發(fā)動(dòng)機(jī)原理B-第四五章汽油機(jī)柴油機(jī)混合氣形成和燃燒課件

發(fā)動(dòng)機(jī)原理2012年6月2023/7/22發(fā)動(dòng)機(jī)原理2目錄緒論第一章發(fā)動(dòng)機(jī)的性能第二章發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過程第三章燃料與燃燒第四章汽油機(jī)混合氣的形成和燃燒第五章柴油機(jī)混合氣的形成和燃燒第六章發(fā)動(dòng)機(jī)的特性第七章發(fā)動(dòng)機(jī)電控燃油噴射（EFI）第八章發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣渦輪增壓第九章排氣污染及控制2023/7/22發(fā)動(dòng)機(jī)原理3第四章汽油機(jī)混合氣的形成和燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒過程是影響發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排氣污染的主要過程，對(duì)噪聲、振動(dòng)、起動(dòng)性能和使用壽命也有重大影響。4.1汽油機(jī)正常燃燒過程4.2汽油機(jī)不規(guī)則及不正常燃燒4.3影響燃燒過程的因素4.4常用典型燃燒室結(jié)構(gòu)4.5發(fā)動(dòng)機(jī)先進(jìn)燃燒技術(shù)4.1汽油機(jī)正常燃燒過程汽油機(jī)的混合氣的形成和燃燒過程是：先在氣缸外部的進(jìn)氣管（進(jìn)氣道）內(nèi)，利用噴嘴或化油器使空氣和燃油混合，形成可燃混合氣；混合氣進(jìn)入氣缸后，到壓縮行程終了時(shí)形成均勻混合氣，再經(jīng)電火花點(diǎn)火進(jìn)行燃燒。汽油機(jī)的正常燃燒過程是由火花塞點(diǎn)火開始，火焰前鋒以一定的速度傳遍整個(gè)燃燒室的過程。

汽油機(jī)著火和燃燒的火焰?zhèn)鞑ミ^程特點(diǎn)：均質(zhì)透明火焰，前鋒面皺褶火核形成對(duì)汽油機(jī)燃燒過程的分析主要根據(jù)展開示功圖P-φ進(jìn)行。根據(jù)缸內(nèi)壓力變化的特征，汽油機(jī)的燃燒過程可分為三個(gè)階段：Ⅰ-著火落后期Ⅱ-明顯燃燒期Ⅲ-補(bǔ)燃期對(duì)在燃燒壓力線上:1點(diǎn)為火花塞跳火點(diǎn)；2點(diǎn)為燃燒壓力線脫離壓縮壓力線點(diǎn)；3點(diǎn)為最高壓力點(diǎn)。右圖中虛線表示只壓縮不點(diǎn)火的壓縮線；1.著火落后期（φA～φB

）特性參數(shù)：著火落后期φi10°～20°CA注意區(qū)別點(diǎn)火提前角θigφi相對(duì)穩(wěn)定（相對(duì)柴油機(jī)），因此θig對(duì)pmax相位有重要影響現(xiàn)象：在φA點(diǎn)開始火花點(diǎn)火，高溫單階段著火；在φB點(diǎn)產(chǎn)生穩(wěn)定的火核，開始火焰?zhèn)鞑?；φB點(diǎn)也可用CA05表示，即累計(jì)放熱5%的相位。pmax↑，ηi↑，Wi↑，NOx↑，機(jī)械負(fù)荷及熱負(fù)荷↑；pmax位置，φc＝10～15CA（ATDC）2.明顯燃燒期（φB～φC）

現(xiàn)象：

由明顯火核產(chǎn)生～火焰充滿 燃燒室；

90％燃料在此期間被燃燒。也稱為速燃期

Δp/Δφ在0.2--0.4MPa/CA

放熱速率特征值CA50：累計(jì)放 熱50%的相位，0～10CAATDC

主要控制參數(shù)1：最高爆發(fā)壓力pmax3.后燃期（φC～φD)要求：燃期短—如果后燃期↑，則ηi↓，排溫↑，甚至“放炮”燃燒凈—否則，HC↑，CO↑現(xiàn)象

燃燒剩余約10％燃料，主要存在于火焰前鋒面掃過后尚未完全燃燒區(qū)域、壁面附近未燃混合氣2023/7/22發(fā)動(dòng)機(jī)原理10燃燒速度

燃燒速度是指單位時(shí)間燃燒的混合氣量AT--火焰前鋒面積ρT--未燃混合氣密度UT--火焰速度控制燃燒速度就能控制明顯燃燒期的長短及其相對(duì)曲軸轉(zhuǎn)角的位置。現(xiàn)代汽油機(jī)轉(zhuǎn)速很高，一般在5000—8000r/min，燃燒時(shí)間極短，1—2ms2023/7/22發(fā)動(dòng)機(jī)原理11燃燒速度－影響因素火焰速度UT火焰前鋒相對(duì)于未燃混合氣向前推進(jìn)的速度。

?氣體的紊流運(yùn)動(dòng)

