柴油机新型燃烧方式
HCCI
ignition ,HCCI)的概念,但由于控制技术的限制而没有
受到重视。90年代后期,随着控制技术的发展,均质压燃
技术以其在内燃机节能减排方面的巨大潜力而备受关注。
迄今为止,虽已有少量生产但离广泛的商业化还仍有许
多技术难题需要解决。
HCCI发动机综合了传统发动机的优点, 同时避免他 们的缺陷。归结有如下几点。
品发动机上实现仍然有相当大的技术难度。
采用分缸闭环独立控制保证多缸HCCI发动机各
缸之间工作均匀性也是HCCI发动机产业化必须采用的
技术。戴姆勒· 克莱斯勒公司2005年底将一台1.8L4行
程壁面引导缸内直喷汽油机改造成SI/HCCI混合燃烧模
式发动机(RZF),利用VVT在一个循环内完成SI/HCCI燃
Christensen在1997年就通过实验证明,HCCI发动 机的热效率比火花点火发动机要高23％,甚至超过 了直喷式柴油机。
(3)燃料适应性HCCI发动机可使用多种燃料,包括汽 油、柴油、天然气、醇类、二甲基醚(DME)等。从 原理上说,只要火前燃油能够蒸发并与空气混合,就 可以用作HCCI燃烧燃料。
早在20世纪30年代,人们就认识到均质混合气压缩
自燃的燃烧方式在汽油机上存在, 但它一直被认为是一
种异常燃烧现象而被抑制。在二冲程发动机上真正有意
识应用HCCI燃烧始于1979年Onishi的研究。随后
Yoichi等仔细研究了利用内部EGR在二冲程发动机上实
现HCCI的应用;Norimasa等人研究了代用燃料在二冲
(1)低排放HCCI发动机具有汽油机油气预先混合,低 PM排放的特点。HCCI燃烧迅速, 多点同步发生而 且没有明显火焰前锋,燃烧温度低且温度分布较均匀, 因此只生成很少的N O x 和P M 。
柴油机点火工作原理
柴油机点火工作原理
柴油机是一种内燃机，其点火工作原理与汽油机有所不同。
柴油机采用压燃式燃烧，即在高压高温的环境下将燃油点燃，而不是通过火花塞点火。
柴油机点火的关键在于压缩空气使其达到高温状态，然后将燃油喷射到高温空气中，使其瞬间自燃。
以下是柴油机点火工作的基本原理：
1. 启动阶段：当柴油机启动时，活塞在上止点附近，气缸内的空气被压缩，使气缸内温度升高。
2. 压气阶段：随着活塞向下运动，气缸内的压力和温度继续升高，直到达到足够高的压力，使气缸内的空气处于点火温度。
3. 燃油喷射阶段：当活塞到达上止点附近时，燃油喷射器开始喷射燃油到气缸中。
燃油经过高压喷射后，迅速细分成微小的颗粒，并与高温空气混合。
4. 自燃阶段：燃油与高温空气混合后，由于高温空气的压力和温度达到了柴油的自燃点，燃油会迅速自燃，形成高温高压的可燃气体。
5. 气体膨胀阶段：自燃的燃料气体会迅速膨胀，推动活塞向下运动，将燃气排出气缸。
6. 排气阶段：当活塞到达下止点附近时，排气门打开，将燃气
从气缸中排出，完成一个循环。
柴油机点火工作原理的关键在于高温高压的空气能够使燃油迅速点燃，从而推动活塞运动。
与汽油机相比，柴油机具有更高的压缩比和燃烧效率，因此在一些重型机械和车辆上得到广泛应用。
HCCl
结论：
柴油HCCI燃烧是在多点同时发生，没有明 显的火焰前锋，燃烧反应迅速，燃烧温度低 且分布较均匀，只生成极少的NOx和PM，在 低负荷时具有很高的热效率。但也存在实现 不容易，排放HC过多等缺点。
比较内容 燃料 混合气 形成方式 稀薄燃烧
点燃式发动机 燃料汽油等 化油器或 喷射- 均质 否
实现HCCl的方法
基本原理：通过压缩缸内均匀的燃油和空气 的混合气，在上止点(TDC)附近实现自燃。
汽油机 柴油 柴油机
均质混合气的形成是实现对HCCI燃烧控制 的第一步。 国际上采用的柴油均质预混合气方式包括： 进气道缸外预混、缸内早喷射和晚喷。
a．缸外预混HCCI
即在进气冲程把柴油喷入进气管，与空气混合形成预混合气。 采用进气道喷射，利用进气涡流来强化混合气的形成，是提 高混合气均匀度的一个相对简单的方法。但要求较高的进气 温度来促进柴油的蒸发，需要安装加热装置和进气道燃油喷 射系统，并且不利于柴油机冷启动。早期的研究中多采用这 种方法制备混合气，最早进行研究的美国西南研究院曾采用 这种方式引入混合气，燃料在进气道喷出后与空气混合形成 均匀的混合气，进气门开启时混合气进入缸内压缩、着火。 柴油由于挥发性较差以及壁面撞击，采用此法将导致较高的 HC和CO排放以及燃油消耗量的增加。
( 7) 合适燃料( 包括混合燃料) 的开发。 ( 8) 多缸机各缸均匀性的保证。
柴油机HCCI燃烧具有超低的NOx和PM排放，具有很高 的能量转换率，这对传统柴油机来说，不但保留了原有的节 能优势，还大大降低了排放，使其性能更加完美，这无疑具 有很大的发展前景。不过，柴油机HCCI燃烧的HC和CO排 放偏高，有待进一步降低。另外，影响柴油HCCI燃烧的因 素多，使得难以控制，必然要采用双模式运行方案。即中、 低负荷时，采用HCCI燃烧方式；高负荷时，使用传统模式。 随着发动机技术的进步，柴油机HCCI燃烧的控制将更加完 善，真正达到实用化的目的。
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。
浅析船舶柴油机节能减排技术..
