第五章第五章 柴油机混合气的形成和燃烧柴油机混合气的形成和燃烧2主要内容第一节第一节 柴油机混合气的形成柴油机混合气的形成第二节第二节 柴油机的燃烧过程柴油机的燃烧过程第三节第三节 柴油机混合气形成和燃烧的技术发展柴油机混合气形成和燃烧的技术发展第四节第四节 不同混合气形成和燃烧过程的比较不同混合气形成和燃烧过程的比较3背景知识：背景知识：1892年，德国工程师狄塞尔根据定年，德国工程师狄塞尔根据定压热功循环原理，研制出压燃式柴油机压热功循环原理，研制出压燃式柴油机45第一节第一节 柴油机混合气的形成柴油机混合气的形成一、柴油机混合气形成的特点和方式一、柴油机混合气形成的特点和方式1.混合气形成特点：混合气形成特点：（1）缸缸内内进进行行：在在压压缩缩行行程程接接近近终终了了时时柴柴油油由由喷喷射系统直接喷入燃烧室内射系统直接喷入燃烧室内2）混混合合时时间间短短：难难以以形形成成均均匀匀的的混混合合气气，燃燃烧烧室内的工质成分随时间和地点而变化室内的工质成分随时间和地点而变化3）采采用用较较大大的的过过量量空空气气系系数数：柴柴油油本本身身粘粘度度大大，蒸发性不好蒸发性不好4）混混合合气气在在高高温温、高高压压下下多多点点自自燃燃着着火火燃燃烧烧，且混合过程、着火过程和燃烧过程共存。
且混合过程、着火过程和燃烧过程共存62.混合气形成的基本方式混合气形成的基本方式1 1）空间雾化混合）空间雾化混合 将燃油喷向燃烧室空间进行雾化，通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，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在空间形成可燃混合气相对运动速度越高，混合气越均匀度越高，混合气越均匀采用多孔喷嘴，采用多孔喷嘴，燃烧完全，经济性好燃烧完全，经济性好初期空间分布燃料多，燃烧迅速，工初期空间分布燃料多，燃烧迅速，工作粗暴柴油机混合气形成靠三方面的相互作用：一是柴油机混合气形成靠三方面的相互作用：一是燃烧室燃烧室的结构的结构,二是二是燃料的喷雾燃料的喷雾，三是缸内适当的，三是缸内适当的空气运动空气运动72）壁面油膜蒸发混合壁面油膜蒸发混合 空间雾化混合是将燃料喷在燃烧室空间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，烧室壁面和燃烧加热，边蒸发，边混合，边燃烧。
初期蒸发、燃烧慢，后期蒸发、边燃烧初期蒸发、燃烧慢，后期蒸发、燃烧迅速燃烧迅速 （先缓后急）先缓后急）采用单、双孔喷嘴，放热先缓后急采用单、双孔喷嘴，放热先缓后急 ,工作柔和，噪工作柔和，噪声小，经济性较好，但冷起动困难声小，经济性较好，但冷起动困难8 目前多数车用柴油机仍以空间雾化混合为主91 喷油系统喷油系统油箱 输油泵 滤油器 低压油管 喷油泵 高压油管 喷油器（喷油嘴）多余的油液经溢流阀流回油箱二二 燃油的喷射与雾化燃油的喷射与雾化10 1 喷油泵喷油泵 作用：提高柴油压力，按照发动机的工作用：提高柴油压力，按照发动机的工作顺序、负荷大小，定时、定量地向作顺序、负荷大小，定时、定量地向喷油器输送高压柴油，且各缸供油压喷油器输送高压柴油，且各缸供油压力均等分类：直列柱塞式、转子分配式分类：直列柱塞式、转子分配式112 喷油器喷油器作用：将喷油泵供给的柴油，以一定的压力，作用：将喷油泵供给的柴油，以一定的压力，呈雾状喷入燃烧室呈雾状喷入燃烧室喷油器有孔式和轴针式两种喷油器有孔式和轴针式两种12特点：特点：喷孔的位置和方向与喷孔的位置和方向与燃烧室形状相适应，燃烧室形状相适应，以保证油雾直接喷射以保证油雾直接喷射在球形燃烧室壁上；在球形燃烧室壁上；喷射压力较高；喷射压力较高；喷油头细长，喷孔小，喷油头细长，喷孔小，加工精度高。
