发动机原理第五章精选PPT.ppt

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1、发动机原理第五章第1页，此课件共53页哦5-1 柴油机燃烧过程v概述：柴油机混合气的形成和燃烧过程特点概述：柴油机混合气的形成和燃烧过程特点v1、混合气形成方式：、混合气形成方式：v已经提出多种混合形成方式和燃烧室，从根本上讲基本上是两已经提出多种混合形成方式和燃烧室，从根本上讲基本上是两种。种。v（1）空间雾化混合）空间雾化混合v燃料喷入燃烧室空间形成雾状混合物。要求喷雾与燃烧室形状配合，燃料喷入燃烧室空间形成雾状混合物。要求喷雾与燃烧室形状配合，并利用气流运动。并利用气流运动。v（2）油膜蒸发混合）油膜蒸发混合v燃料大部分顺气流方向喷到燃烧室上，形成一层油膜，油膜受热蒸燃料大部分顺气流方向

2、喷到燃烧室上，形成一层油膜，油膜受热蒸发，在旋转气流作用下与空气相混合形成可燃混合气。发，在旋转气流作用下与空气相混合形成可燃混合气。v（3）现代小型高速柴油机上，燃油或多或少会喷到燃烧上形成油膜，）现代小型高速柴油机上，燃油或多或少会喷到燃烧上形成油膜，因此以上两种混合方式兼而有之，只是主次，多少不同。目前多数车用因此以上两种混合方式兼而有之，只是主次，多少不同。目前多数车用柴油机以空间雾化混合为主。柴油机以空间雾化混合为主。第2页，此课件共53页哦5-1 柴油机燃烧过程v2、混合气形成特点：、混合气形成特点：v(1)气缸内部形成混合气：因柴油不易挥发（馏程气缸内部形成混合气：因柴油不易挥发

3、（馏程250350）必）必须借助喷射设备在上止点附近（须借助喷射设备在上止点附近（T,P升高）喷入气缸，利用喷雾、升高）喷入气缸，利用喷雾、加热蒸发和气流的冲击作用形成混合气。加热蒸发和气流的冲击作用形成混合气。v(2)混合气形成时间短，只有混合气形成时间短，只有1535CA,n=1500r/min时只有时只有1.7ms4msv(3)混合气形成不均匀混合气形成不均匀=f(x.y.z.t)，整个燃烧室，整个燃烧室=0，为了照顾弱，为了照顾弱者总体过量空气系数者总体过量空气系数1.2。导致容积利用率低，升功率。导致容积利用率低，升功率PL低，比质低，比质量量me大。大。v(4)混合气形成与燃烧紧密

4、相连混合气形成与燃烧紧密相连边混合边燃烧边混合边燃烧。第3页，此课件共53页哦5-1 柴油机燃烧过程 3、燃烧过程特点、燃烧过程特点v油膜（滴）蒸发扩散为主的混合加热循环，存在缺氧区域油膜（滴）蒸发扩散为主的混合加热循环，存在缺氧区域裂化、脱氢裂化、脱氢碳烟生成（冒黑烟）、微粒（碳烟生成（冒黑烟）、微粒（PT）排放增加。）排放增加。第4页，此课件共53页哦5-1 柴油机燃烧过程一、燃烧过程概述：一、燃烧过程概述：v为便于分析，可将其人为便于分析，可将其人为地划分为四个阶段，为地划分为四个阶段，即即v着火延迟期（又称为滞着火延迟期（又称为滞燃期）燃期）v速燃期速燃期v缓燃期缓燃期v补燃期补燃期第

5、5页，此课件共53页哦 1、着火延迟期（又称为滞燃期）：、着火延迟期（又称为滞燃期）：v定义：定义：着火延迟期又称为滞燃期（图着火延迟期又称为滞燃期（图51中的中的AB段），从燃油开段），从燃油开始喷火燃烧室内（始喷火燃烧室内（A点）至由于开始燃烧而引起压力升高使压力点）至由于开始燃烧而引起压力升高使压力脱离压缩线开始急剧上升（脱离压缩线开始急剧上升（B点）。着火延迟期一般为点）。着火延迟期一般为0.73ms。v作用：作用：在着火延迟期内，燃烧室内进行着混合气准备的物理和在着火延迟期内，燃烧室内进行着混合气准备的物理和化学过程。化学过程。v物理过程：燃油油滴加热蒸发扩散气化和混合形成可燃混合气

6、；物理过程：燃油油滴加热蒸发扩散气化和混合形成可燃混合气；v化学过程：可燃混合气裂解产生醛类（过氧化物兰炎）化学过程：可燃混合气裂解产生醛类（过氧化物兰炎）CO兰炎产兰炎产物是物是CO，O，OH，H 等活性中心热炎热爆炸（链引发）。等活性中心热炎热爆炸（链引发）。v主要影响因素：主要影响因素：燃烧室内工质的状态（如燃烧室内工质的状态（如T，P和燃料种类）。和燃料种类）。v Tc i v 十六烷值十六烷值i 第6页，此课件共53页哦v 2、速燃期：、速燃期：v定义：定义：速燃期为图速燃期为图5l中的中的BC段，即从压力脱离压缩线开始急段，即从压力脱离压缩线开始急剧上升（剧上升（B点）至达到最大压