浅析船舶柴油机节能减排技术随着世界范围内的能源危机和环境污染问题的日益严重，人们对于发动机在节约能源和控制污染物排放方面的要求日趋严格。
虽然船舶柴油机主要在大洋作业，对地区生态环境影响较小，但是必然促使全球有害物总量上升；且全球石油资源日趋紧张，提高资源利用率是全球各国的共同责任，因此船机节能减排技术是当今的一个重大课题，本文主要分机内和机外两大类来阐述船用柴油机节能减排技术的发展路线。
1 机内节能减排措施机内主要是通过改善燃烧来达到节能减排的目的，本文主要从油、气及燃烧的角度，介绍涡轮增压、高压共轨、先进燃烧三大技术，其他还有加水技术、充量调节、米勒循环、电控液压气阀传动机构技术等。
1.1 涡轮增压技术1.1.1 基于余热回收的涡轮增压技术众所周知，柴油机与涡轮增压器作为流通特性不同的两个热力系统，它们的匹配是有矛盾的，低负荷时涡轮增压器无法提供柴油机需要的增压压力；高负荷时，涡轮发出的功又会过多。
所以可以将涡轮增压器的连接轴与一高速发电机相连，该发电机同时具有电动机的功能（如图1），高负荷时，发电机将增压器多余的轴功转化为电能，起到排气能量回收的作用；低负荷时，与压气机轴相连的发电机工作在电动机模式，补偿不足的涡轮功，提高增压压力，改善了柴油机的低负荷性能和启动工况性能。
进而实现节能减排的目的。
图1 涡轮增压器与发电机的连接图2 工作原理示意图1.1.2 两级涡轮增压技术两级增压系统的结构通常是在柴油机的排气管上由一个较小的高压级增压器和一个较大的高压级增压器串联连接组成，并且通过一些辅助措施，使增压压力在一定范围内可调。
如图3所示为两级增压系统示意图，柴油机废气首先经过带废气旁通阀的高压级涡轮膨胀做功，然后经过低压级涡轮膨胀做功；而新鲜进气则经过低压级压气机压缩后进入高压级压气机，由于此时压缩空气的温度与压力都较高，因此在高压级压气机与柴油机进气管之间增加中冷器来降低进气温度，从而增加柴油机进气充量的密度与流量，经过中冷器冷却的进气最后进入进气管。
柴油发动机燃烧技术研究进展
柴油发动机燃烧技术研究进展摘要：发动机的燃烧过程可以描述为马赫数低、可压缩、多级、高雷诺数的湍流过程，并在封闭的、时变的几何空间中伴随着化学反应和传热。
燃烧过程跨越几个阶段，包括湍流火焰传播，混合控制燃烧，化学动力学控制过程。
关键词：低温燃烧；均质压燃；预混压燃；反应活性控制压燃；发展柴油机缸内燃烧诊断技术和先进的低温燃烧(LTC)技术，包括均相压缩燃烧(HCCI)、预混压缩燃烧(PCCI)和反应性控制压缩燃烧(RCCI)。
低温燃烧策略有助于减少氮氧化物和颗粒物的排放并且会提高发动机效率，其面临的HC和CO排放问题可以通过柴油氧化催化加以控制。
一、柴油发动机燃烧技术1.均质充量压缩着火（HCCI）燃烧。
均质充量压缩着火燃烧其实就是将柴油机设计的像汽油机那样，使柴油在燃烧时也形成均质混合气，使其燃烧更充分，以此消除扩散燃烧，当然此技术采用的压缩比较高，可控着火，尽量实现近似等压燃烧，其燃烧持续期短，燃烧效率高，既可以保持较高的动力性又可以增加燃油的经济性，这样就达到了节能减排的要求。
HCCI节气门已被取消，泵气时的气体损失比较小，可实现气体的多点同时着火，减少了燃烧时间，但热效率更高，又因为柴油机内的燃烧反应几乎是同步进行的，有效降低了燃烧温度，这样就可以有效降低NOx和PM的产生，达到节能环保的目的。
另外，如果柴油机采用HCCI燃烧模式还能达到简化发动机结构的目的，其燃烧和喷油系统将更加的简单，便于以后的维护和保养。
HCCI的燃料选择性更好，可使像天然气、甲醇、乙醇等等多种清洁或可再生能源都可以作为它柴油机的燃料。
2.低温扩散燃烧。
柴油机的燃烧技术关键就是在降低微粒和NOx排放的同时还需降低燃烧的温度，其基本思路就是尽量使柴油与空气混合均匀，形成“均匀”的混合气，通过增加油气的混合接触面积以实现“低温”燃烧。
这样柴油机燃烧室内的温度会低于NOx和碳烟的生成温度，达到减少这两种物质的产生的目的。
但是目前基本无实际应用，HCCI燃烧和低温扩散燃烧都属于属于低温燃烧技术，但是二者还是有明显区别的，就像低温扩散燃烧需燃油喷射来控制，而HCCI则不用。
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
新型燃烧方式及其在内燃机上的应用-清华大学-阳冬波
