第6章柴油机燃烧过程及燃烧室

1、第六章第六章 柴油机燃烧过程与燃烧室柴油机燃烧过程与燃烧室第一节第一节 柴油机的混合气形成柴油机的混合气形成第二节第二节 柴油机的燃烧过程柴油机的燃烧过程第三第三节节 柴油机的排气污染与控制柴油机的排气污染与控制第四节第四节 使用、调整因素对柴油机燃烧过程的影响使用、调整因素对柴油机燃烧过程的影响第五节第五节 柴油机燃烧室柴油机燃烧室第六节第六节HCCI第一节第一节 柴油机的混合气形成柴油机的混合气形成混合气形成特点：混合气形成特点：气缸内形成混合气，因柴油不易蒸发；气缸内形成混合气，因柴油不易蒸发；混合气形成时间短；混合气形成时间短；混合气形成不均匀。随时间与空间变化，混合气形成不均匀。随时

2、间与空间变化，过量空气系数过量空气系数在在0至无穷大至无穷大之间变化。之间变化。混合气形成与燃烧紧密相连，扩散燃烧。混合气形成与燃烧紧密相连，扩散燃烧。第二节第二节 柴油机的燃烧过程柴油机的燃烧过程要求：要求： 完全完全决定产生热量多少决定产生热量多少及时及时关系到热量利用程度关系到热量利用程度第二节第二节 柴油机的燃烧过程柴油机的燃烧过程一、着火与燃烧过程一、着火与燃烧过程（一）着火条件：（一）着火条件：燃料蒸气与空气的比例要在着火界限内；燃料蒸气与空气的比例要在着火界限内；可燃混合气加热到着火温度。可燃混合气加热到着火温度。 第二节第二节 柴油机的燃烧过程柴油机的燃烧过程（二）燃烧阶段的划

3、分（二）燃烧阶段的划分滞燃期、急燃期、缓燃期和后燃期滞燃期、急燃期、缓燃期和后燃期、滞燃期、滞燃期喷油开始喷油开始压力线偏离压缩线压力线偏离压缩线喷油在上止点前喷油在上止点前喷油提前角喷油提前角此时，气体温度在此时，气体温度在450800，远高于该条件下燃油的自燃温度，但不，远高于该条件下燃油的自燃温度，但不能马上着火。因为：能马上着火。因为：物理准备：燃油的粉碎、分散、蒸发汽化和混合，在局部区域形成可燃物理准备：燃油的粉碎、分散、蒸发汽化和混合，在局部区域形成可燃混合气。混合气。化学准备：混合气先期化学反应直到开始自燃，多级自燃。化学准备：混合气先期化学反应直到开始自燃，多级自燃。整体上而言

4、，上述过程重叠在一起进行。整体上而言，上述过程重叠在一起进行。滞燃期直接影响第滞燃期直接影响第阶段的燃烧，对整个燃烧过程影响很大。阶段的燃烧，对整个燃烧过程影响很大。第二节第二节 柴油机的燃烧过程柴油机的燃烧过程（二）燃烧阶段的划分（二）燃烧阶段的划分滞燃期、急燃期、缓燃期和后燃期滞燃期、急燃期、缓燃期和后燃期、急燃期、急燃期压力急剧上升的阶段。压力急剧上升的阶段。着火延迟期内准备好的可燃混合气一起燃烧，压力急剧上升，接近等容着火延迟期内准备好的可燃混合气一起燃烧，压力急剧上升，接近等容燃烧。燃烧。评价参数：平均压力升高率：评价参数：平均压力升高率： P/=（P3-P2）/（ 3- 2 ） ，

5、不适，不适于大于于大于0.65MPa/CA，决定柴油机运转平稳性，过大，工作粗暴，产生，决定柴油机运转平稳性，过大，工作粗暴，产生燃烧噪声，运动零件受较大冲击负荷，可靠性、寿命燃烧噪声，运动零件受较大冲击负荷，可靠性、寿命 下降，但燃烧快，下降，但燃烧快，功率上升、比油耗下降。功率上升、比油耗下降。柴油机柴油机P/比汽油机大，其影响因素主要是着火延迟期内形成的可比汽油机大，其影响因素主要是着火延迟期内形成的可燃混合气数量。要使燃混合气数量。要使P/下降，应使上述形成的可燃混合气量减少。下降，应使上述形成的可燃混合气量减少。第二节第二节 柴油机的燃烧过程柴油机的燃烧过程、缓燃期、缓燃期压力急剧增

6、高的终点到压力急剧下降点。压力急剧增高的终点到压力急剧下降点。边燃烧，活塞边下行，缸内压力几乎不变或稍有变化，燃烧条边燃烧，活塞边下行，缸内压力几乎不变或稍有变化，燃烧条件不利，局部高温缺氧（冒黑烟）。件不利，局部高温缺氧（冒黑烟）。解决办法：加快已燃气体与未燃气体的分离及可燃混合气形成解决办法：加快已燃气体与未燃气体的分离及可燃混合气形成速度。速度。第二节第二节 柴油机的燃烧过程柴油机的燃烧过程、后燃期、后燃期缓燃期的终点到燃料基本上完全燃烧。缓燃期的终点到燃料基本上完全燃烧。终点难确定。放热膨胀比低，散热增加，指示热效率下降，排气温度终点难确定。放热膨胀比低，散热增加，指示热效率下降，排气

