柴油机可燃混合气
柴油机可燃混合气的形成
柴油机可燃混合气的形成一、前言柴油机是一种利用压燃混合气燃烧的内燃机，与汽油机相比，其燃料为柴油，且没有点火系统。
在柴油机中，可燃混合气的形成过程十分重要，因为它决定了发动机的工作效率和排放物质的产生量。
本文将详细介绍柴油机可燃混合气的形成过程。
二、柴油喷射系统柴油喷射系统是柴油机中实现燃料喷射和混合气形成的关键部件。
其主要由高压泵、喷嘴、压力调节器和喷雾器等组成。
高压泵将柴油加压到高压状态，并通过喷嘴将其喷入气缸中，在高温高压下与空气混合形成可燃混合气。
三、空气滤清器空气滤清器是防止空气中杂质进入发动机的装置。
它通常采用纸质或聚酯纤维等材料制成，可以有效地过滤掉空气中的灰尘、颗粒物和其他污染物质，保证发动机的正常运行。
四、进气道进气道是将空气引入发动机的通道，其内部通常包括空气滤清器、节流门和增压器等部件。
空气首先通过空气滤清器被过滤，然后经过节流门控制进气量，并最终通过增压器增加压力，以提高可燃混合气的密度和温度。
五、喷油嘴喷油嘴是柴油喷射系统中的核心部件之一。
它通过高压泵将柴油喷入气缸中，在高温高压下与空气混合形成可燃混合气。
喷油嘴的结构和工作原理对可燃混合气的形成和燃烧过程有着重要影响。
六、燃料过滤器燃料过滤器是防止柴油中杂质进入发动机的装置。
它通常采用纸质或聚酯纤维等材料制成，可以有效地过滤掉柴油中的杂质和水分，保证发动机的正常运行。
七、可燃混合气的形成过程在柴油机中，可燃混合气的形成过程可以分为以下几个阶段：1. 空气进入气缸：空气首先通过空气滤清器和进气道进入发动机的气缸中。
2. 压缩空气：随着活塞向上运动，空气被压缩并加热。
这使得可燃混合气的密度和温度都得到了提高。
3. 燃油喷射：当活塞接近顶死点时，喷油嘴开始将柴油喷入气缸中。
柴油在高温高压下迅速雾化，并与空气混合形成可燃混合气。
4. 燃烧过程：当柴油与空气混合后，它们会在高温高压下自燃并产生爆发式反应。
这将产生大量的能量，并推动活塞向下运动，从而驱动发动机工作。
简述柴油机混合气的形成和燃烧过程的主要特点
简述柴油机混合气的形成和燃烧过程的主要特点
柴油机混合气的形成主要通过喷油器将柴油喷入气缸内，并与空气混合形成可燃的混合气。
在柴油机中，柴油的喷射是通过高压喷油系统实现的，喷油器会将柴油以高速喷入气缸内，形成小的液滴。
随着喷雾进一步扩散和混合，柴油蒸发成为气态，与周围的空气发生反应，形成高温、高压的混合气。
柴油机燃烧过程的主要特点有以下几点：
1. 自燃性：柴油机的燃烧过程是自燃的，即燃料不需要预先混合空气，在高温和高压的条件下，柴油会自发地点燃。
2. 气缸压力高：由于柴油机采用的是压燃式燃烧方式，混合气在气缸内的压力相对较高，通常达到较高的压缩比，从而增加了柴油机的热效率和功率。
3. 燃烧过程较长：相对于汽油机的燃烧过程来说，柴油机的燃烧速率较慢。
这是因为柴油燃料的自燃性会引起燃烧的延迟，混合气的蒸发和扩散时间相对较长。
4. 高温高压条件下生成大量烟雾：由于柴油燃烧过程中温度和压力较高，同时还有一部分未完全燃烧的碳氢化合物存在，因此柴油机的排放中常常会产生大量的烟雾和颗粒物。
综上所述，柴油机混合气的形成和燃烧过程具有高压、自燃、延迟燃烧和较高的烟雾排放等特点。
这些特点决定了柴油机在高负荷工况下有较高的热效率和牵引力，适用于重载和长途运输等场景。
柴油机电控燃油喷射系统技术解析
书山有路勤为径；学海无涯苦作舟
柴油机电控燃油喷射系统技术解析
现在的柴油发动机大多使用了电控喷射系统，与传统的机械喷射系统相比，电控喷射系统可以有效的提高柴油机的动力性和经济性，同时大幅度的降低尾气的污染。
今天我们就来简单说说柴油机电控喷射系统的工作原理和组成结构。
柴油机可燃混合气形成有什幺特点
1．混合空间小、时间短：供油的持续时间只有汽油机的1/20～1/10，只占曲轴转角的15°～35°
2．混合气不均匀，α值变化范围很大：大负荷时喷油量多、α值小、混合气浓；怠速时喷油量少、α值大、混合气稀，α值可达4～6。
3.边喷边燃，成分不断变化。
柴油机燃烧过程
燃烧过程可以分为四个阶段：
备燃期Ⅰ：从燃油喷出（A点）到出现火焰中心（B点）为止。
备燃期特点：
1、首先着火的是浓度合适是地方，火源是位置和数量是不固定的；
2、此时喷入的油量占每循环供油量的30%----40%；
3、备燃期积油量越多，达到一定程度时，一旦燃烧，由于同时着火的油量多，压力升高率过大，冲击性的压力是燃烧噪音加大，工作粗暴，机件磨损加剧。
速燃期Ⅱ：从出现火焰中心（B点）到产生最大压力点（C点）为止。
速燃期特点：
1、活塞正靠近上止点，燃烧几乎在等容下进行；
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发动机原理第六章柴油机混合气形成与燃烧
2．对柴油机燃烧室的要求：
