柴油機(jī)的燃燒分析課件

柴油機(jī)的燃燒分析課件1著火需要具備兩個(gè)條件：1)濃度條件：在形成的可燃混合氣中，燃料蒸氣與空氣的比例要在一定的范圍內(nèi)，這個(gè)范圍稱作著火范圍(或著火界限)。著火界限不是一成不變的，隨著溫度的升高，分子運(yùn)動(dòng)速度增加，反應(yīng)速度加快，將使著火界限擴(kuò)大。2)溫度條件：可燃混合氣必須加熱到某一臨界溫度，低于這一溫度，燃料就不能著火，我們把燃料不用外部點(diǎn)燃而能自己著火的最低溫度稱為著火溫度或自燃溫度。它與介質(zhì)壓力、加熱條件及測(cè)試方法等因素有關(guān)。著火需要具備兩個(gè)條件：2)溫度條件：可燃混合氣必須加熱到某一2柴油機(jī)的燃燒分析課件3柴油機(jī)的燃燒分析課件4二燃燒階段的劃分

柴油機(jī)的燃燒過(guò)程，可以從不同的角度用各種方法進(jìn)行研究，如高速攝影、光譜分析、采樣分析等，但最簡(jiǎn)便、應(yīng)用最多的方法是從展開的示功固上分析燃燒過(guò)程。二燃燒階段的劃分柴油機(jī)的燃燒過(guò)程，可以從不同的角度用各5燃燒過(guò)程的四個(gè)階段：第1階段：著火延遲階段(AB段)(ignitiondelay)。從噴油開始(A點(diǎn))到壓力開始急劇升高時(shí)(B點(diǎn))為止，這一段時(shí)間又稱為滯燃期。第2階段：壓力急劇上升的BC段，稱為急燃期(rapidpressurerise)。滯燃期內(nèi)噴入氣缸的燃料幾乎一起燃燒，而且是在活塞靠近上止點(diǎn)、氣缸容積較小的情況下燃燒，因此氣缸中壓力升高特別快。平均壓力升高比不宜超過(guò)0.4MPa/o(CA)燃燒過(guò)程的四個(gè)階段：第1階段：6第3階段：從壓力急劇升高的終點(diǎn)(C點(diǎn))到壓力開始急劇下降的D點(diǎn)為止，稱為緩燃期(controlledpressurerise)。加強(qiáng)緩燃期內(nèi)空氣運(yùn)動(dòng)，加速混合氣形成，對(duì)保證在上止點(diǎn)附近迅速而完全燃燒有重要作用。第4階段：從緩燃期的終點(diǎn)(D點(diǎn))到燃料基本上完全燃燒時(shí)(E點(diǎn))為止，稱為后燃期(burningontheexpansionstroke)。后燃期所放出的熱量不能有效利用，并增加了散往冷卻水的熱損失，使柴油機(jī)經(jīng)濟(jì)性下降；增加活塞組的熱負(fù)荷以及使排氣溫度增高，所以應(yīng)盡量減少過(guò)后燃燒。第3階段：7內(nèi)燃機(jī)工作過(guò)程系統(tǒng)布置圖

內(nèi)燃機(jī)工作過(guò)程系統(tǒng)布置圖8三滯燃期

滯燃期越長(zhǎng)，則在滯燃期內(nèi)噴入燃燒室的燃料就越多，在著火前形成的可燃混合氣就越多。這些燃料在第2階段中幾乎一起燃燒，使壓力升高比和最高燃燒壓力較高，運(yùn)動(dòng)零件受到強(qiáng)烈的沖擊負(fù)荷，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)粗暴，影響發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命。三滯燃期滯燃期越長(zhǎng)，則在滯燃期內(nèi)噴入燃燒室的燃料就越多9影響滯燃期因素：

壓縮溫度和壓力是影響滯燃期的主要因素。噴油提前角、轉(zhuǎn)速以及燃料性質(zhì)等對(duì)滯燃期也有較大影響。1）隨著壓縮溫度和壓力提高，滯燃期減小。影響滯燃期因素：10影響滯燃期的因素：2）噴油定時(shí)對(duì)滯燃期的影響通過(guò)壓縮溫度和壓力而起作用。存在一個(gè)使滯燃期最短的噴油提前角。為了保證有較好的功率和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，希望在上止點(diǎn)前5-10°(CA)開始著火燃燒，保證燃燒在上止點(diǎn)附近完成。影響滯燃期的因素：11影響滯燃期的因素：3）隨著增壓壓力提高，滯燃期顯著縮短。增壓空氣溫度升高，滯燃期縮短。影響滯燃期的因素：12影響滯燃期因素：4）轉(zhuǎn)速對(duì)滯燃期的影響隨著轉(zhuǎn)速增加，以秒計(jì)的滯燃期縮短，以曲軸計(jì)滯燃期Ψi則可能增加或減小。影響滯燃期因素：13四、燃燒放熱規(guī)律(Heatreleaserate)燃燒規(guī)律(放熱規(guī)律)加熱規(guī)律傳熱規(guī)律四、燃燒放熱規(guī)律(Heatreleaserate)燃燒規(guī)14由實(shí)測(cè)的示功圖進(jìn)行數(shù)值計(jì)算可得到燃燒放熱規(guī)律：1）瞬時(shí)放熱速率——在燃燒過(guò)程的某一時(shí)刻，單位時(shí)間內(nèi)燃燒的燃油放出的熱量2）累積放熱百分比——從燃燒過(guò)程開始至某一時(shí)刻止，已燃燃油與循環(huán)供油量的比值。由實(shí)測(cè)的示功圖進(jìn)行數(shù)值計(jì)算可得到燃燒放熱規(guī)律：15圖

直噴式柴油機(jī)的放熱規(guī)律

圖

自然吸氣式車用柴油機(jī)的放熱規(guī)律以及累計(jì)放熱率的變化曲線a）變負(fù)荷時(shí)的放熱規(guī)律b）變轉(zhuǎn)速時(shí)的放熱規(guī)律c）變負(fù)荷時(shí)的累計(jì)放熱率d）變轉(zhuǎn)速時(shí)的累計(jì)放熱率

圖直噴式柴油機(jī)的放熱規(guī)律圖自然吸氣式車用柴油機(jī)的放熱規(guī)16圖

增壓轎車柴油機(jī)的放熱規(guī)律

圖增壓中速柴油機(jī)的放熱規(guī)律與累計(jì)放熱率的變化曲線

圖增壓轎車柴油機(jī)的放熱規(guī)律圖增壓中速柴油機(jī)的放熱規(guī)律17噴射率燃燒率噴射曲軸角度著火圖

根據(jù)噴油規(guī)律估算放熱規(guī)律的林氏三角形堆砌法

曲軸角度曲軸角度曲軸角度放熱率/(J/°CA)圖

按噴油規(guī)律預(yù)測(cè)的放熱規(guī)律與實(shí)際放熱規(guī)律的比較

噴射率燃燒率噴射曲軸角度著火圖根據(jù)噴油規(guī)律估算放熱規(guī)律18

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)確定后，氣缸壓力變化特性主要由燃燒規(guī)律(或加熱規(guī)律)所決定(公式5-21)，從而燃燒放熱規(guī)律強(qiáng)烈影響平均有效壓力、燃油消耗、最高燃燒壓力、燃燒噪聲等性能指標(biāo)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)確定后，氣缸壓力變化特性主要由燃燒規(guī)律(或19

開始放熱的時(shí)刻、放熱規(guī)律和放熱持續(xù)時(shí)間是燃燒過(guò)程的三個(gè)主要要素，它們對(duì)性能的影響主要表現(xiàn)在循環(huán)熱效率和最高燃燒壓力兩個(gè)方面。比較合適的放熱規(guī)律是希望燃燒先緩后急，即開始放熱要適中，壓力升高比不超過(guò)0.4~0.6MPa／[(CA)]，以滿足運(yùn)轉(zhuǎn)柔和的要求；隨后燃燒要加快，使燃料盡量接近上止點(diǎn)附近燃燒，一般燃燒持續(xù)時(shí)間不應(yīng)超過(guò)上止點(diǎn)后40o(CA)，以滿足經(jīng)濟(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)的要求。開始放熱的時(shí)刻、放熱規(guī)律和放熱持續(xù)時(shí)間是燃燒過(guò)程20五、燃燒噪聲(combustionnoise)