7、温度增高，故应尽量缩短。增高，故应尽量缩短。第二节第二节 柴油机的燃烧过程柴油机的燃烧过程根据燃料和空气混合气形成的特点，柴油机燃烧过程又可以分成以下根据燃料和空气混合气形成的特点，柴油机燃烧过程又可以分成以下两个阶段，预混燃烧阶段和扩散燃烧阶段。两个阶段，预混燃烧阶段和扩散燃烧阶段。第二节第二节 柴油机的燃烧过程柴油机的燃烧过程（三）滞燃期（三）滞燃期滞燃期是燃烧过程的一个重要参数。长产生工作粗暴，短则对混合气形滞燃期是燃烧过程的一个重要参数。长产生工作粗暴，短则对混合气形成不利。影响因素主要是压缩压力和温度，喷油提前角、转速以及燃料成不利。影响因素主要是压缩压力和温度，喷油提前角、转速以及

8、燃料性质对着火延迟期也有较大影响。性质对着火延迟期也有较大影响。 压缩温度和压力增加，着火滞燃期下降。压缩比、喷油提前角、增压压缩温度和压力增加，着火滞燃期下降。压缩比、喷油提前角、增压 通过压缩温度与压力对着火滞燃期产生影响。通过压缩温度与压力对着火滞燃期产生影响。 压缩比增加，压缩压力及温度增加，着火滞燃期下降。压缩比增加，压缩压力及温度增加，着火滞燃期下降。 喷油提前，压缩压力温度下降，着火滞燃期增加。喷油迟后，初始温度和喷油提前，压缩压力温度下降，着火滞燃期增加。喷油迟后，初始温度和压力增加，但作用时间短，可能着火前，活塞已经开始下行，使空气压力压力增加，但作用时间短，可能着火前，活塞

9、已经开始下行，使空气压力和温度降低，着火滞燃期增加。和温度降低，着火滞燃期增加。 增压，进气充量的密度增加，压缩终了的压力温度增加，一般着火滞燃期增压，进气充量的密度增加，压缩终了的压力温度增加，一般着火滞燃期下降。下降。 燃料：十六烷值增加，滞燃期下降。燃料：十六烷值增加，滞燃期下降。 发动机转速：通过压缩温度与压力、喷油压力、以及空气运动等因素对发动机转速：通过压缩温度与压力、喷油压力、以及空气运动等因素对滞燃期产生影响。滞燃期产生影响。 转速增加，转速增加， 漏气与散热损失下降，压缩压力、温度增加；喷油压力增加，漏气与散热损失下降，压缩压力、温度增加；喷油压力增加，雾化质量提高，着火准备

10、过程加快；燃烧室内的扰动增加，燃料蒸发快雾化质量提高，着火准备过程加快；燃烧室内的扰动增加，燃料蒸发快 。滞燃期下降。滞燃期下降。 如以曲轴转角计，如以曲轴转角计，=6nt，视滞燃期下降的程度，视滞燃期下降的程度，可能随滞燃期下降而可能随滞燃期下降而下降或增加。下降或增加。 此外还有空气运动、喷油压力、燃烧室壁温等因素对滞燃期也产生影响。此外还有空气运动、喷油压力、燃烧室壁温等因素对滞燃期也产生影响。第二节第二节 柴油机的燃烧过程柴油机的燃烧过程二、放热规律二、放热规律根据热力学第一定律：根据热力学第一定律：QB=Q+QW =U+W+QW式中：式中：QB燃料燃烧放热燃料燃烧放热Q工质吸收的热量

11、工质吸收的热量QW传给工质的热量传给工质的热量U工质内能的变化工质内能的变化W工质对活塞所作的机械功工质对活塞所作的机械功第二节第二节 柴油机的燃烧过程柴油机的燃烧过程二、放热规律二、放热规律QB 、 Q 、 QW均随曲轴转角变化，上式对均随曲轴转角变化，上式对微分，得：微分，得：dQB/d=dQ /d +d QW /d =d(mu)/d +pdV/d +d QW /d式中：式中：m工质质量工质质量u工质比内能工质比内能p气缸中气体压力气缸中气体压力V气缸容积气缸容积其中：其中：dQB/d：燃料燃烧的瞬时放热率：燃料燃烧的瞬时放热率dQB/d：燃烧规律、放热规律或放热率曲线燃烧规律、放热规律或

12、放热率曲线dQ /d：对工质的瞬时加热率（加热率）：对工质的瞬时加热率（加热率）dQ /d：加热规律加热规律d QW /d：工质对燃烧室壁面的传热速率（传热率）工质对燃烧室壁面的传热速率（传热率）d QW /d：传热规律传热规律第二节第二节 柴油机的燃烧过程柴油机的燃烧过程有一张实测的示功图，加上气态方程，根据上式，可以计算燃烧放热率。有一张实测的示功图，加上气态方程，根据上式，可以计算燃烧放热率。其计算精度影响因素有：其计算精度影响因素有：1、压力测量精度、压力测量精度2、上止点位置精度、上止点位置精度3、压缩比测量精度、压缩比测量精度4、燃油流量测量精度、空气流量测量精度、燃油流量测量精度