① α小，但应燃烧完全及时； ② 适度的ΔP/ΔΦ和Pz值；以保证工作柔和，
平稳，可靠； ③ 排气品质好； ④ 变工况适应好；应在负荷、转速变化时，
柴油机性能稳定； ⑤ 冷起动性好； ⑥ 制造、维修方便。
3、直喷式燃烧室的空气涡流运动
空气涡流运动是加速混合气形成的 有效手段；也是保证完善燃烧的重 要条件。
3．影响喷注质量的主要因素：
喷注结构，喷油压力，气缸内空气的压力，柴油
的粘度等。
二、空气运动对混合气形成的影响
缸内空气的涡流运动能加速雾化的油滴与 周围空气的混合，促进燃烧过程的进行。
但涡流过强，会使燃烧产物与邻近的喷注重叠； 涡流过强也使进气阻力加大，充量系数下降。
三、典型燃烧室结构分析
1．燃烧室分为两大类:直喷式和分开式。 直喷式燃烧室：燃油直接喷入由活塞顶和缸盖形成的
汽油机：提高火焰传播速度。 柴油机：保证及时形成较均匀的混合气。
第一节 混合气形成与燃烧过程
一、燃烧方式--油滴扩散燃烧
柴油机是在压缩过程中活塞接近上止点时,借助喷 油设备将燃油在高压下成雾状喷入燃烧室,以便 与空气形成可燃混合气。
油滴的着火要满足两个条件： （1）混合气的温度要高于着火临界温度。 （2）混合气的浓度要适当，即混合气的浓度要在
不变）
面容比大，经济性较差，启动性差（传热和流动损失大，装电热塞）
涡流室式燃烧室
1）预燃室式燃烧室
混合气形成：空间雾化混合为主。一般采用轴针 式喷油器。
主要特点：
喷雾质量要求不高（预燃室形成强的紊流和二次喷射的燃
烧涡流形成混合气）。
ΔP/ΔΦ较小，工作柔和。 空气利用率高，α值可较小。 变工况适应性好，对转速不敏感。 NOx排放低 启动性差，面容比较大，经济性差 低速噪声（惰转噪声）大(预燃室气体速度低，油束贯穿力大，
发动机原理_柴油机混合气的形成和燃烧
运动速度和油膜厚度。
二、分隔式燃烧室
涡流室燃烧室 • 预燃室燃烧室 涡流室容积约占整个燃烧 室压缩容积的50%-60% • 预燃室容积约占整个燃烧 • 通道的截面积约为活塞截 室压缩容积的35%-45% 面积的 1%～3.5％ • 通道的截面积约为活塞截 • 涡流室燃烧过程 面积的0.3%-0.6％ • 预燃室燃烧过程
机械噪声
由曲轴连杆活塞机构、配气
机构、齿轮系、喷油泵及其 它附属机构等部分的高速运 动并与其相邻零部件发生频 繁的机械撞击，激励结构振 动而产生的噪声。
燃烧噪声
因为迅速地燃烧引起燃烧室
内压力急剧变化
控制噪声与振动的措施
1）控制燃烧过程来降低燃烧噪声。 2）改进机体等有关零部件的结构，降低结构振动的振幅 和提高共振频率。 3）为减小撞击力，尽可能减小缸套与活塞之间、轴承、 传动齿轮等处的间隙。为减小惯性力应减小运动件的质量， 并在可能的情况下，适当降低活塞平均速度。 4）应用吸振减振材料制造薄板零件 5）改进消声器的结构、材料；改进空气滤清器、冷却风 扇等的设计及适当调节配气相位以降低气体动力噪声。 6）遮蔽噪声源
三、对喷射系统的要求
理想的喷油规律： 更高的喷射压力和喷油速 率以及更短的喷油持续时 间已是技术发展的一个明 显趋势。 为避免柴油机工作过于粗 暴，又希望实现“先缓后 急”的喷油规律。 在所有的工况下都希望在 喷射结束阶段能尽可能迅 速地结束喷射。
四、柴油机电控喷射系统
电控喷射系统突出优 点是控制的准确性和 响应的快速性。 系统的基本控制量： • 循环喷油量的控制 • 供油提前角控制
第二节 燃油喷射和雾化
一、供油系统和喷射过程
柴油机供油系统 喷油泵速度特性及其校正 喷射过程 供油规律和喷油规律 不正常喷射现象和喷射系统中的穴蚀 破坏
柴油机混合气形成和燃烧
.
11
三、柴油机的有害排放物和振动噪声
CO和HC的生成机理与汽油机相同，但a>1，缝隙激冷效应
小，故其排放小。 柴油机有害排放物：NOx, PM, 且二者矛盾。 CO2 1) NOx的生成机理:
根据燃料及其混合气形成方式分为： 热力NO(Themal NO)和快速NO（Prompt NO） ➢ 热力NO产生条件：高温、富氧、滞留时间汽油机
适应高效率低排放燃烧方式的要求
.
26
二、喷射雾化和油束特性
➢ 喷雾(油束)特性取决于喷油器的结构、喷射压力和背压， 是影响混合气形成的主要因素
➢ 油束特性：用几何形状和雾化质量评价
几何形状：贯穿距离L ；贯穿率和喷雾锥角或B
贯穿率：油束射程与喷 孔出口沿喷孔轴线到达 燃烧室壁面的距离的比
核心部分液滴 密集，速度高
.
粒径分布
粒子直径/nm
15
高温：在预混合火焰温度2000~2400K范围内出现峰值； 在
扩散火焰区缺氧
实验结果
未氧化PM。
由 HC
向碳烟
的转换
T>2400K时：PM
率
计算结果
C原子不易凝聚；
已形成的碳烟氧化。
急速加热到1700K以上 时，聚乙炔及碳蒸汽成 为中间产物而生成碳烟
➢危害：致癌物；大气可见度
喷射压力与供油压力有关; 但非线性关系，不可控。
.
