第五章 柴油机混合气的形成及燃烧1

1、2021-11-4南京航空航天大学金城学院第五章 柴油机混合气的形成及燃烧2021-11-4南京航空航天大学金城学院 柴油的特点是较难挥发、较难点燃和较柴油的特点是较难挥发、较难点燃和较易自燃，因此，适用于压燃式发动机。易自燃，因此，适用于压燃式发动机。 柴油机的着火是多点、不受控制的爆炸性柴油机的着火是多点、不受控制的爆炸性燃烧，爆发压力高，燃烧噪声大，工作粗暴。燃烧，爆发压力高，燃烧噪声大，工作粗暴。柴油机的混合气形成条件恶劣，除了时间短柴油机的混合气形成条件恶劣，除了时间短之外，空间上周向与径向混合不均匀，时间之外，空间上周向与径向混合不均匀，时间上边混合、边燃烧、交叉进行。上边混合、边

2、燃烧、交叉进行。2021-11-4南京航空航天大学金城学院1 1、着火延迟期、着火延迟期 一、柴油机燃烧过程概述燃烧过程概述 5-1 柴油机的燃烧过程 着火延迟期也称为滞燃期。着火延迟期也称为滞燃期。 混合气准备的物理和化学过混合气准备的物理和化学过程程。2021-11-4南京航空航天大学金城学院2、速燃期 着火延迟期内准备好的混合气着火延迟期内准备好的混合气几乎同时开始燃烧几乎同时开始燃烧。 应应控制压力升高率，防止工作控制压力升高率，防止工作粗暴粗暴。 柴油机柴油机p/p/不大于不大于0.4-0.4-0.5MPa/(0.5MPa/(CA)CA)的范围内。的范围内。2021-11-4南京航空

3、航天大学金城学院3、 缓燃期 燃烧的进行渐趋缓慢。燃烧的进行渐趋缓慢。 尽可能地加速混合气的形成，尽可能地加速混合气的形成，保证迅速而完全的燃烧保证迅速而完全的燃烧。2021-11-4南京航空航天大学金城学院4、补燃期 尽量缩短补燃期，尽量缩短补燃期，减少补燃期内燃烧的燃减少补燃期内燃烧的燃油量。油量。 后燃产生的负面影响：后燃产生的负面影响：在后燃期内，在后燃期内，燃料在较低的膨胀比下放热，所放出的燃料在较低的膨胀比下放热，所放出的热量难于有效地利用，使柴油机零件的热量难于有效地利用，使柴油机零件的热负荷增加，排气温度升高，传给冷却热负荷增加，排气温度升高，传给冷却水的热损失也增加，柴油机的

4、经济性下水的热损失也增加，柴油机的经济性下降。所以后燃期应尽可能地缩短。降。所以后燃期应尽可能地缩短。2021-11-4南京航空航天大学金城学院缩短后燃的措施：缩短后燃的措施：加强燃烧室内的气流运动，加强燃烧室内的气流运动，改善混合气的形成，减少缓燃期内的喷油量，并提改善混合气的形成，减少缓燃期内的喷油量，并提高缓燃阶段的燃烧速度，使燃烧尽可能在上止点附高缓燃阶段的燃烧速度，使燃烧尽可能在上止点附近基本完成。近基本完成。2021-11-4南京航空航天大学金城学院2021-11-4南京航空航天大学金城学院二、二、 着火延迟期对柴油机性能的影响着火延迟期对柴油机性能的影响 期间喷入缸内的燃料量 着

5、火前可燃混合气量 ，Pmax。 冲击载荷，工作粗暴，柴油机寿命。 混合气形成欠佳 柴油机性能p2021-11-4南京航空航天大学金城学院 压缩温度和压力压缩温度和压力 、 喷油提前角喷油提前角 、转速转速N、 十六烷值、增压十六烷值、增压三、影响三、影响 滞燃期因素滞燃期因素2021-11-4南京航空航天大学金城学院1、温度和压力：随、温度和压力：随着压缩温度和压力提着压缩温度和压力提高，滞燃期减小。温高，滞燃期减小。温度压力是影响滞燃期度压力是影响滞燃期的的直接因素直接因素，其，其他一些因素是通过压他一些因素是通过压缩温度和压力而间接缩温度和压力而间接影响滞燃期的。影响滞燃期的。2021-1

