第三章燃燒室與燃燒

第四節(jié)可燃混合氣的形成可燃混合氣是指出氣態(tài)燃油與空氣組成的一種混合氣，其組成和狀態(tài)應(yīng)保證它易于在氣缸內(nèi)發(fā)火燃燒。根據(jù)柴油機(jī)的工作原理可知、它必須采用內(nèi)部混合方法形成可燃混合氣，即燃油的噴射、霧化、蒸發(fā)與空氣混合形成可燃混合氣的全過(guò)程均發(fā)生在氣缸內(nèi)部。

混合氣形成過(guò)程是控制和決定燃燒過(guò)程的關(guān)鍵因素。它在噴油過(guò)程與燃燒過(guò)程之間起著承上啟下的紐帶作用。為保證后續(xù)的燃燒過(guò)程能取得良好的效果，柴油機(jī)對(duì)混合氣形成過(guò)程有下列共同的要求：（1）在柴油機(jī)所要求的極短時(shí)間內(nèi)，燃油要能快速地破碎、霧化、吸熱、汽化、擴(kuò)散至空氣中，并與空氣混合成有一定濃度的可燃混合氣。（2）要適當(dāng)減少著火前的供油量，以避免過(guò)高的放熱峰值，最大壓力升高率，最高爆炸壓力。同時(shí)，要加速中、后期的混合和燃燒速度。（3）要充分利用燃燒室內(nèi)的一切空氣，使之參與混合。要使活塞頂隙、氣閥坑等處的空間盡量小，以提高實(shí)際的過(guò)量空氣系數(shù)。（4）在充分利用進(jìn)氣渦流的同時(shí)，要盡量組織擠壓渦流，以便于組織燃燒室空間內(nèi)的復(fù)合渦流。要使整個(gè)混合氣形成過(guò)程和燃燒過(guò)程在各種渦流的促進(jìn)下進(jìn)行。（5）在混合氣形成過(guò)程中，要盡量發(fā)揮噴油過(guò)程，氣流運(yùn)動(dòng)和燃燒室結(jié)構(gòu)、形狀的作用，并使三者配合，以便加速和完善油氣混合。

由于柴油機(jī)機(jī)型不同，有不同的燃燒室和不同的轉(zhuǎn)速，因而影響可燃燒混合氣形成的因素亦有區(qū)別，現(xiàn)綜合主要影響因素如下：（1）燃油的霧化質(zhì)量。良好的霧化質(zhì)量對(duì)于形成可燃混合氣具有重要作用，噴射系統(tǒng)必須使噴入氣缸的燃油達(dá)到燃燒室所要求的霧化質(zhì)量。（2）燃燒室空氣渦流。燃燒室空氣渦動(dòng)可促使油束分散，增大混合的范圍，改善燃油的空間分布狀態(tài)?？諝膺\(yùn)動(dòng)能促使油粒分散到更大的空間里去。（3）噴油器噴孔數(shù)目及孔徑。噴油器噴孔數(shù)目及孔徑大小，不但與霧化質(zhì)量有關(guān)，而且還與空氣渦流的強(qiáng)度有關(guān)。噴油孔數(shù)目及孔徑要根據(jù)缸內(nèi)渦流情況及所要求的霧化質(zhì)量來(lái)確定。（4）壓縮終點(diǎn)的缸內(nèi)熱狀態(tài)。壓縮終點(diǎn)的缸內(nèi)熱狀態(tài)即為壓縮終點(diǎn)缸內(nèi)空氣壓力、溫度以及空氣渦流等，對(duì)燃油的霧化質(zhì)量、可燃混合氣的形成都有影響。（5）燃燒室類型。燃燒室的類型是多種多樣的，對(duì)不同的燃燒室，其形成的空氣渦流的強(qiáng)弱及渦動(dòng)方式會(huì)有很大區(qū)別，因而在形成可燃混合氣時(shí)也有顯著差異。一.缸內(nèi)氣體的流動(dòng)燃油經(jīng)噴油孔噴在靜止空氣中的霧化狀態(tài)及混合。擾動(dòng)的影響：受擾動(dòng)氣流作用后，油粒所走的軌跡發(fā)生了不同變化，中心部分大油粒慣性大，隨擾動(dòng)氣流偏轉(zhuǎn)??；小油粒則相反，易被攜帶，油束中心的燃油就易裸露在空氣中，加速與空氣的混合。因此，空氣擾動(dòng)吹散了油束，擴(kuò)大了燃燒前的油氣混合范圍，改善了燃油的空間分布。但擾動(dòng)過(guò)強(qiáng)會(huì)使油束貫穿力下降，可能使靠近燃燒室壁面的空氣得不到較好的利用。氣流擾動(dòng)促使油束分散，增大混合范圍，增強(qiáng)熱混合作用，促進(jìn)了油氣的混合，改善了燃燒的完善程度。1．空氣渦流的形式柴油機(jī)氣缸內(nèi)空氣繞氣缸軸線有規(guī)則地流動(dòng)稱空氣渦流(或稱旋流)。通常，在燃燒室中的空氣總是多少有些運(yùn)動(dòng)，但這種自然形成的空氣流動(dòng)很弱而且沒(méi)有規(guī)律，對(duì)混合氣的形成沒(méi)有明顯的影響。因此，為了形成空氣的渦流，必須采取專門的措施。目前在柴油機(jī)中采用的空氣渦流主要有以下幾種形式。1)進(jìn)氣禍流在空氣進(jìn)入氣缸的過(guò)程中借助于它所具有的動(dòng)能形成繞氣缸中心線旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)稱為進(jìn)氣渦流。如在四沖程柴油機(jī)上采用帶導(dǎo)氣屏的進(jìn)氣閥，采用切向進(jìn)氣道、螺旋進(jìn)氣道，以及在二沖程柴油機(jī)上采用具有切向傾斜角的進(jìn)氣口等。