加工精度高孔式喷油器孔式喷油器适用于直接喷射式燃烧适用于直接喷射式燃烧室，孔数室，孔数1 18 8个，孔径个，孔径0.20.20.8mm0.8mm1314喷孔为圆环形狭缝，孔径喷孔为圆环形狭缝，孔径13mm,喷油压力较喷油压力较低，低，1214Mpa轴针式喷射器轴针式喷射器用于分隔式燃烧室用于分隔式燃烧室特点：特点：不喷油时针阀关闭，使高不喷油时针阀关闭，使高压油与燃烧室隔开；压油与燃烧室隔开；喷孔较大，便于加工且不喷孔较大，便于加工且不易堵塞；易堵塞；针阀在油压达到一定压力针阀在油压达到一定压力时迅速打开，供油停止时时迅速打开，供油停止时又在弹簧作用下立即关闭，又在弹簧作用下立即关闭，没有滴油现象没有滴油现象15162 2 喷射过程喷射过程:l喷油泵开始供油直至喷油器停止喷油的过程，整个喷射过喷油泵开始供油直至喷油器停止喷油的过程，整个喷射过程在全负荷下约占程在全负荷下约占15154040曲轴转角，曲轴转角，喷入油量一般为喷入油量一般为供油量的供油量的30-40%喷喷射射过过程程I喷射延迟阶段：从喷油泵柱塞顶封闭进回喷射延迟阶段：从喷油泵柱塞顶封闭进回油孔的理论供油始点到喷油器针阀开始升油孔的理论供油始点到喷油器针阀开始升起起(喷油始点喷油始点)为止。
为止主喷射阶段主喷射阶段：从喷油始点到喷油器端：从喷油始点到喷油器端压力开始急剧下降为止压力开始急剧下降为止喷油结束阶段喷油结束阶段：从喷油器端压力开始急：从喷油器端压力开始急剧下降针阀完全落座剧下降针阀完全落座(喷油终点喷油终点)为止173 供油规律与供油规律与喷油规律：喷油规律：l供油速率供油速率：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；l喷油速率喷油速率：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；l供油规律供油规律：供油速率随凸轮轴转角（或时间）的变化关系l喷油规律喷油规律：喷油速率随凸轮轴转角（或时间）的变化关系184 喷雾喷雾l燃油喷入燃烧室后被粉碎分散为细小微粒的过程，称为燃油的喷雾或雾化燃油的喷雾或雾化将燃油喷射雾化，可以大大增加增加其表面积，加速加速混合气形成19油束的几何形状主要包括油束的几何形状主要包括油束射程油束射程L L(又称贯又称贯穿距离穿距离)和和喷雾锥角喷雾锥角或或油束的最大宽度油束的最大宽度B B当燃油高速从喷孔喷出(喷出速度为l00一300ms)便形成如园锥形状的喷注喷注，也称油束205 不正常喷射不正常喷射二次喷射：主喷射结束针阀落座后，在二次喷射：主喷射结束针阀落座后，在高压油管高压油管内压力波内压力波反射作用下，针阀再次升起进行喷油的反射作用下，针阀再次升起进行喷油的现象。
现象滴油：在正常喷射结束后，如断油不干脆，仍有滴油：在正常喷射结束后，如断油不干脆，仍有少量柴油滴出，称为滴油少量柴油滴出，称为滴油断续喷射：进入喷油嘴燃油量不稳定，压力波动断续喷射：进入喷油嘴燃油量不稳定，压力波动引起不规则喷射和隔次喷射：低速（怠速）时，油压不规则喷射和隔次喷射：低速（怠速）时，油压不足，压不开针阀下一循环时油压聚足，压开不足，压不开针阀下一循环时油压聚足，压开针阀喷射致使怠速运转不稳定针阀喷射致使怠速运转不稳定21二、缸内气流运动二、缸内气流运动内燃机缸内内燃机缸内气体运动方式气体运动方式涡流涡流挤流挤流滚流滚流湍流湍流进气涡流进气涡流压缩涡流压缩涡流22进气涡流：在气缸盖上采用特殊形状的进气进气涡流：在气缸盖上采用特殊形状的进气道道,使空气进入气缸时使空气进入气缸时,形成绕气缸轴线旋转形成绕气缸轴线旋转的有组织的气流运动的有组织的气流运动l产生进气涡流运动的方法有产生进气涡流运动的方法有:切向进气道、螺切向进气道、螺旋进气道、组合进气系统旋进气道、组合进气系统1.涡流涡流包括包括进气涡流进气涡流和和压缩涡流压缩涡流231）切向气道）切向气道形状比较直平，在气形状比较直平，在气门座前强烈收缩，门座前强烈收缩，使气流切向进入缸使气流切向进入缸内。