6、1-4南京航空航天大学金城学院高转速时最佳喷油角低转速时最佳喷油角最大的影响因素。 高转速时最佳喷油角低转速时最佳喷油角 着火时着火时刻推迟，使燃烧刻推迟，使燃烧 Tc ，Pc （燃（燃料进入气缸时空料进入气缸时空气温度和压力低）气温度和压力低）Tc ，Pc 2021-11-4南京航空航天大学金城学院 3、转速转速： n 漏气、散热损失漏气、散热损失 Pc ，Tc 喷油压力喷油压力 雾化雾化 ；气流运动；气流运动 蒸发蒸发 混合气形成好转混合气形成好转 。 但但n 着火延迟角着火延迟角 2021-11-4南京航空航天大学金城学院4、l增压 Pc ，Tc 2021-11-4南京航空航天大学金城学

7、院 总之当i过大时，前期喷入的燃料量增加，使速燃期内的压力迅速增高，因其发动机工作粗暴，振动噪声增加，燃烧难以控制。 i过小时，对混合气形成不利，性能恶化。总体来说为控制燃烧过程，降低机械负荷使发动机平稳运转，应尽量减小滞燃期。2021-11-4南京航空航天大学金城学院四、燃烧过程中存在的问题1、混合气形成困难，燃烧不完全、混合气形成困难，燃烧不完全混合极不均匀混合气形成时间短，边喷油、边混合、边燃烧。改进措施：改进措施：1）促进混合气的形成）促进混合气的形成 结构上，促进缸内的涡流运动结构上，促进缸内的涡流运动2）供给较多的空气。）供给较多的空气。 大于大于1，一般取，一般取1.3，但至少，

8、但至少30%的空气未被利用的空气未被利用使气缸工作容积的利用程度降低，使升功率、平均有使气缸工作容积的利用程度降低，使升功率、平均有效压力降低，这与提高其动力性相矛盾。效压力降低，这与提高其动力性相矛盾。2021-11-4南京航空航天大学金城学院2、工作粗暴，燃烧噪声较大、工作粗暴，燃烧噪声较大混合极不均匀混合气形成时间短，边喷油、边混合、边燃烧。改进措施：改进措施：缩短着火延迟时间，减少滞燃期内的喷油量。但和缩短着火延迟时间，减少滞燃期内的喷油量。但和动力性相矛盾。动力性相矛盾。2021-11-4南京航空航天大学金城学院燃油在高温缺氧下燃烧时易形成碳烟。燃油在高温缺氧下燃烧时易形成碳烟。减少

9、黑烟的主要措施：减少黑烟的主要措施：1）增加过量空气系数）增加过量空气系数，但与提高柴油机的动力性，但与提高柴油机的动力性相矛盾。相矛盾。2）改善混合气的形成，与改善柴油机工作的柔和性）改善混合气的形成，与改善柴油机工作的柔和性相矛盾。相矛盾。3、排气冒黑烟、排气冒黑烟主要发生在大负荷工况时，如加速，爬坡时。2021-11-4南京航空航天大学金城学院暖机时，一般先冒白烟，后冒蓝烟，然后变为无暖机时，一般先冒白烟，后冒蓝烟，然后变为无色。色。4、排气冒蓝烟、白烟、排气冒蓝烟、白烟 冷起动及怠速、低负荷运转时，气缸内温度低，冷起动及怠速、低负荷运转时，气缸内温度低，燃烧不良，不同直径的柴油微粒随废

10、气排出受光线燃烧不良，不同直径的柴油微粒随废气排出受光线的反射呈现出不同的颜色，白烟是由的反射呈现出不同的颜色，白烟是由0.61m的颗的颗粒构成，而蓝烟是由粒构成，而蓝烟是由0.6m以下的颗粒构成。以下的颗粒构成。2021-11-4南京航空航天大学金城学院 为了分析评价燃烧过程，必须掌握放热速率随为了分析评价燃烧过程，必须掌握放热速率随曲轴转角变化规律曲轴转角变化规律放热规律。从宏观上分析燃放热规律。从宏观上分析燃烧组织情况，判断进行的是否完善。烧组织情况，判断进行的是否完善。 五、燃烧放热规律五、燃烧放热规律 方法：方法：1.根据喷油规律求算放热规律；根据喷油规律求算放热规律； 2.由燃烧规