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直列泵
VE型分配泵： 一个柱塞，与固定
在一起的端面凸轮 盘一同旋转
调速手柄
调速套筒 飞锤 燃油入口
停车 调速弹簧 手柄
流回油箱
溢流节流孔
张力杠杆 断油阀
供油量控制：通过驾驶 调 压 阀 员/调速器调节油量控制
【学习】第五章柴油机混合气形成和燃烧
fp — 柱塞面积 [ mm ]；
Wp — 柱塞速度 [ ml/degPA ]。
几何供油规律与喷油规律不同。
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供油规律和喷油规律
两产定者生义的差：差 异异 的： 原因：
喷燃供油始的规点可律滞压：后缩单于性位供时油间始内点喷 油喷系泵油统的持内供续产油时生量间压随较力时长波间的的传变播化 关最高系大压。喷油油管速的率弹较性低变形 油曲器喷线喷油的入规形燃律状烧：有室单一内位定的时的燃间变油内化量喷 随时间的变化关系。
整理课件
三 气流运动对混合气形成的影响
（一） 气流运动的作用
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（二） 气流运动
1、 进气涡流 使进气气流相对于气缸中心产生一个力，形成涡流。 （1） 切向气道 特点: 气道母线与气缸相切。 优点: 结构简单，气流阻力小 缺点: 涡流强度对进气口位置敏感。 （2） 螺旋气道 特点: 进气道呈螺旋型。 优点: 能产生强烈的进气涡流。 缺点: 工艺要求高，制造、调试难度较高
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50
油 束 射 程m m
(a)
10 0
油 束 射 程m m 50
(b)
2
3
3 .3
3.5 m s
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（四） 喷油规律
单位时间（或曲轴转角）的喷油量随时间（或曲轴转角） 的变化规律。
1 、喷油延迟角 喷油提前角 — 开始喷油 上止点的曲轴转角。 ’ — 上止点 停止喷油的曲轴转角。 喷油延迟角’ — 开始喷油 停止喷油的曲
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二 、喷油泵速度 特性及其校正
（一） 节流作用 1 理论上 （不存在节流） 2 实际上 （存在节流） 所以，实际供油比理
论供油时间长，供油量 大。
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汽车发动机原理第五章 柴油机混合气的形成和燃烧
到最高值。
压力升高率dp /dφ对柴油机的性能有重要的影 响， 若压力升高率过大，则柴油机工作粗暴，燃烧噪 声和温度明显升高，使氮氧化物生成量明显增加，同 时运动零部件承受较大的冲击负荷，影响其工作可靠
性和使用寿命，但由于燃烧迅速进行，柴油机的经济
性和动力性会较好，压力升高率应限制在一定的范围 之内，柴油机的平均压力升高率dp /dφ一般不应大于 0.4~0.5MPa/ (°)。
二、柴油机燃烧过程的划分阶段
柴油机的燃烧基本上是喷雾的非定常紊流扩散燃烧，
即在燃烧室所限制的狭窄空间内的高温、高压环境下， 经高压喷射的高浓度燃料喷雾在空间分配不均的状态下， 在极短的时间内进行的一种燃烧形态。柴油机的燃烧过 程是柴油机工作过示功图，根据汽缸中工质压力和温度的变化规律，
燃期内喷入的燃料， 特别是后续喷入燃料，边蒸发混合，
边以高温单阶段方式着火参与燃烧。
柴油机的最高燃烧压力pmax一般为5 ~ 9MPa，增压
柴油机有可能大于13MPa，同汽油机一样，柴油机也希
望pmax出现在上止点后10° ~15°，这样可以获得较好的 动力性和经济性，但与汽油机不同的是，Ｃ 点的位置不 仅取决于喷油提前角，也取决于着火延迟期和速燃期的 长短。
要使可燃混合气着火燃烧，必须具备如下两个条件:
(１)可燃混合气必须加热到某一临界温度以上，否则，
燃料就不能着火， 燃料不用外界能量点燃而能自行着火 的最低温度称为着火温度或自燃温度。 (２)可燃混合气中燃料与空气的比例要在着火界限范 围内才能着火燃烧，若混合气过浓，说明氧分子相对较少，
燃料分子过多，混合气过稀，表明燃料分子过少氧分子过
在示功图上更容易判断，速燃期中，累积放热率可达20％
~30％。
柴油机与汽油机在可燃混合气形成方式和点火方式上有何不同
?柴油机与汽油机在可燃混合气形成方式和点火方式上有何不同A: 一般汽油机进气会形成滚流，而柴油机进气一般都形成涡流。
在燃烧方式上，汽油机是点燃式的，燃料在汽缸内靠电火花塞点燃；而柴油机是压燃式的，燃料依靠汽缸内空气压缩产生的热量引燃，也就是空气压缩会升高温度，当压缩空气的温度高于柴油的燃点时柴油就会燃烧。
汽油机的汽缸压缩比较低，通常在10以下，现在随着技术的发展，像增压汽油机会到达10以上，而柴油机的汽缸压缩比较高，一般都在14以上柴油机是靠活塞压缩产热将雾化的柴油点燃汽油机则靠火花塞点燃雾化汽油和空气的混合气体柴油机靠压缩所以压缩比高柴油机：柴油是靠压燃的。
因为柴油的暴燃点比较低，可以靠压力使其燃烧。
汽油机：汽油是靠火花塞点燃的。
因为汽油的爆燃点比较高，不容易压燃。