13、、空气流量测量精度5、示功图曲线光顺方法、示功图曲线光顺方法当发动机结构参数确定以后，气缸压力特性主要由燃烧规律决定，从而，当发动机结构参数确定以后，气缸压力特性主要由燃烧规律决定，从而，燃烧放热规律强烈影响平均有效压力、燃油消耗率、最高燃烧压力、燃燃烧放热规律强烈影响平均有效压力、燃油消耗率、最高燃烧压力、燃烧噪声等性能指标。烧噪声等性能指标。开始放热的时刻、放热规律和放热持续时间是燃烧过程的三个基本要素。开始放热的时刻、放热规律和放热持续时间是燃烧过程的三个基本要素。对性能的影响主要表现在循环热效率和最高燃烧压力两个方面。对性能的影响主要表现在循环热效率和最高燃烧压力两个方面。第二节第二节

14、 柴油机的燃烧过程柴油机的燃烧过程三、燃烧噪声三、燃烧噪声燃烧噪声与压力升高比有密切的关系，如果压力升高比过大，则产生强燃烧噪声与压力升高比有密切的关系，如果压力升高比过大，则产生强烈的震音，称为柴油机工作粗暴。烈的震音，称为柴油机工作粗暴。降低燃烧噪声的根本措施是适当降低压力升高比，而压力升高比取决于降低燃烧噪声的根本措施是适当降低压力升高比，而压力升高比取决于滞燃期和在滞燃期内形成的可燃混合气数量，降低燃烧噪声的主要途径滞燃期和在滞燃期内形成的可燃混合气数量，降低燃烧噪声的主要途径有下述三个：有下述三个：1、缩短滞燃期：选用十六烷值高的燃料。、缩短滞燃期：选用十六烷值高的燃料。2、减少滞燃

15、期内的喷油量：减小喷油速率，预喷射。、减少滞燃期内的喷油量：减小喷油速率，预喷射。3、减少滞燃期内形成的可燃混合气数量：油膜混合气方式。、减少滞燃期内形成的可燃混合气数量：油膜混合气方式。第二节第二节 柴油机的燃烧过程柴油机的燃烧过程共轨系统多次喷射构成及作用共轨系统多次喷射构成及作用第二节第二节 柴油机的燃烧过程柴油机的燃烧过程引导喷射（预喷引导喷射（预喷3）：引导喷射相对于主喷射提前角度很大，由于已经）：引导喷射相对于主喷射提前角度很大，由于已经进行了充分的预混合，所以没有产生黑烟。此外，因为气缸内温度上进行了充分的预混合，所以没有产生黑烟。此外，因为气缸内温度上升，主燃烧期的着火延迟期缩

16、短，预混合燃烧减少，噪声降低。引导升，主燃烧期的着火延迟期缩短，预混合燃烧减少，噪声降低。引导喷射越提前，喷射越提前，PM和燃烧噪声就越低，但同时和燃烧噪声就越低，但同时HC和和be会显著增加。会显著增加。预喷射（预喷预喷射（预喷1、2）：在主喷射之前进行的预喷射，缩短了主喷射的）：在主喷射之前进行的预喷射，缩短了主喷射的着火延迟期。同时能有效地减缓燃烧速率，燃烧温度和压力上升减缓，着火延迟期。同时能有效地减缓燃烧速率，燃烧温度和压力上升减缓，降低了降低了NOx、HC和燃烧噪声。但是，由于预混期的缩短，预喷射会导和燃烧噪声。但是，由于预混期的缩短，预喷射会导致致PM增加。因此，可以通过使预喷射

17、段靠近主喷射段的办法，严格选增加。因此，可以通过使预喷射段靠近主喷射段的办法，严格选择喷射时间间隔来降低择喷射时间间隔来降低PM排放。排放。后喷射（后喷后喷射（后喷2）：后喷射是紧靠在主喷射之后进行的喷射，可使扩散）：后喷射是紧靠在主喷射之后进行的喷射，可使扩散燃烧更快地进行。因此，即使少量的喷油，对完成氧化过程和降低主燃烧更快地进行。因此，即使少量的喷油，对完成氧化过程和降低主喷射中产生的喷射中产生的PM效果非常显著，但会伴随着效果非常显著，但会伴随着NOx的略微增加。的略微增加。次后喷射（后喷次后喷射（后喷1）：次后喷射是在离开主喷射相当的时间间隔之后进）：次后喷射是在离开主喷射相当的时间

