第五章 柴油機(jī)混合氣的形成與燃燒.

1、1第五章第五章 柴油機(jī)混合氣的形成和燃燒柴油機(jī)混合氣的形成和燃燒本章要求：本章要求：了解：柴油機(jī)有害排放物和燃燒噪聲生成機(jī)理，了解：柴油機(jī)有害排放物和燃燒噪聲生成機(jī)理， 柴油機(jī)燃燒室的分類、特點(diǎn)。柴油機(jī)燃燒室的分類、特點(diǎn)。理解：影響燃燒的因素和改善措施。理解：影響燃燒的因素和改善措施。掌握：柴油機(jī)混合氣的形成，柴油機(jī)燃燒過程，掌握：柴油機(jī)混合氣的形成，柴油機(jī)燃燒過程， 柴油機(jī)的噴射與霧化。柴油機(jī)的噴射與霧化。 2 柴油機(jī)的燃燒過程與汽油機(jī)的有所不同：柴油機(jī)的燃燒過程與汽油機(jī)的有所不同： 汽油機(jī)汽油機(jī) 柴油機(jī)柴油機(jī)混合方式：混合方式： 著火燃燒：著火燃燒： 進(jìn)氣渦流：進(jìn)氣渦流：缸外混合（少數(shù)缸內(nèi)

2、）缸外混合（少數(shù)缸內(nèi)） 缸內(nèi)混合缸內(nèi)混合 （混合時(shí)間長(zhǎng)）（混合時(shí)間長(zhǎng)） （混合時(shí)間短）（混合時(shí)間短） 點(diǎn)燃、預(yù)混合燃燒點(diǎn)燃、預(yù)混合燃燒 壓燃、擴(kuò)散燃燒壓燃、擴(kuò)散燃燒 （著火時(shí)間、地點(diǎn)可控）（著火時(shí)間、地點(diǎn)可控） （著火時(shí)刻、地點(diǎn)不可控）（著火時(shí)刻、地點(diǎn)不可控） 加速火焰?zhèn)鞑ゼ铀倩鹧鎮(zhèn)鞑?促進(jìn)燃油與空氣混合促進(jìn)燃油與空氣混合 防止爆燃防止爆燃 加速燃燒加速燃燒3第第1 1節(jié)節(jié) 燃油的噴射與霧化燃油的噴射與霧化指從噴油泵開始供油到噴油器停止噴油的全指從噴油泵開始供油到噴油器停止噴油的全過程。過程。 包括：包括：噴射延遲、主噴和噴油結(jié)束噴射延遲、主噴和噴油結(jié)束三個(gè)階段。三個(gè)階段。 一、噴射與霧化一、

3、噴射與霧化 1 1、噴射過程：、噴射過程： 柴油機(jī)的燃燒過程柴油機(jī)的燃燒過程取決于混合氣的形成取決于混合氣的形成，而后者又取，而后者又取決于決于燃料的噴射與霧化、缸內(nèi)的氣流運(yùn)動(dòng)和燃燒室的結(jié)構(gòu)燃料的噴射與霧化、缸內(nèi)的氣流運(yùn)動(dòng)和燃燒室的結(jié)構(gòu)。4 1 1）噴油延遲：）噴油延遲： 從噴油從噴油泵柱塞關(guān)閉進(jìn)油孔瞬間到噴泵柱塞關(guān)閉進(jìn)油孔瞬間到噴油器針閥升起（噴油開始）。油器針閥升起（噴油開始）。供油提前角供油提前角G G噴油提前角噴油提前角P P噴油延遲角噴油延遲角=G G- -P P 噴油延遲角隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)噴油延遲角隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的提高和高壓油管長(zhǎng)度增速的提高和高壓油管長(zhǎng)度增加而增大。加而增大。 * *思考

4、：供油（或噴油）提前思考：供油（或噴油）提前角過大或過小會(huì)產(chǎn)生什么問題？角過大或過小會(huì)產(chǎn)生什么問題？5 2 2）主噴油：）主噴油： 3 3）噴油結(jié)束：）噴油結(jié)束： 從噴油器開從噴油器開始噴油到噴油器端壓力開始始噴油到噴油器端壓力開始急劇下降。急劇下降。 持續(xù)時(shí)間取決于噴油泵持續(xù)時(shí)間取決于噴油泵柱塞的有效行程。柱塞的有效行程。 從噴油器從噴油器端壓力開始急劇下降到針閥端壓力開始急劇下降到針閥落座停止噴油。落座停止噴油。 由于噴油壓力低，霧化由于噴油壓力低，霧化差，希望斷油迅速、徹底，差，希望斷油迅速、徹底，以減少這一階段的噴油量。以減少這一階段的噴油量。62 2、供油規(guī)律和噴油規(guī)律：、供油規(guī)律和

5、噴油規(guī)律： 分別指供油速率和噴油速率隨分別指供油速率和噴油速率隨凸輪轉(zhuǎn)角或時(shí)間的變化規(guī)律。凸輪轉(zhuǎn)角或時(shí)間的變化規(guī)律。 兩者的特點(diǎn)：兩者的特點(diǎn)： 1 1）供油規(guī)律決定噴油規(guī)律；）供油規(guī)律決定噴油規(guī)律； 2 2）噴油持續(xù)時(shí)間大于供油時(shí)間；）噴油持續(xù)時(shí)間大于供油時(shí)間； 3 3）噴油時(shí)刻落后于供油時(shí)刻；）噴油時(shí)刻落后于供油時(shí)刻； 4 4）循環(huán)噴油量少于循環(huán)供油量；）循環(huán)噴油量少于循環(huán)供油量； 5 5）最大噴油速率低于最高供油速率；）最大噴油速率低于最高供油速率； 6 6）噴油規(guī)律較供油規(guī)律明顯畸變。）噴油規(guī)律較供油規(guī)律明顯畸變。7 造成噴油規(guī)律與供油規(guī)律差異的主要原因：造成噴油規(guī)律與供油規(guī)律差異的主要

