1、1 第五章 內(nèi)燃機(jī)混合氣的形成和燃燒 5-3點燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒室 一、燃燒室 1.設(shè)計要求：在提高經(jīng)濟(jì)性的同時降低排放污染是當(dāng)前最主要的要求。20世紀(jì)50年代以前的要求是提高經(jīng)濟(jì)性和動力性。 1）經(jīng)濟(jì)性高， it、bi . 2）燃燒放熱曲線接近等容曲線的程度要高。由曲線xb=f()、dxb/d 考察 3）污染小。 4）動力性高 5）不出現(xiàn)爆燃與表面點火 6）燃燒循環(huán)變動小 7）工作柔和，燃燒噪聲小 8）滿足速燃的要求：z0.6MPa/CA時，產(chǎn)生強(qiáng)烈燃燒噪聲，我們稱這種現(xiàn)象為工作粗暴。 減少噪聲的措施：1.縮短滯燃期；2.減少在滯燃期內(nèi)的噴油量；3.減少在滯燃期內(nèi)形成可燃混合氣的數(shù)量。常見的措

2、施是采用高十六烷值燃料，采用引導(dǎo)噴射（二級噴射）等。39 5-4 壓燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒 三、40 第五章 內(nèi)燃機(jī)混合氣的形成和燃燒 5-5 壓燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒室 分為兩大類：直接噴射燃燒室（開式）和分隔式燃燒室（間接）淺盆形直噴深坑形無渦流氣流運動有渦流渦流室分隔式預(yù)燃室40 第五章 內(nèi)燃機(jī)混合氣的形成和燃燒 5-5 41 5-5 點燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒室41 5-5 點燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒室42 5-5 點燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒室 直接噴射式燃燒室 直接噴射式燃燒室具有結(jié)構(gòu)簡單、燃油消耗低1520%、啟動容易等優(yōu)點。但也存在缺點，如進(jìn)氣系統(tǒng)和噴射系統(tǒng)要求高、噴油系統(tǒng)易出故障、最大燃燒壓力較高、噪聲及排放指標(biāo)

3、欠佳等。 在柴油機(jī)中，由于它具有高的熱效率，易于啟動，加上近年來人們在進(jìn)氣道和燃油系統(tǒng)方面取得進(jìn)展，它的應(yīng)用占統(tǒng)治地位。42 5-5 點燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒室 直接噴射式燃燒43 5-5 點燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒室分隔式燃燒室 間噴式（或叫分開式）燃燒室柴油機(jī)的有效燃油消耗率高于直噴式柴油機(jī)，但由于它具有高速性能好、噪聲和排氣污染小及對噴油系統(tǒng)要求低等優(yōu)點，因此在高速小型農(nóng)用、車用柴油機(jī)上廣泛應(yīng)用。43 5-5 點燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒室分隔式燃燒室44 5-5 點燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒室 1.特點： a混合氣靠噴射霧化，對噴霧質(zhì)量要求高（小直徑多孔噴嘴，易堵塞），對燃油系統(tǒng)要求高。 b要求油束與燃燒室形狀相配合，

4、燃料盡可能的分布整個空間。 c一般不組織渦流的情況下，依靠油束的擴(kuò)展促使燃油與空氣混合形成卷吸流動；所以，主要用于大缸徑中低速柴油機(jī)。 d結(jié)構(gòu)緊湊，形狀簡單；面容比小，熱損失小；不組織氣流運動，無節(jié)流損失；容易啟動，且燃油消耗率低，經(jīng)濟(jì)性好。 e有均勻的空間混合，滯燃期內(nèi)形成的可燃混合氣較多，dp/d升高很快，工作粗暴，燃燒室溫度較高，易冒煙產(chǎn)生較多的NOx。 f對轉(zhuǎn)速和燃料較敏感。隨轉(zhuǎn)速降低燃油霧化質(zhì)量變差，燃油粘度。 g采用較大的過量空氣系數(shù)。因混合氣形成主要靠噴霧，熱負(fù)荷高。 隨著缸徑和壓縮比的增大，煙度、 dp/d和NOx相對減少。一、淺盆形燃燒室44 5-5 點燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒室 1