18、间隔之后进行的喷射，由于排气温升和还原成分的供给，可使催化剂的活性增加。行的喷射，由于排气温升和还原成分的供给，可使催化剂的活性增加。但是如果此后喷射的时间过迟，则可能导致燃油附着到气缸壁上。但是如果此后喷射的时间过迟，则可能导致燃油附着到气缸壁上。第二节第二节 柴油机的燃烧过程柴油机的燃烧过程怠速敲缸：怠速敲缸：冷起动、怠速时，润滑油温度低，摩擦损失大，无负荷时，循环喷油量冷起动、怠速时，润滑油温度低，摩擦损失大，无负荷时，循环喷油量也较大，压力升高率较大，产生强烈的震音。也较大，压力升高率较大，产生强烈的震音。第二节第二节 柴油机的燃烧过程柴油机的燃烧过程柴油机工作粗暴与汽油机爆震的异同点

19、：柴油机工作粗暴与汽油机爆震的异同点：相同点：相同点：燃烧本质一致，混合气自燃。燃烧本质一致，混合气自燃。不同点：不同点：发生发生的的时刻与时刻与部位部位不同，柴油机工作粗暴发生在燃烧不同，柴油机工作粗暴发生在燃烧初期初期（急（急燃期始燃期始点点），），着火着火延迟期内形成的可燃数量多，一起自燃，使速燃期压力升高率延迟期内形成的可燃数量多，一起自燃，使速燃期压力升高率过过大大；而而汽油机爆震发生在燃烧汽油机爆震发生在燃烧后期后期（急（急燃期的燃期的终点），终点），是是末端混合气末端混合气自燃。自燃。缸内状态不现，缸内状态不现，柴油柴油机工作粗暴缸内压力均匀，无冲击波产生，而汽油机工作粗暴缸内压

20、力均匀，无冲击波产生，而汽油机爆震，缸内压力不均匀，有冲击波产生。机爆震，缸内压力不均匀，有冲击波产生。声音不同，声音不同，汽油机汽油机爆震敲缸声尖锐清脆，柴油机工作粗暴敲缸声沉闷爆震敲缸声尖锐清脆，柴油机工作粗暴敲缸声沉闷。对燃料的要求不同，对汽油机优良的燃料（自燃能力差，抗爆能力强）对燃料的要求不同，对汽油机优良的燃料（自燃能力差，抗爆能力强），对柴油机是最差的燃料（发火性差，工作粗暴）。，对柴油机是最差的燃料（发火性差，工作粗暴）。第二节第二节 柴油机的燃烧过程柴油机的燃烧过程四、柴油机冷起动性能四、柴油机冷起动性能1、困难、困难压缩始点温度下降、气缸壁传热增大以及转速低，漏气增加使压压

21、缩始点温度下降、气缸壁传热增大以及转速低，漏气增加使压缩始点温度与压力下降。缩始点温度与压力下降。低温时，燃料粘度大，起动转速低，燃料的蒸发和雾化均恶化，低温时，燃料粘度大，起动转速低，燃料的蒸发和雾化均恶化，影响混合气形成。影响混合气形成。润滑油粘度增加，蓄电池电压下降。润滑油粘度增加，蓄电池电压下降。2、起动条件：、起动条件：压缩温度足够高压缩温度足够高必须形成易于着火的混合气。必须形成易于着火的混合气。3、提高冷起动性能的措施、提高冷起动性能的措施电热塞电热塞第三节第三节 柴油机的排气污染与控制柴油机的排气污染与控制一、一、 一氧化碳：燃烧过程中生成的重要中间产物。一氧化碳：燃烧过程中生

22、成的重要中间产物。燃用稀混合气，排放比汽油机低，仅在负荷很大接近冒烟燃用稀混合气，排放比汽油机低，仅在负荷很大接近冒烟界限时，局部缺氧区域增加，才急剧增加。界限时，局部缺氧区域增加，才急剧增加。第三节第三节 柴油机的排气污染与控制柴油机的排气污染与控制二、二、 未燃碳氢化合物未燃碳氢化合物1.生成与排放渠道：生成与排放渠道：柴油机排放的未燃柴油机排放的未燃HC完全由燃烧过程产生。完全由燃烧过程产生。第三节第三节 柴油机的排气污染与控制柴油机的排气污染与控制2.机理机理 排放较低，壁面冷激效应、狭隙效应、油膜吸附、沉积物排放较低，壁面冷激效应、狭隙效应、油膜吸附、沉积物吸附作用很小。吸附作用很小

23、。 未燃的排放主要来自柴油喷注的外缘混合过度造成的过稀未燃的排放主要来自柴油喷注的外缘混合过度造成的过稀混合气地区。混合气地区。 喷油器的压力室容积。喷油器的压力室容积。 冷起动时油膜形成的冷起动时油膜形成的HC。第三节第三节 柴油机的排气污染与控制柴油机的排气污染与控制自燃之前燃烧室壁上及燃烧以后吸附在壁面上不能完全燃自燃之前燃烧室壁上及燃烧以后吸附在壁面上不能完全燃烧的燃油排出，烧的燃油排出， HC浓度较高，表现为白烟。浓度较高，表现为白烟。白烟与兰烟：白烟与兰烟：产生条件：冷起动后怠速或低负荷下暖机过程中，特别在产生条件：冷起动后怠速或低负荷下暖机过程中，特别在寒冷天气时。寒冷天气时。产

