发动机原理柴油机混合气的形成与燃烧资料.pptx

发动机原理讲授内容讲授内容：第六章：第六章 柴油机混合柴油机混合气的形成与燃烧气的形成与燃烧主主 讲讲 人人：邓晓亭：邓晓亭 讲师讲师Email：电 话：13851810258第六章第六章 柴油机混合气形成与燃烧柴油机混合气形成与燃烧本章要求：本章要求：理解：理解：影响燃烧的因素和措施。影响燃烧的因素和措施。掌握：掌握：柴油机混合气的形成，柴油机燃烧过程，柴油机混合气的形成，柴油机燃烧过程，柴油机的喷射与雾化。柴油机的喷射与雾化。第六章第六章 柴油机混合气形成与燃烧柴油机混合气形成与燃烧柴油机混合气的形成方式：柴油机混合气的形成方式：1 1、空间雾化混合、空间雾化混合形成雾状混合物的要求：形成雾状混合物的要求：喷喷雾雾与与燃燃烧烧室室形形状状配配合合，并并利利用气流运动。用气流运动。2 2、油膜蒸发混合、油膜蒸发混合混合气形成的特点：混合气形成的特点：气缸内部形成混合气气缸内部形成混合气混合气形成时间短混合气形成时间短混合气形成不均匀混合气形成不均匀混合气形成与燃烧紧密相连混合气形成与燃烧紧密相连柴油机燃烧过程特点：柴油机燃烧过程特点：以以油油膜膜（滴滴）蒸蒸发发扩扩散为主的混合加热循环。散为主的混合加热循环。柴油机燃烧的缺点：柴油机燃烧的缺点：有有碳碳烟烟的的生生成成，碳碳烟烟聚聚集吸附碳氢，形成微粒。集吸附碳氢，形成微粒。第一节第一节 柴油机燃烧过程柴油机燃烧过程 柴柴油油机机是是在在压压缩缩过过程程中中活活塞塞接接近近上上止止点点时时,借借助助喷喷油油设设备备将将燃燃油油在在高高压压下下成成雾雾状状喷喷入入燃燃烧烧室室,以以便便与与空气形成可燃混合气。空气形成可燃混合气。油滴的着火要满足两个条件：油滴的着火要满足两个条件：（1 1）混合气的温度要高于着火临界温度。）混合气的温度要高于着火临界温度。（2 2）混合气的浓度要适当，即混合气的浓度要在着火）混合气的浓度要适当，即混合气的浓度要在着火界限之内。界限之内。注：着火时机、地点不固定，着火点位于喷注外围与核心之间。注：着火时机、地点不固定，着火点位于喷注外围与核心之间。一、燃烧方式一、燃烧方式-油滴扩散燃烧油滴扩散燃烧单个油滴的着火区域单个油滴的着火区域直径：直径：5150um5150um(中间较大中间较大)T Tc c-热空气温度热空气温度；T Tw w-油滴周围混油滴周围混合气温度合气温度；C Cu u-油滴周围混油滴周围混合气浓度合气浓度；W-W-化学反应速化学反应速度度。在稀火焰区形成着火核心；稀熄火区是未燃在稀火焰区形成着火核心；稀熄火区是未燃HCHC的主要来源。的主要来源。二、燃烧过程二、燃烧过程-滞燃期滞燃期-速燃期速燃期 -缓燃期缓燃期-后燃期后燃期 h h-针阀升程针阀升程 Q Q-循环放热量循环放热量 dQ/ddQ/d-放热速率放热速率 dq/ddq/d-喷油速率喷油速率1)1)喷油始点喷油始点2)2)缸内压力线偏离纯缸内压力线偏离纯压缩线始点压缩线始点3)3)最高压力点最高压力点4)4)最高温度点最高温度点、滞燃期（、滞燃期（1-21-2）从从喷喷油油开开始始到到缸缸内内压压力力线线与与压压缩缩线线偏偏离离的的始始点点所所占占的的曲曲轴轴转转角，称为角，称为滞燃期滞燃期或着火延迟期。或着火延迟期。在在压压缩缩终终点点，Tc=450-800Tc=450-800，大大于于柴柴油油的的自自燃燃温温度度（330-330-350350），但不会立即着火，进行着火前的准备。），但不会立即着火，进行着火前的准备。一般着火延迟时间一般着火延迟时间i i0.7-3ms0.7-3ms，所占曲轴转角，所占曲轴转角8-12CA8-12CA。着着火火延延迟迟期期的的作作用用：在在着着火火延延迟迟期期内内，燃燃烧烧室室内内进进行行混混合合气气准备的物理和化学过程。准备的物理和化学过程。物理准备物理准备：雾化，加热，蒸发，扩散和混合。：雾化，加热，蒸发，扩散和混合。化化学学准准备备：可可燃燃混混合合气气通通过过裂裂解解产产生生醛醛类类（过过氧氧化化物物蓝蓝焰焰）和和CO，其其蓝蓝焰焰产产物物主主要要是是CO、O、OH-1、H+1等等活活性性中中心心，当达到一定着火条件时会发生热爆炸。当达到一定着火条件时会发生热爆炸。影影响响着着火火延延迟迟期期的的主主要要因因素素：燃燃烧烧室室内内工工质质的的状状态态，如如T T、P P和燃料种类。和燃料种类。、速燃期（、速燃期（2-32-3）从从压压力力脱脱离离压压缩缩线线开开始始急急剧剧上上升升到到缸缸内内最最大大压压力力点点，称称为为速速燃期燃期。