1、LOGO大连理工大学汽车工程学院大连理工大学汽车工程学院第五章第五章第四节第四节 燃烧过程的影响因素燃烧过程的影响因素第三节第三节 混合气形成及燃烧室混合气形成及燃烧室第二第二节节 柴油机的燃烧过程柴油机的燃烧过程第一第一节节 燃油喷射和雾化燃油喷射和雾化LOGO第五章第五章1.供油系统作用：定时、定量并按照一定规律向柴油机各缸供给高压燃油。要求：有足够高的供油压力有一定的喷油规律精确控制每次循环的供油量避免出现异常喷射类型：柱塞式喷油泵燃油供给系统分配式喷油泵燃油供给系统第五章第五章柱塞式喷油泵燃油供给系统第五章第五章分配式喷油泵燃油供给系统第五章第五章v喷油泵喷油泵 柱塞式喷油泵 分配式喷
2、油泵v喷油器喷油器 将喷油泵供给的高压燃油喷入燃烧室内，病死燃油雾化成细小油粒，并按一定的要求适当地分布到燃烧室内。分为孔式和轴针式第五章第五章2.喷射过程柱塞式喷油泵的工作过程：喷油泵凸轮柱塞(上下运动)进、回油孔出油阀高压油管喷油器针阀喷孔燃烧室当栓塞开始关闭进油孔时，泵油室内燃油被压缩，燃油压力开始升高，直到油压升高超过高压油管中的剩余压力及出油阀的弹簧压力后，燃油才能进入高压油管。但喷油器并未马上喷油，只有当压力升高到超过针阀开启压力时，针阀才打开，将燃油喷入气缸，随着栓塞运动，回油孔打开，出油阀落座，高压油管中压力迅速下降，当其压力下降到针阀落座压力时，针阀关闭，便停止喷射。第五章第
3、五章第一阶段：喷油滞后阶段。从喷油泵栓塞将进油孔关闭时起到喷油器针阀开始上升，喷油止。供油提前角供油始点至TDC的角度喷油提前角喷油始点至TDC的角度喷油延迟角供油提前角-喷油提前角，转速越高、油管越长，延迟角越大第五章第五章第二阶段：主喷油阶段。从喷油器针阀打开到喷油泵回油孔开始打开（停止供油）为止。喷油始点喷油器端压力开始下降点喷入绝大部分燃油，具有良好的雾化第五章第五章第三阶段：喷油结束阶段。从泵的回油孔打开到针阀关闭为止。喷油器端压力急剧下降点针阀落座燃油雾化质量差，尽可能减少喷油量燃油喷射过程（机械式）第五章第五章喷油规律：喷油速率随时间（凸轮轴转角）的变化关系。喷油规律与供油规律的
4、区别：-喷油时刻落后于供油时刻供油规律：供油速率随时间（凸轮轴转角）的变化关系。供油速率：单位时间由喷油泵供入高压油路中的燃油量喷油速率：单位时间由喷油器喷入燃烧室的燃油量第五章第五章喷油规律与供油规律的区别：因为 a.要克服两个弹簧弹性;b.燃油的可压缩性;c.压力波动 d.压力波传播的滞后理想的喷油规律应先缓后急 第五章第五章 1喷雾（雾化）：燃油喷散成细粒的过程 2喷注的基本参数油束射程L（贯穿距离）喷雾锥角或油束的最大宽度B 雾化质量 包括几何形状和雾化质量两个方面：几何形状液滴的细度液滴的均匀度增加蒸发表面积，加速从空气中吸热和油滴的汽化过程。增加蒸发表面积，加速从空气中吸热和油滴的
5、汽化过程。1：油粒细而匀2：不均匀 3：粗而匀第五章第五章1、二次喷射2、断续喷射3、隔次喷射4、漏油现象解决途径：缩短高压油管长度；减小高压容积；降低压力波动；合理选择喷油系统参数等。LOGO第五章第五章1.着火延迟期（滞燃期）2.速燃期3.缓然期4.补燃期第五章第五章从喷油始点A点开始到压力脱离压缩线开始急剧上升的B点为止。着火延迟期越长，气缸中积累的燃料量就越多，着火后一起燃烧，使燃烧急剧，发动机工作粗暴。缩短着火延迟期的措施:1）提高缸内温度2）使用十六烷值高的燃料在上止点前（A点），喷油器向气缸内喷入燃油，但燃油并不马上着火，而是稍有落后，因为柴油机自燃需要有一定条件。它首先由液态蒸