?混合氣成分?混合氣初始溫度

火焰前鋒面積AT

可燃混合氣密度ρT

2023/7/22發(fā)動(dòng)機(jī)原理124.2汽油機(jī)不規(guī)則及不正常燃燒（一）、不規(guī)則燃燒在穩(wěn)定正常運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，各循環(huán)之間的燃燒變動(dòng)和各氣缸之間的燃燒差異。

?循環(huán)變動(dòng)：各循環(huán)間的燃燒變動(dòng)

?各缸工作不均勻：各缸間燃燒差異

對(duì)于各缸和各循環(huán)而言，混合氣溫度等都可能互不相同，點(diǎn)火提前角和空燃比的調(diào)節(jié)不可能都處在最佳值，這就影響各缸和各循環(huán)初始火焰形成時(shí)刻的穩(wěn)定性，導(dǎo)致各缸和各循環(huán)最大燃燒壓力和平均指示壓力的變化。

2023/7/22發(fā)動(dòng)機(jī)原理13循環(huán)變動(dòng)原因混合氣成分波動(dòng)氣體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)波動(dòng)影響循環(huán)變動(dòng)的因素較多。如混合氣濃度、發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、點(diǎn)火時(shí)刻、燃燒室的形狀、火花塞位置、壓縮比、配氣定時(shí)等。為提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率、減少油耗、降低排放污染與噪聲,應(yīng)使燃燒變動(dòng)降低到最小限度?？蛇m當(dāng)提高發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速及負(fù)荷、增大點(diǎn)火提前角、過量空氣系數(shù)φat

控制在0.8～0.9左右、加強(qiáng)氣體紊流、增加點(diǎn)火能量、采用多點(diǎn)點(diǎn)火等。2023/7/22發(fā)動(dòng)機(jī)原理15各缸工作不均勻原因各缸進(jìn)氣充量不均勻混合氣成分不均勻進(jìn)氣空氣量、進(jìn)氣速度、氣流擾動(dòng)強(qiáng)度、燃燒室形狀、壓縮比、火花塞位置的差異也有影響。

從燃燒示功圖也可看出各缸燃燒的差異，圖5-3為CA6102發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門開度75%，轉(zhuǎn)速n=1400(r/min)和3000（r/min)時(shí)各缸燃燒示功圖。2023/7/22發(fā)動(dòng)機(jī)原理18（二）、不正常燃燒

在汽油機(jī)正常燃燒情況下，提高壓縮比可以提高汽油機(jī)的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性。而當(dāng)出現(xiàn)不正常燃燒時(shí)，熱效率及功率均要下降。同時(shí)，由于不正常燃燒使零件磨損加劇，使用壽命下降，發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)及噪聲增大，排放污染嚴(yán)重，發(fā)動(dòng)機(jī)過熱。汽油機(jī)的不正常燃燒主要有爆燃和表面點(diǎn)火。

2023/7/22發(fā)動(dòng)機(jī)原理191.爆燃

外部特征：特別尖銳的金屬敲擊聲，亦稱之敲缸產(chǎn)生原因：在火焰前鋒尚未到達(dá)之前，末端混合氣已經(jīng)自燃影響因素：

?燃料性質(zhì)，燃料的抗爆燃能力－辛烷值

?末端混合氣的壓力和溫度

?火焰前鋒傳播到末端混合氣的時(shí)間

2023/7/22發(fā)動(dòng)機(jī)原理202023/7/22發(fā)動(dòng)機(jī)原理212.表面點(diǎn)火

產(chǎn)生原因：不靠電火花點(diǎn)火而由燃燒室內(nèi)熾熱表面點(diǎn)燃混合氣的現(xiàn)象。高溫?zé)霟岜砻嬖诨鸹ㄈc(diǎn)火前點(diǎn)燃混合氣的現(xiàn)象稱為早燃。早燃的危害：發(fā)動(dòng)機(jī)工作粗暴，壓縮功增大，功率下降，火花塞、活塞等零件過熱早燃與爆燃的關(guān)系：早燃會(huì)誘發(fā)爆燃，爆燃又會(huì)讓更多的熾熱表面溫度升高，促使更劇烈的表面點(diǎn)火，兩者互相促進(jìn)，危害可能更大。2023/7/22發(fā)動(dòng)機(jī)原理222023/7/22發(fā)動(dòng)機(jī)原理232023/7/22發(fā)動(dòng)機(jī)原理244.3影響燃燒過程的因素（一）混合氣濃度

（二）點(diǎn)火提前角

（三）轉(zhuǎn)速

（四）負(fù)荷

（五）大氣狀況

2023/7/22發(fā)動(dòng)機(jī)原理25（一）混合氣濃度在α=0.8--0.9時(shí)

:

?

pz、Tz、Δp/Δφ、pe均達(dá)最高值

?爆燃傾向增大

?不完全燃燒，所以CO排放量明顯上升在α=1.03--1.1時(shí)

:

?燃料燃燒完全，be最低

?缸內(nèi)溫度最高且有富?？諝?，NOx排放量大在α<0.8及α>1.2時(shí)

:

