第6章柴油机燃烧过程与燃烧室
第六章 掌握柴油机的进排气控制系统结构原理及检修方法
第六章 掌握柴油机的进排气控制系统 结构原理及检修方法
❖ ．学习目标 ❖ 1.掌握柴油机的空气预热系统 ❖ 2.掌握柴油发动机的进气控制系统 ❖ 3.掌握柴油机的增压控制系统 ❖ 4.掌握柴油机废气再循环控制系统 ❖ 5.掌握柴油机尾气净化处理系统
一、废气涡轮增压系统
废气涡轮增压系统的功用是利用废气的能量，通过增 压器将发动机的进气先进行压缩，使增压后的空气密度 增大，实际充入的空气量增加（见图6-18和图6-19）。 这样，可以向气缸内喷入更多的燃料并能获得充分燃烧 ，因此提高了柴油机的输出功率。
图6-18废气涡轮增压器在汽车上的应用
图6-19废气涡流增压系统示意图
的一种增压控制系统。典型的电子控制式惯性增压系统 如图6-27所示。它主要由各种传感器、电子控制单元、 电磁阀空气室空气控制气缸、控制阀等组成。
图6-27电子控制式惯性增压系统
一、废气再循环控制系统的作用
EGR系统工作时，将一部分废气引入进气系统， 与新鲜的燃油混合气混合，使混合气变稀，从而降 低了燃烧速度，燃烧温度随之下降，从而有效的减 少NOX的生成，如图6-28所示。其关键部件是EGR 阀，其实物如图6-29所示。
1.涡轮增压器的结构 涡轮增压器一般由涡轮部分、中间壳体、压气机部
分三大部分组成（见图6-20）。
图6-20废气涡轮增压器的组成
2.中冷器的结构 废气涡轮增压系统一般加装有中冷器，以便对从涡
轮增压器压气机出来的温度升高的空气进行冷却，以 提高空气的密度，提高发动机的充气效率。其实物如 图6-21所示。
二、可变截面涡轮增压器
可变截面涡轮增压器的结构如图2-23所示。
图6-23可变涡轮增压系统的结构
柴油机的工作原理与燃烧室
柴油机的工作原理与燃烧室柴油机是一种内燃机，它使用柴油作为燃料进行燃烧来驱动发动机的运转。
与汽油机相比，柴油机的工作原理和燃烧室结构有所不同。
首先是进气过程。
柴油机的进气是通过进气阀（气门）控制的。
当活塞向下运动时，气门打开，气门下方的气缸内产生负压，使空气通过进气门进入气缸。
接下来是压缩过程。
在活塞向上运动的过程中，气门关闭，气缸内的空气被压缩。
柴油机通过提高活塞的压缩比（即气缸内气体体积的最小值与最大值之比）来提高燃料的压力，从而提高其热效率。
然后是燃烧过程。
在活塞接近顶部位置时，柴油喷射器将燃油喷入高温高压的气缸中。
柴油燃料由于压力和温度的升高而迅速蒸发，并与气缸内的空气混合。
然后，通过自燃现象（即空气中的氧气与柴油燃料的混合物发生自发燃烧），使混合物燃烧并释放出巨大的能量。
最后是排气过程。
在燃烧完毕后，活塞再次向下运动，废气通过排气阀（气门）排出气缸。
然后，新的进气过程开始。
柴油机的燃烧室结构与汽油机有所不同。
常见的柴油机燃烧室结构有块式燃烧室、球形燃烧室和梨形燃烧室。
块式燃烧室是最早也是最简单的燃烧室结构。
它与汽油机类似，燃烧室位于活塞顶部。
燃油通过喷嘴喷入燃烧室，并与空气混合并燃烧。
块式燃烧室具有简单、易于制造和维护的特点，但其燃烧效率较低。
球形燃烧室是一种改进的燃烧室结构。
它具有球形的形状，能够使空气与燃油充分混合，并使燃烧产生的高温高压气体扩散均匀，从而提高燃烧效率。
梨形燃烧室是目前柴油机常用的燃烧室结构。
它的形状如同一个倒置的梨，燃油喷入燃烧室的顶部，空气经过预燃室和倒角部位混合并燃烧。
梨形燃烧室具有良好的燃烧效果和低污染排放的特点。
总的来说，柴油机的工作原理是通过进气、压缩、燃烧和排气这四个基本过程来实现。
而不同的柴油机燃烧室结构则影响着燃烧效率和排放性能，因此燃烧室结构的设计对柴油机的性能具有重要影响。
