機(jī)械工程內(nèi)燃機(jī)解析PPT課件

1、1 2.2.設(shè)計(jì)要點(diǎn)：設(shè)計(jì)要點(diǎn)： 1 1）壓縮比：）壓縮比：設(shè)計(jì)抗爆性比較高的燃燒室以提高壓縮比。設(shè)計(jì)抗爆性比較高的燃燒室以提高壓縮比。 從以下幾個(gè)方面考慮：從以下幾個(gè)方面考慮： a.a.縮短火焰?zhèn)鞑ヂ烦蹋O(shè)計(jì)緊湊性燃燒室，注意火花縮短火焰?zhèn)鞑ヂ烦?，設(shè)計(jì)緊湊性燃燒室，注意火花塞位置。塞位置。 b.b.易于形成湍流加快火焰?zhèn)鞑ニ俣?。易于形成湍流加快火焰?zhèn)鞑ニ俣取?c.c.遠(yuǎn)離火花區(qū)域設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)睦鋮s面積。遠(yuǎn)離火花區(qū)域設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)睦鋮s面積。 d.d.減少易受高溫影響的而產(chǎn)生的熱點(diǎn)和表面沉積物的減少易受高溫影響的而產(chǎn)生的熱點(diǎn)和表面沉積物的產(chǎn)生。產(chǎn)生。5-3 點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒室點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒室 從提

2、高功率和經(jīng)濟(jì)性角度來(lái)考慮，提高從提高功率和經(jīng)濟(jì)性角度來(lái)考慮，提高壓縮比是有利的，但壓縮比是有利的，但過(guò)大的壓縮比會(huì)使發(fā)動(dòng)過(guò)大的壓縮比會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)壓力升高率增加，振動(dòng)和噪聲增加，并且機(jī)壓力升高率增加，振動(dòng)和噪聲增加，并且對(duì)降低大氣污染也不利。對(duì)降低大氣污染也不利。第1頁(yè)/共55頁(yè)2 2.2.設(shè)計(jì)要點(diǎn)：設(shè)計(jì)要點(diǎn)： 5-3 點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒室點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒室2 2）燃燒室面容比）燃燒室面容比A AV V是指燃燒室表是指燃燒室表面積與體積之比即面容比，是燃燒室面積與體積之比即面容比，是燃燒室緊湊性參數(shù)。緊湊性參數(shù)。 側(cè)置氣門燃燒室的側(cè)置氣門燃燒室的A/VA/V大，頂置氣大，頂置氣門燃燒室的門燃燒室

3、的A/VA/V要小得多。即使同是要小得多。即使同是頂置氣門燃燒室，不同形狀的燃燒室，頂置氣門燃燒室，不同形狀的燃燒室，其其A/VA/V值也有差別。值也有差別。 一般來(lái)說(shuō)，一般來(lái)說(shuō)，A AV V大，火焰?zhèn)鞑ゾ啻?，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x長(zhǎng)，容易爆燃，離長(zhǎng)，容易爆燃，HCHC排放高，相對(duì)散排放高，相對(duì)散熱面積大，熱損失大。熱面積大，熱損失大。第2頁(yè)/共55頁(yè)3 3 3）火花塞位置及對(duì)柴油機(jī)性能的影響：）火花塞位置及對(duì)柴油機(jī)性能的影響： 5-3 點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒 a a 火花塞應(yīng)靠近排氣門處，熱混合氣能及早火花塞應(yīng)靠近排氣門處，熱混合氣能及早燃燒，不致發(fā)展為爆燃。燃燒，不致發(fā)展為爆燃。 b

4、b 火花塞間隙處的殘余廢氣應(yīng)能充分清掃，火花塞間隙處的殘余廢氣應(yīng)能充分清掃，使混合氣容易著火，提高發(fā)動(dòng)機(jī)在暖機(jī)和低負(fù)使混合氣容易著火，提高發(fā)動(dòng)機(jī)在暖機(jī)和低負(fù)荷時(shí)工作穩(wěn)定性性能。荷時(shí)工作穩(wěn)定性性能。 c c 不希望有過(guò)強(qiáng)的氣流在點(diǎn)火瞬間直接吹向不希望有過(guò)強(qiáng)的氣流在點(diǎn)火瞬間直接吹向火花塞間隙，吹散火核，導(dǎo)致失火?；鸹ㄈg隙，吹散火核，導(dǎo)致失火。 d d 火花塞的點(diǎn)火性能對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能與排污有火花塞的點(diǎn)火性能對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能與排污有重大影響重大影響. . 第3頁(yè)/共55頁(yè)4 4 4）燃燒室內(nèi)的氣流運(yùn)動(dòng)燃燒室內(nèi)的氣流運(yùn)動(dòng) 燃燒室內(nèi)形成適當(dāng)強(qiáng)度的氣流運(yùn)動(dòng)，可增加火焰?zhèn)鞑サ乃俣?，擴(kuò)大著火邊界，燃燒室內(nèi)形成適當(dāng)強(qiáng)

5、度的氣流運(yùn)動(dòng)，可增加火焰?zhèn)鞑サ乃俣龋瑪U(kuò)大著火邊界，燃燒更稀的混合氣；降低循環(huán)變動(dòng)率，降低燃燒更稀的混合氣；降低循環(huán)變動(dòng)率，降低HCHC排放。但過(guò)強(qiáng)的氣流將是熱損失增排放。但過(guò)強(qiáng)的氣流將是熱損失增加，還可能吹滅火核而失火，從而使加，還可能吹滅火核而失火，從而使HCHC排放量增加。排放量增加。 5 5）燃燒室的優(yōu)化途徑）燃燒室的優(yōu)化途徑 燃燒室的設(shè)計(jì)首先是選擇最佳幾何形狀。燃燒室的設(shè)計(jì)首先是選擇最佳幾何形狀。 燃燒室的幾何形狀燃燒室的幾何形狀包含包含缸蓋和活塞頂形狀以及火花塞的位置缸蓋和活塞頂形狀以及火花塞的位置。半球形或單。半球形或單坡屋頂式燃燒室能是火焰前鋒表面積迅速接近最大值（燃燒迅速），坡

6、屋頂式燃燒室能是火焰前鋒表面積迅速接近最大值（燃燒迅速），A/VA/V?。▊餍。▊鳠釗p失小）?；鸹ㄈ麘?yīng)盡量靠近燃燒室中心，燃燒室應(yīng)適當(dāng)?shù)慕M織氣體運(yùn)動(dòng)。熱損失?。??；鸹ㄈ麘?yīng)盡量靠近燃燒室中心，燃燒室應(yīng)適當(dāng)?shù)慕M織氣體運(yùn)動(dòng)。 燃燒室應(yīng)有最大的火焰前鋒面積、最小的面容比、最大的氣門尺寸，最佳的燃燒室應(yīng)有最大的火焰前鋒面積、最小的面容比、最大的氣門尺寸，最佳的幾何形狀。能夠改善混合氣分布和均勻性。幾何形狀。能夠改善混合氣分布和均勻性。 5-3 點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒第4頁(yè)/共55頁(yè)5 5-3 點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒室點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒室第5頁(yè)/共55頁(yè)6 3. 3.典型燃燒室典型燃燒室： 1

7、1）楔形燃燒室：）楔形燃燒室： 車用汽油機(jī)廣泛采用楔形燃燒室，其布置車用汽油機(jī)廣泛采用楔形燃燒室，其布置在汽缸蓋上。在汽缸蓋上。 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)較緊湊，火焰距離較短，散結(jié)構(gòu)較緊湊，火焰距離較短，散熱損失小，進(jìn)氣阻力較小，充氣系數(shù)較高，熱損失小，進(jìn)氣阻力較小，充氣系數(shù)較高，壓縮比也較高，可達(dá)壓縮比也較高，可達(dá)9-109-10。這種燃燒室具有。這種燃燒室具有較高的經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性。較高的經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性。 缺點(diǎn)缺點(diǎn)楔形燃燒室內(nèi)的混合氣過(guò)分集中楔形燃燒室內(nèi)的混合氣過(guò)分集中于火花塞處，使初期燃燒率大，壓升率高，于火花塞處，使初期燃燒率大，壓升率高，工作有些粗暴，而且燃燒溫度較高，工作有些粗暴，而且燃燒溫度較