燃燒噪聲與壓力升高比有密切的關(guān)系，如果壓力升高比過(guò)大，則產(chǎn)生強(qiáng)烈的震音，我們稱這種現(xiàn)象為柴油機(jī)的工作粗暴(或敲缸knock)。降低燃燒噪聲的主要途徑有：1．縮短滯燃期（如：十六烷值高的燃料）2．減小滯燃期內(nèi)的噴油量；二級(jí)噴射pilotinjection。3．減少滯燃期內(nèi)形成的可燃混合氣數(shù)量（油膜蒸發(fā)混合）五、燃燒噪聲(combustionnoise)21五、燃燒噪聲(combustionnoise)怠速敲缸

柴油機(jī)冷起動(dòng)或怠速時(shí)，溫度較低，滯燃期較長(zhǎng)，潤(rùn)滑油粘度較高，摩擦損失較大，盡管無(wú)負(fù)荷，每循環(huán)的噴油量仍相當(dāng)大，因此壓力升高比也較大，產(chǎn)生較強(qiáng)的震音，這種噪聲稱怠速敲缸；隨著轉(zhuǎn)速升高及帶負(fù)荷運(yùn)行，怠速噪聲即自行消失。五、燃燒噪聲(combustionnoise)怠速敲缸22柴油機(jī)的燃燒分析課件23柴油機(jī)的燃燒分析課件24柴油機(jī)的燃燒分析課件25柴油機(jī)的燃燒分析課件26柴油機(jī)的燃燒分析課件27燃燒室分類：直接噴射式燃燒室、分隔式燃燒室直接噴射式柴油機(jī)：淺盆形、深坑形；無(wú)渦流直噴式和有渦流直噴式兩種。氣缸直徑越大，燃燒室就越淺。淺盆形燃燒室不組織進(jìn)氣渦流或弱進(jìn)氣渦流，而深坑形燃燒室一般都組織較強(qiáng)的進(jìn)氣渦流。分隔式燃燒室：渦流室、預(yù)燃室第五章柴油機(jī)的燃燒分析

§5-2壓燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒室燃燒室分類：直接噴射式燃燒室、分隔式燃燒室第五章柴油機(jī)的28第五章柴油機(jī)的燃燒分析

§5-2壓燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒室圖直噴式燃燒室示例a）淺盆形b）圓柱形c）形c）帶縮口的形

第五章柴油機(jī)的燃燒分析

§5-2壓燃式內(nèi)燃機(jī)的燃29一、淺盆形燃燒室

（shallowbowlcombustionchambers）一、淺盆形燃燒室

（shallowbowlcombust30淺盆形燃燒室1)混合氣形成主要靠燃油的噴霧，對(duì)噴霧質(zhì)量要求高，采用多孔噴嘴，6~12個(gè)噴孔，直徑很小（0.12mm），最高噴油壓力高（140MPa），對(duì)燃油系統(tǒng)要求較高。2)油束與燃燒室形狀相配合，燃料要盡可能地分布到整個(gè)燃燒室空間。3)燃燒室中一般不組織空氣渦流運(yùn)動(dòng)，依靠油束的擴(kuò)展使燃油與空氣混合。淺盆形燃燒室31淺盆形燃燒室4)燃燒室形狀簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)緊湊。經(jīng)濟(jì)性好，容易起動(dòng)。5)因均勻的空間混合，在滯燃期內(nèi)形成的可燃混合氣較多，因此最高燃燒壓力及壓力升高比較高，工作粗暴。6)對(duì)轉(zhuǎn)速和燃料較敏感。（噴霧質(zhì)量隨轉(zhuǎn)速而變）7)過(guò)量空氣系數(shù)較大。淺盆形燃燒室一般不組織氣流運(yùn)動(dòng)，工作過(guò)程組織的關(guān)鍵是燃油噴射和燃燒室形狀之間的合理配合。淺盆形燃燒室32二、深坑形燃燒室

(deepbowlcombustionchambers)

(一)混合氣形成特點(diǎn)小型高速柴油機(jī)轉(zhuǎn)速高，為了獲得較好的性能指標(biāo)，就要求在較小的過(guò)量空氣系數(shù)時(shí)有較好的燃燒過(guò)程。于是出現(xiàn)了有渦流的深坑形燃燒室。燃燒室基本上分成兩個(gè)空間：活塞中的燃燒室容積VK及活塞頂上的余隙容積V，采用4~6孔噴油器，噴孔直徑較大(0.35mm左右)。混合氣形成一方面利用噴霧，一方面組織進(jìn)氣渦流及形成擠流促進(jìn)混合氣形成和燃燒。深坑形燃燒室利用進(jìn)氣渦流加強(qiáng)混合氣的形成，使空氣利用率大大提高，一般a＝1.3~1.5，并保持燃油消耗率低和起動(dòng)容易的優(yōu)點(diǎn)，所以在小型高速柴油機(jī)上獲得廣泛應(yīng)用。二、深坑形燃燒室

(deepbowlcombustion33柴油機(jī)的燃燒分析課件34柴油機(jī)的燃燒分析課件35（二）燃燒室設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1．廣泛采用ω形燃燒室。2．燃燒室尺寸：VK/Vc要盡可能大，一般VK/Vc=0.75~0.85。主要措施是減小活塞頂隙S0。dK/D要合適，要與油束射程配合。（二）燃燒室設(shè)計(jì)要點(diǎn)1．廣泛采用ω形燃燒室。36三、球形油膜燃燒方式

球形油膜燃燒室是深坑型燃燒室的一種，其混合氣形成主要是油膜蒸發(fā)混合。三、球形油膜燃燒方式球形油膜燃燒室是深坑型燃燒室的一種37

將燃油順氣流方向沿燃燒室壁面噴射，在強(qiáng)烈的進(jìn)氣渦流作用下，將燃油攤布在燃燒室壁上，形成一層很薄的油膜。燃燒室壁溫200~350℃，使壁面上的燃料在較低的溫度下蒸發(fā)，以控制燃料的裂解。從油束中分散出來(lái)的一小部分燃料在熾熱的空氣中首先形成火核，然后靠此火核點(diǎn)燃從壁面蒸發(fā)形成的可燃混合氣。隨著燃燒進(jìn)行，大量熱量輻射在油膜上，使油膜加速蒸發(fā)，不斷提供新鮮混合氣，保證迅速地燃燒。球形油膜燃燒室發(fā)動(dòng)機(jī)工作柔和，燃燒噪聲小，排煙少，性能指標(biāo)好。將燃油順氣流方向沿燃燒室壁面噴射，在強(qiáng)烈的進(jìn)氣渦流作用下，38

在小型高速柴油機(jī)中，純粹的空間霧化混合是沒(méi)有的，燃油都或多或少地噴到燃燒室壁面上，實(shí)際的混合過(guò)程是介于空間霧化混合和油膜蒸發(fā)混合之間。在小型高速柴油機(jī)中，純粹的空間霧化混合是沒(méi)有的，燃油39四、渦流室燃燒室

(swirlcombustionchamber)四、渦流室燃燒室

(swirlcombustioncha40混合氣形成

主燃燒室和渦流室之間用一個(gè)或數(shù)個(gè)通道相連，通道方向與活塞頂成一定角度，噴油嘴安裝在渦流室內(nèi)，燃油順渦流方向噴射。在壓縮過(guò)程中，氣缸中的空氣被活塞推擠，經(jīng)過(guò)通道流入渦流室，形成強(qiáng)烈的有組織的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，促使噴入渦流室中的燃油混合。當(dāng)渦流室中著火燃燒后，氣體壓力、溫度迅速升高；在膨脹行程期間，渦流室中末燃燒的燃料、空氣及燃?xì)庖黄鸾?jīng)過(guò)通道流入主燃燒室中(形成二次渦流)，與燃燒室的空氣進(jìn)一步混合燃燒?；旌蠚庑纬?1渦流室柴油機(jī)特點(diǎn)1)混合氣形成和燃燒主要是利用有組織的強(qiáng)烈的壓縮渦流，因此對(duì)噴霧質(zhì)量要求不高，一般采用軸針式噴油嘴，噴油壓力較低，這可降低對(duì)燃油系統(tǒng)的要求，減少噴孔堵塞等故障。2)由于壓縮渦流隨轉(zhuǎn)速升高而加強(qiáng)，所以在轉(zhuǎn)速較高時(shí)仍保證較好的混合質(zhì)量。3)因?yàn)橛袕?qiáng)烈的壓縮渦流保證較好的混合質(zhì)量，使空氣能較充分利用，過(guò)量空氣系數(shù)較小。由于燃燒初期在渦流室內(nèi)進(jìn)行，工作較為平穩(wěn)。4)渦流室的相對(duì)散熱面積較大，散熱損失較大，在渦流室發(fā)動(dòng)機(jī)中，氣體經(jīng)過(guò)通道流動(dòng)，節(jié)流損失也較大，因此，冷起動(dòng)困難，燃油消耗率較高。5)由于主燃燒室最高溫度相對(duì)較低，因此可減少NOx排放，此外，HC和微粒排放均比直噴式柴油機(jī)低。渦流室柴油機(jī)特點(diǎn)42五、預(yù)燃室式燃燒室（prechambersystems）

