第五章

柴油機(jī)混合氣的形成和燃燒第五章

柴油機(jī)混合氣的形成和燃燒2主要內(nèi)容第一節(jié)柴油機(jī)混合氣的形成第二節(jié)柴油機(jī)的燃燒過(guò)程第三節(jié)柴油機(jī)混合氣形成和燃燒的技術(shù)發(fā)展第四節(jié)不同混合氣形成和燃燒過(guò)程的比較2主要內(nèi)容第一節(jié)柴油機(jī)混合氣的形成3背景知識(shí)：1892年，德國(guó)工程師狄塞爾根據(jù)定壓熱功循環(huán)原理，研制出壓燃式柴油機(jī)。3背景知識(shí)：1892年，德國(guó)工程師狄塞爾根據(jù)定壓熱功循環(huán)原445第一節(jié)柴油機(jī)混合氣的形成一、柴油機(jī)混合氣形成的特點(diǎn)和方式1.混合氣形成特點(diǎn)：（1）缸內(nèi)進(jìn)行：在壓縮行程接近終了時(shí)柴油由噴射系統(tǒng)直接噴入燃燒室內(nèi)。（2）混合時(shí)間短：難以形成均勻的混合氣，燃燒室內(nèi)的工質(zhì)成分隨時(shí)間和地點(diǎn)而變化。（3）采用較大的過(guò)量空氣系數(shù)：柴油本身粘度大，蒸發(fā)性不好。（4）混合氣在高溫、高壓下多點(diǎn)自燃著火燃燒，且混合過(guò)程、著火過(guò)程和燃燒過(guò)程共存。5第一節(jié)柴油機(jī)混合氣的形成一、柴油機(jī)混合氣形成的特點(diǎn)和方62.混合氣形成的基本方式1）空間霧化混合

將燃油噴向燃燒室空間進(jìn)行霧化，通過(guò)燃油與空氣間的相互運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散，在空間形成可燃混合氣。相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度越高，混合氣越均勻。

采用多孔噴嘴，燃燒完全，經(jīng)濟(jì)性好。初期空間分布燃料多，燃燒迅速，工作粗暴。柴油機(jī)混合氣形成靠三方面的相互作用：一是燃燒室的結(jié)構(gòu),二是燃料的噴霧，三是缸內(nèi)適當(dāng)?shù)目諝膺\(yùn)動(dòng)。62.混合氣形成的基本方式柴油機(jī)混合氣形成靠三方面的相互作72）壁面油膜蒸發(fā)混合

空間霧化混合是將燃料噴在燃燒室空間。油膜蒸發(fā)型混合：將燃料噴在燃燒室壁面上，使之成為薄薄的一層油膜，只有一小部分燃料分布在燃燒室空間。經(jīng)燃燒室壁面和燃燒加熱，邊蒸發(fā)，邊混合，邊燃燒。初期蒸發(fā)、燃燒慢，后期蒸發(fā)、燃燒迅速（先緩后急）。采用單、雙孔噴嘴，放熱先緩后急,工作柔和，噪聲小，經(jīng)濟(jì)性較好，但冷起動(dòng)困難。，72）壁面油膜蒸發(fā)混合采用單、雙孔噴嘴，放熱先緩后急,工8

目前多數(shù)車用柴油機(jī)仍以空間霧化混合為主。8目前多數(shù)車用柴油機(jī)仍以空間霧化混合為主。91噴油系統(tǒng)油箱

輸油泵

濾油器

低壓油管

噴油泵

高壓油管

噴油器（噴油嘴）多余的油液經(jīng)溢流閥流回油箱。二燃油的噴射與霧化91噴油系統(tǒng)油箱輸油泵濾油器低壓油管101噴油泵作用：提高柴油壓力，按照發(fā)動(dòng)機(jī)的工作順序、負(fù)荷大小，定時(shí)、定量地向噴油器輸送高壓柴油，且各缸供油壓力均等。分類：直列柱塞式、轉(zhuǎn)子分配式101噴油泵112噴油器作用：將噴油泵供給的柴油，以一定的壓力，呈霧狀噴入燃燒室。噴油器有孔式和軸針式兩種。112噴油器噴油器有孔式和軸針式兩種。12特點(diǎn)：噴孔的位置和方向與燃燒室形狀相適應(yīng)，以保證油霧直接噴射在球形燃燒室壁上；噴射壓力較高；噴油頭細(xì)長(zhǎng)，噴孔小，加工精度高?？资絿娪推鬟m用于直接噴射式燃燒室，孔數(shù)1～8個(gè)，孔徑0.2～0.8mm。12特點(diǎn)：孔式噴油器131314噴孔為圓環(huán)形狹縫，孔徑13mm,噴油壓力較低，1214Mpa。軸針式噴射器

用于分隔式燃燒室。特點(diǎn)：不噴油時(shí)針閥關(guān)閉，使高壓油與燃燒室隔開(kāi)；噴孔較大，便于加工且不易堵塞；針閥在油壓達(dá)到一定壓力時(shí)迅速打開(kāi)，供油停止時(shí)又在彈簧作用下立即關(guān)閉，沒(méi)有滴油現(xiàn)象。14噴孔為圓環(huán)形狹縫，孔徑13mm,噴油壓力較低，1214M1515162噴射過(guò)程:噴油泵開(kāi)始供油直至噴油器停止噴油的過(guò)程，整個(gè)噴射過(guò)程在全負(fù)荷下約占15°～40°曲軸轉(zhuǎn)角，噴入油量一般為供油量的30-40%

。

噴射過(guò)程I噴射延遲階段：從噴油泵柱塞頂封閉進(jìn)回油孔的理論供油始點(diǎn)到噴油器針閥開(kāi)始升起(噴油始點(diǎn))為止。Ⅱ主噴射階段：從噴油始點(diǎn)到噴油器端壓力開(kāi)始急劇下降為止。Ⅲ噴油結(jié)束階段：從噴油器端壓力開(kāi)始急劇下降針閥完全落座(噴油終點(diǎn))為止。162噴射過(guò)程:噴射過(guò)程I噴射延遲階段：從噴油泵柱塞頂封閉173供油規(guī)律與噴油規(guī)律：供油速率：?jiǎn)挝煌馆嗇S轉(zhuǎn)角（或單位時(shí)間）由噴油泵供入高壓油路中的燃油量；噴油速率：?jiǎn)挝煌馆嗇S轉(zhuǎn)角（或單位時(shí)間）由噴油器噴入燃燒室內(nèi)的燃油量；供油規(guī)律：供油速率隨凸輪軸轉(zhuǎn)角（或時(shí)間）的變化關(guān)系。噴油規(guī)律：噴油速率隨凸輪軸轉(zhuǎn)角（或時(shí)間）的變化關(guān)系。173供油規(guī)律與噴油規(guī)律：供油速率：?jiǎn)挝煌馆嗇S轉(zhuǎn)角（或單位184噴霧燃油噴入燃燒室后被粉碎分散為細(xì)小微粒的過(guò)程，稱為燃油的噴霧或霧化。

將燃油噴射霧化，可以大大增加其表面積，加速混合氣形成。184噴霧燃油噴入燃燒室后被粉碎分散為細(xì)小微粒的過(guò)程，稱為19油束的幾何形狀主要包括油束射程L(又稱貫穿距離)和噴霧錐角β或油束的最大寬度B。當(dāng)燃油高速?gòu)膰娍讎姵?噴出速度為l00一300m／s)便形成如園錐形狀的噴注，也稱油束。19油束的幾何形狀主要包括油束射程L(又稱貫穿距離)和噴霧錐205不正常噴射二次噴射：主噴射結(jié)束針閥落座后，在高壓油管內(nèi)壓力波反射作用下，針閥再次升起進(jìn)行噴油的現(xiàn)象。滴油：在正常噴射結(jié)束后，如斷油不干脆，仍有少量柴油滴出，稱為滴油。斷續(xù)噴射：進(jìn)入噴油嘴燃油量不穩(wěn)定，壓力波動(dòng)引起。不規(guī)則噴射和隔次噴射：低速（怠速）時(shí)，油壓不足，壓不開(kāi)針閥。下一循環(huán)時(shí)油壓聚足，壓開(kāi)針閥噴射。致使怠速運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)定。205不正常噴射21二、缸內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)氣體運(yùn)動(dòng)方式渦流擠流滾流湍流進(jìn)氣渦流壓縮渦流21二、缸內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)渦流擠流滾流湍流進(jìn)氣渦流壓縮渦22⑴進(jìn)氣渦流：在氣缸蓋上采用特殊形狀的進(jìn)氣道,使空氣進(jìn)入氣缸時(shí),形成繞氣缸軸線旋轉(zhuǎn)的有組織的氣流運(yùn)動(dòng)。產(chǎn)生進(jìn)氣渦流運(yùn)動(dòng)的方法有:切向進(jìn)氣道、螺旋進(jìn)氣道、組合進(jìn)氣系統(tǒng)。1.渦流