速速燃燃期期的的作作用用：速速燃燃期期内内，在在滞滞燃燃期期内内准准备备好好的的混混合合气气几几乎乎同同时时开开始始燃燃烧烧，活活塞塞在在上上止止点点附附近近，使使缸缸内内压压力力急急剧剧上上升升，接近于接近于等容燃烧。等容燃烧。评评价价速速燃燃期期的的参参数数：平平均均压压力力升升高高率率P/=(PP/=(P3 3-P-P2 2)/()/(3 3-2 2)和最大压力升高率和最大压力升高率(P/)(P/)maxmax柴油机柴油机(P/)(P/)maxmax一般一般0.40.6MPa/A以下。以下。最最大大压压力力升升高高率率的的大大小小主主要要与与着着火火延延迟迟期期内内准准备备好好的的可可燃燃混混合气的数量合气的数量有关。有关。、速燃期（、速燃期（2-32-3）速速燃燃期期的的要要求求：在在适适宜宜的的压压力力升升高高率率下下，速速燃燃期期的的燃燃烧烧量量越越多越好。多越好。速燃期的影响因素：速燃期的影响因素：滞燃期内形成的混合气量滞燃期内形成的混合气量缸内温度、压力和十六烷值缸内温度、压力和十六烷值喷油规律、喷油规律、蒸发速率蒸发速率决定在滞燃期内形成的混合气量决定在滞燃期内形成的混合气量速燃期内，燃料燃烧释放的热量约为循环总热量的速燃期内，燃料燃烧释放的热量约为循环总热量的20%-30%。喷喷油油持持续续进进行行，形形成成燃燃烧烧与与喷喷油油的的重重叠叠，喷喷油油常常在在速速燃燃期期结结束。束。、缓燃期（、缓燃期（3-43-4）从从缸缸内内最最大大压压力力点点到到最最高高温温度度点点所所对对应应的的曲曲轴轴转转角角，称称为为缓缓燃期燃期。缓缓燃燃期期的的作作用用：速速燃燃期期内内未未燃燃烧烧的的燃燃油油和和后后喷喷入入的的燃燃油油，在在具有大量具有大量废气的环境中缓慢的定压燃烧废气的环境中缓慢的定压燃烧。缓缓燃燃期期的的特特点点：一一边边燃燃烧烧，一一边边活活塞塞下下行行，缸缸内内压压力力几几乎乎不不变或稍有变化变或稍有变化（接近等压过程），放热量达（接近等压过程），放热量达70%-80%70%-80%。燃燃烧烧室室的的最最高高温温度度可可达达1700170020002000左左右右，最最高高温温度度点点一一般般在上止点后在上止点后202035CA35CA左右。左右。缓缓燃燃期期的的燃燃烧烧特特点点：由由于于缸缸内内废废气气量量增增加加，导导致致氧氧气气不不足足，燃燃烧烧条条件件不不利利，所所以以边边混混合合边边燃燃烧烧，存存在在局局部部高高温温缺缺氧氧，燃燃料料裂解形成裂解形成碳烟碳烟，使经济性变差。，使经济性变差。由于混合时间短，高温缺氧下易形成碳烟，要求由于混合时间短，高温缺氧下易形成碳烟，要求aa11。、后燃期（、后燃期（4-4-）从从最高温度点最高温度点到燃油到燃油基本燃烧完全基本燃烧完全，称为，称为后燃期后燃期。一一般般当当放放热热量量达达到到循循环环总总放放热热量量的的95%-99%时时，就就可可以以认认为是补燃期结束，也就是整个燃烧过程的结束点。为是补燃期结束，也就是整个燃烧过程的结束点。后后燃燃期期的的特特点点：燃燃烧烧时时间间短短促促，混混合合气气不不均均匀匀，燃燃烧烧放放出出的的热热量量得得不不到到有有效效利利用用，排排气气温温度度提提高高，散散热热损损失失增增大大，对对柴柴油油机的经济性不利。机的经济性不利。后燃期的缺点：后燃期的缺点：后燃增加了相关零件的热负荷。后燃增加了相关零件的热负荷。后燃期的优点：后燃期的优点：将燃烧产生的中间排放污染物进一步处理掉。将燃烧产生的中间排放污染物进一步处理掉。后燃期的影响因素：后燃期的影响因素：燃料重烃成分所占的比例（燃料重烃成分所占的比例（T90T90、T95T95）应尽量减少后燃应尽量减少后燃。瞬时放热速率：瞬时放热速率：燃烧过程中的某一时刻，单位时间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，单（曲轴转角）内（单位质量混合气）所放出的热量，单位是位是KJ/(KJ/(kgCA)或或KJ/(kgs)。它决定压力升高率它决定压力升高率(噪音噪音)的变化和热效率。的变化和热效率。累计放热率（累计放热百分比）累计放热率（累计放热百分比）：从燃烧过程开始至：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。单位质量混合气放热量的比值。燃烧放热规律：燃烧放热规律：瞬时放热速率和累计放热百分比随曲瞬时放热速率和累计放热百分比随曲轴转角的变化关系。