由位于氣缸蓋內(nèi)的預(yù)燃室和活塞上方的主燃燒室所組成，兩者之間由一個(gè)或數(shù)個(gè)孔道相連，噴油嘴安裝在預(yù)燃室中心線附近。不產(chǎn)生有組織的強(qiáng)烈渦流，但空氣流過(guò)通道產(chǎn)生強(qiáng)烈湍流，空氣湍流使一部分燃料霧化混合。由于起動(dòng)性及經(jīng)濟(jì)性較差，基本已不被采用。五、預(yù)燃室式燃燒室（prechambersystems）43六、空氣運(yùn)動(dòng)、燃油噴射及燃燒室的匹配壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)良好的性能和排放指標(biāo)取決于燃燒過(guò)程的完善程度，空氣運(yùn)動(dòng)、燃油噴射和燃燒室結(jié)構(gòu)是最重要的影響因素。在大型柴油機(jī)中，不組織空氣渦流運(yùn)動(dòng)，依靠高壓噴射、多孔噴嘴等燃油系統(tǒng)參數(shù)就能達(dá)到較好的性能。在中、小型高速柴油機(jī)中，組織進(jìn)氣渦流，促進(jìn)混合氣的形成和燃燒過(guò)程。對(duì)于一定缸徑和轉(zhuǎn)速的發(fā)動(dòng)機(jī)，根據(jù)燃油系統(tǒng)參數(shù)和燃燒室結(jié)構(gòu)參數(shù)確定一個(gè)最佳渦流比。最佳渦流比隨發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速而變化，在低速時(shí)應(yīng)為高渦流比，在高速時(shí)應(yīng)為低渦流比?？勺儨u流進(jìn)氣系統(tǒng)。由于直噴式柴油機(jī)具有經(jīng)濟(jì)性好的明顯特點(diǎn)，柴油機(jī)向直噴化方向發(fā)展。六、空氣運(yùn)動(dòng)、燃油噴射及燃燒室的匹配壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)良好的性能和44六、空氣運(yùn)動(dòng)、燃油噴射及燃燒室的匹配圖

二氣門柴油機(jī)的燃燒室、油嘴頭部中心與氣缸中心的位置關(guān)系O點(diǎn)氣缸中心O1點(diǎn)噴油嘴中心O2點(diǎn)燃燒室中心O3點(diǎn)、O4點(diǎn)進(jìn)排氣中心點(diǎn)其中：噴油器最大偏移量a：8%~10%D；氣門最大偏移量b：8%~10%D；燃燒室最大偏移量c：5%D

六、空氣運(yùn)動(dòng)、燃油噴射及燃燒室的匹配圖二氣門柴油機(jī)的燃燒45六、空氣運(yùn)動(dòng)、燃油噴射及燃燒室的匹配圖

噴油嘴噴孔油線在燃燒室內(nèi)分布計(jì)算示意圖

圖

噴油嘴噴孔油線在燃燒室周向分布形式

圖

噴孔數(shù)與進(jìn)氣渦流比的匹配關(guān)系（燃燒室口徑比dk/D=60%，縮口比=85%）

六、空氣運(yùn)動(dòng)、燃油噴射及燃燒室的匹配圖噴油嘴噴孔油線在燃46六、空氣運(yùn)動(dòng)、燃油噴射及燃燒室的匹配圖

噴油嘴噴孔油線在燃燒室內(nèi)分布計(jì)算示意圖

圖

噴油嘴噴孔油線在燃燒室周向分布形式

試驗(yàn)結(jié)論：1）油線等角度布置時(shí)，柴油機(jī)的低速性能較好;2）油線等面積布置時(shí)，柴油機(jī)的高速性能較好;3）油線等圓弧布置時(shí)，可在高低速之間取得折中的性能指標(biāo)六、空氣運(yùn)動(dòng)、燃油噴射及燃燒室的匹配圖噴油嘴噴孔油線在燃47一美國(guó)EPA第階段

第五章柴油機(jī)的燃燒分析

§5-3非道路用柴油機(jī)的排放法規(guī)Ⅳ一美國(guó)EPA第階段第五章柴油機(jī)的燃燒分析

48一美國(guó)EPA第階段

第五章柴油機(jī)的燃燒分析

§5-3非道路用柴油機(jī)的排放法規(guī)Ⅳ一美國(guó)EPA第階段第五章柴油機(jī)的燃燒分析

49一美國(guó)EPA第階段

第五章柴油機(jī)的燃燒分析

§5-3非道路用柴油機(jī)的排放法規(guī)Ⅳ一美國(guó)EPA第階段第五章柴油機(jī)的燃燒分析

50一美國(guó)EPA第階段

第五章柴油機(jī)的燃燒分析

§5-3非道路用柴油機(jī)的排放法規(guī)Ⅳ一美國(guó)EPA第階段第五章柴油機(jī)的燃燒分析

51一美國(guó)EPA第階段

第五章柴油機(jī)的燃燒分析

§5-3非道路用柴油機(jī)的排放法規(guī)Ⅳ一美國(guó)EPA第階段第五章柴油機(jī)的燃燒分析

52一美國(guó)EPA第階段

第五章柴油機(jī)的燃燒分析

§5-3非道路用柴油機(jī)的排放法規(guī)Ⅳ一美國(guó)EPA第階段第五章柴油機(jī)的燃燒分析

53二歐洲法規(guī)

第五章柴油機(jī)的燃燒分析

§5-3非道路用柴油機(jī)的排放法規(guī)二歐洲法規(guī)第五章柴油機(jī)的燃燒分析

54二歐洲法規(guī)

第五章柴油機(jī)的燃燒分析

§5-3非道路用柴油機(jī)的排放法規(guī)二歐洲法規(guī)第五章柴油機(jī)的燃燒分析

55二歐洲法規(guī)

第五章柴油機(jī)的燃燒分析

§5-3非道路用柴油機(jī)的排放法規(guī)二歐洲法規(guī)第五章柴油機(jī)的燃燒分析

56三日本法規(guī)

第五章柴油機(jī)的燃燒分析

§5-3非道路用柴油機(jī)的排放法規(guī)三日本法規(guī)第五章柴油機(jī)的燃燒分析

57四中國(guó)法規(guī)

第五章柴油機(jī)的燃燒分析

§5-3非道路用柴油機(jī)的排放法規(guī)四中國(guó)法規(guī)第五章柴油機(jī)的燃燒分析

58四中國(guó)法規(guī)

第五章柴油機(jī)的燃燒分析

§5-3非道路用柴油機(jī)的排放法規(guī)型式核準(zhǔn)執(zhí)行時(shí)間四中國(guó)法規(guī)第五章柴油機(jī)的燃燒分析

59四中國(guó)法規(guī)

第五章柴油機(jī)的燃燒分析

§5-3非道路用柴油機(jī)的排放法規(guī)非恒定轉(zhuǎn)速柴油機(jī)試驗(yàn)工況四中國(guó)法規(guī)第五章柴油機(jī)的燃燒分析

60四中國(guó)法規(guī)

第五章柴油機(jī)的燃燒分析

§5-3非道路用柴油機(jī)的排放法規(guī)恒定轉(zhuǎn)速柴油機(jī)試驗(yàn)工況四中國(guó)法規(guī)第五章柴油機(jī)的燃燒分析