压缩比大了以后能提高汽缸内的压力，四冲程汽油机和柴油机在总体构造上有何异同柴油机和汽油机的共同点和区别：首先都是内燃机，都有两大机构，以及冷却系、启动系、润滑系、燃料供给系。
不同点：燃料不同，汽油机烧汽油柴油机烧柴油，柴油机无点火系，汽油机是靠火花塞电子点火，柴油机是靠气缸活塞做功压燃。
柴油机的燃料供给系向气缸提供的是纯空气，汽油机向气缸提供的是可燃混合气。
汽油机是以电子点火点燃汽油来使其在燃烧室中爆炸工作的柴油机是以喷射柴油进入高温高压的燃烧室自然爆炸工作的构造上1、汽油机的压缩比普遍较底(一般不超过11:1) 2、启动比较容易但是行驶中必须依靠电瓶(一般电瓶为12V) 3、转速比较高（一般都能达到6000转以上）4、扭力比较低5、加速比较好（转速的幅度大所以能在多个点进行档位的切换）1、柴油机的压缩比普遍较高(一般不低于12:1)2、启动比较困难但是行驶中不必依靠电瓶(一般电瓶为24V)3、转速比较低（一般都保持在4000转以下）4、扭力比较高5、比较节能（百公里的油耗小）。
6柴油机的混合气形成与燃烧
① 提高过量空气系数 ② 组织气缸内气体运动
二、燃烧过程存在的问题
2．燃烧噪声
产生原因
柴油机的压缩比高，混合气几乎同时燃烧，急 剧升高的压力，直接使燃烧室壁面及活塞、曲 轴等机件受冲击，产生强烈振动，并通过气缸 壁传到外部，从而形成燃烧噪声。
解决措施
缩短滞燃期，减少滞燃期的喷油量，抑 制滞燃期中混合气的形成，是减轻噪声的主 要途径。
柴油机均在α>1的条件下工作，使柴油机容积利用 率这是其比质量，升功率不如汽油机的原因之一。
4、补燃期
定义：是从气缸内出现最高燃烧温度起，到燃烧
基本结束为止的一段时间，以曲轴转角表示。
特点：
时间短促，混合气不太均，对经济性不利。 后燃还增加了有关零部件的热负荷。 补燃期的终点很难准确地确定。
造成二者区别的原因： I. ①燃油的可压缩性，使系统内产生压
力波的传播；高压油管的弹性变形引 起容积的变化； II. ②压力波的往复反射和叠加的作用。
三、不正常喷射现象和穴蚀
（l）二次喷射现象：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。
危害：
①压力低雾化不良，燃烧不完全，碳 烟增多，易引起喷孔堵塞；
图4-1 空气运动对混合气形成的影响
(1)空间雾化混合
说明：
喷注着火后，旋转的气流将燃烧产物吹 走，并及时向未燃烧完的油滴提供新鲜 空气，提高空气利用率，加速混合气的 形成和燃烧。
气缸内的涡流运动并非越强越好。涡流 过强，过强会使燃烧产物与相邻的喷注 重叠，从而影响燃烧，同时使进气阻力 加大，充量系数下降。
4．有害的废气成分
NOx是柴油机废气中主要有害成分。其生成 量 应取进决行于时反的应温物度N，2以、及02反、应O进、行N的的浓时度间，长反短。 因此，为降低NOx 生成量，必须降低火焰 高峰温度、缩短空气在高温下停留的时间， 减少过量空气系数等。
柴油机可燃混合气的形成与燃烧室
4）、预燃烧室式燃烧室 容积约为燃烧室总面积的25%--
45% 主、副燃烧室之间用一个或几个小孔相连
5）、分隔式燃烧室特点： 靠强烈的空气运动形成混合气，对喷油系统
要求不高，运转平稳，废气排放少，但油耗 大，起动性差，近来有被直喷式取代的趋势
3、可燃混合气形成和燃烧的四个阶段 1）、备燃期 2）、速燃期 3）、缓燃期 4）、后燃期
4、影响燃烧过程的因素，主要有： 燃料性质、压缩比、混合气的形成，燃 烧室结构、喷油规律与喷油提前角等
5、为了改善混合气形成条件 1）、选用十六烷值较高的柴油 2）、采用较高的压缩比，促进柴油蒸发 3）、可燃混合气的浓度要求较稀 φa一般在1.15---2.2之间 4）、喷油压力要高，一般在10— 12Mpa以上 5）、在燃烧室内组织强烈的空气运动， 促进柴油和空气混合
缺点：喷油压力高（17—22Mpa），
偶合件加工精度高，喷油器ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ径小，易堵塞 工作粗暴 4）、球型燃烧室
优点：工作柔和，有较高的动力性和经济性 喷油器压力较低
缺点：不易起动 5）、由于热损失少，结构紧凑、简单，经济
性好等原因，直喷式燃烧室应用的越来越多
2、分隔式燃烧室
1）、分隔室式燃烧室由主、副两部分燃烧室 组成在气缸盖中的部分为副燃烧室
二、燃烧室 可燃气的形成品质和燃烧性能与燃烧室
结构密切相关 车用柴油机燃烧室可分为两大类：直接
喷射式燃烧室和分隔式燃烧室
1、直接喷射式燃烧室 1）、特点：凹形活塞顶与气缸盖底面包围的
空间几乎全部燃烧室容积都在活塞顶面上 2）、按活塞顶面形状不同，可分为W型和
球型 3）、W型燃烧室
优点：形状简单，易加工，结构紧凑，热 效率高，起动性能
影响柴油机燃烧的几个因素
影响柴油机燃烧过程的主要因素1 概述燃料在发动机气缸中的燃烧过程，就是燃料与空气中的氧发生剧烈氧化并产生大量热的过程。
为了使燃料能够充分燃烧，必须要有足够的空气。
理论上，1 kg柴油完全燃烧需要空气14.3kg，故对柴油机而言，空燃比为14.3的可燃混合气可称为理论混合气。
若可燃混合气的空燃比小于14.3，则意味着其中柴油含量有余，空气含量不足，可称为浓混合气。
同理，空燃比大于14.3的可燃混合气则可称为稀混合气。
对于不同的燃料，其理论空燃比的数值是不同的。