24、生原因：燃烧室工作温度低，温度低着火不好，燃油不产生原因：燃烧室工作温度低，温度低着火不好，燃油不能完全蒸发燃烧，未燃烧或部分氧化的燃料一般以液态微能完全蒸发燃烧，未燃烧或部分氧化的燃料一般以液态微粒的形式随废气排出后，冷凝形成白烟与兰烟。兰烟与白粒的形式随废气排出后，冷凝形成白烟与兰烟。兰烟与白烟间无严格的成份差别，只是由于微粒直径不同，对光线烟间无严格的成份差别，只是由于微粒直径不同，对光线的反射不同产生不同的颜色。白烟微粒直径比兰烟直径大的反射不同产生不同的颜色。白烟微粒直径比兰烟直径大，由，由1微米以上颗粒构成；兰烟由小于微米以上颗粒构成；兰烟由小于0.4微米颗粒构成。微米颗粒构成。一

25、般白烟在柴油机暖机过程中逐渐变为兰烟，再变为无色一般白烟在柴油机暖机过程中逐渐变为兰烟，再变为无色烟。烟。第三节第三节 柴油机的排气污染与控制柴油机的排气污染与控制三、三、 NOX 化学机理：捷尔多维奇原理。化学机理：捷尔多维奇原理。 生成物主要是，依赖温度，氧浓度，高湿停留时间。生成物主要是，依赖温度，氧浓度，高湿停留时间。 最高温度与预混合燃烧比例对最高温度与预混合燃烧比例对NOX排放影响较大。排放影响较大。 推迟点火，最高温度下降，对推迟点火，最高温度下降，对NOX下降非常有效。但比油下降非常有效。但比油耗与碳烟增加。耗与碳烟增加。 EGR对对NOX排放下降也非常有效。排放下降也非常有效

26、。第三节第三节 柴油机的排气污染与控制柴油机的排气污染与控制四、微粒四、微粒 排气中的微粒是指经空气稀释、温度降到排气中的微粒是指经空气稀释、温度降到52后用涂有聚四氟后用涂有聚四氟乙烯的玻璃纤维滤纸收集的除水以外的物质。柴油机排出的微乙烯的玻璃纤维滤纸收集的除水以外的物质。柴油机排出的微粒大多小于粒大多小于0.3微米，其主要成分是碳及其吸附的有机物质，后微米，其主要成分是碳及其吸附的有机物质，后者称为有机可溶成份。者称为有机可溶成份。 生成生成机理：燃油机理：燃油中烃分子，高温缺氧，部分氧化和热裂解，生中烃分子，高温缺氧，部分氧化和热裂解，生成不饱和烃类，不断脱氢、聚合成以碳为主的炭烟核心；

27、气相成不饱和烃类，不断脱氢、聚合成以碳为主的炭烟核心；气相烃、其它物质在核心表面凝聚，及核心相撞凝聚，形成炭烟基烃、其它物质在核心表面凝聚，及核心相撞凝聚，形成炭烟基元；炭烟基元聚集，形成球状或链状的聚集物。元；炭烟基元聚集，形成球状或链状的聚集物。碳烟生成条件：高温缺氧。随过量空气系数降低而增加。碳烟生成条件：高温缺氧。随过量空气系数降低而增加。 第三节第三节 柴油机的排气污染与控制柴油机的排气污染与控制四、微粒四、微粒 影响因素影响因素1）过量空气系数）过量空气系数2）喷油提前角：）喷油提前角：喷油提前角迟后喷油提前角迟后，微粒增加。，微粒增加。3）冷却液温度和燃烧室壁温：温度增加，燃料着

28、火条件改）冷却液温度和燃烧室壁温：温度增加，燃料着火条件改善，微粒排放下降。善，微粒排放下降。4）燃料的影响：碳氢化合物的组成，馏分。）燃料的影响：碳氢化合物的组成，馏分。 第三节第三节 柴油机的排气污染与控制柴油机的排气污染与控制黑烟：黑烟：危害：危害： 燃烧不完全，经济性下降燃烧不完全，经济性下降 污染环境，影响视线，致癌污染环境，影响视线，致癌 引起活塞卡住，气门咬死。引起活塞卡住，气门咬死。 产生工况：产生工况：一般在大负荷产生，汽车加速、爬坡、超载，此时，过量空气系数一般在大负荷产生，汽车加速、爬坡、超载，此时，过量空气系数小，着火延迟期短。小，着火延迟期短。 降低措施：改善混合气形

29、成降低措施：改善混合气形成 增大过量空气系数，改进进气系统，降低喷油量增大过量空气系数，改进进气系统，降低喷油量 组织空气运动组织空气运动 改善喷雾质量和油束在燃烧室中分布改善喷雾质量和油束在燃烧室中分布 排气净化排气净化第三节第三节 柴油机的排气污染与控制柴油机的排气污染与控制五五、降低柴油机排放污染物的对策、降低柴油机排放污染物的对策降低降低NOx的措施（机内措施）的措施（机内措施）中冷中冷推迟燃烧推迟燃烧合理设计喷油规律合理设计喷油规律EGR应用应用降低降低PM措施措施增压增压高压喷射高压喷射小孔径喷油器小孔径喷油器可变几何涡轮增压可变几何涡轮增压第三节第三节 柴油机的排气污染与控制柴油