第六章：柴油机燃料供给系统
柴油及其使用性能
汽车构造
2)蒸发性：指柴油蒸发汽化的能力，用柴油馏出 某一百分比的温度范围即馏程和闪点表示。比如， 50％馏出温度即柴油馏出50％的温度，此温度越 低，柴油的蒸发性越好，混合气形成速度就越快， 易完全燃烧。但蒸发性过高，则会使全部柴油迅 速燃烧，缸内压力急剧升高，柴油机工作粗暴。 闪点低，蒸发性好。
空间雾化混合
油雾的形成 燃料以高压、高速从喷油器以 圆锥形的油束喷出，由于受到 高密度空气的摩擦阻力作用， 被分裂为许多油线进而成为油粒。
空气的运动促进混合 将燃油喷成雾状油束是混合气 形成的第一步，其次是使油粒
分布得更均匀。
汽车构造
空间雾化混合
汽车构造
最有效的措施：空气运动 多采用两种办法:（l）使进气产生涡流;（2）产生挤压涡流
油膜蒸发混合
它是将柴油喷向球形油膜燃 烧室的壁面上,在强烈地空气 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,必然有 少量油粒（5％）悬浮在空间， 形成着火源。油膜在热能作 用下，逐层蒸发、逐层卷走、 逐层燃烧，产生了燃气涡流， 其燃烧速度是前期慢、后期 快，使燃烧过程加速进行到 终点。
混合气的形成（空间雾化混合或油膜蒸发混合）、 点火和燃烧方式不同于汽油机;
柴油机的a＞1，燃烧充分，排气污染小；
柴油机的喷油泵与喷嘴制造精度要求高，所以成本 较高;
柴油机工作粗暴，振动噪声大；柴油不易蒸发，冬 季冷车时起动困难;
排气噪声大，颗粒排放严重，废气中含SO2多
柴油及其使用性能
(完整版)汽车发动机原理课后习题答案
第二章发动机的性能指标1.研究理论循环的目的是什么？理论循环与实际循环相比，主要作了哪些简化？答:目的：1.用简单的公式来阐明内燃机工作过程中各基本热力参数间的关系，明确提高以理论循环热效率为代表的经济性和以平均有效压力为代表的动力性的基本途径2.确定循环热效率的理论极限，以判断实际内燃机经济性和工作过程进行的完善程度以及改进潜力3.有利于分析比较发动机不同循环方式的经济性和动力性简化：1.以空气为工质，并视为理想气体，在整个循环中工质的比热容等物理参数为常数，均不随压力、温度等状态参数而变化2.将燃烧过程简化为由外界无数个高温热源向工质进行的等容、等压或混合加热过程，将排气过程即工质的放热视为等容放热过程3.把压缩和膨胀过程简化成理想的绝热等熵过程，忽略工质与外界的热交换及其泄露等的影响4.换气过程简化为在上、下止点瞬间开和关，无节流损失，缸内压力不变的流入流出过程。
2.简述发动机的实际工作循环过程。
四冲程发动机的实际循环由进气、压缩、燃烧、膨胀、排气组成3.排气终了温度偏高的原因可能是什么？有流动阻力，排气压力>大气压力，克服阻力做功，阻力增大排气压力增大,废气温度升高。
负荷增大Tr增大；n升高Tr增大，∈+，膨胀比增大，Tr减小。
4.发动机的实际循环与理论循环相比存在哪些损失？试述各种损失形成的原因。
答：1.传热损失，实际循环中缸套内壁面、活塞顶面、气缸盖底面以及活塞环、气门、喷油器等与缸内工质直接接触的表面始终与工质发生着热交换2.换气损失，实际循环中，排气门在膨胀行程接近下止点前提前开启造成自由排气损失、强制排气的活塞推出功损失和自然吸气行程的吸气功损失3.燃烧损失，实际循环中着火燃烧总要持续一段时间，不存在理想等容燃烧，造成时间损失，同时由于供油不及时、混合气准备不充分、燃烧后期氧不足造成后燃损失以及不完全燃烧损失4.涡流和节流损失实际循环中活塞的高速运动使工质在气缸产生涡流造成压力损失。
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
.