?火焰速度緩慢，經(jīng)濟(jì)性差

?燃料不完全燃燒，HC排放量增多

?工作不穩(wěn)定

2023/7/22發(fā)動(dòng)機(jī)原理26（二）點(diǎn)火提前角定義：從發(fā)出電火花到上止點(diǎn)間的曲軸轉(zhuǎn)角。點(diǎn)火提前角調(diào)整特性：當(dāng)汽油機(jī)保持節(jié)氣門開度、轉(zhuǎn)速以及混合氣濃度一定時(shí)，汽油機(jī)功率和耗油率隨點(diǎn)火提前角改變而變化的關(guān)系稱為點(diǎn)火提前角調(diào)整特性，如下頁圖4-14所示。特點(diǎn)：對(duì)應(yīng)于每一工況都存在一個(gè)“最佳”點(diǎn)火提前角，這時(shí)汽油機(jī)功率最大，耗油率最低。2023/7/22發(fā)動(dòng)機(jī)原理272023/7/22發(fā)動(dòng)機(jī)原理28（二）點(diǎn)火提前角點(diǎn)火角過大，壓縮功增加，且最高壓力升高，爆燃傾向加大點(diǎn)火過遲，燃燒最高壓力和溫度下降，傳熱損失增多，排溫升高，功率、熱效率降低，但爆燃傾向減小，NOx排放量降低2023/7/22發(fā)動(dòng)機(jī)原理29（三）轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速增加時(shí)，氣缸中紊流增強(qiáng)，火焰速度大體與轉(zhuǎn)速成正比增加；

轉(zhuǎn)速增加時(shí)，爆燃傾向減?。?/p>

轉(zhuǎn)速增加時(shí)，應(yīng)該相應(yīng)加大點(diǎn)火提前角。

2023/7/22發(fā)動(dòng)機(jī)原理30發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n圖5-9渦流狀況對(duì)火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊挠绊?/p>

a)無渦流b)有渦流2023/7/22發(fā)動(dòng)機(jī)原理31（四）負(fù)荷汽油機(jī)負(fù)荷調(diào)節(jié)是量調(diào)節(jié)，當(dāng)負(fù)荷減小時(shí)，殘余廢氣所占比例相對(duì)增加，

當(dāng)負(fù)荷減小時(shí)，需要增大點(diǎn)火提前角。

2023/7/22發(fā)動(dòng)機(jī)原理32（五）大氣狀況大氣壓力低（高原），氣缸充氣量減少，經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性下降，爆燃傾向減??；大氣溫度高，同樣氣缸充氣量下降，容易發(fā)生爆燃和氣阻。

4.4常用典型燃燒室結(jié)構(gòu)燃燒室的結(jié)構(gòu)直接影響到發(fā)動(dòng)機(jī)的充量系數(shù)，火焰?zhèn)鞑ニ俣燃胺艧崧省鳠釗p失及爆燃的發(fā)生，從而影響發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。2023/7/22發(fā)動(dòng)機(jī)原理34對(duì)燃燒室的要求

結(jié)構(gòu)緊湊－小F/V值

?火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x小，不易爆燃，可提高壓縮比

?相對(duì)散熱損失小，熱效率高?熄火面積小，HC排量少具有良好的充氣性能火花塞位置安排適當(dāng)?掃除火花塞周圍的殘余廢氣?火花塞盡量布置在排氣門附近?火焰面變化分配合理?火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x應(yīng)盡可能短燃燒室形狀合理分布組織適當(dāng)?shù)奈闪鬟\(yùn)動(dòng)?進(jìn)氣渦流?擠流防止爆燃和早燃2023/7/22發(fā)動(dòng)機(jī)原理35常用典型燃燒室

浴盆形燃燒室

?F/V較大

?壓縮比一般不高?動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性不高?HC排出量多而NOx較少?曾經(jīng)用于載貨汽車、輕型車

楔形燃燒室?燃燒室較緊湊

?壓縮比高?動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性高?工作粗暴?HC、NOx排出量多?曾廣泛用于車用汽油機(jī)，但進(jìn)排氣門只能單行排列，難采用多氣門機(jī)構(gòu)

半球形燃燒室?結(jié)構(gòu)緊湊，F(xiàn)／V值小?壓縮比高?動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性高?工作粗暴?HC排出量少?NOx排出量多