8、高，NOxNOx生生成也較多。成也較多。5-3 點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒第6頁(yè)/共55頁(yè)7 2 2）浴盆形燃燒室：形狀像一個(gè)橢圓形的浴盆，）浴盆形燃燒室：形狀像一個(gè)橢圓形的浴盆，這種燃燒室的高度是相同的，寬度允許略超出氣這種燃燒室的高度是相同的，寬度允許略超出氣缸范圍來(lái)加大氣門直徑。缸范圍來(lái)加大氣門直徑。 它具有一定的擠氣面積，但擠流效果較差，它具有一定的擠氣面積，但擠流效果較差，火焰?zhèn)鞑ヂ窂揭草^長(zhǎng)，使汽油機(jī)的高速動(dòng)力性能火焰?zhèn)鞑ヂ窂揭草^長(zhǎng)，使汽油機(jī)的高速動(dòng)力性能降低。降低。A/VA/V較大，對(duì)較大，對(duì)HCHC排放不利。排放不利。 但壓力升高功率低，工作柔和，但壓力升高功率低，工作

9、柔和，NOxNOx排放低。排放低。制造工藝性好，又便于使用維修，所以在載重車制造工藝性好，又便于使用維修，所以在載重車上應(yīng)用相當(dāng)廣泛。近年的試驗(yàn)證明，適當(dāng)增加其上應(yīng)用相當(dāng)廣泛。近年的試驗(yàn)證明，適當(dāng)增加其擠氣面積比，可以使汽油機(jī)的性能得到一定程度擠氣面積比，可以使汽油機(jī)的性能得到一定程度的改善。的改善。 5-3 點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒第7頁(yè)/共55頁(yè)8 3 3）半球形燃燒室：）半球形燃燒室：燃燒室位于氣缸燃燒室位于氣缸蓋上，形狀大致呈半球形或篷形，一般配凸出的活塞頂。蓋上，形狀大致呈半球形或篷形，一般配凸出的活塞頂。 5-3 點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒 燃燒室可機(jī)加工，保

10、證光滑表面、精確的形狀燃燒室可機(jī)加工，保證光滑表面、精確的形狀和容積；燃燒室結(jié)構(gòu)緊湊，熱損失??；和容積；燃燒室結(jié)構(gòu)緊湊，熱損失??；A/VA/V值小，值小，HCHC排排放低；火花塞布置在燃燒室中央、火布置在燃燒室中放低；火花塞布置在燃燒室中央、火布置在燃燒室中央、火焰?zhèn)鞑ヂ窂蕉蹋淞肯禂?shù)大，在央、火焰?zhèn)鞑ヂ窂蕉?，充量系?shù)大，在非常高的轉(zhuǎn)速下仍能保持滿意的充量系數(shù)，最高轉(zhuǎn)速在非常高的轉(zhuǎn)速下仍能保持滿意的充量系數(shù)，最高轉(zhuǎn)速在60006000轉(zhuǎn)以上的車用汽油轉(zhuǎn)以上的車用汽油機(jī)幾乎都采用半球形燃燒室。機(jī)幾乎都采用半球形燃燒室。 由于火花塞周圍容積大，燃燒速率和壓力升高率大，工作較為粗暴，最高由于火花塞周

11、圍容積大，燃燒速率和壓力升高率大，工作較為粗暴，最高溫度高，溫度高，NOxNOx排放較高。排放較高。 弧形汽缸蓋，適合于二沖程汽油機(jī)掃氣，故廣泛應(yīng)用。弧形汽缸蓋，適合于二沖程汽油機(jī)掃氣，故廣泛應(yīng)用。第8頁(yè)/共55頁(yè)9 4 4）碗形燃燒室）碗形燃燒室 燃燒室布置在活塞中的一個(gè)回轉(zhuǎn)體，采用平底氣燃燒室布置在活塞中的一個(gè)回轉(zhuǎn)體，采用平底氣缸蓋。缸蓋。 優(yōu)點(diǎn)：工藝性好，燃燒室全部采用機(jī)械加工而成，優(yōu)點(diǎn)：工藝性好，燃燒室全部采用機(jī)械加工而成，有精確的形狀和容積，燃燒室表面光滑、接湊、擠流有精確的形狀和容積，燃燒室表面光滑、接湊、擠流效果好；壓縮比可高達(dá)效果好；壓縮比可高達(dá)1111。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：A/VA

12、/V較大，散熱增加；需要恰當(dāng)選擇好較大，散熱增加；需要恰當(dāng)選擇好S/DS/D與壓縮比與壓縮比c c的關(guān)系；因火花塞正好處于擠流流入燃燒的關(guān)系；因火花塞正好處于擠流流入燃燒室的通道上，所以需要仔細(xì)選擇點(diǎn)火時(shí)刻，以保證點(diǎn)室的通道上，所以需要仔細(xì)選擇點(diǎn)火時(shí)刻，以保證點(diǎn)火時(shí)流速不至于過(guò)大或者過(guò)小?；饡r(shí)流速不至于過(guò)大或者過(guò)小。 5-3 點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒第9頁(yè)/共55頁(yè)10 5 5）其他類型燃燒室）其他類型燃燒室 汽油機(jī)目前一個(gè)重要的研究法方向是稀燃、速燃、汽油機(jī)目前一個(gè)重要的研究法方向是稀燃、速燃、層燃技術(shù)。采用稀薄混合氣可以降低油耗和排放，提層燃技術(shù)。采用稀薄混合氣可以降低油耗和排

13、放，提高壓縮比，但稀燃會(huì)降低火焰?zhèn)鞑ニ俣龋孕枰筛邏嚎s比，但稀燃會(huì)降低火焰?zhèn)鞑ニ俣龋孕枰扇∠嚓P(guān)措施來(lái)組織混合氣快速燃燒。取相關(guān)措施來(lái)組織混合氣快速燃燒。 （1 1）帶湍流罐的燃燒室）帶湍流罐的燃燒室 在燃燒室中設(shè)置在燃燒室中設(shè)置小副室，并在噴孔部位配置火花塞，混合氣被點(diǎn)小副室，并在噴孔部位配置火花塞，混合氣被點(diǎn)燃后流入副室。燃后流入副室。 在壓縮過(guò)程中，一邊對(duì)火花塞間隙進(jìn)行掃在壓縮過(guò)程中，一邊對(duì)火花塞間隙進(jìn)行掃氣，一邊使混合氣產(chǎn)生適當(dāng)?shù)牧魉佟?，一邊使混合氣產(chǎn)生適當(dāng)?shù)牧魉佟?副室內(nèi)的壓力隨火焰?zhèn)鞑ザ?，然后噴副室?nèi)的壓力隨火焰?zhèn)鞑ザ?，然后噴入主燃燒室，產(chǎn)生湍流，促進(jìn)主燃燒室的燃

14、燒。入主燃燒室，產(chǎn)生湍流，促進(jìn)主燃燒室的燃燒。 5-3 點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒第10頁(yè)/共55頁(yè)11 （2 2）雙火花塞燃燒室）雙火花塞燃燒室 在右圖所示的半球形燃燒室中，左右對(duì)稱地布置在右圖所示的半球形燃燒室中，左右對(duì)稱地布置兩只火花塞。兩只火花塞。 這樣，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x縮短這樣，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x縮短1/21/2，從而可以推遲點(diǎn)，從而可以推遲點(diǎn)火正時(shí)，提高著火時(shí)混合氣的溫度和壓力，使著火性火正時(shí)，提高著火時(shí)混合氣的溫度和壓力，使著火性能得到改善，并且燃燒持續(xù)期將縮短，有利于提高發(fā)能得到改善，并且燃燒持續(xù)期將縮短，有利于提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。動(dòng)機(jī)的性能。 5-3 點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒點(diǎn)燃式內(nèi)