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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
柴油机的着火过程
第六章柴油机的着火过程第一节燃烧化学反应动力学的基础理论一．分子运动和碰撞柴油机的着火过程是复杂的物理化学过程，化学过程是激烈的热——链化学反应，要进行化学反应，必须经过它们分子之间的相互碰撞，并且符合碰撞要求才可实现。
燃烧化学反应中分子运动和碰撞的基本理论归纳如下：A.参加化学反应的物质，分子必须相互碰撞。
B.分子的碰撞是杂乱无章的。
C.合适的方向上碰撞才有可能起化学作用。
D.运动能量超过最低能量。
E.最低能量称为活化能。
F.温度越高，化学反应速度越大。
G.压力与密度越大，碰撞频率越高，反应速度加快。
二．活化络合物理论活化络合物理论（过渡态理论）的基本内容是：进行化学反应时候，分子不仅需要相互撞击，还需要适当能量，在适当的方位上撞击，以便获得形成一个不稳定，过度的，瞬态活化络合物。
活化能E就是把初态反应物提高到络合物所需能量。
反应关系表达为：反应物——活化络合物——终产物三.键能及其在化学反应中的作用。
物质内部相邻原子间或离子间产生的相互结合或相互作用的称为化学键。
可分为离子键，共价键，和金属键等几种类型。
正负离子通过静电引力形成的化学键为离子键。
物质内部相邻原子或者原子团通过共用电子对形成的称为共价键。
由自由电子及排列成晶格状的金属离子之间的静电吸引力组合而成金属键。
物质起化学变化时，需要从外界吸收能量，达到破坏原子间或者离子间所必须吸收的能量，这种能量称为键能。
第二节着火前燃料的物理——化学过程（焰前反应）一。
着火的分类和含义按照火源性质，分为压缩自然和外源点火。
按化学反应性质分为热式着火，链式着火，和热—链式着火。
链式着火通过支链反应而自身积累活性中心并积聚能量。
按着火阶段分，有高温单阶段着火和中低温多阶段着火。
多阶段着火指历经冷焰，蓝焰到热焰的几个阶段着火。
二．着火前的物理过程必须先将反应物质（空气和烃类）能互相充分气相混合，并相互撞击，同时，需要一定的初始能量。
这就需要有进气过程，喷射过程，喷注的破碎和雾化过程，以至形成可燃混合气，并达到足够温度和压力的过程。
汽油机燃烧过程、柴油及机燃烧过程
第二节 汽油机混合气的形成与燃烧一．汽油机混合气的形成1.化油器式汽油机混合气的形成汽油机的不同工况，对混合气成分的要求也不同。
化油器式汽油机的可燃混合气，是在气缸外部由化油器形成的，并通过节气门开度不同控制混合气的量，从而实现混合气的量调节。
1）发动机不同工况对混合气的要求理想的化油器，能够在满足最佳性能要求的前提下，使混合气成分随负荷（或混合气量）的变化而变化，如图3－1所示。
2）化油器的工作原理为满足发动机不同工况对混合气的要求，化油器设有主供油装置、怠速供油装置、加速供油装置、加浓供油装置和起动供油装置等。
2．电子控制燃油喷射汽油机混合气的形成电子控制的汽油喷射系统，以发动机转速和空气量为依据，由ECU 接受来自各个传感器的信号，如：进气量、曲轴转角、发动机转速、加速减速、冷却水温度、过气温度、节气门开度及排气中氧含量等，经处理后，将控制信号送到喷油器，通过控制喷油器开闭时间的长短，控制供油量，使达到最佳空燃比，以适应发动机运行工况的要求。
