第5章 柴油机混合气的形成
合集下载
- 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)。
第5章 柴油机混合气的形成和燃烧 • 着火延迟期 • 速燃期 • 缓燃期 • 后燃期
柴油机燃烧过程、喷油速率和放热规律
1.着火延迟期
• 着火延迟期又称为滞燃期、着火落后期，从 燃油开始喷入燃烧室内(A点)至压力线明显脱 离压缩线开始急剧上升(B点)
注意：柴油机着火延迟期的长短会明显影响滞燃期内喷 油量和预制混合气量的多少，从而影响柴油机的燃烧特 性、动力、经济性、排放特性以及噪声振动，必须精确 控制
3)
两种混合方式的对比 空间雾化
• 燃油的喷雾特性对混合起决定性的作用 • 喷雾细、均匀。较多的油滴受热蒸发，着火延 迟期内形成大量的可燃混合气，燃烧初期放热 率过大，压力急剧升高，工作粗暴，NOx排放 高。 • 如果减小着火延迟期内混合气生成量，则势必 造成大量燃油在着火后的高温高压下蒸发混合， 容易因空气不足而裂解成炭烟。 • 空间雾化混合方式有较高的热效率，但炭烟、 NOx和燃烧噪声均较高。
各种涡流比
• 导气屏设置在进气门上，可调节涡流强 度，涡流比0 ～ 4 • 切向气道形状简单，涡流比1 ～2 • 螺旋气道的形状最复杂，涡流比2～4， 同样涡流比时的进气阻力小于切向气道， 适用于对进气涡流强度要求较高的发动 机
涡流比进入凹坑时增大
涡流比随曲轴转角的变化
压缩涡流
• 在涡流室燃烧室中， 气体在进气过程中 并不产生旋流，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
着火延迟期的影响因素
• • • • • 十六烷值 温度 压力 燃烧室形式 壁温
2.速燃期
• 压力升高率 • 从提高动力性和经济性的角度，希望dp／dφ 大一些 • dp／dφ 过大会使柴油机工作粗暴，运动零部件受到 过大冲击载荷， • 过急的压力升高会导致温度明显升高，使氮氧化物生 成量明显增加。 • 为兼顾柴油机运转平稳性， dp／dφ 不宜超过 0.4MPa ／(°)，而为了抑制氮氧化物的生成， dp／dφ 还应 更低。
分隔式燃烧室——涡流室
• 涡流室容积约占整个燃烧 室压缩容积的50％～ 60 ％。 • 涡流室与主燃烧室之间通 道的截面积约为占活塞截 面积的1％～3．5％ • 通道方向与活塞顶 成一 定的倾斜角度 • 在压缩过程中，空气从主 燃烧室经通道流 入涡流 室，在涡流室内形成强烈 的有组织的压 缩涡流
涡流室形状
• 两者的差别主要原因 ： (1) 燃油的可压缩性 (2) 压力波传播滞后 （相位差） (3) 压力波动 （形状上的差异） (4) 高压容积变化
高压油管的弹性变形及出油阀、针阀两个弹 性系统的影响
3) 异常喷射与穴蚀
• a)正常喷射
b)二次喷射
c)断续喷射
d)隔次喷射
穴蚀：高压容积内产生压力波动时，会出现低于燃
分隔式燃烧室柴油机的性能特点