2023/7/22發(fā)動(dòng)機(jī)原理36其他汽油機(jī)燃燒室均質(zhì)稀混合氣的燃燒室分層給氣式燃燒室

4.5.發(fā)動(dòng)機(jī)先進(jìn)燃燒技術(shù)傳統(tǒng)的燃燒過程：汽油機(jī)：汽油和空氣在缸外混合，成較均勻混合氣進(jìn)入汽缸，火花塞在活塞上止點(diǎn)前點(diǎn)火后，火焰以球型火焰鋒面遍歷整個(gè)燃燒室，完成燃燒過程。（均質(zhì)充量火花點(diǎn)燃）柴油機(jī)：空氣進(jìn)入汽缸被壓縮后，噴油器在上止點(diǎn)前噴油，燃油蒸發(fā)與空氣混合形成不均勻的可燃?xì)怏w，在一定壓力和溫度下自燃，燃燒后期，存在一邊噴油一邊燃燒現(xiàn)象，屬于擴(kuò)展燃燒過程。（非均質(zhì)充量壓縮燃燒）先進(jìn)的燃燒方式汽油直接噴射GDI（GasolineDirectInjection）將汽油通過噴油器直接噴入氣缸，利用缸內(nèi)氣流和活塞表面的燃料霧化與空氣形成混合氣進(jìn)行燃燒。燃油分層噴射FSI（FuelStratifiedInjection）利用電子芯片經(jīng)過計(jì)算分析精確控制噴射量進(jìn)入氣缸燃燒，以提高使發(fā)動(dòng)機(jī)混和燃油比例，進(jìn)而提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率的一種技術(shù)。稀薄燃燒：將過量空氣系數(shù)從λ＝1左右提高到且遠(yuǎn)超過1.1的水平，以降低發(fā)動(dòng)機(jī)油耗并改善CO2排放的燃燒方式；均質(zhì)充量壓縮燃燒HCCI（HomogeneousChargeCompressionIgnition）這是一種全新的燃燒概念，既不同于柴油機(jī)（非均質(zhì)充量壓縮點(diǎn)燃），又不同于汽油機(jī)（均質(zhì)充量火花點(diǎn)燃），是一種火花點(diǎn)燃式和壓縮點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)概念的混合燃燒方式；通過壓縮缸內(nèi)均勻的燃油和空氣的混合氣，在上止點(diǎn)(TDC)附近實(shí)現(xiàn)自燃。一、汽油直接噴射GDI將汽油通過噴油器直接噴入氣缸，利用缸內(nèi)氣流和活塞表面的燃料霧化與空氣形成混合氣進(jìn)行燃燒。一、汽油直接噴射GDI二、燃油分層噴射FSI利用電子芯片經(jīng)過計(jì)算分析精確控制噴射量進(jìn)入氣缸燃燒，以提高使發(fā)動(dòng)機(jī)混和燃油比例，進(jìn)而提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率的一種技術(shù)。二、燃油分層噴射FSIFSI發(fā)動(dòng)機(jī)的主要優(yōu)勢有：動(dòng)態(tài)響應(yīng)好、功率和扭矩可以同時(shí)提升、燃油消耗降低。FSI將燃油直接噴入燃燒室，由于噴霧的氣化冷卻作用，它優(yōu)化了充氣效率，從而實(shí)現(xiàn)了汽油機(jī)勻質(zhì)調(diào)節(jié)，不再需要節(jié)氣門，大大降低了進(jìn)氣損失，分層燃燒減少了發(fā)動(dòng)機(jī)的傳熱損失，進(jìn)而增大了滿負(fù)荷。分層噴射FSI技術(shù)的應(yīng)用三、稀薄燃燒稀薄燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)的空燃比可達(dá)到40：1.稀薄燃燒技術(shù)能使燃燒更完全，所以稀薄燃燒具有燃油經(jīng)濟(jì)性好，排放低。緊湊型和紊流性燃燒室可以增大火焰前鋒面積，加強(qiáng)紊流，提高燃燒速度、同時(shí)減小已燃?xì)怏w與燃燒室壁的接觸面積，減低傳熱損失，是稀燃發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的發(fā)展方向。分層燃燒、稀薄燃燒和缸內(nèi)直噴分層燃燒技術(shù)、稀薄燃燒技術(shù)和缸內(nèi)直噴技術(shù)一直是相關(guān)聯(lián)的。分層燃燒的真正目的是可以實(shí)現(xiàn)較稀混合氣的點(diǎn)燃，要實(shí)現(xiàn)分層燃燒，必須基于缸內(nèi)直噴，對(duì)于缸外噴射的發(fā)動(dòng)機(jī)，是無法實(shí)現(xiàn)分層燃燒的。而設(shè)計(jì)缸內(nèi)直噴的主要目的則是為了實(shí)現(xiàn)稀薄燃燒，因此三者走到了一起。而發(fā)動(dòng)機(jī)的稀薄燃燒技術(shù)是為了讓混合氣更加充分燃燒，達(dá)到減低油耗和排放的目的。三菱公司GDI發(fā)動(dòng)機(jī)綜合了分層燃燒技術(shù)、稀薄燃燒技術(shù)和缸內(nèi)直噴技術(shù)的GDI發(fā)動(dòng)機(jī)具有更高發(fā)動(dòng)機(jī)性能。三菱公司GDI發(fā)動(dòng)機(jī)性能提升三菱公司GDI發(fā)動(dòng)機(jī)性能提升四、均質(zhì)充量壓縮燃燒HCCIHCCI基本原理：通過壓縮缸內(nèi)均勻的燃油和空氣的混合氣，在上止點(diǎn)(TDC)附近實(shí)現(xiàn)自燃的一種新型燃燒方式。汽油機(jī)柴油機(jī)HCCICaterpillarEngineResearch(2003)FlamepropagationdominatedcombustionMultipleCombustionlocationsHCCI燃燒的特點(diǎn)采用均質(zhì)混合氣?？諝夂腿加驮贖CCI發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)中預(yù)混合，形成均質(zhì)的空氣/燃油混合氣，然后吸入氣缸進(jìn)行壓縮。也有燃油直接噴入氣缸、在氣缸內(nèi)與空氣進(jìn)行預(yù)混合的。采用壓縮點(diǎn)燃。在壓縮沖程中，混合氣溫度升高，達(dá)到自燃溫度而自燃；也就是說，可以不需要任何點(diǎn)火系統(tǒng)。采用比火花點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)高得多的壓縮比，且允許壓縮比在一個(gè)廣闊的范圍內(nèi)變動(dòng)。為了使均質(zhì)混合氣能夠通過壓縮而點(diǎn)燃，必要時(shí)需對(duì)吸入空氣進(jìn)行加熱。由于壓縮點(diǎn)燃的緣故，可以采用相當(dāng)稀薄的混合氣，因此可以按照變質(zhì)調(diào)節(jié)的方式，直接通過調(diào)節(jié)噴油量來調(diào)節(jié)扭矩，不需要節(jié)氣門。既然均質(zhì)混合氣是自燃的，所以燃燒大體上是整個(gè)氣缸內(nèi)同時(shí)開始的。可以采用過量空氣或者殘余廢氣達(dá)到高度稀釋的混合氣。HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)的性能HCCI燃燒過程中放熱率很快，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)在適當(dāng)?shù)碾A段時(shí)，近似于理想的Otto循環(huán)。一些研究表明在部分工況下HCCI燃燒的效率與傳統(tǒng)柴油機(jī)相當(dāng)。HCCI燃燒最具吸引力之處在于它的NOX的排放量比傳統(tǒng)的柴油機(jī)燃燒降低了90~98%。NOX降低的根本機(jī)理是由于燃燒室內(nèi)不存在高溫區(qū)。2023/7/22發(fā)動(dòng)機(jī)原理53目錄緒論第一章發(fā)動(dòng)機(jī)的性能第二章發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過程第三章燃料與燃燒第四章汽油機(jī)混合氣的形成和燃燒第五章柴油機(jī)混合氣的形成和燃燒第六章發(fā)動(dòng)機(jī)的特性第七章發(fā)動(dòng)機(jī)電控燃油噴射（EFI）第八章發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣渦輪增壓第九章排氣污染及控制第五章