包括進(jìn)氣渦流和壓縮渦流22⑴進(jìn)氣渦流：在氣缸蓋上采用特殊形狀的進(jìn)氣道,使空氣進(jìn)入氣231）切向氣道形狀比較直平，在氣門座前強(qiáng)烈收縮，使氣流切向進(jìn)入缸內(nèi)。

特點(diǎn)：形狀簡(jiǎn)單，流動(dòng)阻力小，產(chǎn)生渦流強(qiáng)度小，適用于進(jìn)氣渦流強(qiáng)度要求不高的發(fā)動(dòng)機(jī)。231）切向氣道242）螺旋氣道在氣門腔里做成螺旋形狀，使氣流形成一定強(qiáng)度的旋轉(zhuǎn)，在平直氣道出口速度分布的基礎(chǔ)上增加了一個(gè)切向速度。特點(diǎn)：流動(dòng)阻力小，渦流強(qiáng)度大，適用于高渦流內(nèi)燃機(jī)。但是形狀最復(fù)雜，結(jié)構(gòu)尺寸及加工精度要求較高，且渦流與流量難于兼顧。242）螺旋氣道特點(diǎn)：流動(dòng)阻力小，渦流強(qiáng)度大，適用于高渦流內(nèi)253）組合進(jìn)氣系統(tǒng)P115

是指在2個(gè)進(jìn)氣門的發(fā)動(dòng)機(jī)上，采用不同類型或不同角度的兩個(gè)進(jìn)氣道以組合所需要的渦流和流速分布。253）組合進(jìn)氣系統(tǒng)P11526⑵壓縮渦流：在渦流室式燃燒室中，氣體在進(jìn)氣過(guò)程中并不產(chǎn)生渦流，而在壓縮過(guò)程中由主燃燒室經(jīng)連通道進(jìn)入渦流室時(shí)，形成強(qiáng)烈的壓縮渦流。雖然這種產(chǎn)生渦流的方式不會(huì)使進(jìn)氣阻力增大和進(jìn)氣充量下降，但形成壓縮渦流時(shí)會(huì)伴隨著不同程度的能量損失，使循環(huán)熱效率降低。26⑵壓縮渦流：272.擠流在壓縮過(guò)程后期，活塞表面的某一部分和氣缸蓋彼此靠近時(shí)所產(chǎn)生的徑向或橫向氣流運(yùn)動(dòng)稱為擠壓流動(dòng)，又稱擠流。擠流強(qiáng)度主要由擠氣面積和擠氣間隙的大小決定。

渦流強(qiáng)度較進(jìn)氣渦流小，只起輔助作用。272.擠流在壓縮過(guò)程后期，活塞表面的某一部分和氣缸蓋彼此靠28三、柴油機(jī)燃燒室2．燃燒室的分類:分隔式和直噴式。1)分隔式燃燒室----主要用于高速柴油機(jī)

燃燒室分為主燃燒室和副燃燒室兩部分，主燃燒室設(shè)在活塞頂部，副燃燒室設(shè)在氣缸蓋上，主副燃燒室用狹窄通道相聯(lián)通，燃油噴入副燃燒室中。車用柴油機(jī)常用的渦流室式燃燒室及預(yù)燃室式燃燒室屬于分隔式燃燒室。28三、柴油機(jī)燃燒室29渦流室式燃燒室

混合氣以空間霧化混合為主。一般采用軸針式噴油器。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：副燃燒室是球形的渦流室，容積約占燃燒室總?cè)莘e的50%~80%，渦流室有切向通道與主燃燒室相通。壓縮過(guò)程：活塞推進(jìn)將空氣擠進(jìn)渦流室，形成強(qiáng)烈的、有組織的高速旋轉(zhuǎn)氣流燃燒過(guò)程：柴油噴入燃燒室中，在渦流的作用下，形成較濃的混合氣。部分混合氣在渦流室中著火燃燒，已燃和未燃的混合氣高速噴入主燃燒室，借助活塞頂部的雙渦流凹坑，產(chǎn)生第二次渦流，促使進(jìn)一步混合燃燒。29渦流室式燃燒室結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：副燃燒室是球形的渦流室，容積約30預(yù)燃室式燃燒室

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：氣缸蓋上有預(yù)燃室，占燃燒室總?cè)莘e的1/3，兩燃燒室之間由一個(gè)或數(shù)個(gè)細(xì)小孔道相連。壓縮過(guò)程：壓縮時(shí)空氣經(jīng)孔道節(jié)流進(jìn)入副燃燒室形成紊流運(yùn)動(dòng)。燃燒過(guò)程：油束大部分噴射在預(yù)燃室出口，壓縮紊流將一部分小顆粒的燃油吹向預(yù)燃室上部，并在那里首先著火。混合氣著火后，預(yù)燃室中的壓力、溫度迅速升高。下部已預(yù)熱的燃油、空氣、混合氣和火焰一起經(jīng)過(guò)通道高速噴向主燃燒室。在主燃燒室中形成強(qiáng)烈的燃燒紊流，加速燃油的霧化和混合氣的形成與燃燒。30預(yù)燃室式燃燒室燃燒過(guò)程：油束大部分噴射在預(yù)燃室出口，壓縮312）直接噴射式燃燒室：燃油直接噴入由活塞頂和缸蓋形成的一個(gè)統(tǒng)一空間。適用于缸徑大于100mm，轉(zhuǎn)速大于3000r/min的柴油機(jī)。根據(jù)活塞頂部凹坑的深度分類：開(kāi)式燃燒室、半開(kāi)式燃燒室。312）直接噴射式燃燒室：32開(kāi)式燃燒室—淺坑型，如淺盆形或淺ω形燃燒室。進(jìn)氣無(wú)渦流，混合氣形成方式以空間混合為主。一般采用多孔噴嘴

特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，起動(dòng)性好，經(jīng)濟(jì)性好，熱負(fù)荷低；但α大（1.7~2.2)，工作粗暴，對(duì)燃料要求高。32開(kāi)式燃燒室—淺坑型，如淺盆形或淺ω形燃燒室。33

半開(kāi)式燃燒室—深坑型，如ω形、球形、復(fù)合式燃燒室。①ω型燃燒室混合氣形成：空間霧化混合為主。一般采用多孔噴嘴，并組織一定的進(jìn)氣渦流和擠氣渦流，以加速混合氣的形成。②球形燃燒室混合氣形成：油膜蒸發(fā)。一般采用單孔噴嘴，均配有螺旋進(jìn)氣道以產(chǎn)生強(qiáng)進(jìn)氣渦流。33半開(kāi)式燃燒室—深坑型，如ω形、球形、復(fù)合式燃燒室。34復(fù)合式（U型）天津大學(xué)史紹熙研制。混合氣形成方式:空間霧化+油膜蒸發(fā)主要特點(diǎn)（1）噴油基本垂直于氣流方向，霧化好。（2）采用螺旋進(jìn)氣道，軸針式噴油嘴。（3）低速時(shí)，氣流弱—

空間分布燃料多，改善了冷起動(dòng)性和低速性。高速時(shí)，氣流強(qiáng)—

壁面分布燃料多,工作柔和、平穩(wěn)，噪聲小。氣流運(yùn)動(dòng)起重要作用。（4）高速性能較差，對(duì)增壓適應(yīng)性差。，

34復(fù)合式（U型）天津大學(xué)史紹熙研制?；旌蠚庑?5各種燃燒室的比較35各種燃燒室的比較36第二節(jié)柴油機(jī)的燃燒過(guò)程柴油機(jī)燃燒過(guò)程的特點(diǎn)

1高壓噴油在汽缸內(nèi)部形成可燃混合氣。

2通過(guò)壓縮使燃料自燃。柴油機(jī)燃燒的主要研究方向

1噴油霧化

2噴油規(guī)律

3氣流運(yùn)動(dòng)

4燃燒室結(jié)構(gòu)以上幾方面配合要好。36第二節(jié)柴油機(jī)的燃燒過(guò)程柴油機(jī)燃燒過(guò)程的特點(diǎn)37柴油機(jī)是在壓縮過(guò)程中活塞接近上止點(diǎn)時(shí),借助噴油設(shè)備將燃油在高壓下成霧狀噴入燃燒室,以便與空氣形成可燃混合氣。柴油機(jī)燃燒方式--油滴擴(kuò)散燃燒37柴油機(jī)是在壓縮過(guò)程中活塞接近上止點(diǎn)時(shí),借助噴油設(shè)備將燃油38