30、机的排气污染与控制（一）机（一）机内处理方法内处理方法1.推迟喷油；推迟喷油；推迟喷油，燃烧温度下降，着火延迟期缩短，推迟喷油，燃烧温度下降，着火延迟期缩短，NOx排放下降；排放下降；HC及及PM增加。增加。2.EGRNOx排放下降排放下降燃烧速度下降，温度降低；燃烧速度下降，温度降低；工质比热容增加，温度降低；工质比热容增加，温度降低；废气对进气的加热及稀释，过量空气系数降低。废气对进气的加热及稀释，过量空气系数降低。PM排放及燃油消耗恶化。排放及燃油消耗恶化。3.增压及增压中冷增压及增压中冷进气密度增加，过量空气了系数增大，碳烟及微粒排放下降，进气密度增加，过量空气了系数增大，碳烟及微粒排

31、放下降，CO及及HC排放降低。排放降低。第三节第三节 柴油机的排气污染与控制柴油机的排气污染与控制4.改善改善喷油特性喷油特性1）合理的喷油规律）合理的喷油规律初期缓慢，中期快速，断油干脆。初期缓慢，中期快速，断油干脆。初期，降低初期燃烧速度，初期燃烧温度下降，初期，降低初期燃烧速度，初期燃烧温度下降，NOx排放及燃烧噪声下降；排放及燃烧噪声下降；中期，提高喷油压力，提高喷油速率，扩散燃烧速度加快，微粒排放降低，中期，提高喷油压力，提高喷油速率，扩散燃烧速度加快，微粒排放降低，防止燃油经济性恶化。防止燃油经济性恶化。后期，避免低的喷油压力及雾化质量下降，避免燃烧不完全及碳烟及微粒后期，避免低的

32、喷油压力及雾化质量下降，避免燃烧不完全及碳烟及微粒的排放增加。的排放增加。2）提高喷油压力）提高喷油压力燃油喷雾颗粒进一步细化，燃油与空气的表面积增加。燃油喷雾颗粒进一步细化，燃油与空气的表面积增加。喷射压力增加，喷孔缩小，油气混合界面增大，高速燃油射速对周围喷射压力增加，喷孔缩小，油气混合界面增大，高速燃油射速对周围空气巻吸作用增强，混合气形成速度加快，混合气浓度分布均匀，着空气巻吸作用增强，混合气形成速度加快，混合气浓度分布均匀，着火位置由喷油器附近向壁面附近转移。火位置由喷油器附近向壁面附近转移。利用高压喷射燃烧持续期缩短的特点，同时采用推迟喷油及利用高压喷射燃烧持续期缩短的特点，同时采

33、用推迟喷油及EGR等措等措施，可以施，可以使使PM及及NOx同时降低。同时降低。3）柴油机电控燃油喷射）柴油机电控燃油喷射共轨喷油系统共轨喷油系统第三节第三节 柴油机的排气污染与控制柴油机的排气污染与控制5.改进改进燃烧方式燃烧方式滞燃期内不形成过多的混合气；滞燃期内不形成过多的混合气；合理组织气流运动；合理组织气流运动；改善燃烧后期的混合气形成；改善燃烧后期的混合气形成；喷雾、气流运动及燃烧室的最佳配合。喷雾、气流运动及燃烧室的最佳配合。第三节第三节 柴油机的排气污染与控制柴油机的排气污染与控制（二）机（二）机外处理方法外处理方法1.微粒捕食器（微粒捕食器（DPF）工作机理工作机理再生方法再

34、生方法断续加热再生断续加热再生连续催化再生连续催化再生2.氧化催化转换化器（氧化催化转换化器（DOC）PM中的中的SOF有机可容成分大部分氧化，有机可容成分大部分氧化，CO和和HC减少，酫类减少，排减少，酫类减少，排气臭味减少。气臭味减少。3.NOx的催化转化器（的催化转化器（SCR）在催化装置前供给尿素溶液，用排气加热进行分解反应生成在催化装置前供给尿素溶液，用排气加热进行分解反应生成NH3，对，对NO进行选择性还原。进行选择性还原。第四节第四节 使用、调整因素对柴油机燃烧过程的影响使用、调整因素对柴油机燃烧过程的影响一、负荷一、负荷负荷增加，循环供油量增加，过量空气系统下降，缸内温度增加，

35、滞燃负荷增加，循环供油量增加，过量空气系统下降，缸内温度增加，滞燃期下降，工作粗暴下降期下降，工作粗暴下降中小负荷，指示热效率变化不大；随着循供油量增加，过量空气系数下中小负荷，指示热效率变化不大；随着循供油量增加，过量空气系数下降，燃烧持续时间增大，指示热效率下降降，燃烧持续时间增大，指示热效率下降第四节第四节 使用、调整因素对柴油机燃烧过程的影响使用、调整因素对柴油机燃烧过程的影响二、转速二、转速转速增加转速增加散热、漏气下降散热、漏气下降压缩终点压力、温度增加压缩终点压力、温度增加喷油压力增加喷油压力增加雾化性改善雾化性改善滞燃期下降滞燃期下降可能下降也可能增加可能下降也可能增加转速再增