(1)采用浓、稀两段混合燃烧方式，前段过浓(还原)气氛，抑制了NOx的生成和燃 烧温度，而后段的稀燃(氧化)气氛和二次涡流又促进了炭烟的快速氧化，因 而NOx和微粒排放均低于直喷式燃烧室，但低负荷下的碳烟排放量较大。 (2)由于初期放热率低，因而压力升高率和最高燃烧压力均低于直喷式燃烧室， 燃烧柔和，振动噪声小。 (3)对于涡流室，压缩涡流随发动机转速升高而增强，即转速越高，混合气形成 和燃烧速度越高，因此涡流室式燃烧室适合于高速柴油机，其转速可高达 5000r／min。 (4)缸内气流运动自始至终比较强烈，空气利用率好，可在过量空气系数1.2左右 的条件下正常工作。 (5)对喷油系统要求不高，不需要进气涡流，进气道形状简单，因而加工制造成 本低，使用故障少。 (6) 燃烧室结构复杂，表面积与容积之比较大，加上强烈的空气运动的影响，使 散热损失较大，通道节流作用引起的流动损失也较大。因此，分隔式燃烧室 柴油机较直喷式燃烧室柴油机热效率低，经济性差。 (7) 散热损失大和喷雾质量不高，冷起动性能不如直喷式燃烧室
挤流
• 挤流也是一种有效的缸内气体运动，在 压缩过程中，当活塞接近上止点时，气 缸内的空气被挤入活塞顶部的燃烧室凹 坑内，由此产生挤压涡流(挤流)
a)无进气涡流 或涡流不强时 的挤流
b)进气涡流强时的挤流
c)逆挤流
湍流
• 在气缸中形成的无规则的小尺度气流运动称 为湍流，也称微涡流。 • 湍流可以促进燃油和空气的微混合程度，加 速燃烧过程。
4. 补燃期 缓燃期D点到燃料基本燃烧完毕。累 积放热率大于95%。后燃远离上止点， 热量不能有效利用，散热损失增加，热 负荷增加，排温升高。 补燃期要短
5.1.2 燃烧放热规律
• 1.燃烧放热规律的定义
• 瞬时放热速率是指单位时间内(或l°曲轴转 角内)燃烧的燃油所放出的热量； • 累积放热百分比，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。 • 瞬时放热速率和累积放热百分比随曲轴转角 的变化关系，称为燃烧放热规律
MAN公司的J．S．Meurer博士—— M燃烧过程
M燃烧过程表述
• 喷油射束沿球形燃烧室壁面并顺气流喷射，燃 油被喷涂在壁面上形成油膜。 • 为保证形成很薄的厚度均匀的油膜，需要很强 的涡流(涡流比>3)。 • 在较低壁温的控制下(200—350)，燃料在着火 前以较低速度蒸发，在着火落后期内生成的混 合气较少，因而初期燃烧放热率和压力升高率 低。 • 随燃烧进行，缸内温度和火焰热辐射强度提 高，使得油膜蒸发加速，燃烧也随之加速。
合理的喷油规律及其实现
• 合理的喷油规律
1）改变凸轮型线
2）双弹簧喷油器
双弹簧喷油器喷射规律形状与单 弹簧喷油器进行对比 a) 单弹簧喷油器 (b) 双弹簧喷油器
3）预喷射和多段喷射
预喷射对燃烧特性的影响
多段喷射的示意图
5.2.2燃烧室与混合气形成
• 1.柴油机的混合气形成特点和方式
1) 空间雾化混合 2) 油膜蒸发混合
• 挤流口形燃烧室
(a) 四角形
非回转体燃烧室 (b) 微涡流MTCC ( c) Quardram
(d) 花瓣形
日本小松公司的微涡流燃烧室
MTCC(micro turbulence combustion chamber)
• 在半开式燃烧室的基础之上，利用燃烧室 形状的设计来产生微涡流，改善混合气形 成和燃烧。 • 除大尺度的涡流(如进气涡流和挤压涡流)以 外，小尺度的涡流，又称为微涡流或湍流， 对混合气形成和燃烧的促进作用已得到公 认。 • 微涡流主要是利用大尺度的涡流在燃烧室 内不同位置造成的速度差以及流经一些特 殊设计的边角、凹凸时产生的气流扰动所 形成的
p pC p B C B
3.缓燃期
• 特点：采取措施使后期喷入的燃油能及时 得到足够的空气，尽可能地加速混合气的 形成，保证迅速而完全的燃烧，从而提高 柴油机的经济性和动力性。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。