2)擠壓渦流在壓縮行程期間，當(dāng)活塞接近上止點(diǎn)時(shí)，活塞頂上部環(huán)形空間的空氣被擠入活塞頂中部的凹坑容積中，這種空氣流動(dòng)稱擠壓渦流，簡(jiǎn)稱擠流。同理，當(dāng)活塞下行時(shí)凹坑容積內(nèi)的氣體又向外流向環(huán)形空間而產(chǎn)生膨脹流動(dòng)(或稱逆擠流)。在實(shí)際柴油機(jī)中，由于活塞環(huán)漏氣及空氣的粘性、傳熱損失等原因，擠流對(duì)混合的作用不明顯，而逆擠流對(duì)混合與燃燒的影響卻較為明顯。

3)壓縮渦流在壓縮行程中，氣缸中的空氣被活塞擠壓經(jīng)過(guò)通道進(jìn)入禍流室中，形成強(qiáng)烈的有規(guī)律的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，稱壓縮渦流。為此，燃燒室必須分為主、副(渦流室)兩室.4)燃燒渦流利用在預(yù)燃室中部分燃油燃燒產(chǎn)生的能量，使預(yù)燃室中的混合氣高速噴入主燃室造成主燃室空氣的強(qiáng)烈渦動(dòng)稱燃燒渦流。此種渦流可顯著加速主燃室中的混合與燃燒。為此，燃燒室領(lǐng)分為主、副(預(yù)燃室)兩室.5).湍流在氣缸中形成的無(wú)規(guī)則的氣流運(yùn)動(dòng)稱為湍流.在柴油機(jī)上組織適當(dāng)?shù)耐牧骺梢愿纳迫加?特別是在壁面附近的燃油)與空氣的混合.2.空氣渦流的作用在燃燒室中空氣渦流對(duì)混合氣形成的作用主要有：

(1)可促使油束分散，增大混合范圍?？諝獾臏u流可使油束外圍的細(xì)小油粒偏向空氣渦流軌跡，從而使油粒分散到更大的容積去。渦流越強(qiáng)，氣流對(duì)油束的吹散作用越大，即加速燃前混合。

(2)熱混合作用。在發(fā)生燃燒之后，燃燒室中空氣的旋轉(zhuǎn)渦流可使新鮮空氣與燃?xì)庠诿芏炔钭饔孟掳l(fā)生分離運(yùn)動(dòng)。密度較小的燃?xì)廒呄蛉紵抑行倪\(yùn)動(dòng)，而把密度較大的新鮮空氣由燃燒室中心擠向燃燒室外緣。以此促進(jìn)空氣與未燃燃油混合。這種混合作用稱為熱混合。

