1、5.2 柴油機(jī)混合氣的形成、燃燒與燃燒室柴油機(jī)混合氣的形成、燃燒與燃燒室柴油機(jī)可燃混合氣的形成特點(diǎn)柴油機(jī)可燃混合氣的形成特點(diǎn)（1）柴油是在）柴油是在壓縮行程壓縮行程接近接近終了時(shí)終了時(shí)借助噴油設(shè)借助噴油設(shè)備通過高壓噴入氣缸中，與高溫、高壓的熱空氣備通過高壓噴入氣缸中，與高溫、高壓的熱空氣混合；混合；（2）柴油機(jī)可燃）柴油機(jī)可燃混合氣形成混合氣形成的的時(shí)間極短時(shí)間極短，給柴，給柴油和空氣的良好混合和完全燃燒帶來油和空氣的良好混合和完全燃燒帶來極大困難極大困難；（3）柴油機(jī)進(jìn)入氣缸的）柴油機(jī)進(jìn)入氣缸的空氣量變化不大空氣量變化不大，其工，其工況的調(diào)節(jié)是通過改變噴油量來調(diào)節(jié)。況的調(diào)節(jié)是通過改變噴油量來

2、調(diào)節(jié)。（4）可適當(dāng)組織燃燒室內(nèi)的）可適當(dāng)組織燃燒室內(nèi)的空氣運(yùn)動(dòng)空氣運(yùn)動(dòng)，促進(jìn)柴，促進(jìn)柴油與空氣的混合。油與空氣的混合。柴油機(jī)混合氣的形成方式分為空間霧化混合方式油膜蒸發(fā)混合方式復(fù)合式混合方式 1）空氣霧化混合）空氣霧化混合 直接將柴油噴向燃燒室的空間，形成霧狀混直接將柴油噴向燃燒室的空間，形成霧狀混合物，再在空間蒸發(fā)形成混合氣。合物，再在空間蒸發(fā)形成混合氣。為了充分利用為了充分利用燃燒室內(nèi)的空氣，并使混合迅速而均勻，需采取燃燒室內(nèi)的空氣，并使混合迅速而均勻，需采取兩種措施：兩種措施：（1）采用霧化質(zhì)量較好的多孔式噴油器。）采用霧化質(zhì)量較好的多孔式噴油器。將霧狀將霧狀柴油盡可能均勻地噴射到整個(gè)燃

3、燒室空間去。柴油盡可能均勻地噴射到整個(gè)燃燒室空間去。（2）適當(dāng)組織空氣運(yùn)動(dòng)，促進(jìn)柴油與空氣混合；）適當(dāng)組織空氣運(yùn)動(dòng)，促進(jìn)柴油與空氣混合；2）油膜蒸發(fā)混合）油膜蒸發(fā)混合 將絕大部分柴油噴向球形油膜燃燒室的壁面上，將絕大部分柴油噴向球形油膜燃燒室的壁面上，形成一層油膜形成一層油膜。少量油粒（少量油粒（5）懸浮在燃燒室內(nèi)的空氣中，形）懸浮在燃燒室內(nèi)的空氣中，形成著火源。成著火源。隨著燃燒過程的進(jìn)行，產(chǎn)生大量熱量，輻射到隨著燃燒過程的進(jìn)行，產(chǎn)生大量熱量，輻射到油膜上，使油膜加速蒸發(fā)，不斷提供新鮮混合氣，油膜上，使油膜加速蒸發(fā)，不斷提供新鮮混合氣，保證燃燒過程迅速而有效地進(jìn)行。保證燃燒過程迅速而有效地進(jìn)

4、行。1柴油機(jī)燃燒過程的特點(diǎn)柴油機(jī)燃燒過程的特點(diǎn) （1）柴油機(jī)內(nèi)的燃燒是在密閉的氣缸內(nèi)進(jìn)行的，因此燃）柴油機(jī)內(nèi)的燃燒是在密閉的氣缸內(nèi)進(jìn)行的，因此燃油的燃燒將直接造成氣缸油的燃燒將直接造成氣缸內(nèi)壓力、溫度的升高內(nèi)壓力、溫度的升高；（2）氣缸內(nèi)無事先準(zhǔn)備好的可燃混合氣，燃油是在接近）氣缸內(nèi)無事先準(zhǔn)備好的可燃混合氣，燃油是在接近壓縮終點(diǎn)時(shí)才噴入氣缸與空氣混合，而在一般情況下是壓縮終點(diǎn)時(shí)才噴入氣缸與空氣混合，而在一般情況下是邊邊噴射邊燃燒噴射邊燃燒；（3）燃燒不是借助外源點(diǎn)火，而是）燃燒不是借助外源點(diǎn)火，而是自燃的自燃的，并且發(fā)生第，并且發(fā)生第一個(gè)火源的部位不固定；一個(gè)火源的部位不固定；（4）在整個(gè)燃燒