11、律放热模型预测；由燃烧规律放热模型预测； 3.从实测示功图计算出放热规律。从实测示功图计算出放热规律。 2021-11-4南京航空航天大学金城学院 瞬时放热速率瞬时放热速率: : 在燃烧过程中的某一时刻，单位在燃烧过程中的某一时刻，单位时间内（或时间内（或1 1曲轴转角内）燃烧的燃油所放出的曲轴转角内）燃烧的燃油所放出的热量。热量。 累积放热百分比累积放热百分比: : 从燃烧过程开始至某一时刻为从燃烧过程开始至某一时刻为止已经燃烧的燃油与循环供油量的比值。止已经燃烧的燃油与循环供油量的比值。 燃烧放热规律燃烧放热规律是指是指瞬时放热速率瞬时放热速率和和累积放热百分累积放热百分比比随曲轴转角的变

12、化关系。随曲轴转角的变化关系。2021-11-4南京航空航天大学金城学院汽油机放热速率最大值汽油机放热速率最大值最高，燃烧持续期较短，最高，燃烧持续期较短，但初始放热速率较低，但初始放热速率较低，燃烧噪声低，工作平稳。燃烧噪声低，工作平稳。直喷式柴油机初始放热直喷式柴油机初始放热速率最高，燃烧噪声大，速率最高，燃烧噪声大，工作粗暴。同样压缩比工作粗暴。同样压缩比情况下后燃损失较汽油情况下后燃损失较汽油机大，热效率低。机大，热效率低。分隔式柴油机初始放热分隔式柴油机初始放热率低，燃烧噪声低，工率低，燃烧噪声低，工作平稳，但燃烧持续角作平稳，但燃烧持续角较长，热效率低，燃油较长，热效率低，燃油经济

13、性差。经济性差。 2021-11-4南京航空航天大学金城学院较理想的柴油机燃烧放热规律 有一合适的有一合适的燃烧起点燃烧起点，同时燃烧应该是，同时燃烧应该是先缓后急先缓后急。 开始放热阶段，控制开始放热阶段，控制燃烧放热速率燃烧放热速率，以，以降低压力升高率。降低压力升高率。 然后燃烧应加速进行，绝大部分燃油在然后燃烧应加速进行，绝大部分燃油在尽可能靠近上止点处完成燃烧。尽可能靠近上止点处完成燃烧。 燃烧持续时间燃烧持续时间不宜过长。不宜过长。 2021-11-4南京航空航天大学金城学院燃烧起点燃烧起点、燃烧放热规律曲线形状燃烧放热规律曲线形状和燃烧持续时间和燃烧持续时间被认为是燃烧放热被认为

14、是燃烧放热规律的三要素。规律的三要素。2021-11-4南京航空航天大学金城学院一一 、供油系统和、供油系统和喷射过程喷射过程 1、 供油系统的供油系统的组成组成 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） 5-2 燃油喷射和雾化 2021-11-4南京航空航天大学金城学院 2、 喷油过程喷油过程 普遍采用柱塞式喷油泵。 3、 喷油延迟时间喷油延迟时间 从喷油泵内燃油顶开出油阀进入高压油管至油压压开喷油嘴针阀的时间。 2021-11-4南京航空航天大学金城学院 定义定义：n 供油规律供油规律：单位时间内喷单位时间内喷油泵的供油量随时间的变化油泵的供油量随时间的变化关系

15、关系。 n 喷油规律喷油规律：单位时间内喷单位时间内喷油器喷入燃烧室内的燃油量油器喷入燃烧室内的燃油量随时间的变化关系。随时间的变化关系。4、供油规律和喷油规律 2021-11-4南京航空航天大学金城学院两者的差异：n 喷油始点滞后于供油始点 n 喷油持续时间较长 n 最大喷油速率较低n 曲线的形状有一定的变化 产生差异的原因：n 燃油的可压缩性 n 系统内产生压力波的传播 n 高压油管的弹性变形2021-11-4南京航空航天大学金城学院二二 、喷油泵速度特性、喷油泵速度特性及其校正及其校正 1、 节流作用节流作用 理论上 （不存在节流） 实际上 （存在节流） 所以，实际供油比理论供油时间长，