7、力（点）至达到最大压力（C点）。点）。v作用：作用：速燃期内，在着火延迟期内准备好的混合气几乎同时速燃期内，在着火延迟期内准备好的混合气几乎同时开始燃烧开始燃烧P，接近等容燃烧，接近等容燃烧，评价参数为平均压力升高率和最，评价参数为平均压力升高率和最大压力升高率（大压力升高率（p/）maxvp/=kpa/CAv急剧上升的压力冲击燃烧室壁，活塞，曲轴等部件诱发缸急剧上升的压力冲击燃烧室壁，活塞，曲轴等部件诱发缸盖、缸套、机体等部件变形，振动并辐射出强烈的噪声。盖、缸套、机体等部件变形，振动并辐射出强烈的噪声。v因此（因此（p/）max应控制在应控制在0.40.5 MPa/CA以下。以下。v（p/

8、）max的大小主要与着火延迟期内准备好的可燃的大小主要与着火延迟期内准备好的可燃混合气的数量有关。混合气的数量有关。第7页，此课件共53页哦v 2、速燃期：、速燃期：v要求：要求：在适宜的压力升高率下越多越好在适宜的压力升高率下越多越好v影响因素：（滞燃期内形成的混合气量）：影响因素：（滞燃期内形成的混合气量）：缸内温度、压力十六烷值缸内温度、压力十六烷值影响滞燃期影响滞燃期喷油规律、蒸发速率决定在滞燃期内形成的混合气量喷油规律、蒸发速率决定在滞燃期内形成的混合气量第8页，此课件共53页哦v3、缓燃期：、缓燃期：v定义：定义：缓燃期为图缓燃期为图51中的中的CD段，即从最大压力点（段，即从最大

9、压力点（C点）至点）至最高温度点（最高温度点（D点）。点）。v作用：作用：速燃期内未燃烧的燃油和后喷入的燃油在具有大量废速燃期内未燃烧的燃油和后喷入的燃油在具有大量废气的环境中较慢定压燃烧。一边燃烧，一边活塞下行，缸内气的环境中较慢定压燃烧。一边燃烧，一边活塞下行，缸内压力几乎不变或稍有变化（接近等压过程），放热量达压力几乎不变或稍有变化（接近等压过程），放热量达7080%。燃烧室内的最高温度可达。燃烧室内的最高温度可达2000K左右，一般在上止点左右，一般在上止点后后2035 CA处出现。处出现。v特点：特点：缸内废气缸内废气，氧气，氧气，燃烧条件不利，边混合边燃烧局部高，燃烧条件不利，边混

10、合边燃烧局部高温缺氧燃料裂解形成碳烟温缺氧燃料裂解形成碳烟冒烟、经济性差。冒烟、经济性差。v 所以柴油机均在所以柴油机均在1的条件下工作，使柴油机容积利用率低，的条件下工作，使柴油机容积利用率低，这是其比质量，升功率不如汽油机的原因之一。这是其比质量，升功率不如汽油机的原因之一。第9页，此课件共53页哦v4、补燃期：、补燃期：v定义：定义：补燃期为最高温度点（补燃期为最高温度点（D点）至燃油基本燃烧完（点）至燃油基本燃烧完（E点）。点）。v补燃期的终点很难准确地确定，一般当放热量达到循环总放补燃期的终点很难准确地确定，一般当放热量达到循环总放热量的热量的9599时，就可以认为补燃期结束，也是整

11、个燃烧过时，就可以认为补燃期结束，也是整个燃烧过程的结束。程的结束。v特点：特点：时间短促，混合气不均匀，燃烧放出的热量得不到有效利用，时间短促，混合气不均匀，燃烧放出的热量得不到有效利用，排气温度提高，散热损失增大，对柴油机的经济性不利。此外，后排气温度提高，散热损失增大，对柴油机的经济性不利。此外，后燃还增加了有关零部件的热负荷。燃还增加了有关零部件的热负荷。v影响因素：影响因素：重馏份比例（重馏份比例（T90、T95）v因此，应尽量缩短补燃期，减少补燃期内燃烧的燃油量。因此，应尽量缩短补燃期，减少补燃期内燃烧的燃油量。第10页，此课件共53页哦v二、燃烧放热规律：二、燃烧放热规律：v瞬时

12、放热速率：瞬时放热速率：指在燃烧过程中的某一时刻，单位时间（曲指在燃烧过程中的某一时刻，单位时间（曲轴转角）内（单位质量混合气）所放出的热量；轴转角）内（单位质量混合气）所放出的热量；kJ/（kgCA）kJ/(kgs)v累积放热百分比：累积放热百分比：是指从燃烧过程开始至某一时刻为止单位质量是指从燃烧过程开始至某一时刻为止单位质量混合气所放出的热量与每循环单位质量混合气放热量的比值。混合气所放出的热量与每循环单位质量混合气放热量的比值。v燃烧放热规律：燃烧放热规律：瞬时放热速率和累积放热百分比随曲轴转角瞬时放热速率和累积放热百分比随曲轴转角的变化关系。的变化关系。v燃烧放热规律影响到燃烧过程中