5、室中，混合氣成分在不同區(qū)域、不同時(shí)）在整個(gè)燃燒室中，混合氣成分在不同區(qū)域、不同時(shí)刻并不是均勻的，因而刻并不是均勻的，因而火焰向各處傳播火焰向各處傳播的條件也的條件也不是一致不是一致的的。2燃燒過程的四個(gè)階段燃燒過程的四個(gè)階段1.1.滯燃期：滯燃期：A-BA-B2.2.速燃期：速燃期：B-C B-C 3.3.緩燃期：緩燃期：C-DC-DD點(diǎn)為溫度最高點(diǎn)：2000-2500K4.4.后燃期：后燃期：D-ED-E 滯燃期（著火落后期）滯燃期（著火落后期） 噴油始點(diǎn)噴油始點(diǎn)A到壓力開始急劇升高時(shí)的燃燒始點(diǎn)到壓力開始急劇升高時(shí)的燃燒始點(diǎn)B。燃油。燃油噴入氣缸后，并非立即著火燃燒，而需要經(jīng)歷著火前的物噴入

6、氣缸后，并非立即著火燃燒，而需要經(jīng)歷著火前的物理準(zhǔn)備過程和化學(xué)準(zhǔn)備過程。理準(zhǔn)備過程和化學(xué)準(zhǔn)備過程。滯燃期太長滯燃期太長，則在滯燃期內(nèi)噴入燃燒室中的燃料，則在滯燃期內(nèi)噴入燃燒室中的燃料就多，在著火前形成的可燃混合氣也多，燃燒時(shí)的就多，在著火前形成的可燃混合氣也多，燃燒時(shí)的壓力升高率和最高燃燒壓力會(huì)很高，運(yùn)動(dòng)零件受到壓力升高率和最高燃燒壓力會(huì)很高，運(yùn)動(dòng)零件受到強(qiáng)烈的沖擊負(fù)荷，強(qiáng)烈的沖擊負(fù)荷，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)粗暴發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)粗暴，影響使用壽命。，影響使用壽命。因此，為了能控制燃燒過程，降低柴油機(jī)的機(jī)械負(fù)因此，為了能控制燃燒過程，降低柴油機(jī)的機(jī)械負(fù)荷并使之運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，荷并使之運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，應(yīng)設(shè)法縮短滯燃期。應(yīng)設(shè)法縮

7、短滯燃期。滯燃期過短滯燃期過短，又對，又對混合氣形成不利混合氣形成不利，反過來又使，反過來又使柴油機(jī)性能惡化。柴油機(jī)性能惡化。速燃期（急燃期）速燃期（急燃期） 從燃燒始點(diǎn)從燃燒始點(diǎn)B到氣缸內(nèi)的最大壓力點(diǎn)到氣缸內(nèi)的最大壓力點(diǎn)C。從燃燒始點(diǎn)。從燃燒始點(diǎn)開始，火焰自開始，火焰自火源迅速向各處傳播火源迅速向各處傳播，使燃燒速度迅速增，使燃燒速度迅速增加，急劇放熱，導(dǎo)致燃燒室中溫度和壓力迅速上升，直加，急劇放熱，導(dǎo)致燃燒室中溫度和壓力迅速上升，直至壓力最大點(diǎn)為止至壓力最大點(diǎn)為止 。 緩燃期緩燃期 從最高壓力點(diǎn)從最高壓力點(diǎn)C起到最高溫度點(diǎn)起到最高溫度點(diǎn)D為止。此階段燃燒仍以為止。此階段燃燒仍以較快速度進(jìn)行

