第五章 內(nèi)燃機混合氣的形成和燃燒下

第五章內(nèi)燃機混合氣的形成和燃燒下第1頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月第五章壓燃式內(nèi)燃機的燃燒第2頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月燃燒過程中物理化學變化的大致情況第3頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月一、著火與燃燒過程特點：高速(混合＋著火＋燃燒＝10～2ms） 高溫（2000℃左右） 高壓（100bar左右）燃燒研究所追求的目標：

高ηi、高Pme（Pmi）、低污染、低噪聲振動第4頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月一、著火與燃燒過程(一)著火現(xiàn)象燃料噴人燃燒室后，分散成許多細小油滴，這些細小油滴經(jīng)過加熱、蒸發(fā)、擴散與空氣的混合等物理準備及分解、氧化等化學準備階段后，即自行著火燃燒。第5頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月單個油滴的著火過程空氣溫度T0，油滴受空氣加熱蒸發(fā)、擴散并與空氣混合在油粒外形成混合氣，接近油粒表面處A/F高，由于蒸發(fā)需要吸收汽化潛熱，所以溫度較低。隨著離開油粒表面的距離增加，A/F降低，溫度升高發(fā)火地點在A/F適當而溫度足夠高的地方。第6頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月著火需要條件可燃混合氣濃度要在著火范圍(或界限)內(nèi)。著火界限可用混合氣的濃度表示；混合氣過濃，氧分子少；混合氣過稀，燃料分子少，氧化反應速度都不夠。溫度的升高，分子運動速度增加，反應速度加快，著火界限擴大。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。第7頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月著火需要條件燃料不用外部點燃而能自己著火的最低溫度稱為著火溫度或自燃溫度。不同燃料的自燃性能是不同的。著火溫度在一定程度上反映燃料的自燃性能，但并不是燃料本身所固有的物理常數(shù)，它與介質(zhì)壓力、加熱條件及測試方法等因素有關(guān)。第8頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月著火溫度與壓力的關(guān)系燃料不用外部點燃而能自己著火的最低溫度稱為著火溫度或自燃溫度。不同燃料的自燃性能是不同的。著火溫度在一定程度上反映燃料的自燃性能，但并不是燃料本身所固有的物理常數(shù)，它與介質(zhì)壓力、加熱條件及測試方法等因素有關(guān)。第9頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月實際柴油機中燃料著火燃料噴入氣缸分散成大小不同的油粒，油粒與空氣有相對運動，而氣缸中各點溫度也有差別。每個油粒都要經(jīng)歷蒸發(fā)、混合及氧化等物理化學的淮備階段，但準備的時間有長有短，而且相鄰油粒形成的混合氣區(qū)域會相互干擾、互相滲透。油束外圍小直徑的油粒，蒸發(fā)時間很短，雖然可以形成有適當濃度的混合氣區(qū)域，但溫度不夠或化學準備不足來不及著火。再經(jīng)歷一段時間，由于擴散作用使混合氣變稀，難于著火。油束核心部分濃度過高也不會首光著火。第10頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月實際柴油機中燃料著火先著火的地點是在油束核心與外圍之間混合氣濃度和溫度適當?shù)牡胤?。形成合適濃度的混合氣及溫度條件的地方不止一個，因此是幾處同時著火。柴油機各個循環(huán)中噴油情況與溫度狀況不可能完全相同，從而使各個循環(huán)的火核形成地點也不一定相同?；鹧?zhèn)鞑ミ^程中遇不到合適的可燃混合氣，火焰?zhèn)鞑⒅袛?，隨其他油?；旌蠚庑纬膳c準備的完成，又有新的火焰核心和火焰前鋒形成。第11頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月柴油機噴霧燃燒高速攝影普通噴射壓力高壓噴射0.42ms0.69ms0.97ms噴油后0.14ms第12頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月油束著火示意圖第13頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月油束著火示意圖第14頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月燃燒階段的劃分從示功圖上可分析燃燒過程。因為燃料燃燒后，氣缸中壓力和溫度不斷升高，它們是反映燃燒進行情況的重要參數(shù)。根據(jù)燃燒過程進行的實際特征，一般把燃燒過程劃分為四個階段。第15頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月第1階段：著火延遲階段在壓縮過程中，缸內(nèi)壓力和溫度不斷升高，燃料的著火溫度因壓力升高而下降。噴油時缸內(nèi)溫度高達600℃，遠高于當時壓力下的自燃溫度，但燃料并不是馬上著火，而是稍有落后。從噴油開始到壓力開始急劇升高為止，稱滯燃期。滯燃期內(nèi)，噴入氣缸的燃料進行著火前的物理準備及化學準備。滯燃期以

i或

i表示，可以從示功圖上直接測定。在柴油機中，一般

i=0.7-3ms。

i影響第2階段的燃燒。第16頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月第1階段：著火延遲階段著火點和著火落后期的確定可用：示功圖、放熱規(guī)律、高速攝影第17頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月第1階段：著火延遲階段第18頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月第2階段：急燃期壓力急劇上升的階段。滯燃期內(nèi)噴入的燃料幾乎一起燃燒，且是在氣缸容積較小的情況下燃燒，缸中壓力急劇升高。一般用平均壓力升率表示壓力升高的急劇程度。壓力升高率反映柴油機運轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性，壓力升高率太大，工作組暴。運動件受沖擊負荷大，發(fā)動機壽命縮短。平均壓升率應小于0.4MPa/CA。第19頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月第3階段：緩燃期壓力急劇升高的終點到壓力開始急劇下降點。氣缸容積不斷增加，燃燒必須很快才能使氣缸壓力稍有上升或幾乎保持不變。有些發(fā)動機在緩燃期內(nèi)仍在繼續(xù)噴射

若燃料噴入高溫廢氣區(qū)域，會因得不到氧氣，裂解而形成碳煙；

若噴到有氧氣的地方，則由于缸內(nèi)溫度很高，化學反應快，噴入的燃料很快著火燃燒，如果氧氣滲透不充分，過濃的混合氣也容易裂解形成碳煙。第20頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月第3階段：緩燃期在緩燃期內(nèi)如果加強空氣運動，加速混合氣形成，對保證在上止點附近迅速而完全燃燒有重要作用；第3階段結(jié)束時，燃氣溫度可達1700-2000℃。第21頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月第4階段：后燃期從緩燃期終點到燃料基本上完全燃燒為止。由于燃燒瞬間短促，燃料和空氣的混合又不均勻，總有一些燃料不能及時燒完，拖到膨脹線上繼續(xù)燃燒，特別是在高速、高負荷時，由于過量空氣少，后燃現(xiàn)象比較嚴重，有時甚至一直繼續(xù)到排氣過程之中。在后燃期，因活塞下行，燃料在較低的膨脹比下放熱，熱量不能有效利用，并增加散熱損失，經(jīng)濟性下降。后燃增加排氣溫度和活塞組的熱負荷。第22頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月預混燃燒階段和擴散燃燒階段在預混燃燒階段，放熱速率較快，其大小取決于滯燃期中燃油與空氣的混合數(shù)量：在擴散燃燒階段，放熱速率一般比預混燃燒慢，主要是因為這時燃燒放熱速率由空氣和燃料形成可燃混合氣的速率控制。第23頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月柴油機燃燒D