新型燃烧方式及其在内燃机上的应用阳冬波State Key Laboratory of Automotive Safety and Energy Tsinghua University, Beijing, China2010 11 18 2010.11.18Combustion Emission Fuel提纲 汽油机新型燃烧方式的发展 HCCI燃烧及其优化控制 SICI燃烧及其优化控制 新型燃烧方式的应用汽油机的节能减排意义重大 我国已成为世界最大的汽车产销国，目前全球 汽车已接近10亿辆，汽油车占60～70%, 我国轿 车中汽油车占95%以上 量大面广 汽油机排放低，但油耗高其它<2%柴油车 汽油车节能潜力大油耗 耗(升/100k km)z 按我国每年汽油消耗量5000万吨、节油效果20％计算， 每年可节约汽油1000万吨，约合700亿元 新能源汽车中，混合动力车（汽油机+电机）的 重要基础也是高效汽油机20～30%汽油机柴油机发展高效汽油机是一条有效的节能减排途径 效 条有效 途内燃机燃烧方式的发展CI是柴油机经济性高的根源提高汽油的压燃比例是有效提高汽油机经济性的途径完全压燃部分压燃汽油燃烧方式的核心是混合气状态控制• • • •是否能够自燃着火（CI）：超临界区域，临界区域和亚临界区域 超临界区域，汽油混合气能够自燃(HCCI燃烧方式)； 临界区域，汽油需要外加方式才能自燃（SICI燃烧方式）； 亚临界区域（失火区），汽油只能靠外部点燃（SI燃烧方式）。
汽油HCCI燃烧方式HC (Homogeneous Charge ) 均质或多区均质 => 低碳烟及微粒排放 CI (Compression Ignition) 多点着火 => 快速放热 => 高热效率（提高30-10%） LT (Low Temperature) HC CI LT 低温 => 低NOx 和低传热损失（降低NOx90%以上）汽油HCCI燃烧方式的实现及其控制HCCI燃烧混合气状态的实现： NVO O（配气相位），截留内部 （配气相位） 截留内部EGR G ； NVO阶段喷油，形成燃油改质，提高缸 内温度和生产活性基 内温度和生产活性基。
柴油机hcci
柴油机HCCI摘要: 均质充量压缩燃烧HCCI(Homogenous Charge Compression Ignition)是一种新型发动机燃烧方式, 它能有效地解决传统柴油机燃油经济性差和尾气排放高的问题, 特别是能够降低NOx 和PM的排放, 并进一步提高热效率。
柴油机的HCCI 燃烧存在HC 和CO 排放偏高的问题, 有待进一步降低, 并且由于HCCI 燃烧存在的燃烧控制以及适用工况范围窄等问题, 因而目前柴油HCCI 发动机还未能实现大规模商品化。
介绍柴油机HCCI燃烧的特点以及影响柴油机HCCI 燃烧的一些重要因素, 如EGR、进气温度、压缩比ε、喷油时刻、燃空当量比和喷油压力等对柴油机HCCI 燃烧和排放的影响。
关键词: 柴油机燃烧方式HCCI均质充量压缩燃烧HCCI ( Homogenous ChargeCompression Ignition) 是一种新型的发动机燃烧方式, 它综合了汽油机均质点燃和柴油机压缩自燃的特点, 像汽油机那样在进气及压缩行程形成均质混合气, 当压缩到上止点附近时均质混合气自燃着火, 在缸内形成多点火核, 从而有效地维持着火燃烧的稳定性。
这种燃烧方式能有效地解决传统柴油机存在的燃油经济性差和尾气排放高的问题, 特别是能够降低NOx 和PM的排放, 并进一步提高热效率。
目前, 国际上有多家汽车公司已在其产品发动机样机上实现了多缸HCCI 稳定燃烧, 并取得了大幅度降低油耗和排放的效果[1]。
自从有了汽车，工程师们就一直在努力设计功率强大的、节油和低排放的发动机。
无论是CCS系统，还是HCCI系统，其共同特点就是均质燃烧――一种大有前途但非常艰难的技术解决方案。
发动机设计师们坚信：早晚有一天柴油机和汽油机会合二为一，出现一种具有这两种内燃机各自优点的新型内燃机。
通用公司和欧宝公司（他们把这种发动机称之为HCCI发动机）仍然以汽油机的研发为主，戴姆勒公司（汽柴油机）和大众公司（CCS发动机）则是“两条腿走路”，即改进柴油机性能的同时也在努力改进汽油机的性能。
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和燃烧过程的主要特点如下：
1. 混合气形成：柴油机燃烧采用的是直接喷射燃油的方式，燃油通过喷油嘴喷入到气缸内，然后与空气混合形成混合气。
相比汽油机的预混合气形式，柴油机的混合气是在气缸内形成的。
2. 混合气浓度高：柴油机的混合气浓度通常较为高，可达到14：1到25：1。
这是因为柴油机所使用的燃油具有较高的能
量密度，可以同时实现更高的压缩比和更高的燃烧温度。
3. 自燃点高：柴油机的混合气具有较高的自燃点。
由于混合气浓度高和燃油的特性，混合气需要达到一定的温度才能自发燃烧。
这有助于控制燃烧过程，防止发动机产生异常燃烧。
4. 点火方式不同：柴油机的燃烧是通过压燃来实现的，而非火花点火。
燃油喷入气缸后由于高压和高温的作用，使得燃油迅速氧化分解，产生大量的热量和高压气体。