• 缓燃期不缓
油蒸气压的压力，故而形成汽泡，压力升高，汽 泡爆裂产生冲击波，多次作用于金属表面引起。
对喷射系统的要求
• 对喷油规律的基本要求 1. 尽可能减少喷油系统中的燃油压力波动，以防 止不正常喷射现象 2. 不同转速、负荷下，在最佳喷油时刻精确提供 所需燃油量。 3. “先缓后急，断油迅速” 4. 良好的油束特性以满足燃烧室的要求 5. 提高系统的工作可靠性和使用寿命
油膜蒸发
• 混合的指导思想是利用燃油蒸发速率控制混合气 生成速率，燃烧室壁面温度和空气旋流起了主要 作用。 • 油膜受热蒸发所需时间要比细小油滴长得多，加 之燃烧室壁温控制较低，使油膜蒸发混合方式在 期内生成的混合气量远小于空间雾化方式。 • 随燃烧进行，在高温和火焰辐射作用下，油膜蒸 发加速，使混合气生成速度加快。 • 大部分燃料是在蒸发后以气体状态与空气或高温 燃气接触，可以避免空间雾化混合时常有的液态 燃油高温裂解问题，使炭烟特别是大颗粒炭烟排 放降低。
各种直喷式燃烧室比较
示
直喷式燃烧室柴油机的性能特点
1) 燃烧迅速，故经济性好，有效燃油消耗率低。直 喷式柴油机比分隔式柴油机有效燃油消耗率约低 10％～20％，但其工作较粗暴，压力升高率大， 燃烧噪声大。 2)燃烧室结构简单，表面积与容积比小，因此散热 损失小，也没有主、副室之间的节流损失，一方 面可使冷起动性能较好，另一方面也是经济性好 的重要原因。 3)对喷射系统的要求较高， 4)NO的排放量比分隔式燃烧室柴油机高，开式燃烧 室的微粒排放量相对较低。 5)对转速的变化较为敏感，较难同时兼顾高速和低速 工况的性能，
滚流
• 在进气过程中 形成的绕垂直 于气缸轴线的 有组织的空气 旋流称为滚流 (tremble)，也 称为纵涡或横 轴涡流。
柴油机燃烧室
• (a) 浅盆形
各种直喷式燃烧室形式 (b) ω形 (c)挤流口形
(d)球形
• 浅盆形燃烧室的特点 • ω形燃烧室的特点
• 属于半开式燃烧室，在活塞顶部设有比较深的凹坑，其中 ω形凹坑的中心凸起是为了帮助形成涡流以及排除气流运 动很弱的中心区域的空气而设置的。 • 一般dk／D为0.6左右，dk／h＝1.5～3.5。采用4～6孔均布 的多孔喷油器中央布置(四气门时)或偏心布置(二气门时)， 喷雾贯穿率一般为1.05。 • 空气运动以进气涡流为主，挤流为辅。 • 进气涡流比介于最低的浅盘形燃烧室(<1.5)和最高的球形 燃烧室(>3)之间， • 通过减小dk／D，和余隙高度S0，可使挤流强度增加。 • 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1.3～1.5的条件下实现完全燃烧。
• 燃烧放热规律曲线形状 应先缓后急。在开始放热阶段，不希望燃烧 放热速率上升得过快，以降低压力升高比，使 柴油机的工作粗暴得到控制；然后燃烧应加速 进行，使绝大部分燃油在尽可能靠近上止点处 完成燃烧，以提高经济性。
• 燃烧持续时间 燃烧持续时间原则上越短越好。
汽油机和柴油机燃烧过程主要特点对比
分隔式燃烧室——预燃室
预燃室布置形式
Fra Baidu bibliotek 预燃室
• 预燃室容积约占整个燃烧室压缩容积的35 ％一45％ • 预燃室与主燃烧室之间通道的截面积约为 活塞截面积的0．3 ——0．6％ • 在压缩过程中，气缸内部分空气流入预燃 室内，由于连接通道截面积很小，且不与 预燃室相切，所以在预燃室内形成强烈的 无组织的紊流