16、供油量大。2021-11-4南京航空航天大学金城学院 2、 喷油泵速度特性喷油泵速度特性 每循环供油量随转速n的变化关系。 n 节流作用 循环供油时间 循环供油量 g 3、 车用的适应性车用的适应性 车用 希望n g 喷油泵速度特性 n g 因此，喷油泵速度特性不适合于车用，必须进行校正。 4、 校正校正 1 出油阀校正 2 调速器校正2021-11-4南京航空航天大学金城学院 三、喷射过程 定义：从喷油泵开始供油直至喷油器停止喷油的过程n 喷射延迟阶段 n 主喷射阶段 n 喷射结束阶段 2021-11-4南京航空航天大学金城学院四、不正常喷射现象四、不正常喷射现象 1、 二次喷射二次喷射 高

17、压油管内压力波引起。高压油管内压力波引起。 喷射时间喷射时间 雾化不良，燃烧不完全，补燃严雾化不良，燃烧不完全，补燃严重，排污重，排污 ，炭烟，炭烟 ，零件过热。，零件过热。 2、 断续喷射断续喷射 进入喷油嘴燃油量不稳定，压力波动引起。进入喷油嘴燃油量不稳定，压力波动引起。 喷油时间正常，但针阀运动次数喷油时间正常，但针阀运动次数 ，喷油嘴易，喷油嘴易磨损。磨损。 3、 隔次喷射隔次喷射 低速、尤其是怠速时，油压不足，压不开针阀。低速、尤其是怠速时，油压不足，压不开针阀。下一循环时油压聚足，压开针阀喷射。下一循环时油压聚足，压开针阀喷射。2021-11-4南京航空航天大学金城学院正常与不正常

18、喷射比较2021-11-4南京航空航天大学金城学院喷射系统中的穴蚀破坏 穴蚀破坏出现在系统内与燃油接触的金属表面上。 产生的机理：在高压容积内产生压力波动时，在极低的压力区形成汽泡，随后压力迅速升高使汽泡爆裂而产生冲击波，这种冲击波多次作用于金属表面则引起穴蚀。 穴蚀破坏会影响到喷射系统的工作可靠性和使用寿命。 2021-11-4南京航空航天大学金城学院五、对喷射系统的要求 在任一工况下都不出现不正常喷射现象，不产生在任一工况下都不出现不正常喷射现象，不产生穴蚀破坏。穴蚀破坏。 根据不同转速和负荷的工况要求，在最佳的喷油根据不同转速和负荷的工况要求，在最佳的喷油时刻，精确提供所需的燃油量。时刻

19、，精确提供所需的燃油量。 尽可能实现理想的喷油规律。尽可能实现理想的喷油规律。 良好的油束特性能满足具体燃烧室的要求。良好的油束特性能满足具体燃烧室的要求。 对于喷射系统的强化，应采取相应的措施保证有对于喷射系统的强化，应采取相应的措施保证有关零部件的强度和刚度，同时注意降低喷射系统关零部件的强度和刚度，同时注意降低喷射系统的噪声与振动。的噪声与振动。 2021-11-4南京航空航天大学金城学院 更高的喷射压力和喷油速更高的喷射压力和喷油速率以及更短的喷油持续时率以及更短的喷油持续时间已是技术发展的一个明间已是技术发展的一个明显趋势。显趋势。 为避免柴油机工作过于粗为避免柴油机工作过于粗暴，又

20、希望实现暴，又希望实现“先缓后先缓后急急”的喷油规律。的喷油规律。 在所有的工况下都希望在在所有的工况下都希望在喷射结束阶段能尽可能迅喷射结束阶段能尽可能迅速地结束喷射。速地结束喷射。理想的喷油规律：2021-11-4南京航空航天大学金城学院 六、柴油机电控喷射系统 电控喷射系统突出优点是控制的准确性和响应的快速性。 系统的基本控制量： 循环喷油量的控制 供油提前角控制 2021-11-4南京航空航天大学金城学院一、混合气的形成：一、混合气的形成： 缸内混合的方式。缸内混合的方式。燃油借助于高压喷射进燃油借助于高压喷射进入气缸后，在极短的时入气缸后，在极短的时间内经历雾化、吸热、间内经历雾化、