6、发成气态，并与空气混合形成可燃混合气，当适当比例的混合气经过一定化学反应过程，燃油才能自燃着火。第五章第五章v 着火延迟期长短会明显着火延迟期长短会明显影响该阶段喷油量和预影响该阶段喷油量和预制混合气量的多少，从制混合气量的多少，从而影响柴油机的燃烧特而影响柴油机的燃烧特性、动力性、经济性、性、动力性、经济性、排改特性以及噪声振动，排改特性以及噪声振动，必须精确控制必须精确控制。温度与压力对着火延迟期的影响温度与压力对着火延迟期的影响 第五章第五章 从气缸压力偏离压缩线开始急剧上升的B点起，到最高压力点C点为止。由于在着火延迟期中喷入气缸的燃油已经过不同程度的物理、化学准备，所以一旦着火，这些
7、燃料也一起燃烧，此时活塞靠近上止点位置，这个阶段近似混合加热循环中的等容加热，压力升高特别快，用压力升高比来表示压力升高的急剧程度,3232ppp 压力升高比太大，则柴油机工作粗暴，运动零件受到很大的冲击，发动机寿命缩短，降低p/的方法:-减少着火后一起燃烧的混合气量。减少着火后一起燃烧的混合气量。缩短着火延迟期的时间控制着火延迟期中的喷油量抑制着火延迟期中可燃混合气的形成第五章第五章从缸内压力最高点C点开始到缸内温度达到最高点D点为止。这个阶段近似混合加热循环中的等压加热，具有扩散燃烧的特征。速燃期后，喷油往往结束了。但是，由于速燃期时间较短，喷油较多，大部分燃油来不及形成可燃混合气而留在速
8、燃期后继续混合和燃烧，使放热不断增加，温度不断升高，直到最高。剩余燃料边蒸发混合边燃烧，燃烧速率受控于燃料扩散混合速率，也称为扩散燃烧期；这个时期结束时，放热量一般达循环放热量的70%80%。第五章第五章 从最高温度点D点起到燃油基本燃烧完的E点为止，E点一般难以确定，一般当放热量达到总放热量的95%97%时，即可认为补燃期结束。这一阶段的燃烧是在膨胀行程中进行，必然导致发动机热效率降低，排气冒烟等现象，故应尽量减少补燃期。第五章第五章 燃烧过程中每一个阶段都有自己的特点，但又相互关联。柴油机的经济性和动力性主要取决于速燃期和缓燃期。但是为了使柴油机工作柔和平稳，减少燃烧噪音，就应使着火延迟期
9、（滞燃期）适当缩短，这样才能使速燃期内燃烧稍有缓和，防止压力升高率过高。另外为了提高经济性，减少排气污染，应尽量减少补燃期的燃烧量。要实现这一目的，必须使缓燃期尽快燃烧，让大部分燃油在缓燃期烧掉，补燃期就不会拖延太长。由此可见，对柴油机燃烧过程四个阶段的要求应该总结为：滞燃期要短，速燃期要缓，缓燃期要急，补燃期要少。第五章第五章1、混合气形成困难及燃烧不完全2、燃烧噪音因为柴油不容易蒸发，故将燃油喷射成雾状，分散成数百万个小油滴，这些细小油滴在气缸内迅速蒸发与空气混合，但因为混合时间极短，缸内情况异常复杂，故使缸内空气和燃油混合极不均匀，有的地方可能是惰性气体，有的地方是过稀混合气，有的地方甚
