汽車發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造及原理第2版-課件 第9章 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過程

第9章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過程

第十一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過程3第十三章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過程第一節(jié)汽油機(jī)的燃燒第二節(jié)柴油機(jī)的燃燒第三節(jié)均質(zhì)混合氣壓燃作業(yè)第一節(jié)汽油機(jī)的燃燒

對(duì)燃燒過程的要求：（1）完全：燃燒完全，才能充分利用燃油的熱能；同時(shí)影響排出廢氣的成分。（2）及時(shí)：在上止點(diǎn)附近燃燒（即在上止點(diǎn)后12°~15°燃燒完畢），循環(huán)功最多。（3）正常：正常燃燒，才能保證發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定、可靠的工作。5一、汽油機(jī)的正常燃燒

汽油機(jī)燃燒過程Ⅰ-著火延遲期Ⅱ-火焰?zhèn)鞑テ冖?后燃期1-開始點(diǎn)火2-形成火焰核心3-最高壓力點(diǎn)二、汽油機(jī)的非正常燃燒1.爆燃定義：當(dāng)火花塞點(diǎn)火后，正?；鹧?zhèn)鱽碇埃紵疫吘墔^(qū)域的混合氣（末端混合氣）即自燃并急速燃燒，產(chǎn)生爆炸性沖擊波和尖銳的金屬敲擊聲的現(xiàn)象稱為爆燃，爆燃也被稱作敲缸或爆燃。爆燃時(shí)外部特征：（1）氣缸內(nèi)有金屬撞擊聲（敲缸）；（2）發(fā)動(dòng)機(jī)過熱（水溫表顯示溫度過高）；（3）在輕微爆燃時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)功率略有增加。強(qiáng)烈爆燃時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)功率下降，油耗上升；（4）缸內(nèi)壓力線出現(xiàn)鋸齒形爆燃波。7爆燃時(shí)的р-φ?qǐng)D（a）正常燃燒

（b）輕微爆燃

（c）強(qiáng)烈燃燒8二、汽油機(jī)的非正常燃燒2.表面點(diǎn)火定義：由燃燒室內(nèi)熾熱表面（排氣門盤端面、火花塞電極、金屬突出點(diǎn)或積炭等）引起的著火。早火：表面點(diǎn)火發(fā)生在火花塞點(diǎn)火之前的現(xiàn)象。由于它提前點(diǎn)火而且熱點(diǎn)表面比火花大，使燃燒速率加快，氣缸壓力、溫度增高，發(fā)動(dòng)機(jī)工作粗暴，并且壓縮功增大，向缸壁傳熱增加，致使功率下降，火花塞、活塞等零件過熱。后火：指表面點(diǎn)火發(fā)生在火花塞點(diǎn)火之后的現(xiàn)象。在熾熱點(diǎn)的溫度比較低時(shí)，電火花點(diǎn)燃混合氣后，在火焰?zhèn)鞑サ倪^程中，熾熱點(diǎn)點(diǎn)燃其余混合氣，但此時(shí)形成的火焰前鋒仍以正常的速度傳播。這種現(xiàn)象可在發(fā)動(dòng)機(jī)斷火以后發(fā)現(xiàn)，這時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)仍象有電火花一樣繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，直到熾熱點(diǎn)溫度下降以后，發(fā)動(dòng)機(jī)才停車。三、燃燒過程的影響因素1、燃料汽油是從石油中提煉出來的碳?xì)浠衔?。按辛烷值不同分為幾個(gè)牌號(hào)。按辛烷值不同分為幾個(gè)牌號(hào)。以RQ打頭，后跟汽油的辛烷值。汽油的辛烷值通常有兩種測(cè)定方法，即研究法（RON）和馬達(dá)法（MON），其換算關(guān)系為（RON）=（MON）+10。壓縮比大的汽油機(jī)應(yīng)選用較高牌號(hào)的汽油。由于環(huán)保的要求，我國(guó)在2000年7月1日推廣使用無鉛汽油，含鉛量小于2.5mg/L為無鉛汽油。10三、燃燒過程的影響因素2、混合氣的濃度汽油的使用性能指標(biāo)主要有抗爆性、蒸發(fā)性和熱值等。（1）汽油的抗爆性。指汽油抵抗爆燃的能力。用辛烷值評(píng)定。汽油的辛烷值越高，其抗爆性就越好。（2）汽油的蒸發(fā)性。指汽油汽化的難易程度。以餾程作為評(píng)價(jià)汽油蒸發(fā)性的指標(biāo)。常用汽油的10%、50%、90%等餾分的餾出溫度來評(píng)定。（3）汽油的熱值。指1kg燃料完全燃燒后所產(chǎn)生的熱量。汽油的熱值約為44000kJ/kg。11三、燃燒過程的影響因素3、汽油的選用選擇汽油主要依據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比。因?yàn)閴嚎s比越大，汽油在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)燃燒產(chǎn)生爆燃的可能性越大，所以壓縮比高的汽油機(jī)應(yīng)采用辛烷值高的汽油。4、混合氣的濃度功率混合氣（φa=0.85～0.95），火焰?zhèn)鞑ニ俣茸羁?。?jīng)濟(jì)混合氣（φa=1.05～1.15），火焰?zhèn)鞑ニ俣热暂^高，且此時(shí)空氣相對(duì)充足，燃油能完全燃燒，熱效率最高。12混合氣濃度對(duì)火焰?zhèn)鞑サ挠绊懄誥過量空氣系數(shù)13三、燃燒過程的影響因素5、點(diǎn)火提前角點(diǎn)火提前角過大（點(diǎn)火過早，曲線1）：壓縮功增加，有效功率下降，工作粗暴程度增加，敲缸，爆燃傾向增加。在這種情況下，只要適當(dāng)減小點(diǎn)火提前角，就可以消除爆燃。點(diǎn)火提前角過?。c(diǎn)火過遲，曲線2）：散熱損失增多，最高壓力降低，且膨脹不充分，使排氣溫度過高，發(fā)動(dòng)機(jī)過熱，功率下降，耗油量增多。有時(shí)還會(huì)造成排氣管“放炮”現(xiàn)象。合適的點(diǎn)火提前角（曲線3）的氣缸最高壓力出現(xiàn)在上止點(diǎn)后12°～15°（最佳點(diǎn)火提前角），此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性均最佳。14