13、缸内压力、温度的变化，燃烧放热规律影响到燃烧过程中缸内压力、温度的变化，决定着柴油机的性能；决定着柴油机的性能；v对了解、分析和改进燃烧过程有着特别重要的作用（热力过对了解、分析和改进燃烧过程有着特别重要的作用（热力过程计算）。程计算）。第11页，此课件共53页哦v二、燃烧放热规律：二、燃烧放热规律：v不同类型柴油机的放热规律曲线形状不同。下图为一典型直喷式柴油机的不同类型柴油机的放热规律曲线形状不同。下图为一典型直喷式柴油机的放热规律。（双峰，放热率和缸内压力）放热规律。（双峰，放热率和缸内压力）v从曲线中可以看到，放热过程明显分为三个过程；从曲线中可以看到，放热过程明显分为三个过程；v第第

14、阶段阶段AB为予混合燃烧阶段，放热率一般都很高，历时为予混合燃烧阶段，放热率一般都很高，历时37CA，与速燃期，与速燃期相对应。相对应。v第第阶段阶段BC为扩散燃烧阶段，放热率逐渐下降，历时约为为扩散燃烧阶段，放热率逐渐下降，历时约为40CA，阶段的放阶段的放热率约为热率约为80%。v第第阶段阶段CD为放热的尾巴，可能延至整个膨涨过程放热量约占为放热的尾巴，可能延至整个膨涨过程放热量约占20%。dQB/dQB 放热率放热率 总放热量总放热量 b a cd大量研究表明，大量研究表明，开始燃烧时开始燃烧时刻刻，放热规律曲线形状和燃放热规律曲线形状和燃烧持续时间烧持续时间是放热规律是放热规律三要三要

15、素素。燃烧始点最佳上使燃烧始点最佳上使Pmax出现出现在上止点后在上止点后78CA，燃烧持续时间最佳为燃烧持续时间最佳为40CA。第12页，此课件共53页哦v三、柴油机燃烧过程中存在的主要问题三、柴油机燃烧过程中存在的主要问题v1、空气利用率低：、空气利用率低：v混合气形成时间短、只有混合气形成时间短、只有1535 CA 1.74ms边燃烧边油，边燃烧边油，油滴易被高温废气包围找不到氧，氧找不到油分子；油滴易被高温废气包围找不到氧，氧找不到油分子；v不均匀不均匀 v所以为保证柴油机燃烧比较完全，必须在所以为保证柴油机燃烧比较完全，必须在1条件工作条件工作v=1.3左右，即左右，即30%的空气量

16、未能完全利用。使柴油机容积利用率的空气量未能完全利用。使柴油机容积利用率低，比质量升功率较小体积较大。低，比质量升功率较小体积较大。第13页，此课件共53页哦v三、柴油机燃烧过程中存在的主要问题三、柴油机燃烧过程中存在的主要问题v2、燃烧噪声（工作粗暴）：、燃烧噪声（工作粗暴）：v主要是因为速燃期主要是因为速燃期压力升高率压力升高率过大（过大（p/0.40.5Mpa/CA）产生燃烧噪声，使零件负荷）产生燃烧噪声，使零件负荷寿命寿命称柴油机工作粗暴。称柴油机工作粗暴。v降低柴油机工作粗暴的根本措施是降低柴油机工作粗暴的根本措施是p/，主要途径有三：，主要途径有三：v 选十六烷值高的燃料；选十六烷

17、值高的燃料；v缩短着火落后期缩短着火落后期iv 提高喷油时缸内温度如增压等；提高喷油时缸内温度如增压等；v减小着火延迟期内的喷油量，选择合适的喷油规律（先缓后急减小着火延迟期内的喷油量，选择合适的喷油规律（先缓后急速断）；速断）；v减少着火延迟期内形成的可燃混合气量（油膜蒸发缓和）；减少着火延迟期内形成的可燃混合气量（油膜蒸发缓和）；第14页，此课件共53页哦v三、柴油机燃烧过程中存在的主要问题三、柴油机燃烧过程中存在的主要问题v3、排气冒黑烟、排气冒黑烟v原因：缓燃期燃油被高温废气包围，局部过浓原因：缓燃期燃油被高温废气包围，局部过浓v 高温缺氧高温缺氧裂解裂解脱氢脱氢聚合形成碳烟聚合形成碳

18、烟v一般在高负荷时发生，如汽车加速，爬坡或超载。一般在高负荷时发生，如汽车加速，爬坡或超载。v减少冒黑烟的措施：减少冒黑烟的措施：v 改进进气系统改进进气系统v增大过量空气系数增大过量空气系数 减少喷油量降低功率使用。减少喷油量降低功率使用。v组织空气运动组织空气运动v 促使油束分散增大混合范围促使油束分散增大混合范围v空气运动的作用空气运动的作用 热混合作用热混合作用第15页，此课件共53页哦v 四、控制噪声与振动的措施四、控制噪声与振动的措施v噪声来源主要有三个方面：噪声来源主要有三个方面：v燃烧噪声（主要部分）、机械噪声、空气动力学噪声燃烧噪声（主要部分）、机械噪声、空气动力学噪声 关于

19、控制噪声与振动的措施，简述如下：关于控制噪声与振动的措施，简述如下：v燃烧噪声：减少工作粗暴的措施燃烧噪声：减少工作粗暴的措施v机械噪声：运动件的质量、减少间隙、防止共振、采用吸振机械噪声：运动件的质量、减少间隙、防止共振、采用吸振材料材料v气流噪声：优化进排气道结构，防止截面突变；风扇优化；气流噪声：优化进排气道结构，防止截面突变；风扇优化；优化消音器；合理匹配配气相位。优化消音器；合理匹配配气相位。第16页，此课件共53页哦5-2 燃油喷射和雾化v燃油供给系统构成及核心部件的作用、分类（自己复习构造燃油供给系统构成及核心部件的作用、分类（自己复习构造书）书）v 喷油泵的作用：喷油泵的作用：