二、可燃混合氣形成方法

1．空間霧化混合法可燃混合氣是在燃燒室空間形成的。因此，燃油必須噴射到燃燒室空間并與燃燒室形狀相適應(yīng)。不允許燃油噴射到燃燒室壁面上，否則會(huì)冒黑煙和結(jié)炭。顯然，使燃燒室中的油束盡快蒸發(fā)、混合，主要取決于燃油的油束特性(霧化質(zhì)量和油束幾何形狀)和空氣的渦動(dòng)狀態(tài)兩方面因素。不同類型的柴油機(jī)對(duì)這兩方面因素的依賴程度不同：船用大、中型柴油機(jī)和低速機(jī)主要依賴于燃油的噴霧(可稱為油霧法)．而較少依賴空氣渦動(dòng)。所以這種柴油機(jī)對(duì)噴射設(shè)備的工作要求較高(如要求高壓噴射、多孔噴射等)，對(duì)噴射設(shè)備工作的變化極為敏感.

中、小型和高速柴油機(jī)主要依賴于空氣渦動(dòng)(可稱渦動(dòng)法)、而較少依賴燃油噴霧。由此，在這種柴油機(jī)的燃燒室中必須形成某種形式的空氣渦動(dòng)，而對(duì)燃油的噴射質(zhì)量要求不高(如可采用較低壓力的單孔噴射).

2．油膜蒸發(fā)混合法油膜蒸發(fā)混合法與空間霧化混合法不同：這種混合方法要求把大部分燃油(約占95％循環(huán)噴泊量)噴到燃燒室表面(如活塞頂部表面)并形成一層薄油膜。油膜受熱蒸發(fā)氣化，在燃燒室中強(qiáng)烈的空氣渦流下，油膜逐層蒸發(fā)與空氣混合成可燃混合氣。

這種混合方法除了要求按一定方向把燃油噴到燃燒室壁面上以及存在強(qiáng)烈空氣混流外，尚需嚴(yán)格控制燃燒室表面的溫度，而且要求上述三方面因素應(yīng)有最佳匹配。這在實(shí)踐中存在較大困難，因而僅用在某些小型高速柴油機(jī)上(使用后述的球形燃燒室)，尚未得到廣泛使用。

在某些高速小型柴油機(jī)中，燃油或多或少會(huì)噴到燃燒室表面上，以油霧法發(fā)火，之后以油膜蒸發(fā)混合法燃燒，可稱霧化油膜混合法，也沒(méi)有發(fā)生燃燒惡化現(xiàn)象。這說(shuō)明上述兩種混合方式可以兼而有之，只是主次不同而己。目前絕大多數(shù)柴油機(jī)仍以空間霧化混合法為主。

三、燃燒室在柴油機(jī)中，混合氣形成與燃燒均與燃燒室的類型、結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系。燃油的霧化、空氣的擾動(dòng)和燃燒室的形狀是研究柴油機(jī)燃燒過(guò)程的三大內(nèi)容要素。它們?nèi)叩淖罴哑ヅ涫歉纳迫紵^(guò)程的關(guān)鍵所在。對(duì)燃燒室應(yīng)與油、氣配合研究。燃燒室的幾何形狀，相對(duì)于氣缸中心線的位置以及與油泵、噴油器的相互關(guān)系配合，對(duì)于燃燒過(guò)程的完善程度以及柴油機(jī)性能的優(yōu)劣極為重要。對(duì)燃燒室要求：①有利于混合氣的形成；②能量損失少；③使柴油機(jī)工作平穩(wěn)；④有較好的起動(dòng)性能。