轴转角的变化关系。三、燃烧过程的放热规律三、燃烧过程的放热规律三、燃烧过程的放热规律三、燃烧过程的放热规律预混合燃烧阶段，预混合燃烧阶段，对应速燃期，放热率很高，历时对应速燃期，放热率很高，历时3-7 CA3-7 CA。扩散燃烧阶段，扩散燃烧阶段，对应缓燃期，放热速率下降，为主放热阶段，对应缓燃期，放热速率下降，为主放热阶段，历时历时40CA CA。这两个阶段放热达这两个阶段放热达80%。燃烧放热的拖尾阶段燃烧放热的拖尾阶段，对应后燃期，放热，对应后燃期，放热20%。燃烧放热规律三要素：燃烧放热规律三要素：燃烧放热燃烧放热始点、放热规律形状和燃烧持续期。始点、放热规律形状和燃烧持续期。燃烧放热始点最佳的情况下，将燃烧放热始点最佳的情况下，将使使PmaxPmax出现在上止点后出现在上止点后10-1510-15 左右左右。燃烧持续时间最佳为燃烧持续时间最佳为40 左右。左右。曲线形状曲线形状开始放热适中，然后开始放热适中，然后燃烧加快，尾巴尽量短。燃烧加快，尾巴尽量短。柴油机与汽油机的放热规律柴油机与汽油机的放热规律四、燃烧过程中存在的问题四、燃烧过程中存在的问题1 1、空气利用率低、空气利用率低混合气形成困难，燃烧不完全。混合气形成困难，燃烧不完全。混混合合极极不不均均匀匀混混合合气气形形成成时时间间短短，边边喷喷油油、边边混混合合、边边燃燃烧。烧。改进措施：改进措施：促进混合气的形成。促进混合气的形成。结构上，促进缸内的涡流运动。结构上，促进缸内的涡流运动。供给较多的空气。供给较多的空气。aa大大于于1 1，一一般般取取1.31.3。但但是是至至少少30%30%的的空空气气未未被被利利用用，使使气气缸缸工工作作容容积积的的利利用用程程度度降降低低，使使升升功功率率、平平均均有有效效压压力力降降低低，这与提高其动力性相矛盾。这与提高其动力性相矛盾。2 2、燃烧噪声（工作粗暴）、燃烧噪声（工作粗暴）产产生生原原因因：速速燃燃期期内内，急急剧剧升升高高的的压压力力直直接接使使燃燃烧烧室室壁壁面面及及活活塞塞、曲曲轴轴等等机机件件产产生生强强烈烈的的振振动动,并并通通过过气气缸缸壁壁传传到到外外部部，形形成成燃烧噪音燃烧噪音。燃燃烧烧噪噪音音与与速速燃燃期期内内的的P/P/有有很很大大关关系系。为为使使工工作作柔柔和和，要求要求P/0.4MPa/CAP/0.4MPa/CA。降低工作粗暴的根本措施：降低工作粗暴的根本措施：降低压力升高率。降低压力升高率。降低工作粗暴的主要途径：降低工作粗暴的主要途径：缩短着火延迟期缩短着火延迟期减少减少滞燃期内的滞燃期内的喷油量喷油量，选择合适的喷油规律。，选择合适的喷油规律。好的喷油规律要求：先缓、后急、速断。好的喷油规律要求：先缓、后急、速断。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）四、燃烧过程中存在的问题四、燃烧过程中存在的问题3 3、排气冒黑烟、排气冒黑烟排排气气冒冒烟烟的的原原因因：缓缓燃燃期期内内燃燃油油被被高高温温废废气气包包围围，存存在在局局部部过浓和高温缺氧，使燃料裂解、脱氢，最后聚合形成碳烟。过浓和高温缺氧，使燃料裂解、脱氢，最后聚合形成碳烟。主要发生在大负荷工况时主要发生在大负荷工况时，如加速、爬坡或超载时。，如加速、爬坡或超载时。减少冒烟的主要措施减少冒烟的主要措施:(1)(1)增加过量空气系数。但与提高柴油机的动力性相矛盾。增加过量空气系数。但与提高柴油机的动力性相矛盾。(2)(2)合理组织的空气运动。与改善柴油机工作的柔和性相矛盾。合理组织的空气运动。与改善柴油机工作的柔和性相矛盾。空气运动的作用：空气运动的作用：促使油束分散增大混合范围促使油束分散增大混合范围热混合作用热混合作用四、燃烧过程中存在的问题四、燃烧过程中存在的问题4.4.排气冒蓝烟、白烟排气冒蓝烟、白烟 在在冷冷起起动动及及怠怠速速、低低负负荷荷运运转转时时，气气缸缸内内温温度度低低，燃燃烧烧不不良良，不不同同直直径径的的柴柴油油微微粒粒随随废废气气排排出出，受受光光线线的的反反射射呈呈现现不不同同的的颜颜色色，白白烟烟是是由由0.60.61 1微微米米的的颗颗粒粒构构成成，而而蓝蓝烟烟是是由由0.60.6微微米米以以下下的颗粒构成。的颗粒构成。暖机时，一般先冒白烟，后冒蓝烟，然后变为无色。暖机时，一般先冒白烟，后冒蓝烟，然后变为无色。