柴油機(jī)混合氣的形成和燃燒

第一節(jié)

柴油機(jī)燃燒過程柴油機(jī)的燃燒過程由噴射系統(tǒng)在壓縮行程接近終了時(shí)直接將燃油噴入燃燒室內(nèi)開始的?；旌蠚庑纬傻臅r(shí)間極短，混合氣不均勻，在高溫、高壓下多點(diǎn)自燃著火燃燒的。近年來柴油機(jī)發(fā)展，涌現(xiàn)出一些新型燃燒系統(tǒng)：高壓共軌噴射系統(tǒng)、燃料參燒技術(shù)等。（一）燃燒過程概述（二）燃燒放熱規(guī)律

2023/7/22發(fā)動(dòng)機(jī)原理56一、柴油機(jī)燃燒過程著火延遲期

速燃期

緩燃期?著火延遲期也稱為滯燃期。

?混合氣準(zhǔn)備的物理和化學(xué)過程。?溫度或壓力越高，著火延遲期越短。?燃燒室的形式和壁溫，也影響著火延遲期長短。

?著火延遲期內(nèi)準(zhǔn)備好的混合氣幾乎同時(shí)開始燃燒。?應(yīng)控制壓力升高率，防止工作粗暴。?柴油機(jī)Δp/Δφ不大于0.4-0.5MPa/(°)的范圍內(nèi)。?燃燒的進(jìn)行漸趨緩慢。?盡可能地加速混合氣的形成，保證迅速而完全的燃燒。

補(bǔ)燃期?盡量縮短補(bǔ)燃期，減少補(bǔ)燃期內(nèi)燃燒的燃油量。2023/7/22發(fā)動(dòng)機(jī)原理57二、燃燒放熱規(guī)律瞬時(shí)放熱速率:

在燃燒過程中的某一時(shí)刻，單位時(shí)間內(nèi)（或1°曲軸轉(zhuǎn)角內(nèi)）燃燒的燃油所放出的熱量。累積放熱百分比:

從燃燒過程開始至某一時(shí)刻為止已經(jīng)燃燒的燃油與循環(huán)供油量的比值。瞬時(shí)放熱速率和累積放熱百分比隨曲軸轉(zhuǎn)角的變化關(guān)系，稱為燃燒放熱規(guī)律。燃燒起點(diǎn)、燃燒放熱規(guī)律曲線形狀和燃燒持續(xù)時(shí)間被認(rèn)為是燃燒放熱規(guī)律的三要素。2023/7/22發(fā)動(dòng)機(jī)原理58各種發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒放熱規(guī)律燃燒放熱規(guī)律影響柴油機(jī)的性能，對(duì)了解、分析和改進(jìn)燃燒過程有著特別重要的作用。

圖5-2不同類型發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒放熱規(guī)律的比較1-汽油機(jī)（化油器式）2-直噴式燃燒室柴油機(jī)3-渦流室燃燒室柴油機(jī)4-預(yù)燃室燃燒室柴油機(jī)2023/7/22發(fā)動(dòng)機(jī)原理59較理想的柴油機(jī)燃燒放熱規(guī)律