常用的多点燃油喷射系统示意图如图3－6所示。
二．汽油机正常燃烧过程当汽油机压缩行程接近终了时，由火花塞跳火形成火焰中心，点燃可燃混合气，火焰以一定速度传播到整个燃烧室，燃烧混合气。
1. 正常燃烧进行情况在混合气的燃烧过程中，火焰的传播速度及火焰前锋的形状均没有急剧变化，这种燃烧现象称为正常燃烧。
根据高速摄影摄取的燃烧图，或激光吸收光谱仪来分析燃烧过程。
如图3－7所示，为汽油机燃烧过程的展开示功图，它以发动机曲轴转角为横坐标，气缸内气体压力为纵坐标。
图中虚线表示只压缩不点火的压缩线。
燃烧过程的进行是连续的，为分析方便，按其压力变化的特征，可人为地将汽油机的燃烧过程分为着火延迟期、明显燃烧期和补燃期三个阶段，分别用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ表示。
1）着火延迟期从火花塞跳火开始到形成火焰中心为止的这段时间，称为着火延迟期。
如图3－7中I 阶段所示。
从火花塞跳火开始到上止点的曲轴转角，称为点火提前角，用θig 表示。
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。
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。
6-第六章 柴油机燃烧
第六章柴油机燃烧由于能源短缺和人类对环境保护的日益关切，使得内燃机技术工作者对柴油机燃烧、经济性以及排放产生极大的兴趣。
然而，柴油机的燃烧过程是相当复杂的，它的详细机理还不十分清楚。
柴油与空气的可燃混合气在燃烧室内若干部位产生自燃，而与此同时，一些其他地方燃油可能仍处于液态。
许多发动机在运行条件下，着火开始而燃油仍在继续向燃烧室内喷射。
此时燃烧室内的燃油同全部喷射油量之比对燃烧过程有相当大的影响。
而燃油在燃烧室内的分布规律对燃烧的组织及其形态、对排放的形成都有重要影响。
本章就柴油机燃烧的基本内容及其目前发展做一分析论述。
§ 1 燃料的喷射与蒸发1.1 喷射油束的形态燃料在高压下经喷油器孔口射入燃烧室内，随着时间进展，燃料油束向前伸展和扩张。
为了解喷雾发展过程，人们通过等容模型燃烧室对单个油束的观察，得到有关喷射特性的认识。
1．高压、室温条件下喷射的油束日本学者藤本等人用高压等容模型燃烧室在室温条件下做试验。
燃烧室内压力为p0=0.098~9.91MPa，喷孔直径为0.27mm，喷油量取0.09g，喷油器开启压力p j=33.7MPa。
试验表明，从喷射开始后约0.5ms 至喷射结束时，油束形态有类似模式，如图6-1所示。
一个充分发展的油束，可将其分成各具特征的若干部分。
主流区：位于油束核心部分，单位体积内油滴量多，粒度大，流速大，动量大，为高密度的主流部分。
混流区：燃料油滴数量少，粒度也小，流速低，在油滴间卷吸入大量空气形成浓度减小的混合流域，它处于主流区的周围。
初始部分l s：油束刚离喷口具有较明显的圆锥形部分的长度。
混合部分l c：从初始部分末端至油束边界成湍流状态部分的长度。
穿透部分l p：为l s+l c，即基本保持圆锥形部分的长度。
稀释部分l d：油束的顶端，燃油稀疏部分。
通过观察和测量得知，喷射油束卷吸周围空气进入穿透部分。