一、燃燒過(guò)程柴油機(jī)燃燒過(guò)程非常復(fù)雜，為了便于分析和揭示燃燒過(guò)程的規(guī)律，通常將這一連續(xù)的燃燒過(guò)程分為四個(gè)階段.A—噴油開(kāi)始B—著火開(kāi)始滯燃期C—最大壓力急燃期緩燃期D—最高溫度E—燃料燃燒完畢后燃期38一、燃燒過(guò)程A—噴油開(kāi)始B—著火開(kāi)始滯燃期C—最大壓力39供油提前角：噴油泵的出油閥開(kāi)始升起到活塞運(yùn)行至上止點(diǎn)曲軸轉(zhuǎn)過(guò)的角度稱為供油提前角。噴油提前角：噴油器開(kāi)始噴油到活塞到達(dá)上止點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角為噴油提前角。39供油提前角：噴油泵的出油閥開(kāi)始升起到活塞運(yùn)行至上止點(diǎn)曲軸40（一）著火延遲期（滯燃期）

從A點(diǎn)到B點(diǎn)---自開(kāi)始噴油到開(kāi)始著火的這一段時(shí)期。在壓縮終點(diǎn),溫度達(dá)到450-800℃,大于柴油的自燃溫度（330-350℃）,但不會(huì)立即著火,進(jìn)行著火前的準(zhǔn)備。

著火延遲期一般著火延遲時(shí)間τi≈0.0007-0.003s，對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角稱為著火延遲角。40（一）著火延遲期（滯燃期）著火延遲期一般著火延遲時(shí)間τ41滯燃期：是控制燃燒過(guò)程的關(guān)鍵參數(shù)，影響發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。包含了物理滯燃期和化學(xué)滯燃期。著火前的物理化學(xué)過(guò)程：

物理過(guò)程—從開(kāi)始噴油到形成可燃混合氣為止，涉及了燃料的噴射、霧化、分布于燃燒室中、吸熱、汽化、擴(kuò)散、混合、升溫等一系列過(guò)程?；瘜W(xué)過(guò)程—燃料的重?zé)N成分裂解為輕烴成分、與氧氣反應(yīng)形成中間物；經(jīng)冷焰、藍(lán)焰和熱誘導(dǎo)期而著火過(guò)程。兩過(guò)程相互重疊交叉進(jìn)行。41滯燃期：是控制燃燒過(guò)程的關(guān)鍵參數(shù)，影響發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。包含42（二）速燃期

速燃期:B點(diǎn)到C點(diǎn)。從開(kāi)始著火到出現(xiàn)最高壓力。

特點(diǎn)：形成多個(gè)火焰中心，持續(xù)噴油，即隨噴隨燃。壓力急劇上升而達(dá)到最高（有可能達(dá)到13MPa以上）。速燃期42（二）速燃期

速燃期:B點(diǎn)到C點(diǎn)。從開(kāi)始著火到出現(xiàn)最高43壓力升高率大，燃燒迅速，柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性會(huì)較好；壓力升高率過(guò)大，則柴油機(jī)工作粗暴，燃燒噪音大；同時(shí)運(yùn)動(dòng)零件承受較大的沖擊負(fù)荷，影響其工作可靠性和使用壽命等。為此，壓力升高率應(yīng)限制在一定的范圍之內(nèi)：柴油機(jī)0.4~0.5MPa／oCA。

汽油機(jī)的壓力升高率為0.175~0.25Mpa/oCA。43壓力升高率大，燃燒迅速，柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性會(huì)較好；44控制壓力升高率的措施：1控制燃燒前期的放熱，促進(jìn)后期放熱---減少著火延遲期內(nèi)噴入的燃油或可能形成可燃混合氣的燃油（渦流室式燃燒室）；2縮短著火延遲期。。44控制壓力升高率的措施：45

（三）緩燃期緩燃期為圖中的CD段，即從最大壓力點(diǎn)至最高溫度點(diǎn)。當(dāng)緩燃期開(kāi)始時(shí)，雖然氣缸內(nèi)已形成燃燒產(chǎn)物，但仍有大量混合氣正在燃燒。

緩燃期45（三）緩燃期緩燃期46

（四）補(bǔ)燃期

從最高溫度點(diǎn)起到燃油基本燒完時(shí)為止稱為補(bǔ)燃期，即圖中DE段。補(bǔ)燃期的終點(diǎn)很難準(zhǔn)確地確定，一般當(dāng)放熱量達(dá)到循環(huán)總放熱量的95％—99％時(shí)，可認(rèn)為補(bǔ)燃期結(jié)束。即整個(gè)燃燒過(guò)程結(jié)束。應(yīng)盡量縮短補(bǔ)燃期，減少補(bǔ)燃期內(nèi)燃燒的燃油量。

補(bǔ)燃期46（四）補(bǔ)燃期補(bǔ)燃期47補(bǔ)燃產(chǎn)生的負(fù)面影響：在補(bǔ)燃期內(nèi)，燃料在較低的膨脹比下放熱，所放出的熱量難于有效地利用，使柴油機(jī)零件的熱負(fù)荷增加，排氣溫度升高，傳給冷卻水的熱損失也增加，柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性下降。所以補(bǔ)燃期應(yīng)盡可能地縮短。

縮短補(bǔ)燃的措施：加強(qiáng)燃燒室內(nèi)的氣流運(yùn)動(dòng)，改善混合氣的形成，減少緩燃期內(nèi)的噴油量，并提高緩燃階段的燃燒速度，使燃燒盡可能在上止點(diǎn)附近完成。47補(bǔ)燃產(chǎn)生的負(fù)面影響：在補(bǔ)燃期內(nèi)，燃料在較低的膨脹比下放熱48二、燃燒放熱規(guī)律瞬時(shí)放熱速率：在燃燒過(guò)程中的某一時(shí)刻，單位時(shí)間(單位曲軸轉(zhuǎn)角)內(nèi)燃燒的燃油所放出的熱量。累計(jì)放熱百分比：從燃燒過(guò)程開(kāi)始至某一時(shí)刻止已經(jīng)燃燒的燃油與循環(huán)供油量的比值。燃燒放熱規(guī)律：瞬時(shí)放熱速率和累計(jì)放熱百分比隨曲軸轉(zhuǎn)角的變化關(guān)系。48二、燃燒放熱規(guī)律49為了分析評(píng)價(jià)燃燒過(guò)程，必須掌握放熱速率隨曲軸轉(zhuǎn)角變化的規(guī)律。從宏觀上分析燃燒組織情況，判斷進(jìn)行的是否完善。分析方法：

1.根據(jù)噴油規(guī)律求算放熱規(guī)律；

2.由燃燒規(guī)律放熱模型預(yù)測(cè)；

3.從實(shí)測(cè)示功圖計(jì)算出放熱規(guī)律。49為了分析評(píng)價(jià)燃燒過(guò)程，必須掌握放熱速率隨曲軸轉(zhuǎn)角變化的規(guī)50（一）放熱規(guī)律，劃分為三個(gè)階段

階段—在速燃期內(nèi)，很小的曲軸轉(zhuǎn)角（3°左右）

，單位曲軸轉(zhuǎn)角的放熱量最大；

階段—放熱量約80%，約占40°CA，單位曲軸轉(zhuǎn)角的放熱量較大；

階段—在膨脹過(guò)程內(nèi)，放熱量約20%，單位曲軸轉(zhuǎn)角的放熱量很小

。50（一）放熱規(guī)律，劃分為三個(gè)階段51（二）燃燒過(guò)程三要素1放熱開(kāi)始時(shí)刻2放熱規(guī)律3放熱持續(xù)時(shí)間（二）燃燒放熱規(guī)律的三要素：燃燒放熱的始點(diǎn)、持續(xù)期、曲線形狀。（三）理想放熱規(guī)律：在不犧牲熱效率的前提下，實(shí)現(xiàn)低噪聲和低NOx的排放—先緩后急；開(kāi)始燃燒壓力升高比低于0.4MPa，隨后燃燒加快，在上止點(diǎn)附近燃燒完畢。51（二）燃燒過(guò)程三要素（二）燃燒放熱規(guī)律的三要素：（三）52三影響燃燒過(guò)程的因素1燃油噴射、氣流運(yùn)動(dòng)和燃燒室形狀的配合：三者的良好配合是滿意的混合氣形成和燃燒過(guò)程的基本保證；2負(fù)荷：負(fù)荷增大，循環(huán)供油量增大，混合氣濃度加大，單位容積混合氣燃燒熱增加，缸內(nèi)溫度上升，縮短著火延遲期，降低了工作粗暴。52三影響燃燒過(guò)程的因素1燃油噴射、氣流運(yùn)動(dòng)和燃燒室形狀533轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速升高，散熱損失和活塞環(huán)的漏氣損失減小，壓縮終點(diǎn)的溫度、壓力升高；轉(zhuǎn)速升高也會(huì)使噴油壓力升高，改善燃油的霧化。因而以秒記的著火延遲期會(huì)縮短（以曲軸轉(zhuǎn)角記的延遲期可能縮短、可能延長(zhǎng)）。4供、噴油提前角過(guò)大，噴油時(shí)缸內(nèi)壓力、溫度較低，著火延遲期長(zhǎng)，導(dǎo)致工作粗暴，過(guò)早燃燒還會(huì)增加壓縮負(fù)功，降低柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性；過(guò)小，則燃油不能在上止點(diǎn)附近及時(shí)燃燒，對(duì)柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性也不利。533轉(zhuǎn)速545燃油性質(zhì)的影響1）燃油的著火性

