂成眾多小尺度的渦，使湍流強(qiáng)度和湍流動(dòng)能增加，,提高火焰?zhèn)鞑ニ俾?，改善發(fā)動(dòng)機(jī)性能。,2020/4/5,南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院,4,、湍流,定義：在氣缸中形成隨機(jī)的有旋的三維非定常氣體運(yùn)動(dòng)；,基本特征,在于其具有隨機(jī)性質(zhì)的渦旋結(jié)構(gòu)，以及這些渦旋,在流體內(nèi)部的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)，湍流能引起相鄰各層流體間動(dòng)量、溫,度、濃度等的交換和脈動(dòng)。,湍流結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，內(nèi)燃機(jī)中可燃混合氣的湍流特,性對(duì),燃燒速度

24、,和,火焰?zhèn)鞑?有著十分重要的影響,.,2020/4/5,南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院,?,混合氣形成和燃燒與燃燒室有密切關(guān)系，,如果燃燒室設(shè)計(jì)不好，則燃油系統(tǒng)、進(jìn)氣,系統(tǒng)也難以與其配合得到良好的性能指標(biāo)。,在改進(jìn)燃燒系統(tǒng)時(shí)，也往往從燃燒室的形,狀、尺寸著手。,?,根據(jù)混合氣形成和燃燒室結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，壓燃,式內(nèi)燃機(jī)的燃燒室基本上分為兩大類(lèi)：直,接噴射式燃燒室和分隔式燃燒室。,2020/4/5,南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院,四、柴油機(jī)燃燒室分類(lèi),分為兩大類(lèi)：直接噴射燃燒室（開(kāi)式）和分隔式燃燒室（間接）,直噴,開(kāi)式,半開(kāi)式,分隔式,無(wú)渦流,氣流運(yùn)動(dòng),有渦流,2020/4/5,南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院,預(yù)燃室,

25、渦流室,?,直噴式燃燒室按活塞頂,部凹坑（燃燒室）的深淺、,口徑大小，分為,開(kāi)式燃燒室,和,半開(kāi)式燃燒室,。,1,、開(kāi)式燃燒室,燃燒室口徑大、深,度淺，大缸徑船用,低速柴油機(jī)。,2020/4/5,南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院,?,特點(diǎn)：,?,油束貫穿率在,0.85,左右，完全是空間霧化混合,方式，對(duì)燃油系統(tǒng)要求高（噴油壓力高，噴孔,直徑小，噴孔數(shù)目多）。,?,燃油經(jīng)濟(jì)性好，冷起動(dòng)容易,。,?,不需組織進(jìn)氣渦流，充氣效率高，動(dòng)力性好。,?,燃燒噪聲大，,發(fā)動(dòng)機(jī)工作粗暴,。,2020/4/5,南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院,2,、半開(kāi)式燃燒室,1,）,缸徑小，燃燒室口徑小,2,）,燃燒室凹坑較深,3,）,采

26、用空間霧化混合為主、油膜蒸發(fā)混合為輔,的混合氣形成方式,，比較理想的油束貫穿率約,為,1.051.08,左右。,4,）噴孔數(shù)目一般在,35,孔，噴孔直徑一般在,0.30.45mm,。,5,）過(guò)量空氣系數(shù)一般在,1.31.5,之間。,6,）一般適用于缸徑,80140mm,，轉(zhuǎn)速低于,4500r/min,的直噴式柴油機(jī)。,2020/4/5,7,）組織進(jìn)氣渦流（一般是螺旋進(jìn)氣道）,南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院,半開(kāi)式燃燒室與開(kāi)式燃燒室相比：,?,對(duì)燃油系統(tǒng)的要求較低（孔徑較大、噴油,壓力較低）。,?,燃燒噪聲較低，柴油機(jī)工作較柔和。,?,燃油經(jīng)濟(jì)性、冷起動(dòng)性較差。,2020/4/5,南京航空航天大學(xué)金城