φ不同點(diǎn)火提前角的示功圖

最佳點(diǎn)火時(shí)刻隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的升高而提前，隨負(fù)荷的增大而推后，并且，還隨燃料辛烷值、缸內(nèi)氣體壓力、空燃比、燃燒室形狀及冷卻水溫度等參數(shù)的變化而變化。文獻(xiàn)記載：推遲點(diǎn)火時(shí)刻可降低汽油機(jī)HC和NOX排放。15三、燃燒過程的影響因素6、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增加，火焰?zhèn)鞑ニ俣燃涌?，爆燃的傾向下降。這是因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速升高，導(dǎo)致氣缸內(nèi)可燃混合氣渦、紊流增強(qiáng)，且漏氣及傳熱損失減少所致。雖然以時(shí)間計(jì)的燃燒速度加快，而以曲軸轉(zhuǎn)角計(jì)的燃燒延續(xù)角仍然過大，所以汽油機(jī)轉(zhuǎn)速提高后，應(yīng)將點(diǎn)火提前角加大，以保證燃燒過程在上止點(diǎn)附近完成。16

火焰?zhèn)鞑ニ俣入S轉(zhuǎn)速的變化17三、燃燒過程的影響因素7、發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷轉(zhuǎn)速一定而負(fù)荷減小時(shí)，進(jìn)入氣缸的新鮮混合氣量減少，而殘余廢氣量基本不變，使殘余廢氣所占比例相對(duì)增加，導(dǎo)致燃燒速度減慢。為保證燃燒過程在上止點(diǎn)附近完成，應(yīng)該隨著負(fù)荷的減小而增大點(diǎn)火提前角。18發(fā)動(dòng)機(jī)不同節(jié)氣門開度時(shí)的示功圖φр發(fā)動(dòng)機(jī)不同節(jié)氣門開度時(shí)的示功圖節(jié)氣門開度：1-100%2-40%3-20%19三、燃燒過程的影響因素8、壓縮比提高壓縮比，可提高壓縮行程終了混合氣的溫度、壓力，加快火焰?zhèn)鞑ニ俣?。選擇合適的點(diǎn)火提前角，可使燃燒在更小的容積下進(jìn)行，使燃燒終了的溫度、壓力高。且燃?xì)馀蛎洺浞?，熱轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ牧慷?，熱效率提高，發(fā)動(dòng)機(jī)功率、扭矩大，有效耗油率降低。但是，提高壓縮比，會(huì)增加未燃混合氣自燃的傾向，容易產(chǎn)生爆燃，所以汽油機(jī)不可能象柴油機(jī)那樣采用高壓縮比。隨著汽油品質(zhì)的提高、燃燒室的設(shè)計(jì)、汽油機(jī)電控噴射等技術(shù)的發(fā)展，允許汽油機(jī)壓縮比有所提高，目前可達(dá)10～11。20三、燃燒過程的影響因素9、氣缸直徑氣缸直徑增大，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x長(zhǎng)，從火焰核心形成到火焰?zhèn)鞑ブ聊┒嘶旌蠚獾臅r(shí)間增長(zhǎng)，爆燃傾向增加，所以無大缸徑的汽油機(jī)，通常缸徑在100mm以下。10、氣缸蓋和活塞材料鋁合金比鑄鐵導(dǎo)熱性好，氣缸蓋、活塞采用鋁合金材料，可使燃燒室表面溫度降低，熱負(fù)荷明顯降低，可減少爆燃傾向。11、燃燒室的形狀不同的燃燒室形狀和火花塞布置，會(huì)使得發(fā)動(dòng)機(jī)有不同的壓縮比、面容比、混合氣的渦紊流和燃燒速度，直接影響到發(fā)動(dòng)機(jī)的抗爆性、經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性和排放性能，值得深入研究。燃燒室（combustionchamber）定義：當(dāng)活塞位于上止點(diǎn)時(shí)，活塞頂面以上、氣缸蓋底面以下所形成的空間稱為燃燒室。燃燒室形狀直接影響到充氣效率、燃燒放熱速率、散熱損失以及爆燃等，從而影響汽油機(jī)的各項(xiàng)主要性能。四、汽油機(jī)典型燃燒室及特性燃燒室常見形狀四、汽油機(jī)典型燃燒室及特性（a）浴盆形燃燒室