36、加较大时转速再增加较大时燃烧占曲轴转角增加燃烧占曲轴转角增加指示热效率下降指示热效率下降充量系数下降充量系数下降转速下降较多时转速下降较多时空气运动减弱；喷油压力降低。混合气质量下降空气运动减弱；喷油压力降低。混合气质量下降指示热效率下降指示热效率下降第四节第四节 使用、调整因素对柴油机燃烧过程的影响使用、调整因素对柴油机燃烧过程的影响三、供油提前角三、供油提前角影响喷油过程，从而影响性能影响喷油过程，从而影响性能供油提前角调整特性：发动机转速和油量调节机构位置不变，燃油消供油提前角调整特性：发动机转速和油量调节机构位置不变，燃油消耗率与功率等随供油提前角的变化关系。耗率与功率等随供油提前角的

37、变化关系。提前角增加较大时提前角增加较大时喷油时缸内压力与温度下降喷油时缸内压力与温度下降滞燃期增加，着火后活塞仍在上行滞燃期增加，着火后活塞仍在上行缸缸内最高压力及压力升高率增加，工作粗暴，内最高压力及压力升高率增加，工作粗暴，NOx增加（燃烧温度增增加（燃烧温度增加），燃烧负功增加加），燃烧负功增加动力性经济性下降。动力性经济性下降。提前角迟后较多时提前角迟后较多时燃烧不及时燃烧不及时动力性经济性下降，微粒增加，排温上升，散热增加动力性经济性下降，微粒增加，排温上升，散热增加最佳供油提前角最佳供油提前角动力性经济性最佳，随转速和负荷而变化。动力性经济性最佳，随转速和负荷而变化。第四节第四节

38、 使用、调整因素对柴油机燃烧过程的影响使用、调整因素对柴油机燃烧过程的影响四、燃料四、燃料十六烷值增加十六烷值增加自燃性增加自燃性增加滞燃期下降滞燃期下降缸内最高压力及压力缸内最高压力及压力升高率下降升高率下降NOx及噪声下降。及噪声下降。第四节第四节 使用、调整因素对柴油机燃烧过程的影响使用、调整因素对柴油机燃烧过程的影响五、废气再循环五、废气再循环废气增加，燃烧过程温度下降废气增加，燃烧过程温度下降NOx下降。但过量空气系数下降下降。但过量空气系数下降对对及时、完善燃烧不利及时、完善燃烧不利碳烟增加、经济性下降（尤其在高速高负荷）。碳烟增加、经济性下降（尤其在高速高负荷）。六、大气六、大气

39、状态状态大气压力低大气压力低进气量减少，压缩终了压力、温度低，着火延迟期变长，过量空气系数进气量减少，压缩终了压力、温度低，着火延迟期变长，过量空气系数小，发动机动力性、经济性下降；小，发动机动力性、经济性下降；大气温度高大气温度高气缸进气量少，发动机动力性、经济性下降。气缸进气量少，发动机动力性、经济性下降。第五节第五节 柴油机燃烧室柴油机燃烧室分类：分类： 直喷式：直喷式：浅盆型，不组织进气涡流或利用弱进气涡流；浅盆型，不组织进气涡流或利用弱进气涡流；深坑型，一般组织进气涡流。深坑型，一般组织进气涡流。分隔式燃烧室：分隔式燃烧室：涡流室涡流室预燃室预燃室第五节第五节 柴油机燃烧室柴油机燃烧

40、室一、浅盆型一、浅盆型由气缸盖底平面、活塞顶面及气缸壁所形成的统一体。由气缸盖底平面、活塞顶面及气缸壁所形成的统一体。第五节第五节 柴油机燃烧室柴油机燃烧室一、浅盆型一、浅盆型（一）特点：（一）特点：混合气形成主要靠燃油的喷散雾化，对喷雾质量要求高，用多孔喷嘴，喷孔混合气形成主要靠燃油的喷散雾化，对喷雾质量要求高，用多孔喷嘴，喷孔直径较小，针阀开启压力高，对喷油系统要求高。直径较小，针阀开启压力高，对喷油系统要求高。为增加油束与空气接触，充分利用燃烧室的空气，除采用多孔喷嘴外，还要为增加油束与空气接触，充分利用燃烧室的空气，除采用多孔喷嘴外，还要求油束与燃烧室形状相配合，燃料尽可能喷到整个燃烧

41、室。求油束与燃烧室形状相配合，燃料尽可能喷到整个燃烧室。燃烧室中一般不组织空气涡流运动，依靠油束的扩展促使燃油与空气混合。燃烧室中一般不组织空气涡流运动，依靠油束的扩展促使燃油与空气混合。燃烧室基本上是一个空间，形状简单，结构紧凑，面容比小，传热损失少；燃烧室基本上是一个空间，形状简单，结构紧凑，面容比小，传热损失少；不组织气流运动，无节流损失，最大优点是经济性好容易起动。不组织气流运动，无节流损失，最大优点是经济性好容易起动。空间雾化形成混合气，滞燃期内形成混合气多，最高压力及压力升高率高，空间雾化形成混合气，滞燃期内形成混合气多，最高压力及压力升高率高，工作粗暴。燃烧在活塞顶上进行，运动部