是指柴油噴入汽缸后能否迅速著火燃燒的能力。用十六烷值表示。十六烷值高，著火性好，滯燃期短，ΔP/ΔΦ較小，工作柔和。起動(dòng)性也好。十六烷值過(guò)高，使燃油來(lái)不及混合就燃燒，會(huì)產(chǎn)生排氣冒煙。車用柴油機(jī)的十六烷值，一般為40～50。2）

蒸發(fā)性蒸發(fā)性要適中，蒸發(fā)性過(guò)強(qiáng)，工作粗暴。蒸發(fā)性差，啟動(dòng)性不好、燃燒不完全。545燃油性質(zhì)的影響1）燃油的著火性556廢氣再循環(huán)（EGR）廢氣再循環(huán)已在轎車柴油機(jī)上得到廣泛應(yīng)用，它是指將一部分已燃廢氣再次引入到燃燒室參與燃燒。EGR可以由簡(jiǎn)單的機(jī)構(gòu)來(lái)控制，也可以與電控噴射系統(tǒng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)更精確、更理想的控制。通過(guò)廢氣再循環(huán)降低了燃燒過(guò)程中工質(zhì)的溫度，從而降低了NOX的生成。但是EGR也降低了過(guò)量空氣系數(shù)，對(duì)完善的、及時(shí)的燃燒產(chǎn)生不利，柴油機(jī)經(jīng)濟(jì)性變差，特別是在高速、高負(fù)荷時(shí)更是如此。僅在低速、低負(fù)荷是才實(shí)施EGR。556廢氣再循環(huán)（EGR）5656577壓縮比壓縮比較大時(shí)，壓縮終點(diǎn)的溫度和壓力都較高，使得著火延遲期縮短，發(fā)動(dòng)機(jī)工作比較柔和。不同壓縮比對(duì)著火延遲期的影響如圖所示。壓縮比的增大還可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性，改善啟動(dòng)性。但是，壓縮比過(guò)高，燃燒最高壓力過(guò)分增大，曲柄連桿機(jī)構(gòu)會(huì)承受過(guò)高的負(fù)荷，影響發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命。577壓縮比壓縮比的增大還可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性，改善啟動(dòng)588活塞材料的影響鑄鐵活塞和鋁合金活塞相比其溫度較高，可以縮短著火延遲期，因此在其他條件相同時(shí)，采用鑄鐵活塞的柴油機(jī)工作較柔和。9噴油規(guī)律的影響噴油速度隨時(shí)間而變化的規(guī)律。從減輕燃燒粗暴性考慮，理想的噴油規(guī)律是先緩后急。噴油延續(xù)角不宜過(guò)大，以使燃燒過(guò)程在上止點(diǎn)附近進(jìn)行，從而獲得良好的性能。588活塞材料的影響59四

燃油噴射的電子控制P130柴油機(jī)與汽油機(jī)電控噴射的主要差別：汽油機(jī)的電控噴射系統(tǒng)只是控制空燃比（汽油與空氣的比例）；柴油機(jī)的電控噴射系統(tǒng)則是通過(guò)控制噴油時(shí)間來(lái)調(diào)節(jié)輸出的大小，柴油機(jī)噴油控制是由發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和加速踏板位置（油門拉桿位置）來(lái)決定的。因此，基本工作原理是計(jì)算機(jī)根據(jù)轉(zhuǎn)速傳感器和油門位置傳感器的輸入信號(hào)，首先計(jì)算出基本噴油量，然后根據(jù)水溫、進(jìn)氣溫度、進(jìn)氣壓力等傳感器的信號(hào)進(jìn)行修正，再與來(lái)自控制套位置傳感器的信號(hào)進(jìn)行反饋修正，確定最佳噴油量的。59四燃油噴射的電子控制柴油機(jī)與汽油機(jī)電控噴射的主要差別：60電控柴油噴射系統(tǒng)由傳感器、ECU（計(jì)算機(jī)）和執(zhí)行機(jī)構(gòu)三部分組成。其任務(wù)是對(duì)噴油系統(tǒng)進(jìn)行電子控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)噴油量以及噴油定時(shí)隨運(yùn)行工況的實(shí)時(shí)控制。采用轉(zhuǎn)速、溫度、壓力等傳感器，將實(shí)時(shí)檢測(cè)的參數(shù)同步輸入計(jì)算機(jī)，與巳儲(chǔ)存的參數(shù)值進(jìn)行比較，經(jīng)過(guò)處理計(jì)算按照最佳值對(duì)噴油泵、廢氣再循環(huán)閥、預(yù)熱塞等執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，驅(qū)動(dòng)噴油系統(tǒng)，使柴油機(jī)運(yùn)作狀態(tài)達(dá)到最佳。60電控柴油噴射系統(tǒng)由傳感器、ECU（計(jì)算機(jī)）和執(zhí)行機(jī)構(gòu)三部61

笨重、噪音大、噴黑煙，令許多人對(duì)柴油機(jī)的直觀印象不佳。其實(shí)經(jīng)過(guò)多年的研究和新技術(shù)應(yīng)用，現(xiàn)代柴油機(jī)的現(xiàn)狀已今非昔比?，F(xiàn)代先進(jìn)的汽車柴油機(jī)一般采用電控噴射、高壓共軌、渦輪增壓、中冷等技術(shù)，在重量、噪音、煙度等方面已取得重大突破，達(dá)到了汽油機(jī)的水平。

第三節(jié)柴油機(jī)混合氣形成和燃燒的技術(shù)發(fā)展

61笨重、噪音大、噴黑煙，令許多人對(duì)62

據(jù)權(quán)威統(tǒng)計(jì)，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的需求在不斷增加。歐洲的一些典型汽車產(chǎn)品中，有高達(dá)90%～95%的配備了柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。

原因：動(dòng)力性----如梅塞德斯S級(jí)轎車、BMW7系列轎車中均使用了8缸柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。在8缸汽油發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法超過(guò)460Nm輸出扭矩的情況下，上述兩種車型采用了輸出扭矩為560Nm的柴油動(dòng)力。

經(jīng)濟(jì)性----某重型貨運(yùn)車輛，其整個(gè)車凈重達(dá)2.5t，10缸柴油發(fā)動(dòng)機(jī)百公里油耗為12.2L。環(huán)保性----歐洲的環(huán)境保護(hù)主義者和環(huán)保當(dāng)局對(duì)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的CO2排量進(jìn)行了精確的測(cè)試，得出了CO2排放量、經(jīng)過(guò)濾后有害顆粒的排放量也較低的結(jié)論。62據(jù)權(quán)威統(tǒng)計(jì)，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的需求在不斷增加。歐洲的一些典型631常規(guī)燃油噴射系統(tǒng)的缺陷周期性的燃油噴射使常規(guī)燃油噴射系統(tǒng)產(chǎn)生壓力波動(dòng)導(dǎo)致----二次噴油、間歇性噴油現(xiàn)象。二次噴油會(huì)導(dǎo)致不完全燃燒，增加了煙度和碳?xì)浠衔铮℉C）的排放量，油耗增加。這些現(xiàn)象在燃油壓力提高以后更為明顯。為了解決柴油機(jī)燃油壓力波動(dòng)的缺陷，現(xiàn)代柴油機(jī)采用了“共軌”的技術(shù)。電控高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)什么是共軌技術(shù)？為什么要采用共軌技術(shù)?

