第二節(jié) 混合氣的形成及燃燒室

1、第二節(jié) 混合氣的形成及燃燒室一、混合氣的形成特點1、燃料的混合和燃燒是在氣缸內(nèi)進(jìn)行的。 2、混合與燃燒的時間很短0.00170.004秒 （氣缸內(nèi)）。 3、柴油粘度大，不易揮發(fā)，必須以霧狀噴入。 4、靠燃燒室、噴霧、空氣渦流運動三方面配合 保證燃燒完全、及時靠加快混合氣的形成速度一、混合氣的形成特點空間霧化混合方式1. 油霧的形成2. 空氣運動促進(jìn)混合油膜蒸發(fā)混合方式油霧的形成一、混合氣的形成特點空氣運動促進(jìn)混合一、混合氣的形成特點油膜蒸發(fā)混合方式一、混合氣的形成特點二、柴油機燃燒過程柴油機可燃混合氣的形成與燃燒條件比汽油機要差的多，這是因為進(jìn)氣行程中進(jìn)入柴油機氣缸的是空氣，在壓縮行程接近結(jié)束

2、時，柴油才被噴入氣缸。為了保證發(fā)動機的動力性和經(jīng)濟性，燃燒過程必須在活塞上止點附近迅速完成，要求噴油持續(xù)時間極為短促，只有1530曲軸轉(zhuǎn)角，混合氣形成時間只有汽油機的1/201/10，因此，柴油機形成可燃混合氣裝置的任務(wù)要比汽油機艱巨很多。由于柴油機可燃混合氣的形成過程是和燃燒過程緊密結(jié)合在一起的，所以在闡明柴油機可燃混合氣形成時，必須把柴油機的燃燒過程作簡單的介紹。二、柴油機燃燒過程右圖為柴油機壓縮過程和做功過程中，氣缸內(nèi)壓力P隨曲軸轉(zhuǎn)角變化的關(guān)系曲線。通常將混合氣形成與燃燒過程按曲軸轉(zhuǎn)角劃分為四個階段。二、柴油機燃燒過程（1 1）備燃期）備燃期 (ignition delay (ignit

3、ion delay period)period)從噴油開始開始著火燃燒為止 噴入氣缸中的霧狀柴油并不能馬上著火燃燒，氣缸中的氣體溫度，雖然已高于柴油的自燃點，但柴油的溫度不能馬上升高到自燃點，要經(jīng)過一段物理和化學(xué)的準(zhǔn)備過程。也就是說，柴油在高溫空氣的影響下，吸收熱量，溫度升高，逐層蒸發(fā)而形成油氣，向四周擴散并與空氣均勻混合（物理變化）。 隨著柴油溫度升高，少量的柴油分子首先分解，并與空氣中的氧分子進(jìn)行化學(xué)反映，具備著火條件而著火，形成了火源中心，為燃燒作好了準(zhǔn)備。這一時期很短，一般僅為0.00070.003 秒。二、柴油機燃燒過程（2 2）速燃期）速燃期 (rapid (rapid combu

4、stion period)combustion period)從燃燒開始?xì)飧變?nèi)出現(xiàn) 時為止火源中心已經(jīng)形成，已準(zhǔn)備好了的混合氣迅速燃燒，在這一階段由于噴入的柴油幾乎同時著火燃燒，而且是在活塞接近上點，氣缸工作容積很小的情況下進(jìn)行燃燒的，因此，氣缸內(nèi)的壓力P迅速增加,溫度升高很快。 二、柴油機燃燒過程（3 3）緩燃期）緩燃期 (normal (normal combustion period)combustion period)從出現(xiàn) 出現(xiàn) 為止這一階段噴油器繼續(xù)噴油，由于燃燒室內(nèi)的溫度和壓力都高，柴油的物理和化學(xué)準(zhǔn)備時間很短，幾乎是邊噴射邊燃燒。但因為氣缸中氧氣減少，廢氣增多，燃燒速度逐漸減慢

5、，氣缸容積增大。所以氣缸內(nèi)壓力略有下降，溫度達(dá)到最高值，通常噴油器已結(jié)束噴油。 二、柴油機燃燒過程（4 4）后燃期）后燃期 (after (after combustion period)combustion period)緩燃期以后的燃燒 這一時期，雖然不噴油，但仍有一少部分柴油沒有燃燒完，隨著活塞下行繼續(xù)燃燒。后燃期沒有明顯的界限，有時甚至延長到排氣沖程還在燃燒。后燃期放出的熱量不能充分利用來作功，很大一部分熱量將通過缸壁散至冷卻水中，或隨廢氣排出，使發(fā)動機過熱，排氣溫度升高，造成發(fā)動機動力性下降，經(jīng)濟性下降。因此，要盡可能地縮短后燃期。 二、柴油機燃燒過程綜上所述，要使燃燒過程進(jìn)行得好，