8、，燃?xì)鉁囟壤^續(xù)升高到較快速度進(jìn)行，燃?xì)鉁囟壤^續(xù)升高到18002200K。由于活塞。由于活塞已開始離開上止點(diǎn)下行，氣缸容積增大，壓力下降。已開始離開上止點(diǎn)下行，氣缸容積增大，壓力下降。如果所噴如果所噴入的燃油得不到必須的氧氣，則容易裂解而形成炭煙。入的燃油得不到必須的氧氣，則容易裂解而形成炭煙。 適當(dāng)加強(qiáng)燃燒室內(nèi)的空氣運(yùn)動(dòng)，加速均勻混合氣的適當(dāng)加強(qiáng)燃燒室內(nèi)的空氣運(yùn)動(dòng)，加速均勻混合氣的形成，對保證緩燃期中燃油迅速而完全地燃燒具有重形成，對保證緩燃期中燃油迅速而完全地燃燒具有重要作用。要作用。 IV后燃期（補(bǔ)燃期）后燃期（補(bǔ)燃期） 從最高燃燒溫度點(diǎn)從最高燃燒溫度點(diǎn)D起到燃燒過程結(jié)束點(diǎn)起到燃燒過程結(jié)束

9、點(diǎn)E為止。由于燃為止。由于燃燒時(shí)間短促，燃料和空氣的混合又不均勻，總有一些燃料不能燒時(shí)間短促，燃料和空氣的混合又不均勻，總有一些燃料不能及時(shí)燒完，拖到膨脹行程中繼續(xù)燃燒。在此期間，壓力和溫度及時(shí)燒完，拖到膨脹行程中繼續(xù)燃燒。在此期間，壓力和溫度均降低。均降低。 后燃使柴油機(jī)經(jīng)濟(jì)性下降，并增加了活塞組的熱負(fù)荷，后燃使柴油機(jī)經(jīng)濟(jì)性下降，并增加了活塞組的熱負(fù)荷，使排氣溫度增高。應(yīng)盡量減少后燃。使排氣溫度增高。應(yīng)盡量減少后燃。 u 燃燒室分類燃燒室分類 燃燃燒燒室室 直直接接噴噴射射式式 分分開開式式 開開式式 半半開開式式 渦渦流流室室 預(yù)預(yù)燃燃室室 形形 球球形形 U 形形 1. 直接噴射式燃燒室

10、直接噴射式燃燒室 1）開式燃燒室）開式燃燒室結(jié)構(gòu)形式結(jié)構(gòu)形式燃燒室是由氣缸蓋底平燃燒室是由氣缸蓋底平面、活塞頂面和氣缸壁面、活塞頂面和氣缸壁形成的單一容積，活塞形成的單一容積，活塞頂一般做成淺凹狀。適頂一般做成淺凹狀。適用于缸徑用于缸徑D160mm的的中中低速柴油機(jī)低速柴油機(jī)。 混合氣形成特點(diǎn)混合氣形成特點(diǎn)（1）混合氣形成的方式基本上是）混合氣形成的方式基本上是空間霧化混合空間霧化混合。（2）靠）靠很高的噴油壓力很高的噴油壓力和和多孔噴油器多孔噴油器（68孔），孔），將柴油盡可能均勻噴散在燃燒室空間。將柴油盡可能均勻噴散在燃燒室空間。（3）不需要有意識地組織氣流運(yùn)動(dòng)不需要有意識地組織氣流運(yùn)動(dòng)，

11、或僅組織極，或僅組織極微弱的渦流運(yùn)動(dòng)。微弱的渦流運(yùn)動(dòng)。 優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)缺點(diǎn)（1）經(jīng)濟(jì)性好，起動(dòng)性能好。）經(jīng)濟(jì)性好，起動(dòng)性能好。（2）工作較粗暴，機(jī)械負(fù)荷大。）工作較粗暴，機(jī)械負(fù)荷大。（3）高速性較差。）高速性較差。（4）對燃油噴射系統(tǒng)要求高，要求高噴射壓力）對燃油噴射系統(tǒng)要求高，要求高噴射壓力和多孔噴油器。和多孔噴油器。（5）對燃油品質(zhì)及轉(zhuǎn)速較敏感。）對燃油品質(zhì)及轉(zhuǎn)速較敏感。2）半開式燃燒室）半開式燃燒室 結(jié)構(gòu)形式結(jié)構(gòu)形式 半開式燃燒室由凹形活塞頂與氣缸蓋底面半開式燃燒室由凹形活塞頂與氣缸蓋底面所包圍的單一內(nèi)腔，幾乎全部容積都在活塞頂所包圍的單一內(nèi)腔，幾乎全部容積都在活塞頂面上。適用于缸徑面上。適用