有一合適的燃燒(放熱)起點(diǎn)，保證最大燃燒壓力在上止點(diǎn)后10～15°CA。

在燃燒放熱階段，控制燃燒放熱速率，以降低壓力升高率，然后燃燒應(yīng)加速進(jìn)行，燃燒過程應(yīng)該是先緩后急。燃燒持續(xù)時(shí)間不宜過長，汽油機(jī)一般為40～60°CA，柴油機(jī)為50～70°CA。第二節(jié)燃油噴射和霧化2023/7/22發(fā)動(dòng)機(jī)原理61一、供油系統(tǒng)和噴射過程

柴油機(jī)供油系統(tǒng)

噴油泵速度特性及其校正噴射過程

供油規(guī)律和噴油規(guī)律

不正常噴射現(xiàn)象和噴射系統(tǒng)中的穴蝕破壞

2023/7/22發(fā)動(dòng)機(jī)原理621.柴油機(jī)供油系統(tǒng)柴油機(jī)供油系統(tǒng)一般由油箱、輸油泵、柴油濾清器、噴油泵、噴油器等組成，另外還包括調(diào)速器和供油提前角調(diào)節(jié)裝置等。其中的噴油泵、噴油器和高壓油管等組成了高壓油路，稱為噴射系統(tǒng)，是整個(gè)柴油機(jī)供油系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。

2023/7/22發(fā)動(dòng)機(jī)原理63

柴油機(jī)供油系統(tǒng)－噴油泵噴油泵的主要作用是定時(shí)、定量地向各缸的噴油器周期性地供給高壓燃油。常見的有直列式噴油泵（柱塞泵）和分配式噴油泵（轉(zhuǎn)子泵）兩種類型。分配式噴油泵具有結(jié)構(gòu)緊湊，能在較高轉(zhuǎn)速下工作的優(yōu)點(diǎn)，但供油壓力較低。

2023/7/22發(fā)動(dòng)機(jī)原理64

柴油機(jī)供油系統(tǒng)－噴油泵的結(jié)構(gòu)直列式柱塞噴油泵又分為：單體泵與合成泵（整體泵）

2023/7/22發(fā)動(dòng)機(jī)原理65柱塞式噴油泵的組成

柴油機(jī)供油系統(tǒng)－噴油泵的原理2023/7/22發(fā)動(dòng)機(jī)原理66柱塞式噴油泵泵油原理(a)進(jìn)油(b)壓縮(c)供油(d)回油2023/7/22發(fā)動(dòng)機(jī)原理67

柴油機(jī)供油系統(tǒng)－噴油器噴油器的主要作用是將噴油泵供給的高壓燃油噴入柴油機(jī)燃燒室內(nèi)，使燃油霧化成微細(xì)的油粒，并按一定的要求適當(dāng)?shù)胤植荚谌紵覂?nèi)。噴油器有孔式噴油器和軸針式噴油器兩類。圖5-7噴油嘴頭部結(jié)構(gòu)a)孔式（單孔）；b)孔式（多孔）；c)軸針式（標(biāo)準(zhǔn)）；d)軸針式（節(jié)流）2023/7/22發(fā)動(dòng)機(jī)原理68

柴油機(jī)供油系統(tǒng)－噴油器噴孔式a軸針式圓柱b軸針式截錐形c軸針式節(jié)流形2023/7/22發(fā)動(dòng)機(jī)原理69

柴油機(jī)供油系統(tǒng)－噴油器

孔式噴油器用于直噴式燃燒室中。較小的噴孔與高壓泵配合，可形成較細(xì)的噴油顆粒。易引起積炭堵塞。

軸針式噴油器用于分隔式燃燒室中。較低的噴油壓力，噴油顆粒較大。有自潔作用，不易堵塞。噴孔有效流通截面積與針閥升程的關(guān)系稱為噴油器的流通特性（開啟特性）圖5-8不同噴油器的流通特性2023/7/22發(fā)動(dòng)機(jī)原理70汽、柴油機(jī)混合氣形成裝置

對(duì)混合氣的要求數(shù)量濃度空間形態(tài)燃燒起點(diǎn)

汽油機(jī)節(jié)氣門化油器(均勻)火花塞

柴油機(jī)噴油泵噴油泵噴油器噴油泵2023/7/22發(fā)動(dòng)機(jī)原理71噴油泵速度特性及其校正噴油泵油量控制機(jī)構(gòu)位置固定，循環(huán)供油量隨轉(zhuǎn)速變化的關(guān)系稱為噴油泵速度特性。對(duì)于柱塞式噴油泵，隨著轉(zhuǎn)速的上升，循環(huán)供油量呈略有增大的趨勢。為使供油量與空氣量相匹配，對(duì)特性進(jìn)行必要的校正，得到較理想的扭矩特性。圖5-9噴油泵速度特性及其校正2023/7/22發(fā)動(dòng)機(jī)原理72

噴射過程定義：從噴油泵開始供油直至噴油器停止噴油的過程（15-40℃A）

噴射延遲階段

主噴射階段

噴射結(jié)束階段

2023/7/22發(fā)動(dòng)機(jī)原理73供油規(guī)律和噴油規(guī)律兩者的差異：噴油始點(diǎn)滯后于供油始點(diǎn)噴油持續(xù)時(shí)間較長最大噴油速率較低曲線的形狀有一定的變化