分隔式燃烧室柴油机的性能特点
• 空气利用率较高，最小的过量空气系数可达 1．2左右 • 高速下有较好的性能。 • 对喷射系统的要求低，可以使用轴针式喷油器， 喷射压力较低。 • 工作平稳，燃烧噪声小。 • 散热损失和通道节流作用引起的流动损失。较 直喷式燃烧室柴油机热效率低，经济性差。 • 低负荷下的碳烟排放量大 • 冷起动性差
2.缸内气流运动
• 1) 涡流 (1)进气涡流：在进气过程中形成的绕气缸轴线旋转 的有组织的气流运动，称为进气涡流 (2)压缩涡流 ：在涡流室燃烧室中，气体在进气过程 中并不产生旋流，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
• 2)挤流 • 3) 湍流 • 4) 滚流
进气道气门出口速度分布
DI机燃烧放热先急后缓，燃烧持续 期较长
5.2柴油机混合气的形成原理
• 5.2.1燃油的喷射与雾化
柱塞式喷油泵燃油供给系
• 分配式喷油泵燃油供给系
喷油器
• 不同喷油嘴的流通特性
• 2.喷射与雾化 • 1) 喷射过程 (1)喷射延迟阶段 (2)主喷射阶段 (3)喷油结束阶段
• 2)供油规律与喷油规律 • 单位凸轮轴转角(或单位时间)由喷油泵供 入高压油路中的燃油量称供油速率；单位 凸轮轴转角(或单位时间)由喷油器喷入燃 烧室内的燃油量称为喷油速率
• 燃烧放热规律
dQB dU dW dQw d d d d
2. 柴油机合理的燃烧放热规律
1)放热规律三要素 • 一般将燃烧放热始点(相位)、放热持续期 和放热率曲线的形状称为放热规律三要素
2)理想的燃烧放热规律 合适的燃烧起点，同时燃烧应该是先缓后 急，燃烧持续时间不宜过长
• （汽、柴）放热始点的位置要能保证最大燃烧 压力出现在上止点后10°～15°。柴油机通过 喷油提前角的变化以及着火落后期长短来加以 调控
柴油机燃烧过程、喷油速率和放热规律
1.着火延迟期
• 着火延迟期又称为滞燃期、着火落后期，从 燃油开始喷入燃烧室内(A点)至压力线明显脱 离压缩线开始急剧上升(B点)
注意：柴油机着火延迟期的长短会明显影响滞燃期内喷 油量和预制混合气量的多少，从而影响柴油机的燃烧特 性、动力、经济性、排放特性以及噪声振动，必须精确 控制
3)
两种混合方式的对比 空间雾化
• 燃油的喷雾特性对混合起决定性的作用 • 喷雾细、均匀。较多的油滴受热蒸发，着火延 迟期内形成大量的可燃混合气，燃烧初期放热 率过大，压力急剧升高，工作粗暴，NOx排放 高。 • 如果减小着火延迟期内混合气生成量，则势必 造成大量燃油在着火后的高温高压下蒸发混合， 容易因空气不足而裂解成炭烟。 • 空间雾化混合方式有较高的热效率，但炭烟、 NOx和燃烧噪声均较高。
各种涡流比
• 导气屏设置在进气门上，可调节涡流强 度，涡流比0 ～ 4 • 切向气道形状简单，涡流比1 ～2 • 螺旋气道的形状最复杂，涡流比2～4， 同样涡流比时的进气阻力小于切向气道， 适用于对进气涡流强度要求较高的发动 机
涡流比进入凹坑时增大
涡流比随曲轴转角的变化
压缩涡流
• 在涡流室燃烧室中， 气体在进气过程中 并不产生旋流，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
着火延迟期的影响因素
• • • • • 十六烷值 温度 压力 燃烧室形式 壁温
2.速燃期