6、原因： 1 1）燃油的可壓縮性：）燃油的可壓縮性： 2 2）壓力波傳遞的滯后：）壓力波傳遞的滯后： 產(chǎn)生壓力波并使循產(chǎn)生壓力波并使循環(huán)供油量大于循環(huán)噴油量。環(huán)供油量大于循環(huán)噴油量。 3 3）壓力波動(dòng)：）壓力波動(dòng)： 噴油時(shí)刻落后于噴油時(shí)刻落后于供油時(shí)刻（高壓油管越長(zhǎng)、轉(zhuǎn)速越高，落后供油時(shí)刻（高壓油管越長(zhǎng)、轉(zhuǎn)速越高，落后角度越大）。角度越大）。 造成噴油規(guī)律明顯畸變。造成噴油規(guī)律明顯畸變。 4 4）高壓容積變化（高壓油管和兩閥）：）高壓容積變化（高壓油管和兩閥）： 主要造成循環(huán)供油量大于循環(huán)噴油量。主要造成循環(huán)供油量大于循環(huán)噴油量。 * *思考：噴油規(guī)律的影響因素主要有那些？思考：噴油規(guī)律的影響因

7、素主要有那些？ （柱塞直徑、油泵凸輪型線、高壓油管尺寸、噴孔大?。ㄖ睆?、油泵凸輪型線、高壓油管尺寸、噴孔大?。?3 3、噴霧特性與霧化特性：、噴霧特性與霧化特性：燃油霧化：燃油霧化： 指燃油噴入燃燒室后被破碎成細(xì)小液滴的指燃油噴入燃燒室后被破碎成細(xì)小液滴的過程過程（噴霧越細(xì)越好）（噴霧越細(xì)越好）。油束幾何形狀：油束幾何形狀：1 1）油束射程（貫穿距離）油束射程（貫穿距離）L L2 2）噴霧錐角）噴霧錐角或油束最大寬度或油束最大寬度B B 在噴油壓力和噴孔不變的前提下，噴霧錐角在噴油壓力和噴孔不變的前提下，噴霧錐角越大，越大，霧化好，但貫穿距離霧化好，但貫穿距離L L會(huì)相應(yīng)減小。會(huì)相應(yīng)減小

8、。希望希望L L和和都要大都要大9 3 3）貫穿率：）貫穿率： 指油束貫穿距離與噴孔軸線到燃燒室壁面指油束貫穿距離與噴孔軸線到燃燒室壁面距離的比值，即距離的比值，即L/RL/R。 當(dāng)貫穿率當(dāng)貫穿率11時(shí)，時(shí)， 會(huì)有部分燃油噴射到燃燒室壁面上，會(huì)有部分燃油噴射到燃燒室壁面上， 故一故一般直噴式柴油機(jī)采用較小的貫穿率。般直噴式柴油機(jī)采用較小的貫穿率。10影響油束幾何形狀的主要因素：影響油束幾何形狀的主要因素：1 1）噴射壓力）噴射壓力2 2）噴油孔的長(zhǎng)）噴油孔的長(zhǎng)/ /徑比徑比3 3）介質(zhì)反力）介質(zhì)反力（取決于空氣密度或壓力）（取決于空氣密度或壓力）噴射壓力增大，噴射壓力增大，L L和和增大，霧化

9、效果越好。增大，霧化效果越好。長(zhǎng)長(zhǎng)/ /徑比增大，徑比增大，L L增大而增大而減小。減小。壓縮終了壓力越大，壓縮終了壓力越大，增大（霧化好）但增大（霧化好）但L L減小。減小。11油束的霧化質(zhì)量：油束的霧化質(zhì)量： 指油束中液滴的細(xì)度和均勻度。指油束中液滴的細(xì)度和均勻度。1 1）平均粒徑：）平均粒徑：2 2）索特粒徑：）索特粒徑： 所有油粒直徑的算術(shù)平均值。所有油粒直徑的算術(shù)平均值。ndDi （無法表示不同油粒的分布情況）（無法表示不同油粒的分布情況） 所有油?？傮w積與總面積之比。所有油?？傮w積與總面積之比。 iiiiiindVndndSMD223循環(huán)供油量循環(huán)供油量在循環(huán)供油量相同的情況下在循

10、環(huán)供油量相同的情況下: : SMD SMD值越小，霧化效果也就越好值越小，霧化效果也就越好; ; 若若SMDSMD相同，則油?？偙砻娣e相同，蒸發(fā)混合速率也相同，則油?？偙砻娣e相同，蒸發(fā)混合速率也就基本相同。就基本相同。123 3）粒徑分布：）粒徑分布： 表示油粒大小及其分布。表示油粒大小及其分布。1-1-油粒細(xì)而均勻油粒細(xì)而均勻2-2-油粒粗細(xì)不均勻油粒粗細(xì)不均勻3-3-油粒粗但均勻油粒粗但均勻 粒徑分布與噴射壓力、粒徑分布與噴射壓力、噴射背壓和噴孔直徑有關(guān)。噴射背壓和噴孔直徑有關(guān)。134 4、不正常噴射：、不正常噴射：1 1）二次噴射：）二次噴射： 噴油器針閥落噴油器針閥落座后，在壓力波動(dòng)的