20、v定时、定量定时、定量地经高压油管向各缸的喷油器周期性地地经高压油管向各缸的喷油器周期性地供给高压供给高压燃油燃油。v喷油器的作用：喷油器的作用：v将喷油泵供给的高压燃油喷入柴油机燃烧室内，使燃油雾化成将喷油泵供给的高压燃油喷入柴油机燃烧室内，使燃油雾化成微小的油粒，并按一定的要求适当地分布在燃烧室内。微小的油粒，并按一定的要求适当地分布在燃烧室内。第17页，此课件共53页哦5-2 燃油喷射和雾化第18页，此课件共53页哦5-2 燃油喷射和雾化v一、燃油喷射的几个概念一、燃油喷射的几个概念v 1、喷射过程、喷射过程v定义：供油开始至喷油停定义：供油开始至喷油停止的过程，约占止的过程，约占154

21、0曲轴转角。图曲轴转角。图512表示表示了在喷射过程中喷油泵了在喷射过程中喷油泵端燃油压力、喷油器端端燃油压力、喷油器端燃油压力以及针阀升程燃油压力以及针阀升程h的变化情况。的变化情况。v分段：分段：喷射延迟阶段喷射延迟阶段、主主喷射阶段喷射阶段、喷射结束阶段喷射结束阶段第19页，此课件共53页哦5-2 燃油喷射和雾化v喷油延迟阶段：喷油延迟阶段：v定义：喷油（泵喷油开始）提前角与供油（喷油开始）提前角定义：喷油（泵喷油开始）提前角与供油（喷油开始）提前角的差值。的差值。v影响因素：影响因素：v转速升高，喷油延迟角加大；转速升高，喷油延迟角加大；v高压油管较长，压力波传播时间较长，喷油延迟角也

22、会较大。高压油管较长，压力波传播时间较长，喷油延迟角也会较大。v主喷射阶段：主喷射阶段：v定义：从喷油开始到嘴端压力急剧下降所对应的时间或曲轴转角。定义：从喷油开始到嘴端压力急剧下降所对应的时间或曲轴转角。v影响因素：负荷增加主喷射阶段变长。影响因素：负荷增加主喷射阶段变长。v喷射结束阶段：喷射结束阶段：v定义：从嘴端压力急剧下降到停止喷油（针阀落座）定义：从嘴端压力急剧下降到停止喷油（针阀落座）v特点：压力降低、所喷燃油雾化不好，造成燃烧恶化特点：压力降低、所喷燃油雾化不好，造成燃烧恶化第20页，此课件共53页哦5-2 燃油喷射和雾化v2、供油规律及喷油规律、供油规律及喷油规律v定义：定义：

23、v（1）几何供油规律：单位时间（曲轴转角）内油泵的供油量随）几何供油规律：单位时间（曲轴转角）内油泵的供油量随时间（或曲轴转角）的变化关系。它纯粹是由喷油泵柱塞的几何时间（或曲轴转角）的变化关系。它纯粹是由喷油泵柱塞的几何尺寸和运动规律确定的。尺寸和运动规律确定的。v（2）喷油规律：即喷油速率。）喷油规律：即喷油速率。v单位时间（曲轴转角）内喷油器喷入燃烧室内的燃油量随时间单位时间（曲轴转角）内喷油器喷入燃烧室内的燃油量随时间（曲轴转角）的变化关系；（曲轴转角）的变化关系；第21页，此课件共53页哦5-2 燃油喷射和雾化v2、供油规律及喷油规律、供油规律及喷油规律v二者的区别：二者的区别：v喷

24、油始点迟于供油始点；喷油始点迟于供油始点；v喷油持续时间较供油持续时间长；喷油持续时间较供油持续时间长；v喷油规律的峰值低于供油规律喷油规律的峰值低于供油规律v造成二者区别的原因：造成二者区别的原因：v燃油的可压缩性，使系统内产生燃油的可压缩性，使系统内产生压力波的传播；高压油管的弹性变压力波的传播；高压油管的弹性变形引起容积的变化；形引起容积的变化；v压力波的往复反射和叠加的作压力波的往复反射和叠加的作用。用。第22页，此课件共53页哦5-2 燃油喷射和雾化v 3、不正常喷射现象和穴蚀、不正常喷射现象和穴蚀 v（l）二次喷射现象）二次喷射现象第23页，此课件共53页哦5-2 燃油喷射和雾化v

25、 3、不正常喷射现象和穴蚀、不正常喷射现象和穴蚀 v（l）二次喷射现象二次喷射现象：既在喷射终了喷油器针阀落座以后，在压力：既在喷射终了喷油器针阀落座以后，在压力波动的影响下再次升起喷油的现象。波动的影响下再次升起喷油的现象。v危害：危害：v压力低雾化不良，燃烧不完全，碳烟增多，易引起喷孔堵塞；压力低雾化不良，燃烧不完全，碳烟增多，易引起喷孔堵塞；v时间长燃烧不及时，经济性下降，零部件过热。时间长燃烧不及时，经济性下降，零部件过热。v解决措施：解决措施：v尽可能地缩短高压油管长度，减小高压容积，以降低压力波动；尽可能地缩短高压油管长度，减小高压容积，以降低压力波动；合理选择参数，如喷油泵柱塞直