四、燃烧过程中存在的问题四、燃烧过程中存在的问题五、控制噪声与振动的措施五、控制噪声与振动的措施噪声的来源噪声的来源燃烧噪声（主要部分）燃烧噪声（主要部分）机械噪声机械噪声空气动力学噪声空气动力学噪声控制噪声的措施控制噪声的措施燃烧噪声：燃烧噪声：与减少发动机工作粗暴的措施相同。与减少发动机工作粗暴的措施相同。机机械械噪噪声声：取取决决于于运运动动件件的的质质量量、零零部部件件的的配配合合间间隙隙、防防止止共振、采用吸振材料。共振、采用吸振材料。气气流流噪噪声声：通通过过优优化化进进排排气气道道结结构构，防防止止截截面面突突变变；优优化化风风扇；优化消音器；合理匹配配气相位。扇；优化消音器；合理匹配配气相位。第二节第二节 燃油喷射和雾化燃油喷射和雾化一、喷油系统一、喷油系统喷油泵的作用喷油泵的作用定定时时、定定量量的的经经高高压压油油管管向向各各缸缸的的喷喷油油器器周周期期性性的的供供给给高高压压燃燃油。油。喷油器的作用喷油器的作用将将喷喷油油泵泵供供给给的的高高压压燃燃油油喷喷入入柴柴油油机机燃燃烧烧室室内内，利利用用喷喷油油器器的的多多孔孔结结构构，使使燃燃油油雾雾化化成成微微小小油油粒粒，并并按按一一定定的的要要求求适适当当地地分分布在燃烧室内布在燃烧室内。喷射过程喷射过程 从供油开始至喷油停止所占的曲轴转角，约占从供油开始至喷油停止所占的曲轴转角，约占15-4015-40。喷射过程分三个阶段：喷射过程分三个阶段：喷射延迟阶段，主喷射阶段，喷射结束阶段。喷射延迟阶段，主喷射阶段，喷射结束阶段。燃油的喷射过程燃油的喷射过程凸轮柱塞泵柱塞腔出油阀针阀1 1、喷射延迟阶段喷射延迟阶段从从喷喷油油泵泵的的柱柱塞塞顶顶封封闭闭进进回回油油口口的的理理论论供供油油起起始始点点，到到喷喷油油器器针阀开始升起（针阀开始升起（喷油始点喷油始点）为止。）为止。出出油油阀阀升升起起后后，受受压压缩缩的的燃燃油油进进入入高高压压油油管管，使使喷喷油油泵泵端端的的压压力力上上升升，产产生生压压力力波波并并以以声声速速沿沿高高压压油油管管向向喷喷油油器器端端传传播播。当当传传播到喷油器端的压力超过针阀开启压力时，针阀升起，开始喷油。播到喷油器端的压力超过针阀开启压力时，针阀升起，开始喷油。供油提前角供油提前角供油始点到上止点之间的曲轴转角；供油始点到上止点之间的曲轴转角；喷油提前角喷油提前角喷油始点到上止点之间的曲轴转角；喷油始点到上止点之间的曲轴转角；喷油延迟角喷油延迟角供油提前角和喷油提前角的差值。供油提前角和喷油提前角的差值。影响喷油延迟期的因素影响喷油延迟期的因素转速升高，喷油延迟角加大。转速升高，喷油延迟角加大。高压油管较长，压力波传播时间较长，喷油延迟角也会较大。高压油管较长，压力波传播时间较长，喷油延迟角也会较大。2 2、主喷射阶段主喷射阶段从从喷喷油油开开始始到到喷喷油油器器端端的的压压力力开开始始急急剧剧下下降降所所对对应应的的时间或曲轴转角。时间或曲轴转角。针针阀阀升升起起过过程程中中，针针阀阀上上升升让让出出容容积积以以及及一一部部分分燃燃油油喷入燃烧室内喷入燃烧室内，喷油器端的压力有一短暂下降。，喷油器端的压力有一短暂下降。喷喷油油泵泵柱柱塞塞持持续续供供油油，喷喷油油泵泵端端压压力力和和喷喷油油器器端端压压力力都都保保持持在在高高的的水水平平而而不不下下降降，绝绝大大部部分分燃燃油油以以高高的的喷喷射射压压力力和和良良好好的的雾雾化化质质量量喷喷入入燃燃烧烧室室内内，其其持持续续时时间间主主要要取决于取决于循环供油量循环供油量和和喷油速率喷油速率。主喷射阶段的影响因素：主喷射阶段的影响因素：负荷增加，主喷射阶段变长。负荷增加，主喷射阶段变长。3 3、喷射结束阶段喷射结束阶段从从喷喷油油器器端端的的压压力力开开始始急急剧剧下下降降到到喷喷油油器器的的针针阀阀完完全全落座落座停止喷油为止。停止喷油为止。喷喷油油泵泵的的回回油油孔孔打打开开和和出出油油阀阀减减压压容容积积的的卸卸载载作作用用，泵泵端端压压力力带带动动喷喷油油器器端端压压力力急急剧剧下下降降，当当喷喷油油器器端端压压力力低于针阀开启压力时，针阀开始下降。低于针阀开启压力时，针阀开始下降。喷射结束阶段的特点：喷射结束阶段的特点：压力降低、所喷燃油雾化不好，造成燃烧恶化。压力降低、所喷燃油雾化不好，造成燃烧恶化。供油规律和喷油规律供油规律和喷油规律几何供油规律（供油规律）几何供油规律（供油规律）单单位位时时间间（凸凸轮轮轴轴转转角角）内内油油泵泵的的供供油油量量随随时时间间（或或凸凸轮轮轴转角）的变化关系。轴转角）的变化关系。