11、影響下再次座后，在壓力波動(dòng)的影響下再次開啟的噴油現(xiàn)象，開啟的噴油現(xiàn)象，危害：危害： 首先，噴射壓力小，霧化不良，燃燒不完全，碳煙增加首先，噴射壓力小，霧化不良，燃燒不完全，碳煙增加且易積碳而堵塞噴孔；且易積碳而堵塞噴孔； 其次，在燃燒后期噴入，后燃嚴(yán)重，經(jīng)濟(jì)性下降且加重其次，在燃燒后期噴入，后燃嚴(yán)重，經(jīng)濟(jì)性下降且加重高溫零件的熱負(fù)荷。高溫零件的熱負(fù)荷。 * *思考：可采取那些措施避免二次噴射？思考：可采取那些措施避免二次噴射？（加大針閥彈簧剛度、增大減壓容積和噴孔直徑、減小高壓油管直徑和長(zhǎng)度）（加大針閥彈簧剛度、增大減壓容積和噴孔直徑、減小高壓油管直徑和長(zhǎng)度）二次噴射二次噴射 易發(fā)生在高速、易

12、發(fā)生在高速、大負(fù)荷工況下大負(fù)荷工況下。142 2）斷續(xù)噴射：）斷續(xù)噴射： 噴油泵供油跟噴油泵供油跟不上噴油針閥流通截面上的出油不上噴油針閥流通截面上的出油量，而造成的針閥周期性的跳動(dòng)。量，而造成的針閥周期性的跳動(dòng)。危害：危害： 加重針閥偶件的磨損。加重針閥偶件的磨損。 * *思考：可采取那些措施避免斷續(xù)噴射？思考：可采取那些措施避免斷續(xù)噴射？ （加大供油速率（提高柱塞平均運(yùn)動(dòng)速度和直徑，改善油泵凸輪型（加大供油速率（提高柱塞平均運(yùn)動(dòng)速度和直徑，改善油泵凸輪型線）、減少針閥直徑和噴孔直徑）線）、減少針閥直徑和噴孔直徑）斷續(xù)噴射斷續(xù)噴射易發(fā)生在低速、小負(fù)荷區(qū)。易發(fā)生在低速、小負(fù)荷區(qū)。153 3）不

13、規(guī)則噴射和隔次噴射：）不規(guī)則噴射和隔次噴射： 由于供油量過小，造成每由于供油量過小，造成每循環(huán)供油量不均勻，甚至有些循環(huán)供油量不均勻，甚至有些循環(huán)不噴油的現(xiàn)象。循環(huán)不噴油的現(xiàn)象。危害：危害： 使怠速工況不穩(wěn)甚至停車（只能采用較高的怠速轉(zhuǎn)速）。使怠速工況不穩(wěn)甚至停車（只能采用較高的怠速轉(zhuǎn)速）。 * *思考：可采取那些措施避免不規(guī)則噴射？思考：可采取那些措施避免不規(guī)則噴射？ （加大柱塞直徑，減小針閥彈簧剛度（加大柱塞直徑，減小針閥彈簧剛度（慎用），（慎用），減少高壓容積）減少高壓容積） 易發(fā)生在易發(fā)生在怠速工況下（或者噴油設(shè)備偶怠速工況下（或者噴油設(shè)備偶件過度磨損）。件過度磨損）。164 4）噴油

14、器滴漏：）噴油器滴漏： 噴射終了時(shí)，仍有燃油流出的現(xiàn)象；噴射終了時(shí)，仍有燃油流出的現(xiàn)象；危害：危害： 由于是流出，霧化極差，易積碳和堵塞噴孔。由于是流出，霧化極差，易積碳和堵塞噴孔。 * *思考：可采取那些措施避免滴漏？思考：可采取那些措施避免滴漏？ （增加針閥剛度，減小針閥壓力室容積及噴孔面積，增大出油閥減壓（增加針閥剛度，減小針閥壓力室容積及噴孔面積，增大出油閥減壓容積）容積）產(chǎn)生的原因：產(chǎn)生的原因： 一是系統(tǒng)壓力不能迅速下降，導(dǎo)致針閥落座速度慢；一是系統(tǒng)壓力不能迅速下降，導(dǎo)致針閥落座速度慢； 二是針閥下壓力室容積過大，燃油受熱膨脹后溢出；二是針閥下壓力室容積過大，燃油受熱膨脹后溢出； 三

15、是針閥偶件磨損造成漏油。三是針閥偶件磨損造成漏油。175 5）穴蝕：）穴蝕： 是由于高壓油路中油壓低于燃油蒸汽壓，產(chǎn)生氣泡和是由于高壓油路中油壓低于燃油蒸汽壓，產(chǎn)生氣泡和氣泡破裂所至。氣泡破裂所至。嚴(yán)重危害系統(tǒng)的正常工作和使用壽命。嚴(yán)重危害系統(tǒng)的正常工作和使用壽命。 減壓閥減壓速度過快或噴油孔面積過大。減壓閥減壓速度過快或噴油孔面積過大。因而可采取因而可采取減少減壓容積和噴孔面積的方法來消除穴蝕（但要避免出減少減壓容積和噴孔面積的方法來消除穴蝕（但要避免出現(xiàn)二次噴射）。現(xiàn)二次噴射）。產(chǎn)生的原因：產(chǎn)生的原因：18第第2 2節(jié)節(jié) 燃燒與放熱燃燒與放熱 ddQ/ ddg / 1 1、著火落后期（滯燃

16、期，、著火落后期（滯燃期，A-BA-B） 一、柴油機(jī)燃燒過程一、柴油機(jī)燃燒過程 2 2、速燃期（急燃期，、速燃期（急燃期，B-CB-C） 3 3、緩燃期（、緩燃期（C-DC-D） 4 4、補(bǔ)燃期（后燃期，、補(bǔ)燃期（后燃期，D-ED-E）19 ddQ/ ddg / 1 1、著火落后期（滯燃期，、著火落后期（滯燃期，A-BA-B） 從燃油開始噴入燃燒室到開從燃油開始噴入燃燒室到開始著火燃燒始著火燃燒（壓力線明顯脫離純（壓力線明顯脫離純壓縮線而急劇升高）壓縮線而急劇升高）原因：原因： 物理準(zhǔn)備、化學(xué)準(zhǔn)備物理準(zhǔn)備、化學(xué)準(zhǔn)備影響因素：影響因素： 壓縮比壓縮比（壓縮終了溫度與壓力）（壓縮終了溫度與壓力）