26、径、凸轮廓线、出油阀形式及合理选择参数，如喷油泵柱塞直径、凸轮廓线、出油阀形式及尺寸、出油阀减压容积、高压油管内径、喷油器喷孔尺寸、针阀尺寸、出油阀减压容积、高压油管内径、喷油器喷孔尺寸、针阀开启压力等。开启压力等。v易发工况易发工况：高速大负荷（加速、爬坡、超载）：高速大负荷（加速、爬坡、超载）第24页，此课件共53页哦5-2 燃油喷射和雾化v 3、不正常喷射现象和穴蚀、不正常喷射现象和穴蚀 v（2）滴油现象滴油现象：在喷油器针阀密封正常的情况下，喷射终了：在喷油器针阀密封正常的情况下，喷射终了时由于系统内的压力下降过慢使针阀不能迅速落座，出现仍时由于系统内的压力下降过慢使针阀不能迅速落座，

27、出现仍有燃油流出的现象。有燃油流出的现象。v危害：喷射压力极低，雾化奇差，积碳、堵塞喷孔危害：喷射压力极低，雾化奇差，积碳、堵塞喷孔v解决措施：合理匹配减压容积，使得压力下降迅速、残余解决措施：合理匹配减压容积，使得压力下降迅速、残余压力压力P0降低降低第25页，此课件共53页哦5-2 燃油喷射和雾化v 3、不正常喷射现象和穴蚀、不正常喷射现象和穴蚀 v（3）断续喷射：断续喷射：由于在某一瞬间喷油泵的供油量小于从喷油由于在某一瞬间喷油泵的供油量小于从喷油器喷出的油量和填充针阀升空出空间的油量之和，造成针阀在器喷出的油量和填充针阀升空出空间的油量之和，造成针阀在喷射过程中周期性跳动的现象。喷射过

28、程中周期性跳动的现象。v危害：危害：喷射压力低（雾化不良，燃烧不完全，碳烟增多，易喷射压力低（雾化不良，燃烧不完全，碳烟增多，易引起喷孔堵塞）、多次起落磨损偶件引起喷孔堵塞）、多次起落磨损偶件v解决措施：解决措施：合理匹配供油规律、喷油规律及管路结构合理匹配供油规律、喷油规律及管路结构第26页，此课件共53页哦5-2 燃油喷射和雾化v 3、不正常喷射现象和穴蚀、不正常喷射现象和穴蚀 v（4）不规则喷射和隔次喷射：不规则喷射和隔次喷射：供油量过小时，循环喷油量不供油量过小时，循环喷油量不断变动甚至出现有的循环不喷油的现象。断变动甚至出现有的循环不喷油的现象。v危害：循环波动增加、怠速不稳、限制最

29、低稳定转速危害：循环波动增加、怠速不稳、限制最低稳定转速v易发工况：易发工况：怠速、极小负荷怠速、极小负荷v改进措施：改进措施：减少高压油管的容积并提高其刚度。减少高压油管的容积并提高其刚度。第27页，此课件共53页哦5-2 燃油喷射和雾化v 3、不正常喷射现象和穴蚀、不正常喷射现象和穴蚀 v（5）穴蚀）穴蚀v在油路中存在压力波动在油路中存在压力波动出现极低的压力喷嘴处的高温出现极低的压力喷嘴处的高温形成蒸汽泡形成蒸汽泡高压回来高压回来气泡破裂气泡破裂形成激波（压力很高，形成激波（压力很高，足以破坏金属表面）足以破坏金属表面）多次冲击形成小孔多次冲击形成小孔破坏配合面及密封。破坏配合面及密封。

30、第28页，此课件共53页哦5-2 燃油喷射和雾化v二、燃油的雾化和油束特性二、燃油的雾化和油束特性v雾化：雾化：v燃油在喷油泵中被压缩后，经高压油管在高压（燃油在喷油泵中被压缩后，经高压油管在高压（20180MPa）、高速（）、高速（100400m/s）的作用下，从喷油器喷入）的作用下，从喷油器喷入燃烧室。燃烧室。v燃油与燃烧室高压空气的相对运动中及紊流的作用下，被逐步粉碎燃油与燃烧室高压空气的相对运动中及紊流的作用下，被逐步粉碎分散为直径约分散为直径约250m的液滴，由大小不同的液滴组成了油束。的液滴，由大小不同的液滴组成了油束。第29页，此课件共53页哦v评价指标评价指标（油束特性）：（油

31、束特性）：v评价油束的几何形状的几个评价油束的几何形状的几个参数：参数：v油束射程油束射程L（又称为贯穿距离）（又称为贯穿距离）；v油束的最大宽度油束的最大宽度B；v喷雾锥角喷雾锥角：标志油束的紧：标志油束的紧密程度。密程度。v贯穿率贯穿率：L/L壁壁 vL/L壁壁1，有一部分燃油喷射，有一部分燃油喷射到了燃烧室的壁面上。到了燃烧室的壁面上。5-2 燃油喷射和雾化第30页，此课件共53页哦5-2 燃油喷射和雾化v评价指标（油束特性）：评价指标（油束特性）：v油束的几何形状的几个参数：油束的几何形状的几个参数：v雾化质量雾化质量：v 细微度细微度：用液滴平均直径来表示（索特平均直径：用液滴平均直

