柴油机对混合气形成的技术要求1
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。
4-2发动机不同工况对混合气成分的要求
§4-2 发动机不同工况对混合气成分的要求一、混合气的形成过程1．化油器式发动机化油器是供给系中最重要的装置，浮子室连同主喷管实际上是一壶状容器，内储有由汽油泵输送来的汽油。
为防止汽油自动流出，主喷口比浮子室中油平面稍高。
发动机进气冲程时，空气透过空气滤清器芯，由进气口进入化油器，并流经小喉管、大喉管，沿进气管流入气缸。
由于小喉管在气流通道中断面积较小，空气流经小喉管时流速较高，小喉管处的压力便低于大气压，即具有一定的真空度，而浮子室与大气相通，在压差的作用下，浮子室中的汽油经主喷管从主喷口喷出，并与空气相混合，形成可燃混合气。
喷出的汽油量可由主量孔加以控制。
为使喷油量在小喉管真空度一定时保持稳定，浮子室中汽油面的高度由针阀控制而保持一定。
由于汽车行驶中情况不断变化，要求发动机发出的功率应作相应变化，这由改变进入气缸的可燃混合气的数量来实现。
为此，化油器设有节气门口，其开度由驾驶室内的加速踏板控制。
加速踏板被踩下时，节气门开度增大，进入气缸的可燃混合气增多，发动机发出的功率增大；反之，发动机发出的功率减小。
简单化油器的特性可燃混合气的浓度对发动机的动力性与经济性有很大的影响，其指标可用过量空气系数α来表示。
α=燃烧lkg燃料所实际供给的空气质量/完全燃烧lkg燃料所需的空气质量过量空气系数α=1的可燃混合气即为理论混合气，α<1的混合气为浓混合气；α>1的混合气为稀混合气。
简单化油器所配制的混合气的浓度是随节气门的开度变化而变化的，变化的规律称为简单化油器的特性。
由实验测定的特性曲线如图中曲线1所示。
由该曲线可看出，节气门开度越小，混合气α值越大，随节气门开度增大，α值减小，并保持在1.0左右。
2．电子控制汽油喷射式发动机发动机工作时，电控单元ECU根据空气流量计等到传来的信息作分析计算，然后向喷油器发喷油信号，与化油器想比，和气缸的进气量和喷油量都是经电控单元严格计算的，因些精度较高。
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
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。
【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。
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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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柴油机可燃混合气
（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。
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％。
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。
第五章 柴油机混合气的形成与燃烧
1、燃烧过程概述
燃烧过程
缓燃期:从最大压力点（c点）到最高温度点D点）。
特点：一般喷射过程在缓燃期都已结束、随着燃烧过 程的进行。空气逐渐减少而燃烧产物不断增多，燃烧 的进行也渐趋缓慢。柴油机燃烧室内的最高温度可达 2000K左右，一般在上止点后20°～35°曲轴转角处出 现。
３、柴油机的有害排放物和噪声振动
燃烧过程
波透回空气中，一部分又反射回材料内部，声波的这种 反复传播的过程，就是能量不断转化耗散的过程，如此 反复，直到平衡，这样，材料就吸收了部分声音。
３、柴油机的有害排放物和噪声振动
燃烧过程
c、噪声控制
(一)、被动控制:消声控制、隔声控制
(二)、主动控制:降低声源的振动能量
一、吸声技术
1、吸声材料的分类和吸声特性
1）吸声材料的分类
在噪声控制工程设计中，常用吸声材料和吸声结 构来降低室内噪声，尤其在体积较大，混响时间较长 的室内空间，应用相当普遍。吸声材料按其吸声机理 来分类，可以分成多孔性吸声材料及共振吸声结构两 大类。