、ｎ、a

，油找氣，高壓、多孔噴嘴D、ｎ

、a

，氣找油，噴霧、氣流、燃燒室配合氣流運動能使汽化了的油分子迅速離開液體表面、加速了油滴和油膜的汽化過程。油找氣氣找油氣油結(jié)合混合能量控制目標第24頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月柴油機燃燒We>Wec10-20分裂霧化程度的描述混合能量油束的貫穿度

L’

L第25頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月(三)滯燃期滯燃期對空間混合氣形成影響很大。滯燃期

，則在滯燃期內(nèi)噴入燃燒室的燃料

，在著火前形成的可燃混合氣

，這些燃料在第Ⅱ階段中幾乎一起燃燒，使壓力升高比和最高燃燒壓力

。如果滯燃期

，在滯燃期內(nèi)噴入全部燃料，則隨后的燃燒就難以控制。著火前后循環(huán)噴油量的分配比例，有人認為循環(huán)噴油量基本上應在滯燃期內(nèi)噴完，至少應占2/3的噴油量，以免液體燃油噴入著火后的高溫火焰，形成熱束縛效應(火包油現(xiàn)象)。有人認為滯燃期內(nèi)的噴油量宜少，以免預混合燃燒的量過多，造成過大的壓力升高率和最高燃燒壓力。呂卡圖公司提出滯燃期內(nèi)噴油量占循環(huán)油量的1/6~1/7。一般噴油規(guī)律中，滯燃期內(nèi)噴油量約占50~60％。第26頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月最高燃燒壓力和最大壓力升高比隨滯燃期的變化最高燃燒壓力和最大壓力升高比隨滯燃期的增加而增加；為了能控制燃燒過程、降低柴油機的機械負荷并使之運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，應該設法縮短滯燃期。若滯燃期極短，對混合氣形成不利，柴油機性能惡化。第27頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月壓縮溫度和壓力對滯燃期的影響T和p

，滯燃期

。影響T和p的參數(shù)間接影響滯燃期。T和p

，十六烷值對滯燃期影響

，壓縮溫度

，差別

。第28頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月噴油時間對滯燃期的影響噴油早，燃料進入氣缸時T和p

，滯燃期

；噴油遲，雖然初始T和p

，但作用時間短，著火前活塞可能已開始下行，使T和p

，滯燃期

。因此，存在一個使滯燃期最短的噴油提前角。第29頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月噴油時間對滯燃期的影響最短滯燃期的噴油提前角，高轉(zhuǎn)速時約10-15

CA，怠速時約5-10

CA。為了保證功率和經(jīng)濟指標，希望在上止點前5-10

CA開始著火燃燒，以保證燃燒在上止點附近完成。獲得較好功率和經(jīng)濟指標的噴油提前角與最短滯燃期的噴油提前角不一致，通常最佳噴油提前角是根據(jù)前者來調(diào)整的，它要大于后者。第30頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月柴油機轉(zhuǎn)速對滯燃期的影響轉(zhuǎn)速

：漏氣及散熱損失

，壓縮溫度、壓力

；噴油壓力

，燃油霧化得到改善，促使著火準備過程加快；燃燒室中空氣擾動

，燃料蒸發(fā)

，但空氣擾動對滯燃期只有次要的影響。隨著轉(zhuǎn)速

，以s計

i滯燃期

。如以曲軸轉(zhuǎn)角計則不定。第31頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月增壓壓力對滯燃期的影響隨增壓壓力

、滯燃期

。不用中冷器進氣溫度約為100℃。采用中冷器，進氣溫度約40-60℃。在這個溫度范圍內(nèi)，進氣溫度變化對滯燃期的影響較小。增壓后，進人氣缸的空氣密度、壓力和溫度

，使壓縮終了的壓力和溫度

。第32頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月增壓空氣溫度對滯燃期的影響增壓后滯燃期縮短，減緩初期燃燒速度，使壓力升高比有所降低，但燃燒持續(xù)時間要拉長一些。第33頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月三、燃燒噪聲噴入氣缸的燃料滯燃期不同，先噴入的燃料滯燃期較長，隨后噴入的燃料滯燃期較短；缸內(nèi)是多處著火，一旦著火，就有較多的燃料參加燃燒，燃燒是沖擊性的，使燃燒初期的壓力急劇升高。急劇升高的壓力直接使燃燒室壁面及活塞曲軸零件產(chǎn)生強烈振動，并通過氣缸壁面?zhèn)髦镣獠?，從而形成燃燒噪聲。?4頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月三、燃燒噪聲當壓力升高比在0.5MPa/CA以上，就明顯感到有強烈的震音。為了保證柴油機穩(wěn)靜運轉(zhuǎn)，希望壓力升高比控制在0.4MPa/CA以下。壓力升高比過大，柴油機運動零件受到強烈的沖擊負荷，使用壽命降低。第35頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月車用柴油機的噪聲第36頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月降低燃燒噪聲的主要途徑縮短滯燃期。減小滯燃期內(nèi)的噴油量：要求初期噴油速率

，但噴油持續(xù)時間又不

?？刹捎秒p凸起的油泵凸輪?；虿捎枚墖娚?，在壓縮行程后期，在主噴射之前先噴入一定燃油量，實現(xiàn)噴油量先少后多并可縮短主噴射期燃油的著火延遲，降低燃燒噪聲。減少滯燃期內(nèi)形成的可燃混合氣數(shù)量：將燃料大部分噴到燃燒室壁上，小部分分散在熱空氣中形成少量可燃混合氣首先著火，

初期放熱。劉巽俊：只有實現(xiàn)電控，搞內(nèi)燃機燃燒才有可能。第37頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月電噴柴油機噴油率控制噴射效果引導噴射通過預混合燃燒、降低顆粒排放預噴射縮短主噴射的著火延遲、降低NOx和燃燒噪聲后噴射促進擴散燃燒、降低顆粒排放次后噴射排溫升高、通過供給還原劑、促進后處理（催化劑）第38頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月電噴柴油機噴油率控制第39頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月怠速敲缸柴油機冷起動或怠速時，缸內(nèi)溫度