21、吸热、汽化、扩散与空气混合，汽化、扩散与空气混合，形成良好的可燃混合气。形成良好的可燃混合气。汽油机汽油机 气缸外部利用化油气缸外部利用化油器形成大体均匀的混器形成大体均匀的混合气。汽油喷射形成合气。汽油喷射形成均匀混合气。均匀混合气。柴油机柴油机 5-3 混合气的形成和燃烧室 2021-11-4南京航空航天大学金城学院1、 空间雾化空间雾化 将燃料喷在燃烧室空间使之成为雾状，再利用空气运动达到充分混合。 特点: 1）对燃料喷雾要求高 2 ）对空气运动要求不高 3 ）初期空间分布燃料多，燃烧迅速 柴油机混合形成的两种基本形式柴油机混合形成的两种基本形式2021-11-4南京航空航天大学金城学院

22、2、 油膜蒸发油膜蒸发 油膜蒸发型混合气蒸发方式则有意将燃料喷在燃烧室壁面上，使之成为薄薄的一层油膜附着在燃烧室壁面上，只有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，边燃烧。初期蒸发、燃烧慢，后期蒸发、燃烧迅速 。 特点: 1） 对燃料喷雾要求不高 2 ）放热先缓后急 3） 但低速性能不好，冷起动困难。2021-11-4南京航空航天大学金城学院二、二、 燃料的喷雾燃料的喷雾 1、 喷雾的作用喷雾的作用 只有当燃料与空气充分接触，形成可燃混合气时，才有可能燃烧。接触面积越大，可燃混合气越多，燃烧越完善。 2021-11-4南京航空航天大学金城学院2、 喷雾的形成喷雾的

23、形成1） 油束 燃油喷射 高压、高速。 一级雾化汽缸中空气的动力作用将油束撕 裂成片、带、泡或大颗粒的油滴。 二级雾化空气动力作用将片、带、泡或大颗粒的油滴再粉碎成细小的油滴。2 ）着火条件 浓度、温度为着火的必要条件2021-11-4南京航空航天大学金城学院3、 喷雾特性喷雾特性1） 油束射程油束射程L L 燃料喷到壁面上多燃料喷到壁面上多 空间混合空间混合气太稀。气太稀。 L 燃料集中燃料集中 混合气分布不均匀，混合气分布不均匀，空气利用空气利用 。2） 喷雾锥角喷雾锥角 反映油束的紧密程度。反映油束的紧密程度。 孔式喷嘴孔式喷嘴 油束松散，粒细。油束松散，粒细。 轴针式喷嘴轴针式喷嘴 油

24、束紧密，粒粗。油束紧密，粒粗。3 ）雾化质量（雾化特性）雾化质量（雾化特性） 细微度细微度 油滴平均直径油滴平均直径 均匀度均匀度 油滴最大直径油滴最大直径 - 油滴平均直径油滴平均直径2021-11-4南京航空航天大学金城学院4、 喷油规律喷油规律 单位时间（或曲轴转角）的喷油量随时间（或曲轴转角）的变化规律。1）喷油延迟角 喷油提前角 开始喷油 上止点的曲轴转角。 上止点 停止喷油的曲轴转角。 喷油延迟角 开始喷油 停止喷油的曲轴转角。2） 喷油延迟角对性能的影响 喷油持续时间长, 工作柔和，但油耗增大, 排放变差。 喷油持续时间短, 油耗下降, 排放好，但工作粗暴。2021-11-4南京

25、航空航天大学金城学院3） 喷油延迟角的比较 a. 油耗, 排放好，但工作粗暴。 b. 先急后缓 工作粗暴。 油耗 , 排放差。 c. 先缓后急 工作柔和。 油耗 , 排放好, 尽量采用，但很难做到。 2021-11-4南京航空航天大学金城学院5、 喷油嘴喷油嘴1 、孔式喷嘴 主要用于直喷式燃烧室中。 孔数: 15个， = 0.250.8 mm。 雾化好，但易阻塞。孔数越少，雾化越好，但也易阻塞。2、 轴针式喷嘴 主要用于分隔式燃烧室中。 = 13 mm，通道间隙 = 0.0250.05 mm。 雾化差，但有自洁作用，不易阻塞。 2021-11-4南京航空航天大学金城学院三三 、气流运动对混合气

26、形成的影响、气流运动对混合气形成的影响（一）（一） 气流运动的作用气流运动的作用2021-11-4南京航空航天大学金城学院（二）（二） 气流运动气流运动1、 进气涡流 使进气气流相对于汽缸中心产生一个力，形成涡流。A、 带导气屏进气门带导气屏进气门强制空气从导气屏前流出。 2021-11-4南京航空航天大学金城学院B、 切向气道切向气道形状比较直平，在气门座前强烈收缩，使气流切向进入缸内，造成速度分布不均匀。 特点：结构简单，流动阻力小，产生涡流强度小。2021-11-4南京航空航天大学金城学院C、 螺旋气道螺旋气道在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础