12、于缸徑D90150mm的高速柴油的高速柴油機(jī)。一般需要組織空氣運(yùn)動(dòng)來促進(jìn)混合氣的形機(jī)。一般需要組織空氣運(yùn)動(dòng)來促進(jìn)混合氣的形成和燃燒。常用的半開式燃燒室有成和燃燒。常用的半開式燃燒室有形燃燒室、形燃燒室、球形燃燒室和球形燃燒室和U形燃燒室形燃燒室。2）半開式燃燒室）半開式燃燒室形形 由平的氣缸蓋底由平的氣缸蓋底面和活塞頂內(nèi)的面和活塞頂內(nèi)的形凹坑及氣缸形凹坑及氣缸壁組成壁組成 。 混合氣形成特點(diǎn)混合氣形成特點(diǎn)（1）可燃混合氣的形成以）可燃混合氣的形成以空間霧化混合空間霧化混合為主。為主。（2）對燃料供給系的要求較高，一般采用）對燃料供給系的要求較高，一般采用35孔的多孔孔的多孔噴油器噴油器，將大部

13、分燃油均勻地噴散到燃燒室空間，使燃油，將大部分燃油均勻地噴散到燃燒室空間，使燃油迅速蒸發(fā)并與空氣混合。迅速蒸發(fā)并與空氣混合。（3）此類燃燒室都）此類燃燒室都組織進(jìn)氣渦流和擠氣渦流組織進(jìn)氣渦流和擠氣渦流，以促進(jìn)混，以促進(jìn)混合氣的形成和燃燒。合氣的形成和燃燒。 優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)缺點(diǎn)：（1）形狀簡單，易于加工。）形狀簡單，易于加工。（2）結(jié)構(gòu)緊湊，散熱面積小，熱效率高。）結(jié)構(gòu)緊湊，散熱面積小，熱效率高。（3）冷起動(dòng)性能較好。）冷起動(dòng)性能較好。（4）所要求的噴油壓力較高，因而與之配套的噴油泵）所要求的噴油壓力較高，因而與之配套的噴油泵和噴油器中的配合偶件加工精度的要求較高。和噴油器中的配合偶件加工精度的要求

14、較高。（5）所采用的多孔噴油器的噴孔直徑小，工作可靠性）所采用的多孔噴油器的噴孔直徑小，工作可靠性差。差。（6）工作較粗暴。）工作較粗暴。2）半開式燃燒室球形）半開式燃燒室球形 球型燃燒室活球型燃燒室活塞頂部有一球塞頂部有一球形空腔，形狀形空腔，形狀比半球稍大。比半球稍大。混合氣形成特點(diǎn)混合氣形成特點(diǎn)（1）噴油器為）噴油器為單孔或雙孔式噴油器單孔或雙孔式噴油器，偏置于喉，偏置于喉管邊緣，使管邊緣，使噴孔順著進(jìn)氣渦流斜噴噴孔順著進(jìn)氣渦流斜噴。（2）通常采用螺旋進(jìn)氣道以產(chǎn)生強(qiáng)烈的）通常采用螺旋進(jìn)氣道以產(chǎn)生強(qiáng)烈的進(jìn)氣渦進(jìn)氣渦流。流。（3）其可燃混合氣形成屬）其可燃混合氣形成屬油膜蒸發(fā)混合油膜蒸發(fā)混合

15、。 優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)缺點(diǎn)：（1）壓力升高率較低，工作柔和，燃燒噪聲較）壓力升高率較低，工作柔和，燃燒噪聲較小。小。（2）燃燒較完全，有較好的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，）燃燒較完全，有較好的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，排煙少，可使用多種輕質(zhì)燃料。排煙少，可使用多種輕質(zhì)燃料。（3）燃燒過程進(jìn)行迅速，后燃期較短。）燃燒過程進(jìn)行迅速，后燃期較短。（4）冷起動(dòng)比較困難。）冷起動(dòng)比較困難。（5）低速性能較差。）低速性能較差。（6）在大缸徑柴油機(jī)上應(yīng)用困難，對增壓適應(yīng)）在大缸徑柴油機(jī)上應(yīng)用困難，對增壓適應(yīng)性差。性差。（7）加工和安裝要求高。）加工和安裝要求高。3）半開式燃燒室）半開式燃燒室U形形 又稱為復(fù)合式燃又稱為復(fù)合式燃燒室，活塞