15、燃機(jī)的燃燒第11頁(yè)/共55頁(yè)12 5-4 壓燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒 柴油機(jī)燃燒是決定柴油機(jī)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排柴油機(jī)燃燒是決定柴油機(jī)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放特性的關(guān)鍵。放特性的關(guān)鍵。 研究表明，研究表明，柴油機(jī)的燃燒過(guò)程包括預(yù)混合燃燒柴油機(jī)的燃燒過(guò)程包括預(yù)混合燃燒（占很小一部分）和擴(kuò)散燃燒兩部分。（占很小一部分）和擴(kuò)散燃燒兩部分。 混合速率控制著燃燒速率是擴(kuò)散燃燒的顯著特混合速率控制著燃燒速率是擴(kuò)散燃燒的顯著特征，因此征，因此組織迅速與完善的擴(kuò)散燃燒對(duì)提高柴油機(jī)組織迅速與完善的擴(kuò)散燃燒對(duì)提高柴油機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性和降低排放至關(guān)重要燃油經(jīng)濟(jì)性和降低排放至關(guān)重要。第12頁(yè)/共55頁(yè)13 5-4 壓燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒

16、預(yù)混燃燒預(yù)混燃燒: :噴油裝置噴入氣缸的燃料在著火前已蒸發(fā)噴油裝置噴入氣缸的燃料在著火前已蒸發(fā)并與空氣混合。并與空氣混合。 這部分混合氣的燃燒（擴(kuò)散燃燒）反映了這部分混合氣的燃燒（擴(kuò)散燃燒）反映了燃燒放熱過(guò)燃燒放熱過(guò)程的長(zhǎng)短，空氣燃料的混合程度以及柴油機(jī)碳煙生成情程的長(zhǎng)短，空氣燃料的混合程度以及柴油機(jī)碳煙生成情況，況，組織迅速與完善的擴(kuò)散燃燒對(duì)提高柴油機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性組織迅速與完善的擴(kuò)散燃燒對(duì)提高柴油機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性和降低排放至關(guān)重要。和降低排放至關(guān)重要。 這部分混合氣的燃燒數(shù)量決定了燃燒過(guò)程中這部分混合氣的燃燒數(shù)量決定了燃燒過(guò)程中缸內(nèi)最高缸內(nèi)最高燃燒壓力、最大壓力升高率、最大放熱率和燃燒噪聲。燃燒壓

17、力、最大壓力升高率、最大放熱率和燃燒噪聲。 擴(kuò)散燃燒擴(kuò)散燃燒: :大部分燃料（柴油）是在著火后噴大部分燃料（柴油）是在著火后噴入入氣缸氣缸的，它處于一邊與空氣混合、一邊燃燒的情況下，由于混的，它處于一邊與空氣混合、一邊燃燒的情況下，由于混合速率比反應(yīng)速度慢，所以合速率比反應(yīng)速度慢，所以混合速率控制著燃燒速率混合速率控制著燃燒速率。第13頁(yè)/共55頁(yè)14 5-4 壓燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒第14頁(yè)/共55頁(yè)15 一、著火與燃燒過(guò)程一、著火與燃燒過(guò)程 1.1.著火條件：由油滴在靜止熱空氣中的著火可知，著火條件：由油滴在靜止熱空氣中的著火可知，a.a.在形成的可燃混在形成的可燃混合氣中，燃料蒸氣與空氣的比例

18、要在著火界限內(nèi)合氣中，燃料蒸氣與空氣的比例要在著火界限內(nèi)；b.b.必須被加熱到某一必須被加熱到某一臨界溫度才能自燃。臨界溫度才能自燃。通過(guò)研究靜止于熱空氣中的油滴著火情況來(lái)對(duì)比。通過(guò)研究靜止于熱空氣中的油滴著火情況來(lái)對(duì)比。 把燃料不用外部點(diǎn)燃而能自己著火的最低溫度稱為把燃料不用外部點(diǎn)燃而能自己著火的最低溫度稱為著火溫度或自燃著火溫度或自燃溫度。溫度。不同燃料其自燃性能是不同的，并且其隨著介質(zhì)壓力、加熱條件不同燃料其自燃性能是不同的，并且其隨著介質(zhì)壓力、加熱條件及測(cè)試方法等因素的變化而變化。及測(cè)試方法等因素的變化而變化。5-4 壓燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒第15頁(yè)/共55頁(yè)16 5-4 壓燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒

19、 柴油機(jī)實(shí)際的燃燒非常復(fù)雜：柴油機(jī)實(shí)際的燃燒非常復(fù)雜： a.a.噴入氣缸內(nèi)的燃油分散為一群油粒，汽缸各處的溫度也不相同，噴入氣缸內(nèi)的燃油分散為一群油粒，汽缸各處的溫度也不相同，各個(gè)油粒經(jīng)歷不同的蒸發(fā)、混合機(jī)氧化等物理各個(gè)油粒經(jīng)歷不同的蒸發(fā)、混合機(jī)氧化等物理- -化學(xué)準(zhǔn)備階段，各個(gè)油?；瘜W(xué)準(zhǔn)備階段，各個(gè)油粒之間還相互干涉、滲透。之間還相互干涉、滲透。 b.b.噴入油缸的油束，噴入油缸的油束，首先著火的地方不在油束外圍油粒最小的地方，首先著火的地方不在油束外圍油粒最小的地方，也不在油束核心濃度過(guò)高的地方，而在油束核心與外圍之間混合氣濃度和也不在油束核心濃度過(guò)高的地方，而在油束核心與外圍之間混合氣濃

20、度和溫度適當(dāng)?shù)牡胤綔囟冗m當(dāng)?shù)牡胤健?c.c.汽缸中適合形成火核的地方不止一個(gè)，所以首先著火的火核一般汽缸中適合形成火核的地方不止一個(gè)，所以首先著火的火核一般不止一個(gè)。火核在傳播火焰期間遇到過(guò)稀或過(guò)濃的混合氣可能中斷，同時(shí)不止一個(gè)?；鸷嗽趥鞑セ鹧嫫陂g遇到過(guò)稀或過(guò)濃的混合氣可能中斷，同時(shí)其他地方新的火核可能再次形成，并傳播火焰。其他地方新的火核可能再次形成，并傳播火焰。 d.d.各個(gè)循環(huán)火核形成的地方也不一定相同。各個(gè)循環(huán)火核形成的地方也不一定相同。第16頁(yè)/共55頁(yè)17 5-4 壓燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒 2.2.燃燒的階段劃分燃燒的階段劃分: : 柴油機(jī)的噴油、混合氣形成和燃柴油機(jī)的噴油、混合氣形成和

21、燃燒是在極短的時(shí)間內(nèi)相繼并且重疊在燒是在極短的時(shí)間內(nèi)相繼并且重疊在一起同時(shí)進(jìn)行的。一起同時(shí)進(jìn)行的。燃燒過(guò)程分為四個(gè)燃燒過(guò)程分為四個(gè)階段。階段。A A噴油開始噴油開始B B著火開始著火開始滯燃期滯燃期C C壓力急劇升高終點(diǎn)壓力急劇升高終點(diǎn)急燃期急燃期緩燃期緩燃期D D最大壓力最大壓力E E燃料燃燒完畢燃料燃燒完畢后燃期后燃期第17頁(yè)/共55頁(yè)18 5-4 壓燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒 （1 1）著火延遲期（滯燃期）著火延遲期（滯燃期） 自開始噴油（自開始噴油（A A點(diǎn)）到開始著點(diǎn)）到開始著火（火（B B點(diǎn)），或自開始噴油到缸內(nèi)點(diǎn)），或自開始噴油到缸內(nèi)壓力脫離純壓縮線開始急劇上升為壓力脫離純壓縮線開始急劇上

22、升為止的一段時(shí)期。止的一段時(shí)期。 滯燃期內(nèi)，噴入氣缸的燃料經(jīng)滯燃期內(nèi)，噴入氣缸的燃料經(jīng)歷了一系列的物理歷了一系列的物理- -化學(xué)變化過(guò)程，化學(xué)變化過(guò)程，包括燃料的霧化、加熱、蒸發(fā)、擴(kuò)包括燃料的霧化、加熱、蒸發(fā)、擴(kuò)散與空氣混合等物理過(guò)程以及著火散與空氣混合等物理過(guò)程以及著火前的化學(xué)準(zhǔn)備階段。前的化學(xué)準(zhǔn)備階段。 i i= 0.7-3ms= 0.7-3ms， i i= =（4.2-184.2-18）n/1000n/1000（）噴入油量一般為供油量的噴入油量一般為供油量的30-40% 30-40% 滯燃期直接影響急燃期的燃燒，對(duì)整個(gè)燃燒過(guò)程影響很大。滯燃期直接影響急燃期的燃燒，對(duì)整個(gè)燃燒過(guò)程影響很大。