10、至还有燃料液态核心，等等。所以为了保证燃油燃烧完全。柴油机均在过量空气系数1的条件下工作。在速燃期中，急剧升高的压力冲击燃烧宝壁、活塞、曲轴等机件，从而诱发缸盖、缸套、机体、齿轮宝、油底壳等机件的变形、振动、并辐射出强烈的噪音，称之为燃烧噪声。燃烧噪音是柴油机噪音的主要来源。第五章第五章3、排气污染排出有害气体 CO、HC、NOX 排气颗粒 第五章第五章1、定义v 瞬时放热速率瞬时放热速率是指在燃烧过程中的某一时刻，单位时间内是指在燃烧过程中的某一时刻，单位时间内(或或单位单位曲轴转角内曲轴转角内)燃烧的燃油所放出的热量；燃烧的燃油所放出的热量；v 累积放热百分比累积放热百分比，是指从燃烧过程
11、开始至某一时刻为止已，是指从燃烧过程开始至某一时刻为止已经燃烧的燃油与循环供油量的比值。经燃烧的燃油与循环供油量的比值。v 瞬时放热速率和累积放热百分比随曲轴转角的变化关系，瞬时放热速率和累积放热百分比随曲轴转角的变化关系，称为称为燃烧放热规律燃烧放热规律 ddddddddwQWUQB第五章第五章1)1)放热规律三要素放热规律三要素v 一般将燃烧一般将燃烧放热始点放热始点(相位相位)、放热持续期放热持续期和和放热放热率曲线的形状率曲线的形状称为放热规律三要素称为放热规律三要素 放热规律影响发动机的热效率及最高爆发压力。所以比较合适的放热规律是希望有合适的燃烧起点，同时燃烧应先缓后急，即开始放热
12、适中，满足运转柔和的要求，随后燃烧加快，使燃料尽量靠近上止点燃烧，以保证好的动力性和经济性。第五章第五章2)理想的燃烧放热规律及其控制理想的燃烧放热规律及其控制 v放热始点的位置要能保证最大燃烧压力出现在上放热始点的位置要能保证最大燃烧压力出现在上止点后止点后1215。柴油机通过喷油提前角的变化。柴油机通过喷油提前角的变化以及着火以及着火落期落期长短来加以调控长短来加以调控。v柴油机的喷油提前的调节规律是：柴油机的喷油提前的调节规律是：要求转速及负要求转速及负荷都提前荷都提前 v放热持续期首先取决于喷油持续角的大小放热持续期首先取决于喷油持续角的大小，其次，其次取决于扩散燃烧期混合气形成的快慢
13、和完善程度。取决于扩散燃烧期混合气形成的快慢和完善程度。v影响放热规律曲线形状的因素比较复杂影响放热规律曲线形状的因素比较复杂 LOGO第五章第五章1、柴油机混合气形成的特点 A、气缸内形成混合气 （不同于汽油机）B、形成条件差 时间短 15-35CA(千分之几秒)柴油的粘度大，不易蒸发.第五章第五章2、混合气形成的方式 A、空间形成混合气 B、油膜蒸发形成混合气（主要用于球形燃烧室）在高速的柴油机上，实际的混合过程是空间及油膜混合兼而有之。第五章第五章a.进气涡流依靠：依靠：A、喷雾：喷注特性；喷注与燃烧室相配合。螺旋气道形成切向气道形成B、组织空气运动与燃烧室形状相配合第五章第五章b.挤流
14、 LOGO第五章第五章燃 烧 室 的 分 类开 式 燃 烧 室半 开 式 燃 烧 室球 形 油 膜 燃 烧 室直 喷 式 燃 烧 室涡 流 室 燃 烧 室预 燃 室 燃 烧 室分 隔 式 燃 烧 室柴 油 机 燃 烧 室第五章第五章各种各种直喷式燃烧室直喷式燃烧室形式形式(a)浅盆形浅盆形 (b)形形 (c)挤流口形挤流口形 (d)球形球形 第五章第五章浅盆形燃烧室浅盆形燃烧室的特点的特点形燃烧室形燃烧室的特点的特点第五章第五章v 属于半开式燃烧室，在活塞顶部设有比较深的凹坑，其中属于半开式燃烧室，在活塞顶部设有比较深的凹坑，其中形凹坑的形凹坑的中心凸起是为了帮助形成涡流以及排除气流运动很弱的