而油束顶端在向前伸展中一方面排开周围空气，同时也卷吸进一些空气形成不断增长的逐渐稀薄的可燃混合气。
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
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。
柴油机燃烧室
• 1．诊断方法
• 柴油没进入汽缸 ，原因是供油系的堵 塞、漏气和某些零部 件的损坏。 诊断时，首先应 确定故障出自低压油 路还是高压油路。较 为简捷的方法是：
•
图7-3 供油系统内的空气排放
二、故障的诊断与排除
松开燃油滤清器 上的放气螺钉， 用手驱动输油泵
是否流油
不流油或泡沫状 低压油路有故障
流油正常， 说明高压油路故障
高压喷射和多孔喷射： 增加油束的细度和均匀度， 提高雾化质量。
合理进气气流： 利用进气、挤气涡流 燃烧室形状， 促进油雾和空气的充分混合。
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知识链接
二、柴油机的燃烧过程
柴油机的燃烧过程是指从 压缩行程上止点前喷油开始到 做功行程燃烧终了为止的整个 过程。 压燃着火需具备两个条件: 一是合适的混合气浓度； 二是合理的混合气温度。 柴油机的燃烧过程可分为四 个阶段：着火延迟期→速燃期 →缓燃期→补燃期，如图7－4 所示。
知识链接
四、柴油机燃烧室
柴油混合气的形成和燃烧均在燃烧室内进行的， 燃烧室结构形状直接影响混合气的品质和燃烧状态。 燃烧室的造型和喷油器的布置确定混合气的形成方式， 按结构形式分，柴油机燃烧室分为直接式燃烧室和分 隔式燃烧室两大类。 1.直接式燃烧室 喷油器将高压柴油直接喷射到高温、高压燃烧室 中，借助喷射油束和燃烧室形状的配合以及燃烧室内 进气涡流运动，形成可燃混合气，并受热自燃。
知识链接
一、柴油机可燃混合气的形成
过量供给空气： α值在1.3～1.5； 增压和中冷技术可 增大到1.8～2.2
较高的压缩比： 在15～22之间 （依维柯8140为18.5 康明斯6BTA5.9为17.5） 较高的压缩比可提高 压缩终了时的温度 利于自燃。
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。
柴油机工作过程燃烧过程
柴油机工作过程燃烧过程
柴油机是一种常见的内燃机，通过柴油的燃烧产生动力。
柴油机燃烧过程分为四个主要阶段：进气、压缩、燃烧和排气。
进气阶段：柴油机的进气阶段是通过曲轴箱上的气阀和排气阀来完成的。
气阀在进气冲程期间打开，让外部空气进入气缸。
这些空气将与后续注入的燃油混合以供燃烧使用。
压缩阶段：在压缩冲程期间，曲轴将活塞向上移动，压缩进入气缸的空气燃料混合物。
由于柴油机的高压缩比，气体被压缩得非常高。
这种高压缩能够提高燃烧的效率和功率输出。
燃烧阶段：柴油机的燃烧是通过喷射燃油来完成的。
在压缩冲程接近结束时，喷油器会喷射一定的燃油到气缸中。
燃油喷射进入高温高压的气缸内，会迅速蒸发形成可燃气体，并与气缸中的空气混合。
然后，放电器通过在燃烧室中产生的火花来点燃燃料混合物，引发燃烧。
这种燃烧产生的高温高压气体推动活塞向下运动，并驱动曲轴转动。
排气阶段：在曲轴的第二个转向点之后，排气阀会打开，将燃烧后的废气排出到大气中。