27、學(xué)院,由于開(kāi)式燃燒室,燃油經(jīng)濟(jì)性好,、,冷起動(dòng)容,易,、,微粒排放量較低,、,不組織進(jìn)氣渦流,的,突出優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)代中小型高速直噴式柴油機(jī),有向開(kāi)式燃燒室發(fā)展的趨勢(shì)，即減弱進(jìn)氣,渦流運(yùn)動(dòng)，盡可能提高噴油壓力，增加噴,孔數(shù)目，減小噴孔直徑。典型的發(fā)展趨勢(shì),就是發(fā)展,高壓共軌,燃油系統(tǒng)。,2020/4/5,南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院,典型半開(kāi)式燃燒室介紹：,（,1,）,?,形燃燒室,?,形燃燒室的底部中心有一凸起，目的是,想幫助形成（擠壓）渦流，并使燃燒室形狀與油,束配合，將空氣集中在油束附近，以便更好利用,燃燒室中空氣。,2020/4/5,南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院,燃燒室的主要尺寸：,1,）,余隙容積

28、,V,S,（包括活塞頂間隙容積、氣,門(mén)凹坑容積、第,1,道活塞環(huán)測(cè)隙容積）,盡,可能小,，但余隙距離不可小于,1mm,。,2020/4/5,南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院,2020/4/5,南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院,2,）,d,K,/D,、,d,K,/h,、,?,要合適：,燃燒室喉口直徑與氣缸直徑之比,d,K,/D=0.40.6,，要與,油束射程匹配，以保證最佳油束穿透率。,燃燒室喉口直徑與燃燒室深度之比,d,K,/h=1.53.5,，從,降低機(jī)械負(fù)荷和燃燒噪聲方面考慮，希望燃燒室深,一些（增加油膜蒸發(fā)混合比例），但太深會(huì)導(dǎo)致增,加活塞長(zhǎng)度，燃燒室中廢氣不易清除，喉口處熱負(fù),荷高，噴油嘴容易過(guò)熱卡死

29、。,燃燒室側(cè)面與頂面的夾角,?,一般制造大于,90o,，防止,活塞喉口處熱裂。,2020/4/5,南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院,3,）燃燒室的布置,由于進(jìn)、排氣門(mén)的布置，燃燒室、噴,油嘴往往不能布置在氣缸中心線上，一,般,e,1,/D5%,，,e,2,/D10%,。為便于氣缸蓋中,冷卻水道布置，噴油嘴也傾斜,15o20o,布,置。因此，為保證油束在燃燒室中合適,分布，,噴孔夾角、傾斜角不均勻分布，,油束長(zhǎng)度有長(zhǎng)有短,。,2020/4/5,南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院,4,）,噴油嘴伸出氣缸蓋底部的長(zhǎng)度,h,有最佳值,，一,般在,13mm,左右，可由噴油嘴安裝墊片厚度調(diào)整。,h,過(guò)長(zhǎng)，則油束落在燃燒室底

30、部（,.,），并且噴,油嘴熱負(fù)荷高，容易燒壞卡死,。,h,過(guò)小，則油束可能落在活塞頂部（,.,），造成,柴油機(jī)冒黑煙。,2020/4/5,南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院,（,2,）四角形燃燒室,日本五十鈴公司的四角形燃燒,室于,70,年代初提出，活塞頂凹,坑從縱剖面看與,?,形燃燒室相同，,俯視為四角帶圓弧的正方形，,目的是改變高、低速時(shí)噴孔到,燃燒室壁面的距離，保證高、,低速時(shí)均維持最佳油束穿透率,，,解決了高、低速時(shí)柴油機(jī)的排,氣煙度矛盾。,2020/4/5,南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院,（,3,）縮口四方形燃燒室,日本小松公司的微渦流燃燒室，其活塞頂凹,坑的上部為四角形，下部為回轉(zhuǎn)體，連接處經(jīng)切,

31、削加工圓滑過(guò)渡。,后來(lái)的實(shí)踐證明，縮口四方形燃燒室,主要利,用了燃燒室喉口的縮短產(chǎn)生了強(qiáng)烈的擠流作用,，,尤其是逆擠流運(yùn)動(dòng)的增強(qiáng),顯著降低了柴油機(jī)的排,氣煙度,，,對(duì)燃油消耗率的改善不明顯,。,四個(gè)圓角處的微渦流并不起什么作用，與四,角形燃燒室一樣，為了解決高、低速時(shí)的排氣煙,度的矛盾。,2020/4/5,南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院,2020/4/5,南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院,（,4,）球形油膜燃燒室,（茅瑞爾,S.Meurer,或,M,過(guò)程）,單孔或雙孔噴油嘴沿燃燒室壁面,噴射，在強(qiáng)烈的進(jìn)氣渦流作用下，,將燃油攤布在壁面上，吸熱蒸發(fā)，,形成均勻混合氣。主要是油膜蒸,發(fā)混合，因此,最佳噴射角度較