根據(jù)混合氣形成及燃燒室結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，柴油機(jī)燃燒室基本上分為直接噴射式燃燒室和分隔式(分開(kāi)式)燃燒室兩類。直接噴射式燃燒室(燃油直接噴射到燃燒室中)按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)又可分為開(kāi)式和半開(kāi)式燃燒室；分隔式燃燒室(燃油不直接噴射到主燃燒室中)通常有渦流室和預(yù)燃室燃燒室兩種。1．開(kāi)式燃燒室開(kāi)式燃燒室是由氣缸蓋底面、活塞頂面及氣缸壁面形成的統(tǒng)一空間。圖中(a)為平頂活塞、倒鐘形氣缸蓋，適用于大型低速二沖程彎流掃氣式柴油機(jī)；圖(b)為淺盅形凹頂活塞、倒盅形氣缸蓋，適用于大型低速二沖程氣閥一氣口直流掃氣柴油機(jī)。圖(c)和圖(d)分別為淺盆形和淺ω形活塞頂、平底氣缸蓋，適用于大、中型四沖程柴油機(jī)。

開(kāi)式燃燒室的特點(diǎn)是：（1）可燃混合氣形成主要靠空間霧化混合?；旌蠚庑纬芍饕咳加偷膰娚?，要求噴油壓力較高，采用多孔（6～12孔）噴嘴，噴孔直徑相對(duì)較小（d=0.25～1.2mm），對(duì)燃油凈化處理要求嚴(yán)格。（2）噴注形狀與燃燒室要很好配合，以充分利用燃燒室中的空氣，防止燃油噴到燃燒室壁上。（3）不組織進(jìn)氣渦流或組織弱進(jìn)氣渦流。因燃燒室空間統(tǒng)一，容積較大，油束可以較長(zhǎng)。油束前進(jìn)過(guò)程中，空氣促進(jìn)燃油霧化，燃油運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)空氣運(yùn)動(dòng)，混合氣體形成所需要的能量主要來(lái)自油束的動(dòng)能。它是由噴油泵的壓力能轉(zhuǎn)化成油束的速度能而來(lái)的。不組織進(jìn)氣渦流也能達(dá)到較好混合。（4）由于完全依靠空間混合，在滯燃期內(nèi)形成的可燃混合氣較多，因此燃燒溫度高，壓力升高率較大，且直接作用在活塞上，使得工作較粗暴，機(jī)械負(fù)荷大。（5）過(guò)量空氣系數(shù)α必須較大。因?yàn)榛旌蠚庑纬芍饕繃婌F質(zhì)量，為油找氣的方式，故為了保證燃燒完善，必須選用較大的過(guò)量空氣系數(shù)。（6）經(jīng)濟(jì)性好。由于燃燒迅速，且燃燒室空間統(tǒng)一，燃燒過(guò)程中氣流流動(dòng)損失小。燃油消耗率ge低。（7）對(duì)燃油品質(zhì)及轉(zhuǎn)速較敏感。因霧化質(zhì)量隨轉(zhuǎn)速而變化（噴油壓力隨轉(zhuǎn)速而變化），轉(zhuǎn)速降低則霧化質(zhì)量變差，燃燒不良。如燃油粘度較大，則霧化不良，燃燒惡化。（8）起動(dòng)性能好。相對(duì)散熱面積F/V小，易起動(dòng)。開(kāi)式燃燒室在大、中型柴油機(jī)及船用低速柴油機(jī)中得到了廣泛的使用。開(kāi)式燃燒室適用于缸徑D≥160mm的柴油機(jī)，船舶主機(jī)、發(fā)電副機(jī)均采用這種燃燒室。

2．半開(kāi)式燃燒室半開(kāi)式燃燒室是由活塞頂面到氣缸蓋底面之間的余隙容積以及位于活塞頂部或氣缸蓋底部的凹坑容積兩部分組成，而且兩者以較大的通道相連。根據(jù)凹坑容積的不同形狀，可分為ω形（圖a）、倒ω形（圖b）、球形（圖c）；W形、半球形、Δ形等。