喷油规律（喷油速率）喷油规律（喷油速率）单单位位时时间间（凸凸轮轮轴轴转转角角）内内喷喷油油器器喷喷入入燃燃烧烧室室内内的的燃燃油油量量随时间（或凸轮轴轴转角）的变化关系。随时间（或凸轮轴轴转角）的变化关系。供油规律和喷油规律的区别供油规律和喷油规律的区别喷油始点迟于供油始点。喷油始点迟于供油始点。喷喷油油持持续续时时间间较较供供油油持持续续时时间长。间长。喷喷油油规规律律的的峰峰值值低低于于供供油油规规律的峰值律的峰值造成供油规律和喷油规律区别的主要原因造成供油规律和喷油规律区别的主要原因燃燃油油的的可可压压缩缩性性，使使系系统统内内产产生生压压力力波波的的传传播播；高高压压油油管管的的弹弹性变形引起容积的变化。性变形引起容积的变化。压力波的往复反射和叠加的作用。压力波的往复反射和叠加的作用。柴油机供油系统的不正常喷射现象柴油机供油系统的不正常喷射现象二次喷射现象二次喷射现象滴油现象滴油现象断续喷射断续喷射不规则喷射和隔次喷射不规则喷射和隔次喷射穴蚀穴蚀二次喷射二次喷射 在喷射终了喷油器针阀落座后，在压力波动的影响下再次升起在喷射终了喷油器针阀落座后，在压力波动的影响下再次升起而喷油的现象。而喷油的现象。危害：危害：（1 1）喷射）喷射压力低压力低，雾化不良，雾化不良，燃烧不完全，燃烧不完全，碳烟增多碳烟增多，易引，易引起起喷孔堵塞喷孔堵塞。（高速大负荷工。（高速大负荷工况）况）（2 2）时间长燃烧不及时，经）时间长燃烧不及时，经济性下降，零部件过热济性下降，零部件过热。解决措施解决措施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。合理选择参数合理选择参数滴油现象滴油现象 在喷油器针阀密封正常的情况下，喷射终了时由于系统内压力在喷油器针阀密封正常的情况下，喷射终了时由于系统内压力下降过慢使针阀不能迅速落座，出现仍有燃油流出的现象。下降过慢使针阀不能迅速落座，出现仍有燃油流出的现象。危害危害 喷射喷射压力极低压力极低，雾化奇差，使发动机，雾化奇差，使发动机排烟增加。排烟增加。解决措施：解决措施：合理匹配减压容积，使得压力下降迅速、降低残余压力。合理匹配减压容积，使得压力下降迅速、降低残余压力。解决措施解决措施合理匹配供油规律、喷油规合理匹配供油规律、喷油规律及管路结构。律及管路结构。断续喷射的原因断续喷射的原因 由于在某一瞬间喷油泵的由于在某一瞬间喷油泵的供油量小于供油量小于从喷油器喷出的油量和填从喷油器喷出的油量和填充针阀充针阀上升空出空间的油量上升空出空间的油量之和，造成针阀在喷射过程中周期之和，造成针阀在喷射过程中周期性跳动的现象。性跳动的现象。危害：危害：喷射喷射压力低压力低，燃烧恶化，燃烧恶化，多次起落磨损偶件。多次起落磨损偶件。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，循环喷油量不断变动，甚至出现有的循环不喷供油量过小时，循环喷油量不断变动，甚至出现有的循环不喷油的现象。主要发生在油的现象。主要发生在怠速和小负荷怠速和小负荷工况。工况。危害危害 循环波动增加、怠循环波动增加、怠速不稳、限制最低稳定速不稳、限制最低稳定转速。转速。解决措施解决措施 减少高压油管的容减少高压油管的容积并提高其刚度。积并提高其刚度。穴蚀穴蚀 由于在高压容积内的由于在高压容积内的压力波动，压力波动，当高压油路中的当高压油路中的压力极低压力极低（低于燃油的蒸气压）时，会产生油蒸气和（低于燃油的蒸气压）时，会产生油蒸气和空气的气泡，称为空气的气泡，称为气穴气穴。气泡在随后的高压下爆裂而。气泡在随后的高压下爆裂而产生冲击波，对金属表面形成冲击，这种现象多次出产生冲击波，对金属表面形成冲击，这种现象多次出现会导致金属表面的疲劳破坏，称为现会导致金属表面的疲劳破坏，称为穴蚀。穴蚀。穴蚀会影响到喷油系统的工作可靠性和寿命。穴蚀会影响到喷油系统的工作可靠性和寿命。1.1.燃油的雾化燃油的雾化 燃燃油油在在喷喷油油泵泵中中被被压压缩缩后后，经经高高压压油油管管在在高高压压（20-20-180MPa180MPa）、）、高速高速的作用下，以的作用下，以雾状形式雾状形式从喷油器喷入燃烧室。从喷油器喷入燃烧室。2 2、油束、油束 燃燃油油与与燃燃烧烧室室中中高高压压空空气气的的相相对对运运动动及及紊紊流流的的作作用用下下，被被逐逐步步粉粉碎碎分分散散为为直直径径约约2-50um2-50um的的液液滴滴，由由大大小小不不同同的的液液滴滴组组成成了了油油束。束。