23、第18頁(yè)/共55頁(yè)19 5-4 壓燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒 （2 2）急燃期（）急燃期（BCBC）從開從開始著火到始著火到壓力急劇升高終點(diǎn)壓力急劇升高終點(diǎn)的階段。的階段。 特點(diǎn)：火源迅速形成，特點(diǎn)：火源迅速形成，噴入氣噴入氣缸的燃料幾乎全部燃燒，還使急燃缸的燃料幾乎全部燃燒，還使急燃期進(jìn)入氣缸而又完成燃燒準(zhǔn)備的部期進(jìn)入氣缸而又完成燃燒準(zhǔn)備的部分燃料進(jìn)行燃燒，分燃料進(jìn)行燃燒，活塞靠近上止點(diǎn)，活塞靠近上止點(diǎn)，氣缸容積又比較小，所以，氣缸中氣缸容積又比較小，所以，氣缸中壓力升高極快。壓力升高極快。 一般用一般用平均壓力升高率平均壓力升高率p/p/來(lái)表示壓力升高的急劇程來(lái)表示壓力升高的急劇程度。度。 如果平均

24、壓力升高率太大，則如果平均壓力升高率太大，則柴油機(jī)工作粗暴，柴油機(jī)的運(yùn)動(dòng)部柴油機(jī)工作粗暴，柴油機(jī)的運(yùn)動(dòng)部件受到?jīng)_擊負(fù)荷較大，壽命就會(huì)縮件受到?jīng)_擊負(fù)荷較大，壽命就會(huì)縮短，一般平均壓力升高率不超過(guò)短，一般平均壓力升高率不超過(guò)0.6MPa0.6MPa。第19頁(yè)/共55頁(yè)20 5-4 壓燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒 （3 3）緩燃期（）緩燃期（CDCD）從從壓力急劇升高終點(diǎn)壓力急劇升高終點(diǎn)到出現(xiàn)最高到出現(xiàn)最高壓力的階段。壓力的階段。 這一階段的燃燒是在氣缸這一階段的燃燒是在氣缸容積不斷增加的情況下進(jìn)行的，容積不斷增加的情況下進(jìn)行的，所以燃燒必須很快才能使氣缸所以燃燒必須很快才能使氣缸壓力稍有上升或幾乎保持不變。壓

25、力稍有上升或幾乎保持不變。 有些發(fā)動(dòng)機(jī)在緩燃期內(nèi)仍有燃有些發(fā)動(dòng)機(jī)在緩燃期內(nèi)仍有燃料噴射。料噴射。在緩燃期內(nèi)加強(qiáng)空氣運(yùn)動(dòng)，在緩燃期內(nèi)加強(qiáng)空氣運(yùn)動(dòng)，加速混合氣形成，對(duì)保證混合氣在上加速混合氣形成，對(duì)保證混合氣在上止點(diǎn)附近迅速和完全燃燒有重要作用止點(diǎn)附近迅速和完全燃燒有重要作用（逆擠流逆擠流）。）。 緩燃期結(jié)束時(shí)，燃?xì)庾罡邷囟瓤蛇_(dá)緩燃期結(jié)束時(shí)，燃?xì)庾罡邷囟瓤蛇_(dá)1700-20001700-2000C C。第20頁(yè)/共55頁(yè)21 5-4 壓燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒 （4 4）后燃期（）后燃期（DEDE）從最高壓力點(diǎn)開始到從最高壓力點(diǎn)開始到燃料基本燃燒完畢為止。燃料基本燃燒完畢為止。 這一階段的終點(diǎn)很難確定，實(shí)際

26、上很可能一這一階段的終點(diǎn)很難確定，實(shí)際上很可能一直延續(xù)到排氣開始，尤其是在高速、大負(fù)荷時(shí)。直延續(xù)到排氣開始，尤其是在高速、大負(fù)荷時(shí)。 后燃產(chǎn)生的負(fù)面影響：后燃產(chǎn)生的負(fù)面影響：a.a.在后燃期內(nèi)，燃料在后燃期內(nèi)，燃料在較低的膨脹比下放熱，所放出的熱量難于有效在較低的膨脹比下放熱，所放出的熱量難于有效地利用；地利用；b.b.使柴油機(jī)零件的熱負(fù)荷增加；使柴油機(jī)零件的熱負(fù)荷增加；c.c.排氣排氣溫度升高，傳給冷卻水的熱損失也增加，柴油機(jī)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。的經(jīng)濟(jì)性下降。所以后燃期應(yīng)盡可能地縮短所以后燃期應(yīng)盡可能地縮短。 縮短后燃期的措施：縮短后燃期的措施：加強(qiáng)燃燒室

27、內(nèi)的氣流運(yùn)動(dòng)，改善混合氣的形成，減少緩加強(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。成。 第21頁(yè)/共55頁(yè)22 5-4 壓燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒3.3.滯燃期滯燃期 i i：是控制燃燒過(guò)程的關(guān)鍵參數(shù)，影響發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。是控制燃燒過(guò)程的關(guān)鍵參數(shù)，影響發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。 i i過(guò)長(zhǎng)，過(guò)長(zhǎng)，則滯燃期內(nèi)噴入的燃料量就多，這些預(yù)混合燃料在急燃期內(nèi)幾乎同時(shí)燃則滯燃期內(nèi)噴入的燃料量就多，這些預(yù)混合燃料在急燃期內(nèi)幾乎同時(shí)燃燒，使缸內(nèi)壓力迅速增高，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)粗暴，振動(dòng)噪聲

28、增加，甚至燃燒難以控制，嚴(yán)燒，使缸內(nèi)壓力迅速增高，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)粗暴，振動(dòng)噪聲增加，甚至燃燒難以控制，嚴(yán)重影響發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命。重影響發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命。 i i過(guò)小時(shí)過(guò)小時(shí)，對(duì)混合氣形成不利，性能惡化。，對(duì)混合氣形成不利，性能惡化。總體來(lái)說(shuō)，為總體來(lái)說(shuō)，為了控制燃燒過(guò)程，降低機(jī)械負(fù)荷以使發(fā)動(dòng)機(jī)平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，應(yīng)盡量減小滯燃期。了控制燃燒過(guò)程，降低機(jī)械負(fù)荷以使發(fā)動(dòng)機(jī)平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，應(yīng)盡量減小滯燃期。 從右圖可以看出：最高燃燒壓力和最從右圖可以看出：最高燃燒壓力和最大壓力升高率隨滯燃期的增加而增加。大壓力升高率隨滯燃期的增加而增加。第22頁(yè)/共55頁(yè)23 5-4 壓燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒 滯燃期的影響因素：滯燃期的影響

29、因素：壓縮溫度和壓力、噴油提前角、轉(zhuǎn)速、燃料的壓縮溫度和壓力、噴油提前角、轉(zhuǎn)速、燃料的性質(zhì)、空燃比等因素。性質(zhì)、空燃比等因素。 壓縮溫度和壓力壓縮溫度和壓力：是影響滯燃期的直接（主要）因素，其他一些因素：是影響滯燃期的直接（主要）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。是通過(guò)壓縮溫度和壓力而間接影響滯燃期的。隨著壓縮溫度和壓力提高，隨著壓縮溫度和壓力提高，滯燃期減小。滯燃期減小。 右圖中，縱坐標(biāo)為滯燃期的對(duì)數(shù)，右圖中，縱坐標(biāo)為滯燃期的對(duì)數(shù)，橫坐標(biāo)為壓縮溫度的倒數(shù)。橫坐標(biāo)為壓縮溫度的倒數(shù)。第23頁(yè)/共55頁(yè)24 5-4 壓燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒 噴油提前角：噴油提前角：如果噴油早，如

30、果噴油早，燃料進(jìn)入氣缸時(shí)的空氣溫度燃料進(jìn)入氣缸時(shí)的空氣溫度和壓力較低，使滯燃期長(zhǎng)；和壓力較低，使滯燃期長(zhǎng)；如果噴油遲如果噴油遲，作用的時(shí)間縮短，作用的時(shí)間縮短，著火前活塞已開始下行，使空氣溫度和壓力降低，也會(huì)使滯著火前活塞已開始下行，使空氣溫度和壓力降低，也會(huì)使滯燃期增加；因此，燃期增加；因此，存在一個(gè)使滯燃期最短的噴油提前角。存在一個(gè)使滯燃期最短的噴油提前角。 從右圖試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，怠從右圖試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，怠速時(shí)最短滯燃期噴油提前角為上止速時(shí)最短滯燃期噴油提前角為上止點(diǎn)前點(diǎn)前5-105-10，高轉(zhuǎn)速時(shí)最短滯燃期，高轉(zhuǎn)速時(shí)最短滯燃期噴油提前角為上止點(diǎn)前噴油提前角為上止點(diǎn)前10-1510-1