内特点：特点：形状简单，形状简单，流动阻力小，产生流动阻力小，产生涡流强度小，涡流强度小，适用适用于进气涡流强度要于进气涡流强度要求不高的发动机求不高的发动机242）螺旋气道）螺旋气道在在气门腔里做成螺旋形状，使气流形成一定气门腔里做成螺旋形状，使气流形成一定强度的旋转，在平直气道出口速度分布的基强度的旋转，在平直气道出口速度分布的基础上增加了一个切向速度础上增加了一个切向速度特点：流动阻力小，特点：流动阻力小，涡流强度大，适用于涡流强度大，适用于高涡流内燃机但是高涡流内燃机但是形状最复杂，结构尺形状最复杂，结构尺寸及加工精度要求较寸及加工精度要求较高，且涡流与流量难高，且涡流与流量难于兼顾253）组合进气系统）组合进气系统P115 是指在是指在2个进气门的发动机上，采用不同个进气门的发动机上，采用不同类型或不同角度的两个进气道以组合所类型或不同角度的两个进气道以组合所需要的涡流和流速分布需要的涡流和流速分布26压缩涡流：压缩涡流：在涡流室式燃烧室中，气体在进气过程中并在涡流室式燃烧室中，气体在进气过程中并不产生涡流，而不产生涡流，而在压缩过程中由主燃烧室经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。
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，但大和进气充量下降，但形成压缩涡流时会伴形成压缩涡流时会伴随着不同程度的能量损失，使循环热效率降随着不同程度的能量损失，使循环热效率降低272.挤流挤流l在压缩过程后期，活塞表面的某一部分和气缸盖彼此在压缩过程后期，活塞表面的某一部分和气缸盖彼此靠近时所产生的径向或横向气流运动称为挤压流动，靠近时所产生的径向或横向气流运动称为挤压流动，又称挤流又称挤流l挤流强度主要由挤气面积和挤气间隙的大小决定挤流强度主要由挤气面积和挤气间隙的大小决定涡流强度较进气涡流小，只起辅助作用涡流强度较进气涡流小，只起辅助作用28三、柴油机燃烧室三、柴油机燃烧室2燃烧室的分类燃烧室的分类:分隔式和直喷式分隔式和直喷式1)分隔式燃烧室分隔式燃烧室-主要用于高速柴油机主要用于高速柴油机 燃烧室分为主燃烧室和副燃烧室两部分，主燃烧燃烧室分为主燃烧室和副燃烧室两部分，主燃烧室设在活塞顶部，副燃烧室设在气缸盖上，主副燃室设在活塞顶部，副燃烧室设在气缸盖上，主副燃烧室用狭窄通道相联通，燃油喷入副燃烧室中。
烧室用狭窄通道相联通，燃油喷入副燃烧室中车用柴油机常用的车用柴油机常用的涡流室式燃烧室涡流室式燃烧室及及预燃室式燃烧室预燃室式燃烧室属于分隔式燃烧室属于分隔式燃烧室29涡流室式燃烧室涡流室式燃烧室 混合气以空间雾化混合为主一般采用空间雾化混合为主一般采用轴针式喷油器轴针式喷油器结构特点：结构特点：副燃烧室是球形的涡流室副燃烧室是球形的涡流室，容积约占燃烧室总容积的，容积约占燃烧室总容积的50%80%，涡流室有切向通道与主，涡流室有切向通道与主燃烧室相通燃烧室相通压缩过程：压缩过程：活塞推进将空气挤进涡流活塞推进将空气挤进涡流室，形成强烈的、有组织的高速旋转室，形成强烈的、有组织的高速旋转气流气流燃烧过程：燃烧过程：柴油喷入燃烧室中，在涡流的作用下，形柴油喷入燃烧室中，在涡流的作用下，形成较浓的混合气部分混合气在涡流室中着火燃烧，成较浓的混合气部分混合气在涡流室中着火燃烧，已燃和未燃的混合气高速喷入主燃烧室，借助活塞顶已燃和未燃的混合气高速喷入主燃烧室，借助活塞顶部的双涡流凹坑，产生第二次涡流，促使进一步混合部的双涡流凹坑，产生第二次涡流，促使进一步混合燃烧30预燃室式燃烧室预燃室式燃烧室 结构特点：结构特点：气缸盖上有预燃室，占气缸盖上有预燃室，占燃烧室总容积的燃烧室。