16、頂部燒室，活塞頂部為一為一U形空腔。形空腔?；旌蠚庑纬商攸c(diǎn)混合氣形成特點(diǎn)（1）利用螺旋氣道和切向氣道相結(jié)合的）利用螺旋氣道和切向氣道相結(jié)合的扭切氣道扭切氣道，形，形成較強(qiáng)的成較強(qiáng)的進(jìn)氣渦流進(jìn)氣渦流。（2）采用）采用單孔軸針式噴油器，噴油基本與空氣渦流方單孔軸針式噴油器，噴油基本與空氣渦流方向垂直向垂直 。（3）可燃混合氣形成在）可燃混合氣形成在低速及起動(dòng)時(shí)是以空間霧化混低速及起動(dòng)時(shí)是以空間霧化混合為主，正常工作時(shí)是以油膜蒸發(fā)混合為主。合為主，正常工作時(shí)是以油膜蒸發(fā)混合為主。 優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)缺點(diǎn)： 保存了球形燃燒室的主要優(yōu)點(diǎn)，但其保存了球形燃燒室的主要優(yōu)點(diǎn)，但其低速及起低速及起動(dòng)性能仍較好，對噴油設(shè)

17、備的要求也低。動(dòng)性能仍較好，對噴油設(shè)備的要求也低。2. 分開（隔）式燃燒室分開（隔）式燃燒室 整個(gè)燃燒室的容積分成兩個(gè)部分：一部分整個(gè)燃燒室的容積分成兩個(gè)部分：一部分在活塞頂面與氣缸蓋底面之間，稱在活塞頂面與氣缸蓋底面之間，稱為主燃燒室為主燃燒室；另一部分位于氣缸蓋內(nèi)下部，稱為另一部分位于氣缸蓋內(nèi)下部，稱為副燃燒室。副燃燒室。主副燃燒室之間通過一個(gè)或多個(gè)通道相連。主副燃燒室之間通過一個(gè)或多個(gè)通道相連。 1）渦流室式燃燒室）渦流室式燃燒室 渦流室式燃燒室適用于渦流室式燃燒室適用于缸徑缸徑D130mm的中小的中小功率高速柴油機(jī)。其引功率高速柴油機(jī)。其引燃室稱為渦流室，通常燃室稱為渦流室，通常為球形

18、、球錐形或球柱為球形、球錐形或球柱形。渦流室容積約燃燒形。渦流室容積約燃燒室總?cè)莘e的室總?cè)莘e的5080。 混合氣形成特點(diǎn)混合氣形成特點(diǎn)（1）壓縮過程中氣缸內(nèi)的空氣被擠入渦流室，）壓縮過程中氣缸內(nèi)的空氣被擠入渦流室，形成強(qiáng)烈而有規(guī)則的形成強(qiáng)烈而有規(guī)則的壓縮渦流壓縮渦流。（2）一般采用）一般采用單孔軸針式噴油器單孔軸針式噴油器，噴油器裝在，噴油器裝在渦流室內(nèi)，燃油順著空氣渦流旋轉(zhuǎn)方向噴射。渦流室內(nèi)，燃油順著空氣渦流旋轉(zhuǎn)方向噴射。（3）壓縮行程快結(jié)束時(shí)，渦流室內(nèi)噴射的燃油）壓縮行程快結(jié)束時(shí)，渦流室內(nèi)噴射的燃油與空氣混合形成可燃混合氣。著火后渦流室的壓與空氣混合形成可燃混合氣。著火后渦流室的壓力升高，高壓燃?xì)鈯A帶大量未燃油霧沖入主燃燒力升高，高壓燃?xì)鈯A帶大量未燃油霧沖入主燃燒室，形成室，形成燃燒渦流燃燒渦流加速燃燒。加速燃燒。優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)缺點(diǎn)： （1）對噴霧質(zhì)量要求低，一般采用單孔軸針式）對噴霧質(zhì)量要求低，一般采用單孔軸針式噴油器，啟閥壓力較低。噴油器，啟閥壓力較低。 （2）對燃油要求低，甚至可用劣質(zhì)燃油。）對燃油要求低，甚至可用劣質(zhì)燃油。 （3）工作較柔和，噪聲較小。）工作較柔和，噪聲較小。 （4）排出的廢氣有害成分少。）排出的廢氣有害成分少。 （5）平均有效壓力較高。）平均有效壓力較