（b）楔形燃燒室

（c）半球形燃燒室

（d）多球形燃燒室

（e）篷形燃燒室1.燃燒室設(shè)計(jì)基本原則燃燒室設(shè)計(jì)的主要目的是提高循環(huán)熱效率，主要設(shè)計(jì)原則為：（1）燃燒室結(jié)構(gòu)緊湊一般以面容比F/V（燃燒室表面積與燃燒室容積之比，簡(jiǎn)稱面容比）來表征燃燒室的緊湊性。F/V越小，燃燒持續(xù)期越短，等容度提高；散熱損失越小；火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x越短，不易產(chǎn)生爆燃；壁面淬熄效應(yīng)減小，HC排放降低。采用頂置氣門的各種燃燒室（見圖9-9）的F/V較小，壓縮比普遍達(dá)到8～9以上。四、汽油機(jī)典型燃燒室及特性1.燃燒室設(shè)計(jì)基本原則（2）燃燒室?guī)缀涡螤詈侠砗侠淼膸缀涡螤?，有助于得到適宜的火焰?zhèn)鞑ニ俾屎头艧崴俾?。合理的幾何形狀還包括燃燒室廓線盡可能圓滑，以避免凸出部分產(chǎn)生局部熱點(diǎn)導(dǎo)致表面點(diǎn)火。四、汽油機(jī)典型燃燒室及特性（3）火花塞布置合理火花塞位置會(huì)直接影響火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x的長(zhǎng)短以及燃燒放熱速率，而縮短火焰?zhèn)鞑r(shí)間可以有效防止爆燃并提高熱效率。確定火花塞位置時(shí)一般要考慮以下幾點(diǎn)：①火花塞至末端混合氣距離最短，使得在相同壓縮比時(shí)爆燃可能最??；②火花塞應(yīng)靠近排氣門布置，以避免末端混合氣處溫度過高而易出現(xiàn)爆燃；③保證火花塞周圍有足夠的掃氣氣流，以充分清掃火花塞間隙處的殘余廢氣，保證點(diǎn)火成功，這會(huì)使冷起動(dòng)和低速低負(fù)荷時(shí)的工作穩(wěn)定性好，循環(huán)波動(dòng)率小，動(dòng)力經(jīng)濟(jì)性和HC排放均會(huì)改善。四、汽油機(jī)典型燃燒室及特性（4）組織合理的氣流運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度適當(dāng)?shù)臏u流特別是湍流可以使油氣混合進(jìn)一步均勻。湍流火焰?zhèn)鞑ニ俣纫葘恿鞯母邤?shù)十至上百倍，提高混合氣的湍流度可以明顯提高燃燒速度，擴(kuò)大混合氣的稀燃界限，減小壁面淬熄層厚度使HC排放降低。但過強(qiáng)的氣流運(yùn)動(dòng)會(huì)使散熱損失增加，流動(dòng)阻力增加，著火困難。（5）有足夠的進(jìn)排氣門流通截面進(jìn)排氣門流通截面的增大，不僅使充氣系數(shù)提高，還會(huì)使泵氣損失下降。圖9-9的燃燒室中，兩氣門布置時(shí)，楔形、半球形和多球形燃燒室相對(duì)來說容易得到較高的進(jìn)、排氣門流通截面，而且氣流也比較順暢，不拐直角彎，阻力較?。欢裥蔚乃臍忾T布置有最大的進(jìn)排氣流通截面。四、汽油機(jī)典型燃燒室及特性2.典型燃燒室及性能（1）浴盆形燃燒室結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，氣門與氣缸軸線平行，進(jìn)氣彎度較大，可產(chǎn)生擠氣渦流，工作柔和，NOx排放低優(yōu)點(diǎn)：氣缸蓋工藝性好，制造成本低缺點(diǎn)：因氣門直徑易受限制進(jìn)、進(jìn)排氣效果較差，燃燒速度較低，動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性不高。