27、上增加了一个切向速度。 特点：流动阻力小；涡流强度大；适于高涡流内燃机。但是结构尺寸及加工精度要求较高，且涡流与流量难于兼顾。2021-11-4南京航空航天大学金城学院 挤流挤流强度由挤气面积和挤气间隙大小决定。强度由挤气面积和挤气间隙大小决定。 通常采用缩口形燃烧室通常采用缩口形燃烧室 2、挤流、挤流 在压缩后期活塞表面的某一部分和缸盖之间挤压气体，在压缩后期活塞表面的某一部分和缸盖之间挤压气体，产生径向或横向气流运动，称为产生径向或横向气流运动，称为挤流挤流； 利用逆挤流有助于将燃烧室内的混合气流出，使其进一步利用逆挤流有助于将燃烧室内的混合气流出，使其进一步和气缸内的空气混合燃烧，对改善

28、燃烧和降低排放十分有利。和气缸内的空气混合燃烧，对改善燃烧和降低排放十分有利。2021-11-4南京航空航天大学金城学院定义：在进气过程中形成的绕定义：在进气过程中形成的绕垂直于气缸轴线垂直于气缸轴线的有组织大尺的有组织大尺寸空气涡流。寸空气涡流。 应用：滚流较适宜于在四气门汽油机上使用，滚流在压缩应用：滚流较适宜于在四气门汽油机上使用，滚流在压缩过程中其动量衰减较少，当活塞接近于上止点时，大尺度的过程中其动量衰减较少，当活塞接近于上止点时，大尺度的滚流将破裂成众多小尺度的涡，使湍流强度和湍流动能增加，滚流将破裂成众多小尺度的涡，使湍流强度和湍流动能增加，提高火焰传播速率，改善发动机性能。提高

29、火焰传播速率，改善发动机性能。 3、滚流、滚流 2021-11-4南京航空航天大学金城学院 4、湍流、湍流 定义：在气缸中形成随机的有旋的三维非定常气体运动；定义：在气缸中形成随机的有旋的三维非定常气体运动； 基本特征在于其具有随机性质的涡旋结构，以及这些涡旋在流体内部的随机运动，湍流能引起相邻各层流体间动量、温度、浓度等的交换和脉动。 湍流结构十分复杂，内燃机中可燃混合气的湍流特湍流结构十分复杂，内燃机中可燃混合气的湍流特性对性对燃烧速度燃烧速度和和火焰传播火焰传播有着十分重要的影响有着十分重要的影响.2021-11-4南京航空航天大学金城学院 混合气形成和燃烧与燃烧室有密切关系，如果燃烧室

30、设计不好，则燃油系统、进气系统也难以与其配合得到良好的性能指标。在改进燃烧系统时，也往往从燃烧室的形状、尺寸着手。 根据混合气形成和燃烧室结构特点，压燃式内燃机的燃烧室基本上分为两大类：直接喷射式燃烧室和分隔式燃烧室。2021-11-4南京航空航天大学金城学院分为两大类：直接喷射燃烧室（开式）和分隔式燃烧室（间接）开式直喷半开式无涡流气流运动有涡流涡流室分隔式预燃室四、柴油机燃烧室分类四、柴油机燃烧室分类2021-11-4南京航空航天大学金城学院 直喷式燃烧室按活塞顶直喷式燃烧室按活塞顶部凹坑（燃烧室）的深浅、部凹坑（燃烧室）的深浅、口径大小，分为口径大小，分为开式燃烧室开式燃烧室和和半开式燃

31、烧室半开式燃烧室。1、开式燃烧室、开式燃烧室燃烧室口径大、深燃烧室口径大、深度浅，大缸径船用度浅，大缸径船用低速柴油机。低速柴油机。2021-11-4南京航空航天大学金城学院 油束贯穿率在油束贯穿率在0.85左右，完全是空间雾化混合左右，完全是空间雾化混合方式，对燃油系统要求高（喷油压力高，喷孔方式，对燃油系统要求高（喷油压力高，喷孔直径小，喷孔数目多）。直径小，喷孔数目多）。 燃油经济性好，冷起动容易燃油经济性好，冷起动容易。 不需组织进气涡流，充气效率高，动力性好。不需组织进气涡流，充气效率高，动力性好。 燃烧噪声大，燃烧噪声大，发动机工作粗暴发动机工作粗暴。 特点：特点：2021-11-