通用的可燃混合气成分指标是过量空气系数，无论使用何种燃料，凡过量空气系数α=1的可燃混合气即为理论混合气；α<1的为浓混合气；α>1的则为稀混合气。
柴油机的过量空气系数比汽油机大，这是因为柴油机混合气是在气缸内部形成的，混合气形成的过程较汽油机短，柴油机中的柴油微粒还来不及与空气均匀地混合就开始燃烧。
所以柴油机的过量空气系数要大些，以便有充足的空气保证柴油燃烧较完全。
一般柴油机α=1.3～1.7，汽油机α=0.85～1.15。
一般柴油机的燃烧过程，也包括混合气的形成过程，这是因为在燃烧室内，混合气的形成过程与燃烧过程是交织在一起的，无法将这两个过程截然分开。
柴油机的燃烧过程为：当压缩冲程接近终了时(一般在上止点静10°～30°)，柴油开始喷入气缸，从喷油开始到喷油结束，有一段延续时间(约为15°～35°)，每个油粒都依次经过喷射雾化，受热蒸发，与空气混合，以致最后氧化燃烧，但是每个油粒所经历的这些过程，并不是同时进行的。
因此，燃烧室内的情况是相当复杂的。
2影响燃烧过程的主要因素影响燃烧过程的因素很多，这里我们仅对喷油时间、柴油机温度和压缩比、柴油机负载、转速、喷油质量及供油规律进行分析，了解它们对燃烧过程的影响，以便正确使用、维修柴油机。
2.1 喷油时间柴油机的燃烧过程存在一个着火延迟时期，虽然这个时期很短，但是曲轴在这个时间内旋转角度的变化却是很显著的，如果喷油提前角过小或者活塞到达上止点时才开始喷油，那么气缸内的燃烧将在活塞一边向下止点运动，气缸容积一边逐渐增大的情况下进行，这样不仅影响最高压力，而且使后燃严重，大大降低柴油机的动力性和经济性；如果喷油提前角过大，会使着火延迟时期增长，而且大部分燃烧是在活塞上行时进行，使气缸内压力增长速度很快，最高压力很高时，活塞受到的反压力很大，造成柴油机工作粗暴，动力性和经济性显著下降。
第二节柴油机可燃混合气的形成与燃烧室
分隔式燃烧室
预燃室式燃烧室
ω型
球型
涡流室式燃烧室
（1）直接喷射式燃烧室 ） 直接喷射式燃烧室是由凹顶活塞顶与气缸盖底 面所包围的空间组成，也称为统一式燃烧室。 面所包围的空间组成，也称为统一式燃烧室。 分类（根据活塞顶面的形状不同） 分类（根据活塞顶面的形状不同） ω型燃烧室 型燃烧室 球形燃烧室
构造：缸盖底面是平的，活塞顶部 下凹（ω型，球型） ω型燃烧室： 柴油直接喷射在活塞顶的浅凹坑内 ，喷射的柴油雾化要好，而且要均匀 地分布在空气中。要求喷射压力高， 一般 17～22MPa ，要求雾化质量高， 因此，采用多孔喷咀，孔数一般为 6 ～12 个。 优点：形状简单，结构紧凑，燃烧 室与水套接触面积小，散热少，可减 少热损失，热效率高，经济性较好。 缺点：工作粗暴，喷射压力高，制 造困难。
喷油压力必须足够高， 10（ 2 ）喷油压力必须足够高，一般在 10的以上，以利于柴油雾化； 12MPa 的以上，以利于柴油雾化； 在燃烧室内组织强烈的空气运动， （ 3 ）在燃烧室内组织强烈的空气运动，促 进柴油和空气的混合。 进柴油和空气的混合。
二、燃烧室
1、定义：当活塞到达上止点时，气缸盖和活塞顶组成的 定义：当活塞到达上止点时， 密闭空间称为燃烧室。 密闭空间称为燃烧室。 分类：统一式燃烧室；分隔式燃烧室两大类。 2、分类：统一式燃烧室；分隔式燃烧室两大类。
（4）后燃期Ⅳ 后燃期Ⅳ
缓燃期以后的燃烧曲轴转角。 缓燃期以后的燃烧曲轴转角。 这一时期，虽然不喷油， 这一时期，虽然不喷油，但仍有一少部 分柴油没有燃烧完， 分柴油没有燃烧完，随着活塞下行继续燃 后燃期没有明显的界限， 烧。后燃期没有明显的界限，有时甚至延 长到排气冲程还在燃烧。 长到排气冲程还在燃烧。后燃期放出的热 量不能充分利用来作功， 量不能充分利用来作功，很大一部分热量 将通过缸壁散至冷却水中， 将通过缸壁散至冷却水中，或随废气排出 使发动机过热，排气温度升高， ，使发动机过热，排气温度升高，造成发 动机动力性下降，经济性下降。 动机动力性下降，经济性下降。 因此，要尽可能地缩短后燃期。 因此，要尽可能地缩短后燃期。
柴油机混合气的形成与燃烧
2）索特粒径： 所有油粒总体积与总面积之比。
SMD
d
3 i
ni
d
2 i
ni
V循 环 供 油 量
d
2 i
ni
在循环供油量相同的情况下，SMD值越小，雾化效果
也就越好。
若SMD相同，则油粒总表面积相同，蒸发混合速率也
就基本相同。
3）粒径分布：表示油粒大小及其分布。
1-油粒细而均匀 2-油粒粗细不均匀 3-油粒粗但均匀 粒径分布与喷射压力、 喷射背压和喷孔直径有关。
二、混合气形成方式
空间雾化混合 油膜蒸发混合 1、空间雾化混合：将燃油喷向燃烧室空间以雾状油滴 与空气涡流进行混合。 混合效果主要取决于：喷雾特性、空气涡流
涡流混合的作用： a、促使油束分散 b、实现热力混合
空间雾化混合
过弱 过强
混合效果差 使燃烧产物与 邻近喷雾重叠
空间雾化混合的特点： 混合快慢取决于喷雾特性和空气涡流 优点：喷雾越细、越均匀，混合、燃烧迅速、效率高。 缺点：初期形成混合气过多，使压力、温度急剧上升， 发动机工作粗暴（噪音大），NOx排放高；若减少初期喷油 量，将导致后期高温裂解严重，碳烟增加。
喷射压力增大，L和β增大，雾化效果越好。
2）喷油孔的长/径比
长/径比增大，L增大而β减小。
3）介质反力（取决于空气密度或压力）
压缩终了压力越大，β增大（雾化好）但L减小。