42、件承受较大的负荷，燃烧室温度高，工作粗暴。燃烧在活塞顶上进行，运动部件承受较大的负荷，燃烧室温度高，易冒烟并产生较多的易冒烟并产生较多的NOx。对转速与燃料较敏感，雾化质量随转速而变化，转速低，燃油雾化质量变差；对转速与燃料较敏感，雾化质量随转速而变化，转速低，燃油雾化质量变差；燃料品质变化也会影响混合气形成与燃烧，如粘度大，雾化不好，滞燃期增燃料品质变化也会影响混合气形成与燃烧，如粘度大，雾化不好，滞燃期增大，压力升高率增大。大，压力升高率增大。a较大，在较大，在1.62.2，混合气形成主要靠喷雾质量，为保证燃烧，需要大的，混合气形成主要靠喷雾质量，为保证燃烧，需要大的a 。第五节第五节 柴

43、油机燃烧室柴油机燃烧室一、浅盆型一、浅盆型（二）燃烧的有效组织（二）燃烧的有效组织不组织空气运动，工作过程的组织的关键是燃油喷雾和燃烧室形状的不组织空气运动，工作过程的组织的关键是燃油喷雾和燃烧室形状的合理配合。合理配合。影响其性能的主要因素是：供油规律、供油持续角、油速雾化质量、影响其性能的主要因素是：供油规律、供油持续角、油速雾化质量、油束的数量和射程、喷雾锥角、燃室形状、压缩比、供油提前角、配油束的数量和射程、喷雾锥角、燃室形状、压缩比、供油提前角、配气相位等。气相位等。第五节第五节 柴油机燃烧室柴油机燃烧室二、深坑形燃烧室二、深坑形燃烧室（一）混合气形成特点（一）混合气形成特点混合气形

44、成依靠喷雾质量和空气流动。混合气形成依靠喷雾质量和空气流动。第五节第五节 柴油机燃烧室柴油机燃烧室（二）燃烧室设计要点（二）燃烧室设计要点1、燃烧室形状、燃烧室形状2、尺寸、尺寸喉口直径、深度、燃烧室容积、相对容积比、喉口直径与气缸直径之比喉口直径、深度、燃烧室容积、相对容积比、喉口直径与气缸直径之比3、燃烧室的布置、燃烧室的布置四冲程柴油机，活塞顶。四冲程柴油机，活塞顶。4、燃烧室、油束与涡流强度配合、燃烧室、油束与涡流强度配合5、喷油嘴伸出气缸盖的距离、喷油嘴伸出气缸盖的距离6、提高喷油率，缩短喷油持续期、提高喷油率，缩短喷油持续期7、提高喷油压力、提高喷油压力8、利用湍流、利用湍流第五节

45、第五节 柴油机燃烧室柴油机燃烧室二、深坑形燃烧室二、深坑形燃烧室(三三)典型深坑形燃烧室实例（典型深坑形燃烧室实例（）1、混合气形成特点、混合气形成特点多孔喷嘴多孔喷嘴组织一定强度的进气涡流及挤流组织一定强度的进气涡流及挤流2、主要结构参数、主要结构参数相对容积比、喉口直径与气缸直径之比相对容积比、喉口直径与气缸直径之比3、主要优缺点、主要优缺点结构简单，相对散热损失面积小，经济性好；结构简单，相对散热损失面积小，经济性好；低温起动性好，压缩比为低温起动性好，压缩比为1517；喷油器开启压力大，对供油系统要求高；喷油器开启压力大，对供油系统要求高；工作粗暴，压力升高率及最大压力大；工作粗暴，压

46、力升高率及最大压力大；a大；大；a大，大，NOx增加（与分隔式相比）。增加（与分隔式相比）。第五节第五节 柴油机燃烧室柴油机燃烧室三、球形油膜燃烧方式三、球形油膜燃烧方式在活塞顶上挖一球型凹坑，采用双孔或单孔喷嘴，顺气流方向喷油，在活塞顶上挖一球型凹坑，采用双孔或单孔喷嘴，顺气流方向喷油，大部分油喷向燃烧室壁面，在空气涡流作用下，将燃油均匀摊在壁面大部分油喷向燃烧室壁面，在空气涡流作用下，将燃油均匀摊在壁面上，形成一层油膜，少部分分散在空间，形成火源，关键在控制壁温上，形成一层油膜，少部分分散在空间，形成火源，关键在控制壁温与涡流强度。与涡流强度。优点：轻声、无烟、经济性较好优点：轻声、无烟、经济性较好缺点：缺点：冷起动困难冷起动困难变负荷响应慢变负荷响应慢低负荷时冒烟，低负荷时冒烟，HC排放增加排放增加高低速性能差别大高低速性能差别大增压适应能力差增压适应能力差大缸径发动机上应用难。大缸径发动机上应用难。第五节第五节