631常規(guī)燃油噴射系統(tǒng)的缺陷電控高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)642電控高壓共軌（HPCR）燃油噴射系統(tǒng)低壓油泵高壓油泵

電控單元（ECU）電控噴油器

共軌管（蓄壓器）nMe2）系統(tǒng)原理：低壓的輸油泵將經(jīng)過(guò)濾清的柴油輸入高壓油泵，高壓油再輸入共軌管（commonrail),共軌管的壓力由傳感器傳輸給電控單元，電控單元根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際工況（n、Me)確定并通過(guò)溢流閥調(diào)節(jié)燃油壓力。同時(shí)，電控單元確定最優(yōu)的噴油規(guī)律并通過(guò)電控噴油器將燃油噴入燃燒室。1）系統(tǒng)組成：它主要由電控單元、高壓油泵、共軌管(蓄壓器)、電控噴油器以及各種傳感器等組成。642電控高壓共軌（HPCR）燃油噴射系統(tǒng)低壓油泵高壓油656566HPCR能將噴射壓力的產(chǎn)生和噴射過(guò)程彼此完全分開(kāi)；由高壓油泵把高壓燃油輸送到公共供油管（共軌管），通過(guò)對(duì)共軌管內(nèi)的油壓實(shí)現(xiàn)精確控制，使高壓油管壓力大小與發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)，可以大幅度減小柴油機(jī)供油壓力隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化，因此也就減少了傳統(tǒng)柴油機(jī)的缺陷。ECU控制噴油器的噴油量，噴油量大小取決于燃油軌壓力和電磁閥開(kāi)啟時(shí)間的長(zhǎng)短。66HPCR能將噴射壓力的產(chǎn)生和噴射過(guò)程彼此完全分開(kāi)；67HPCR的優(yōu)點(diǎn)：

a、共軌系統(tǒng)中的噴油壓力柔性可調(diào)，對(duì)不同工況可確定所需的最佳噴射壓力，從而優(yōu)化柴油機(jī)綜合性能。

b、可獨(dú)立地柔性控制噴油正時(shí)，配合高的噴射壓力（120Mpa～200MPa），可同時(shí)控制NOx和微粒（PM）在較小的數(shù)值內(nèi)，以滿足排放要求。

c、柔性控制噴油速率變化，實(shí)現(xiàn)理想噴油規(guī)律，容易實(shí)現(xiàn)預(yù)噴射和多次噴射，既可降低柴油機(jī)NOx，又能保證優(yōu)良的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。

d、由電磁閥控制噴油，其控制精度較高，高壓油路中不會(huì)出現(xiàn)氣泡和殘壓為零的現(xiàn)象，因此在柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)范圍內(nèi)，循環(huán)噴油量變動(dòng)小，各缸供油不均勻可得到改善，從而減輕柴油機(jī)的振動(dòng)和降低排放。67HPCR的優(yōu)點(diǎn)：

a、共軌系統(tǒng)中的噴油壓力柔性可調(diào)，對(duì)68由于高壓共軌系統(tǒng)具有以上的優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外柴油機(jī)的研究機(jī)構(gòu)均投入了很大的精力對(duì)其進(jìn)行研究。比較成熟的系統(tǒng)有：德國(guó)ROBERTBOSCH公司的CR系統(tǒng)日本電裝公司的ECD-U2系統(tǒng)意大利的FIAT集團(tuán)的unijet系統(tǒng)英國(guó)的DELPHIDIESELSYSTEMS公司的LDCR系統(tǒng)迪爾公司的高壓共軌系統(tǒng)等。

68由于高壓共軌系統(tǒng)具有以上的優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外柴油機(jī)的研究機(jī)696970簡(jiǎn)述柴油機(jī)混合氣形成的兩個(gè)基本方式和特點(diǎn)。分階段簡(jiǎn)述柴油機(jī)的燃燒過(guò)程。為什么應(yīng)盡量減少發(fā)動(dòng)機(jī)的補(bǔ)燃？簡(jiǎn)述著火延遲期對(duì)柴油機(jī)性能的影響。引起柴油機(jī)工作粗暴和噪聲的原因是什么？如何改善？影響燃燒過(guò)程的三要素是什么？什么叫供油提前角和噴油提前角？簡(jiǎn)述柴油機(jī)的不正常噴射現(xiàn)象。簡(jiǎn)述柴油機(jī)燃燒室的分類及適用范圍。為什么球型燃燒室的噪聲和廢氣排放污染較低？電控高壓共軌（HPCR）燃油噴射系統(tǒng)如何克服了常規(guī)燃油噴射的缺陷？思考題70思考題第五章

柴油機(jī)混合氣的形成和燃燒第五章

柴油機(jī)混合氣的形成和燃燒72主要內(nèi)容第一節(jié)柴油機(jī)混合氣的形成第二節(jié)柴油機(jī)的燃燒過(guò)程第三節(jié)柴油機(jī)混合氣形成和燃燒的技術(shù)發(fā)展第四節(jié)不同混合氣形成和燃燒過(guò)程的比較2主要內(nèi)容第一節(jié)柴油機(jī)混合氣的形成73背景知識(shí)：1892年，德國(guó)工程師狄塞爾根據(jù)定壓熱功循環(huán)原理，研制出壓燃式柴油機(jī)。3背景知識(shí)：1892年，德國(guó)工程師狄塞爾根據(jù)定壓熱功循環(huán)原74475第一節(jié)柴油機(jī)混合氣的形成一、柴油機(jī)混合氣形成的特點(diǎn)和方式1.混合氣形成特點(diǎn)：（1）缸內(nèi)進(jìn)行：在壓縮行程接近終了時(shí)柴油由噴射系統(tǒng)直接噴入燃燒室內(nèi)。（2）混合時(shí)間短：難以形成均勻的混合氣，燃燒室內(nèi)的工質(zhì)成分隨時(shí)間和地點(diǎn)而變化。（3）采用較大的過(guò)量空氣系數(shù)：柴油本身粘度大，蒸發(fā)性不好。（4）混合氣在高溫、高壓下多點(diǎn)自燃著火燃燒，且混合過(guò)程、著火過(guò)程和燃燒過(guò)程共存。5第一節(jié)柴油機(jī)混合氣的形成一、柴油機(jī)混合氣形成的特點(diǎn)和方762.混合氣形成的基本方式1）空間霧化混合

將燃油噴向燃燒室空間進(jìn)行霧化，通過(guò)燃油與空氣間的相互運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散，在空間形成可燃混合氣。相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度越高，混合氣越均勻。

采用多孔噴嘴，燃燒完全，經(jīng)濟(jì)性好。初期空間分布燃料多，燃燒迅速，工作粗暴。柴油機(jī)混合氣形成靠三方面的相互作用：一是燃燒室的結(jié)構(gòu),二是燃料的噴霧，三是缸內(nèi)適當(dāng)?shù)目諝膺\(yùn)動(dòng)。62.混合氣形成的基本方式柴油機(jī)混合氣形成靠三方面的相互作772）壁面油膜蒸發(fā)混合

空間霧化混合是將燃料噴在燃燒室空間。油膜蒸發(fā)型混合：將燃料噴在燃燒室壁面上，使之成為薄薄的一層油膜，只有一小部分燃料分布在燃燒室空間。經(jīng)燃燒室壁面和燃燒加熱，邊蒸發(fā)，邊混合，邊燃燒。初期蒸發(fā)、燃燒慢，后期蒸發(fā)、燃燒迅速（先緩后急）。采用單、雙孔噴嘴，放熱先緩后急,工作柔和，噪聲小，經(jīng)濟(jì)性較好，但冷起動(dòng)困難。，72）壁面油膜蒸發(fā)混合采用單、雙孔噴嘴，放熱先緩后急,工78

目前多數(shù)車用柴油機(jī)仍以空間霧化混合為主。8目前多數(shù)車用柴油機(jī)仍以空間霧化混合為主。791噴油系統(tǒng)油箱

輸油泵

濾油器

低壓油管

噴油泵

高壓油管

噴油器（噴油嘴）多余的油液經(jīng)溢流閥流回油箱。二燃油的噴射與霧化91噴油系統(tǒng)油箱輸油泵濾油器低壓油管801噴油泵作用：提高柴油壓力，按照發(fā)動(dòng)機(jī)的工作順序、負(fù)荷大小，定時(shí)、定量地向噴油器輸送高壓柴油，且各缸供油壓力均等。分類：直列柱塞式、轉(zhuǎn)子分配式101噴油泵812噴油器作用：將噴油泵供給的柴油，以一定的壓力，呈霧狀噴入燃燒室。噴油器有孔式和軸針式兩種。112噴油器噴油器有孔式和軸針式兩種。82特點(diǎn)：噴孔的位置和方向與燃燒室形狀相適應(yīng)，以保證油霧直接噴射在球形燃燒室壁上；噴射壓力較高；噴油頭細(xì)長(zhǎng)，噴孔小，加工精度高。孔式噴油器適用于直接噴射式燃燒室，孔數(shù)1～8個(gè)，孔徑0.2～0.8mm。12特點(diǎn)：孔式噴油器831384噴孔為圓環(huán)形狹縫，孔徑13mm,噴油壓力較低，1214Mpa。軸針式噴射器