CO和HC排放量較多，例子：北京492Q、6100Q、一汽奧迪100和捷達(dá)EA827型汽油機(jī)四、汽油機(jī)典型燃燒室及特性46100Q型汽油機(jī)的浴盆形燃燒室（2）楔形燃燒室四、汽油機(jī)典型燃燒室及特性結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)比較緊湊，氣門相對(duì)氣缸軸線傾斜優(yōu)點(diǎn)：氣流阻力小，散熱面積小，熱損失也小，可產(chǎn)生擠氣渦流缺點(diǎn)：因火花塞置于楔形燃燒室高處，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x長(zhǎng)例子：捷達(dá)、切諾基、解放（3）半（多）球形燃燒室四、汽油機(jī)典型燃燒室及特性結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊，面容比（燃燒室表面積與其容積之比）小，氣門傾斜布置，故直徑可加大優(yōu)點(diǎn)：氣道平直故氣流阻力小，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x較短缺點(diǎn)：難以形成渦流例子：富康等高速發(fā)動(dòng)機(jī)多球形燃燒室：形成渦流例子：夏利TJ376Q汽油機(jī)（4）篷形燃燒室四、汽油機(jī)典型燃燒室及特性結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊，面容比（燃燒室表面積與其容積之比）最小，氣門傾斜布置，故直徑可加大優(yōu)點(diǎn)：氣道平直故氣流阻力小，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x短例子：一汽天津夏利及歐寶V6、奔馳320E和三菱3G8131第二節(jié)柴油機(jī)的燃燒一、柴油機(jī)混合氣形成1.柴油機(jī)混合氣形成特點(diǎn)及改善措施（1）形成特點(diǎn)

柴油蒸發(fā)性和流動(dòng)性比汽油差；

缸內(nèi)混合；

混合氣形成時(shí)間極短；

邊燃燒邊噴油，氣缸內(nèi)各處混合氣濃度很不均勻。32一、柴油機(jī)混合氣形成（2）改善措施

組織空氣在氣缸中的流動(dòng)，促進(jìn)可燃混合氣形成；

設(shè)計(jì)出各種燃燒室，使混合氣形成和燃燒快速進(jìn)行；

采用高噴油壓力（15～200MPa）向氣缸噴油，使燃油霧化均勻，與空氣快速混合燃燒；

采用電子控制技術(shù)，準(zhǔn)確控制燃料定時(shí)、定量向氣缸噴油。332、柴油機(jī)混合氣形成方式空間霧化混合：是將柴油高壓噴向燃燒室空間，形成霧狀，與空氣進(jìn)行混合。為了使混合均勻，要求噴出的燃油與燃燒室形狀相配合，并充分利用燃燒室中空氣的運(yùn)動(dòng)。油膜蒸發(fā)混合：是將大部分柴油噴射到燃燒室壁面上，形成一層油膜，受熱蒸發(fā)，在燃燒室中強(qiáng)烈的旋轉(zhuǎn)氣流作用下，燃料蒸氣與空氣形成均勻的可燃混合氣。34二、柴油機(jī)的燃燒過程Ⅰ-著火延遲期（滯燃期）Ⅱ-速燃期Ⅲ-緩燃期Ⅳ-后燃期噴油提前角1.柴油機(jī)的燃燒過程