温度、压力升高较大，产生许多化学反应的活性中心， 出现蓝火焰。混合气稀得多，略小于1。
柴油机－低温多级自燃
t1+t2+t3 时间后－第三级反应 活性中心剧增，化学反应加速，热积累剧烈，发生爆
炸，出现热火焰。混合气更稀， 1。 t1+t2+t3 －着火延迟期
1、燃烧过程概述
速燃:从压力脱离压缩线开始急剧上升(B点)至达到最大压力 (C点)。
补燃:从最高温度点(D点)至燃油基本燃烧完(E点)。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。
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
汽油机和柴油机混合气的形成特点
汽油机和柴油机混合气的形成特点下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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汽车理论之柴油机混合气的形成和燃烧
3、混合气形成的基本方式
1）空间雾化混合 将燃油喷向燃烧室空间进行雾化，
通过燃油与空气间的相互运动和扩 散，在空间形成可燃混合气。相对 运动速度越高，混合气越均匀。
采用多孔喷嘴， 燃烧完全，经济 性好。初期空间分布燃料多，燃烧 迅速，工作粗暴。
2） 油膜蒸发混合 空间雾化混合是将燃料喷在燃烧室空间。 油膜蒸发型混合：将燃料喷在燃烧室壁 面上，使之成为薄薄的一层油膜，只有 一小部分燃料分布在燃烧室空间。经燃 烧室壁面和燃烧加热，边蒸发，边混合，
产生进气涡流运动的方法有:切向进气道、 螺旋进气道、组合进气系统。
（2）压缩涡流：
在涡流室式燃烧室中，气体在进气过程中并 不产生涡流，而在压缩过程中由主燃烧室经 连通道进入涡流室时，形成强烈的压缩涡流。 虽然这种产生涡流的方式不会使进气阻力增 大和进气充量下降，但形成压缩涡流时会伴 随着不同程度的能量损失，使循环热效率降 低。
2、速燃期
速燃期: B点到C点。从开始 着火到出现最高压力。 特点：形成多个火焰中心， 持续喷油，即随喷随燃。压 力急剧上升而达到最高（有 可能达到13MPa以上）。
速燃期
•压力升高率大，燃烧迅速，柴油机的经济性和动力 性会较好； •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 靠性和使用寿命等。
3、 缓燃期
缓 燃 期 为 图 中 的 CD 段 ， 即从最大压力点至最高 温度点。
当缓燃期开始时， 虽然气缸内已形成燃烧 产物，但仍有大量混合 气正在燃烧。
缓燃期
4、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， 即图中DE段。
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。
第三节柴油机混合气的形成
第三节柴油机混合气的形成一、混合气形成的特点及方式（一）燃料喷射与混合气形成柴油喷入柴油机的燃烧室燃烧，系利用高压喷射泵将柴油紧缩使其通过一或数个喷油嘴或孔口进入燃烧室雾化。
柴油高压喷射泵通常以200~1400 bar的喷射压力作动。
在喷射时，气缸内的空气压力为50~100 bar、温度大约为700℃、密度那么在15~25 kg/m3之间。
喷油嘴的喷孔直径为~ mm、长度与直径比那么在2~8之间。
典型的蒸馏一般柴油其燃料性质：比重为、黏度在3~10 kg/m-s之间，表面张力那么大约为3×l0-2 N/m(水约×l0-2 N/m)。
如图3-20所示为不同喷射压力之燃油对大气空气之喷射喷雾示图，在起始之低喷射压力时，喷雾为油滴状从喷口喷出（图a），随着喷射压力的增加，油滴慢慢变成喷流（Stream）。
最后，喷流慢慢散开成喷雾（Spray）。
如图3-20所示为实际柴油引擎燃料对紧缩空气（约35 bar）之喷雾示用意，离开喷油嘴的油滴从喷流变成喷雾的长度称为散开长度（Breakup length），此长度随着喷射压力的增加，慢慢变短、但喷雾角慢慢变大，最后散开长度完全消失，现在的喷雾角最大（图3-20(e)~(f)），此为柴油引擎燃料喷雾之大体要求。
由于喷油阀起始之开启压力，燃料之起始喷雾状往往是油滴（图a）而不是理想之油雾（图f）。
图3-20A刻画一典型柴油机其燃料喷雾的结构，当液体喷流离开喷油嘴时，由于带入周围的空气，并与其混合，故变成扰动而散开。