定義：供油規(guī)律：噴油泵供入高壓油管的供油量隨時(shí)間（噴油泵凸輪轉(zhuǎn)角）的變化關(guān)系。它純粹是由噴油泵柱塞的幾何尺寸和運(yùn)動(dòng)規(guī)律確定的。

噴油規(guī)律：噴油過程中，噴油器噴入燃燒室內(nèi)的燃油量隨時(shí)間（噴油泵凸輪轉(zhuǎn)角）的變化關(guān)系。產(chǎn)生差異的原因：燃油的可壓縮性系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生壓力波的傳播滯后、壓力波動(dòng)、節(jié)流作用高壓油管的彈性變形圖5-12噴油規(guī)律與幾何供油規(guī)律的比較2023/7/22發(fā)動(dòng)機(jī)原理74不正常噴射現(xiàn)象正常噴射過程(圖a)二次噴射(圖b)

滴油現(xiàn)象斷續(xù)噴射(圖c)不規(guī)則噴射和隔次噴射(圖d)為避免出現(xiàn)不正常噴射現(xiàn)象，應(yīng)盡可能地縮短高壓油管長度，減小高壓容積，以降低壓力波動(dòng)，減小其影響，并合理選擇噴射系統(tǒng)的參數(shù)。2023/7/22發(fā)動(dòng)機(jī)原理75噴射系統(tǒng)中的穴蝕破壞

穴蝕破壞出現(xiàn)在系統(tǒng)內(nèi)與燃油接觸的金屬表面上。產(chǎn)生的機(jī)理：在高壓容積內(nèi)產(chǎn)生壓力波動(dòng)時(shí)，在極低的壓力區(qū)形成汽泡，隨后壓力迅速升高使汽泡爆裂而產(chǎn)生沖擊波，這種沖擊波多次作用于金屬表面則引起穴蝕。穴蝕破壞會(huì)影響到噴射系統(tǒng)的工作可靠性和使用壽命。

2023/7/22發(fā)動(dòng)機(jī)原理76二、燃油的霧化和油束特性

燃油的霧化：燃油噴入燃燒室內(nèi)后被粉碎分散為細(xì)小液滴的過程。霧化可以大大增加蒸發(fā)表面積，加速吸熱和汽化過程。可以從幾何形狀和霧化質(zhì)量兩個(gè)方面來描述油束特性。不同的燃燒室對(duì)油束的幾何形狀和霧化質(zhì)量的要求有所不同。圖5-14油束結(jié)構(gòu)示意圖2023/7/22發(fā)動(dòng)機(jī)原理77二、燃油的霧化和油束特性

幾何形狀主要包括油束射程（又稱為貫穿距離）L和噴霧錐角β或油束的最大寬度B。影響油束幾何形狀的主要因素有：

?

噴射壓力

?

噴油器噴孔的長徑比

?

空氣與燃油密度比圖5-14油束結(jié)構(gòu)示意圖2023/7/22發(fā)動(dòng)機(jī)原理78二、燃油的霧化和油束特性

油束的霧化質(zhì)量一般是指油束中液滴的細(xì)度和均勻度。細(xì)度可以用液滴平均直徑來表示。均勻度是指油束中液滴大小相同的程度以及液滴在油束內(nèi)分布的均勻程度。圖5-15油束的霧化質(zhì)量1-噴射壓力為34MPa2--噴射壓力為15MPa2023/7/22發(fā)動(dòng)機(jī)原理79三、對(duì)噴射系統(tǒng)的要求在任一工況下都不出現(xiàn)不正常噴射現(xiàn)象，不產(chǎn)生穴蝕破壞。根據(jù)不同轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的工況要求，在最佳的噴油時(shí)刻，精確提供所需的燃油量。盡可能實(shí)現(xiàn)理想的噴油規(guī)律。良好的油束特性能滿足具體燃燒室的要求。對(duì)于噴射系統(tǒng)的強(qiáng)化，應(yīng)采取相應(yīng)的措施保證有關(guān)零部件的強(qiáng)度和剛度，同時(shí)注意降低噴射系統(tǒng)的噪聲與振動(dòng)。

2023/7/22發(fā)動(dòng)機(jī)原理80三、對(duì)噴射系統(tǒng)的要求

理想的噴油規(guī)律：更高的噴射壓力和噴油速率以及更短的噴油持續(xù)時(shí)間已是技術(shù)發(fā)展的一個(gè)明顯趨勢。為避免柴油機(jī)工作過于粗暴，又希望實(shí)現(xiàn)“先緩后急”的噴油規(guī)律。在所有的工況下都希望在噴射結(jié)束階段能盡可能迅速地結(jié)束噴射。第三節(jié)混合氣的形成和燃燒室

2023/7/22發(fā)動(dòng)機(jī)原理82一、柴油機(jī)混合氣形成特點(diǎn)和方式

柴油機(jī)可燃混合氣的品質(zhì)較汽油機(jī)差，因此采用較大的過量空氣系數(shù)。理想的柴油機(jī)混合氣形成過程：柴油機(jī)混合氣形成方式：

?