半開(kāi)式燃燒室中混合氣的形成一方面利用噴霧，另一方面利用進(jìn)氣渦流和擠壓渦流所形成的渦流。與開(kāi)式燃燒室相比，半開(kāi)式對(duì)噴霧的要求有所降低，但對(duì)空氣渦流的要求明顯增強(qiáng)。半開(kāi)式燃燒室的特點(diǎn)是：（1）組織空氣渦流。（2）對(duì)燃油噴射系統(tǒng)的要求較低，啟閥壓力較低。（3）可燃混合氣形成主要靠空間霧化混合。半開(kāi)式燃燒室的經(jīng)濟(jì)性較好、起動(dòng)性較好、過(guò)量空氣系數(shù)a較小，不同程度地克服了開(kāi)式燃燒室工作粗暴、機(jī)械負(fù)荷大的缺點(diǎn)。多用在小型高速柴油機(jī)中。3。球型燃燒室球形燃燒室(亦稱<S.Meurer>M過(guò)程燃燒室)也是半開(kāi)式燃燒室的一種.采用油膜蒸發(fā)混合方法形成可燃混合氣，燃油順氣流方向大部分噴到凹坑容積表面，并利用氣體渦流把燃油展成薄膜。小部分燃油在燃燒室空間中作為發(fā)火引燃油.燃燒室壁溫控制在200℃一350℃使燃油膜在低溫下蒸發(fā)，然后與旋轉(zhuǎn)的氣流混合成可燃混合氣。其特點(diǎn)是：（1）工作柔和、無(wú)煙、性能指標(biāo)好。(2）空氣利用率高，過(guò)量空氣系數(shù)較低，已降至1.1。（3）冷起動(dòng)比較困難。因?yàn)榭臻g霧化燃油量少，起動(dòng)時(shí)燃燒室壁溫低，壁面上蒸發(fā)混合的燃油少，對(duì)起動(dòng)不利。（4）對(duì)增壓適應(yīng)性差。因增壓后每循環(huán)供油量大使油膜變厚，影響可燃混合氣形成的速度。（5）在大缸徑柴油機(jī)上應(yīng)用困難。因?yàn)楫?dāng)缸徑增大時(shí)每循環(huán)供油量增多，而燃燒室的相對(duì)表面積減小，這樣使油膜變厚，影響混合氣形成的速度。

球形燃燒室可保證工作柔和，燃燒噪聲小，排煙少．對(duì)燃油品質(zhì)的適應(yīng)性強(qiáng)。但由于存在明顯的缺點(diǎn)是起動(dòng)性能差、變負(fù)荷性能差、高低速運(yùn)轉(zhuǎn)性能差，不適于大型機(jī)等)使這種燃燒室未得到推廣使用，僅限于某些高速小型柴油機(jī)使用。3．渦流室式燃燒室渦流室式燃燒室由主、副兩室所組成，主寶系壓縮室(余隙容積室)；副室(即渦流室)設(shè)在氣缸蓋內(nèi)，呈球形或圓柱形。二室以切向通道連通，通道面積遠(yuǎn)小于半開(kāi)式燃燒室。這種燃燒室所形成的混合氣主要依賴空氣擾動(dòng)(壓縮渦流)?；旌蠚庑纬芍饕脺u動(dòng)法(壓縮渦動(dòng))，對(duì)燃油噴射系統(tǒng)及其工作質(zhì)量的要求有所降低。這種燃燒室采用孔徑較大的單孔噴油器和很低的噴射壓力(啟閥壓力約為12MPa一15MPa)，所需過(guò)量空氣系數(shù)也很小.由于壓縮旋流隨轉(zhuǎn)速升高而加強(qiáng)，所以更能適應(yīng)小型柴油機(jī)的高速化。

這種燃燒室有工作平穩(wěn)、有害氣體排放少、對(duì)燃油及其霧化不敏感等優(yōu)點(diǎn)。但因熱損失、節(jié)流損失和流動(dòng)損失較大，存在著起動(dòng)困難、油耗增加的缺點(diǎn)。為了改善起動(dòng)性能，圖中裝有電熱塞和保溫塊，以提高燃燒室的熱狀態(tài).