6、混合氣形成的好環(huán)綜上所述，要使燃燒過程進(jìn)行得好，混合氣形成的好環(huán)是關(guān)鍵，所以對混合氣形成的要求如下：是關(guān)鍵，所以對混合氣形成的要求如下： 必須要有足夠的空氣量和適當(dāng)?shù)牟裼土勘仨氁凶銐虻目諝饬亢瓦m當(dāng)?shù)牟裼土?因為柴油燃燒放出熱量是由于柴油和空氣中的氧氣在一定溫度和壓力條件下產(chǎn)生化學(xué)作用的結(jié)果，所以空氣與柴油是放熱的兩個重要因素?？諝饬颗c柴油量比例不同，所形成的可燃混合氣的成分也就不同，一般要求： =1.31.5。 過大，混合氣過稀，燃燒速度慢，散發(fā)熱量多，Ne 過小，混合氣過濃，燃燒不完全，油耗增加，冒黑煙，經(jīng)濟性變壞。 可見是影響發(fā)動機功率和油耗的重要因素。 二、柴油機燃燒過程 噴油時刻要準(zhǔn)

7、確，混合氣形成的規(guī)律應(yīng)合適噴油時刻要準(zhǔn)確，混合氣形成的規(guī)律應(yīng)合適 氣缸中燃燒過程的主要放熱階段應(yīng)該是上止點稍后，容積小可得到較高的壓力，熱效率高，熱損失小，所以要求噴油時刻要準(zhǔn)確。噴油過早，過晚對發(fā)動機工作都是不利的。 過早：混合氣提前形成，并在活塞到達(dá)上止點前像爆炸似的同時著火燃燒，結(jié)果給正在上行的活塞造成一個短時間阻力，并嚴(yán)重敲缸工作粗暴。 過遲：混合氣在活塞下行時才開始形成和燃燒，結(jié)果燃燒空間增大，從氣缸壁面?zhèn)髯叩臒崃吭黾?，造成發(fā)動機過熱，燃燒壓力降低（P）氣體壓力推動活塞的效果減小，甚至有可能使部分混合氣來不及燃燒而隨廢氣排出去，使Ne。 最好的噴油時刻與燃燒室的型式和發(fā)動機轉(zhuǎn)速有關(guān)，

8、對于一定結(jié)構(gòu)的發(fā)動機在規(guī)定轉(zhuǎn)速下，可通過試驗找到一個功率大，油耗低的最好噴油時刻，通常用曲軸距活塞到達(dá)上止點的轉(zhuǎn)角表示，稱為噴油提前角。 二、柴油機燃燒過程 噴油質(zhì)量應(yīng)與燃燒室形狀相適應(yīng)，形成均噴油質(zhì)量應(yīng)與燃燒室形狀相適應(yīng)，形成均勻的混合氣勻的混合氣 霧化良好：噴油泵和噴油器的噴射質(zhì)量應(yīng)與燃燒室相適應(yīng)。燃燒室的形狀：空氣產(chǎn)生相應(yīng)流動來促進(jìn)混合。 氣流的攪動，燃料的性能氣流的攪動，燃料的性能 燃燒室的形狀，切向進(jìn)氣，形成渦流，有利于混合，柴油的16烷值高，則自燃點低，備燃期短。二、柴油機燃燒過程2 2改善燃燒性能的途徑改善燃燒性能的途徑 進(jìn)氣系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、燃燒室、燃料根據(jù)可燃混合氣的形成與燃燒

9、過程得知柴油機要求：備燃期要短，速燃期壓力升高要快才能使動力性、經(jīng)濟性好、工作柔和、不冒煙。 因為柴油揮發(fā)性差，混合時間短，要求混合均勻，燃燒完全就必須要求噴射壓力高，霧化好，噴射質(zhì)量要滿足燃燒室形狀的要求。三、燃燒室（1）定義：燃燒室燃燒室 當(dāng)活塞到達(dá)上止點時，氣缸蓋和活塞頂組成的密閉空間稱為燃燒室。 （2）分類：分統(tǒng)一式燃燒室和分隔統(tǒng)一式燃燒室和分隔式燃燒室式燃燒室兩大類。 統(tǒng)一式燃燒室由凹頂活塞頂部與氣缸蓋底部所包圍的單一內(nèi)腔，幾乎全部容積都在活塞頂面上。燃油自噴油器直接噴射到燃燒室中，借噴出油注的形狀和燃燒室形狀的匹配，以及燃燒室內(nèi)空氣渦流運動，迅速形成混合氣。所以又叫做直接噴射式燃燒