17、十六烷值十六烷值20 ddQ/ ddg / 2 2、速燃期（急燃期，、速燃期（急燃期，B-CB-C） 從開始著火燃燒到壓力達(dá)到從開始著火燃燒到壓力達(dá)到最高點(diǎn)最高點(diǎn)（最高爆發(fā)壓力，通常噴（最高爆發(fā)壓力，通常噴油在此階段結(jié)束）油在此階段結(jié)束）。特點(diǎn)：特點(diǎn)：大大和和壓力升高率壓力升高率 ddQp/ 著火落后期內(nèi)形成的可燃混著火落后期內(nèi)形成的可燃混合氣在上止點(diǎn)附近多點(diǎn)著火迅速合氣在上止點(diǎn)附近多點(diǎn)著火迅速燃燒。燃燒。急劇升高急劇升高和和pT）可達(dá)可達(dá)（MPap13max21 ddQ/ ddg /壓力升高率的影響因素：壓力升高率的影響因素： 綜合來講，希望綜合來講，希望 不超不超過過0.4MPa0.4MP

18、a。 /p /p 動(dòng)力性動(dòng)力性運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性壓力升高率對(duì)性能的影響：壓力升高率對(duì)性能的影響： 越大越大排放性排放性 越好越好越差越差越差越差 著火落后期內(nèi)形成的可燃著火落后期內(nèi)形成的可燃混合氣數(shù)量混合氣數(shù)量 * *思考：如何控制壓力升高率？思考：如何控制壓力升高率？22 ddQ/ ddg / 3 3、緩燃期（、緩燃期（C-DC-D） 從壓力最高點(diǎn)到溫度最高點(diǎn)從壓力最高點(diǎn)到溫度最高點(diǎn)。特點(diǎn)：特點(diǎn)： 1 1、大部分燃油在此期間燃燒大部分燃油在此期間燃燒（放熱量占（放熱量占70-80%70-80%），并），并出現(xiàn)循出現(xiàn)循環(huán)最高溫度環(huán)最高溫度T Tmaxmax=1600-2000=1600-20

19、00； 2 2、由于活塞于下行，、由于活塞于下行，作功效作功效率差；率差； 3 3、燃燒產(chǎn)物多，氧濃度低，、燃燒產(chǎn)物多，氧濃度低，燃燒速度很慢；燃燒速度很慢； 4 4、高溫缺氧燃燒，、高溫缺氧燃燒，是生成碳是生成碳煙的主要階段。煙的主要階段。23 ddQ/ ddg / 如何改進(jìn)緩燃期燃燒性能：如何改進(jìn)緩燃期燃燒性能： 從其特點(diǎn)來看，第從其特點(diǎn)來看，第1 1條是必然條是必然性的，只能著手于性的，只能著手于2 2、3 3、4 4條條。 1 1、加快混合，縮短緩燃期燃燒、加快混合，縮短緩燃期燃燒時(shí)間；時(shí)間； 2 2、采用大的過量空氣系數(shù)、采用大的過量空氣系數(shù)（1.21.2以上）。以上）。24 ddQ

20、/ ddg / 4 4、補(bǔ)燃期（后燃期，、補(bǔ)燃期（后燃期，D-ED-E） 從溫度最高點(diǎn)直到燃料基本燃從溫度最高點(diǎn)直到燃料基本燃燒完。燒完。特點(diǎn)：特點(diǎn)： 1 1、遠(yuǎn)離上止點(diǎn)放熱，、遠(yuǎn)離上止點(diǎn)放熱，排溫高、排溫高、熱負(fù)荷嚴(yán)重?zé)嶝?fù)荷嚴(yán)重（高速大負(fù)荷尤為嚴(yán)（高速大負(fù)荷尤為嚴(yán)重）；重）； 2 2、部分碳煙等不完全燃燒產(chǎn)、部分碳煙等不完全燃燒產(chǎn)物在此期間被氧化。物在此期間被氧化。 改進(jìn)：改進(jìn)： 加速混合、縮短后燃期加速混合、縮短后燃期 25 二、燃燒過程中存在的問題二、燃燒過程中存在的問題混合時(shí)間短混合時(shí)間短+ +廢氣干擾廢氣干擾邊噴、邊混合、邊燒邊噴、邊混合、邊燒1 1、混合氣形成困難，燃燒不完全、混合

21、氣形成困難，燃燒不完全改進(jìn)措施：改進(jìn)措施： 加速空氣運(yùn)動(dòng)加速空氣運(yùn)動(dòng) 組織進(jìn)氣渦流、壓縮渦流等組織進(jìn)氣渦流、壓縮渦流等 采用大的過量空氣系數(shù)（采用大的過量空氣系數(shù)（1.21.2） 在進(jìn)氣不變的情況下意味著少噴油，動(dòng)力性下降，與在進(jìn)氣不變的情況下意味著少噴油，動(dòng)力性下降，與提高動(dòng)力性相矛盾。提高動(dòng)力性相矛盾。26 速燃期壓力升高率大，燃燒噪音大，運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性差。速燃期壓力升高率大，燃燒噪音大，運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性差。2 2、燃燒噪音、運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性、燃燒噪音、運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性改進(jìn)措施：改進(jìn)措施： 減少著火落后期內(nèi)形成的可燃混合氣數(shù)量減少著火落后期內(nèi)形成的可燃混合氣數(shù)量 縮短著火落后期縮短著火落后期 高壓縮比（提高溫度