32、径来表示（索特平均直径SMD）。）。v 直径越小，油直径越小，油 束雾化得越细。束雾化得越细。v均匀度均匀度：油束中液滴大小相同的程度及液滴在油束内分布的均匀：油束中液滴大小相同的程度及液滴在油束内分布的均匀程度。程度。v影响油束几何形状的主要因素影响油束几何形状的主要因素：v喷射压力、喷孔直径和数量、喷油器喷孔的长度直径比和空喷射压力、喷孔直径和数量、喷油器喷孔的长度直径比和空气与燃油密度比、空气流动状态等。气与燃油密度比、空气流动状态等。第31页，此课件共53页哦5-3混合气的形成和燃烧室 v两类燃烧室：两类燃烧室：v 开式：开式：Dk/D0.650.8，v Dk-喉口直径喉口直径v直接喷

33、射式燃烧室直接喷射式燃烧室 半开式：（半开式：（Dk/D=035065）分隔式燃烧室分隔式燃烧室 涡流室式燃烧室涡流室式燃烧室 予燃室式燃烧室予燃室式燃烧室第32页，此课件共53页哦5-3混合气的形成和燃烧室一、直接喷射式燃烧室一、直接喷射式燃烧室结构特点：整个燃烧室由气缸盖底平面、活塞项面及气缸壁所形结构特点：整个燃烧室由气缸盖底平面、活塞项面及气缸壁所形成的统一空间内，活塞顶上均开有深浅不同、形状各异的凹坑。成的统一空间内，活塞顶上均开有深浅不同、形状各异的凹坑。第33页，此课件共53页哦5-3混合气的形成和燃烧室 v 开式燃烧室开式燃烧室v混合气形成主要靠油束与燃烧室形状配合。混合气形成

34、主要靠油束与燃烧室形状配合。v不组织空气运动或辅以微弱的空气运动。不组织空气运动或辅以微弱的空气运动。v这种燃烧室空气利用率低，但经济性好，主要用这种燃烧室空气利用率低，但经济性好，主要用在大中型柴油机上。在大中型柴油机上。v目前汽车、拖拉机柴油机上多采用半开式燃烧室。目前汽车、拖拉机柴油机上多采用半开式燃烧室。第34页，此课件共53页哦5-3混合气的形成和燃烧室 v半开式燃烧室的空气涡流运动半开式燃烧室的空气涡流运动v1、进气涡流进气涡流 va：切向气道切向气道：如图：如图521所示。所示。v特点：气道母线与气缸相切，气道形状较平直，在气门前特点：气道母线与气缸相切，气道形状较平直，在气门前

35、强烈收缩。气流通过切向气道时速度愈来愈快，并且沿切强烈收缩。气流通过切向气道时速度愈来愈快，并且沿切线方向进入，在气缸壁上转向，产生绕气缸中心线的气流线方向进入，在气缸壁上转向，产生绕气缸中心线的气流旋转运动。旋转运动。v优点：结构简单，流动阻力较小优点：结构简单，流动阻力较小v缺点：对气口位置敏感。缺点：对气口位置敏感。第35页，此课件共53页哦5-3混合气的形成和燃烧室 vb：螺旋气道螺旋气道：如图：如图522所示。把气门座上方的气道内腔做所示。把气门座上方的气道内腔做成螺旋形，使空气流经气门座时，一部分在气道内部形成成螺旋形，使空气流经气门座时，一部分在气道内部形成绕气门中心的旋转运动，

36、其强度仅与气道本身结构有关。绕气门中心的旋转运动，其强度仅与气道本身结构有关。另一部分近于切向气流、顺着气缸壁绕气缸中心线旋转。另一部分近于切向气流、顺着气缸壁绕气缸中心线旋转。v优点：螺旋气道能产生较强的进气涡流。优点：螺旋气道能产生较强的进气涡流。v缺点：制造工艺要求高，调试工作量较大，进气阻力大。缺点：制造工艺要求高，调试工作量较大，进气阻力大。第36页，此课件共53页哦5-3混合气的形成和燃烧室 v2、挤流挤流v燃烧室喉口直径及挤气间隙愈小，则挤流愈强。燃烧室喉口直径及挤气间隙愈小，则挤流愈强。v挤涡流与进气涡流相比，它不影响充气效率，但挤涡流与进气涡流相比，它不影响充气效率，但涡流强

37、度较小，且维持时间短，随着活塞向下运涡流强度较小，且维持时间短，随着活塞向下运动，很快减弱消失。动，很快减弱消失。第37页，此课件共53页哦5-3混合气的形成和燃烧室 v（二）以（二）以型为代表的半开式燃烧室型为代表的半开式燃烧室v特点：特点：采用多喷孔喷嘴、采用多喷孔喷嘴、3-5孔，依靠燃油在孔，依靠燃油在空间雾化来实现混合；空间雾化来实现混合；v组织进气涡流，加速混合气形成。组织进气涡流，加速混合气形成。v 主要结构参数：主要结构参数：v dk/D=0.4-0.65；口径比的大小要与喷注射程，；口径比的大小要与喷注射程，涡流强度互相配合。涡流强度互相配合。vVk/Vc=0.75-0.85；