61五主要技術(shù)措施

第五章柴油機(jī)的燃燒分析

§5-3非道路用柴油機(jī)的排放法規(guī)控制策略說(shuō)明增加柴油機(jī)的十六烷值能有效地降低發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣顆粒PM、CO和NOx的排放。降低燃料中的S含量可以降低13％～22％的PM顆粒排放。減少燃料中的芳烴成分可以減少NOx的排放增壓中冷技術(shù)柴油機(jī)采用增壓中冷系統(tǒng)后，滯燃期縮短，在稀烯火焰熄滅區(qū)內(nèi)積壓的燃油量較少，從而減少排氣中有害成分碳?xì)浠衔?HC)和氮氧化物(NOx)的生成。目前，增壓方法主要有機(jī)械增壓、廢氣渦輪增壓、氣波增壓三種方式。廢氣再循環(huán)（EGR）內(nèi)部EGR和冷卻EGR廢氣再循環(huán)系統(tǒng)是將柴油機(jī)產(chǎn)生的廢氣的一小部分再送回氣缸。由于柴油機(jī)中富余的氧氣較多，當(dāng)送回氣缸的廢氣與新鮮空氣混合后，該過(guò)程導(dǎo)致氣缸內(nèi)氧氣濃度降低，使燃燒速度減慢，燃燒溫度下降，從而減少有害成分氮氧化物(NOx)的形成。四氣門技術(shù)四氣門柴油機(jī)可以加大氣門面積，增加進(jìn)氣量，減少高速時(shí)的泵吸功，又可使燃燒室凹坑和缸蓋上的噴油器位置布置在氣缸中央，從而改善了進(jìn)氣渦流及油霧分布的均勻性，加速混合氣的形成，并且改善了活塞和噴油器的冷卻條件，同時(shí)可在不同轉(zhuǎn)速下實(shí)現(xiàn)渦流比可變，實(shí)現(xiàn)高效燃燒、清潔排放?？勺冞M(jìn)氣渦流系統(tǒng)對(duì)于一定渦流比的瞬態(tài)工況，隨著轉(zhuǎn)矩變化率的增大，柴油機(jī)的微粒排放量逐漸增加。渦流比越小，瞬態(tài)工況微粒的排放隨轉(zhuǎn)矩變化率增大的速率越高。相同轉(zhuǎn)矩增長(zhǎng)率的瞬態(tài)工況，隨著渦流比的增大，柴油機(jī)微粒的排放量逐漸降低。提高恒轉(zhuǎn)速，增加轉(zhuǎn)矩瞬態(tài)工況氣缸內(nèi)的渦流強(qiáng)度，可以降低柴油機(jī)微粒的排放量。五主要技術(shù)措施第五章柴油機(jī)的燃燒分62五主要技術(shù)措施

第五章柴油機(jī)的燃燒分析

§5-3非道路用柴油機(jī)的排放法規(guī)降低機(jī)油消耗機(jī)油消耗率高，說(shuō)明竄入氣缸中的機(jī)油增加，機(jī)油竄人燃燒室后，將引起柴油機(jī)排放顆粒的增加，所以降低機(jī)油消耗率，就會(huì)降低柴油機(jī)的顆粒排放。柴油機(jī)顆粒物過(guò)濾器(DPF)DPF的研究主要集中在過(guò)濾材料和過(guò)濾體再生2個(gè)關(guān)鍵技術(shù)上，對(duì)柴油車排放的小顆粒的處理很有效果。排氣后PM處理技術(shù)（顆粒捕集器PDF）可將排氣中微粒捕捉不使其排出機(jī)外，再利用催化劑，氧化器，燃燒器等進(jìn)行分懈、燃燒。這利裝置可將柴油機(jī)排氣中有害物微粒減少70％-90％。用來(lái)捕集微粒的過(guò)濾器的材料和結(jié)構(gòu)有許多種，常用的有整體式陶瓷，金屬絲網(wǎng)，紡織纖維圈，陶瓷纖維，泡沫陶瓷等。低溫等離子技術(shù)主要研究集中在放電加強(qiáng)微粒荷電并通過(guò)電場(chǎng)驅(qū)進(jìn)捕獲微粒，放電產(chǎn)生等離子體，化學(xué)反應(yīng)降低NOx等氣態(tài)污染物，以及同時(shí)捕集炭煙微粒和去除NOx。另外，還通過(guò)添加劑或催化劑提高NOx去除效率和降低能耗等。低溫等離子體放電方法具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不影響柴油機(jī)運(yùn)行性能以及同時(shí)捕集炭煙微粒和降低NOx等潛在優(yōu)勢(shì)，是柴油機(jī)后處理研究的新發(fā)展方向。五主要技術(shù)措施第五章柴油機(jī)的燃燒分63五主要技術(shù)措施

第五章柴油機(jī)的燃燒分析

§5-3非道路用柴油機(jī)的排放法規(guī)電控VE分配泵可以實(shí)現(xiàn)燃油的高壓噴射，有效改善燃油品質(zhì)，使得燃燒充分。從而降低PM、CO、NOx、HC的排放。高壓共軌噴射系統(tǒng)高壓共軌噴射系統(tǒng)是建立在直噴技術(shù)、預(yù)噴射技術(shù)和電控技術(shù)基礎(chǔ)之上的一種全新概念的噴射系統(tǒng)。高壓共軌噴射系統(tǒng)通過(guò)對(duì)噴油要素的優(yōu)化控制柴油機(jī)燃燒更充分，從而減少燃燒中有害物的形成，使柴油機(jī)的有害排放，噪聲排放和冷起動(dòng)性能都得到很大改善。靜電技術(shù)靜電除塵用于微粒捕集，因柴油機(jī)排放微粒呈帶電，適合靜電收集且靜電除塵不影響柴油機(jī)運(yùn)行性能，其缺點(diǎn)是靜電捕集效率低，除塵器體積大。過(guò)濾技術(shù)過(guò)濾技術(shù)的研究主要集中在對(duì)濾芯的研究上，濾芯的不同，壓力損失和過(guò)濾效率也不同，這種技術(shù)對(duì)微粒有較好的收集效率，但由于再生的原因，導(dǎo)致排氣被壓增加，影響過(guò)濾效率。燃燒室優(yōu)化啞鈴型的縮口燃燒室在燃燒上止點(diǎn)后的膨脹行程中仍能保持較強(qiáng)的渦流，這對(duì)加強(qiáng)柴油機(jī)燃燒過(guò)程后期的擴(kuò)散燃燒十分有利。啞鈴型的縮口燃燒室是減少燃燒過(guò)程中NOx的生成而推遲噴油，不致造成燃燒品質(zhì)的嚴(yán)重惡化，從而改善NOx與微粒之間的折衷選擇。五主要技術(shù)措施第五章柴油機(jī)的燃燒分64五主要技術(shù)措施

第五章柴油機(jī)的燃燒分析

§5-3非道路用柴油機(jī)的排放法規(guī)勻質(zhì)混合壓縮點(diǎn)火式燃燒技術(shù)(HCCI)這種技術(shù)的最顯著特點(diǎn)是可同時(shí)降低柴油機(jī)的顆粒物和NOx排放，HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)是利用均質(zhì)混合氣，通過(guò)提高壓縮比、采用廢氣再循環(huán)，進(jìn)氣加溫和增壓等手段提高缸內(nèi)混合氣的溫度和壓力，促使混合氣進(jìn)行壓縮自燃，在缸內(nèi)形成多點(diǎn)火核，有效地維持燃燒的穩(wěn)定性，并減少了火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x和燃燒持續(xù)期。顆粒氧化催化轉(zhuǎn)化器(POC)是一種全新的柴油機(jī)后處理設(shè)計(jì)理念，在歐洲是為歐Ⅳ、歐Ⅴ階段設(shè)計(jì)的．它可以捕捉并氧化部分顆粒物。其結(jié)構(gòu)是使廢氣通過(guò)一個(gè)多褶皺而不堵塞的通道，它可以降低顆粒物中可揮發(fā)的有機(jī)成分．對(duì)顆粒物的轉(zhuǎn)化效率可達(dá)到60％以上。除此之外，POC與后處理系統(tǒng)配合使用，可將90％以上的CO和HC轉(zhuǎn)化成H2O和CO2。氧化催化劑(DOC)DOC主要用于處理排氣中的HC、CO和顆粒物中的可溶性有機(jī)物(SOF)。液態(tài)碳?xì)浠衔?，由于其燃燒溫度較低，使用氧化催化劑可以使其減少90％以上。對(duì)微粒中的干碳煙(drysoot)幾乎無(wú)影響，影響DOC工作性能的主要因素是排氣溫度和燃油中的含硫量。氨選擇性催化還原NOx(NH3-SCR)用V2O5／TiO2催化劑，在氧氣大大過(guò)量的條件下讓NH3選擇性地還原NOx到N2．使用了以TiO2為基礎(chǔ)的催化劑保證了催化轉(zhuǎn)化器對(duì)SO2有很強(qiáng)的耐受性。目前，NH3-SCR被視為最有希望實(shí)際應(yīng)用于重型柴油機(jī)尾氣NOx凈化的技術(shù)之一?？紤]到氨的強(qiáng)刺激性與毒性為公眾難以接受，氨的堿性對(duì)設(shè)備有較強(qiáng)的腐蝕性，研究者們傾向于以尿素(32．5％的尿素水溶液)代替氨選擇性催化還原柴油機(jī)尾氣中的氮氧化物(UREA-SCR)。UREA-SCR體系已成為滿足歐Ⅴ與US2007的重型柴油車NOx凈化首選技術(shù)，在歐洲已經(jīng)得到初步示范應(yīng)用。但使用NOx的UREA-SCR技術(shù)時(shí)，在較低溫條件下存在著因硝酸銨與硫酸氫銨的形成并覆蓋于催化劑表面，導(dǎo)致活性降低的現(xiàn)象.與燃油經(jīng)濟(jì)性損失高于5％的NSRNOx凈化技術(shù)相比，NOx的UREA-SCR體系的燃油經(jīng)濟(jì)性損失可控制在3％以內(nèi),但UREA-SCR初期投入成本昂貴。五主要技術(shù)措施第五章柴油機(jī)的燃燒分65五主要技術(shù)措施