，滯燃期

，此時潤滑油粘度

，柴油機的摩擦損失

，盡管無負荷，每循環(huán)噴油量

，因此壓力升高比

，震音

。這種噪聲是在低速運轉(zhuǎn)的特殊條件下產(chǎn)生的，一般稱怠速敲缸。隨著轉(zhuǎn)速升高及帶負荷運行，柴油機熱狀態(tài)正常，怠速噪聲即自行消失。第40頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月四、柴油機的冷起動性能不加特殊的冷起動措施(如加裝電熱塞、起動液、進氣空氣預熱等)，柴油機大致均可在10~-5℃的環(huán)境下順利起動，環(huán)境溫度再低，冷起動會遇到困難，這是由于：氣缸內(nèi)壓縮始點溫度

、氣缸壁傳熱

以及由于起動轉(zhuǎn)速

而引起漏氣量

，從而使壓縮終點溫度、壓力

。低溫時燃料粘性

、起動轉(zhuǎn)速低，使燃料的蒸發(fā)和霧化均惡化，從而影響混合氣的形成。潤滑油粘度

，蓄電池性能

。第41頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月柴油機順利起動所需條件壓力MPa0.30.91.53.0著火溫度C4002622102001)壓縮溫度高于氣缸內(nèi)某種燃料有可能開始著火的最低臨界溫度。起動時，缸內(nèi)壓力約在1.5~2.5MPa之間變化，相應著火溫度為200~210℃，但實際上缸內(nèi)最低著火溫度應為340~345℃。起動轉(zhuǎn)速很低時，由于氣缸新鮮充量

，以及向氣缸壁傳熱、漏氣

，使pc

；在起動轉(zhuǎn)速大于200r/min時，才趨于穩(wěn)定，此時環(huán)境溫度的改變對著火已無大的影響。第42頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月柴油機起動轉(zhuǎn)速對壓縮終點壓力pc的影響第43頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月在不同環(huán)境溫度下，起動轉(zhuǎn)速對壓縮終點溫度pc的影響第44頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月柴油機順利起動所需條件2)燃料的蒸發(fā)性對起動時可燃混合氣的形成起決定性的作用。低溫起動時，由于燃料霧化情況極差，柴油在燃燒室壁上形成油膜，而靠油膜表面的蒸發(fā)形成混合氣。

若起動轉(zhuǎn)速低，pc、tc低，但蒸發(fā)時間增長；

若起動轉(zhuǎn)速高，pc高，但蒸發(fā)時間縮短。對任一柴油機均有一最佳的最低起動轉(zhuǎn)速，此時起動功率消耗最少，又能保證順利起動。增加每循環(huán)供油量，使燃料蒸發(fā)的數(shù)量增加，也會改善起動性能。第45頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月第五節(jié)壓燃式內(nèi)燃機的燃燒室壓燃式內(nèi)燃機的燃燒室分為直接噴射式燃燒室和分隔式燃燒室。按燃燒室深淺不同又可分為淺盆形和深坑形兩類；按氣流運動則又可分為無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氣渦流或利用弱進氣渦流，而深坑形燃燒室一般都組織進氣渦流。分隔式燃燒室常用的有：渦流室和預燃室。第46頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月一、淺盆形燃燒室靠燃油的噴散霧化，對噴霧質(zhì)量要求高；

噴嘴孔數(shù)為6~12；

噴孔直徑0.2~0.4mm；

針閥開啟壓力20~40MPa，最高噴油壓力甚至高達100MPa以上。第47頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月(一)混合氣形成特點2)為充分利用燃燒室中的空氣，要求油束與燃燒室形狀相配合，燃料要盡可能地分布到整個燃燒室空間。四沖程柴油機一般是在活塞頂上做成淺

的形狀或淺盆形與油束配合，并避免油束直接接觸氣缸壁，因為氣缸壁溫度較低，燃油噴到氣缸壁上不但不能迅速蒸發(fā)燃燒，而且燃油可能沿缸壁流人曲軸箱，稀釋潤滑油并使它變質(zhì)。第48頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月在大型柴油機的燃燒室中油束產(chǎn)生的空氣運動3)一般不組織空氣渦流運動，依靠油束的擴展促使燃油與空氣混合。高速噴出的油束與空氣摩擦，油滴遇到空氣阻力而減速，并使被油束所卷入的空氣產(chǎn)生加速運動，形成卷吸流動。淺盆形燃燒室主要用于D＞200mm的中、低速發(fā)動機上，其油束較長，燃燒時間(以ms計)也比較長，宜得到好的指標。第49頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月在大型柴油機的燃燒室中油束產(chǎn)生的空氣運動4)燃燒室基本上是一個空間；形狀簡單，結(jié)構(gòu)緊湊；相對散熱面積Fk/Vk小，傳熱損失小；由于燃燒室中不組織氣流運動，無節(jié)流損失；因此淺盆形燃燒室經(jīng)濟性好，容易起動。第50頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月混合氣形成特點5)由于是均勻的空間混合，在滯燃期內(nèi)形成的可燃混合氣較多，最高燃燒壓力及壓力升高比較高，工作粗暴；而且燃燒直接在活塞頂上進行，使運動件直接承受較大的機械負荷，燃燒室溫度高也容易冒煙和產(chǎn)生較多的NOx。6)對轉(zhuǎn)速和燃料較敏感，因為噴霧質(zhì)量隨轉(zhuǎn)速而變，轉(zhuǎn)速降低，燃油霧化質(zhì)量變差。而燃料品質(zhì)改變也會影響混合氣形成和燃燒，如燃油粘度大，則燃料霧化不好，使滯燃期增加。第51頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月混合氣形成特點7)過量空氣系數(shù)較大，一般

a=1.6~2.2。因為混合氣形成主要靠噴霧質(zhì)量，為了保證燃燒，需要用較大的

a工作；此外，大型發(fā)動機一般都采用增壓，缸徑大加之增壓，使每循環(huán)供油量較大，而相對散熱面積較小，因此燃燒室熱負荷較高，為減輕熱負荷，

a也需要用得較大一些。第52頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月(二)燃燒的有效組織工作過程組織的關(guān)鍵是燃油噴射與燃燒室形狀之間合理的配合。影響淺盆形燃燒室性能的主要因素是：供油規(guī)律、供油持續(xù)角、油束霧化質(zhì)量、油束的數(shù)目和射程、噴霧錐角、燃燒室形狀、壓縮比、供油提前角、配氣相位等。第53頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月1．燃燒室的結(jié)構(gòu)尺寸dk/D=0.72~0.88Vk/Vc=0.60~0.68dk/h=5~7第54頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月2．供油系統(tǒng)(1)柱塞直徑和柱塞平均速度為了使全負荷時供油持續(xù)期小于40