• 压力升高率 • 从提高动力性和经济性的角度，希望dp／dφ 大一些 • dp／dφ 过大会使柴油机工作粗暴，运动零部件受到 过大冲击载荷， • 过急的压力升高会导致温度明显升高，使氮氧化物生 成量明显增加。 • 为兼顾柴油机运转平稳性， dp／dφ 不宜超过 0.4MPa ／(°)，而为了抑制氮氧化物的生成， dp／dφ 还应 更低。
分隔式燃烧室——涡流室
• 涡流室容积约占整个燃烧 室压缩容积的50％～ 60 ％。 • 涡流室与主燃烧室之间通 道的截面积约为占活塞截 面积的1％～3．5％ • 通道方向与活塞顶 成一 定的倾斜角度 • 在压缩过程中，空气从主 燃烧室经通道流 入涡流 室，在涡流室内形成强烈 的有组织的压 缩涡流
涡流室形状
• 两者的差别主要原因 ： (1) 燃油的可压缩性 (2) 压力波传播滞后 （相位差） (3) 压力波动 （形状上的差异） (4) 高压容积变化
高压油管的弹性变形及出油阀、针阀两个弹 性系统的影响
3) 异常喷射与穴蚀
• a)正常喷射
b)二次喷射
c)断续喷射
d)隔次喷射
穴蚀：高压容积内产生压力波动时，会出现低于燃
分隔式燃烧室柴油机的性能特点
(1)采用浓、稀两段混合燃烧方式，前段过浓(还原)气氛，抑制了NOx的生成和燃 烧温度，而后段的稀燃(氧化)气氛和二次涡流又促进了炭烟的快速氧化，因 而NOx和微粒排放均低于直喷式燃烧室，但低负荷下的碳烟排放量较大。 (2)由于初期放热率低，因而压力升高率和最高燃烧压力均低于直喷式燃烧室， 燃烧柔和，振动噪声小。 (3)对于涡流室，压缩涡流随发动机转速升高而增强，即转速越高，混合气形成 和燃烧速度越高，因此涡流室式燃烧室适合于高速柴油机，其转速可高达 5000r／min。 (4)缸内气流运动自始至终比较强烈，空气利用率好，可在过量空气系数1.2左右 的条件下正常工作。 (5)对喷油系统要求不高，不需要进气涡流，进气道形状简单，因而加工制造成 本低，使用故障少。 (6) 燃烧室结构复杂，表面积与容积之比较大，加上强烈的空气运动的影响，使 散热损失较大，通道节流作用引起的流动损失也较大。因此，分隔式燃烧室 柴油机较直喷式燃烧室柴油机热效率低，经济性差。 (7) 散热损失大和喷雾质量不高，冷起动性能不如直喷式燃烧室
挤流
• 挤流也是一种有效的缸内气体运动，在 压缩过程中，当活塞接近上止点时，气 缸内的空气被挤入活塞顶部的燃烧室凹 坑内，由此产生挤压涡流(挤流)
a)无进气涡流 或涡流不强时 的挤流
b)进气涡流强时的挤流
c)逆挤流
湍流
• 在气缸中形成的无规则的小尺度气流运动称 为湍流，也称微涡流。 • 湍流可以促进燃油和空气的微混合程度，加 速燃烧过程。
4. 补燃期 缓燃期D点到燃料基本燃烧完毕。累 积放热率大于95%。后燃远离上止点， 热量不能有效利用，散热损失增加，热 负荷增加，排温升高。 补燃期要短
5.1.2 燃烧放热规律
• 1.燃烧放热规律的定义
• 瞬时放热速率是指单位时间内(或l°曲轴转 角内)燃烧的燃油所放出的热量； • 累积放热百分比，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。 • 瞬时放热速率和累积放热百分比随曲轴转角 的变化关系，称为燃烧放热规律
MAN公司的J．S．Meurer博士—— M燃烧过程
M燃烧过程表述
• 喷油射束沿球形燃烧室壁面并顺气流喷射，燃 油被喷涂在壁面上形成油膜。 • 为保证形成很薄的厚度均匀的油膜，需要很强 的涡流(涡流比>3)。 • 在较低壁温的控制下(200—350)，燃料在着火 前以较低速度蒸发，在着火落后期内生成的混 合气较少，因而初期燃烧放热率和压力升高率 低。 • 随燃烧进行，缸内温度和火焰热辐射强度提 高，使得油膜蒸发加速，燃烧也随之加速。