第五章柴油機(jī)的燃燒分析

§5-3非道路用柴油機(jī)的排放法規(guī)HC選擇性催化還原NOx(HCD-SCR)在催化劑的作用下HC選擇性地將NOx還原成N2．其中，銀/氧化鋁-乙醇的組合體系活性最佳，同時(shí)具備了良好的抗水耐硫性能，是最具應(yīng)用前景的消除重型柴油機(jī)尾氣NOx的技術(shù)方案之一。NOx貯存一還原技術(shù)(NOxstorage-reduction，NSR)NSR技術(shù)立足于三效催化劑優(yōu)異的HC和NOx同時(shí)去除能力，配合以NOx吸附劑，在發(fā)動(dòng)機(jī)稀燃狀態(tài)下將NOx吸附下來(lái)；周期性調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)成為濃燃狀態(tài)，利用尾氣中的HC還原NOx，達(dá)到同時(shí)去除的目的。要使該技術(shù)付諸實(shí)施，必須精確控制發(fā)動(dòng)機(jī)的工況，周期性地營(yíng)造稀燃、濃燃的氛圍以最大限度地發(fā)揮該催化劑的NOx凈化效率。NOx和PM組合凈化技術(shù)與四效催化劑是將現(xiàn)有成功的單項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化整合，發(fā)展成為1種具有綜合性能的單一技術(shù)裝置，即四效催化劑系統(tǒng)DPF。SCR、DPF-NSohnso等開發(fā)出SCRT系統(tǒng)豐田公司開發(fā)出的DPNR技術(shù)可視為DPF與NSR組合技術(shù)的典型。無(wú)論是SCRT組合系統(tǒng)，還是DPNR一體式N0x與PM凈化器，均是以NO2作為氧化劑，來(lái)促進(jìn)顆粒物炭煙組分的催化轉(zhuǎn)化，然后以不同的方式將N0x還原為N2，以實(shí)現(xiàn)NOx、PM以及HC、CO的同時(shí)消除，目前以上2種組合技術(shù)的硫適應(yīng)性較弱，須使用低硫柴油[<0.005％(質(zhì)量分?jǐn)?shù))]。五主要技術(shù)措施第五章柴油機(jī)的燃燒分66柴油機(jī)的燃燒分析課件67著火需要具備兩個(gè)條件：1)濃度條件：在形成的可燃混合氣中，燃料蒸氣與空氣的比例要在一定的范圍內(nèi)，這個(gè)范圍稱作著火范圍(或著火界限)。著火界限不是一成不變的，隨著溫度的升高，分子運(yùn)動(dòng)速度增加，反應(yīng)速度加快，將使著火界限擴(kuò)大。2)溫度條件：可燃混合氣必須加熱到某一臨界溫度，低于這一溫度，燃料就不能著火，我們把燃料不用外部點(diǎn)燃而能自己著火的最低溫度稱為著火溫度或自燃溫度。它與介質(zhì)壓力、加熱條件及測(cè)試方法等因素有關(guān)。著火需要具備兩個(gè)條件：2)溫度條件：可燃混合氣必須加熱到某一68柴油機(jī)的燃燒分析課件69柴油機(jī)的燃燒分析課件70二燃燒階段的劃分

柴油機(jī)的燃燒過(guò)程，可以從不同的角度用各種方法進(jìn)行研究，如高速攝影、光譜分析、采樣分析等，但最簡(jiǎn)便、應(yīng)用最多的方法是從展開的示功固上分析燃燒過(guò)程。二燃燒階段的劃分柴油機(jī)的燃燒過(guò)程，可以從不同的角度用各71燃燒過(guò)程的四個(gè)階段：第1階段：著火延遲階段(AB段)(ignitiondelay)。從噴油開始(A點(diǎn))到壓力開始急劇升高時(shí)(B點(diǎn))為止，這一段時(shí)間又稱為滯燃期。第2階段：壓力急劇上升的BC段，稱為急燃期(rapidpressurerise)。滯燃期內(nèi)噴入氣缸的燃料幾乎一起燃燒，而且是在活塞靠近上止點(diǎn)、氣缸容積較小的情況下燃燒，因此氣缸中壓力升高特別快。平均壓力升高比不宜超過(guò)0.4MPa/o(CA)燃燒過(guò)程的四個(gè)階段：第1階段：72第3階段：從壓力急劇升高的終點(diǎn)(C點(diǎn))到壓力開始急劇下降的D點(diǎn)為止，稱為緩燃期(controlledpressurerise)。加強(qiáng)緩燃期內(nèi)空氣運(yùn)動(dòng)，加速混合氣形成，對(duì)保證在上止點(diǎn)附近迅速而完全燃燒有重要作用。第4階段：從緩燃期的終點(diǎn)(D點(diǎn))到燃料基本上完全燃燒時(shí)(E點(diǎn))為止，稱為后燃期(burningontheexpansionstroke)。后燃期所放出的熱量不能有效利用，并增加了散往冷卻水的熱損失，使柴油機(jī)經(jīng)濟(jì)性下降；增加活塞組的熱負(fù)荷以及使排氣溫度增高，所以應(yīng)盡量減少過(guò)后燃燒。第3階段：73內(nèi)燃機(jī)工作過(guò)程系統(tǒng)布置圖

內(nèi)燃機(jī)工作過(guò)程系統(tǒng)布置圖74三滯燃期

滯燃期越長(zhǎng)，則在滯燃期內(nèi)噴入燃燒室的燃料就越多，在著火前形成的可燃混合氣就越多。這些燃料在第2階段中幾乎一起燃燒，使壓力升高比和最高燃燒壓力較高，運(yùn)動(dòng)零件受到強(qiáng)烈的沖擊負(fù)荷，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)粗暴，影響發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命。三滯燃期滯燃期越長(zhǎng)，則在滯燃期內(nèi)噴入燃燒室的燃料就越多75影響滯燃期因素：

壓縮溫度和壓力是影響滯燃期的主要因素。噴油提前角、轉(zhuǎn)速以及燃料性質(zhì)等對(duì)滯燃期也有較大影響。1）隨著壓縮溫度和壓力提高，滯燃期減小。影響滯燃期因素：76影響滯燃期的因素：2）噴油定時(shí)對(duì)滯燃期的影響通過(guò)壓縮溫度和壓力而起作用。存在一個(gè)使滯燃期最短的噴油提前角。為了保證有較好的功率和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，希望在上止點(diǎn)前5-10°(CA)開始著火燃燒，保證燃燒在上止點(diǎn)附近完成。影響滯燃期的因素：77影響滯燃期的因素：3）隨著增壓壓力提高，滯燃期顯著縮短。增壓空氣溫度升高，滯燃期縮短。影響滯燃期的因素：78影響滯燃期因素：4）轉(zhuǎn)速對(duì)滯燃期的影響隨著轉(zhuǎn)速增加，以秒計(jì)的滯燃期縮短，以曲軸計(jì)滯燃期Ψi則可能增加或減小。影響滯燃期因素：79四、燃燒放熱規(guī)律(Heatreleaserate)燃燒規(guī)律(放熱規(guī)律)加熱規(guī)律傳熱規(guī)律四、燃燒放熱規(guī)律(Heatreleaserate)燃燒規(guī)80由實(shí)測(cè)的示功圖進(jìn)行數(shù)值計(jì)算可得到燃燒放熱規(guī)律：1）瞬時(shí)放熱速率——在燃燒過(guò)程的某一時(shí)刻，單位時(shí)間內(nèi)燃燒的燃油放出的熱量2）累積放熱百分比——從燃燒過(guò)程開始至某一時(shí)刻止，已燃燃油與循環(huán)供油量的比值。由實(shí)測(cè)的示功圖進(jìn)行數(shù)值計(jì)算可得到燃燒放熱規(guī)律：81圖