22、與壓力）、高十六烷值高壓縮比（提高溫度與壓力）、高十六烷值 減少著火落后期的噴油量減少著火落后期的噴油量 先緩后急的噴油模式先緩后急的噴油模式 但是通過降低壓力升高率來控制燃燒噪音、改善運(yùn)轉(zhuǎn)但是通過降低壓力升高率來控制燃燒噪音、改善運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性的同時(shí)會(huì)降低最高爆發(fā)壓力，使動(dòng)力性下降。穩(wěn)定性的同時(shí)會(huì)降低最高爆發(fā)壓力，使動(dòng)力性下降。27 三、燃燒放熱規(guī)律三、燃燒放熱規(guī)律 1 1、定義：、定義： 燃燒放熱快燃燒放熱快 放熱速率放熱速率累計(jì)放熱百分比累計(jì)放熱百分比燃燒放熱規(guī)律燃燒放熱規(guī)律意義：意義：壓力和溫度升高快壓力和溫度升高快 因此，燃燒放熱規(guī)律直接影響到柴油機(jī)的工作性能。因此，燃燒放熱規(guī)律直接影響

23、到柴油機(jī)的工作性能。 放熱規(guī)律的測(cè)定：放熱規(guī)律的測(cè)定： ddQddWddUddQwB 對(duì)外傳熱對(duì)外傳熱對(duì)活塞作功對(duì)活塞作功工質(zhì)內(nèi)能工質(zhì)內(nèi)能燃燒放熱燃燒放熱 WBQWUQ28 （1 1）放熱始點(diǎn)）放熱始點(diǎn)燃燒放熱規(guī)律燃燒放熱規(guī)律 （在持續(xù)期和速率曲（在持續(xù)期和速率曲線不變的情況下）線不變的情況下）放熱始點(diǎn)（起點(diǎn)）放熱始點(diǎn)（起點(diǎn)） 放熱持續(xù)期放熱持續(xù)期放熱曲線形狀放熱曲線形狀 始點(diǎn)提前：始點(diǎn)提前： 放熱規(guī)律三要素：放熱規(guī)律三要素： 壓縮負(fù)功增大、熱效率降低；壓縮負(fù)功增大、熱效率降低； 始點(diǎn)推遲：始點(diǎn)推遲： 壓力升高率和最高爆發(fā)壓力小，熱效率低且壓力升高率和最高爆發(fā)壓力小，熱效率低且后燃嚴(yán)重。后燃嚴(yán)

24、重。 2 2、理想放熱規(guī)律、理想放熱規(guī)律291 1）噴油提前角）噴油提前角放熱始點(diǎn)的控制：放熱始點(diǎn)的控制： 通常是以最大功率和通常是以最大功率和最小油耗為目標(biāo)。最小油耗為目標(biāo)。燃燒放熱規(guī)律燃燒放熱規(guī)律2 2）著火落后期）著火落后期具體措施：具體措施： 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速、負(fù)荷、負(fù)荷，相，相應(yīng)提前角應(yīng)加大。應(yīng)提前角應(yīng)加大。 縮短著火落后期，以減少預(yù)噴油量。縮短著火落后期，以減少預(yù)噴油量。提高壓縮終了的壓力與溫度提高壓縮終了的壓力與溫度（增壓柴油機(jī)噪音小的原因）（增壓柴油機(jī)噪音小的原因）30 （2 2）放熱持續(xù)期與放熱曲線形狀）放熱持續(xù)期與放熱曲線形狀最高爆發(fā)壓力、溫度最高爆發(fā)壓力、溫度和壓力升高率大和壓力

25、升高率大燃燒放熱規(guī)律燃燒放熱規(guī)律 動(dòng)力性好、效率高動(dòng)力性好、效率高但噪音、運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性和排放性差但噪音、運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性和排放性差 （在總放熱量不變的（在總放熱量不變的情況下）情況下） 持續(xù)期越短、曲線越陡持續(xù)期越短、曲線越陡31放熱持續(xù)期的控制：放熱持續(xù)期的控制：1 1）噴油持續(xù)時(shí)間）噴油持續(xù)時(shí)間2 2）燃燒時(shí)間）燃燒時(shí)間混合快慢混合快慢加強(qiáng)汽缸內(nèi)的空氣運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)汽缸內(nèi)的空氣運(yùn)動(dòng)放熱曲線形狀的影響：放熱曲線形狀的影響：放熱先快后慢放熱先快后慢放熱規(guī)律對(duì)示功圖的影響放熱規(guī)律對(duì)示功圖的影響放熱先慢后快放熱先慢后快效率高、但工作粗暴、效率高、但工作粗暴、NONOX X排放高排放高效率低、但工作柔和、排放好效

26、率低、但工作柔和、排放好32第第3 3節(jié)節(jié) 混合氣形成與燃燒混合氣形成與燃燒 1 1、缸內(nèi)形成、缸內(nèi)形成 2 2、時(shí)間極短、時(shí)間極短 3 3、過量空氣系數(shù)較大、過量空氣系數(shù)較大 4 4、靠燃燒室、噴霧、空氣渦流運(yùn)動(dòng)三方面配合、靠燃燒室、噴霧、空氣渦流運(yùn)動(dòng)三方面配合柴油機(jī)混合氣形成靠三方面的相互作用：柴油機(jī)混合氣形成靠三方面的相互作用：噴霧霧化噴霧霧化空氣運(yùn)動(dòng)空氣運(yùn)動(dòng) 燃燒室結(jié)構(gòu)燃燒室結(jié)構(gòu) 加快混合氣的形成是保證及時(shí)、完全燃燒加快混合氣的形成是保證及時(shí)、完全燃燒（汽油機(jī)是提（汽油機(jī)是提高火焰?zhèn)鞑ニ俣龋└呋鹧鎮(zhèn)鞑ニ俣龋┗旌蠚庑纬商攸c(diǎn)混合氣形成特點(diǎn): : 一、混合氣形成特點(diǎn)一、混合氣形成特點(diǎn)33二、