4．預(yù)燃室式燃燒室預(yù)燃室式燃燒室也由主、副兩室所組成。主室仍系壓縮室。副室設(shè)在氣缸蓋內(nèi)位置居中，稱預(yù)燃室，形似瓶狀。二室以單孔或多孔直通道相連，通道面積遠(yuǎn)小于渦流室式燃燒室。這種燃燒室形成混合氣主要依賴燃燒渦流。

在預(yù)燃室中不組織壓縮渦流，預(yù)燃室的主要作用是在主燃燒室中形成燃燒渦流。在預(yù)燃室中只燃燒少量燃油，利用這部分燃油的燃燒能量，將其中的混合氣高速噴入主燃燒室，并在其中造成氣體運(yùn)動(dòng)，促使大部分燃油在主燃燒室中混合并燃燒。這種燃燒室對(duì)燃油霧化質(zhì)量要求也不高。

分隔式燃燒室的特點(diǎn)：（1）因空氣流速高，燃油與空氣混合良好，空氣利用率高，因此過(guò)量空氣系數(shù)小，煙色較好。（2）主燃燒室內(nèi)壓力升高率較低，因此工作平穩(wěn)，噪音較低。（3）對(duì)轉(zhuǎn)速與燃油品質(zhì)不敏感。（4）散熱損失，節(jié)流損失均較大，因而其經(jīng)濟(jì)性差，冷起動(dòng)困難。

第四節(jié)燃油的燃燒自壓縮行程末期燃油噴入氣缸，直到在膨脹中燃燒結(jié)束的整個(gè)燃燒過(guò)程中，缸內(nèi)燃油經(jīng)歷了以內(nèi)部混合形成可燃混合氣，以壓縮發(fā)火方式形成自燃發(fā)火，以及火焰擴(kuò)散形成燃燒的全部過(guò)程。這一過(guò)程是一個(gè)極為復(fù)雜的相互滲透的物理與化學(xué)變化過(guò)程，而且其進(jìn)行時(shí)間極為短暫。一、可燃混合氣的著火柴油機(jī)中的燃燒過(guò)程必須經(jīng)歷可燃混合氣自行著火（自燃）和穩(wěn)定燃燒（火焰的傳播）兩個(gè)階段。自行著火是一個(gè)復(fù)雜的物理（燃油的噴射、霧化、蒸發(fā)和混合）與化學(xué)（焰前氧化反應(yīng)）變化過(guò)程。首先著火的部位是在油束核心與外圍之間混合氣濃度適當(dāng)（通常該局部α≈1）和溫度適當(dāng)處。

在缸內(nèi)符合此要求的部位不止一處，所以可能是多點(diǎn)同時(shí)著火，而且各循環(huán)的著火點(diǎn)也不盡相同。當(dāng)火核形成之后，火焰即向四周傳播形成穩(wěn)定的燃燒。傳播路徑與速度仍然取決于可燃混合氣形成的狀態(tài)以及空氣的擾動(dòng)。如果個(gè)別火焰中心在傳播途中遇到不合適的可燃混合氣(如濃度過(guò)濃或過(guò)稀)，火焰?zhèn)鞑ブ袛唷Ｍ瑫r(shí)其他部分的混合氣可能形成火焰核心并向四周傳播。

二、燃燒過(guò)程在燃燒過(guò)程中，氣缸內(nèi)氣體的壓力和溫度不斷變化，這個(gè)壓力及溫度是綜合反映燃燒進(jìn)行情況的最重要的參數(shù)，可以用來(lái)分析燃燒過(guò)程的進(jìn)展情況，根據(jù)燃燒過(guò)程的進(jìn)展特點(diǎn)，一般可把燃燒過(guò)程入為地劃分為以下四個(gè)階段：滯燃階段1——自噴油始點(diǎn)A至著火點(diǎn)B；速燃階段2——自著火點(diǎn)B至最高壓力點(diǎn)C；緩燃階段3—最高壓力點(diǎn)C至最高溫度點(diǎn)D；后燃階段4——自最高溫度點(diǎn)D至燃燒終點(diǎn)。1.滯燃階段(A—B)

從噴油開(kāi)始（A點(diǎn)）到缸內(nèi)氣體壓力開(kāi)始急劇上升的發(fā)火點(diǎn)（B點(diǎn)）為止稱滯燃期，又稱著火延遲期，此為燃燒過(guò)程的第一階段。燃油從A點(diǎn)噴人氣缸，這時(shí)雖然氣缸中空氣的溫度高達(dá)600℃以上，高于在當(dāng)時(shí)壓力下燃油的自燃溫度，此時(shí)因未滿足燃油自燃著火的其它必要條件，燃油不立即燃燒。