CA，多采用大柱塞直徑，提高凸輪供油段的平均速度以及增大噴孔總有效面積，但是這些措施對低負荷或空車性能不利，造成供油系統(tǒng)每循環(huán)供油的均勻性和工作穩(wěn)定性較差，因而在選用供油系統(tǒng)參數(shù)時必須兼顧兩種要求。目前生產(chǎn)的柴油機，即使pme、n、D大致相同，柱塞直徑也是有差別的。柱塞平均速度在增壓比小于50％時一般和非增壓柴油機一樣，在增壓比達100％時，才增大凸輪供油段的平均速度。第55頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月2．供油系統(tǒng)

(2)噴孔的直徑、數(shù)目和噴射角度為了使燃料能噴到足夠遠的地方，油束要有一定的射程。在噴孔總面積不變的情況下，噴孔數(shù)目減少，油束射程增加，但霧化不好，油滴平均直徑較大，油滴間的空氣利用率不好，性能不良；如果噴孔數(shù)目多，噴霧變細，同時著火燃燒的燃油增多，使壓力迅速升高，工作粗暴。第56頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月拄塞直徑d和缸徑D的統(tǒng)計關(guān)系一般dz/D=0.0013~0.0019，隨增壓壓力

及存在進氣渦流時，比值取大值；噴孔長度l與孔徑dz之比l/dz，l/dz

，油束射程

，霧化減弱，但l/dz過大將由于噴孔阻力的增加而影響貫穿度，一般選用范圍為l/dz=3.5~4.5。第57頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月在不同增壓比下柱塞速度的相對改變第58頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月油束射程對燃油消耗率的影響在不組織進氣渦流的淺盆形燃燒室中，如果在著火瞬時的油束射程L與噴嘴到燃燒室壁的直線距離L‘接近時，發(fā)動機將獲得最佳的性能指標。第59頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月噴射角度噴射角度即油束與氣缸軸線之間夾角的兩倍，對于四沖程柴油機一般為130~150°。在這個角度范圍內(nèi)，燃油的分布及空氣的利用率較好。如果噴射角度減小到120°以下，燃油會直接噴到活塞頂面上，并保持液體流動，須利用較強的擠壓渦流幫助燃油在壁面上分布、蒸發(fā)及與空氣混合，加快燃燒速率，才能獲得較好的性能。如果噴射角度過大，油束噴到活塞頂隙部分，則凹坑里的空氣又不能充分利用，因此噴射角度要與燃燒室形狀配合，合理選擇。第60頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月3．空氣渦流一般認為：D＞200mm、n＜500~1000r/min的淺盆形燃燒室，以不組織渦流為宜，其原因是組織進氣渦流將使充量系數(shù)下降，散熱損失增加，反而使性能變壞。近年來，缸徑200~280mm、n＝900~1500r/min的大功率中、高速淺盆形燃燒室的柴油機上也開始應用弱渦流或中等強度渦流。若有高的流通能力，又具有中等強度渦流的進氣道，再配上合適的供油系統(tǒng)(油束射程增大)，可對柴油機的性能有較大的改進。第61頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月二、深坑形燃燒室第62頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月二、深坑形燃燒室第63頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月(一)混合氣的形成特點小型高速柴油機轉(zhuǎn)速高，混合氣形成和燃燒的時間極短，每循環(huán)供油量又很小，單靠霧化混合，則必須將噴孔直徑做得很小，噴油壓力很高．使燃油系統(tǒng)制造困難。為了高轉(zhuǎn)速、較小的

a時有較好的燃燒過程，出現(xiàn)了有渦流的深坑形燃燒室。將活塞頂上的凹坑加深，凹坑口徑縮小，燃燒室基本上分成兩個空間，活塞中的燃燒室容積Vk及活塞頂上的余隙容積Vc，采用4~6孔噴油器，噴孔的直徑較大(0.35mm左右)。第64頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月(一)混合氣的形成特點混合氣形成一方面利用噴霧質(zhì)量，一方面組織進氣渦流及形成擠流促進混合氣形成和燃燒。與淺盆形燃燒室相比，深坑形燃燒室對燃油系統(tǒng)的要求較低。由于利用進氣渦流加強混合氣的形成，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容易的優(yōu)點。第65頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月(二)燃燒室設計要點1．燃燒室形狀深坑形燃燒室的形狀很多，但應用最多的是

形燃燒室，其中有各種變型。燃燒室底部中心有一個凸起，目的是想幫助形成擠流。并使燃燒室形狀與油束配合，將空氣集中在油束附近，以便更好地利用燃燒室中的空氣，但有人認為效果并不明顯，故有的燃燒室做成平底，以便于加工。橢圓形燃燒室，主要用于小缸徑的農(nóng)用柴油機上，其喉口直徑dk較小以加強擠梳作用，混合氣形成主要靠擠流，可以使用單孔軸針式噴油嘴。第66頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月2．燃燒室尺寸燃燒室主要結(jié)構(gòu)尺寸是喉口直徑dk及深度h，dk與h基本上決定了燃燒室的容積Vk。對性能影響較大的結(jié)構(gòu)參數(shù)是相對容積比Vk/Vc及喉口直徑與氣缸直徑之比dK/D。1)Vk/Vc要盡可能大，一般Vk/Vc=0.75~0.85。因為直接噴射式發(fā)動機的混合氣形成和燃燒主要在燃燒室內(nèi)進行，而在余隙容積中的氣體不能有效利用，所以應盡量減少余隙容積。使空氣盡可能集中在燃燒室內(nèi)，以改善空氣利用率。而且Vk/Vc增加，相對散熱面積減小，擠流加強，有利于混合氣形成和燃燒。第67頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月2．燃燒室尺寸如果

c、空氣渦流及噴油條件一定，則可以達到的平均有效壓力取決于Vk/Vc，即第68頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月余隙容積對性能的影響Vk/Vc值每減少7％，發(fā)動機的平均有效壓力約降低0.1MPa，或在維持相同的平均有效壓力下其煙度增加。第69頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月增加Vk/Vc的主要措施增加Vk/Vc的主要措施是減小活塞頂隙S0。但S0減小受結(jié)構(gòu)和工藝的限制。一般S0在1mm左右。S0過小，則由于制造裝配誤差或使用后連桿軸承間隙加大及零件的變形膨脹等，引起活塞與氣門相碰。為了增加進氣充量，往往加大氣門升程，氣門升程的加大與余隙高度S0的間隙的減小，更增加了活塞與氣門相碰的可能性。在這種情況下，可以考慮改變配氣相位，但要注意配氣相位改變是否影響充量系數(shù)，如充量系數(shù)變差，也會影響性能的改進。第70頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月2)dk/D要合適dk/D要與油束射程配合。一般dk/D=0.4~0.6，dk/h=1.5~3.5、對于一定的Vk，喉口直徑dk