油束的雾化质量： 指油束中液滴的细度和均匀度。 1）平均粒径： 所有油粒直径的算术平均值。
D di （无法表示不同油粒的分布情况）
*思考：喷油规律的影响因素主要有那些？
（柱塞直径、油泵凸轮型线、高压油管尺寸、喷孔大小）
柴油发动机的燃烧解读
项目四柴油机混合气形成与燃烧学习目标：掌握柴油机两种混合气的形成方式及特点，掌握直接喷射式和分隔式两大类柴油机燃烧室的结构及性能特点；了解柴油机供油系统的组成和喷射过程，掌握柴油机的燃烧过程及影响因素，掌握电控柴油喷身系统的组成、分类、电子控制功能，并在学习过程中随时注意对柴油机和汽油机进行比较。
任务一柴油机混合气形成与汽油机工作原理相比，只有一个行程即作功行程中，柴油机由于用的柴油粘度比汽油大、不易蒸发，且自然温度又较汽油低，所以采用的是压缩自燃式点火。
任务二柴油机的燃烧过程柴油机燃烧过程非常复杂，为了便于分析和揭示燃烧过程的规律，通常将这一连续的燃烧过程分为四个阶段，即着火延迟期（又称为滞燃期）、速燃期、缓燃期和补燃期，如图所示。
（一）着火延迟期从柴油开始喷入气缸起到着火开始为止的这一段时期称为着火延迟期。
着火延迟期内，燃烧室内的混合气进行着物理和化学准备过程。
物理准备过程：燃油的粉碎分散、蒸发汽化和混合。
化学准备过程：混合气的先期化学反应直至开始自燃。
特点：压力没有偏离压缩线。
影响着火延迟期长短的主要因素是：喷油时缸内的温度和压力越高，则着火延迟期越短。
柴油的自燃性较好（十六值较高），着火延迟期较短。
燃烧室的形状和壁温等。
喷油提前角：开始喷油到活塞到达上止点所对应的曲轴转角为喷油提前角。
（二）速燃期速燃期:从开始着火（即压力偏离压缩线）到出现最高压力.特点：压力急剧上升，压力达到最高（有可能达到13MPa以上）一般用压力升高率λp〔kPa／(º)曲轴〕表示压力急剧上升的程度。
式中：△p——速燃期始点和终点的气体压力差（kPa）;△θ——速燃期始点和终点相对于上止点的曲轴转角差（CAº）。
特点：（1）压力升高率很高，接近等容燃烧，工作粗暴。
（2）达到最高压力（6~9MPa）。
（3）继续喷油。
压力升高率过大，则柴油机工作粗暴，燃烧噪音大；同时运动零件承受较大的冲击负荷，影响其工作可靠性和使用寿命；压力升高率大，燃烧迅速，柴油机的经济性和动力性会较好。
柴油机可燃混合气的形成方法
柴油机可燃混合气的形成方法柴油机是一种燃烧内燃机，其燃烧过程是在高压下进行的。
在柴油机中，燃油和空气是分开进入燃烧室的，这就要求燃烧室内的空气和燃油能够进行充分的混合，形成可燃的混合气体。
而柴油机的燃油是通过高压喷射进入气缸内的，因此如何让燃油和空气充分混合是非常关键的。
1. 喷油嘴的喷油方式柴油机采用高压喷油的方式将燃油喷入燃烧室，为了使燃油和空气充分混合，喷油嘴的工作方式显得尤为重要。
通常情况下，柴油机采用喷雾式喷油嘴，喷油嘴的内部结构影响喷油的质量和形状。
喷油嘴的孔径、喷嘴形状、嘴孔数量等参数的优化，可以改善燃油喷雾的品质，使其更加均匀细密，有利于燃油和空气混合。
2. 空气进气方式为了使燃油和空气在燃烧室内更充分地混合，柴油机的进气系统也需要进行优化。
空气的进气方式对于可燃混合气的形成起到了决定性的作用。
通常情况下，柴油机采用中冷或者涡轮增压的方式增加空气量，克服空气进入不足的问题。
在进气系统中加入进气道膜片、进气道加热等装置，也可以提高空气的进气速度和进气流量，使得空气能够更快更加均匀地进入燃烧室，加强混合。
3. 活塞结构和形态柴油机的活塞结构和形态也会影响可燃混合气的形成。
为了提高燃烧室内空气的流动性，柴油机的活塞通常采用凹形设计，这可以使空气在进入燃烧室之前形成漩涡，从而增加空气和燃油的接触面积。
活塞的头部也可以加工成不同的形状，如切角、圆弧等，以改善空气流动的连续性和流速分布状态，从而提高混合气的质量和完整度。
4. 点火系统要使混合气在燃烧室内完全燃烧，必须采用合理的点火系统。
点火系统不仅需要能够在恰当的时机引燃混合气，还需要能够使燃烧在较短的时间内完成。
目前柴油机采用的点火系统主要有两种：机械式点火和电控式点火。
机械式点火通常采用压电式喷嘴，将燃油喷入燃烧室后即可引燃；而电控式点火则采用电子控制系统，能够对点火时间和点火能量进行精确的控制，以确保混合气的燃烧质量。
柴油机可燃混合气的形成方法包括喷油嘴的喷油方式、空气进气方式、活塞结构和形态、点火系统等多方面的因素。
《汽车发动机构造与维修》期终考试试卷(A卷)及答案
适用专业：1. 柴油机可燃混合气的形成，按其原理可分为和两种。
2.四冲程发动机的工作循环包括四个活塞行程,即，，，。
3．四冲程发动机每完成一个工作循环，曲轴旋转周，各缸的进、排气门各开启次，此时凸轮轴旋转周。
4．汽油的牌号愈高，则其辛烷的含量愈，汽油的抗爆性愈。
5. 汽油机的不正常燃烧有和两种。
6. 柴油机调速器的作用是在柴油机改变时，自动地改变来维持柴油机的稳定转速。
7. 燃油压力调节器的作用是为了保持喷油器喷油压力和进气管压力之间的差值恒定，这样喷油器的喷油量只与有关。
8．发动机在换气过程中，进排气门均早开和迟闭。
进排气门实际开闭的时刻用曲轴转角来表示，称为。
9．连杆由、连杆杆身和三部分组成。
其中连杆与活塞销相连。
10．强制冷却水在发动机内进行循环的装置是。
二、判断题（对者打“√”号，错者打“X”号；每小题2分，共22分）1. 风扇在工作时，风是向散热器吹的，以利散热器散热。