最初喷流速度大于102 m/s喷流外表面那么散开成直径为10 μm的油液滴，散布于喷油嘴出口周围。
喷雾离开喷油嘴越远，其中所含的空气质量越多，故即扩散开来，其宽度慢慢增大，速度那么相对减小。
当这种卷入空气的进程进行时，燃油滴会吸收周围的热量开始蒸发。
当喷射进行时，喷雾尖端进一步渗透穿越燃烧室，可是速度会减小。
图3-20：不同喷射压力对大气空气之喷射喷雾示图图3-20A：实际柴油引擎燃料对紧缩空气（约35 bar）之喷雾示用意柴油因黏性大、不易挥发，故柴油机采纳在缸内形成混合油滴与空气的方式。
柴油机混合气的形成与燃烧
油膜蒸发混合
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燃油雾化过程是怎样的？
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燃油雾化：指燃油喷入燃烧室内后被粉碎分散为细小油 滴的过程。 雾化应具备的必要条件： ——油滴尺寸小（雾化） ——油滴在空气中突进（贯穿力） ——油滴在空间中分布
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柴油雾化效果对混合气的形成与 燃烧有重要的影响，那又如何来评 价柴油雾化质量呢？
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油束特性：几何形状和雾化质量。 几何形状——油束射程L和喷雾锥角β或油束的最大宽度B。 贯穿率——指油束的贯穿距离与喷孔口沿喷孔轴线到燃烧 室壁距离的比值。 油束的雾化质量——油束中液滴的细度和均匀度。
蓝焰—热量积累较多，链节活化中心较多，出现蓝色火焰。缸内 温度和压力明显升高。经历时间为t3，此时的反应为二级反应。 t1+t2+t3为着火延迟期 热焰—热量和活化中心同时大量积累，反应将激烈进行，在极短 的时间内产生热爆炸，出现桔黄色热火焰，即产生自燃。热火焰 的出现称为三级反应。
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直径： 5~150um (中间较大)
1、空间雾化混合 将燃油喷向燃烧室空 间，形成雾状，雾状油滴 从高温空气中吸热蒸发并 扩散，与空气形成混合气。 为了使混合均匀，要求喷 出的燃油与燃烧室形状配 合，并利用燃烧室中空气 的运动与其混合，如图所 示。
空间雾化混合
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2.油膜蒸发混合 将大部分燃油喷到燃烧 室壁面上，形成一层油膜， 油膜受热汽化蒸发，在燃烧 室中强烈的涡流作用下，燃 油蒸气与空气形成均匀的可 燃混合气，如图所示。这一 混合方式中起主要作用的因 素是燃烧室壁面温度、空气 相对运动速度和油膜厚度。
压力可降低) p / 较小，工作柔和，噪音低（副燃室燃烧滞燃 期短，主燃室燃烧活塞已下行） 空气利用率高，α值可较小（1.2~1.3） 高速性能好。（涡流随转速升高而加强） 排污低（最高燃烧温度低） 变工况适应性好，对转速不敏感（转速变化，涡流的 流动特性基本不变） 面容比大，经济性较差，起动性差（传热和流动损失 大，装电热塞）
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。
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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柴油机对混合气形成的技术要求
对混合气形成过程有下列共闹的技术要求：
1)高速柴油机用于混合气形成的时间极短，例如3soor／m沁的车用柒袖机，
如果从喷油开始至完成混合山用60。
cA6、话，折算时间只有2。
778m s。
所以，在发动机转速所要求酌极短时间内，燃油要能快速地破碎、雾化(或涂布成壁膜)、吸热、汽化、扩散至空气中，并与空气温合成有一定浓度的可燃混合气。
2)燃油在参加燃烧前要与空气混合成均相(气相)的、在可燃浓皮范围内的混合气。
3)要适当减少预混合燃烧燃泅量，以避免过高的放热峰值、最大压升举、最高燃烧压力以及燃烧压力振荡G同时．要加速中、后期混合速度和骸烧速度。
4)要有足够的混合气形成能量。