然后，由于压燃的作用，燃料自燃并瞬间燃烧。
5. 燃烧时间长：相比于汽油机的快速燃烧，柴油机的燃烧过程时间较长。
这是因为在柴油机燃料的压燃条件下，燃烧速度较慢，需要一定时间来完成。
6. 黑烟排放：由于柴油机燃烧的特性，其排放中容易产生黑烟。
黑烟是不完全燃烧的产物，主要由碳颗粒组成。
为了减少黑烟排放，需要控制燃烧过程，提高燃烧效率。
总体而言，柴油机混合气的形成和燃烧过程具有混合气浓度高、自燃点高、点火方式不同、燃烧时间长和黑烟排放等特点。
这些特点决定了柴油机在燃烧效率、功率输出和排放控制等方面与汽油机有着不同的特性。
柴油机燃烧新模式研究
在 自创新 型燃烧模 式基础 上 ，本文还 将 引入 共轨燃 油 喷射系统 技术成 果和 高增压 技术进 行优化 匹 配 ，期 望进一步 完善各 项功能 、提高柴 油机 的经 济性 能和技术性 能 。
１ 柴油机燃烧新模式 的思路
现代 柴油机 （ 含各种 内燃机 ）的各项技 术性 能和经济 指标都 比过去提 高 －， 多；尤其 是有 了增 压 ｊ￣ － 技术后 ，能量转 换 （ 括能量 回收 ）效 率得到进 一步提 高 ，单机 功率大 增 。近 年来燃 油共 轨 喷射技 术 包
之一是 油气混合质量。油气的混合质量又取决 于进气气流流 动线路和喷油压力、时间 （ 前角 ） 提 等。优化 燃烧条件是促 进完全燃 烧，改善和降低有害气体和颗粒排放的前提。三重旋 转切 变风进气模式是一项原 创性新技术，是优 化燃烧条件新 的选择。加大喷油提前角和喷油压 力是促进 物理准备过程 的另 一重要因 素。改进设计进气阀和进气阀在缸 头的空间布置是主要技术措施。
燃烧 。 以下作逐 项分析 ：
① 进气 ：如果 考察 一下进 气 门的结构会 发现 ，传 统进气 门是 相 同的 。气 流 的进 出都是直 进直 出 ， 没 有任 何改 变 自然 进 排气 的措 施 。也 就 是没 有任 何 人 为改 变进 气 流场 各 项参 数 ，采 取有 利 于 油气 混 合 、油粒均匀 分布 ，促进混 合油气 加速蒸 发 、着 火燃烧 的技术措 施 。
传 统柴油 机的 典型燃烧 模式 （ 开式 ） ：进气— — 压缩—— 喷 油—— 混 合— — 滞燃 期— — 主燃期—— 后燃 期 。可 以看 出，传统燃烧 模式 存在不 完美 的地 方 ，首先是物 理准 备过程 ；其次 是化学 反应 （ 化 ） 氧
柴油机 原理
柴油机原理
柴油机是一种内燃机，利用压燃式燃烧原理将柴油转化为能量。
其工作原理主要包括进气、压缩、燃烧和排气四个过程。
首先，在进气过程中，活塞向下运动，气缸内形成一个负压环境。
此时，进气门打开，让新鲜空气通过进气道进入气缸，同时油泵喷射器喷出适量的柴油进入气缸。
其次，压缩过程中，活塞向上运动，将进气气体压缩至高压状态。
此时柴油被高温高压空气加热，并实现高度的压缩，使柴油达到自燃温度。
然后，燃烧过程中，当柴油达到自燃温度时，喷油器会喷射出剩余的柴油，形成一系列均匀的燃烧点火。
由于柴油易燃性，碰上高温高压空气后就会引发自燃燃烧。
这种快速燃烧产生的高温高压气体会推动活塞向下工作，驱动曲轴进行旋转，输出动力。
最后，在排气过程中，活塞再次向上运动，将燃烧后产生的废气通过排气门排出。
排气门打开，废气经过排气道排至气缸外，并通过排气管排出柴油机。
柴油机的工作过程是一个循环的过程，以不断重复进气、压缩、燃烧和排气的步骤来产生动力。
其工作原理的核心是利用高温高压气体的膨胀产生的动力。
通过合理的调节进气量和柴油的喷射量，可以实现输出不同功率的动力需求。
柴油机的燃烧过程解读
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。
直喷式燃烧室产生涡流运动的方法
有种：
1）进气涡流—靠切向进气道和螺旋 进气道形成。 切向进气道：气道母线与气缸相切， 在气门前强烈收缩，使气流越来越 快进入气缸后受缸壁的约束而转向， 形成涡流。
一、燃油的喷雾
1.燃油的雾化 燃油在经喷孔 喷出时，在气 缸中被破碎成 微粒的过程。
L:射程 :锥角 喷油横截 面上燃油 分布 喷油横截面 上油粒速度 图6-5 喷注的形状
2．喷注的特征：
①喷注射程L：表示喷注贯穿深度； ②喷注锥角β：表示喷注紧密程度； ③细微度和均匀度：表示雾化程度。 细微度-油注中的平均直径 均匀度-油注中最大直径与最小直径之差
直喷式燃烧室：燃油直接喷入由活塞顶和缸盖形成的
一个统一空间。
开式燃烧室—浅坑型，如浅盆形或浅ω 形燃烧室
半开式燃烧室—深坑型，如ω 形和球形燃烧室
分开式燃烧室：由主燃室和副燃室两部分组成。
如：涡流室式燃烧室和预燃室式燃烧室