用于分隔式燃燒室。特點(diǎn)：不噴油時(shí)針閥關(guān)閉，使高壓油與燃燒室隔開(kāi)；噴孔較大，便于加工且不易堵塞；針閥在油壓達(dá)到一定壓力時(shí)迅速打開(kāi)，供油停止時(shí)又在彈簧作用下立即關(guān)閉，沒(méi)有滴油現(xiàn)象。14噴孔為圓環(huán)形狹縫，孔徑13mm,噴油壓力較低，1214M8515862噴射過(guò)程:噴油泵開(kāi)始供油直至噴油器停止噴油的過(guò)程，整個(gè)噴射過(guò)程在全負(fù)荷下約占15°～40°曲軸轉(zhuǎn)角，噴入油量一般為供油量的30-40%

。

噴射過(guò)程I噴射延遲階段：從噴油泵柱塞頂封閉進(jìn)回油孔的理論供油始點(diǎn)到噴油器針閥開(kāi)始升起(噴油始點(diǎn))為止。Ⅱ主噴射階段：從噴油始點(diǎn)到噴油器端壓力開(kāi)始急劇下降為止。Ⅲ噴油結(jié)束階段：從噴油器端壓力開(kāi)始急劇下降針閥完全落座(噴油終點(diǎn))為止。162噴射過(guò)程:噴射過(guò)程I噴射延遲階段：從噴油泵柱塞頂封閉873供油規(guī)律與噴油規(guī)律：供油速率：?jiǎn)挝煌馆嗇S轉(zhuǎn)角（或單位時(shí)間）由噴油泵供入高壓油路中的燃油量；噴油速率：?jiǎn)挝煌馆嗇S轉(zhuǎn)角（或單位時(shí)間）由噴油器噴入燃燒室內(nèi)的燃油量；供油規(guī)律：供油速率隨凸輪軸轉(zhuǎn)角（或時(shí)間）的變化關(guān)系。噴油規(guī)律：噴油速率隨凸輪軸轉(zhuǎn)角（或時(shí)間）的變化關(guān)系。173供油規(guī)律與噴油規(guī)律：供油速率：?jiǎn)挝煌馆嗇S轉(zhuǎn)角（或單位884噴霧燃油噴入燃燒室后被粉碎分散為細(xì)小微粒的過(guò)程，稱為燃油的噴霧或霧化。

將燃油噴射霧化，可以大大增加其表面積，加速混合氣形成。184噴霧燃油噴入燃燒室后被粉碎分散為細(xì)小微粒的過(guò)程，稱為89油束的幾何形狀主要包括油束射程L(又稱貫穿距離)和噴霧錐角β或油束的最大寬度B。當(dāng)燃油高速?gòu)膰娍讎姵?噴出速度為l00一300m／s)便形成如園錐形狀的噴注，也稱油束。19油束的幾何形狀主要包括油束射程L(又稱貫穿距離)和噴霧錐905不正常噴射二次噴射：主噴射結(jié)束針閥落座后，在高壓油管內(nèi)壓力波反射作用下，針閥再次升起進(jìn)行噴油的現(xiàn)象。滴油：在正常噴射結(jié)束后，如斷油不干脆，仍有少量柴油滴出，稱為滴油。斷續(xù)噴射：進(jìn)入噴油嘴燃油量不穩(wěn)定，壓力波動(dòng)引起。不規(guī)則噴射和隔次噴射：低速（怠速）時(shí)，油壓不足，壓不開(kāi)針閥。下一循環(huán)時(shí)油壓聚足，壓開(kāi)針閥噴射。致使怠速運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)定。205不正常噴射91二、缸內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)氣體運(yùn)動(dòng)方式渦流擠流滾流湍流進(jìn)氣渦流壓縮渦流21二、缸內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)渦流擠流滾流湍流進(jìn)氣渦流壓縮渦92⑴進(jìn)氣渦流：在氣缸蓋上采用特殊形狀的進(jìn)氣道,使空氣進(jìn)入氣缸時(shí),形成繞氣缸軸線旋轉(zhuǎn)的有組織的氣流運(yùn)動(dòng)。產(chǎn)生進(jìn)氣渦流運(yùn)動(dòng)的方法有:切向進(jìn)氣道、螺旋進(jìn)氣道、組合進(jìn)氣系統(tǒng)。1.渦流

包括進(jìn)氣渦流和壓縮渦流22⑴進(jìn)氣渦流：在氣缸蓋上采用特殊形狀的進(jìn)氣道,使空氣進(jìn)入氣931）切向氣道形狀比較直平，在氣門座前強(qiáng)烈收縮，使氣流切向進(jìn)入缸內(nèi)。

特點(diǎn)：形狀簡(jiǎn)單，流動(dòng)阻力小，產(chǎn)生渦流強(qiáng)度小，適用于進(jìn)氣渦流強(qiáng)度要求不高的發(fā)動(dòng)機(jī)。231）切向氣道942）螺旋氣道在氣門腔里做成螺旋形狀，使氣流形成一定強(qiáng)度的旋轉(zhuǎn)，在平直氣道出口速度分布的基礎(chǔ)上增加了一個(gè)切向速度。特點(diǎn)：流動(dòng)阻力小，渦流強(qiáng)度大，適用于高渦流內(nèi)燃機(jī)。但是形狀最復(fù)雜，結(jié)構(gòu)尺寸及加工精度要求較高，且渦流與流量難于兼顧。242）螺旋氣道特點(diǎn)：流動(dòng)阻力小，渦流強(qiáng)度大，適用于高渦流內(nèi)953）組合進(jìn)氣系統(tǒng)P115

是指在2個(gè)進(jìn)氣門的發(fā)動(dòng)機(jī)上，采用不同類型或不同角度的兩個(gè)進(jìn)氣道以組合所需要的渦流和流速分布。253）組合進(jìn)氣系統(tǒng)P11596⑵壓縮渦流：在渦流室式燃燒室中，氣體在進(jìn)氣過(guò)程中并不產(chǎn)生渦流，而在壓縮過(guò)程中由主燃燒室經(jīng)連通道進(jìn)入渦流室時(shí)，形成強(qiáng)烈的壓縮渦流。雖然這種產(chǎn)生渦流的方式不會(huì)使進(jìn)氣阻力增大和進(jìn)氣充量下降，但形成壓縮渦流時(shí)會(huì)伴隨著不同程度的能量損失，使循環(huán)熱效率降低。26⑵壓縮渦流：972.擠流在壓縮過(guò)程后期，活塞表面的某一部分和氣缸蓋彼此靠近時(shí)所產(chǎn)生的徑向或橫向氣流運(yùn)動(dòng)稱為擠壓流動(dòng)，又稱擠流。擠流強(qiáng)度主要由擠氣面積和擠氣間隙的大小決定。

渦流強(qiáng)度較進(jìn)氣渦流小，只起輔助作用。272.擠流在壓縮過(guò)程后期，活塞表面的某一部分和氣缸蓋彼此靠98三、柴油機(jī)燃燒室2．燃燒室的分類:分隔式和直噴式。1)分隔式燃燒室----主要用于高速柴油機(jī)

燃燒室分為主燃燒室和副燃燒室兩部分，主燃燒室設(shè)在活塞頂部，副燃燒室設(shè)在氣缸蓋上，主副燃燒室用狹窄通道相聯(lián)通，燃油噴入副燃燒室中。車用柴油機(jī)常用的渦流室式燃燒室及預(yù)燃室式燃燒室屬于分隔式燃燒室。28三、柴油機(jī)燃燒室99渦流室式燃燒室

混合氣以空間霧化混合為主。一般采用軸針式噴油器。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：副燃燒室是球形的渦流室，容積約占燃燒室總?cè)莘e的50%~80%，渦流室有切向通道與主燃燒室相通。壓縮過(guò)程：活塞推進(jìn)將空氣擠進(jìn)渦流室，形成強(qiáng)烈的、有組織的高速旋轉(zhuǎn)氣流燃燒過(guò)程：柴油噴入燃燒室中，在渦流的作用下，形成較濃的混合氣。部分混合氣在渦流室中著火燃燒，已燃和未燃的混合氣高速噴入主燃燒室，借助活塞頂部的雙渦流凹坑，產(chǎn)生第二次渦流，促使進(jìn)一步混合燃燒。29渦流室式燃燒室結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：副燃燒室是球形的渦流室，容積約100預(yù)燃室式燃燒室