，則dk/h

，燃燒室變淺，此時如不增加油束射程，則噴到燃燒室壁面的燃油將要減小，甚至油束達不到燃燒室壁面，從而增加空間混合燃燒的比例，使最高燃燒壓力

。在小型單缸機上，當dk/h從2.1增加到5.7時，最高燃燒壓力增加1.0~1.4MPa。燃燒室深，機械負荷和燃燒噪聲

。但活塞長度

，燃燒室中的廢氣不易清除，喉口處熱負荷

，活塞容易過熱，噴油嘴也容易過熱卡死。第71頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月3．燃燒室的布置深坑形燃燒室總是布置在活塞上，這樣燃燒室表面不與冷卻水直接接觸，可以減少散熱損失。對于四氣門發(fā)動機，燃燒室布置與噴油嘴及氣缸在同一軸線上，這樣對稱布置使熱流、氣流都較均勻，油束貫穿度與噴孔到燃燒室壁面之間的距離易于優(yōu)化匹配，有利于性能

與排放

。若燃燒室和噴油嘴的偏移量不大，則對發(fā)動機性能影響不大；為使缸蓋中冷卻水道易于布置，噴油嘴也傾斜15-25°。噴油嘴傾斜后，噴孔位置也要相應改變，使油束相對于燃燒室仍是對稱的，不過噴孔到燃燒室壁面的距離則有長有短。第72頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月4.燃燒室、油束和渦流強度的配合燃燒室尺寸、油束射程及渦流強度之間的配合，影響燃料的空間分布和壁面分布的比例及油束的落點位置，從而影響混合氣形成和燃燒過程。dk較小，油束射程較大而進氣渦流較弱時，就有相當多的燃油直接噴到燃燒室壁上；如果進氣渦流較強，或者dk較大，油束射程較小，則噴到壁面上的燃油減少，甚至油束達不到壁面，這時空間分布的燃料增多；深坑形燃燒室是以空間混合為主，應保證在進氣渦流的作用下，油束仍有足夠的射程，使燃油沖擊壁面，并反彈出來，造成燃油的再分布。第73頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月4.燃燒室、油束和渦流強度的配合油束與燃燒室壁的碰撞程度可用所謂的穿透率

表示，即

=L/L’L為計算著火時刻的油束射程；L’為噴油嘴噴孔至燃燒室壁面的直線距離。L/L’<1時，油束不能充分擴散，熱混合效應利用不好;L/L’>1時，油束碰壁，蒸發(fā)混合變慢。第74頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月平均渦流強度對經(jīng)濟性的影響穩(wěn)流試驗所得的平均渦流強度對性能的影響。圖中1％、2％的損失是因渦流不足或渦流過強而使燃油消耗率增高的百分數(shù)。第75頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月渦流強度的影響為增加油束射程，可加大噴孔直徑，減少噴孔數(shù)目。深坑形燃燒室一般采用4-6個噴孔，其中4孔噴油嘴最多，噴射角度在140~160°之間。噴孔數(shù)目減少，油束間的間隔增大，但在渦流作用下保證迅速混合，油束間的空氣仍能充分利用。如果渦流過弱，混合氣形成和燃燒不好，性能下降；而如果渦流過強，一方面增加熱損失，另一方面使相鄰油束之間發(fā)生干擾，即從渦流上游方向吹來的燃燒產(chǎn)物會妨礙位于下游的油束充分燃燒，也要使性能下降，因此對于每一工況有一最佳渦流強度。第76頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月渦流強度的影響最佳渦流強度隨發(fā)動機轉(zhuǎn)速升高而降低。對于車用發(fā)動機，轉(zhuǎn)速變化范圍較大，渦流強度的選擇也要顧及部分工況的性能。對于鑄造的進氣道，最佳折衷的平均渦流比在2.5~3.5之間。第77頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月熱混合現(xiàn)象旋流場中運動的質(zhì)點，受離心力、壓差引起的向心推力、以及氣流對質(zhì)點運動的粘性阻力的綜合作用。液體油粒或燃油蒸氣的密度比空氣大，離心力將起主要作用，呈向外運動的趨勢；已燃氣體的密度比空氣小，向心推力將起主要作用，呈向內(nèi)運動趨勢。已燃氣體向燃燒室中心運動、未燃燃料和新鮮空氣向外周運動，促進空氣與燃料混合的現(xiàn)象稱為熱混合現(xiàn)象。第78頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月熱鎖現(xiàn)象如噴油貫穿率不足，燃油過分集中在燃燒室中心區(qū)域，由于該區(qū)域切向速度?。x心力?。╇y以使燃油粒子被拋向周邊區(qū)域與新鮮空氣混合，同時又被已燃氣體包圍，致使火焰被“鎖定”在中心區(qū)域，造成燃燒不完全。這種現(xiàn)象稱為熱鎖現(xiàn)象。第79頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月噴油嘴伸出氣缸蓋底平面的距離第80頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月5．噴油嘴伸出氣缸蓋的距離噴油嘴伸出氣缸蓋底平面的距離影響油束與燃燒室及氣流的配合，從而對性能有明顯的影響。噴油嘴伸出距離h過小，則燃油噴在燃燒室上方，油束可能落在活塞頂面上；h過大，則油束落在燃燒室底部，并且噴油嘴在喉口處受熾熱燃氣的沖刷，熱負荷較高，容易燒壞卡死。對于某一燃燒室，在一定的氣流強度下、有一個合適的伸出高度，伸出高度可由墊片厚度來調(diào)整。通常噴油嘴伸出距離以3mm左右為最佳。第81頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月6．提高噴油率，縮短噴油持續(xù)期噴油率一般以單位氣缸工作容積每度曲軸轉(zhuǎn)角的供油量表示。噴油率應與穿透率以及渦流強度等因素相配合。對于穿透率適當?shù)纳羁有稳紵?，提高噴油率縮短噴油持續(xù)時間，可以增強混合氣形成速率。全負荷時噴油持續(xù)期不應大于25