空間霧化混合（不完全氣相）燃油與空氣的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度是起主要作用的因素

?

油膜蒸發(fā)混合（完全氣相）起主要作用的因素是燃燒室壁面溫度、空氣相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度和油膜厚度。

表5-2兩種混合方式的對(duì)比空間霧化混合油膜蒸發(fā)混合1絕大部分燃料以較高的壓力被噴射到燃燒室空間中，散布于空氣中利用強(qiáng)烈的空氣旋流將大部分燃料涂布到燃燒室壁面上2燃料在空氣中呈細(xì)小油粒狀燃料在壁面上形成油膜3細(xì)小油滴以液相與空氣混合，形成不均勻混合氣（液相混合）油膜蒸發(fā)，燃油蒸氣與空氣混合，形成相對(duì)均勻的混合氣（氣相混合）4大量細(xì)小油滴受熱汽化，在著火延遲期內(nèi)形成的可燃混合氣數(shù)量較多，多點(diǎn)大面積同時(shí)著火散布在空間的少量燃油，在著火延遲期內(nèi)形成少量可燃混合氣，著火面積小5初期燃燒的放熱速率很高，以后逐漸減慢受油膜蒸發(fā)速率的影響，燃燒放熱速率呈前低后高的規(guī)律二、柴油機(jī)的燃燒室預(yù)燃室半開式渦流室2023/7/22發(fā)動(dòng)機(jī)原理851.分隔式燃燒室渦流室燃燒室

?

渦流室容積約占整個(gè)燃燒室壓縮容積的50%-60%

?

通道的截面積約為活塞截面積的1%～3.5％

?

渦流室燃燒過程

預(yù)燃室燃燒室

?

預(yù)燃室容積約占整個(gè)燃燒室壓縮容積的35%-45%

?

通道的截面積約為活塞截面積的0.3%-0.6％

?

預(yù)燃室燃燒過程2023/7/22發(fā)動(dòng)機(jī)原理86分隔式燃燒室柴油機(jī)的性能持點(diǎn)

靠強(qiáng)烈的空氣運(yùn)動(dòng)來保證混合氣質(zhì)量，空氣利用率較高?？諝膺\(yùn)動(dòng)隨轉(zhuǎn)速提高而增大，高速適應(yīng)性能好。噴射系統(tǒng)的要求較低，工作可靠性和使用壽命高。燃燒室結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，面容比大。熱效率低，經(jīng)濟(jì)性差。冷起動(dòng)性也較差。工作較為平穩(wěn)，燃燒噪聲較小。預(yù)燃室燃燒室與渦流室燃燒室柴油機(jī)相比，上述特點(diǎn)一般表現(xiàn)得更為突出。一般對(duì)燃油不太敏感，有較強(qiáng)的適應(yīng)性。在有害排放方面的突出問題是低負(fù)荷下的碳煙排放量較大，其余則優(yōu)于直噴式燃燒室柴油機(jī)。

2023/7/22發(fā)動(dòng)機(jī)原理872.直噴式燃燒室－開式燃燒室凹坑較淺，凹坑口徑與活塞直徑之比一般大于0.7。主要依靠燃油的噴散霧化，因此要求高的噴射壓力和較多噴孔數(shù)目?；旌蠚庑纬煞绞綖榭臻g霧化，一般不組織空氣運(yùn)動(dòng)，空氣利用率相對(duì)較低（1.5-2.2)開式燃燒室一般適用于缸徑較大（≥140mm），轉(zhuǎn)速較低（≤2000r/min）的柴油機(jī)中。2023/7/22發(fā)動(dòng)機(jī)原理883.直噴式燃燒室－半開式燃燒室活塞頂部有較深的凹坑，有ω形和平底的深坑形，凹坑口徑與活塞直徑之比一般約在0.35～0.7之間?；旌蠚庑纬梢揽咳加偷膰娚㈧F化和空氣運(yùn)動(dòng)兩方面的作用。運(yùn)用較高的壓力噴射，配合以進(jìn)氣渦流為主，擠壓渦流為輔的空氣運(yùn)動(dòng)。半開式燃燒室一般適用于缸徑80～140mm，轉(zhuǎn)速低于4500r／min的柴油機(jī)中。2023/7/22發(fā)動(dòng)機(jī)原理89直噴式燃燒室柴油機(jī)的性能持點(diǎn)

由于燃燒迅速，故經(jīng)濟(jì)性好，有效燃油消耗率低。

燃燒室結(jié)構(gòu)簡單，面容比小，散熱損失小，也沒有主、副室之間的流動(dòng)損失，也是經(jīng)濟(jì)性好的重要原因。

對(duì)噴射系統(tǒng)的要求較高，影響工作可靠性和使用壽命。冷起動(dòng)性能較好。工作較粗暴，壓力升高率大，燃燒噪聲大。對(duì)轉(zhuǎn)速的變化較為敏感，較難兼顧高速和低速工況的性能，適用轉(zhuǎn)速較分隔式燃燒室柴油機(jī)低。

2023/7/22發(fā)動(dòng)機(jī)原理904.不同燃燒室的比較與選用

2023/7/22發(fā)動(dòng)機(jī)原理914.不同燃燒室的比較與選用