（）2．废气再循环的作用是减少HC、CO和NOX的排放量。
（）3．发动机的风扇与水泵同轴，是由曲轴通过凸轮轴来驱动的。
（）4. 调速器的基本原理是在某一转速下，离心件离心力产生的推力与调速弹簧的张力平衡，使供油量达到稳定。
( )5．机油细滤器能滤去机油中细小的杂质，所以经细滤器滤后的机油直接流向润滑表面。
（）6．柴油机正常工作时，输油泵的供油量总是大于喷油泵的需油量。
（）7．空气流量计的作用是测量发动机的进气量，电脑根据空气流量计的信号确定基本喷油量。
（）8．当汽车耗电量很大，所需功率超过发电机的功率时，除发电机向供电设备供电外，蓄电池也同时供电。
（）9．同一发动机上，各喷油器之间针阀是可以互换的。
（）10．喷入柴油机燃烧室的高压柴油，其高压是喷油器建立的。
（）11．对于一定型号的柴油机，它的最佳喷油提前角是一常数。
（）三、单选题（将正确答案的题号填在括号内；每小题2分，共24分）1. 蜡式节温器中的蜡泄漏时，会使（）A、水流只能进行大循环B、水流只能进行小循环C、大、小循环都不能进行D、大、小循环都能进行2．当发动机机体的温度超过90℃时，冷却水（）。
简述柴油机的燃烧过程
简述柴油机的燃烧过程
柴油机是一种内燃机，其燃烧过程可以分为四个阶段：进气、压缩、燃烧和排气。
1. 进气阶段
在进气阶段，柴油机的活塞向下移动，吸入空气。
空气经过空气滤清器和进气道进入气缸。
同时，燃油喷嘴将燃油喷入气缸中，燃油雾化后与空气混合，形成可燃混合气。
2. 压缩阶段
在压缩阶段，活塞向上移动，将可燃混合气压缩至极高的压力和温度。
在这个过程中，燃油的分子被压缩，形成高压高温的燃油蒸气。
3. 燃烧阶段
在燃烧阶段，燃油蒸气被点火，燃烧产生高温高压的燃烧气体。
这些气体推动活塞向下运动，驱动发动机工作。
同时，燃烧产生的热能也被传递到发动机的冷却系统中，以保持发动机的工作温度。
4. 排气阶段
在排气阶段，活塞再次向上移动，将燃烧产生的废气排出气缸。
废气通过排气门排出发动机，并经过排气系统排放到大气中。
总之，柴油机的燃烧过程是一个复杂的物理过程，需要精确的控制和调整，以确保发动机的高效工作。
柴油机混合气的形成和燃烧
3．供油提前角（或喷油提前角） 供油提前角过大，喷油时气缸内温度、压力较低，着火落 后期较长，压力升高率和最大爆发压力增大，导致柴油机工作 粗暴，NOx的排放量增加。过早燃烧还会增加压缩负功，降低 柴油机的经济性和动力性。 供油提前角过小，则燃油不能在上止点附近及时燃烧，对 柴油机的经济性和动力性也不利，微粒的排放也会增加。过迟 燃烧还会使燃烧温度升高，散热损失增加。 对于每一种工况，均有一个 最佳的供油提前角，此时在 负荷及转速不变的前提下， 功率最高,有效燃油消耗率 最低。但为了兼顾降低NOx 的排放量和燃烧噪声的需要， 一般调节供油提前角略小于 最佳的供油提前角。
2. 活塞材料的影响 铸铁活塞与铝合金活塞相比其温度较高，可以 缩短着火延迟期，因此在其他条件相同时，采用铸 铁活塞的柴油机工作比较柔和。
3.喷油规律的影响 喷油规律是指单位时间（或转角）的喷 油量即喷油速度随时间（或转角）而变化 的关系。从减轻燃烧粗暴性考虑，比较理 想的喷油规律是“先缓后急”即在着火延 迟期内喷入气缸的油量不宜过多，以控制 速燃期的最高燃烧压力和平均最大压力升 高率，而着火燃烧后，应以较高的喷油速 率将燃油喷入气缸，停油应干脆迅速，喷 油延续角不宜过大，目的是使燃烧过程尽 量在上止点附近进行，以获得良好的性能。
（四） 补燃期
从最高温度点起到燃油基本烧完时为止称为补燃期。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95％—99％时，可认为补燃期结束。 补燃期内燃油的燃烧可称为后燃，由于燃烧时间短促， 混合气又不太均匀，总有少量燃油拖延到膨胀过程中继续燃 烧。特别在高速、高负荷工况下，因过量空气系数小，混合 气形成和燃烧的时间更短，这种后燃现象就更为严重。 在补燃期中，由于活塞下行了相当的距离，气缸内容积 增大很多，缸内压力和温度迅速下降，故燃烧速度很慢，所 放出的热量很难有效利用，还使排气温度升高，导致散热损 失增大，对柴油机的经济性不利。此外，后燃还增加了有关 零件的热负荷。因此，应尽量缩短补燃期，减少补燃期内燃 烧的燃油量。
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（一）可燃混合气的特点
（1） 混合空间小、时间短。
混合气不均匀、燃烧室内过量空气 （2） 系数α值变化范围很大。
可燃混合气的形成和燃烧过程是同时、
（3） 连续、重叠进行的，即边喷射、边混合、边
（4）
燃烧，成分不断变化。
柴油黏度大，不易挥发，必须以雾状喷入。
柴油机可燃混合气
（二）可燃混合气形成方法
图1-5 油膜蒸发混合方式
3. 复合式
柴油机可燃混合气
复合式燃烧室，即空间雾 化混合和油膜蒸发混合二者兼 而有之，低速以前者为主，高 速以后者为主。
柴油机可燃混合气
（三）可燃混合气的形成与燃烧过程
可燃混合气的形 成与燃烧大体分为4个 时期，如图1-6所示。
图1-6 可燃混合气的形成与燃烧
柴油机可燃混合气
（3）
经济性好，容易起动。
工作粗暴，燃烧噪声大。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