它是喷油能量与燃烧室内气流运动能星的总和，并要有机匹配。
所以，如果减少父小一方的能量，则必须相应地增加另一方的能量。
而且奖发挥燃烧室结构的作用，以便充分、有效地利用这些能量，以加速和[完善混合。
5)要充分利用燃烧室内的一切空气，使之参与混合和燃炔。
要使活塞顶隙、气门坑年活塞火力岸周隙等处的生间尽星／J、。
总之，要使“死区”和“半死区”内的空气也能得到和用，以提高实际的过显空气系数。
6)要尽量造成微涡流(紊流)，并使大标度涡流和小标度涡流结合起来。
要使宏
观混合和微观混合互相渗透、互为补充。
近10多年来，微涡流和微混合获得长
足酌发展，是捏合气形成的重大进步。
7)在充分利用进气涡流朗N时，妥尽员组成挤压涡流、逆价压涡流，以便组织燃烷室空
间内的复合涡流。
要使整个混合气形成过程和燃烧过程在各种涡流的促进下进行。
8)在混合气形成过程中，要尽量发挥喷油过程、气流运动过程和燃烧室结构、形状的作用、并使三者配合，以便加速和完善泊气混合。
内燃机在诞生后的一百多年来，广泛应用于国民经济的各个领域，内燃机技术也得到了不断的发展。
但是随着燃油资源紧缺和环境污染两大危机越来越严重，传统内燃机的性能已经不能满足人们对内燃机的经济性和环保性的要求，均质充量压缩燃烧(Homogeneous Charge Compression Ignition，HCCI)技术成为发动机新的研究热点。
HCCI技术由于其较高的燃油经济性和极低的NO_x和颗粒的排放受到各国研究者的重视。
本文主要是基于复合式进气管燃油喷射混合
技术，运用专业的CFD软件—FLUENT，对柴油HCCI发动机的混合气的形成
过程进行研究。
本文首先对HCCI技术的特点及发展过程和研究现状进行了简要介绍，指出HCCI技术存在的若干缺陷以及解决办法，并介绍了实现均质混合燃烧的几种方法；然后针对本文提出的新型混合气制备技术，建立和选择了适当的几何模型和数学、物理模型，对HCCI燃烧的混合气形成的过程进行了详细的数值计算；接着利用计算结果，对柴油喷雾蒸发和混合气形成的过程进行分析，通过改变燃油喷射和发动机转速等参数，计算不同参数下混合气的形成过程，分析了不同参数对柴油蒸...
内燃机缸内的气流运动和燃烧过程对发动机的整机性能有着重大的影响，是降低燃油消耗、减少排放和燃烧噪音的决定性因素。
多维数值模拟方法具有费用低、给出信息量大，又能充分反映几何形状的影响，便于多方案比较等特点。
本文用多维数值的方法，研究了内燃机的气流运动和燃烧过程。
本文工作以移植和开发美国先进内燃机燃烧模拟程序KIVA-3V为基础。
在微机上实现了KIVA-3V 的所有功能。
编制了与专业图形处理软件接口程序，实现了二维和三维图形的输出。
本文给出了内燃机燃烧模拟的主要的数学模型，并详细探讨了各方程的数值求解方法。
通过对带有进、排气门的柴油机进行计算，模拟了一个完整循环内进气道、气门和缸内气体流动的全过程。
分析了缸内水平涡流、垂直涡流、挤流和反挤流的形成及演变过程。
绘制了压力和温度曲线，以及压力、温度、涡流动能、涡流动能扩散率等值线图。
通过与相关试验数据进行对照，表明本计算结果与柴油机实际工作状态相吻合。
在模拟气体流动的同时，对化学反应和喷雾模型进行了初步的模拟，取得一定进展，为进一步开展这方面的工作打下一定基础。
柴油机以其良好的动力性和经济性,得到日益广泛的应用,但它特有的燃烧方
式决定了燃烧与排放之间的矛盾,微粒和NOx之间的矛盾。
面临日益严格的排放法规和能源危机,为实现柴油机的清洁高效燃烧,国内外科研工作者都将HCCI燃烧作为研究的重点,力图有效解决HCCI点火控制、高负荷扩展等问题,以便尽快投入实际应用。
针对燃油撞壁现象,近年来出现了有意引导油束撞击在指定位置的燃烧系统,可以获得良好的油气混合,从而达到改善燃烧的作用。
本文综述了当前广泛研究或应用的柴油机燃烧方式,总结出实现喷雾撞壁燃烧方式的四种主要措施:增设壁面油束反射凸缘,形成二次射流;燃烧室中央增设油束碰撞凸台,
在燃烧室中心区域形成圆盘状油雾;喷嘴挡块碰撞,在喷嘴附近形成扩散状油雾;利用燃烧室收口及底部凸台,形成强烈的挤流和涡流。
基于喷雾撞壁的
TR(Three-Rapidity)燃烧系统,以“快速燃油喷射、快速混合气形成和快速燃烧”为设计思想,采用收口尖底凸台ω燃烧室,壁面具有导向圆弧,配合锥面
4×Φ0.36+垂直中心喷孔1×Φ0.20喷油器。
在台架实验上取得了较好的碳烟排放效果...。