5、.特點： b要求45 5-5 壓燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒室 2.燃燒的有效組織 由于淺盆形燃燒室一般不組織氣流運動，因而工作過程的組織關(guān)鍵是考慮噴射與燃燒室形狀之間的合理配合。 影響淺盆形燃燒室性能的主要因素是：供油提前角、供油規(guī)律、供油持續(xù)角、油束的霧化質(zhì)量、油束的數(shù)目和射程、油霧錐角、燃燒室的形狀、配氣相位、壓縮比等。 適用于低速大缸徑的發(fā)動機(jī)。45 5-5 壓燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒室 2.燃燒的有效組織46 5-5 壓燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒室 二、深坑形燃燒室 1.特點：對燃油系統(tǒng)要求很低，組織進(jìn)氣渦流，提高空氣的利用率，同時利用一定的噴霧質(zhì)量，過量空氣系數(shù)較?。?.3-1.5），且油耗低易起動。廣泛應(yīng)用于

6、小型高速柴油機(jī)。 46 5-5 壓燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒室 二、深坑47 5-5 壓燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒室 2.設(shè)計要點：形狀以形燃燒室為主，存在各種變形。 （1）燃燒室尺寸喉口直徑dk和深度h；相對容積比Vk/Vc 和（Vc=Vk+V）喉口直徑與氣缸直徑之比dk/D。 相對容積比Vk/Vc 盡可能大點，因為a直接噴射式發(fā)動機(jī)混合氣的形成和燃燒主要在燃燒室內(nèi)進(jìn)行，而余隙容積中的氣體不能有效利用，所以應(yīng)盡可能減少余隙容積，使空氣盡可能集中在燃燒室內(nèi)，以改善空氣利用率；b增加Vk/Vc使燃燒室的相對散熱面積減小，擠流加強(qiáng)，有利于混合氣形成和燃燒。 dk/D要合適，要與油束射程配合。dk/D大則燃燒室深，可降

7、低最高燃燒壓力；但過大則排氣不凈，活塞高度增加，喉口、活塞、噴油器容易過熱。47 5-5 壓燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒室 2.設(shè)計要點48 5-5 壓燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒室 （2）燃燒室的布置: 1）通常布置在活塞上，這樣燃燒室表面不與冷卻水直接接觸，可減少散熱損失。 2）對于4氣門發(fā)動機(jī)，燃燒室、噴油器及氣缸在同一軸線上，這樣對稱布置使熱流、氣流都較均勻，油束貫穿度與噴孔到燃燒室壁面之間距離易于優(yōu)化匹配，有利于提高發(fā)動機(jī)性能與降低排放。 3）對于2氣門發(fā)動機(jī)，由于要盡可能加大進(jìn)、排氣門尺寸，不得不將燃燒室、噴油器及氣缸三者的中心線相互錯開。此時要相應(yīng)改變噴孔位置，以使n股油束相對于燃燒室仍是對稱的。48

8、5-5 壓燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒室 （2）燃燒室的49 5-5 壓燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒室 （3）燃燒室、油束射程和渦流強(qiáng)度的配合 燃燒室尺寸、油束射程及渦流強(qiáng)度之間的配合影響燃料的空間分布和壁面分布的比例及油束的落點位置，從而影響混合氣的形成和燃燒過程。如，燃燒室口徑較小，油束射程較大，而近期渦流較弱時，就有相當(dāng)多的燃油直接噴到燃燒室壁上。 深坑形燃燒室是以空間混合為主，一般應(yīng)保證在進(jìn)氣渦流的作用下，油束仍有足夠的射程，使燃料沖擊壁面，并能反彈回來，造成燃油的再分布，以此促進(jìn)混合和燃燒。 油束與燃燒室的碰撞程度可用所謂的穿透率=L/L（L-著火時刻的油束射程，L-噴油器噴孔至燃燒室壁面的直線距離）表示。

9、對于深坑形燃燒室，一般為1.05左右。 為了增加油束射程，可將噴孔直徑加大，噴孔數(shù)目減小。噴孔數(shù)目減少，油束間的間隔增大，但在渦流作用下保證迅速混合，油束間的空氣仍能充分利用。深坑形燃燒室一般采用4-6個噴孔，其中采用4孔噴油器最多。 要適當(dāng)控制渦流強(qiáng)度，過小或過大都會使發(fā)動機(jī)性能降低。49 5-5 壓燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒室 （3）燃燒50 5-5 壓燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒室 （4）噴油器伸出缸蓋距離：3mm 噴油器伸出汽缸蓋底平面的距離h影響油束與燃燒室及氣流的配合，從而對性能有明顯的影響。過小易于將油噴到活塞頂面上；過大油束易于落到燃燒室底部，噴油器熱負(fù)荷大，易于燒壞卡死。 (5)提高噴射率，縮短噴