直噴式柴油機(jī)的放熱規(guī)律

圖

自然吸氣式車用柴油機(jī)的放熱規(guī)律以及累計(jì)放熱率的變化曲線a）變負(fù)荷時(shí)的放熱規(guī)律b）變轉(zhuǎn)速時(shí)的放熱規(guī)律c）變負(fù)荷時(shí)的累計(jì)放熱率d）變轉(zhuǎn)速時(shí)的累計(jì)放熱率

圖直噴式柴油機(jī)的放熱規(guī)律圖自然吸氣式車用柴油機(jī)的放熱規(guī)82圖

增壓轎車柴油機(jī)的放熱規(guī)律

圖增壓中速柴油機(jī)的放熱規(guī)律與累計(jì)放熱率的變化曲線

圖增壓轎車柴油機(jī)的放熱規(guī)律圖增壓中速柴油機(jī)的放熱規(guī)律83噴射率燃燒率噴射曲軸角度著火圖

根據(jù)噴油規(guī)律估算放熱規(guī)律的林氏三角形堆砌法

曲軸角度曲軸角度曲軸角度放熱率/(J/°CA)圖

按噴油規(guī)律預(yù)測(cè)的放熱規(guī)律與實(shí)際放熱規(guī)律的比較

噴射率燃燒率噴射曲軸角度著火圖根據(jù)噴油規(guī)律估算放熱規(guī)律84

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)確定后，氣缸壓力變化特性主要由燃燒規(guī)律(或加熱規(guī)律)所決定(公式5-21)，從而燃燒放熱規(guī)律強(qiáng)烈影響平均有效壓力、燃油消耗、最高燃燒壓力、燃燒噪聲等性能指標(biāo)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)確定后，氣缸壓力變化特性主要由燃燒規(guī)律(或85

開始放熱的時(shí)刻、放熱規(guī)律和放熱持續(xù)時(shí)間是燃燒過(guò)程的三個(gè)主要要素，它們對(duì)性能的影響主要表現(xiàn)在循環(huán)熱效率和最高燃燒壓力兩個(gè)方面。比較合適的放熱規(guī)律是希望燃燒先緩后急，即開始放熱要適中，壓力升高比不超過(guò)0.4~0.6MPa／[(CA)]，以滿足運(yùn)轉(zhuǎn)柔和的要求；隨后燃燒要加快，使燃料盡量接近上止點(diǎn)附近燃燒，一般燃燒持續(xù)時(shí)間不應(yīng)超過(guò)上止點(diǎn)后40o(CA)，以滿足經(jīng)濟(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)的要求。開始放熱的時(shí)刻、放熱規(guī)律和放熱持續(xù)時(shí)間是燃燒過(guò)程86五、燃燒噪聲(combustionnoise)

燃燒噪聲與壓力升高比有密切的關(guān)系，如果壓力升高比過(guò)大，則產(chǎn)生強(qiáng)烈的震音，我們稱這種現(xiàn)象為柴油機(jī)的工作粗暴(或敲缸knock)。降低燃燒噪聲的主要途徑有：1．縮短滯燃期（如：十六烷值高的燃料）2．減小滯燃期內(nèi)的噴油量；二級(jí)噴射pilotinjection。3．減少滯燃期內(nèi)形成的可燃混合氣數(shù)量（油膜蒸發(fā)混合）五、燃燒噪聲(combustionnoise)87五、燃燒噪聲(combustionnoise)怠速敲缸

柴油機(jī)冷起動(dòng)或怠速時(shí)，溫度較低，滯燃期較長(zhǎng)，潤(rùn)滑油粘度較高，摩擦損失較大，盡管無(wú)負(fù)荷，每循環(huán)的噴油量仍相當(dāng)大，因此壓力升高比也較大，產(chǎn)生較強(qiáng)的震音，這種噪聲稱怠速敲缸；隨著轉(zhuǎn)速升高及帶負(fù)荷運(yùn)行，怠速噪聲即自行消失。五、燃燒噪聲(combustionnoise)怠速敲缸88柴油機(jī)的燃燒分析課件89柴油機(jī)的燃燒分析課件90柴油機(jī)的燃燒分析課件91柴油機(jī)的燃燒分析課件92柴油機(jī)的燃燒分析課件93燃燒室分類：直接噴射式燃燒室、分隔式燃燒室直接噴射式柴油機(jī)：淺盆形、深坑形；無(wú)渦流直噴式和有渦流直噴式兩種。氣缸直徑越大，燃燒室就越淺。淺盆形燃燒室不組織進(jìn)氣渦流或弱進(jìn)氣渦流，而深坑形燃燒室一般都組織較強(qiáng)的進(jìn)氣渦流。分隔式燃燒室：渦流室、預(yù)燃室第五章柴油機(jī)的燃燒分析

§5-2壓燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒室燃燒室分類：直接噴射式燃燒室、分隔式燃燒室第五章柴油機(jī)的94第五章柴油機(jī)的燃燒分析

§5-2壓燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒室圖直噴式燃燒室示例a）淺盆形b）圓柱形c）形c）帶縮口的形

第五章柴油機(jī)的燃燒分析

§5-2壓燃式內(nèi)燃機(jī)的燃95一、淺盆形燃燒室

（shallowbowlcombustionchambers）一、淺盆形燃燒室

（shallowbowlcombust96淺盆形燃燒室1)混合氣形成主要靠燃油的噴霧，對(duì)噴霧質(zhì)量要求高，采用多孔噴嘴，6~12個(gè)噴孔，直徑很?。?.12mm），最高噴油壓力高（140MPa），對(duì)燃油系統(tǒng)要求較高。2)油束與燃燒室形狀相配合，燃料要盡可能地分布到整個(gè)燃燒室空間。3)燃燒室中一般不組織空氣渦流運(yùn)動(dòng)，依靠油束的擴(kuò)展使燃油與空氣混合。淺盆形燃燒室97淺盆形燃燒室4)燃燒室形狀簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)緊湊。經(jīng)濟(jì)性好，容易起動(dòng)。5)因均勻的空間混合，在滯燃期內(nèi)形成的可燃混合氣較多，因此最高燃燒壓力及壓力升高比較高，工作粗暴。6)對(duì)轉(zhuǎn)速和燃料較敏感。（噴霧質(zhì)量隨轉(zhuǎn)速而變）7)過(guò)量空氣系數(shù)較大。淺盆形燃燒室一般不組織氣流運(yùn)動(dòng)，工作過(guò)程組織的關(guān)鍵是燃油噴射和燃燒室形狀之間的合理配合。淺盆形燃燒室98二、深坑形燃燒室

(deepbowlcombustionchambers)

(一)混合氣形成特點(diǎn)小型高速柴油機(jī)轉(zhuǎn)速高，為了獲得較好的性能指標(biāo)，就要求在較小的過(guò)量空氣系數(shù)時(shí)有較好的燃燒過(guò)程。于是出現(xiàn)了有渦流的深坑形燃燒室。燃燒室基本上分成兩個(gè)空間：活塞中的燃燒室容積VK及活塞頂上的余隙容積V，采用4~6孔噴油器，噴孔直徑較大(0.35mm左右)。混合氣形成一方面利用噴霧，一方面組織進(jìn)氣渦流及形成擠流促進(jìn)混合氣形成和燃燒。深坑形燃燒室利用進(jìn)氣渦流加強(qiáng)混合氣的形成，使空氣利用率大大提高，一般a＝1.3~1.5，并保持燃油消耗率低和起動(dòng)容易的優(yōu)點(diǎn)，所以在小型高速柴油機(jī)上獲得廣泛應(yīng)用。二、深坑形燃燒室