合理的喷油规律及其实现
• 合理的喷油规律
1）改变凸轮型线
2）双弹簧喷油器
双弹簧喷油器喷射规律形状与单 弹簧喷油器进行对比 a) 单弹簧喷油器 (b) 双弹簧喷油器
3）预喷射和多段喷射
预喷射对燃烧特性的影响
多段喷射的示意图
5.2.2燃烧室与混合气形成
• 1.柴油机的混合气形成特点和方式
1) 空间雾化混合 2) 油膜蒸发混合
• 挤流口形燃烧室
(a) 四角形
非回转体燃烧室 (b) 微涡流MTCC ( c) Quardram
(d) 花瓣形
日本小松公司的微涡流燃烧室
MTCC(micro turbulence combustion chamber)
• 在半开式燃烧室的基础之上，利用燃烧室 形状的设计来产生微涡流，改善混合气形 成和燃烧。 • 除大尺度的涡流(如进气涡流和挤压涡流)以 外，小尺度的涡流，又称为微涡流或湍流， 对混合气形成和燃烧的促进作用已得到公 认。 • 微涡流主要是利用大尺度的涡流在燃烧室 内不同位置造成的速度差以及流经一些特 殊设计的边角、凹凸时产生的气流扰动所 形成的
p pC p B C B
3.缓燃期
• 特点：采取措施使后期喷入的燃油能及时 得到足够的空气，尽可能地加速混合气的 形成，保证迅速而完全的燃烧，从而提高 柴油机的经济性和动力性。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。
• 缓燃期不缓
油蒸气压的压力，故而形成汽泡，压力升高，汽 泡爆裂产生冲击波，多次作用于金属表面引起。
对喷射系统的要求
• 对喷油规律的基本要求 1. 尽可能减少喷油系统中的燃油压力波动，以防 止不正常喷射现象 2. 不同转速、负荷下，在最佳喷油时刻精确提供 所需燃油量。 3. “先缓后急，断油迅速” 4. 良好的油束特性以满足燃烧室的要求 5. 提高系统的工作可靠性和使用寿命
油膜蒸发
• 混合的指导思想是利用燃油蒸发速率控制混合气 生成速率，燃烧室壁面温度和空气旋流起了主要 作用。 • 油膜受热蒸发所需时间要比细小油滴长得多，加 之燃烧室壁温控制较低，使油膜蒸发混合方式在 期内生成的混合气量远小于空间雾化方式。 • 随燃烧进行，在高温和火焰辐射作用下，油膜蒸 发加速，使混合气生成速度加快。 • 大部分燃料是在蒸发后以气体状态与空气或高温 燃气接触，可以避免空间雾化混合时常有的液态 燃油高温裂解问题，使炭烟特别是大颗粒炭烟排 放降低。
各种直喷式燃烧室比较
示
直喷式燃烧室柴油机的性能特点
1) 燃烧迅速，故经济性好，有效燃油消耗率低。直 喷式柴油机比分隔式柴油机有效燃油消耗率约低 10％～20％，但其工作较粗暴，压力升高率大， 燃烧噪声大。 2)燃烧室结构简单，表面积与容积比小，因此散热 损失小，也没有主、副室之间的节流损失，一方 面可使冷起动性能较好，另一方面也是经济性好 的重要原因。 3)对喷射系统的要求较高， 4)NO的排放量比分隔式燃烧室柴油机高，开式燃烧 室的微粒排放量相对较低。 5)对转速的变化较为敏感，较难同时兼顾高速和低速 工况的性能，
滚流
• 在进气过程中 形成的绕垂直 于气缸轴线的 有组织的空气 旋流称为滚流 (tremble)，也 称为纵涡或横 轴涡流。
柴油机燃烧室
• (a) 浅盆形