15、中心区域的空中心凸起是为了帮助形成涡流以及排除气流运动很弱的中心区域的空气而设置的。气而设置的。v 一般一般dkD为为0.6左右，左右，dkh1.53.5。采用采用46孔均布的多孔喷油孔均布的多孔喷油器中央布置器中央布置(四气门时四气门时)或偏心布置或偏心布置(二气门时二气门时)，喷雾贯穿率一般为，喷雾贯穿率一般为1.05。v 空气运动以进气涡流为主，挤流为辅。空气运动以进气涡流为主，挤流为辅。v 进气涡流比介于最低的浅盘形燃烧室进气涡流比介于最低的浅盘形燃烧室(3)之间，之间，v 通过减小通过减小dkD，和余隙高度和余隙高度S0，可使挤流强度增加。可使挤流强度增加。v 由于利用燃油喷射和空气
16、运动两方面的作用形成混合气，因而比浅盘由于利用燃油喷射和空气运动两方面的作用形成混合气，因而比浅盘形更容易形成均匀的混合气，空气利用率提高，可在过量空气系数声形更容易形成均匀的混合气，空气利用率提高，可在过量空气系数声1.31.5的条件下实现完全燃烧。的条件下实现完全燃烧。第五章第五章v挤流口形燃烧室挤流口形燃烧室 非回转体燃烧室非回转体燃烧室(a)a)四角形四角形 (b)b)微涡流微涡流MTCC (c)Quardram(d)MTCC (c)Quardram(d)花瓣形花瓣形 第五章第五章第五章第五章0.7kdD第五章第五章（2）混合气形成的特点利用喷雾与空气流的运动，空间形成混合气为主.喷孔
17、较且少，孔径稍大，34孔比较小，1.31.5，空气利用率比较好.所以：上面所说之、点是相对于开式燃烧室而言的.（1）结构特点Vk/Vc（相对容积比）0.750.85，dk/D 0.40.6有组织空气运动的结构（进气涡流为主，挤压涡流为辅）第五章第五章第五章第五章（3）燃烧室与气流及喷注之间的配合喉口直径dk大，空气涡流少些，喷注射程长；喉口直径dk小，涡流强，喷注射程短，则喷到壁面上的燃油减少，甚至达不到壁面，这时空间分布的燃料增多。组织了进气涡流和挤压涡流（4）性能特点优点:经济性好 be 起动性好.缺点：工作粗暴 气道，供油系统要求高 排放性差（NOx）对工况变化敏感 第五章第五章（1）结
18、构特点（2）混合气形成特点油膜蒸发形成混合气（M过程）配有螺旋进气道，形成很强的进气涡流，双孔或单孔喷嘴燃烧室壁温度控制在200300 第五章第五章动画第五章第五章工作柔和，噪音小经济性好 比较小,=1.1冷起动困难低速性能不好，使用稳定性差对气道要求高（3）性能特点第五章第五章1.1.涡流室燃烧室涡流室燃烧室（1）结构特点燃烧室容积比 k=Vk/Vc=0.5，燃烧室分成两部分，涡流室下部有“镶块”.（涡流室）保温，可加工减少流动损失.通道的截面形状有椭圆形，弯月形.通道位置，角度，截面大小这三要素，可控制涡流强度活塞项上开有导流槽和凹坑有起动电预热室 第五章第五章动画第五章第五章涡流室内有强烈的有组织的涡流n，涡流强度燃油顺涡流的方向喷入 以空间形成混合气为主，油膜蒸发形成混合气热混合作用A本身密度、，周围的物质密度、=，做圆周运动，、/1，做螺旋向外运动，、/分隔式）