3 3、油束的评价指标、油束的评价指标 油束的几何形状油束的几何形状 雾化质量雾化质量二、喷油雾化和油束特性二、喷油雾化和油束特性评价油束几何形状的参数评价油束几何形状的参数 油束射程油束射程L L（又称为贯穿距离）（又称为贯穿距离）,表示喷注贯穿深度表示喷注贯穿深度 油束的最大宽度油束的最大宽度B B 喷雾锥角喷雾锥角，主要标志，主要标志油束的紧密程度油束的紧密程度。贯穿率贯穿率，油束的，油束的贯穿距离贯穿距离与与喷嘴到燃烧室壁的距离喷嘴到燃烧室壁的距离之比。之比。雾化质量的评价指标雾化质量的评价指标 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径来表示（索特平均直径SMD）均均匀匀度度：油油束束中中液液滴滴大大小小相相同同的的程程度度及及液液滴滴在在油油束束内内部部分分的的均均匀程度。匀程度。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：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。与燃油密度比、空气流动状态等。空气运动对混合气形成的影响空气运动对混合气形成的影响涡流运动能加速雾化的油滴与涡流运动能加速雾化的油滴与周围空气的混合，促进燃烧过周围空气的混合，促进燃烧过程的进行。程的进行。涡流过强，会使燃烧产物与邻涡流过强，会使燃烧产物与邻近的喷注重叠；涡流过强也使近的喷注重叠；涡流过强也使进气阻力加大，充量系数下降。进气阻力加大，充量系数下降。多孔喷油嘴的混合气形成多孔喷油嘴的混合气形成a 静止空气静止空气 b 空气作旋转运动空气作旋转运动第三节第三节 混合气的形成和燃烧室混合气的形成和燃烧室1 1柴油机燃烧室的分类柴油机燃烧室的分类直接喷射式燃烧室直接喷射式燃烧室分隔式燃烧室分隔式燃烧室p直接喷射式燃烧室根据凹坑深度分类直接喷射式燃烧室根据凹坑深度分类p开式燃烧室开式燃烧室浅坑型，如浅坑型，如浅盆形浅盆形或或浅浅形形燃烧室燃烧室p半开式燃烧室半开式燃烧室深坑型，如深坑型，如形形和和球形球形燃烧室燃烧室 开式燃烧室开式燃烧室 Dk/D0.65-0.8 半开式燃烧室半开式燃烧室Dk/D=0.35-0.65Dk：燃烧室喉口直径；：燃烧室喉口直径；D：发动机汽缸直径。：发动机汽缸直径。对于车用高速发动机来说，通常都采用半开式的。对于车用高速发动机来说，通常都采用半开式的。p分隔式燃烧室分类：分隔式燃烧室分类：涡流室燃烧室和涡流室燃烧室和预燃室式燃烧室预燃室式燃烧室 直喷式燃烧室的结构特点：直喷式燃烧室的结构特点：整个燃烧室由气缸盖底平面、活塞顶面及气缸壁所形成的统一整个燃烧室由气缸盖底平面、活塞顶面及气缸壁所形成的统一空间，活塞顶上均开有深浅不同、形状各异的凹坑。空间，活塞顶上均开有深浅不同、形状各异的凹坑。开式燃烧室空气利用率低，但经济性好，主要用在大中型柴油开式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。机上。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：1 1）进气涡流）进气涡流-利用进气道内腔和气利用进气道内腔和气阀形状以及气阀相对于气缸壁的位置使气阀形状以及气阀相对于气缸壁的位置使气流沿限定方向运动而形成的。流沿限定方向运动而形成的。进气涡流的形成方式分为：进气涡流的形成方式分为：切向进气道切向进气道和和螺旋进气道。螺旋进气道。切向进气道：切向进气道：气道母线与气缸相切，气道母线与气缸相切，气道形状较平直，在气门前强烈收缩，气气道形状较平直，在气门前强烈收缩，气流通过切向进气道时速度愈来愈快，并且流通过切向进气道时速度愈来愈快，并且沿切向方向进入气缸，在气缸壁上转向，沿切向方向进入气缸，在气缸壁上转向，产生绕气缸中心线的气流旋转运动。产生绕气缸中心线的气流旋转运动。2 2、直喷式燃烧室的空气涡流运动、直喷式燃烧室的空气涡流运动切向进气道的优点：切向进气道的优点：结构简单，流动阻力较小，有利于提高充结构简单，流动阻力较小，有利于提高充气效率。气效率。切向进气道的缺点：切向进气道的缺点：对气口位置敏感。对气口位置敏感。螺旋进气道螺旋进气道优点：优点：产生较强的进气涡产生较强的进气涡流。流。缺点：缺点：几何尺寸和制造工几何尺寸和制造工艺要求较高，调试工作量艺要求较高，调试工作量较大，进气阻力大。较大，进气阻力大。