CA，一般15~20

CA，燃燒持續(xù)期控制在40

CA內(nèi)。第82頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月6．提高噴油率，縮短噴油持續(xù)期如果穿透率過大，油束中的液體燃料與燃燒室壁相碰，一部分燃油滯留在燃燒室壁上，此時若增加噴油率，只是增加油膜厚度而己。在這種情況下，只有適當加大渦流比，才能有效地增加混合氣形成速率。一般可采用增大柱塞直徑，改變油泵凸輪廓線形狀或合理選擇凸輪表面工作段等措施來提高噴油率。第83頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月7．提高噴油壓力在中等缸徑(D＝120~160mm)的高速車用柴油機上，除了采用上述強渦流中等噴射壓力的深坑形燃燒室外，還有采用無渦流高壓噴射淺盆形燃燒室的，兩者均表現(xiàn)出各自的優(yōu)缺點。柴油機的燃燒情況主要取決于混合氣的生成速率，混合過程所需的能量來自噴射到燃燒室中的燃油和空氣的動能。提高噴油壓力使燃油流速增加，從而得到較高的燃油與空氣之間的相對速度，噴油細化，蒸發(fā)速度加快，并使混合氣形成更加均勻，從而可以降低對空氣渦流的要求，使充量系數(shù)增加。第84頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月7．提高噴油壓力近年來在中、小型高速直噴式柴油機上也有提高噴油壓力的趨勢，最高噴油壓力已達140~150MPa左右。隨著平均有效噴油壓力的提高，燃油消耗率和煙度下降，但燃燒噪聲由于壓力升高比的增加而有所提高第85頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月8．利用湍流關(guān)于湍流對柴油機燃燒的影響，目前存在著不同的觀點有人認為湍流對燃燒有很大的影響，主張研究湍流氣道；有人則認為湍流對柴油機燃燒影響不大，進氣過程中形成的湍流無法保持到壓縮行程的末期。第86頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月8．利用湍流四角形燃燒室（非回轉(zhuǎn)體燃燒室）大尺度渦流＋局部微渦流和湍流；改善低速渦流太弱，而高速過強的問題。問題：工藝性差，縮口部熱負荷過高易開裂第87頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月三、球形油膜燃撓方式也稱M燃燒過程，是由MAN公司的Meurer先生于1956年發(fā)表的（德國人的驕傲：OttoEngine、DieselEngine、WankelEngine、M-Engine全部由德國人發(fā)明）第88頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月三、球形油膜燃撓方式球形油膜燃燒室在活塞上，形狀為球形，屬于深坑形燃燒室的一種，但其混合氣主要是油膜蒸發(fā)混合形成。將燃油順氣流方向沿燃燒室壁面噴射，在強烈的進氣渦流作用下，將燃油攤布在燃燒室壁上，形成一層很薄的油膜。燃燒室壁溫控制在200~350℃，使噴到壁面上的燃料在比較低的溫度下蒸發(fā)，以控制燃料的裂解反應。第89頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月三、球形油膜燃燒方式蒸發(fā)的油氣與空氣混合形成均勻混合氣，從油束中分散出來的一小部分燃料是極細的油霧，在熾熱的空氣中首先完成著火準備，形成火核，然后靠此火核點燃從壁面巳蒸發(fā)形成的可燃混合氣。隨著燃燒進行，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，保證迅速地燃撓。第90頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月三、球形油膜燃撓方式60～70年代曾有不少應用；其理論意義重大；相對空間霧化的傳統(tǒng)理論是一個創(chuàng)新。第91頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月球形燃燒室特點球形燃燒室采用油膜蒸發(fā)混合最顯著的效果是：發(fā)動機工作柔和，燃燒噪聲小，排煙少，性能指標好。目前非增壓的球形油膜燃燒室發(fā)動機平均有效壓力pme可達0.88~0.98MPa，過量空氣系數(shù)

a己降低到1.1，燃油消耗率可達be＝217g/(kW·h)。最高燃燒壓力與平均有效壓力之比pz/pme＝6。球形油膜燃燒室便于使用輕質(zhì)燃料，從柴油機到汽油機都能平穩(wěn)運轉(zhuǎn)。第92頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月球形燃燒室的缺點1)空間霧化燃料少，起動時燃燒室壁溫低，壁面蒸發(fā)混合少，冷起動比較困難。2)進氣渦流跟不上，對負荷突變反應慢；3)低負荷時冒藍煙，HC大量增加。4)高、低速性能差別大。5)對增壓適應性差，因每循環(huán)供油量增大將使油膜變厚，影響混合氣形成的速率。6)缸徑

，循環(huán)供油量

，燃燒室的相對表面積Fk/Vk

，油膜變厚，影響混合氣形成速率。目前多用于75~130mm缸徑的小型高速柴油機上。第93頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月兩種混合方式的特點空間霧化混合油膜蒸發(fā)混合大部分燃料噴散霧化，分布到空氣中燃料在空氣中是細小油滴細小油滴與熱空氣混合，形成不均勻的混合氣（液相混合），然后小油滴高溫下蒸發(fā)在著火延遲期間形成的可燃混合氣數(shù)量較多，多處著火燃燒開始時放熱速率很高，以后逐漸減慢利用強烈的空氣旋流將大部分燃料涂布到壁面上燃料在壁面上形成油膜油膜受壁溫影響在較低溫度下蒸發(fā)，然后燃料蒸汽與空氣混合，形成均質(zhì)混合氣（氣相混合）散布在空氣中的少量霧化燃油局部著火初期放熱率不高，而隨燃燒的進行，火焰輻射使蒸發(fā)加強，加上熱力混合作用，中后期燃燒速率很高第94頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月空間霧化混合特點為提高混合質(zhì)量，改善經(jīng)濟性，要求燃料噴得很細，分布均勻。這樣較多的油滴受熱蒸發(fā)形成可燃混合氣。且滯燃期越長，初期蒸發(fā)量越大，造成初期放熱速率大。為降低燃燒噪聲，要求滯燃期盡量短，但滯燃期縮短又會使混合惡化。在滯燃期內(nèi)，燃料與空氣的混合較為有效，一旦著火，缸內(nèi)壓力、溫度迅速升高，使其他大部分燃料在高溫、高壓下蒸發(fā)；加之燃燒產(chǎn)物的干擾，燃料容易因氧不足而裂解形成碳煙。第95頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月油膜蒸發(fā)混合特點燃燒室壁溫和空氣旋流起了主要作用。從油束中離散出來到熱空氣中的少量燃油，混合過程與空間霧化混合一樣；壁面上的燃料，受壁溫控制，在較低的溫度下蒸發(fā)，一方面抑制了燃料最初的裂解反應，減少碳煙；另一力面，滯燃期內(nèi)燃料蒸發(fā)量比空間霧化混合小得多，初期放熱少，工作柔和。第96頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月油膜蒸發(fā)混合特點壁面上的燃料蒸發(fā)成蒸氣再與空氣混合，氣相混合要比油滴與空氣的液相混合均勻得多。強烈的旋流保持空氣與壁面上的燃油之間有較大的相對速度，帶走壁面附近燃料飽和蒸氣，保證燃料不斷迅速蒸發(fā)。強烈的旋轉(zhuǎn)氣流還產(chǎn)生熱力混合，加強已燃氣體和未燃氣體的分離作用。燃燒開始后，火焰的輻射作用加快燃料蒸發(fā)。如果沒有足夠強的渦流配合，則蒸發(fā)慢，燃燒拉長，雖然運轉(zhuǎn)柔和，但經(jīng)濟性不好，且燃油蒸氣在高溫、過濃的情況下也要裂解形成碳煙。第97頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月實際的混合過程在小型高速柴油機中，混合過程介于空間霧化混合油膜蒸發(fā)混合兩種方式之間。壁面分布的燃料數(shù)量與燃燒室尺寸、噴油方向、油束射程及渦流強度等因素有關(guān)。一般在深坑形燃燒室中都組織進氣渦流，并有意識地使燃油沖擊在燃燒室壁上；而在球形燃燒室中，壁面分布的燃料較多，但仍有一定的燃料是空間混合。要使混合燃燒良好，就要求燃油、空氣和燃燒室三者之間配合好。第98頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月實際的混合過程第99頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月四、渦流室燃燒室渦流室燃燒室整個壓縮容積Vc分為兩部分：一部分在氣缸蓋與活塞頂之間，稱為主燃燒室；另一部分容積Vk在氣缸蓋上，形狀呈球形或圓柱形等，稱為渦流室。兩者之間用一個或數(shù)個通道相連，通道方向與活塞頂成一定角度并與渦流室相切。第100頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月(一)混合氣的形成渦流室容積Vk約占整個壓縮容積的50％~80％，連接通道的面積一般為活塞面積的1.2％~3.5％。噴嘴安裝在渦流室內(nèi)，燃油順渦流方向噴射。壓縮過程中，氣缸中的空氣被活塞推擠，經(jīng)過通道流入渦流室，形成強烈的有組織的旋轉(zhuǎn)運動，促使噴人渦流室中的燃油分布和混合。當渦流室中著火燃燒后，其中的氣體壓力、溫度迅速升高；在膨脹行程期間，渦流室中未燃燒的燃料、空氣及燃氣一起經(jīng)過通道流入主燃燒室中，與主燃燒室的空氣進一步混合燃燒。第101頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月渦流室柴油機特點