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Δ P/Δ Φ 和Pz值；以保证工作柔和， 平稳，可靠；
球型燃烧室
5、分开式燃烧室
1）涡流室式燃烧室
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。 ΔP/ΔΦ较小，工作柔和。 α值可较小，空气利用率高。 变工况适应性好，对转速不敏感。 面容比较大，经济性较差，启动性差。
汽油机和柴油机的点火方式
汽油机和柴油机的点火方式汽油机点火方式：1.弹簧式：该点火方式利用一个弹簧式点火器和一个电磁连球器。
点火装置驱动点火器来实现发动机的点火。
点火装置由发动机控制器控制，每当发动机完成其一次循环时，它就会向点火器发出脉冲，从而把火花提前排发出来，使汽缸有足够的时间去完成燃烧。
2.分电式：该点火方式主要采用电磁点火器，点火的原理是利用由汽油机发动机控制器输出的直流电把半导体可调放大器供电，激发电磁点火器，来实现点火。
当汽油机发动机完成一次循环后，控制器就会发出脉冲信号，唤醒电磁点火器，经可调放大器放大，再通过电磁点火器发出火花，从而触发发动机汽缸上的气缸内的燃烧。
3.瞬变压力式：该点火方式主要采用瞬变压力式点火器，它可以实现汽油机检测可调燃烧内控。
发动机控制器用瞬变压力式点火器实现燃烧控制，它主要利用发动机排气管内可调火焰来实现火花的发射。
控制器周期性地向汽油机发动机供给信号电脉冲，当脉冲电到达可调点火器时，点火器内部的磁铁将电磁线圈中的直流电磁转变成瞬变压力，瞬变偏动爆轰面积，激发火花，从而实现发动机的点火。
柴油机点火方式：1.电磁放电式：该点火方式采用了电磁放电式点火器，它可用于柴油机中比较流行的变位定量泵系统，该系统主要由柴油机控制器控制，控制机输出控制信号，控制电磁点火器，激发忽闪式火花。
当油泵满足一定的条件，控制机就会输出控制信号，使电磁点火器放电，形成辐射波，聚集到柴油机的火幅上，激发喷射火花，实现柴油机的点火。
2.等离子式：该点火方式是近几年引进的新型柴油机点火系统。
他采用等离子发射原理，由一个可调电路模块和一个可调比调点火器两部分组成，可调比调点火器可以实现等离子火花的均匀发射，它可以使汽油机和柴油机在低流量喷间隙下点火，得到比较准确的点火时间，增加燃料燃烧的效率。
3.磁极跳跃式：该点火方式采用磁极跳跃式点火剂，它的原理是每当磁钢的北极部分出现，会出现一股电磁力，把火花线从火花头突出来，实现柴油机的点火。
柴油机燃烧探索
ｒｔ ａｉ ｏ，ａ ｌ ａ ｈ ｙ ｒｄ ｅ ｉ ｅ ｃ ｎ ｅ ｔｗｈ ｃ ｓｂａ ｅ ｎ ｔｅ ｈ ｂ ｄ ｃ ｃｅ，ａ ｅ ｐ ｏ ｏ ｅ ｓｗｅｌ ｓｔ ｅ ｈ ｂ ｎｇｎ ｏ ｃ ｐ ｉ ｈ ｉ ｓ ｄ ｏ ｈ ｙ ｒ ｙ ｌ ｉ ｉ ｌ ｒ ｐ ｓ ｄ．Ｆｉａ ｌ ｎｌ ｙ，ａ ｎ ｖ ｌｔｐ ｆｎ ｚ ｌ ｏ ｅ ｙ ｅ ｏ ｏ ｚｅ，ｔ ｎｔｒｅ ｔｈ ｌ ｏ ｚｅ，ｗｈ ｃ ｓ ｆ ａｕ ｅ ｔ ｅ ｉｎ ｂ ｅ ｓ ｒ ｙ ｐ ｎ ｔａ ｉｎ ａ ｄ ｈｅ ｉ ｅ ｓ ｃ ｏ ｅ ｎ ｚ ｌ ｉ ｈ ｉ ｅ ｔ ｒ ｄ ｗｉｈ ｄ ｓｇ ａ ｌ ｐ ａ ｅ ｅｒ ｔ ｎ ｏ
第３ ２卷 （０ ０ 第 ３期 ２１ ）
柴油机
Ｄｉｓ ｌＥｎ ｉ ｅ ｅ ｅ ｇｎ
一
～
一
一
； 综
ｃ … 一
述 ；
一
柴 油 机 燃 烧 探 索
隆武 强 。冷 先银
（ 大连理 工大 学 ，辽宁 大连 １６ ２ ） １ ０ ３
摘 要 ：对柴油机预 混合燃烧、低温扩散燃烧 、高强化超清洁燃烧、 当量 比燃烧等新型 燃烧方式进行 了概述 ；介绍 了分开循环发动机 的工作原理 ；提 出了低 压缩 比、高升压 比、高膨胀 比的复合 热力循 环 和建立在该循环基础之上的复合发动机概念。首次披 露 了贯 穿距可设定的 、具有 高雾化性 能的交叉喷
6单元 柴油机的燃烧过程和燃烧规律
③控制蒸发速度（油膜蒸发缓和）；
3）排气冒黑烟
缓燃期燃油被高温废气包围：高温缺氧→裂解→脱氢 →聚合形成碳烟。 一般在高负荷时发生如汽车加速，爬坡或超载。
减少冒黑烟的措施： ①增大过量空气系数α：改进进气系统ην↑，减少喷 油量降低功率使用。
单元6 柴油机混合气的形成和燃烧
课前回顾
问题一：传统汽油机与柴油机的混合气形成方式及着火方式 有什么不同？
汽油机：缸外形成混合气，点燃；柴油机：缸内喷射，压燃。
问题二：为什么传统汽油机采用缸外混合，火花塞点燃式燃 烧，柴油机采用缸内喷射，压燃式燃烧？
燃料的品性决定了混合气的形成方式及着火方式。
蒸发性：汽油＞柴油； 发火性（自燃性）：柴油＞汽油。
1）泵-管-喷嘴系列 （1）直列柱塞泵
高压油管 燃油滤清器 停油电磁阀
回油管 润滑机油管