2 2）挤气涡流）挤气涡流在压缩行程后期，活塞接近上止点时，活塞顶在压缩行程后期，活塞接近上止点时，活塞顶上方环形空间中的空气被挤入活塞顶部的燃烧室内，造成的空气上方环形空间中的空气被挤入活塞顶部的燃烧室内，造成的空气的涡流运动。的涡流运动。逆挤流逆挤流当活塞下行时燃烧室中的空气向外流到环形空间当活塞下行时燃烧室中的空气向外流到环形空间产生膨胀流动。产生膨胀流动。燃烧室的燃烧室的喉口直径喉口直径及及挤气间隙挤气间隙越小，则挤流越强。越小，则挤流越强。3 3、以、以型为代表的半开式燃烧室型为代表的半开式燃烧室型半开式燃烧室的特点：型半开式燃烧室的特点：采用多喷孔喷嘴（采用多喷孔喷嘴（3-5孔）孔）组织进气涡流，加速混合气形成组织进气涡流，加速混合气形成型半开式燃烧室的主要结构参数：型半开式燃烧室的主要结构参数：口径比口径比d dk k/D /D d dk k/D=0.4-0.65/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。K K系数系数 V Vk k/Vc /Vc V Vk k/Vc=0.75-/Vc=0.75-0.850.85 V Vk k：凹坑内燃烧室容积；：凹坑内燃烧室容积；VcVc：压缩容积。：压缩容积。V Vk k/Vc/Vc，相对散热面积小，相对散热面积小，使挤流加强，有利于燃油与空使挤流加强，有利于燃油与空气的混合。气的混合。型半开式燃烧室的优缺点：型半开式燃烧室的优缺点：结构简单，相对散热面积小，结构简单，相对散热面积小，经济性好经济性好。散热面积小，压缩终点温度容易建立，有利于改善散热面积小，压缩终点温度容易建立，有利于改善低温起动性低温起动性。喷油器开启压力比较大，一般在喷油器开启压力比较大，一般在22MPa22MPa以上，喷油泵易磨损。以上，喷油泵易磨损。滞燃期中形成较多的可燃混合气量，使得压力升高率增大，产滞燃期中形成较多的可燃混合气量，使得压力升高率增大，产生工作粗暴。生工作粗暴。过量空气系数较大，过量空气系数较大，全负荷时全负荷时过量空气系数在过量空气系数在1.31.3以上，同时以上，同时对对转速变化比较敏感转速变化比较敏感。温度较高温度较高，空气在高温停留时，空气在高温停留时间又长，故间又长，故NOxNOx排放高，比分隔排放高，比分隔式燃烧室大。式燃烧室大。4 4、分隔式燃烧室、分隔式燃烧室主燃烧室主燃烧室设于活塞顶上设于活塞顶上副燃烧室副燃烧室则在气缸盖内，其间用通道相连则在气缸盖内，其间用通道相连1 1）涡流室式燃烧室涡流室式燃烧室 主要结构特点：主要结构特点：一般一般Vk/Vc=50%-80%，通道截面，通道截面约为活塞面积的约为活塞面积的0.9-3.5%。涡流室通常由涡流室通常由两部分两部分组成，上部组成，上部与气缸盖铸在一起，下部在活塞顶，与气缸盖铸在一起，下部在活塞顶，中间由耐热钢制成的保温镶块连接。中间由耐热钢制成的保温镶块连接。混合气形成特点：混合气形成特点：随着转速的增加，涡流增加。随着转速的增加，涡流增加。部分燃油在通道口附近，靠近壁面部分燃油在通道口附近，靠近壁面处着火。处着火。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。对燃油适应性好。对燃油适应性好。优点：优点：a较小，全负荷较小，全负荷a=1.2-1.3，最低可到，最低可到1.1，空气利用率较高。，空气利用率较高。对对喷雾质量要求不高喷雾质量要求不高，可用单孔式喷嘴，可用单孔式喷嘴，开启压力较低开启压力较低12-14MPa；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。1 1）涡流室式燃烧室涡流室式燃烧室 优点：优点：对对转速变化不敏感转速变化不敏感，高速性好，最，高速性好，最高转速可达高转速可达5000r/min。压力升高率较低，压力升高率较低，运转平稳；运转平稳；排气排气污染小污染小，易于调试；使用性能稳定。，易于调试；使用性能稳定。1 1）涡流室式燃烧室涡流室式燃烧室 缺点：缺点：相对相对散热表面积较大散热表面积较大。气体气体二次二次经过通道经过通道节流节流，流动损失也较大流动损失也较大。冷起动性差冷起动性差，压缩比为，压缩比为18-23，需要起动辅助装置。，需要起动辅助装置。通道口热负荷很高通道口热负荷很高，容易引起热裂等毛病。，容易引起热裂等毛病。经济性不如直喷式柴油机。经济性不如直喷式柴油机。2 2）预燃室）预燃室式燃烧室式燃烧室 主要结构特点：主要结构特点：一般一般Vk/Vc=30%-40%。