31、5。 但是，為了保證較好的功率和但是，為了保證較好的功率和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，一般希望在上止點(diǎn)前經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，一般希望在上止點(diǎn)前5-5-1010開始著火燃燒，以保證燃燒在開始著火燃燒，以保證燃燒在上止點(diǎn)附近完成。上止點(diǎn)附近完成。 通常最佳噴油提前角是根據(jù)功通常最佳噴油提前角是根據(jù)功率和經(jīng)濟(jì)性能來(lái)調(diào)整的，它要大于率和經(jīng)濟(jì)性能來(lái)調(diào)整的，它要大于滯燃期最短的噴油提前角。滯燃期最短的噴油提前角。第24頁(yè)/共55頁(yè)25 5-4 壓燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒 轉(zhuǎn)速：轉(zhuǎn)速對(duì)滯燃期的影響是通過(guò)壓縮壓力、溫度、轉(zhuǎn)速：轉(zhuǎn)速對(duì)滯燃期的影響是通過(guò)壓縮壓力、溫度、噴油壓力以及空氣擾動(dòng)等因素起作用。噴油壓力以及空氣擾動(dòng)等因素起作用。轉(zhuǎn)速升高時(shí)，

32、通過(guò)活轉(zhuǎn)速升高時(shí)，通過(guò)活塞環(huán)的漏氣損失及散熱損失減小，使壓縮溫度、壓力增高，塞環(huán)的漏氣損失及散熱損失減小，使壓縮溫度、壓力增高，會(huì)使噴油壓力有所提高，使燃油霧化得到改善，促使著火準(zhǔn)會(huì)使噴油壓力有所提高，使燃油霧化得到改善，促使著火準(zhǔn)備過(guò)程加快；使燃燒室中的空氣擾動(dòng)加速，促使燃料蒸發(fā)，備過(guò)程加快；使燃燒室中的空氣擾動(dòng)加速，促使燃料蒸發(fā)，提高混合氣形成的速度，使滯燃期變短。提高混合氣形成的速度，使滯燃期變短。第25頁(yè)/共55頁(yè)2626 5-4 壓燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒 柴油機(jī)增壓：進(jìn)入氣缸的空氣充量密度增加，進(jìn)氣壓力柴油機(jī)增壓：進(jìn)入氣缸的空氣充量密度增加，進(jìn)氣壓力和溫度的提高使壓縮終了的壓力和溫度升高，

33、滯燃期顯著縮短。和溫度的提高使壓縮終了的壓力和溫度升高，滯燃期顯著縮短。但有的采用增壓中冷技術(shù)使得滯燃期減少不是很大。但有的采用增壓中冷技術(shù)使得滯燃期減少不是很大。但一般來(lái)但一般來(lái)說(shuō)，增壓后使滯燃期縮短，減緩初期燃燒速度，使壓力升高率說(shuō)，增壓后使滯燃期縮短，減緩初期燃燒速度，使壓力升高率有所下降，但燃燒持續(xù)時(shí)間要拉長(zhǎng)一些。有所下降，但燃燒持續(xù)時(shí)間要拉長(zhǎng)一些。 發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，由于發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，由于轉(zhuǎn)速及氣缸壓力、溫度較轉(zhuǎn)速及氣缸壓力、溫度較低，混合氣形成情況對(duì)滯低，混合氣形成情況對(duì)滯燃期有較大的影響，因此，燃期有較大的影響，因此，空氣運(yùn)動(dòng)、噴嘴結(jié)構(gòu)、燃空氣運(yùn)動(dòng)、噴嘴結(jié)構(gòu)、燃燒室壁溫等因素在起動(dòng)條

34、燒室壁溫等因素在起動(dòng)條件下成為影響滯燃期的重件下成為影響滯燃期的重要因素要因素。第26頁(yè)/共55頁(yè)27 5-4 壓燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒 二、內(nèi)燃機(jī)的放熱率 放熱規(guī)律的分析是認(rèn)識(shí)和改進(jìn)燃燒過(guò)程的重要手段，也為模擬發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程提供邊界條件。目前，計(jì)算燃燒放熱規(guī)律的方法有三種： 第27頁(yè)/共55頁(yè)28 5-4 壓燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒（1）根據(jù)噴油規(guī)律求算放熱規(guī)律，（2）由燃燒過(guò)程的放熱模型(包括經(jīng)驗(yàn)和半經(jīng)驗(yàn)數(shù)學(xué)模型，以及準(zhǔn)維和多維燃燒模型)預(yù)測(cè)柴油機(jī)的放熱規(guī)律；（3）從實(shí)測(cè)示功圖計(jì)算出放熱規(guī)律， 這種方法計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)捷，且示功圖容易獲得，是應(yīng)用廣泛的一種方法。( )ffdmdQfddfdQpd第28頁(yè)/共5

35、5頁(yè)29 5-4 壓燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒 1. 由示功圖（由示功圖（p-圖）進(jìn)行放熱率計(jì)算的方法圖）進(jìn)行放熱率計(jì)算的方法 根據(jù)熱力學(xué)第一定律（能量守恒方程式）： 式中：Qf 該瞬時(shí)前燃料燃燒放出的累計(jì)熱量；Q 該瞬時(shí)前缸內(nèi)氣體吸收的累計(jì)熱量；Qw 該瞬時(shí)前傳給氣缸壁的累計(jì)熱量； U 缸內(nèi)氣體內(nèi)能的增量，U=U-U0， U0為計(jì)算始點(diǎn)氣體的內(nèi)能； W從計(jì)算始點(diǎn)至該瞬時(shí)氣體所作的功。fwwQQQUWQ 第29頁(yè)/共55頁(yè)30 5-4 壓燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒 對(duì)于某瞬時(shí)（或某一計(jì)算步長(zhǎng)）有： 式中， 燃料放熱率，kJ/()CA； 燃料燃燒時(shí)對(duì)氣體的加熱率， kJ/()CA； 氣體與燃燒室壁間的傳熱率，kJ/

36、()CA；p 瞬時(shí)氣體壓力，MPa； V 瞬時(shí)氣缸容積，單位m3。fwwdQdQdQdQdUdVpddddddwdQdfdQddQd第30頁(yè)/共55頁(yè)31 5-4 壓燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒 2. 2.放熱率的階段劃分（直噴式燃燒室）放熱率的階段劃分（直噴式燃燒室）燃料噴入氣缸內(nèi)吸熱，有一小段放熱為負(fù)（相當(dāng)于滯燃期）；放熱率曲線(即放熱率)明顯地可以劃分為以下三個(gè)階段。 第31頁(yè)/共55頁(yè)32 5-4 壓燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒 第一階段第一階段 （a ab b） 預(yù)混合燃燒階段（急燃階段）預(yù)混合燃燒階段（急燃階段）特點(diǎn)：著火從幾個(gè)發(fā)火點(diǎn)開始，隨后迅速燃燒滯燃期內(nèi)已準(zhǔn)備好特點(diǎn)：著火從幾個(gè)發(fā)火點(diǎn)開始，隨后迅速燃

37、燒滯燃期內(nèi)已準(zhǔn)備好的可燃混合氣，放熱率迅速達(dá)到第一個(gè)尖峰。當(dāng)把滯燃期內(nèi)已準(zhǔn)備好的可燃混合氣，放熱率迅速達(dá)到第一個(gè)尖峰。當(dāng)把滯燃期內(nèi)已準(zhǔn)備好的可燃混合氣全部燃燒完畢，放熱率迅速下降到的可燃混合氣全部燃燒完畢，放熱率迅速下降到b b點(diǎn)。點(diǎn)。a ab b段約占段約占5 57 7CACA，累計(jì)放熱量約占循環(huán)總熱量的，累計(jì)放熱量約占循環(huán)總熱量的20%20%。峰值的高低由滯燃期內(nèi)峰值的高低由滯燃期內(nèi)形成的可燃混合氣的數(shù)量決定形成的可燃混合氣的數(shù)量決定。第32頁(yè)/共55頁(yè)33 5-4 壓燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒 第二階段第二階段 （b bc c）擴(kuò)散燃燒階段（緩燃階段）擴(kuò)散燃燒階段（緩燃階段） 此階段放熱率受燃料與