(deepbowlcombustion99柴油機(jī)的燃燒分析課件100柴油機(jī)的燃燒分析課件101（二）燃燒室設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1．廣泛采用ω形燃燒室。2．燃燒室尺寸：VK/Vc要盡可能大，一般VK/Vc=0.75~0.85。主要措施是減小活塞頂隙S0。dK/D要合適，要與油束射程配合。（二）燃燒室設(shè)計(jì)要點(diǎn)1．廣泛采用ω形燃燒室。102三、球形油膜燃燒方式

球形油膜燃燒室是深坑型燃燒室的一種，其混合氣形成主要是油膜蒸發(fā)混合。三、球形油膜燃燒方式球形油膜燃燒室是深坑型燃燒室的一種103

將燃油順氣流方向沿燃燒室壁面噴射，在強(qiáng)烈的進(jìn)氣渦流作用下，將燃油攤布在燃燒室壁上，形成一層很薄的油膜。燃燒室壁溫200~350℃，使壁面上的燃料在較低的溫度下蒸發(fā)，以控制燃料的裂解。從油束中分散出來(lái)的一小部分燃料在熾熱的空氣中首先形成火核，然后靠此火核點(diǎn)燃從壁面蒸發(fā)形成的可燃混合氣。隨著燃燒進(jìn)行，大量熱量輻射在油膜上，使油膜加速蒸發(fā)，不斷提供新鮮混合氣，保證迅速地燃燒。球形油膜燃燒室發(fā)動(dòng)機(jī)工作柔和，燃燒噪聲小，排煙少，性能指標(biāo)好。將燃油順氣流方向沿燃燒室壁面噴射，在強(qiáng)烈的進(jìn)氣渦流作用下，104

在小型高速柴油機(jī)中，純粹的空間霧化混合是沒(méi)有的，燃油都或多或少地噴到燃燒室壁面上，實(shí)際的混合過(guò)程是介于空間霧化混合和油膜蒸發(fā)混合之間。在小型高速柴油機(jī)中，純粹的空間霧化混合是沒(méi)有的，燃油105四、渦流室燃燒室

(swirlcombustionchamber)四、渦流室燃燒室

(swirlcombustioncha106混合氣形成

主燃燒室和渦流室之間用一個(gè)或數(shù)個(gè)通道相連，通道方向與活塞頂成一定角度，噴油嘴安裝在渦流室內(nèi)，燃油順渦流方向噴射。在壓縮過(guò)程中，氣缸中的空氣被活塞推擠，經(jīng)過(guò)通道流入渦流室，形成強(qiáng)烈的有組織的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，促使噴入渦流室中的燃油混合。當(dāng)渦流室中著火燃燒后，氣體壓力、溫度迅速升高；在膨脹行程期間，渦流室中末燃燒的燃料、空氣及燃?xì)庖黄鸾?jīng)過(guò)通道流入主燃燒室中(形成二次渦流)，與燃燒室的空氣進(jìn)一步混合燃燒?；旌蠚庑纬?07渦流室柴油機(jī)特點(diǎn)1)混合氣形成和燃燒主要是利用有組織的強(qiáng)烈的壓縮渦流，因此對(duì)噴霧質(zhì)量要求不高，一般采用軸針式噴油嘴，噴油壓力較低，這可降低對(duì)燃油系統(tǒng)的要求，減少噴孔堵塞等故障。2)由于壓縮渦流隨轉(zhuǎn)速升高而加強(qiáng)，所以在轉(zhuǎn)速較高時(shí)仍保證較好的混合質(zhì)量。3)因?yàn)橛袕?qiáng)烈的壓縮渦流保證較好的混合質(zhì)量，使空氣能較充分利用，過(guò)量空氣系數(shù)較小。由于燃燒初期在渦流室內(nèi)進(jìn)行，工作較為平穩(wěn)。4)渦流室的相對(duì)散熱面積較大，散熱損失較大，在渦流室發(fā)動(dòng)機(jī)中，氣體經(jīng)過(guò)通道流動(dòng)，節(jié)流損失也較大，因此，冷起動(dòng)困難，燃油消耗率較高。5)由于主燃燒室最高溫度相對(duì)較低，因此可減少NOx排放，此外，HC和微粒排放均比直噴式柴油機(jī)低。渦流室柴油機(jī)特點(diǎn)108五、預(yù)燃室式燃燒室（prechambersystems）

由位于氣缸蓋內(nèi)的預(yù)燃室和活塞上方的主燃燒室所組成，兩者之間由一個(gè)或數(shù)個(gè)孔道相連，噴油嘴安裝在預(yù)燃室中心線附近。不產(chǎn)生有組織的強(qiáng)烈渦流，但空氣流過(guò)通道產(chǎn)生強(qiáng)烈湍流，空氣湍流使一部分燃料霧化混合。由于起動(dòng)性及經(jīng)濟(jì)性較差，基本已不被采用。五、預(yù)燃室式燃燒室（prechambersystems）109六、空氣運(yùn)動(dòng)、燃油噴射及燃燒室的匹配壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)良好的性能和排放指標(biāo)取決于燃燒過(guò)程的完善程度，空氣運(yùn)動(dòng)、燃油噴射和燃燒室結(jié)構(gòu)是最重要的影響因素。在大型柴油機(jī)中，不組織空氣渦流運(yùn)動(dòng)，依靠高壓噴射、多孔噴嘴等燃油系統(tǒng)參數(shù)就能達(dá)到較好的性能。在中、小型高速柴油機(jī)中，組織進(jìn)氣渦流，促進(jìn)混合氣的形成和燃燒過(guò)程。對(duì)于一定缸徑和轉(zhuǎn)速的發(fā)動(dòng)機(jī)，根據(jù)燃油系統(tǒng)參數(shù)和燃燒室結(jié)構(gòu)參數(shù)確定一個(gè)最佳渦流比。最佳渦流比隨發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速而變化，在低速時(shí)應(yīng)為高渦流比，在高速時(shí)應(yīng)為低渦流比。可變渦流進(jìn)氣系統(tǒng)。由于直噴式柴油機(jī)具有經(jīng)濟(jì)性好的明顯特點(diǎn)，柴油機(jī)向直噴化方向發(fā)展。六、空氣運(yùn)動(dòng)、燃油噴射及燃燒室的匹配壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)良好的性能和110六、空氣運(yùn)動(dòng)、燃油噴射及燃燒室的匹配圖

二氣門柴油機(jī)的燃燒室、油嘴頭部中心與氣缸中心的位置關(guān)系O點(diǎn)氣缸中心O1點(diǎn)噴油嘴中心O2點(diǎn)燃燒室中心O3點(diǎn)、O4點(diǎn)進(jìn)排氣中心點(diǎn)其中：噴油器最大偏移量a：8%~10%D；氣門最大偏移量b：8%~10%D；燃燒室最大偏移量c：5%D

六、空氣運(yùn)動(dòng)、燃油噴射及燃燒室的匹配圖二氣門柴油機(jī)的燃燒111六、空氣運(yùn)動(dòng)、燃油噴射及燃燒室的匹配圖

噴油嘴噴孔油線在燃燒室內(nèi)分布計(jì)算示意圖

圖

噴油嘴噴孔油線在燃燒室周向分布形式

圖

噴孔數(shù)與進(jìn)氣渦流比的匹配關(guān)系（燃燒室口徑比dk/D=60%，縮口比=85%）

六、空氣運(yùn)動(dòng)、燃油噴射及燃燒室的匹配圖噴油嘴噴孔油線在燃112六、空氣運(yùn)動(dòng)、燃油噴射及燃燒室的匹配圖

噴油嘴噴孔油線在燃燒室內(nèi)分布計(jì)算示意圖

圖

噴油嘴噴孔油線在燃燒室周向分布形式

試驗(yàn)結(jié)論：1）油線等角度布置時(shí)，柴油機(jī)的低速性能較好;2）油線等面積布置時(shí)，柴油機(jī)的高速性能較好;3）油線等圓弧布置時(shí)，可在高低速之間取得折中的性能指標(biāo)六、空氣運(yùn)動(dòng)、燃油噴射及燃燒室的匹配圖噴油嘴噴孔油線在燃113一美國(guó)EPA第階段