1)混合氣形成和燃燒主要利用有組織的壓縮渦流，因此對噴霧質(zhì)量要求不高，一般采用軸針式噴油嘴，噴油壓力較低，為10~12MPa，對燃油系統(tǒng)的要求低。2)壓縮渦流隨轉(zhuǎn)速升高而加強，在轉(zhuǎn)速較高時仍能保證較好的混合質(zhì)量。渦流室偏離氣缸中心線布置，噴油嘴也隨渦流室偏置，使氣門布置的位置充裕，進氣門直徑可以做得較大，即使轉(zhuǎn)速較高，仍可獲得較高的充量系數(shù)；因此，渦流室適用于高轉(zhuǎn)速的發(fā)動機中，目前轉(zhuǎn)速可高達5000r/min。第102頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月渦流室柴油機特點3)強烈的壓縮渦流保證混合質(zhì)量，一般

a=1.2~1.3，pme=0.7~0.8MPa，初期燃燒是在渦流室內(nèi)進行，不是直接作用在活塞上，主燃燒室中的壓力升高比約為0.25MPa/CA，工作較為平穩(wěn)。4)渦流室相對散熱面積較大，直接與冷卻水接觸，散熱損失較大；氣體經(jīng)過通道流動，節(jié)流損失也較大，因此冷起動困難，油耗較高，一般be=258~286g/(kW·h)，比直噴機高出10％~15％。5)主燃燒室最高溫度相對較低，因此可減少NOx排放量，HC和微粒排放量均比直噴機低，高負荷的煙度一般小于3BSU。第103頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月(一)渦流室的設計要點第104頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月1．渦流室的形狀渦流室形狀基本形狀是球形或近似球形。一般渦流室由兩部分組成，其上部是在氣缸蓋上，而下部是帶有通道的保溫鑲塊，渦流室的內(nèi)表面和通道都可以進行機械加工，渦流室的容積也較易準確控制。通過鑲塊形狀和尺寸的變化，可以得到各種渦流室的變形。其中以圓柱平底形的鑲塊最簡單，為一圓盤，最易加工；渦流室的形狀和尺寸及連接通道的形狀、尺寸和位置等，影響渦流室中氣流運動的形態(tài)和強度。第105頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月渦流室形狀對渦流速度的影響第106頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月渦流室形狀對渦流速度的影響球形渦流室中渦流強度最高，圓柱形平底的渦流強度最小，圓錐形平底則介于兩者之間。平底渦流室，對渦流強度有減弱作用．造成氣流部分死區(qū)，便于起動，且能夠提高性能。上止點附近，球形渦流室中的速度分布是由剛體旋轉(zhuǎn)和勢渦流兩部分合成起來的。在接近渦流室中心部分，氣流速度隨渦流室半徑的增加而增加，符合剛體旋轉(zhuǎn)運動的規(guī)律，而在壁面附近，氣流速度隨渦流室半徑的增加而減小，呈勢渦流規(guī)律；在渦流室某一半徑處，氣流速度最高。第107頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月渦流室形狀對渦流速度的影響由于連接通道和燃燒室壁的影響，渦流中心通常都偏離渦流室的幾何中心。高速攝影證明渦流室中的氣流始終是一個方向旋轉(zhuǎn)的，即使在膨脹過程中，渦流室中氣體噴向主燃燒室時也不改變渦流室中的氣流旋轉(zhuǎn)方向。第108頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月2．連接通道的位置連接通道的截面形狀一般有長圓形、豆形和彎月形等，其中以長圓形應用較多。通道位置與渦流室相切時，壓縮渦流較強；而通道靠近渦流室中央布置時，渦流速度明顯減小，但此時流出路徑短，渦流室中氣體容易流出。從主燃燒室的燃燒考慮，希望渦流室中的未燃燃油能盡快流出，所以通道布置靠近渦流室中心附近往往獲得較好的性能。通道的傾斜角一般在30~50