然后，气阀再次关闭，活塞向上移动，将剩余的废气推出排气口。
在柴油机的工作过程中，燃烧是最关键的部分。
与汽油机不同，柴油机的燃烧是通过压缩空气来引发的，而不是通过火花塞点燃混合物。
因为柴油的自燃温度较高，所以不需要点火来引燃燃料。
这使得柴油机具有更高的热效率和燃油经济性。
总结起来，柴油机的工作过程可以简述为：进气-压缩-燃烧-排气。
这四个阶段相互配合，形成了柴油机内部循环的运转。
通过控制燃油注入的时间和量，柴油机可以调节其功率和转速。
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第二节 柴油机的燃烧过程
有一张实测的示功图，加上气态方程，根据上式，可以计算燃烧放热率。 其计算精度影响因素有： 1、压力测量精度 2、上止点位置精度 3、压缩比测量精度 4、燃油流量测量精度、空气流量测量精度 5、示功图曲线光顺方法 当发动机结构参数确定以后，气缸压力特性主要由燃烧规律决定，从而， 燃烧放热规律强烈影响平均有效压力、燃油消耗率、最高燃烧压力、燃 烧噪声等性能指标。 开始放热的时刻、放热规律和放热持续时间是燃烧过程的三个基本要素。 对性能的影响主要表现在循环热效率和最高燃烧压力两个方面。
第二节 柴油机的燃烧过程
Ⅲ、缓燃期 压力急剧增高的终点到压力急剧下降点。 边燃烧，活塞边下行，缸内压力几乎不变或稍有变化，燃烧条 件不利，局部高温缺氧（冒黑烟）。 解决办法：加快已燃气体与未燃气体的分离及可燃混合气形成 速度。
第二节 柴油机的燃烧过程
Ⅳ、后燃期 缓燃期的终点到燃料基本上完全燃烧。 终点难确定。放热膨胀比低，散热增加，指示热效率下降，排气温度 增高，故应尽量缩短。
第二节 柴油机的燃烧过程
第二节 柴油机的燃烧过程
二、放热规律 根据热力学第一定律： QB=Q+QW =⊿U+W+QW 式中： QB—燃料燃烧放热 Q—工质吸收的热量 QW—传给工质的热量 ⊿U—工质内能的变化 W—工质对活塞所作的机械功
第二节 柴油机的燃烧过程
二、放热规律 QB 、 Q 、 QW均随曲轴转角变化，上式对φ微分，得： dQB/dφ=dQ /dφ +d QW /dφ =d(mu)/dφ +pdV/dφ +d QW /dφ 式中： m—工质质量 u—工质比内能 p—气缸中气体压力 V—气缸容积 其中： dQB/dφ：燃料燃烧的瞬时放热率 dQB/dφ—φ：燃烧规律、放热规律或放热率曲线 dQ /dφ：对工质的瞬时加热率（加热率） dQ /dφ—φ：加热规律 d QW /dφ：工质对燃烧室壁面的传热速率（传热率） d QW /dφ—φ：传热规律
第二节 柴油机的燃烧过程
根据燃料和空气混合气形成的特点，柴油机燃烧过程又可以分成以下 两个阶段，预混燃烧阶段和扩散燃烧阶段。
（三）滞燃期 滞燃期是燃烧过程的一个重要参数。长产生工作粗暴，短则对混合气形 成不利。影响因素主要是压缩压力和温度，喷油提前角、转速以及燃料 性质对着火延迟期也有较大影响。 ① 压缩温度和压力增加，着火滞燃期下降。压缩比、喷油提前角、增压 通过压缩温度与压力对着火滞燃期产生影响。 压缩比增加，压缩压力及温度增加，着火滞燃期下降。 喷油提前，压缩压力温度下降，着火滞燃期增加。