38、空氣混合速率的控制。此階段放熱率受燃料與空氣混合速率的控制。一邊噴油一邊混合燃燒一邊噴油一邊混合燃燒。隨著火。隨著火焰前鋒面積的擴(kuò)大，燃燒速度也有所提高，因此，放熱率曲線出現(xiàn)第二峰值。焰前鋒面積的擴(kuò)大，燃燒速度也有所提高，因此，放熱率曲線出現(xiàn)第二峰值。此階段延續(xù)約此階段延續(xù)約4040CACA，其間放出的熱量約占整個(gè)循環(huán)放熱量的，其間放出的熱量約占整個(gè)循環(huán)放熱量的60%60%。第33頁(yè)/共55頁(yè)34 5-4 壓燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒 第三階段第三階段 （c cd d） 尾部燃燒階段（后燃期）尾部燃燒階段（后燃期） 其延續(xù)約其延續(xù)約6060CACA，放熱量約占循環(huán)總熱量的，放熱量約占循環(huán)總熱量的20%2

39、0%。第34頁(yè)/共55頁(yè)35 5-4 壓燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒其中其中(A)(A)為直噴式高速柴油機(jī)，為直噴式高速柴油機(jī)，(B)(B)為為M M燃燒燃燒系統(tǒng)，系統(tǒng)，(C)(C)為潑金斯公司的擠流口燃燒系統(tǒng)，為潑金斯公司的擠流口燃燒系統(tǒng)，(D)(D)為電火花點(diǎn)燃的直噴式德士古燃燒系統(tǒng)為電火花點(diǎn)燃的直噴式德士古燃燒系統(tǒng) 柴油機(jī)類型及工況不同，放熱率曲線的形狀柴油機(jī)類型及工況不同，放熱率曲線的形狀也會(huì)有很大的不同。也會(huì)有很大的不同。不同燃燒系統(tǒng)放熱比較第35頁(yè)/共55頁(yè)36 5-4 壓燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒 二、放熱規(guī)律與發(fā)動(dòng)機(jī)性能的關(guān)系二、放熱規(guī)律與發(fā)動(dòng)機(jī)性能的關(guān)系氣缸壓力的變化主要由放熱規(guī)律所決定。因此，燃

40、燒放熱規(guī)律對(duì)平均有效壓力pme、有效燃油消耗率be、最高燃燒壓力和燃燒噪聲等性能指標(biāo)影響很大。四種簡(jiǎn)單的放熱規(guī)律分析計(jì)算，其結(jié)果如圖所示。zp不同放熱率對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響這4種放熱規(guī)律均是在上止點(diǎn)開始放熱，而在上止點(diǎn)后40結(jié)束。其中a初期放熱量多，壓力升高速度快，最高燃燒壓力8MPa，此時(shí)熱效率為52.9%。曲線d初期放熱少，由于是在容積不斷增大的情況下放熱，放熱使氣體壓力升高小于膨脹使氣體壓力下降，所以壓力反而下降，此時(shí)熱效率最小，為45.4%。第36頁(yè)/共55頁(yè)37 5-4 壓燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒 通過(guò)試驗(yàn)及分析發(fā)現(xiàn)，通過(guò)試驗(yàn)及分析發(fā)現(xiàn)，開始放熱的時(shí)刻開始放熱的時(shí)刻、放熱規(guī)律放熱規(guī)律和和放熱持

41、續(xù)時(shí)間放熱持續(xù)時(shí)間是燃燒過(guò)程的三個(gè)要素。是燃燒過(guò)程的三個(gè)要素。 為了降低燃燒噪音及機(jī)械負(fù)荷，希望降低壓力升高率和最高燃燒壓為了降低燃燒噪音及機(jī)械負(fù)荷，希望降低壓力升高率和最高燃燒壓力，這就意味著較多的燃料不在上止點(diǎn)附近燃燒，其結(jié)果是燃燒時(shí)間拉力，這就意味著較多的燃料不在上止點(diǎn)附近燃燒，其結(jié)果是燃燒時(shí)間拉長(zhǎng)，柴油機(jī)熱效率與經(jīng)濟(jì)性下降；為了提高熱效率，實(shí)現(xiàn)較好的經(jīng)濟(jì)性長(zhǎng)，柴油機(jī)熱效率與經(jīng)濟(jì)性下降；為了提高熱效率，實(shí)現(xiàn)較好的經(jīng)濟(jì)性，希望燃料盡量在上止點(diǎn)附近燃燒。，希望燃料盡量在上止點(diǎn)附近燃燒。 最佳的最佳的放熱規(guī)律是放熱規(guī)律是燃燒先緩后急燃燒先緩后急，即適當(dāng)減少預(yù)混合燃燒階段的放，即適當(dāng)減少預(yù)混合燃

42、燒階段的放熱高峰，放熱適中，降低噪聲和熱高峰，放熱適中，降低噪聲和NOxNOx排放，運(yùn)轉(zhuǎn)溫和；隨后加速擴(kuò)散燃燒排放，運(yùn)轉(zhuǎn)溫和；隨后加速擴(kuò)散燃燒階段的放熱率，使盡量在上止點(diǎn)附近將熱量階段的放熱率，使盡量在上止點(diǎn)附近將熱量燒完。燒完。 先緩后急的燃燒規(guī)律在一定程度上可通過(guò)控制噴油正時(shí)，噴油持續(xù)先緩后急的燃燒規(guī)律在一定程度上可通過(guò)控制噴油正時(shí)，噴油持續(xù)期和噴油規(guī)律來(lái)實(shí)現(xiàn)。期和噴油規(guī)律來(lái)實(shí)現(xiàn)。第37頁(yè)/共55頁(yè)38 5-4 壓燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒 三、燃燒噪音三、燃燒噪音 較多燃料同時(shí)燃燒時(shí)，氣缸壓力急劇上升產(chǎn)生較多燃料同時(shí)燃燒時(shí)，氣缸壓力急劇上升產(chǎn)生的沖擊波，使燃燒室壁面及活塞曲軸零件產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊波，

43、使燃燒室壁面及活塞曲軸零件產(chǎn)生強(qiáng)烈振動(dòng)，并通過(guò)氣缸壁面?zhèn)髦镣獠啃纬扇紵肼?。?dāng)振動(dòng)，并通過(guò)氣缸壁面?zhèn)髦镣獠啃纬扇紵肼?。?dāng)dp/d dp/d 0.6MPa/0.6MPa/CACA時(shí)，產(chǎn)生強(qiáng)烈燃燒噪聲，我們時(shí)，產(chǎn)生強(qiáng)烈燃燒噪聲，我們稱這種現(xiàn)象為工作粗暴。稱這種現(xiàn)象為工作粗暴。 減少噪聲的措施：減少噪聲的措施：1.1.縮短滯燃期；縮短滯燃期；2.2.減少在滯減少在滯燃期內(nèi)的噴油量；燃期內(nèi)的噴油量；3.3.減少在滯燃期內(nèi)形成可燃混合減少在滯燃期內(nèi)形成可燃混合氣的數(shù)量。常見的措施是采用高十六烷值燃料，采氣的數(shù)量。常見的措施是采用高十六烷值燃料，采用引導(dǎo)噴射（二級(jí)噴射）等。用引導(dǎo)噴射（二級(jí)噴射）等。第3

44、8頁(yè)/共55頁(yè)39 第五章 內(nèi)燃機(jī)混合氣的形成和燃燒燃機(jī)混合氣的形成和燃燒 5-5 5-5 壓燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒室壓燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒室 分為兩大類：直接噴射燃燒室（開式）和分隔式燃燒室（間接）分為兩大類：直接噴射燃燒室（開式）和分隔式燃燒室（間接）淺盆形淺盆形直噴直噴深坑形深坑形無(wú)渦流無(wú)渦流氣流運(yùn)動(dòng)氣流運(yùn)動(dòng)有渦流有渦流渦流室渦流室分隔式分隔式預(yù)燃室預(yù)燃室第39頁(yè)/共55頁(yè)40 5-5 點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒室點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒室第40頁(yè)/共55頁(yè)41 5-5 點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒室點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒室 直接噴射式燃燒室直接噴射式燃燒室 直接噴射式燃燒室具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、燃油消耗低1520%、啟動(dòng)容易等優(yōu)點(diǎn)