32、小,。,柴油機(jī)工作柔和，燃燒噪聲低，,排煙少，燃油消耗率接近開(kāi)式燃,燒室,217g/,（,kW.h,）,2020/4/5,南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院,從柴油到汽油都能平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)。,冷起動(dòng)比較困難,（起動(dòng)時(shí)燃燒室壁溫低）,對(duì)負(fù)荷突變反應(yīng)慢,（空氣渦流跟不上）,低負(fù)荷時(shí)冒藍(lán)煙，,HC,大量增加,（燃燒室壁溫,低）,高、低速性能矛盾大,（空氣渦流）,對(duì)增壓適應(yīng)性差,（油膜變厚）,在大缸徑上應(yīng)用困難,（面容比降低，油膜變,厚），一般限于,75130mm,缸徑。,2020/4/5,南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院,?,三、分隔式燃燒室,分主、副燃燒室，,主燃燒室位于活塞頂部,與氣缸蓋之間，副燃燒,室位于氣缸蓋內(nèi)，兩

33、者,之間有連接通道，噴油,嘴向副燃燒室內(nèi)噴射。,分隔式燃燒室有,渦,流室燃燒室,和,預(yù)燃室燃,燒室,兩種結(jié)構(gòu)形式。,2020/4/5,南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院,1,、渦流室燃燒室,組織強(qiáng)烈的,壓縮渦流,運(yùn)動(dòng)，渦流室容,積,V,K,約占整個(gè)壓縮容積,V,C,的,5080%,，連接,通道的截面積一般為活塞面積的,1.2%3.5%,。,與直噴式燃燒室相比，具有如下特點(diǎn)：,不組織進(jìn)氣渦流，,平直進(jìn)氣道,，因此渦流室柴,油機(jī)充氣效率高，動(dòng)力性能好。,由于壓縮渦流隨轉(zhuǎn)速升高而加強(qiáng)，因此,混合氣,形成質(zhì)量對(duì)轉(zhuǎn)速變化不敏感,，適用于高速柴油,機(jī)（達(dá),5000r/min,）。,2020/4/5,南京航空航天大學(xué)

34、金城學(xué)院,由于二次燃燒，主燃燒室中的壓力升高率較低,（,0.25MPa,左右），,柴油機(jī)工作平穩(wěn),。,副燃燒室混合氣成分偏濃，主燃燒室中最高燃燒溫度,相對(duì)較低，因此,NO,X,排放量較直噴式燃燒室低,1/31/2,左右,。由于利用,二次渦流,促進(jìn)主室的混合氣形成與燃,燒，在主室中減少或避免了因高溫缺氧的不利影響，,因此,HC,和,CO,排放量也較低,。,對(duì)燃油系統(tǒng)要求低,，噴油壓力低，軸針式噴油嘴。,2020/4/5,南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院,由于燃燒持續(xù)時(shí)間（以曲軸轉(zhuǎn)角計(jì)）較長(zhǎng)，,后燃損失大,，,散熱損失大,，加上連接通道的,節(jié)流損失,，渦流室燃燒室柴油機(jī)的,燃油消耗,率較直噴式燃燒室柴油機(jī)高,（,1015%,）。,冷起動(dòng)困難,，,壓縮比較高,（,?,=2022,）。,氣缸蓋底部進(jìn)、排氣門(mén)座之間的“鼻梁區(qū)”,容易熱裂,。,2020/4/5,南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院,渦流室形狀分,球形,、錐形平底（,彗星,V,號(hào),）、柱形平底（,吊鐘形,）三種。,2020/4/5,南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院,球形燃燒室壓縮渦流強(qiáng)度最高，吊鐘形燃燒室渦流強(qiáng),度最低。,連接通道位置、傾角顯著影響渦流強(qiáng)度的