根據(jù)柴油機(jī)燃燒過程進(jìn)展的實(shí)際特征，分為4個(gè)階段：著火延遲期（滯燃期）、速燃期、緩燃期和后燃期35二、柴油機(jī)的燃燒過程2.燃料對(duì)柴油機(jī)燃燒過程的影響（1）十六烷值（C16H34）。評(píng)價(jià)柴油著火難易的一個(gè)重要指標(biāo)。（2）凝點(diǎn)。凝點(diǎn)是指柴油失去流動(dòng)性開始凝固時(shí)的溫度。（3）餾程。餾程是表征柴油蒸發(fā)性能的一個(gè)指標(biāo)。（4）黏度。黏度是表征柴油稀稠的一項(xiàng)指標(biāo)。（5）污染物和水分。除此之外，對(duì)柴油的氧化安定性、防腐性等也都有要求。36

3.供油提前角對(duì)燃燒過程的影響供油提前角是指噴油泵開始供油瞬時(shí)到活塞行至上止點(diǎn)所轉(zhuǎn)過的曲軸轉(zhuǎn)角。它是影響柴油機(jī)動(dòng)力性能、經(jīng)濟(jì)性能、運(yùn)轉(zhuǎn)性能和排放性能的一個(gè)重要而且敏感的因素。供油提前角過大，由于這時(shí)氣缸溫度較低，導(dǎo)致燃燒的著火延遲期長(zhǎng)，柴油機(jī)工作粗暴，常出現(xiàn)“敲缸”現(xiàn)象。同時(shí)還使上行的活塞受阻，起動(dòng)困難，壓縮負(fù)功增加，動(dòng)力經(jīng)濟(jì)性能下降。供油提前角過小，燃料不能在上止點(diǎn)附近迅速燃燒完全，后燃期延長(zhǎng)，導(dǎo)致柴油機(jī)排氣冒黑煙，水溫過高，機(jī)體過熱，動(dòng)力經(jīng)濟(jì)性能下降。柴油機(jī)在使用中，由于精密偶件、各傳動(dòng)部件、油量控制部件、噴油提前器等的磨損或松動(dòng)，都會(huì)使供油提前角產(chǎn)生變化，應(yīng)經(jīng)常進(jìn)行檢查調(diào)整。二、柴油機(jī)的燃燒過程1.直噴式燃燒室直噴式燃燒室又稱統(tǒng)一式燃燒室。統(tǒng)一式燃燒室由氣缸蓋底面、活塞頂面及缸壁所形成的統(tǒng)一容積所構(gòu)成。這種燃燒室內(nèi)渦流運(yùn)動(dòng)很微弱，為使燃料盡可能地分布到整個(gè)燃燒室空間，一般將活塞頂做成淺凹狀，使其與油束形狀很好地配合，避免油束和燃燒火焰直接與氣缸壁接觸。這種燃燒室屬于空間形成混合氣。

三、柴油機(jī)典型燃燒室及特性直噴式燃燒室類型：淺盤形、深坑形和球形燃燒室。三、柴油機(jī)典型燃燒室及特性（a）淺盤形（b）深坑形（c）球形三、柴油機(jī)典型燃燒室及特性１、形狀簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)緊湊，散熱面積小，散熱損失少，容易起動(dòng)，柴油機(jī)的燃油消耗率比其它型式的燃燒室都低，因此應(yīng)用較廣泛。大、中、小型，高、中、低速柴油機(jī)均可采用這種燃燒室。

２、對(duì)燃油噴射系統(tǒng)要求高。為保證良好的霧化質(zhì)量，必須采用較高的噴射壓力和多孔噴油器，其噴孔直徑很小，加工制造比較費(fèi)工時(shí)。