P7100泵 正时齿轮
4、应用吸振减振材料制造薄板零件，如油底壳、 缸盖罩等。在缸体与油底壳之间、缸盖与缸盖罩 之间采用较“软”的垫片，对振动起到阻尼使用。
5、改进消声器的结构、材料；改进空气滤清器、 冷却风扇等的设计以及适当调节配气相位，以降 低气体动力噪声。
6、遮蔽噪声源，采用对作为主要噪声源的发动机 的局部或整体加隔声罩的方法等。
6-1柴油机燃烧过程
1、混合气形成特点： 3）混合气形成不均匀 ，为了提高经济性总体过量空气系 数>1.2。导致容积利用率低，升功率低（傻大黑粗）。
傻大黑粗
高富帅？？？
6-1柴油机燃烧过程
2、混合气形成方式： 油膜蒸发混合，燃料大部 分顺气流方向喷到燃烧室 壁面上，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。
柴油机燃烧原理
柴油机燃烧原理
柴油机燃烧原理是指利用柴油作为燃料，在高压下进行燃烧，从而产生能量驱动发动机运转。
柴油机燃烧原理主要包括喷油、混合、压燃和燃烧四个过程。
首先，喷油过程是指将柴油燃料通过喷油器喷射到燃烧室中。
喷油器通过压力使燃料以细小的液滴形式喷出，以增加燃料的表面积。
喷出的燃料要求均匀、细腻，并且能满足所需的喷射压力和喷射角度。
接下来是混合过程，即将喷出的燃油与大量进气混合。
进气通过气门进入燃烧室，与喷出的燃油充分混合。
气门的开启和关闭控制着进气的时间和量，确保混合气的正常形成。
混合气的均匀性对燃烧效率和排放物的控制至关重要。
然后是压燃过程，即混合气在高压环境下被压缩。
在汽缸内，活塞上升时将混合气体压缩，将能量存储在混合气中。
柴油机通过提高压缩比，使混合气达到一定的温度和压力，从而促使燃料与空气的反应发生。
最后是燃烧过程，即燃料与空气混合物在高温高压环境下发生燃烧。
当燃料遇热空气时，发生自燃反应，燃料分子逐步断裂，释放出大量的热能。
这种燃烧通常是均匀、连续、快速进行，产生的高温高压气体迅速膨胀，推动活塞向下运动，驱动发动机工作。
总之，柴油机燃烧原理是通过喷油、混合、压燃和燃烧四个过
程，将柴油燃料转化为高温高压气体，达到驱动发动机运转的目的。
这一燃烧原理的合理调控和优化，可以提高柴油机的效率和性能，减少排放物的产生。
柴油机低温燃烧的技术
降低NOx和soot排放实现低温燃烧的途径
传统柴油机燃烧方式的 缸内混合气浓度和温度历 程不可避免的先后进入高 soot和高NOx生成区域(如 图黄色曲线ABCDE 所示) ， 这表明柴油机非均质燃烧 的性质使其必定会同时产 生 数 量 较 高 的 NOx 和 瑚 排 放．而且这两者之间存在 Trade-Off关系，想要同时 降低这两者的排放量难度 图2 降低柴油机NOx和soot排放的途径 很大。
相对于只是在①一T图上较为狭窄的范围内成 立的HCCI燃烧方式，浓混合气低温燃烧方 式可在低温侧的宽广领域内得到有效利用 ，这种燃烧方式应用到产品柴油机上的潜 力最大。
Thank you!!!
如图2所示，避开高NOx和高soot 生成的当量比和温度区域主要方 法有： 1、均质稀薄混合气低温燃烧 2、浓混合气低温燃烧 3、浓混合气高温燃烧
1、均质稀薄混合气低温燃烧
均质稀薄混合气低温燃烧，燃烧相位与喷 油时刻关系不大而主要由化学动力学决定。这 种实现低烟燃烧的方法主要是减少局部当量比。 HCCI(均质充量压缩燃烧)就是降低当量比的典 型燃烧概念。该类系统燃油与空气完全预混， 在燃烧开始的时候混合气接近均质，各处的局 部当量燃空比Φ均小于1，整体燃烧后热量在 缸内均匀分布，实现低温燃烧。图3给出了 LTC和HCCl的Φ-T关系以及工作范围示意图。
研 究 表 明 ， HCCI 燃
烧过程主要由燃烧反
应动力学所控制，因
此缺乏直接有效控制
HCCl 燃 烧 过 程 的 手
段，尤其是在瞬态工
况。
图3 LTC和HCCI的Φ-T关系
2、浓混合气低温燃烧
浓混合气低温燃烧，燃烧相位的控 制与燃油喷射参数有很大关系。其基本 特点是喷油时刻与燃烧开始时刻之间的 时间间隔短，不可能实现燃油与空气的 彻底混合，在燃烧开始的时候有相当大 的区域存在Φ >1的情况。为了降低扩散 燃烧过程中的燃烧温度，可以采用各种 策略，如大量的冷却EGR、低压缩比、 延迟喷油定时等措施实现低温燃烧。
柴油机低温燃烧的研究进展精品文档
许锋等人使用自制在线乳化装置，在单缸135 型试验机上进行了在线乳化台架试验，研究表 明；在线乳化具有与乳化柴油方式的同样效果， 并且可获得燃油耗率、NOx和碳烟排放同时降 低的综合性能。
L. Pickett对柴油的混合速率控制燃烧特性进行 了研究。通过改变进气中的氧气浓度和采用稀 薄燃烧,绝热火焰温度可以降至1 500 K~1 600 K 的水平,同时保持较高的燃烧效率。这一绝热火 焰温度与HCCI燃烧的情况相似。