10、油持續(xù)期 噴射率單位工作容積每曲軸轉(zhuǎn)角的供油量mm3/cm3*()。噴油率應(yīng)與穿透率及渦流強(qiáng)度等因素相配合。對于穿透率適當(dāng)?shù)纳羁有稳紵?，采用提高燃油噴射率縮短噴油持續(xù)時間，以加強(qiáng)混合氣形成的速率。 全負(fù)荷時噴油持續(xù)期不應(yīng)大于25，一般為15-20，使燃燒持續(xù)期控制在40內(nèi)。50 5-5 壓燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒室 （4）噴油51 5-5 壓燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒室 6.提高噴油壓力 柴油機(jī)的燃燒情況取決于混合氣的生成速率，混合過程所需的能量來自噴射到燃燒室中的燃油和空氣動能。提高噴油壓力使燃油流速增加，得到較高的燃油與空氣之間的相對速度，噴油細(xì)化，蒸發(fā)速度加快，并使混合氣形成更加均勻，從而可以降低對空氣

11、渦流的要求，使充量系數(shù)增加。當(dāng)前，最高噴油壓力已達(dá)140160MPa左右。 7.利用湍流 柴油機(jī)燃燒室中的湍流對燃燒油很大影響，右圖為小松柴油機(jī)MTCC燃燒室，其利用湍流來增加擴(kuò)散燃燒階段的混合速率，以便推遲噴油提前角，使預(yù)混合燃燒階段的放熱尖峰減小，NOx含量下降，緩和燃油消耗率和NOx的矛盾。51 5-5 壓燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒室 6.提高噴油52 5-5 壓燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒室 三、球形油膜燃燒室 1.特點：燃燒室在活塞上形狀為球形，屬于深坑形燃燒室的一種；混合氣靠油膜蒸發(fā)混合形成；燃燒室壁面溫度保證在200-350C，控制裂解。 2.優(yōu)點：工作柔和，燃燒噪聲小，排煙少，性能指標(biāo)好。 3.缺點

12、：冷起動困難，負(fù)荷突變時反應(yīng)慢，低負(fù)荷時HC增大，高低速性能差別大，增壓適應(yīng)性差，大缸徑應(yīng)用困難。 52 5-5 壓燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒室 53 5-5 壓燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒室 四、渦流室燃燒室 1.混合氣的形成：燃燒室由兩部分組成主燃燒室與渦流室，如圖 特點：（1）混合氣的形成和燃燒是利用有組織的強(qiáng)烈壓縮渦流，對噴霧質(zhì)量要求不高。（2）較高的轉(zhuǎn)速可以得到較好的混合質(zhì)量，氣門大充氣效率高，適于高速發(fā)動機(jī)。（3）燃燒室空氣利用率充分、過量空氣系數(shù)較小，工作平穩(wěn)。（4）燃燒室散熱損失大，節(jié)流損失大，冷起動困難，油耗高。（5）最高燃燒溫度較低，HC、NOx和微粒排放比直噴低。 2.設(shè)計要點：（1）渦流室形

13、狀如圖球形或近似球形，易加工。三種形狀渦流。53 5-5 壓燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒室 54 5-5 壓燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒室 （2）連接通道位置通道截面為長圓形，當(dāng)其位置與渦流室相切渦流較強(qiáng)，節(jié)流損失大。當(dāng)其位置布于中央、渦流強(qiáng)度下降，節(jié)流損失小。 （3）渦流室結(jié)構(gòu)參數(shù)：渦流室容積Vk與壓縮容積Vc之比，通道面積Af與活塞面積Ap之比。Vk/Vc越大或Af/Ap越小，則壓縮渦流越強(qiáng)，渦流使空氣量增加，輸出功率大。但是Vk/ Vc增大，流動損失增大，經(jīng)濟(jì)性變差，冷起動困難。 一般 Vk/ Vc=50% Af/ Ap=1.2-1.5%54 5-5 壓燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒室 （2）55 5-5 壓燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒室 五、預(yù)燃室燃燒室 由位于氣缸蓋內(nèi)的預(yù)燃室和活塞上方的主燃燒室所組成，兩者之間由一個或數(shù)個孔道相連，噴油嘴