预燃室和主燃室用预燃室和主燃室用一个或几一个或几个小孔个小孔（或称喷孔）相连通，（或称喷孔）相连通，小孔总截面积与活塞截面积小孔总截面积与活塞截面积之比只有之比只有0.25-0.7%。混合气形成特点：混合气形成特点：压缩紊流。压缩紊流。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。气流将一小部分小油粒带向预燃室的上方形成火源。气流将一小部分小油粒带向预燃室的上方形成火源。2 2）预燃室）预燃室式燃烧室式燃烧室优点：优点：同涡流室燃烧室同涡流室燃烧室缺点：缺点：流动损失大，散热面积大，流动损失大，散热面积大，散热损失大，经济性差，耗油散热损失大，经济性差，耗油率高，率高，be=250-285g/(kWh)冷起动困难冷起动困难，压缩比较高，压缩比较高，一般为一般为18-23，需要起动辅助装，需要起动辅助装置。置。低转速时噪声大低转速时噪声大5 5、燃烧室的比较、燃烧室的比较直喷式：直喷式：热效率高，经济性好，对转速较敏感，噪声高，排气热效率高，经济性好，对转速较敏感，噪声高，排气污染较大。污染较大。球型：球型：发展趋势不大，主要是性能难于稳定，低速性能不好。发展趋势不大，主要是性能难于稳定，低速性能不好。涡流室：涡流室：高速性能好，升功率较大，噪声较小以及排气污染较高速性能好，升功率较大，噪声较小以及排气污染较低，适合小缸径发动机，缺点是经济性差，耗油率较高，起动困低，适合小缸径发动机，缺点是经济性差，耗油率较高，起动困难。难。预燃室：预燃室：对燃料供给系统要求最低，生产、保养较易，工作柔对燃料供给系统要求最低，生产、保养较易，工作柔和，排污小。用于和，排污小。用于n2500-3000r/min的小型高速柴油机上。但其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。能量损失大，耗油率高，起动性差，怠速噪声大。选择燃烧室时选择燃烧室时主要的依据主要的依据是缸径、转速及使用要求，并要考虑是缸径、转速及使用要求，并要考虑当前制造和使用水平。当前制造和使用水平。燃燃烧烧系系统统特特点点对比项目对比项目直喷式燃烧室直喷式燃烧室分隔式燃烧室分隔式燃烧室浅盆形（开式）浅盆形（开式）形形球形球形涡流室涡流室预燃室预燃室混合气形成方式混合气形成方式空间雾化空间雾化空间雾化空间雾化油膜蒸发油膜蒸发空间雾化为主空间雾化为主空间雾化空间雾化压缩比压缩比12151618171918221822空气运动空气运动无涡流或弱无涡流或弱进气涡流进气涡流较强进气较强进气涡流和挤流涡流和挤流强进气强进气涡流涡流压缩涡流压缩涡流和燃烧涡流和燃烧涡流压缩涡流和压缩涡流和燃烧涡（湍）流燃烧涡（湍）流全负荷过量空气系数全负荷过量空气系数1.62.21.41.71.31.51.21.61.21.6热损失和流动损失热损失和流动损失小小较小较小较小较小大大最大最大喷油器喷油器612孔孔46孔孔12孔孔轴针式轴针式轴针式轴针式开启压力开启压力/(MPa)2040182517191012813燃油雾化燃油雾化要求高要求高要求较高要求较高一般一般要求较低要求较低要求低要求低性性能能特特点点be/(g/kW.h)190210218245218245231272245292NOx高高较高较高中等中等低低低低HC较低较低高高高高低低低低噪声噪声最高最高较高较高较低较低低低低低起动性起动性容易容易较容易较容易难难难难最难最难适应转速适应转速/(r/min)15004000250050003500适应缸径适应缸径/(mm)20015090130100100各种燃烧室比较各种燃烧室比较第四节第四节 影响燃烧过程的因素影响燃烧过程的因素一、燃料性质的影响一、燃料性质的影响1 1燃油的着火性燃油的着火性 十十六六烷烷值值高高，着着火火性性好好，滞滞燃燃期期短短，P/较较小小，工工作作柔柔和和。十六烷值高，起动性好。十六烷值高，起动性好。十六烷值过高，使燃油来不及混合就燃烧，冒烟。十六烷值过高，使燃油来不及混合就燃烧，冒烟。十六烷值对燃烧过程的影响十六烷值对燃烧过程的影响。2 2 蒸发性蒸发性 蒸发性过好，工作粗暴。蒸发性过好，工作粗暴。蒸发性差，燃烧不完全。蒸发性差，燃烧不完全。蒸发性适中蒸发性适中 燃油的十六烷值和馏程均要适当，互相配合。一般高速柴油燃油的十六烷值和馏程均要适当，互相配合。一般高速柴油机燃油的十六烷值大致为机燃油的十六烷值大致为40-5