32、4南京航空航天大学金城学院2、半开式燃烧室、半开式燃烧室 1）缸径小，燃烧室口径小缸径小，燃烧室口径小2）燃烧室凹坑较深燃烧室凹坑较深3）采用空间雾化混合为主、油膜蒸发混合为辅采用空间雾化混合为主、油膜蒸发混合为辅的混合气形成方式的混合气形成方式，比较理想的油束贯穿率约，比较理想的油束贯穿率约为为1.051.08左右。左右。4）喷孔数目一般在）喷孔数目一般在35孔，喷孔直径一般在孔，喷孔直径一般在0.30.45mm。5）过量空气系数一般在）过量空气系数一般在1.31.5之间。之间。6）一般适用于缸径）一般适用于缸径80140mm，转速低于，转速低于4500r/min的直喷式柴油机。的直喷式柴油

33、机。7）组织进气涡流（一般是螺旋进气道）组织进气涡流（一般是螺旋进气道） 2021-11-4南京航空航天大学金城学院半开式燃烧室与开式燃烧室相比：半开式燃烧室与开式燃烧室相比： 对燃油系统的要求较低（孔径较大、喷油对燃油系统的要求较低（孔径较大、喷油压力较低）。压力较低）。 燃烧噪声较低，柴油机工作较柔和。燃烧噪声较低，柴油机工作较柔和。 燃油经济性、冷起动性较差。燃油经济性、冷起动性较差。2021-11-4南京航空航天大学金城学院由于开式燃烧室由于开式燃烧室燃油经济性好燃油经济性好、冷起动容冷起动容易易、微粒排放量较低微粒排放量较低、不组织进气涡流不组织进气涡流的的突出优点，现代中小型高速直

34、喷式柴油机突出优点，现代中小型高速直喷式柴油机有向开式燃烧室发展的趋势，即减弱进气有向开式燃烧室发展的趋势，即减弱进气涡流运动，尽可能提高喷油压力，增加喷涡流运动，尽可能提高喷油压力，增加喷孔数目，减小喷孔直径。典型的发展趋势孔数目，减小喷孔直径。典型的发展趋势就是发展就是发展高压共轨高压共轨燃油系统。燃油系统。2021-11-4南京航空航天大学金城学院 典型半开式燃烧室介绍：典型半开式燃烧室介绍：（1） 形燃烧室形燃烧室 形燃烧室的底部中心有一凸起，目的是形燃烧室的底部中心有一凸起，目的是想帮助形成（挤压）涡流，并使燃烧室形状与油想帮助形成（挤压）涡流，并使燃烧室形状与油束配合，将空气集中在

35、油束附近，以便更好利用束配合，将空气集中在油束附近，以便更好利用燃烧室中空气。燃烧室中空气。2021-11-4南京航空航天大学金城学院 燃烧室的主要尺寸：燃烧室的主要尺寸：1）余隙容积余隙容积VS（包括活塞顶间隙容积、气（包括活塞顶间隙容积、气门凹坑容积、第门凹坑容积、第1道活塞环测隙容积）道活塞环测隙容积）尽尽可能小可能小，但余隙距离不可小于，但余隙距离不可小于1mm。2021-11-4南京航空航天大学金城学院2021-11-4南京航空航天大学金城学院2）dK/D、 dK/h、 要合适：要合适： 燃烧室喉口直径与气缸直径之比燃烧室喉口直径与气缸直径之比dK/D=0.40.6，要与，要与油束射

36、程匹配，以保证最佳油束穿透率。油束射程匹配，以保证最佳油束穿透率。 燃烧室喉口直径与燃烧室深度之比燃烧室喉口直径与燃烧室深度之比dK/h=1.53.5，从，从降低机械负荷和燃烧噪声方面考虑，希望燃烧室深降低机械负荷和燃烧噪声方面考虑，希望燃烧室深一些（增加油膜蒸发混合比例），但太深会导致增一些（增加油膜蒸发混合比例），但太深会导致增加活塞长度，燃烧室中废气不易清除，喉口处热负加活塞长度，燃烧室中废气不易清除，喉口处热负荷高，喷油嘴容易过热卡死。荷高，喷油嘴容易过热卡死。 燃烧室侧面与顶面的夹角燃烧室侧面与顶面的夹角 一般制造大于一般制造大于90，防止，防止活塞喉口处热裂。活塞喉口处热裂。202