38、Vk凹坑内燃烧室容积；凹坑内燃烧室容积；Vc压缩容积。压缩容积。第38页，此课件共53页哦5-3混合气的形成和燃烧室 vVk/Vc 相对散热面小，挤流加强，有利于混合；相对散热面小，挤流加强，有利于混合；v优缺点：结构简单，相对散热面积小（即燃烧室表面积和其容优缺点：结构简单，相对散热面积小（即燃烧室表面积和其容积之比小），可以获得较高的经济性。积之比小），可以获得较高的经济性。v散热面积小，压缩终点温度容易建立，压缩比也较低，约为散热面积小，压缩终点温度容易建立，压缩比也较低，约为15-17。它的低温起动性好。它的低温起动性好。v开启压力大，开启压力大，20MPa左右喷油泵易磨损；左右喷油泵

39、易磨损；v滞燃期中形成的可燃混合气量较多，滞燃期中形成的可燃混合气量较多，dP/d较高，工作粗暴；较高，工作粗暴；v较大，全负荷在较大，全负荷在1.3以上，对转速变化较敏感；以上，对转速变化较敏感；v 温度较高，空气在高温停留的时间又长，故温度较高，空气在高温停留的时间又长，故NOX排放高，比排放高，比分隔式燃烧室大。分隔式燃烧室大。第39页，此课件共53页哦5-3混合气的形成和燃烧室 v二、分隔式燃烧室二、分隔式燃烧室v分隔式燃烧室是整个燃烧分隔式燃烧室是整个燃烧室分隔在两个空间。室分隔在两个空间。v主燃烧室设于活塞顶上。主燃烧室设于活塞顶上。v副燃烧室则在气缸盖内，副燃烧室则在气缸盖内，其

40、间用通道相连。其间用通道相连。第40页，此课件共53页哦5-3混合气的形成和燃烧室 v（一）涡流室燃烧室（一）涡流室燃烧室v1、结构特点：如图、结构特点：如图532所示。副燃烧室容积称为所示。副燃烧室容积称为涡流室。一般涡流室。一般Vk/Vc=5080%，通道截面约为活塞，通道截面约为活塞面积的面积的0.93.5。v通道方向与活塞顶成一定的角度并与涡流室相切。通道方向与活塞顶成一定的角度并与涡流室相切。v涡流室通常由两部分组成，上部与气缸盖铸在一起。涡流室通常由两部分组成，上部与气缸盖铸在一起。下部（包括连接通道）由耐热钢制成，称为下部（包括连接通道）由耐热钢制成，称为“保温保温镶块镶块”。第

41、41页，此课件共53页哦5-3混合气的形成和燃烧室 v（一）涡流室燃烧室（一）涡流室燃烧室v2、混合气形成特点：混合气形成特点：vn涡流增加；涡流增加；v部分燃油在通道口附近靠近壁面处着火；部分燃油在通道口附近靠近壁面处着火；v二次涡流（燃烧涡流）进一步混合。二次涡流（燃烧涡流）进一步混合。v对燃油适应性好。对燃油适应性好。第42页，此课件共53页哦5-3混合气的形成和燃烧室 v（一）涡流室燃烧室（一）涡流室燃烧室v主要优点：主要优点：v 较小，全负荷较小，全负荷1.21.3，最低可到，最低可到1.1，空气利用率较高；，空气利用率较高；v对喷雾质量要求不高，可用单孔式喷嘴，开启压力较低对喷雾质

42、量要求不高，可用单孔式喷嘴，开启压力较低1214MPa；对燃油系的要求低，减少喷嘴堵塞现象。；对燃油系的要求低，减少喷嘴堵塞现象。v对转速变化不敏感，高速性好，最高转速可达对转速变化不敏感，高速性好，最高转速可达 5000rmin。vdP/d较低，运转平稳；排气污染小，易于调试；使用性能较低，运转平稳；排气污染小，易于调试；使用性能稳定。稳定。第43页，此课件共53页哦5-3混合气的形成和燃烧室 v（一）涡流室燃烧室（一）涡流室燃烧室v主要缺点：主要缺点：v相对散热表面积较大；相对散热表面积较大；v气体二次经过通道节流，流动损失也较大；气体二次经过通道节流，流动损失也较大；v冷起动性差，压缩比

43、为冷起动性差，压缩比为1823，需要起动辅助装置。，需要起动辅助装置。v通道口热负荷很高，容易引起热裂等毛病。通道口热负荷很高，容易引起热裂等毛病。v经济性不如直喷式。经济性不如直喷式。第44页，此课件共53页哦5-3混合气的形成和燃烧室 v（二）预燃室燃烧室（二）预燃室燃烧室v构造特点：燃烧室由两个部分组成构造特点：燃烧室由两个部分组成Vk/Vc=3040v预燃室和主燃室用一个或几个小孔（或称喷孔）相连通，小孔总截面积预燃室和主燃室用一个或几个小孔（或称喷孔）相连通，小孔总截面积与活塞截面积之比只有与活塞截面积之比只有0.250.7。喷油器安装在预燃室中心线附近。喷油器安装在预燃室中心线附近

44、。v混合气形成特点：混合气形成特点：压缩紊流；压缩紊流；v燃油喷入预燃室避免与气流正面相撞；燃油喷入预燃室避免与气流正面相撞；v气流将一部分小油粒带向预燃室的上方形成火源。气流将一部分小油粒带向预燃室的上方形成火源。第45页，此课件共53页哦5-3混合气的形成和燃烧室 v（二）预燃室燃烧室（二）预燃室燃烧室v主要优点：主要优点：v较小，全负荷较小，全负荷1.21.3，最低可到，最低可到1.1，空气利用率较高；，空气利用率较高；v对喷雾质量要求不高，可用单孔式喷嘴，开后压力较低对喷雾质量要求不高，可用单孔式喷嘴，开后压力较低1214MPa；对燃油系的要求低，减少喷嘴堵塞现象。；对燃油系的要求低，