喷油迟后，初始温度和 压力增加，但作用时间短，可能着火前，活塞已经开始下行，使空气压力 和温度降低，着火滞燃期增加。 增压，进气充量的密度增加，压缩终了的压力温度增加，一般着火滞燃期 下降。 ② 燃料：十六烷值增加，滞燃期下降。 ③ 发动机转速：通过压缩温度与压力、喷油压力、以及空气运动等因素对 滞燃期产生影响。 转速增加， 漏气与散热损失下降，压缩压力、温度增加；喷油压力增加， 雾化质量提高，着火准备过程加快；燃烧室内的扰动增加，燃料蒸发快 。 滞燃期下降。 如以曲轴转角计，φ=6nt，视滞燃期下降的程度，φ可能随滞燃期下降而 下降或增加。 此外还有空气运动、喷油压力、燃烧 柴油机的燃烧过程
要求： 完全—决定产生热量多少 及时—关系到热量利用程度
第二节 柴油机的燃烧过程
一、着火与燃烧过程 （一）着火条件： 燃料蒸气与空气的比例要在着火界限内； 可燃混合气加热到着火温度。
第二节 柴油机的燃烧过程
（二）燃烧阶段的划分 滞燃期、急燃期、缓燃期和后燃期 Ⅰ、滞燃期 喷油开始—压力线偏离压缩线 喷油在上止点前—喷油提前角 此时，气体温度在450—800℃，远高于该条件下燃油的自燃温度，但不 能马上着火。因为： 物理准备：燃油的粉碎、分散、蒸发汽化和混合，在局部区域形成可燃 混合气。 化学准备：混合气先期化学反应直到开始自燃，多级自燃。 整体上而言，上述过程重叠在一起进行。 滞燃期直接影响第Ⅱ阶段的燃烧，对整个燃烧过程影响很大。
第二节 柴油机的燃烧过程
怠速敲缸： 冷起动、怠速时，润滑油温度低，摩擦损失大，无负荷时，循环喷油量 也较大，压力升高率较大，产生强烈的震音。
第二节 柴油机的燃烧过程
柴油机工作粗暴与汽油机爆震的异同点： 相同点： 燃烧本质一致，混合气自燃。 不同点： 发生的时刻与部位不同，柴油机工作粗暴发生在燃烧初期（急燃期始点 ），着火延迟期内形成的可燃数量多，一起自燃，使速燃期压力升高率 过大；而汽油机爆震发生在燃烧后期（急燃期的终点），是末端混合气 自燃。 缸内状态不现，柴油机工作粗暴缸内压力均匀，无冲击波产生，而汽油 机爆震，缸内压力不均匀，有冲击波产生。 声音不同，汽油机爆震敲缸声尖锐清脆，柴油机工作粗暴敲缸声沉闷。 对燃料的要求不同，对汽油机优良的燃料（自燃能力差，抗爆能力强） ，对柴油机是最差的燃料（发火性差，工作粗暴）。
第二节 柴油机的燃烧过程
三、燃烧噪声 燃烧噪声与压力升高比有密切的关系，如果压力升高比过大，则产生强 烈的震音，称为柴油机工作粗暴。 降低燃烧噪声的根本措施是适当降低压力升高比，而压力升高比取决于 滞燃期和在滞燃期内形成的可燃混合气数量，降低燃烧噪声的主要途径 有下述三个： 1、缩短滞燃期：选用十六烷值高的燃料。 2、减少滞燃期内的喷油量：减小喷油速率，预喷射。 3、减少滞燃期内形成的可燃混合气数量：油膜混合气方式。
第三节 柴油机的排气污染与控制
一、 一氧化碳：燃烧过程中生成的重要中间产物。 燃用稀混合气，排放比汽油机低，仅在负荷很大接近冒烟 界限时，局部缺氧区域增加，才急剧增加。
第三节 柴油机的排气污染与控制
二、 1. 未燃碳氢化合物 生成与排放渠道： 柴油机排放的未燃HC完全由燃烧过程产生。
第三节 柴油机的排气污染与控制
第二节 柴油机的燃烧过程
共轨系统多次喷射构成及作用
第二节 柴油机的燃烧过程