在此期間，噴入氣缸的燃油主要進(jìn)行一系列的物理和化學(xué)準(zhǔn)備，包括燃油的霧化、加熱、蒸發(fā)、擴(kuò)散與空氣混合等物理準(zhǔn)備階段，以及著火前的預(yù)氧化等化學(xué)準(zhǔn)備階段。這種物理與化學(xué)準(zhǔn)備階段對(duì)每一個(gè)燃油分子來(lái)說(shuō)，有先有后。實(shí)際上，在氣缸內(nèi)兩種準(zhǔn)備是交叉進(jìn)行的。燃油在滯燃期內(nèi)沒(méi)有產(chǎn)生明顯的燃燒，焰前氧化反應(yīng)的放熱量與物理準(zhǔn)備的吸熱量基本相等，因此，氣缸內(nèi)的壓力和溫度基本與壓縮壓力和溫度相同。在這一階段，氣缸內(nèi)的壓力基本上與純壓縮線相重合。滯燃期氣缸內(nèi)的壓力和溫度取決于壓縮終點(diǎn)的狀態(tài)。滯燃階段的長(zhǎng)短可用滯燃時(shí)間i（s）或滯燃角i（曲柄轉(zhuǎn)角CA）來(lái)表示，滯燃期的長(zhǎng)短可用式：i=i/6n（s）柴油機(jī)的滯燃時(shí)間在0.001～0.005s。有些情況下可縮短到i＝0.0005s、但不可能使i＝0.

在滯燃期中，燃油進(jìn)行著一系列發(fā)火前的物理和化學(xué)準(zhǔn)備。此間噴入氣缸的燃油量稱為滯燃量Δi，低速機(jī)的Δi＝(15％～30％)Δgi，高速機(jī)可使Δi＝(80％～100％)Δgi

（Δgi為循環(huán)噴油量）。

滯燃期內(nèi)形成的可燃混合氣的數(shù)量決定了后續(xù)速燃期燃燒的急劇程度。當(dāng)滯燃期結(jié)束時(shí)，滯燃量將立即全部投入燃燒，而且這時(shí)活塞接近上止點(diǎn)，氣缸容積很小，致使氣缸內(nèi)壓力偏離壓縮線并迅速達(dá)到最高爆發(fā)壓力。τi愈長(zhǎng)，Δi愈多，一旦發(fā)火燃燒，壓力就會(huì)突然增高，使柴油機(jī)工作粗暴、表現(xiàn)在曲線BC段上特別陡峭，而且C點(diǎn)也格外地高。嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成敲缸和機(jī)件的損壞。

τi被視為柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的重要參數(shù)。從避免敲缸和減輕機(jī)件負(fù)荷的角度出發(fā)，τi應(yīng)愈短愈好。但是τi必須有一個(gè)最小限度，當(dāng)τi過(guò)短時(shí)也會(huì)發(fā)生不正常燃燒。燃油噴柱剛離開(kāi)噴油器就立即燃燒，使油氣和火焰過(guò)分集中在噴油器附近，進(jìn)而造成混合氣不均勻而無(wú)法實(shí)現(xiàn)完全燃燒。嚴(yán)重時(shí)造成部分燃油分子在高溫下熱裂生成炭煙，致使柴油機(jī)發(fā)不出標(biāo)定功率。理想的滯燃期應(yīng)是至少允許燃油噴柱在混合氣發(fā)火前有穿過(guò)燃燒室空間到達(dá)（或接近）燃燒室壁面的時(shí)間。滯燃期過(guò)長(zhǎng)是引起柴油機(jī)燃燒過(guò)程惡化的通病，應(yīng)力求縮短柴油機(jī)的滯燃期。滯燃期對(duì)燃燒過(guò)程有著決定性的影響，

2．速燃階段(B—C)