３、柴油機(jī)的最高燃燒壓力和壓力升高率都較高，使曲柄連桿機(jī)構(gòu)受力較大。

４、對(duì)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速變化及燃料質(zhì)量特別敏感。因?yàn)檗D(zhuǎn)速變化和燃料質(zhì)量直接影響著噴霧質(zhì)量。直噴式燃燒室特點(diǎn)：三、柴油機(jī)典型燃燒室及特性構(gòu)造：結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，在活塞頂部設(shè)有開口大、深度淺的燃燒室凹坑。一般不組織或只組織很弱的進(jìn)氣渦流，混合氣形成主要依靠燃油射束的運(yùn)動(dòng)和霧化，可以說是一種“油找氣”的混合方式，因此均采用多孔（5～8孔）噴油器，高壓噴射（最高噴油壓力可高達(dá)100～200MPa），以使燃油盡可能分布到整個(gè)燃燒室空間。優(yōu)點(diǎn)：燃燒室設(shè)計(jì)和加工難度較?。ㄏ啾壬羁有危瑲饬鬟\(yùn)動(dòng)速度低使得散熱和流動(dòng)損失小，燃油經(jīng)濟(jì)性好，容易起動(dòng)。缺點(diǎn)：在滯燃期內(nèi)形成較多的可燃混合氣，因而最高燃燒壓力和壓力升高率都很高，工作粗暴，燃燒溫度高，NOx和排氣煙度較高，噪聲、振動(dòng)及機(jī)械負(fù)荷較大，空氣利用率差。（1）淺盤形燃燒室三、柴油機(jī)典型燃燒室及特性（2）深坑形燃燒室ω形燃燒室構(gòu)造：活塞凹頂剖面輪廓呈ω型。優(yōu)點(diǎn)：形狀簡(jiǎn)單、易于加工；結(jié)構(gòu)緊湊、散熱面小、熱效率高。缺點(diǎn)：所要求的噴油壓力高、故此配合偶件加工精度要求高；需要多孔噴射、容易堵塞噴孔；由于備燃期形成的混合氣較多所以工作粗暴。三、柴油機(jī)典型燃燒室及特性（2）深坑形燃燒室四角形燃燒室（微渦流燃燒室MTCC）四角形和微渦流燃燒室的炭煙排放和燃油消耗率均優(yōu)于ω形燃燒室，并以微渦流燃燒室的性能為最好。這種燃燒室的最大特點(diǎn)是，可以改善一般直噴式燃燒室存在的低速時(shí)渦流太弱而高速時(shí)渦流過強(qiáng)的問題，因而可在寬廣的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)保持合適的氣流運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度。三、柴油機(jī)典型燃燒室及特性（3）球形燃燒室構(gòu)造：活塞凹頂剖面輪廓呈球形。優(yōu)點(diǎn)：由于混合氣的形成主要靠油膜逐層蒸發(fā)來完成，備燃期內(nèi)形成的混合氣較少，所以工作柔和、噪聲小。缺點(diǎn)：起動(dòng)困難；配合螺旋進(jìn)氣道，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難于制造；噴油壓力較高（17～19MPa）。2.非直噴式燃燒室非直噴式燃燒室（IDI）往往具有主副兩個(gè)燃燒室，燃油首先噴入副燃燒室內(nèi)，進(jìn)行一次混合燃燒，然后沖入主燃燒室進(jìn)行二次混合燃燒。根據(jù)在副燃燒室內(nèi)形成渦流運(yùn)動(dòng)還是湍流運(yùn)動(dòng)，非直噴式燃燒室又分為渦流室式和預(yù)燃室式兩種。三、柴油機(jī)典型燃燒室及特性（1）渦流室式燃燒室構(gòu)造：副燃燒室是球形或圓柱形的渦流室，其容積約占燃燒室總?cè)莘e的60～80%，借與其內(nèi)壁相切的孔道與主燃燒室連通，壓縮行程中，空氣被擠入渦流室形成強(qiáng)烈有規(guī)則的壓縮渦流，孔道直徑較大，流動(dòng)損失小。優(yōu)點(diǎn)：工作柔和，空氣利用率較高，噴射壓力也較低。缺點(diǎn)：熱損失大，經(jīng)濟(jì)性差，起動(dòng)困難。三、柴油機(jī)典型燃燒室及特性（2）預(yù)燃室式燃燒室構(gòu)造：副燃燒室容積約占燃燒室總?cè)莘e的20～40%，連通預(yù)燃室與主燃燒室的孔道直徑較小，可產(chǎn)生無規(guī)則紊流。優(yōu)點(diǎn)：混合氣的形成主要靠強(qiáng)烈的空氣運(yùn)動(dòng)，噴油壓力要求不高；燃燒在兩個(gè)部分內(nèi)先后進(jìn)行，所以主燃燒室內(nèi)的氣壓升高較緩和，工作柔和。缺點(diǎn)：散熱面積大、流動(dòng)損失大，故此經(jīng)濟(jì)性差，起動(dòng)困難。