引导喷射（预喷3）：引导喷射相对于主喷射提前角度很大，由于已经 进行了充分的预混合，所以没有产生黑烟。此外，因为气缸内温度上 升，主燃烧期的着火延迟期缩短，预混合燃烧减少，噪声降低。引导 喷射越提前，PM和燃烧噪声就越低，但同时HC和be会显著增加。 预喷射（预喷1、2）：在主喷射之前进行的预喷射，缩短了主喷射的 着火延迟期。同时能有效地减缓燃烧速率，燃烧温度和压力上升减缓， 降低了NOx、HC和燃烧噪声。但是，由于预混期的缩短，预喷射会导 致PM增加。因此，可以通过使预喷射段靠近主喷射段的办法，严格选 择喷射时间间隔来降低PM排放。 后喷射（后喷2）：后喷射是紧靠在主喷射之后进行的喷射，可使扩散 燃烧更快地进行。因此，即使少量的喷油，对完成氧化过程和降低主 喷射中产生的PM效果非常显著，但会伴随着NOx的略微增加。 次后喷射（后喷1）：次后喷射是在离开主喷射相当的时间间隔之后进 行的喷射，由于排气温升和还原成分的供给，可使催化剂的活性增加。 但是如果此后喷射的时间过迟，则可能导致燃油附着到气缸壁上。
第三节 柴油机的排气污染与控制
三、 NOX 化学机理：捷尔多维奇原理。 生成物主要是，依赖温度，氧浓度，高湿停留时间。 最高温度与预混合燃烧比例对NOX排放影响较大。 推迟点火，最高温度下降，对NOX下降非常有效。但比油 耗与碳烟增加。 EGR对NOX排放下降也非常有效。
① ② ③
第三节 柴油机的排气污染与控制
第三节 柴油机的排气污染与控制
五、降低柴油机排放污染物的对策 降低NOx的措施（机内措施）
中冷 推迟燃烧 合理设计喷油规律 EGR应用
降低PM措施 增压 高压喷射 小孔径喷油器 可变几何涡轮增压
第三节 柴油机的排气污染与控制
（一）机内处理方法 1. 推迟喷油； 推迟喷油，燃烧温度下降，着火延迟期缩短，NOx排放下降； HC及PM增加。 2. EGR NOx排放下降
2.
①
② ③
机理 排放较低，壁面冷激效应、狭隙效应、油膜吸附、沉积物 吸附作用很小。 未燃的排放主要来自柴油喷注的外缘混合过度造成的过稀 混合气地区。 喷油器的压力室容积。 冷起动时油膜形成的HC。
第三节 柴油机的排气污染与控制
自燃之前燃烧室壁上及燃烧以后吸附在壁面上不能完全燃 烧的燃油排出， HC浓度较高，表现为白烟。 白烟与兰烟： 产生条件：冷起动后怠速或低负荷下暖机过程中，特别在 寒冷天气时。 产生原因：燃烧室工作温度低，温度低着火不好，燃油不 能完全蒸发燃烧，未燃烧或部分氧化的燃料一般以液态微 粒的形式随废气排出后，冷凝形成白烟与兰烟。兰烟与白 烟间无严格的成份差别，只是由于微粒直径不同，对光线 的反射不同产生不同的颜色。白烟微粒直径比兰烟直径大 ，由1微米以上颗粒构成；兰烟由小于0.4微米颗粒构成。 一般白烟在柴油机暖机过程中逐渐变为兰烟，再变为无色 烟。
第六章 柴油机燃烧过程与燃烧室
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节
柴油机的混合气形成 柴油机的燃烧过程 柴油机的排气污染与控制 使用、调整因素对柴油机燃烧过程的影响 柴油机燃烧室 HCCI
第一节 柴油机的混合气形成
混合气形成特点： 气缸内形成混合气，因柴油不易蒸发； 混合气形成时间短； 混合气形成不均匀。随时间与空间变化，过量空气系数 在0至无穷大之间变化。 混合气形成与燃烧紧密相连，扩散燃烧。