27、混合氣形成方式、混合氣形成方式空間霧化混合空間霧化混合 油膜蒸發(fā)混合油膜蒸發(fā)混合 1 1、空間霧化混合：、空間霧化混合： 將燃油噴向燃燒室空間以霧狀油滴將燃油噴向燃燒室空間以霧狀油滴與空氣渦流進(jìn)行混合。與空氣渦流進(jìn)行混合。 混合效果主要取決于：混合效果主要取決于：噴霧特性、空氣渦流噴霧特性、空氣渦流 空間霧化混合空間霧化混合渦流混合的作用：渦流混合的作用：過弱過弱混合效果差混合效果差過強(qiáng)過強(qiáng)使燃燒產(chǎn)物與使燃燒產(chǎn)物與鄰近噴霧重疊鄰近噴霧重疊 a、促使油束分散、促使油束分散 b、實(shí)現(xiàn)熱力混合、實(shí)現(xiàn)熱力混合34 空間霧化混合的特點(diǎn)：空間霧化混合的特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：噴霧越細(xì)、越均勻，混合、燃燒迅速、噴

28、霧越細(xì)、越均勻，混合、燃燒迅速、效率高。效率高。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 初期形成混合氣過多，使壓力、溫度急劇上升，初期形成混合氣過多，使壓力、溫度急劇上升，發(fā)動(dòng)機(jī)工作粗暴（噪音大），發(fā)動(dòng)機(jī)工作粗暴（噪音大），NOx排放高；排放高；若減少初期噴油若減少初期噴油量，將導(dǎo)致后期高溫裂解嚴(yán)重，量，將導(dǎo)致后期高溫裂解嚴(yán)重，碳煙增加。碳煙增加。 2 2、油膜蒸發(fā)混合：、油膜蒸發(fā)混合： 將燃油噴向燃燒室璧面以油膜蒸發(fā)油將燃油噴向燃燒室璧面以油膜蒸發(fā)油氣的形式與空氣渦流混合氣的形式與空氣渦流混合（一般用于球形（一般用于球形燃燒室）燃燒室）?；旌闲ЧQ于：混合效果取決于：燃燒室壁面溫度、空氣渦流燃燒室壁面溫度、空氣渦流

29、油膜蒸發(fā)混合油膜蒸發(fā)混合混合快慢混合快慢取決于噴霧特性和空氣渦流取決于噴霧特性和空氣渦流35 油膜蒸發(fā)混合的特點(diǎn)：油膜蒸發(fā)混合的特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 初期形成混合氣量少，初期形成混合氣量少，發(fā)動(dòng)機(jī)工作柔和、發(fā)動(dòng)機(jī)工作柔和、NOx排排放少；放少；燃燒過程中，燃燒始終是蒸發(fā)后與空氣混合，避免了燃燒過程中，燃燒始終是蒸發(fā)后與空氣混合，避免了高溫下油滴的裂解，高溫下油滴的裂解，碳煙排放低。碳煙排放低。 低溫蒸發(fā)速度慢，低溫蒸發(fā)速度慢，冷起動(dòng)性能差；對(duì)工況變化的冷起動(dòng)性能差；對(duì)工況變化的反映能力差；反映能力差；另外，對(duì)渦流變化敏感，且熱效率也不及空間另外，對(duì)渦流變化敏感，且熱效率也不及空間霧化混合方式。霧

30、化混合方式。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：混合快慢混合快慢取決于燃燒室壁面溫度和空氣渦流取決于燃燒室壁面溫度和空氣渦流 在車用柴油機(jī)中，通常是上述兩種方式共存，在車用柴油機(jī)中，通常是上述兩種方式共存，但多數(shù)以但多數(shù)以空間霧化混合為主。球形燃燒室以油膜蒸發(fā)混合方式為主?？臻g霧化混合為主。球形燃燒室以油膜蒸發(fā)混合方式為主。36三、缸內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)、缸內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng) 1 1、渦流：、渦流： 主要可分為：主要可分為：渦流、擠流、滾流和湍流。渦流、擠流、滾流和湍流。分分進(jìn)氣渦流進(jìn)氣渦流、壓縮渦流壓縮渦流和和燃燒渦流燃燒渦流三種。三種。 （1 1）進(jìn)氣渦流：）進(jìn)氣渦流：在進(jìn)氣過程中在進(jìn)氣過程中形成的繞氣缸軸線旋轉(zhuǎn)的氣流運(yùn)動(dòng)形成的繞

31、氣缸軸線旋轉(zhuǎn)的氣流運(yùn)動(dòng)（通常人為組織）（通常人為組織）。進(jìn)氣渦流進(jìn)氣渦流 渦流比渦流比 ： 渦流轉(zhuǎn)速與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速之比渦流轉(zhuǎn)速與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速之比（用（用于衡量渦流強(qiáng)度）。于衡量渦流強(qiáng)度）。 37切向氣道切向氣道螺旋進(jìn)氣道螺旋進(jìn)氣道 進(jìn)氣渦流的組織：進(jìn)氣渦流的組織： a a、切向進(jìn)氣道：、切向進(jìn)氣道：渦流比通常為渦流比通常為1-21-2，適用于對(duì)渦流強(qiáng)度，適用于對(duì)渦流強(qiáng)度要求不高的發(fā)動(dòng)機(jī)；要求不高的發(fā)動(dòng)機(jī)； 但是：但是：進(jìn)氣渦流會(huì)進(jìn)氣渦流會(huì)增大進(jìn)氣阻力，降低進(jìn)增大進(jìn)氣阻力，降低進(jìn)氣充量。氣充量。 b b、螺旋進(jìn)氣道：、螺旋進(jìn)氣道：渦流比為渦流比為2-42-4，適用于，適用于渦流強(qiáng)度要求較高的渦流強(qiáng)度