另外，他们用数值分析方法研究柴油机伞帘喷雾燃烧 系统中的空气运动规律，探讨了缸内流场的演变过程、 涡流与挤流的相互作用和燃烧室结构的影响，并比较 了该燃烧系统与原机燃烧系统中的流场。计算结果表 明，在上止点前较大的曲轴转角范围内，纵剖面流场 结构相似。
IE mmNfuOelx1000
C. Noehre等人对部分预混合燃烧的特征进行了研究。发 现，较高的进气压力可以拓展部分预混燃烧的范围；并 且可以使用更大量的EGR使燃烧温度达到更低，从而进 一步降低碳烟排放。研究发现NOx排放水平以排放指数 形式(Emission Index)表示，它的定义为
c)加强低温燃烧柴油机的应用研究，可将其与先进后处 理技术相结合，从而进一步降低尾气中碳烟和NOx排 放。
杨德胜等在一台经过改造的单缸135柴油机上进行了降低压缩比、 燃用柴油——乙醇混合燃料和推迟供油的试验研究，来验证TR燃 烧系统降低发动机排放、实现低温预混合燃烧的能力。结果表明， 压缩比降低后，着火推迟，最大放热率增加，缸内最高压力和最 高温度降低，NO排放也降低。但是中高负荷时燃烧速率降低，有 效油耗率增加。
针对柴油机低温燃烧技术今后的研究,应该重点关注于 以下几个方面：
a)加强对低温燃烧模式中混合过程的研究,包括着火前混 合气的制备以及燃烧后期混合过程的改善，以便能 够降低柴油机低温燃烧模式下的HC和CO的排放及燃 油消耗率；
柴油发动机燃烧技术及汽车新能源
燃烧 控制 、 负荷拓 醇、 液 化石 油气 （ Ｌ Ｐ Ｇ） 、 压 缩 天然 气（ Ｃ Ｎ Ｇ） 等 。现 在又 大 力 用前 景 。目前 已在 化学 反应 动力学 机理 、 业 内 多数研 究 机构 开 发 混 合动 力 汽 车、 电池 电动 汽 车 、 电容 电动 汽 车 和 太 阳 展 等多 个 方面有 了很 大 的进 步。 不过 ， 认 为该 技术 成熟至 少应 在 ２ ０ １ ５年后 ，要想 实用 化在 还 技 能汽 车等 。 术 上还 存 在 很 多弊端 。 这 些弊端 主 要 包括 ： 均 质 混合 气 的 １柴 油发 动机燃 烧技 术 Ｃ Ｏ和 Ｈ Ｃ 排 放 的降低 ：低 负荷 下 的燃 烧 不 稳 定 柴油 机汽 车 因压缩 比高 ， 燃 油 消耗 平均 比汽 油 机汽 车 制 备 ； 高 负 荷下 的燃 烧粗 暴 ： 着 火 相位 和 燃 烧 速 率 的 控 低３ Ｏ ％左右 ， 所 以燃 油 经济 性 较 好、 热 效 率较 高 。 但是 传 和 失 火 ；
重 要 的课 题 。
燃 烧 持续 期短 ， 可 以得 到 与压燃 式 发 动机相 当 的较 高 的热 效率 ： 与传 统 柴油 机 相 比 ， 由于 混 合气 是 均质 的 ， 有 效 的解 决 了传 统 均质 稀 混合 气燃 烧速 度慢 的缺 点 ， 燃 烧 反应 几乎
制， 受 缸 内 流场 影 响较 小 ， 同 时均 质预 混 的混 合 气 组织 也
本文 针 对 近 年 来 柴 油 发 动机 燃 烧 技术 以及 其 他 汽 车 替 代燃 料 的 新 能 性， 达 到 高效 、 低 污 染 的 目标 。 与传 统 的点燃 式发 动 机 相 源开 技 术 的今
短， 燃烧效率高 ， 可 以同 时保 持较 高 的动 力 性和 燃 油 经 济
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
柴油机新型燃烧方式
在能源和环境的双重压力下，柴油机低温燃烧(low temperature combustion，LTC)策略成为国内外的研究焦点。
该技术能够在保持低排放的同时显著拓宽发动机的负荷范围，是满足现在和将来日益严格的排放法规的核心技术。
控制缸内温度是实现LTC 的关键所在。
近年来国内外在柴油机低温燃烧方面的研究成果主要有两类：①基于EGR 技术和喷油策略，如采用中高EGR 率和燃油晚喷策略的“MK”燃烧，“HCLI”燃烧和“HPLI”燃烧；采用燃油早喷策略的“smokeless”系统。
它们通过采用EGR 来降低缸内温度，抑制碳烟生成，从而使混合气在较浓的条件下实现低碳烟排放。
②基于可变气门定时和升程。
通过改变气门参数(相位、升程)来改变发动机的有效压缩比，从而有效控制缸内温度和压力的变化历程。
国外传统的低温燃烧采用大EGR率(EGR>60%)和高涡流比(Ω≥5 )的方法，在得到较好的NOx和碳烟排放折中的同时，尚存在一些问题。