柴油机可燃混合气
2. 球形油膜燃烧室
1)结构特点
球形油膜燃烧室如 图1-8所示。
图1-8 球形油膜燃烧室
柴油机可燃混合气
（1）球形油膜燃烧室位于活塞顶部 中央，形状大于半个球，与喷油器相对 的位置，开有缺口与球面相切，燃油从 这里顺气流方向喷在室壁上形成油膜。
喷油质量应与燃烧室形 状相适应，形成均匀的混合气。
喷油时刻要准确，混合气形 成的规律应合适。
必须要有足够的空气 量和适当的柴油量。
（五）燃烧室
柴油机可燃混合气
1. ω形燃烧室
1)结构特点
由平的气缸盖底面和活 塞顶内的ω形凹坑及气缸壁组 成，属于直接喷射燃烧室和 空间雾化混合方式。ω形燃烧 室如图1-7所示。
（2）采用强涡流螺旋进气道。
（3）燃烧室底壁较薄，其背 面由来自飞溅和从连杆小头喷油 孔喷出的润滑油加以冷却。
（4）采用单孔喷嘴或双孔喷嘴。
柴油机可燃混合气
2)混合气形成特点
燃油顺气流沿球面切线方向喷入时，约95 （1） %被喷涂均布在室壁上，形成一层薄的油膜，5
%散布在燃烧室空间形成火源，点燃混合气。
（2） 油膜逐层蒸发、逐层卷走、逐层燃 烧，形成燃气涡流。
（4）
喷油压力较高，油耗率较低，能适应
（3）
多种不同着火性能的燃料。
进气管上多安装加热装置，如火焰加热器等。
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3. 预燃室式燃烧室
1)结构特点
预燃室式燃烧室如 图1-9所示。
图1-9 预燃室式燃烧室
柴油机可燃混合气
2)混合气形成特点
（1）使进气产生涡流。 利用弱涡流切向进气道或强 涡流螺旋进气道，可以在进 气冲程中使空气绕气缸轴线 旋转运动，如图1-3所示。
图1-3 进气涡流的产生 （a）切向进气道 （b）螺旋进气道
柴油机可燃混合气
（2）产生挤压涡流。利 用活塞顶部的特殊形状，在压 缩过程中和膨胀冲程开始时， 使空气在燃烧室中产生强烈的 旋转运动，它存在于上止点附 近，持续时间较短，如图1-4 所示。
1. 备燃期
备燃期指从喷油始点A到燃烧始点B之间所对应的曲轴转 角。喷入气缸中的雾状柴油并不能马上着火燃烧，气缸中的气 体温度虽然已高于柴油的自燃点，但柴油的温度不能马上升高 到自燃点，要经过一段时间物理和化学的准备过程。随着柴油 温度升高，少量的柴油分子首先分解，并与空气中的氧分子进 行化学反应，具备着火条件而着火，形成了火源中心，为燃烧 做好了准备。这一时期很短，一般仅为0.000 7~0.003 s。
1. 空间雾化混合方式
1)油雾形成
燃料以高压、高速从喷油器以圆锥形的油束喷出，如 图1-2所示。
喷雾锥角β表示油束的扩散程度，β越大扩散越好。 射程L表示油束的穿透能力。 雾化质量表示油束喷散雾化的程度，喷散的越细、越 均匀，则雾化质量越好。
柴油机可燃混合气
图1-2 油雾的形成
柴油机可燃混合气
2)空气运动促进混合
图1-7 ω形燃烧室
2)混合气形成特点
柴油机可燃混合气
（1） 主要是依靠多孔喷雾(多为4孔)，利用油 束和燃烧室的吻合，在空间形成混合气。
喷孔直径小，多在0.25~0.4 mm， （2） 喷孔轴线夹角为140°~160°,喷油压力较
高，一般为20 MPa左右。
（4）
结构紧凑，热损失小，故热效率高，
（1）利用压缩紊流先预燃。
（2）利用强烈的燃烧涡流，促 使燃料完全燃烧。 （3）对喷油的雾化质量要求不高，可采用不 易堵塞的大直径单孔喷嘴，喷油压力较低 (8~12 MPa），有适应大转速范围和不同着火 性能燃料的能力。 （4）运转平顺，燃烧噪声小，但经济性 较差。热损较大，起动性能差，必须加 装电热塞。
2. 速燃期
柴油机可燃混合气
速燃期指燃烧始点B到气缸产生最大压力点C之间所对 应的曲轴转角。火源中心已经形成，已准备好的混合气迅速 燃烧，在这一阶段由于喷入的柴油几乎同时着火燃烧，而且 是在活塞接近上止点，气缸工作容积很小的情况下进行燃烧 的，因此，气缸内的压力p迅速增加，温度升高很快。
3. 缓燃期
图1-4 (a)挤压流动 (b)
A—环形空间
柴油机可燃混合气
2. 油膜蒸发混合方式
油膜蒸发混合方式如图1-5所示，它 是将柴油喷向球形油膜燃烧室的壁面，在 强烈的空气涡流作用下，燃油的大部分 (95%)形成油膜。由于油束贯穿空气和室 壁的反射，有少量油粒(5%)悬浮在空间， 形成着火源。油膜在空间火源的热能作用 下，逐层蒸发、逐层卷走、逐层燃烧，产 生燃气涡流，其燃烧速度前期慢、后期快 ，燃烧过程加速进行到终点。
4. 后燃期
柴油机可燃混合气
后燃期指从最高温度点D到燃烧终点E为止所对应的曲 轴转角。这一时期，虽然不喷油，但仍有一少部分柴油没有 燃烧，随着活塞下行继续燃烧。后燃期没有明显的界线，有 时甚至延长到排气行程还在燃烧。
柴油机可燃混合气
（四）对混合气形成的要求
（1）
（2）
（4）
（3）
气流的搅动适当， 燃料的物理性能合适。
柴油机可燃混合气
缓燃期指从最高压力点C到最高温度点D为止所对应的 曲轴转角。这一阶段喷油器继续喷油，由于燃烧室内的温度 和压力都高，柴油的物理和化学准备时间很短，燃烧速度逐 渐减慢，几乎是边喷射边燃烧。但因为气缸中氧气减少，废 气增多，气缸容积增大。所以气缸内压力略有下降，温度达 到最高值，通常喷油器已结束喷油。
柴油机可燃混合气
4. 涡流室式燃烧室
1)结构特点
涡流室式燃烧室如 图1-10所示。