32、要求較高的發(fā)動(dòng)機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)。38 （2 2）壓縮渦流：）壓縮渦流： 進(jìn)氣過程中進(jìn)氣過程中不組織渦流，而是在壓縮過程中，不組織渦流，而是在壓縮過程中，在渦流室內(nèi)產(chǎn)生渦流運(yùn)動(dòng)在渦流室內(nèi)產(chǎn)生渦流運(yùn)動(dòng)（會(huì)影響（會(huì)影響壓縮功和熱效率）。壓縮功和熱效率）。 （3 3）燃燒渦流：）燃燒渦流： 渦流室型燃渦流室型燃燒室，燒室， 燃燒過程中由于壓力差產(chǎn)燃燒過程中由于壓力差產(chǎn)生的渦流生的渦流（會(huì)影響熱效率）。（會(huì)影響熱效率）。壓縮渦流壓縮渦流燃燒渦流燃燒渦流39 2 2、擠流：、擠流： 壓縮過程中，氣壓縮過程中，氣缸內(nèi)空氣被擠入活塞頂部燃燒室缸內(nèi)空氣被擠入活塞頂部燃燒室凹坑而形成的擠壓渦流運(yùn)動(dòng)。凹坑而形成的擠壓渦流

33、運(yùn)動(dòng)。 3 3、滾流：、滾流： 進(jìn)氣過程中形成的繞垂直于氣進(jìn)氣過程中形成的繞垂直于氣缸軸線旋轉(zhuǎn)的氣流運(yùn)動(dòng)缸軸線旋轉(zhuǎn)的氣流運(yùn)動(dòng)（通常人為組織）。（通常人為組織）。進(jìn)氣滾流進(jìn)氣滾流 由于氣流會(huì)引起能量損失，且高速與由于氣流會(huì)引起能量損失，且高速與低速時(shí)差異較大，難于精確控制，故低速時(shí)差異較大，難于精確控制，故現(xiàn)代柴現(xiàn)代柴油機(jī)傾向于高壓直噴方向發(fā)展。油機(jī)傾向于高壓直噴方向發(fā)展。40四、柴油機(jī)燃燒室、柴油機(jī)燃燒室 1 1、直噴式：、直噴式：開式（淺盆型）和半開式（開式（淺盆型）和半開式（型、球型）。型、球型）。（直噴式與分隔式）（直噴式與分隔式） （1 1）淺盆形燃燒室（凹坑與活塞的直徑之比）淺盆形燃

34、燒室（凹坑與活塞的直徑之比0.70.7）淺淺形燃燒室形燃燒室 混合氣形成特點(diǎn)：混合氣形成特點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 空間霧化為主，故采用較多的噴孔數(shù)空間霧化為主，故采用較多的噴孔數(shù)（7-127-12）和較高的噴射壓力；一般不組織進(jìn)氣渦流，要求貫和較高的噴射壓力；一般不組織進(jìn)氣渦流，要求貫穿率穿率1。 動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和起動(dòng)性好；動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和起動(dòng)性好； 通常用于缸徑較大、轉(zhuǎn)速較低的發(fā)動(dòng)機(jī)。通常用于缸徑較大、轉(zhuǎn)速較低的發(fā)動(dòng)機(jī)。 最高燃燒溫度與壓力高、工作最高燃燒溫度與壓力高、工作粗暴、粗暴、NOxNOx和碳煙排放高和碳煙排放高。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：41 （2 2）形燃燒室（凹坑與活塞的直徑之比形燃燒室（凹坑

35、與活塞的直徑之比0.70.7）形燃燒室形燃燒室 混合氣形成特點(diǎn)：混合氣形成特點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 空間霧化混合為主，采用多孔噴嘴空間霧化混合為主，采用多孔噴嘴(4-6)(4-6)，組織一定進(jìn)氣渦流和擠流，以加速混合氣的形成。，組織一定進(jìn)氣渦流和擠流，以加速混合氣的形成。 動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和起動(dòng)性好，動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和起動(dòng)性好，適合于高速柴油機(jī)需求；適合于高速柴油機(jī)需求； 通常用于缸徑為通常用于缸徑為80-140mm80-140mm之間、轉(zhuǎn)速之間、轉(zhuǎn)速4500r/min4500r/min的發(fā)動(dòng)機(jī)。的發(fā)動(dòng)機(jī)。 最高燃燒溫度與壓力高、工最高燃燒溫度與壓力高、工作粗暴、作粗暴、NOxNOx和碳煙排放高，且對(duì)

36、和碳煙排放高，且對(duì)轉(zhuǎn)速變化敏感。轉(zhuǎn)速變化敏感。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：42 （3 3）非回轉(zhuǎn)體燃燒室）非回轉(zhuǎn)體燃燒室 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 燃燒室中特殊設(shè)計(jì)了一些邊角和凹凸。燃燒室中特殊設(shè)計(jì)了一些邊角和凹凸。43 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 燃燒改善，燃燒改善，HC和和CO排放低，對(duì)轉(zhuǎn)速變化不敏感。排放低，對(duì)轉(zhuǎn)速變化不敏感。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： NOx排放較高，加工復(fù)雜，一些突出部位熱負(fù)荷嚴(yán)重。排放較高，加工復(fù)雜，一些突出部位熱負(fù)荷嚴(yán)重。44 （4 4）球形燃燒室）球形燃燒室球形燃燒室球形燃燒室 混合氣形成特點(diǎn)：混合氣形成特點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 油膜蒸發(fā)為主，需要強(qiáng)渦流保證均勻油膜蒸發(fā)為主，需要強(qiáng)渦流保證均勻而薄的油膜的形成