10、室。 （3）構(gòu)造：缸蓋底面是平的，活塞頂部下凹（型、淺盆型、球型、U型）三、燃燒室一、一、 統(tǒng)一式燃燒室統(tǒng)一式燃燒室1 1型燃燒室型燃燒室：柴油直接噴射在活塞頂?shù)臏\凹坑內(nèi)，噴射的柴油霧化要好，而且要均勻地分布在空氣中。要求噴射壓力高，一般1722MPa，要求霧化質(zhì)量高，因此，采用多孔噴咀，孔數(shù)一般為612個。 三、燃燒室1 1型燃燒室型燃燒室優(yōu)點：形狀簡單，結(jié)構(gòu)緊湊，燃燒室與水套接觸面積小，散熱少，可減少熱損失，熱效率高，經(jīng)濟性較好。 缺點：工作粗暴，噴射壓力高，制造困難，噴孔易堵三、燃燒室2 2球形燃燒室球形燃燒室：空氣由缸蓋螺旋形進(jìn)氣道以切線方向進(jìn)入氣缸，繞氣缸軸線作高速螺旋轉(zhuǎn)動，并一直延

11、續(xù)到壓縮行程。噴油器沿氣流運動的切線方向噴入柴油，使絕大部分柴油直接噴射在燃燒室壁面上形成油膜。小部分柴油霧珠散布在壓縮空氣中，并迅速蒸發(fā)燃燒，形成火源。油膜一方面受灼熱的燃燒室壁面的加溫，同時又受已燃柴油的高溫輻射，使柴油機逐層蒸發(fā)，與渦流空氣邊混合邊燃燒。三、燃燒室2 2球形燃燒室球形燃燒室優(yōu)點：工作柔和，噪音小，又叫輕聲發(fā)動機。 缺點：起動困難，螺旋形進(jìn)氣道，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難。 三、燃燒室3 3U U型燃燒室型燃燒室亦稱復(fù)合式燃燒室，主要在活塞頂部有U形凹坑。 u型燃燒室混合氣形成和燃燒過程與球型燃燒室相比，主要特點是：噴射燃油的方向基本與空氣流動的方向垂直，只有很小的順流趨勢；燃油的

12、一部分是靠旋轉(zhuǎn)的氣流甩灑在燃燒室壁面上形成均勻的油膜，然后蒸發(fā)形成混合氣燃燒；燃油的另一部分分散在高溫的空氣中，首先形成混合氣燃燒。形成油膜的燃油量的多少，與氣流的旋轉(zhuǎn)速度有關(guān)。柴油機在高速時，以油膜蒸發(fā)燃燒為主，類似于球型燃燒室；工作柔和平穩(wěn)，而且高速旋轉(zhuǎn)的氣流亦有分離廢氣與新鮮空氣的作用。當(dāng)柴油機在低速或起動時，由于空間形成混合氣的燃油量增多。類似于型燃燒室，霧化良好、易起動。這種燃燒室對燃油噴射裝置要求較低，可使用單孔軸針式噴油器，噴射壓力為11.76MPa左右。105系列柴油機采用u型燃燒室。三、燃燒室二、分隔式燃燒室二、分隔式燃燒室分隔式燃燒室由兩部分組成，一部分位于活塞頂與氣缸底面

13、之間，稱為主燃燒室，另一部分在氣缸蓋中，稱為副燃燒室。這兩部分由一個或幾個孔道相連。分隔式燃燒室的常見型式有渦流室燃燒室和預(yù)燃室燃燒室兩種。三、燃燒室1 1渦流室式燃燒室渦流室式燃燒室:它的副燃燒室是球形或圓柱形的渦流室，其容積約占燃燒室總?cè)莘e的50%80%，渦流室有切向通道與主燃燒室相通。在壓縮行程中，氣缸內(nèi)的空氣被活塞推擠，經(jīng)過通道進(jìn)入渦流室，形成強烈地有組織的高速旋轉(zhuǎn)運動（幾百轉(zhuǎn)/分）柴油噴入渦流室中，在空氣渦流的作用下，形成較濃的混合氣。部分混合氣在渦流室中著火燃燒，已然與未然的混合氣高速（經(jīng)通道）噴入主燃燒室，借活塞頂部的雙渦流凹坑，產(chǎn)生第二次渦流。促使進(jìn)一步混合和燃燒。三、燃燒室要

14、求：順氣流方向噴射，由于渦流運動促進(jìn)了混合氣的形成與燃燒，可采用較大孔徑的噴油器，噴射壓力也較低（1214 MPa） 優(yōu)點：所以工作柔和，空氣利用率較高，噴射壓力也較低。 缺點：熱損失大，經(jīng)濟性差，起動困難。三、燃燒室2 2預(yù)燃室燃燒室（圖預(yù)燃室燃燒室（圖5-65-6）: 缸蓋上有預(yù)燃室，占燃燒室總?cè)莘e的1/3，預(yù)燃室與主燃室有通道，活塞為平頂。因為通道不是切向的，所以壓縮時不產(chǎn)生渦流。連通預(yù)燃室與主燃室的孔道直徑較小，由于節(jié)流作用產(chǎn)生壓力差，使預(yù)燃室內(nèi)形成紊流運動，油束大部分射在預(yù)燃室的出口處，只有少部分與空氣混合（出口處較濃，而上部較?。喜恐鸷?，產(chǎn)生高壓，已燃的和出口處較濃的混合氣一同高速噴入主燃燒室，在主燃燒室內(nèi)產(chǎn)