45、减少喷嘴堵塞现象。v对转速变化不敏感，高速性好，最高转速可达对转速变化不敏感，高速性好，最高转速可达 5000rmin。vdP/d较低，运转平稳；排气污染小，易于调试；使用性能稳定。较低，运转平稳；排气污染小，易于调试；使用性能稳定。第46页，此课件共53页哦5-3混合气的形成和燃烧室 v（二）预燃室燃烧室（二）预燃室燃烧室v主要缺点：主要缺点：v流动损失大，散热面积大，散热损失亦较大经济性差，耗油率高。流动损失大，散热面积大，散热损失亦较大经济性差，耗油率高。be=250285 g（kW.h）。）。v冷起动困难。压缩比较高，一般为冷起动困难。压缩比较高，一般为1822，需要起动辅助装置。，需

46、要起动辅助装置。v低转时噪声大。低转时噪声大。第47页，此课件共53页哦5-3混合气的形成和燃烧室 v（三、燃烧室比较（三、燃烧室比较v直喷式：热效率高，经济性好。问题是对转速较敏感，噪声直喷式：热效率高，经济性好。问题是对转速较敏感，噪声高，排气污染较大；高，排气污染较大；球型：发展趋势不大，主要是性能难于球型：发展趋势不大，主要是性能难于稳定，低速性能不好。稳定，低速性能不好。v涡流室：高速性能好，升功率较大，噪声较小以及排气污染较涡流室：高速性能好，升功率较大，噪声较小以及排气污染较低，适合小缸径。缺点是经济性差，耗油率较高。起动困难。低，适合小缸径。缺点是经济性差，耗油率较高。起动困难

47、。v预燃室：对燃料供给系要求最低，生产、保养较易，柔和排预燃室：对燃料供给系要求最低，生产、保养较易，柔和排污小。用于污小。用于n25003000rmin的小型高速柴油机上。但其能量的小型高速柴油机上。但其能量损失大，耗油率高，起动性差，怠速噪声大。损失大，耗油率高，起动性差，怠速噪声大。v选择燃烧室时主要的依据是缸径、转速及使用要求，并要考虑当前制选择燃烧室时主要的依据是缸径、转速及使用要求，并要考虑当前制造和使用水平。造和使用水平。第48页，此课件共53页哦5-4运转因素对燃烧过程的影响 v一、燃料性质的影响：十六烷值和馏程是影响燃烧的重要因素。一、燃料性质的影响：十六烷值和馏程是影响燃烧

48、的重要因素。v十六烷值十六烷值 工作可以柔和。工作可以柔和。v馏程馏程燃油易于蒸发和空气混合，缩短着火的物理准备时间。燃油易于蒸发和空气混合，缩短着火的物理准备时间。v 如果燃油的十六烷值较高，但其蒸发性不好，就会造成燃油如果燃油的十六烷值较高，但其蒸发性不好，就会造成燃油来不及蒸发，在高温下裂解成炭烟。来不及蒸发，在高温下裂解成炭烟。v反之，如果燃油的馏程较低，而着火性能差，也会在着火延迟或反之，如果燃油的馏程较低，而着火性能差，也会在着火延迟或中形成大量可燃混合气，着火后一起燃烧，使柴油机工作粗暴。中形成大量可燃混合气，着火后一起燃烧，使柴油机工作粗暴。v因此，燃油的十六烷值及馏程均要适当

49、，互相配合。一般高速柴油机燃油因此，燃油的十六烷值及馏程均要适当，互相配合。一般高速柴油机燃油的十六烷值大致为的十六烷值大致为4050，馏程为，馏程为200365C左右。左右。第49页，此课件共53页哦5-4运转因素对燃烧过程的影响 v二、负荷的影响二、负荷的影响v负荷负荷 空气量基本不变，循空气量基本不变，循环供油量环供油量不完全燃烧不完全燃烧现象会增加，热效率降低，燃现象会增加，热效率降低，燃烧恶化，排气冒黑烟；烧恶化，排气冒黑烟；v但缸内温度上升，缩短着火延但缸内温度上升，缩短着火延迟期迟期，使柴油机工作柔和。，使柴油机工作柔和。v 负荷很小时，由于散热损失负荷很小时，由于散热损失相对相

50、对 ii稍有下降。稍有下降。第50页，此课件共53页哦5-4运转因素对燃烧过程的影响 v三、转速的影响三、转速的影响v 散热损失与漏气损失减小，以时间计的散热损失与漏气损失减小，以时间计的v 滞燃期滞燃期；v n 喷油压力喷油压力改善燃油的雾化，但以曲轴转改善燃油的雾化，但以曲轴转 v 角计喷油持续期增加。角计喷油持续期增加。v vvgb燃烧占曲轴转角加大燃烧占曲轴转角加大v ii。v n 涡流弱，喷油压力低，雾化混合不好，漏气损涡流弱，喷油压力低，雾化混合不好，漏气损失和散热损失失和散热损失。第51页，此课件共53页哦v三、转速的影响三、转速的影响v 第52页，此课件共53页哦v 四、供油提