三、柴油機(jī)典型燃燒室及特性3.直噴式柴油機(jī)（DI）與非直噴式柴油機(jī)（IDI）（1）燃油經(jīng)濟(jì)性：直噴式柴油機(jī)（DI）油耗明顯低于非直噴式柴油機(jī)（IDI）。（2）排放特性：IDI柴油機(jī)在原理上是低NOx、低微粒排放的燃燒方式，比DI柴油機(jī)有優(yōu)勢(shì)，但近年來發(fā)展的電控高壓噴射和增壓等技術(shù)，彌補(bǔ)了DI柴油機(jī)的弱點(diǎn)。（3）功率密度：IDI柴油機(jī)的功率密度理論上高于DI柴油機(jī)，因?yàn)榍罢叩目諝饫寐矢?，并適應(yīng)高轉(zhuǎn)速。（4）噪聲振動(dòng)性能：IDI柴油機(jī)比DI柴油機(jī)的噪聲小振動(dòng)輕，因?yàn)榍罢叩淖罡呷紵龎毫蛪毫ι呗实陀诤笳?。?）制造成本：IDI柴油機(jī)具有制造成本低的特點(diǎn)，而隨著DI柴油機(jī)采用高壓噴油等技術(shù)，兩者在成本上的差距進(jìn)一步增大。三、柴油機(jī)典型燃燒室及特性第三節(jié)均質(zhì)混合氣壓燃一、發(fā)動(dòng)機(jī)可能的燃燒模式燃燒模式的劃分有兩個(gè)基本判別指標(biāo)，即混合氣形成方式和著火方式。混合氣形成方式分為兩種：均質(zhì)混合氣與非均質(zhì)混合氣，分別對(duì)應(yīng)著預(yù)混合燃燒和擴(kuò)散燃燒；著火方式分為兩種：火花點(diǎn)燃和壓縮自燃。由兩種混合氣形成方式和兩種著火方式可以形成4種燃燒模式。第三節(jié)均質(zhì)混合氣壓燃HCCI燃燒有可能使汽油機(jī)達(dá)到與柴油機(jī)同樣高的熱效率，而且可以使炭煙和NOx排放同時(shí)降至幾乎為零。HCCI燃燒模式使柴油機(jī)采用了歷來認(rèn)為屬于汽油機(jī)的均質(zhì)混合氣工作方式，使汽油機(jī)采用了柴油機(jī)的壓縮著火工作方式，部分實(shí)現(xiàn)了研究者一致苦苦思索的“融合汽油機(jī)和柴油機(jī)優(yōu)點(diǎn)于一身”的理想燃燒模式，是100多年來內(nèi)燃機(jī)燃燒理論的一次重大創(chuàng)新。第三節(jié)均質(zhì)混合氣壓燃二、汽油機(jī)的HCCI燃燒1、汽油機(jī)HCCI燃燒的特點(diǎn)（1）優(yōu)點(diǎn)①采用HCCI燃燒模式的汽油機(jī)是在壓縮行程快結(jié)束時(shí)，汽油通過噴油嘴直接噴進(jìn)氣缸，HCCI汽油機(jī)壓縮比較普通汽油機(jī)高，噴出的小油滴在壓縮行程結(jié)束前有時(shí)間在氣缸內(nèi)形成均勻的分布，這時(shí)缸內(nèi)壓力足以使均勻分布的油滴自動(dòng)壓燃，其燃燒是多點(diǎn)大面積同時(shí)壓縮著火燃燒，沒有火焰?zhèn)鞑デ颁h面，因而它可以在極短時(shí)間內(nèi)完成燃燒放熱，其燃燒放熱速率要遠(yuǎn)比傳統(tǒng)的火花點(diǎn)燃火焰?zhèn)鞑サ腍CSI方式高得多，因而油耗會(huì)明顯改善。②由于采用壓燃的緣故，可以使用相當(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（類似于GDI發(fā)動(dòng)機(jī)），改善了傳統(tǒng)汽油機(jī)節(jié)流損失過高的弊端。第三節(jié)均質(zhì)混合氣壓燃③HCCI采用稀薄均勻混合氣，并引入大量EGR，因而局部燃燒溫度可控制在1800K以下，對(duì)燃燒室壁的傳熱很低，能夠減少輻射熱的傳遞，還能大幅降低NOx的形成。另外，由于采用均質(zhì)混合氣燃燒，理論上也不會(huì)生成炭煙。④因?yàn)槿紵^程主要是受化學(xué)反應(yīng)而不是受混合過程的支配，這使得HCCI汽油機(jī)燃燒周期比傳統(tǒng)汽油機(jī)短。而且所采用的燃油辛烷值允許在一個(gè)廣闊的范圍內(nèi)變動(dòng)?？梢圆捎闷?、天然氣、二甲醚等辛烷值較高的燃油作為主要燃料，也可以采用多種燃料混合燃燒。還可以將對(duì)高辛烷值燃料和低辛烷值燃料配比的調(diào)整，用作HCCI燃燒中控制燃燒起點(diǎn)和負(fù)荷范圍的方法。第三節(jié)均質(zhì)混合氣壓燃（2）缺點(diǎn)①在燃燒時(shí)刻的控制上，HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)靠氣缸的壓力和溫度自燃，油氣混合氣的密度，氣缸的溫度和壓力都需要進(jìn)行精確的檢測(cè)和控制，所以發(fā)動(dòng)機(jī)的ECU管理程序也要進(jìn)行相應(yīng)的加強(qiáng)。