首先，采用大的EGR 率，需要使用更多的冷却能量，从而减少有用功的输出；其次，使用大的EGR率会使CO、UHC排放大幅增加，热效率降低；第三，大EGR 率使得发动机运行工况的范围受到限制，其适用范围仅限于中低负荷；第四，高的涡流比会造成发动机制造工艺上的困难．笔者在之前的研究中提出的MULINBUMP 复合燃烧技术将燃油多脉冲喷射形成的预混燃烧与BUMP 燃烧室内主喷射形成的稀扩散燃烧相结合，在中低负荷范围内实现了高效清洁燃烧。
但随着负荷的增加，拓宽发动机运行范围亦受到限制。
课题组在前期研究的基础上，提出了高密度-低温燃烧策略，实验研究表明，这种策略具有在高负荷和满负荷工况下实现高效低排放燃烧的潜力。
本文主要针对高密度-低温燃烧机理，采用数值模拟的手段对高密度-低温燃烧中的影响因素(氧浓度，充量密度)进行研究，重点分析了充量密度的多重作用。
高密度-低温燃烧的热力学分析
内燃机燃烧过程中主要有害排放产物的生成都需要满足特定的混合气浓度和燃烧温度范围。
只要合理控制缸内的混合气体积分数( ϕ )和燃烧温度(T)，避开NO x和碳烟形成区，就有可能实现超低排放。
燃烧过程的控制可通过控制燃烧路径的斜率实现。
定义为当量比的变化(混合率的变化)与温度变化的比值。
根据热力学第一定律，可得
式中：Q HR是一个短小时间间隔内的放热量；∆U、∆W、Q wall 分别是相应时间间隔内缸内工质所吸收的内能、对外作功和壁面传热量。
可以看到，提高充量密度与EGR 一样可以增加工质的总热容；τch为化学时间尺度；ϕfuel和ϕO2分别为参加化学反应的燃料及氧的浓度；P tdc、T tdc和ρtdc分别指上止点处缸内充量的压力、温度和密度；R g为气体常数，取决于混合气的成分。
T 0对τch影响的权重最大，降低T 0可大幅度抑制化学反应率。
当量比决定ϕfuel和ϕO2，提高混合率可提高化学反应率。
影响混合率的因素有燃油喷射参数(喷油压力和喷孔直径)、喷油策略(单次喷射和多次喷射)、环境参数(压力、温度和密度)、燃烧室形状设计及多尺度漩涡控制等。
本文采用复合激光诱导荧光定量标定实验研究了定容弹内环境参数对柴油喷雾特性的影响。
图 1 给出了其他条件不变时，不同充量密度对最大当量比的影响。
研究发现，在较高的充量密度条件下，由于阻力增加，喷雾贯穿距离明显缩短，喷雾锥角明显变大，喷雾所占据的空间范围也相应变小。
但由于单位空间体积内空气量大幅增加，喷雾和空气混合效果不降反升，喷雾气相最大当量比出现时刻提前(见图1)。
在较高充量密度条件下，虽然出现较高当量比浓度的时间较短，但由于混合速率快，油气快速相互作用，最终使得喷射后期的可燃混合气的浓度最大值降低，均匀程度提高。
因此，在提高喷雾混合速率的最终研究目标上，提高环境密度是非常有效的手段，对加速油气混合、促进气相生成、以及降低喷雾浓度方面的作用显著。
影响温升的因素有氧浓度(体积分数)、EGR率、当量比分布及充量密度等。
总之，充量密度作为温度、压力、混合气成分等的综合因素，在抑制温升和促进混合方面具有重要作用。
在本文中，充量密度指上止点处缸内充量的平均密度，见公式(4)。
下面主要采用数值模拟的方法对高密度-低温燃烧中充量密度的多重作用进行深入分析研究。
实验结果和讨论
充量密度不变，氧浓度对高密度-低温燃烧的影响
图4为相同充量密度下，氧浓度减小对缸内平均温度的影响。
可以看到，随着氧浓度的减小，缸内平均温度略有降低。
这是因为减小氧浓度(相当于增加EGR 率)，CO2和H2O 等比热较大的物质的量增加，缸内工质的总热容增加，燃烧温度降低。
由于碳氢燃料的着火过程主要受温度的影响，降低氧浓度，缸内压缩温度上升速度变慢，着火推迟。
图5为相同充量密度下，降低氧浓度对累积放热率的影响降低氧浓度，放热速率下降，燃烧持续期延长，燃烧效率降
低。
这是因为氧浓度减小，使得混合气中氧气的绝对量降低，燃空混合率降低．进
一步促进燃烧后期的混合速率是低温燃烧实现高热效率的关键。
氧浓度不变，充量密度对高密度-低温燃烧的影响
氧体积分数相同时，增大充量密度可以显著提高指示热效率。
原因是，充量密度的增大有利于促进燃空混合气的形成，提高燃烧速率，特别是提高了燃烧后期的放热速率，燃烧持续期缩短，指示热效率提高。
高密度-低温燃烧具有在高负荷和全负荷工况实现高效清洁燃烧的潜力。
充量密度的多重作用决定了它在高密度-低温燃烧中起着重要的作用。
(1) 增加充量密度可以增加充量热容，降低温升∆T，因此在抑制温升方面与EGR 具有相同的作用。
(2) 高的充量密度可以促进燃油与空气的混合率Φ∆，提高燃烧速率，特别是在发动机燃烧的后期，显著缩短燃烧持续期，这是实现高热效率的关键所在。
(3) 高充量密度对NO x排放的影响由于其对燃烧过程的多重作用而非常复杂。
氧浓度为18.34%时，NO x 排放随充量密度的升高而降低。
(4) 相同氧体积分数条件下，提高充量密度，燃油与空气的混合速率Φ∆增大局部过浓区减少，碳烟排放均很低，接近于0。