45、。但也存在缺點(diǎn)，如進(jìn)氣系統(tǒng)和噴射系統(tǒng)要求高、噴油系統(tǒng)易出故障、最大燃燒壓力較高、噪聲及排放指標(biāo)欠佳等。 在柴油機(jī)中，由于它具有高的熱效率，易于啟動(dòng)，加上近年來(lái)人們?cè)谶M(jìn)氣道和燃油系統(tǒng)方面取得進(jìn)展，它的應(yīng)用占統(tǒng)治地位。第41頁(yè)/共55頁(yè)42 5-5 點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒室點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒室分隔式分隔式燃燒室燃燒室 間噴式（或叫分開式）燃燒室柴油機(jī)的有效燃油消耗率高于直噴式柴油機(jī)，但由于它具有高速性能好、噪聲和排氣污染小及對(duì)噴油系統(tǒng)要求低等優(yōu)點(diǎn)，因此在高速小型農(nóng)用、車用柴油機(jī)上廣泛應(yīng)用。第42頁(yè)/共55頁(yè)43 5-5 點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒室點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒室 1.1.特點(diǎn)：特點(diǎn)： a a混合氣靠噴射

46、霧化，對(duì)噴霧質(zhì)量要求高（小直徑多孔噴嘴，易混合氣靠噴射霧化，對(duì)噴霧質(zhì)量要求高（小直徑多孔噴嘴，易堵塞），對(duì)燃油系統(tǒng)要求高。堵塞），對(duì)燃油系統(tǒng)要求高。 b b要求油束與燃燒室形狀相配合，燃料盡可能的分布整個(gè)空間。要求油束與燃燒室形狀相配合，燃料盡可能的分布整個(gè)空間。 c c一般不組織渦流的情況下，依靠油束的擴(kuò)展促使燃油與空氣混合形一般不組織渦流的情況下，依靠油束的擴(kuò)展促使燃油與空氣混合形成卷吸流動(dòng)；所以，主要用于大缸徑中低速柴油機(jī)。成卷吸流動(dòng)；所以，主要用于大缸徑中低速柴油機(jī)。 d d結(jié)構(gòu)緊湊，形狀簡(jiǎn)單；面容比小，熱損失??；不組織氣流運(yùn)動(dòng)，無(wú)結(jié)構(gòu)緊湊，形狀簡(jiǎn)單；面容比小，熱損失??；不組織氣流運(yùn)動(dòng)

47、，無(wú)節(jié)流損失；容易啟動(dòng)，且燃油消耗率低，經(jīng)濟(jì)性好。節(jié)流損失；容易啟動(dòng)，且燃油消耗率低，經(jīng)濟(jì)性好。 e e有均勻的空間混合，滯燃期內(nèi)形成的可燃混合氣較多，有均勻的空間混合，滯燃期內(nèi)形成的可燃混合氣較多，dp/ddp/d 升高升高很快，工作粗暴，燃燒室溫度較高，易冒煙產(chǎn)生較多的很快，工作粗暴，燃燒室溫度較高，易冒煙產(chǎn)生較多的NOxNOx。 f f對(duì)轉(zhuǎn)速和燃料較敏感。隨轉(zhuǎn)速降低燃油霧化質(zhì)量變差，燃油粘度。對(duì)轉(zhuǎn)速和燃料較敏感。隨轉(zhuǎn)速降低燃油霧化質(zhì)量變差，燃油粘度。 g g采用較大的過(guò)量空氣系數(shù)。因混合氣形成主要靠噴霧，熱負(fù)荷高。采用較大的過(guò)量空氣系數(shù)。因混合氣形成主要靠噴霧，熱負(fù)荷高。 隨著缸徑和壓縮

48、比的增大，煙度、隨著缸徑和壓縮比的增大，煙度、 dp/ddp/d 和和NOxNOx相對(duì)減少。相對(duì)減少。一、淺盆形燃燒室一、淺盆形燃燒室第43頁(yè)/共55頁(yè)44 5-5 壓燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒室 2.2.燃燒的有效組織燃燒的有效組織 由于淺盆形燃燒室一般不組織氣流運(yùn)動(dòng)，因而由于淺盆形燃燒室一般不組織氣流運(yùn)動(dòng)，因而工作過(guò)程的組織關(guān)鍵是考慮工作過(guò)程的組織關(guān)鍵是考慮噴射噴射與與燃燒室形狀之間燃燒室形狀之間的合理配合。的合理配合。 影響淺盆形燃燒室性能的主要因素是：供油提影響淺盆形燃燒室性能的主要因素是：供油提前角、供油規(guī)律、供油持續(xù)角、油束的霧化質(zhì)量、前角、供油規(guī)律、供油持續(xù)角、油束的霧化質(zhì)量、油束的數(shù)目和

49、射程、油霧錐角、燃燒室的形狀、配油束的數(shù)目和射程、油霧錐角、燃燒室的形狀、配氣相位、壓縮比等。氣相位、壓縮比等。 適用于低速大缸徑的發(fā)動(dòng)機(jī)。適用于低速大缸徑的發(fā)動(dòng)機(jī)。第44頁(yè)/共55頁(yè)45 5-5 壓燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒室 二、深坑形燃燒室二、深坑形燃燒室 1.1.特點(diǎn)：對(duì)燃油系統(tǒng)要求很低，組織進(jìn)氣渦流，提高空特點(diǎn)：對(duì)燃油系統(tǒng)要求很低，組織進(jìn)氣渦流，提高空氣的利用率，同時(shí)利用一定的噴霧質(zhì)量，過(guò)量空氣系數(shù)較小氣的利用率，同時(shí)利用一定的噴霧質(zhì)量，過(guò)量空氣系數(shù)較?。?.3-1.51.3-1.5），且油耗低易起動(dòng)。），且油耗低易起動(dòng)。廣泛應(yīng)用于小型高速柴油機(jī)廣泛應(yīng)用于小型高速柴油機(jī)。 第45頁(yè)/共55頁(yè)4

50、646 5-5 壓燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒室 2.2.設(shè)計(jì)要點(diǎn)：形狀設(shè)計(jì)要點(diǎn)：形狀以以形燃燒室為主，存在各種變形。形燃燒室為主，存在各種變形。 （1 1）燃燒室尺寸）燃燒室尺寸喉口直徑喉口直徑d dk k和深度和深度h h；相對(duì)容積比；相對(duì)容積比V Vk k/V/Vc c 和和（Vc=VVc=Vk k+V+V）喉口直徑與氣缸直徑之比）喉口直徑與氣缸直徑之比d dk k/D/D。 相對(duì)容積比相對(duì)容積比V Vk k/Vc /Vc 盡可能大點(diǎn)，因?yàn)楸M可能大點(diǎn)，因?yàn)閍 a直接噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)混直接噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)混合氣的形成和燃燒主要在燃燒室內(nèi)進(jìn)行，而余隙容積中的氣體不合氣的形成和燃燒主要在燃燒室內(nèi)進(jìn)行，而余隙容積中

51、的氣體不能有效利用，所以應(yīng)盡可能減少余隙容積，使空氣盡可能集中在能有效利用，所以應(yīng)盡可能減少余隙容積，使空氣盡可能集中在燃燒室內(nèi)，以改善空氣利用率；燃燒室內(nèi)，以改善空氣利用率；b b增加增加V Vk k/Vc/Vc使燃燒室的相對(duì)散熱使燃燒室的相對(duì)散熱面積減小，擠流加強(qiáng)，有利于混合氣形成和燃燒。面積減小，擠流加強(qiáng)，有利于混合氣形成和燃燒。 d dk k/D/D要合適，要與油束要合適，要與油束射程配合。射程配合。d dk k/D/D大則燃燒室深，大則燃燒室深，可降低最高燃燒壓力；但過(guò)大可降低最高燃燒壓力；但過(guò)大則排氣不凈，活塞高度增加，則排氣不凈，活塞高度增加，喉口、活塞、噴油器容易過(guò)熱。喉口、活