之間。柴油機轉(zhuǎn)速較高時，長圓形通道的最佳長短比為2~2.5：第109頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月通道方向?qū)u流速度的影響第110頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月3．渦流室的結(jié)構(gòu)參數(shù)Vk/Vc越大或A/Fp越小，則壓縮渦流越強。最初渦流室發(fā)動機的設計思想是希望噴人渦流室的燃料能在渦流室中完全燃燒，因此Vk占到70％~80％，A/Fp=2％~3.5％。Vk/Vc大，進入渦流室的空氣量多，壓縮渦流強度高，混合能量大，對高負荷時的燃燒有利，流動損失和散熱損失也大，使經(jīng)濟性變差，起動困難。對于小缸徑的發(fā)動機，當壓縮比較高時，由于活塞頂隙的限制，也難以加大。第111頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月渦流室的結(jié)構(gòu)參數(shù)為了減少流動損失和散熱損失，提高經(jīng)濟性，改善起動性能，Vk/Vc限制在50％左右。Vk/Vc減小，進入渦流室中的空氣量也隨之減少，這樣在渦流室中不能使噴人的燃料完全燃燒，需要采取措施，加強主燃燒室中的混合和燃燒過程。當主燃燒室也組織渦流加強燃燒時，渦流室通道面積比偏小有利，一般A/Fp=1.2％~1.5％。渦流室混合氣形成和燃燒要求合適的渦流強度，太強或太弱都會使性能下降。第112頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月4．主燃燒室中的燃燒Vk/Vc較大時，采用平頂活塞以獲得較好的性能。當Vk/Vc減小時，就有較多的空氣集中在主燃燒室里。必須使處于活塞頂隙中的空氣活躍起來，加以充分利用。常在活塞頂上開導流槽和凹坑，使渦流室中的氣流噴出時，在導流槽或凹坑的引導下形成二次渦流，促使未燃燒的燃料在主燃燒室內(nèi)進一步混合燃燒。主燃燒室的形狀、位置和尺寸與發(fā)動機的缸徑、渦流室的構(gòu)造及轉(zhuǎn)速有關(guān)，應通過試驗選擇一個最佳配合。第113頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月95系列柴油機主燃燒室內(nèi)形狀活塞頂上開有兩個凹坑，導流槽對準渦流通道，從渦流室噴出的高溫氣體，經(jīng)導流槽在凹坑中形成兩個強烈渦流，活塞下行，旋流超出凹坑，擴展到整個主燃室，加強了主燃室的混合和燃燒。第114頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月95系列柴油機主燃燒室內(nèi)形狀導流槽分布在兩側(cè)，氣流從兩側(cè)再擴展到整個燃燒室。第115頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月活塞頂形狀對性能的影響Vk/Vc較小時，活塞頂?shù)男螤顚Πl(fā)動機性能影響較為明顯。第116頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月噴油方向?qū)u流室發(fā)動機性能影響渦流室發(fā)動機的噴油方向?qū)π阅苡绊懞艽?；隨著噴油方向從逆氣流變到順氣流噴射，燃油消耗率和煙度都顯著地得到改善。第117頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月5．油束與空氣渦流的配合當逆氣流噴射或指向渦流室中心噴射時．從通道流入渦流室的空氣沖擊油束，空間霧化燃料增多，初期放熱率大，起動性能好。從高速攝影觀察到，此時著火后火焰局限在渦流室中心，渦流室外圍的空氣與中央的燃氣無從交換，難以形成熱力混合，因而渦流室外圍的新鮮空氣未參與渦流室中的燃燒就首先被噴出，在渦流室中形成過濃的混合物，造成嚴重冒煙，經(jīng)濟性下降；第118頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月5．油束與空氣渦流的配合當順流噴射時，燃油被吹向壁面，部分燃油呈壁面分布，油束中的細小油霧順著氣流放帶到通道口附近，與流人的高溫空氣相通，在靠近壁面處著火燃燒。在強烈的渦流作用下，火焰被卷入渦流室中央，而將中心部分的空氣壓向四周，形成良好的熱力混合，且壁面附近過濃混合氣首先從渦流室中噴出，在主燃燒室進一步混合燃燒，這就消除了渦流室中混合氣過濃的現(xiàn)象，經(jīng)濟性改善，碳煙減少。第119頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月油束與空氣渦流的配合渦流室的形狀不同，噴油方向?qū)Πl(fā)動機性能的影響程度也不同。圓錐形平底和圓柱形平底渦流室對噴油方向不像球形渦流室那樣敏感。不管是哪種形狀的燃燒室，逆流噴射都使性能惡化，順流噴射是渦流室設計的一個原則。第120頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月油束與空氣渦流的配合燃油順著氣流噴射的方向越靠壁面，壁面分布的燃料也就越多；與球形油膜燃燒過程類似，只有在強烈渦流的配合下，油膜混合燃燒的優(yōu)點才能發(fā)揮出來；渦流室中的氣流運動越強，流動損夫和散熱損失也越大，使經(jīng)濟性下降，起動困難。噴油方向使油束偏離渦流室中心的距離不應過大。第121頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月油束與空氣渦流的配合噴油方向取決于噴嘴軸線與氣缸中心線的夾角和噴嘴軸線相對于渦流室中心的偏移距離。一般

=15~35°，e＝(0.15~0.25)dk(渦流室直徑)。當噴油嘴位置決定后，噴油方向即隨之而定。對于一定的噴油方向，可以通過改變通道面積比控制壓縮渦流強度，使之與油束達到最佳的配合。第122頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月6．冷起動渦流室發(fā)動機流動損失和散熱損失較大，起動困難，一般都采用輔助裝置以保證冷機起動。車用渦流室柴油機常用電熱塞輔助起動；195柴油機是采用起動小孔，在鑲塊上沿噴油方向鉆一漏斗形的小孔，小孔直徑為2mm。并配合使用貫穿力大、噴霧錐角小的噴油嘴，使得有相當多的燃油經(jīng)起動孔噴向溫度較高的主燃燒室中，以幫助起動。第123頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月分流式噴油嘴的結(jié)構(gòu)及供油特性軸針式噴嘴頭部鉆有0.2mm輔助小孔。起動時轉(zhuǎn)速低，高壓油管中油壓較低，針閥升程小，燃油主要從小孔逆氣流噴人主燃燒室，利于起動；正常工作后，針閥完全升起，主噴孔截面加大，大部分燃油從主噴孔順氣流方向噴入，輔助噴孔的噴油量大大減少。輔助噴孔主要改善起動性能，直徑較小，容易堵塞。第124頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月7．渦流室鑲塊和壁溫由于高溫、高壓氣體經(jīng)過通道流出．所以渦流室鑲塊溫度較高、能超過500℃。鑲塊溫度高一方面可以造成局部熱區(qū)，對著火有促進作用；另一方面熱負荷高，容易損壞。鑲塊一般用耐熱鋼制作。在渦流室柴油機中，由于有一部分燃油是壁面蒸發(fā)，所以壁溫對混合氣的形成和燃燒也有影響，壁溫升高，滯燃期縮短，壓力升高比會有所降低。第125頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月用于轎車的3氣門渦流式柴油機第126頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月五、預燃室式燃燒寶預燃室式燃燒室由位于氣缸蓋內(nèi)的預燃室和活塞上方的主燃燒室所組成，兩者之間由一個或數(shù)個孔道相連，噴油嘴安裝在預燃室中心線附近。壓縮行程期間，空氣流過連接通道產(chǎn)生強烈湍流，促使部分燃料霧化混合。第127頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月預燃式發(fā)動機缸蓋剖視圖當著火后，預燃室中的壓力、溫度迅速升高，將預燃室中的混合氣高速噴人主燃室，并在主燃室內(nèi)造成空氣運動(即形成所謂的燃燒渦流)，促使大部分燃料在主燃燒室內(nèi)混合燃燒。第128頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月預燃式發(fā)動機缸蓋剖視圖單孔軸針式噴油器與預燃室軸線重合；容積比Vk/Vc=35~45%；連通截面比Fk/F=0.3%~0.6%。第129頁，課件共143頁，創(chuàng)作于2023年2月六、空氣運動、燃油噴