37、而薄的油膜的形成（通常采用螺旋進(jìn)氣道加強(qiáng)進(jìn)氣渦流）（通常采用螺旋進(jìn)氣道加強(qiáng)進(jìn)氣渦流）。 冷起動(dòng)性差。冷起動(dòng)性差。 1 1、空氣利用率高，可采用較、空氣利用率高，可采用較小的過量空氣系數(shù)；小的過量空氣系數(shù)； 2 2、混合均勻，避免油滴高溫、混合均勻，避免油滴高溫裂解，故裂解，故碳煙排放低，動(dòng)力性與碳煙排放低，動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性較好；經(jīng)濟(jì)性較好； 3 3、工作工作柔和、柔和、NOxNOx排放低。排放低。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：451 1、燃燒迅速，經(jīng)濟(jì)性好；、燃燒迅速，經(jīng)濟(jì)性好；2 2、面容比小，散熱損失小，冷起動(dòng)性能好；、面容比小，散熱損失小，冷起動(dòng)性能好；3 3、對(duì)噴射系統(tǒng)要求較高；、對(duì)噴射系統(tǒng)要求較高；4

38、 4、半開式對(duì)進(jìn)氣氣流有較高要求；、半開式對(duì)進(jìn)氣氣流有較高要求；5 5、變工況適應(yīng)性差，對(duì)轉(zhuǎn)速敏感、變工況適應(yīng)性差，對(duì)轉(zhuǎn)速敏感; ;6 6、NOxNOx和碳煙排放高；和碳煙排放高；7 7、壓力升高率大，燃燒噪聲大，工作較粗暴。、壓力升高率大，燃燒噪聲大，工作較粗暴。 直噴式燃燒室特點(diǎn)：直噴式燃燒室特點(diǎn)：46 2 2、非直噴式（分隔式）：、非直噴式（分隔式）：渦流室燃燒室渦流室燃燒室預(yù)燃室燃燒室預(yù)燃室燃燒室 1 1、二次渦流或湍流（壓縮和燃、二次渦流或湍流（壓縮和燃燒）加速混合，抑制碳煙的生成；燒）加速混合，抑制碳煙的生成； 4 4、對(duì)進(jìn)氣渦流和噴霧要求低；、對(duì)進(jìn)氣渦流和噴霧要求低； 特點(diǎn)：特點(diǎn)

39、： 2 2、濃稀兩段混合燃燒，抑制了、濃稀兩段混合燃燒，抑制了NOxNOx的生成，且燃燒柔和，噪音??；的生成，且燃燒柔和，噪音??； 3 3、散熱與節(jié)流損失大，冷起動(dòng)、散熱與節(jié)流損失大，冷起動(dòng)性與經(jīng)濟(jì)性差；性與經(jīng)濟(jì)性差； 5 5、渦流室適合于高速柴油機(jī)；、渦流室適合于高速柴油機(jī)； 6 6、空氣利用率高，可采用較小的、空氣利用率高，可采用較小的過量空氣系數(shù)。過量空氣系數(shù)。47第第4 4節(jié)節(jié) 燃燒過程的優(yōu)化燃燒過程的優(yōu)化柴油機(jī)燃燒優(yōu)化的難點(diǎn)：柴油機(jī)燃燒優(yōu)化的難點(diǎn)： 一、燃燒過程優(yōu)化的基本原則一、燃燒過程優(yōu)化的基本原則 1 1、動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性（噪音）、排放性的、動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性（

40、噪音）、排放性的改善往往相互矛盾；改善往往相互矛盾； 2 2、車用柴油機(jī)工作范圍廣泛，對(duì)油、車用柴油機(jī)工作范圍廣泛，對(duì)油- -氣氣- -燃燒室三者間燃燒室三者間的配合影響很大。的配合影響很大。 燃油霧化、空氣運(yùn)動(dòng)、燃燒室結(jié)構(gòu)燃油霧化、空氣運(yùn)動(dòng)、燃燒室結(jié)構(gòu)48柴油機(jī)燃燒優(yōu)化的一般原則：柴油機(jī)燃燒優(yōu)化的一般原則： 1 1、控制著火落后期內(nèi)形成的混合氣數(shù)量、控制著火落后期內(nèi)形成的混合氣數(shù)量 2 2、合理組織燃燒室氣流運(yùn)動(dòng)、合理組織燃燒室氣流運(yùn)動(dòng) 動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性與燃燒噪音、動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性與燃燒噪音、NOxNOx排放的折中排放的折中 加速混合與燃燒、避免局部過濃加速混合與燃燒、避免局部過濃充量降低、損失

41、增大充量降低、損失增大 3 3、緊湊的燃燒室結(jié)構(gòu)（、緊湊的燃燒室結(jié)構(gòu)（F/VF/V要?。┮。?減少散熱、提高空氣利用率減少散熱、提高空氣利用率減少余隙容積減少余隙容積49 4 4、運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)的優(yōu)化、運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)的優(yōu)化（噴油提前角、噴油規(guī)律噴油提前角、噴油規(guī)律、壓縮比、壓縮比、配氣相位、增壓比、配氣相位、增壓比、EGREGR率等）率等） 噴油提前角噴油提前角 過大：過大： 過?。哼^小： 轉(zhuǎn)速、負(fù)荷越大轉(zhuǎn)速、負(fù)荷越大著火落后期長(zhǎng)，工作粗暴、動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排著火落后期長(zhǎng)，工作粗暴、動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性（放性（NOxNOx）變差；）變差；不能在上止點(diǎn)附近燃燒，動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性差、同不能在上止點(diǎn)附近燃燒，動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性差、同時(shí)碳煙排放高。時(shí)碳煙排放高。 適當(dāng)加