各种直喷式燃烧室形式 (b) ω形 (c)挤流口形
(d)球形
• 浅盆形燃烧室的特点 • ω形燃烧室的特点
• 属于半开式燃烧室，在活塞顶部设有比较深的凹坑，其中 ω形凹坑的中心凸起是为了帮助形成涡流以及排除气流运 动很弱的中心区域的空气而设置的。 • 一般dk／D为0.6左右，dk／h＝1.5～3.5。采用4～6孔均布 的多孔喷油器中央布置(四气门时)或偏心布置(二气门时)， 喷雾贯穿率一般为1.05。 • 空气运动以进气涡流为主，挤流为辅。 • 进气涡流比介于最低的浅盘形燃烧室(<1.5)和最高的球形 燃烧室(>3)之间， • 通过减小dk／D，和余隙高度S0，可使挤流强度增加。 • 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1.3～1.5的条件下实现完全燃烧。
• 燃烧放热规律曲线形状 应先缓后急。在开始放热阶段，不希望燃烧 放热速率上升得过快，以降低压力升高比，使 柴油机的工作粗暴得到控制；然后燃烧应加速 进行，使绝大部分燃油在尽可能靠近上止点处 完成燃烧，以提高经济性。
• 燃烧持续时间 燃烧持续时间原则上越短越好。
汽油机和柴油机燃烧过程主要特点对比
分隔式燃烧室——预燃室
预燃室布置形式
Fra Baidu bibliotek 预燃室
• 预燃室容积约占整个燃烧室压缩容积的35 ％一45％ • 预燃室与主燃烧室之间通道的截面积约为 活塞截面积的0．3 ——0．6％ • 在压缩过程中，气缸内部分空气流入预燃 室内，由于连接通道截面积很小，且不与 预燃室相切，所以在预燃室内形成强烈的 无组织的紊流
分隔式燃烧室柴油机的性能特点
• 空气利用率较高，最小的过量空气系数可达 1．2左右 • 高速下有较好的性能。 • 对喷射系统的要求低，可以使用轴针式喷油器， 喷射压力较低。 • 工作平稳，燃烧噪声小。 • 散热损失和通道节流作用引起的流动损失。较 直喷式燃烧室柴油机热效率低，经济性差。 • 低负荷下的碳烟排放量大 • 冷起动性差
2.缸内气流运动
• 1) 涡流 (1)进气涡流：在进气过程中形成的绕气缸轴线旋转 的有组织的气流运动，称为进气涡流 (2)压缩涡流 ：在涡流室燃烧室中，气体在进气过程 中并不产生旋流，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
• 2)挤流 • 3) 湍流 • 4) 滚流
进气道气门出口速度分布
DI机燃烧放热先急后缓，燃烧持续 期较长
5.2柴油机混合气的形成原理
• 5.2.1燃油的喷射与雾化
柱塞式喷油泵燃油供给系
• 分配式喷油泵燃油供给系
喷油器
• 不同喷油嘴的流通特性
• 2.喷射与雾化 • 1) 喷射过程 (1)喷射延迟阶段 (2)主喷射阶段 (3)喷油结束阶段
• 2)供油规律与喷油规律 • 单位凸轮轴转角(或单位时间)由喷油泵供 入高压油路中的燃油量称供油速率；单位 凸轮轴转角(或单位时间)由喷油器喷入燃 烧室内的燃油量称为喷油速率
• 燃烧放热规律
dQB dU dW dQw d d d d
2. 柴油机合理的燃烧放热规律
1)放热规律三要素 • 一般将燃烧放热始点(相位)、放热持续期 和放热率曲线的形状称为放热规律三要素
2)理想的燃烧放热规律 合适的燃烧起点，同时燃烧应该是先缓后 急，燃烧持续时间不宜过长
• （汽、柴）放热始点的位置要能保证最大燃烧 压力出现在上止点后10°～15°。柴油机通过 喷油提前角的变化以及着火落后期长短来加以 调控