從氣缸內(nèi)燃油發(fā)火燃燒到出現(xiàn)最高壓力為止的這段時(shí)期稱為速燃期(急燃期)。亦稱預(yù)混合燃燒階段。柴油機(jī)的發(fā)火點(diǎn)一般在上止點(diǎn)前幾度曲軸轉(zhuǎn)角，而最高爆發(fā)壓力點(diǎn)約為上止點(diǎn)后10℃A—15℃A。這一燃燒時(shí)期的特點(diǎn)是氣缸中的壓力迅速上升至最高爆發(fā)壓力Pz。壓力之所以迅速上升、一是由于燃燒急劇進(jìn)行，二是由于活塞的位移極微。

在速燃期中，不但燒掉了滯燃期形成的可燃混合氣，滯燃期內(nèi)形成的大量可燃混合氣幾乎同時(shí)燃燒，還燒掉了速燃期噴人氣缸并已完成了燃燒準(zhǔn)備的部分燃油，燃燒近乎在等容狀態(tài)下進(jìn)行。

評(píng)價(jià)速燃期的重要參數(shù)是平均壓力增長(zhǎng)率dA／dg，它表示本階段內(nèi)氣缸內(nèi)相應(yīng)于單位曲軸轉(zhuǎn)角的平均壓力增長(zhǎng)量。此值決定了柴油機(jī)燃燒過(guò)程的柔和性。

Δp/Δ小的柴油機(jī)工作柔和．燃燒平穩(wěn)，無(wú)敲擊聲。Δp/Δ大的柴油機(jī)工作粗暴，常伴有敲擊聲。此種敲擊是由于τi過(guò)長(zhǎng)，Δi過(guò)多，氣缸中積累了過(guò)多的已完成燃燒準(zhǔn)備的可燃混合氣而瞬間同時(shí)燃燒的緣故。這種燃燒在氣缸內(nèi)產(chǎn)生激波并傳向氣缸四壁，往復(fù)反射產(chǎn)生的敲擊聲，稱為燃燒敲缸。燃燒敲缸是由管理者以聽(tīng)覺(jué)主觀判斷的。敲缸對(duì)于柴油機(jī)的可靠性和壽命構(gòu)成了威脅。雖然敲缸時(shí)柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性較好，但仍須竭力避免。通常，為保證柴油機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)乎穩(wěn)性與經(jīng)濟(jì)性，其平均壓力增長(zhǎng)率Δp/Δ不宜超過(guò)0.4~0.6MPa／CA。

速燃期的燃燒速率很難直接用控制該燃燒期燃油與空氣混合速度的辦法來(lái)加以控制，故亦稱不可控燃燒期。由于速燃期的可燃混合氣主要是滯燃期噴入氣缸的燃油所準(zhǔn)備的，為了使柴油機(jī)工作平穩(wěn)，應(yīng)通過(guò)滯燃期來(lái)影響速燃期，力求縮短滯燃期、減少滯燃量、控制可燃混合氣的形成量。滯燃期對(duì)燃燒質(zhì)量起決定作用，因此控制滯燃期是影響燃燒過(guò)程的重要手段。

3．緩燃階段(C—D)

從氣缸內(nèi)工質(zhì)出現(xiàn)最高壓力到出現(xiàn)最高溫度這段燃燒期稱為緩燃期。最高溫度一般出現(xiàn)在上止點(diǎn)后20℃A一35℃A。在緩燃期中燃燒速度仍然很快，工質(zhì)溫度可迅速上升至最高溫度(約l700℃一2000℃瞬時(shí)溫度)。在緩燃期中由于燃燒室內(nèi)己充滿燃燒產(chǎn)物和正在燃燒的火焰，燃油油滴噴人氣缸即行蒸發(fā)燃燒。由于活塞已離開(kāi)上止點(diǎn)下行，氣缸容積迅速擴(kuò)大，故燃燒燃油量雖多而工質(zhì)壓力卻緩慢下降(近似于等壓燃燒)。該燃燒期的燃燒速度取決于噴入氣缸的燃油分子尋找氧分子的速度，故亦稱擴(kuò)散燃燒階段。緩燃期比速燃期的燃燒速率變緩，是由于燃燒室中的廢氣和燃燒中間產(chǎn)物增多而氧分子變少，燃油分子與氧分子進(jìn)行反應(yīng)的機(jī)會(huì)減少的緣故。在這一時(shí)期中燃油分子有可能在氧分子不充分的條