第五章柴油機(jī)的燃燒分析

§5-3非道路用柴油機(jī)的排放法規(guī)Ⅳ一美國(guó)EPA第階段第五章柴油機(jī)的燃燒分析

114一美國(guó)EPA第階段

第五章柴油機(jī)的燃燒分析

§5-3非道路用柴油機(jī)的排放法規(guī)Ⅳ一美國(guó)EPA第階段第五章柴油機(jī)的燃燒分析

115一美國(guó)EPA第階段

第五章柴油機(jī)的燃燒分析

§5-3非道路用柴油機(jī)的排放法規(guī)Ⅳ一美國(guó)EPA第階段第五章柴油機(jī)的燃燒分析

116一美國(guó)EPA第階段

第五章柴油機(jī)的燃燒分析

§5-3非道路用柴油機(jī)的排放法規(guī)Ⅳ一美國(guó)EPA第階段第五章柴油機(jī)的燃燒分析

117一美國(guó)EPA第階段

第五章柴油機(jī)的燃燒分析

§5-3非道路用柴油機(jī)的排放法規(guī)Ⅳ一美國(guó)EPA第階段第五章柴油機(jī)的燃燒分析

118一美國(guó)EPA第階段

第五章柴油機(jī)的燃燒分析

§5-3非道路用柴油機(jī)的排放法規(guī)Ⅳ一美國(guó)EPA第階段第五章柴油機(jī)的燃燒分析

119二歐洲法規(guī)

第五章柴油機(jī)的燃燒分析

§5-3非道路用柴油機(jī)的排放法規(guī)二歐洲法規(guī)第五章柴油機(jī)的燃燒分析

120二歐洲法規(guī)

第五章柴油機(jī)的燃燒分析

§5-3非道路用柴油機(jī)的排放法規(guī)二歐洲法規(guī)第五章柴油機(jī)的燃燒分析

121二歐洲法規(guī)

第五章柴油機(jī)的燃燒分析

§5-3非道路用柴油機(jī)的排放法規(guī)二歐洲法規(guī)第五章柴油機(jī)的燃燒分析

122三日本法規(guī)

第五章柴油機(jī)的燃燒分析

§5-3非道路用柴油機(jī)的排放法規(guī)三日本法規(guī)第五章柴油機(jī)的燃燒分析

123四中國(guó)法規(guī)

第五章柴油機(jī)的燃燒分析

§5-3非道路用柴油機(jī)的排放法規(guī)四中國(guó)法規(guī)第五章柴油機(jī)的燃燒分析

124四中國(guó)法規(guī)

第五章柴油機(jī)的燃燒分析

§5-3非道路用柴油機(jī)的排放法規(guī)型式核準(zhǔn)執(zhí)行時(shí)間四中國(guó)法規(guī)第五章柴油機(jī)的燃燒分析

125四中國(guó)法規(guī)

第五章柴油機(jī)的燃燒分析

§5-3非道路用柴油機(jī)的排放法規(guī)非恒定轉(zhuǎn)速柴油機(jī)試驗(yàn)工況四中國(guó)法規(guī)第五章柴油機(jī)的燃燒分析

126四中國(guó)法規(guī)

第五章柴油機(jī)的燃燒分析

§5-3非道路用柴油機(jī)的排放法規(guī)恒定轉(zhuǎn)速柴油機(jī)試驗(yàn)工況四中國(guó)法規(guī)第五章柴油機(jī)的燃燒分析

127五主要技術(shù)措施

第五章柴油機(jī)的燃燒分析

§5-3非道路用柴油機(jī)的排放法規(guī)控制策略說(shuō)明增加柴油機(jī)的十六烷值能有效地降低發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣顆粒PM、CO和NOx的排放。降低燃料中的S含量可以降低13％～22％的PM顆粒排放。減少燃料中的芳烴成分可以減少NOx的排放增壓中冷技術(shù)柴油機(jī)采用增壓中冷系統(tǒng)后，滯燃期縮短，在稀烯火焰熄滅區(qū)內(nèi)積壓的燃油量較少，從而減少排氣中有害成分碳?xì)浠衔?HC)和氮氧化物(NOx)的生成。目前，增壓方法主要有機(jī)械增壓、廢氣渦輪增壓、氣波增壓三種方式。廢氣再循環(huán)（EGR）內(nèi)部EGR和冷卻EGR廢氣再循環(huán)系統(tǒng)是將柴油機(jī)產(chǎn)生的廢氣的一小部分再送回氣缸。由于柴油機(jī)中富余的氧氣較多，當(dāng)送回氣缸的廢氣與新鮮空氣混合后，該過(guò)程導(dǎo)致氣缸內(nèi)氧氣濃度降低，使燃燒速度減慢，燃燒溫度下降，從而減少有害成分氮氧化物(NOx)的形成。四氣門技術(shù)四氣門柴油機(jī)可以加大氣門面積，增加進(jìn)氣量，減少高速時(shí)的泵吸功，又可使燃燒室凹坑和缸蓋上的噴油器位置布置在氣缸中央，從而改善了進(jìn)氣渦流及油霧分布的均勻性，加速混合氣的形成，并且改善了活塞和噴油器的冷卻條件，同時(shí)可在不同轉(zhuǎn)速下實(shí)現(xiàn)渦流比可變，實(shí)現(xiàn)高效燃燒、清潔排放。可變進(jìn)氣渦流系統(tǒng)對(duì)于一定渦流比的瞬態(tài)工況，隨著轉(zhuǎn)矩變化率的增大，柴油機(jī)的微粒排放量逐漸增加。渦流比越小，瞬態(tài)工況微粒的排放隨轉(zhuǎn)矩變化率增大的速率越高。相同轉(zhuǎn)矩增長(zhǎng)率的瞬態(tài)工況，隨著渦流比的增大，柴油機(jī)微粒的排放量逐漸降低。提高恒轉(zhuǎn)速，增加轉(zhuǎn)矩瞬態(tài)工況氣缸內(nèi)的渦流強(qiáng)度，可以降低柴油機(jī)微粒的排放量。五主要技術(shù)措施第五章柴油機(jī)的燃燒分128五主要技術(shù)措施

第五章柴油機(jī)的燃燒分析

§5-3非道路用柴油機(jī)的排放法規(guī)降低機(jī)油消耗機(jī)油消耗率高，說(shuō)明竄入氣缸中的機(jī)油增加，機(jī)油竄人燃燒室后，將引起柴油機(jī)排放顆粒的增加，所以降低機(jī)油消耗率，就會(huì)降低柴油機(jī)的顆粒排放。柴油機(jī)顆粒物過(guò)濾器(DPF)DPF的研究主要集中在過(guò)濾材料和過(guò)濾體再生2個(gè)關(guān)鍵技術(shù)上，對(duì)柴油車排放的小顆粒的處理很有效果。排氣后PM處理技術(shù)（顆粒捕集器PDF）可將排氣中微粒捕捉不使其排出機(jī)外，再利用催化劑，氧化器，燃燒器等進(jìn)行分懈、燃燒。這利裝置可將柴油機(jī)排氣中有害物微粒減少70％-90％。用來(lái)捕集微粒的過(guò)濾器的材料和結(jié)構(gòu)有許多種，常用的有整體式陶瓷，金屬絲網(wǎng)，紡織纖維圈，陶瓷纖維，泡沫陶瓷等。低溫等離子技術(shù)主要研究集中在放電加強(qiáng)微粒荷電并通過(guò)電場(chǎng)驅(qū)進(jìn)捕獲微粒，放電產(chǎn)生等離子體，化學(xué)反應(yīng)降低NOx等氣態(tài)污染物，以及同時(shí)捕集炭煙微粒和去除NOx。另外，還通過(guò)添加劑或催化劑提高NOx去除效率和降低能耗等。低溫等離子體放電方法具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不影響柴油機(jī)運(yùn)行性能以及同時(shí)捕集炭煙微粒和降低NOx等潛在優(yōu)勢(shì)，是柴油機(jī)后處理研究的新發(fā)展方向。五主要技術(shù)措施第五章柴油機(jī)的燃燒分129五主要技術(shù)措施

第五章柴油機(jī)的燃燒分析

§5-3非道路用柴油機(jī)的排放法規(guī)電控VE分配泵可以實(shí)現(xiàn)燃油的高壓噴射，有效改善燃油品質(zhì)，使得燃燒充分。從而降低PM、CO、NOx、HC的排放。高壓共軌噴射系