②由于HCCI的同時(shí)壓燃和放熱，瞬時(shí)間氣缸和活塞會(huì)受到強(qiáng)大的壓力，有可能產(chǎn)生爆燃現(xiàn)象，因此必須降低混合氣的空燃比（低于傳統(tǒng)的14.7：1），這就需要HCCI在稀燃狀態(tài)下工作，排氣的溫度也比較低，使得發(fā)動(dòng)機(jī)較難采用渦輪增壓。以上這些都使得HCCI可能達(dá)到的最大負(fù)荷比典型的火花點(diǎn)燃式和直噴式柴油機(jī)低得多。另外，低排氣溫度對(duì)催化轉(zhuǎn)化器來說也是一個(gè)問題，因?yàn)樾枰喈?dāng)高的溫度才能起動(dòng)氧化/還原反應(yīng)。③HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)可能達(dá)到的最大負(fù)荷比典型的火花點(diǎn)燃式和直噴式柴油機(jī)低得多，所以，在大負(fù)荷高轉(zhuǎn)速的時(shí)候或者冷機(jī)狀態(tài)下發(fā)動(dòng)機(jī)還必須依靠傳統(tǒng)的火花塞點(diǎn)火系統(tǒng)，這就間接要求了發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比可變，在傳統(tǒng)點(diǎn)火模式的時(shí)候變回低壓縮比。所以氣門正時(shí)系統(tǒng)及眾多的壓力傳感器也是必須的。第三節(jié)均質(zhì)混合氣壓燃③HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)可能達(dá)到的最大負(fù)荷比典型的火花點(diǎn)燃式和直噴式柴油機(jī)低得多，所以，在大負(fù)荷高轉(zhuǎn)速的時(shí)候或者冷機(jī)狀態(tài)下發(fā)動(dòng)機(jī)還必須依靠傳統(tǒng)的火花塞點(diǎn)火系統(tǒng)，這就間接要求了發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比可變，在傳統(tǒng)點(diǎn)火模式的時(shí)候變回低壓縮比。所以氣門正時(shí)系統(tǒng)及眾多的壓力傳感器也是必須的。第三節(jié)均質(zhì)混合氣壓燃2、典型HCCI汽油機(jī)實(shí)例（1）奧地利AVL研究所的HCCI研究AVL研究所2003年開發(fā)了壓縮火花點(diǎn)火（CompressionandSparkIgnition，CSI）燃燒系統(tǒng)，它是壓燃和火花點(diǎn)燃兩種燃燒模式的組合；部分負(fù)荷時(shí)采用HCCI燃燒；高負(fù)荷時(shí)采用均質(zhì)混合氣點(diǎn)燃（HCSI）燃燒。其四缸CSI試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)采用GDI噴油系統(tǒng)，火花塞布置于篷形燃燒室的頂部中央，壁面引導(dǎo)式燃燒室凹坑，帶分缸獨(dú)立控制的發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)。其最大特點(diǎn)是采用電控液壓執(zhí)行器控制排氣門實(shí)現(xiàn)二次開啟，使排氣道內(nèi)廢氣在進(jìn)氣行程中被回吸入氣缸，形成內(nèi)部EGR效應(yīng)。CSI四缸試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)在指示平均壓力Pmi<0.55MPa、轉(zhuǎn)速n<3500r/min的工況范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了HCCI燃燒，比傳統(tǒng)汽油機(jī)NOx降低95%以上，油耗最大降低26%。第三節(jié)均質(zhì)混合氣壓燃（2）清華大學(xué)的ASSCI燃燒系統(tǒng)清華大學(xué)2005年開發(fā)了分層混合氣火花輔助燃燒系統(tǒng)（AssistedSparkStratifiedCompressionIgnition，ASSCI）。ASSCI燃燒系統(tǒng)控制概念第三節(jié)均質(zhì)混合氣壓燃ASSCI在GDI發(fā)動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)上通過