52、塞、噴油器容易過(guò)熱。第46頁(yè)/共55頁(yè)4747 5-5 壓燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒室 （2 2）燃燒室的布置）燃燒室的布置: : 1 1）通常布置在活塞上，這樣燃燒室表面不與冷卻水直接接觸，可減少散熱損）通常布置在活塞上，這樣燃燒室表面不與冷卻水直接接觸，可減少散熱損失。失。 2 2）對(duì)于）對(duì)于4 4氣門發(fā)動(dòng)機(jī)，燃燒室、噴油器及氣缸在同一軸線上，這樣對(duì)稱布置使氣門發(fā)動(dòng)機(jī)，燃燒室、噴油器及氣缸在同一軸線上，這樣對(duì)稱布置使熱流、氣流都較均勻，油束貫穿度與噴孔到燃燒室壁面之間距離易于優(yōu)化匹配，有熱流、氣流都較均勻，油束貫穿度與噴孔到燃燒室壁面之間距離易于優(yōu)化匹配，有利于提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能與降低排放。利于提高發(fā)動(dòng)

53、機(jī)性能與降低排放。 3 3）對(duì)于）對(duì)于2 2氣門發(fā)動(dòng)機(jī)，由于要盡可能加大進(jìn)、排氣門尺寸，不得不將燃燒室、氣門發(fā)動(dòng)機(jī)，由于要盡可能加大進(jìn)、排氣門尺寸，不得不將燃燒室、噴油器及氣缸三者的中心線相互錯(cuò)開。此時(shí)要相應(yīng)改變噴孔位置，以使噴油器及氣缸三者的中心線相互錯(cuò)開。此時(shí)要相應(yīng)改變噴孔位置，以使n n股油束相股油束相對(duì)于燃燒室仍是對(duì)稱的。對(duì)于燃燒室仍是對(duì)稱的。第47頁(yè)/共55頁(yè)48 5-5 壓燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒室 （3 3）燃燒室、油束射程和渦流強(qiáng)度的配合）燃燒室、油束射程和渦流強(qiáng)度的配合 燃燒室尺寸、油束射程及渦流強(qiáng)度之間的配合影響燃燒室尺寸、油束射程及渦流強(qiáng)度之間的配合影響燃料的空間分布燃料的空間分

54、布和和壁面分布的比例壁面分布的比例及及油束的落點(diǎn)位置油束的落點(diǎn)位置，從而影響混合氣的形成和燃燒過(guò)，從而影響混合氣的形成和燃燒過(guò)程。如，燃燒室口徑較小，油束射程較大，而近期渦流較弱時(shí)，就有相程。如，燃燒室口徑較小，油束射程較大，而近期渦流較弱時(shí)，就有相當(dāng)多的燃油直接噴到燃燒室壁上。當(dāng)多的燃油直接噴到燃燒室壁上。 深坑形燃燒室是以空間混合為主深坑形燃燒室是以空間混合為主，一般應(yīng)保證在進(jìn)氣渦流的作用下，一般應(yīng)保證在進(jìn)氣渦流的作用下，油束仍有足夠的射程，使燃料沖擊壁面，并能反彈回來(lái)，造成燃油的再油束仍有足夠的射程，使燃料沖擊壁面，并能反彈回來(lái)，造成燃油的再分布，以此促進(jìn)混合和燃燒。分布，以此促進(jìn)混合和

55、燃燒。 油束與燃燒室的碰撞程度可用所謂的油束與燃燒室的碰撞程度可用所謂的穿透率穿透率=L/L=L/L（L-L-著火時(shí)刻的著火時(shí)刻的油束射程，油束射程，L L- -噴油器噴孔至燃燒室壁面的直線距離）表示。對(duì)于深坑形噴油器噴孔至燃燒室壁面的直線距離）表示。對(duì)于深坑形燃燒室，燃燒室，一般為一般為1.051.05左右。左右。 為了增加油束射程，可將噴孔直徑加大，噴孔數(shù)目減小。噴孔數(shù)目為了增加油束射程，可將噴孔直徑加大，噴孔數(shù)目減小。噴孔數(shù)目減少，油束間的間隔增大，但在渦流作用下保證迅速混合，油束間的空減少，油束間的間隔增大，但在渦流作用下保證迅速混合，油束間的空氣仍能充分利用。深坑形燃燒室一般采用氣仍

56、能充分利用。深坑形燃燒室一般采用4-64-6個(gè)噴孔，其中采用個(gè)噴孔，其中采用4 4孔噴油孔噴油器最多。器最多。 要適當(dāng)控制渦流強(qiáng)度，過(guò)小或過(guò)大都會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)性能降低。要適當(dāng)控制渦流強(qiáng)度，過(guò)小或過(guò)大都會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)性能降低。第48頁(yè)/共55頁(yè)49 5-5 壓燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒室 （4 4）噴油器伸出缸蓋距離：）噴油器伸出缸蓋距離：3mm 3mm 噴油器伸出汽缸蓋底平面的距離噴油器伸出汽缸蓋底平面的距離h h影響油束與燃燒室及氣影響油束與燃燒室及氣流的配合，從而對(duì)性能有明顯的影響。過(guò)小易于將油噴到活流的配合，從而對(duì)性能有明顯的影響。過(guò)小易于將油噴到活塞頂面上；過(guò)大油束易于落到燃燒室底部，噴油器熱負(fù)荷大，塞

57、頂面上；過(guò)大油束易于落到燃燒室底部，噴油器熱負(fù)荷大，易于燒壞卡死。易于燒壞卡死。 (5)(5)提高噴射率，縮短噴油持續(xù)期提高噴射率，縮短噴油持續(xù)期 噴射率噴射率單位工作容積每曲軸轉(zhuǎn)角的供油量單位工作容積每曲軸轉(zhuǎn)角的供油量mm3/cm3mm3/cm3* *( ()。噴油率應(yīng)與穿透率及渦流強(qiáng)度等因素相。噴油率應(yīng)與穿透率及渦流強(qiáng)度等因素相配合。對(duì)于穿透率適當(dāng)?shù)纳羁有稳紵?，采用提高燃油噴射配合。?duì)于穿透率適當(dāng)?shù)纳羁有稳紵?，采用提高燃油噴射率縮短噴油持續(xù)時(shí)間，以加強(qiáng)混合氣形成的速率。率縮短噴油持續(xù)時(shí)間，以加強(qiáng)混合氣形成的速率。 全負(fù)荷時(shí)噴油持續(xù)期不應(yīng)大于全負(fù)荷時(shí)噴油持續(xù)期不應(yīng)大于2525，一般為，一

58、般為15-2015-20，使，使燃燒持續(xù)期控制在燃燒持續(xù)期控制在4040內(nèi)。內(nèi)。第49頁(yè)/共55頁(yè)50 5-5 壓燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒室 6. 6.提高噴油壓力提高噴油壓力 柴油機(jī)的燃燒情況取決于混合氣的生成速率，混合過(guò)程柴油機(jī)的燃燒情況取決于混合氣的生成速率，混合過(guò)程所需的能量來(lái)自噴射到燃燒室中的燃油和空氣動(dòng)能。所需的能量來(lái)自噴射到燃燒室中的燃油和空氣動(dòng)能。提高噴提高噴油壓力使燃油流速增加，得到較高的燃油與空氣之間的相對(duì)油壓力使燃油流速增加，得到較高的燃油與空氣之間的相對(duì)速度速度，噴油細(xì)化，蒸發(fā)速度加快，并使混合氣形成更加均勻，噴油細(xì)化，蒸發(fā)速度加快，并使混合氣形成更加均勻，從而可以降低對(duì)空氣渦流的要求，使充量系數(shù)增加。當(dāng)前，從而可以降低對(duì)空氣渦流的要求，使充量系數(shù)增加。當(dāng)前，最高噴油壓力已達(dá)最高噴油壓力已達(dá)140140160MPa160MPa左右。左右。 7.7.利用湍流利用湍流 柴油機(jī)燃燒室中的湍流對(duì)燃燒油很大影響，右圖柴油機(jī)燃燒室中的湍流對(duì)燃燒油很大影響，右圖為小松柴油機(jī)為小松柴油機(jī)MTCCMTCC燃燒室，其利用湍流來(lái)增加擴(kuò)散燃燃燒室，其利用湍