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：氣缸蓋上有預(yù)燃室，占燃燒室總?cè)莘e的1/3，兩燃燒室之間由一個(gè)或數(shù)個(gè)細(xì)小孔道相連。壓縮過(guò)程：壓縮時(shí)空氣經(jīng)孔道節(jié)流進(jìn)入副燃燒室形成紊流運(yùn)動(dòng)。燃燒過(guò)程：油束大部分噴射在預(yù)燃室出口，壓縮紊流將一部分小顆粒的燃油吹向預(yù)燃室上部，并在那里首先著火?；旌蠚庵鸷?，預(yù)燃室中的壓力、溫度迅速升高。下部已預(yù)熱的燃油、空氣、混合氣和火焰一起經(jīng)過(guò)通道高速噴向主燃燒室。在主燃燒室中形成強(qiáng)烈的燃燒紊流，加速燃油的霧化和混合氣的形成與燃燒。30預(yù)燃室式燃燒室燃燒過(guò)程：油束大部分噴射在預(yù)燃室出口，壓縮1012）直接噴射式燃燒室：燃油直接噴入由活塞頂和缸蓋形成的一個(gè)統(tǒng)一空間。適用于缸徑大于100mm，轉(zhuǎn)速大于3000r/min的柴油機(jī)。根據(jù)活塞頂部凹坑的深度分類：開(kāi)式燃燒室、半開(kāi)式燃燒室。312）直接噴射式燃燒室：102開(kāi)式燃燒室—淺坑型，如淺盆形或淺ω形燃燒室。進(jìn)氣無(wú)渦流，混合氣形成方式以空間混合為主。一般采用多孔噴嘴

特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，起動(dòng)性好，經(jīng)濟(jì)性好，熱負(fù)荷低；但α大（1.7~2.2)，工作粗暴，對(duì)燃料要求高。32開(kāi)式燃燒室—淺坑型，如淺盆形或淺ω形燃燒室。103

半開(kāi)式燃燒室—深坑型，如ω形、球形、復(fù)合式燃燒室。①ω型燃燒室混合氣形成：空間霧化混合為主。一般采用多孔噴嘴，并組織一定的進(jìn)氣渦流和擠氣渦流，以加速混合氣的形成。②球形燃燒室混合氣形成：油膜蒸發(fā)。一般采用單孔噴嘴，均配有螺旋進(jìn)氣道以產(chǎn)生強(qiáng)進(jìn)氣渦流。33半開(kāi)式燃燒室—深坑型，如ω形、球形、復(fù)合式燃燒室。104復(fù)合式（U型）天津大學(xué)史紹熙研制?；旌蠚庑纬煞绞?空間霧化+油膜蒸發(fā)主要特點(diǎn)（1）噴油基本垂直于氣流方向，霧化好。（2）采用螺旋進(jìn)氣道，軸針式噴油嘴。（3）低速時(shí)，氣流弱—

空間分布燃料多，改善了冷起動(dòng)性和低速性。高速時(shí)，氣流強(qiáng)—

壁面分布燃料多,工作柔和、平穩(wěn)，噪聲小。氣流運(yùn)動(dòng)起重要作用。（4）高速性能較差，對(duì)增壓適應(yīng)性差。，

34復(fù)合式（U型）天津大學(xué)史紹熙研制。混合氣形105各種燃燒室的比較35各種燃燒室的比較106第二節(jié)柴油機(jī)的燃燒過(guò)程柴油機(jī)燃燒過(guò)程的特點(diǎn)

1高壓噴油在汽缸內(nèi)部形成可燃混合氣。

2通過(guò)壓縮使燃料自燃。柴油機(jī)燃燒的主要研究方向

1噴油霧化

2噴油規(guī)律

3氣流運(yùn)動(dòng)

4燃燒室結(jié)構(gòu)以上幾方面配合要好。36第二節(jié)柴油機(jī)的燃燒過(guò)程柴油機(jī)燃燒過(guò)程的特點(diǎn)107柴油機(jī)是在壓縮過(guò)程中活塞接近上止點(diǎn)時(shí),借助噴油設(shè)備將燃油在高壓下成霧狀噴入燃燒室,以便與空氣形成可燃混合氣。柴油機(jī)燃燒方式--油滴擴(kuò)散燃燒37柴油機(jī)是在壓縮過(guò)程中活塞接近上止點(diǎn)時(shí),借助噴油設(shè)備將燃油108

一、燃燒過(guò)程柴油機(jī)燃燒過(guò)程非常復(fù)雜，為了便于分析和揭示燃燒過(guò)程的規(guī)律，通常將這一連續(xù)的燃燒過(guò)程分為四個(gè)階段.A—噴油開(kāi)始B—著火開(kāi)始滯燃期C—最大壓力急燃期緩燃期D—最高溫度E—燃料燃燒完畢后燃期38一、燃燒過(guò)程A—噴油開(kāi)始B—著火開(kāi)始滯燃期C—最大壓力109供油提前角：噴油泵的出油閥開(kāi)始升起到活塞運(yùn)行至上止點(diǎn)曲軸轉(zhuǎn)過(guò)的角度稱為供油提前角。噴油提前角：噴油器開(kāi)始噴油到活塞到達(dá)上止點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角為噴油提前角。39供油提前角：噴油泵的出油閥開(kāi)始升起到活塞運(yùn)行至上止點(diǎn)曲軸110（一）著火延遲期（滯燃期）

從A點(diǎn)到B點(diǎn)---自開(kāi)始噴油到開(kāi)始著火的這一段時(shí)期。在壓縮終點(diǎn),溫度達(dá)到450-800℃,大于柴油的自燃溫度（330-350℃）,但不會(huì)立即著火,進(jìn)行著火前的準(zhǔn)備。

著火延遲期一般著火延遲時(shí)間τi≈0.0007-0.003s，對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角稱為著火延遲角。40（一）著火延遲期（滯燃期）著火延遲期一般著火延遲時(shí)間τ111滯燃期：是控制燃燒過(guò)程的關(guān)鍵參數(shù)，影響發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。包含了物理滯燃期和化學(xué)滯燃期。著火前的物理化學(xué)過(guò)程：

物理過(guò)程—從開(kāi)始噴油到形成可燃混合氣為止，涉及了燃料的噴射、霧化、分布于燃燒室中、吸熱、汽化、擴(kuò)散、混合、升溫等一系列過(guò)程?；瘜W(xué)過(guò)程—燃料的重?zé)N成分裂解為輕烴成分、與氧氣反應(yīng)形成中間物；經(jīng)冷焰、藍(lán)焰和熱誘導(dǎo)期而著火過(guò)程。兩過(guò)程相互重疊交叉進(jìn)行。41滯燃期：是控制燃燒過(guò)程的關(guān)鍵參數(shù)，影響發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。包含112（二）速燃期

速燃期:B點(diǎn)到C點(diǎn)。從開(kāi)始著火到出現(xiàn)最高壓力。

特點(diǎn)：形成多個(gè)火焰中心，持續(xù)噴油，即隨噴隨燃。壓力急劇上升而達(dá)到最高（有可能達(dá)到13MPa以上）。速燃期42（二）速燃期

速燃期:B點(diǎn)到C點(diǎn)。從開(kāi)始著火到出現(xiàn)最高113壓力升高率大，燃燒迅速，柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性會(huì)較好；壓力升高率過(guò)大，則柴油機(jī)工作粗暴，燃燒噪音大；同時(shí)運(yùn)動(dòng)零件承受較大的沖擊負(fù)荷，影響其工作可靠性和使用壽命等。為此，壓力升高率應(yīng)限制在一定的范圍之內(nèi)：柴油機(jī)0.4~0.5MPa／oCA。

汽油機(jī)的壓力升高率為0.175~0.25Mpa/oCA。43壓力升高率大，燃燒迅速，柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性會(huì)較好；114控制壓力升高率的措施：1控制燃燒前期的放熱，促進(jìn)后期放熱---減少著火延遲期內(nèi)噴入的燃油或可能形成可燃混合氣的燃油（渦流室式燃燒室）；2縮短著火延遲期。。44控制壓力升高率的措施：115

（三）緩燃期緩燃期為圖中的CD段，即從最大壓力點(diǎn)至最高溫度點(diǎn)。當(dāng)緩燃期開(kāi)始時(shí)，雖然氣缸內(nèi)已形成燃燒產(chǎn)物，但仍有大量混合氣正在燃燒。

緩燃期45（三）緩燃期緩燃期116

（四）補(bǔ)燃期

從最高溫度點(diǎn)起到燃油基本燒完時(shí)為止稱為補(bǔ)燃期，即圖中DE段。補(bǔ)燃期的終點(diǎn)很難準(zhǔn)確地確定，一般當(dāng)放熱量達(dá)到循環(huán)總放熱量的95％—99％時(shí)，可認(rèn)為補(bǔ)燃期結(jié)束。即整個(gè)燃燒過(guò)程結(jié)束。應(yīng)盡量縮短補(bǔ)燃期，減少補(bǔ)燃期內(nèi)燃燒的燃油量。

補(bǔ)燃期46（四）補(bǔ)燃期補(bǔ)燃期117補(bǔ)燃產(chǎn)生的負(fù)面影響：在補(bǔ)燃期內(nèi)，燃料在較低的膨脹比下放熱，所放出的熱量難于有效地利用，使柴油機(jī)零件的熱負(fù)荷增加，排氣溫度升高，傳給冷卻水的熱損失也增加，柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性下降。所以補(bǔ)燃期應(yīng)盡可能地縮短。

縮短補(bǔ)燃的措施：加強(qiáng)燃燒室內(nèi)的氣流運(yùn)動(dòng)，改善混合氣的形成，減少緩燃期內(nèi)的噴油量，并提高緩燃階段的燃燒速度，使燃燒盡可能在上止點(diǎn)附近完成。47補(bǔ)燃產(chǎn)生的負(fù)面影響：在補(bǔ)燃期內(nèi)，燃料在較低的膨脹比下放熱118二、燃燒放熱規(guī)律瞬時(shí)放熱速率：在燃燒過(guò)程中的某一時(shí)刻，單位時(shí)間(單位曲軸轉(zhuǎn)角)內(nèi)燃燒的燃油所放出的熱量。累計(jì)放熱百分比：從燃燒過(guò)程開(kāi)始至某一時(shí)刻止已經(jīng)燃燒的燃油與循環(huán)供油量的比值。燃燒放熱規(guī)律：瞬時(shí)放熱速率和累計(jì)放熱百分比隨曲軸轉(zhuǎn)角的變化關(guān)系。48二、燃燒放熱規(guī)律119為了分析評(píng)價(jià)燃燒過(guò)程，必須掌握放熱速率隨曲軸轉(zhuǎn)角變化的規(guī)律。從宏觀上分析燃燒組織情況，判斷進(jìn)行的是否完善。分析方法：

1.根據(jù)噴油規(guī)律求算放熱規(guī)律；

2.由燃燒規(guī)律放熱模型預(yù)測(cè)；

3.從實(shí)測(cè)示功圖計(jì)算出放熱規(guī)律。49為了分析評(píng)價(jià)燃燒過(guò)程，必須掌握放熱速率隨曲軸轉(zhuǎn)角變化的規(guī)120（一）放熱規(guī)律，劃分為三個(gè)階段

階段—在速燃期內(nèi)，很小的曲軸轉(zhuǎn)角（3°左右）

，單位曲軸轉(zhuǎn)角的放熱量最大；

階段—放熱量約80%，約占40°CA，單位曲軸轉(zhuǎn)角的放熱量較大；

階段—在膨脹過(guò)程內(nèi)，放熱量約20%，單位曲軸轉(zhuǎn)角的放熱量很小

。50（一）放熱規(guī)律，劃分為三個(gè)階段121（二）燃燒過(guò)程三要素1放熱開(kāi)始時(shí)刻2放熱規(guī)律3放熱持續(xù)時(shí)間（二）燃燒放熱規(guī)律的三要素：燃燒放熱的始點(diǎn)、持續(xù)期、曲線形狀。（三）理想放熱規(guī)律：在不犧牲熱效率的前提下，實(shí)現(xiàn)低噪聲和低NOx的排放—先緩后急；開(kāi)始燃燒壓力升高比低于0.4MPa，隨后燃燒加快，在上止點(diǎn)附近燃燒完畢。51（二）燃燒過(guò)程三要素（二）燃燒放熱規(guī)律的三要素：（三）122三影響燃燒過(guò)程的因素1燃油噴射、氣流運(yùn)動(dòng)和燃燒室形狀的配合：三者的良好配合是滿意的混合氣形成和燃燒過(guò)程的基本保證；2負(fù)荷：負(fù)荷增大，循環(huán)供油量增大，混合氣濃度加大，單位容積混合氣燃燒熱增加，缸內(nèi)溫度上升，縮短著火延遲期，降低了工作粗暴。52三影響燃燒過(guò)程的因素1燃油噴射、氣流運(yùn)動(dòng)和燃燒室形狀1233轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速升高，散熱損失和活塞環(huán)的漏氣損失減小，壓縮終點(diǎn)的溫度、壓力升高；轉(zhuǎn)速升高也會(huì)使噴油壓力升高，改善燃油的霧化。因而以秒記的著火延遲期會(huì)縮短（以曲軸轉(zhuǎn)角記的延遲期可能縮短、可能延長(zhǎng)）。4供、噴油提前角過(guò)大，噴油時(shí)缸內(nèi)壓力、溫度較低，著火延遲期長(zhǎng)，導(dǎo)致工作粗暴，過(guò)早燃燒還會(huì)增加壓縮負(fù)功，降低柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性；過(guò)小，則燃油不能在上止點(diǎn)附近及時(shí)燃燒，對(duì)柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性也不利。533轉(zhuǎn)速1245燃油性質(zhì)的影響1）燃油的著火性

是指柴油噴入汽缸后能否迅速著火燃燒的能力。用十六烷值表示。十六烷值高，著火性好，滯燃期短，ΔP/ΔΦ較小，工作柔和。起動(dòng)性也好。十六烷值過(guò)高，使燃油來(lái)不及混合就燃燒，會(huì)產(chǎn)生排氣冒煙。車用柴油機(jī)的十六烷值，一般為40～50。2）

蒸發(fā)性蒸發(fā)性要適中，蒸發(fā)性過(guò)強(qiáng)，工作粗暴。蒸發(fā)性差，啟動(dòng)性不好、燃燒不完全。545燃油性質(zhì)的影響1）燃油的著火性1256廢氣再循環(huán)（EGR）廢氣再循環(huán)已在轎車柴油機(jī)上得到廣泛應(yīng)用，它是指將一部分已燃廢氣再次引入到燃燒室參與燃燒。EGR可以由簡(jiǎn)單的機(jī)構(gòu)來(lái)控制，也可以與電控噴射系統(tǒng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)更精確、更理想的控制。通過(guò)廢氣再循環(huán)降低了燃燒過(guò)程中工質(zhì)的溫度，從而降低了NOX的生成。但是EGR也降低了過(guò)量空氣系數(shù)，對(duì)完善的、及時(shí)的燃燒產(chǎn)生不利，柴油機(jī)經(jīng)濟(jì)性變差，特別是在高速、高負(fù)荷時(shí)更是如此。僅在低速、低負(fù)荷是才實(shí)施EGR。556廢氣再循環(huán)（EGR）126561277壓縮比壓縮比較大時(shí)，壓縮終點(diǎn)的溫度和壓力都較高，使得著火延遲期縮短，發(fā)動(dòng)機(jī)工作比較柔和。不同壓縮比對(duì)著火延遲期的影響如圖所示。壓縮比的增大還可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性，改善啟動(dòng)性。但是，壓縮比過(guò)高，燃燒最高壓力過(guò)分增大，曲柄連桿機(jī)構(gòu)會(huì)承受過(guò)高的負(fù)荷，影響發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命。577壓縮比壓縮比的增大還可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性，改善啟動(dòng)1288活塞材料的影響鑄鐵活塞和鋁合金活塞相比其溫度較高，可以縮短著火延遲期，因此在其他條件相同時(shí)，采用鑄鐵活塞的柴油機(jī)工作較柔和。9噴油規(guī)律的影響噴油速度隨時(shí)間而變化的規(guī)律。從減輕燃燒粗暴性考慮，理想的噴油規(guī)律是先緩后急。噴油延續(xù)角不宜過(guò)大，以使燃燒過(guò)程在上止點(diǎn)附近進(jìn)行，從而獲得良好的性能。588活塞材料的影響129四

燃油噴射的電子控制P130柴油機(jī)與汽油機(jī)電控噴射的主要差別：汽油機(jī)的電控噴射系統(tǒng)只是控制空燃比（汽油與空氣的比例）；柴油機(jī)的電控噴射系統(tǒng)則是通過(guò)控制噴油時(shí)間來(lái)調(diào)節(jié)輸出的大小，柴油機(jī)噴油控制是由發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和加速踏板位置（油門拉桿位置）來(lái)決定的。因此，基本工作原理是計(jì)算機(jī)根據(jù)轉(zhuǎn)速傳感器和油門位置傳感器的輸入信號(hào)，首先計(jì)算出基本噴油量，然后根據(jù)水溫、進(jìn)氣溫度、進(jìn)氣壓力等傳感器的信號(hào)進(jìn)行修正，再與來(lái)自控制套位置傳感器的信號(hào)進(jìn)行反饋修正，確定最佳噴油量的。59四燃油噴射的電子控制柴油機(jī)與汽油機(jī)電控噴射的主要差別：130電控柴油噴射系統(tǒng)由傳感器、ECU（計(jì)算機(jī)）和執(zhí)行機(jī)構(gòu)三部分組成。其任務(wù)是對(duì)噴油系統(tǒng)進(jìn)行電子控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)噴油量以及噴油定時(shí)隨運(yùn)行工況的實(shí)時(shí)控制。采用轉(zhuǎn)速、溫度、壓力等傳感器