37、1-11-4南京航空航天大学金城学院3）燃烧室的布置）燃烧室的布置 由于进、排气门的布置，燃烧室、喷由于进、排气门的布置，燃烧室、喷油嘴往往不能布置在气缸中心线上，一油嘴往往不能布置在气缸中心线上，一般般e1/D5%， e2/D10%。为便于气缸盖中。为便于气缸盖中冷却水道布置，喷油嘴也倾斜冷却水道布置，喷油嘴也倾斜1520布布置。因此，为保证油束在燃烧室中合适置。因此，为保证油束在燃烧室中合适分布，分布，喷孔夹角、倾斜角不均匀分布，喷孔夹角、倾斜角不均匀分布，油束长度有长有短油束长度有长有短。2021-11-4南京航空航天大学金城学院4）喷油嘴伸出气缸盖底部的长度喷油嘴伸出气缸盖底部的长度h

38、有最佳值有最佳值，一，一般在般在13mm左右，可由喷油嘴安装垫片厚度调整。左右，可由喷油嘴安装垫片厚度调整。 h过长，则油束落在燃烧室底部（过长，则油束落在燃烧室底部（.），并且喷），并且喷油嘴热负荷高，容易烧坏卡死油嘴热负荷高，容易烧坏卡死 。 h过小，则油束可能落在活塞顶部（过小，则油束可能落在活塞顶部（.），造成），造成柴油机冒黑烟。柴油机冒黑烟。2021-11-4南京航空航天大学金城学院（2）四角形燃烧室）四角形燃烧室 日本五十铃公司的四角形燃烧日本五十铃公司的四角形燃烧室于室于70年代初提出，活塞顶凹年代初提出，活塞顶凹坑从纵剖面看与坑从纵剖面看与 形燃烧室相同，形燃烧室相同，俯视为

39、四角带圆弧的正方形，俯视为四角带圆弧的正方形，目的是改变高、低速时喷孔到目的是改变高、低速时喷孔到燃烧室壁面的距离，保证高、燃烧室壁面的距离，保证高、低速时均维持最佳油束穿透率低速时均维持最佳油束穿透率，解决了高、低速时柴油机的排解决了高、低速时柴油机的排气烟度矛盾。气烟度矛盾。2021-11-4南京航空航天大学金城学院（3）缩口四方形燃烧室）缩口四方形燃烧室 日本小松公司的微涡流燃烧室，其活塞顶凹日本小松公司的微涡流燃烧室，其活塞顶凹坑的上部为四角形，下部为回转体，连接处经切坑的上部为四角形，下部为回转体，连接处经切削加工圆滑过渡。削加工圆滑过渡。 后来的实践证明，缩口四方形燃烧室后来的实践

40、证明，缩口四方形燃烧室主要利主要利用了燃烧室喉口的缩短产生了强烈的挤流作用用了燃烧室喉口的缩短产生了强烈的挤流作用，尤其是逆挤流运动的增强尤其是逆挤流运动的增强显著降低了柴油机的排显著降低了柴油机的排气烟度气烟度，对燃油消耗率的改善不明显对燃油消耗率的改善不明显。 四个圆角处的微涡流并不起什么作用，与四四个圆角处的微涡流并不起什么作用，与四角形燃烧室一样，为了解决高、低速时的排气烟角形燃烧室一样，为了解决高、低速时的排气烟度的矛盾。度的矛盾。2021-11-4南京航空航天大学金城学院2021-11-4南京航空航天大学金城学院（4）球形油膜燃烧室）球形油膜燃烧室（茅瑞尔茅瑞尔S.Meurer或或

41、M过程）过程） 单孔或双孔喷油嘴沿燃烧室壁面单孔或双孔喷油嘴沿燃烧室壁面喷射，在强烈的进气涡流作用下，喷射，在强烈的进气涡流作用下，将燃油摊布在壁面上，吸热蒸发，将燃油摊布在壁面上，吸热蒸发，形成均匀混合气。主要是油膜蒸形成均匀混合气。主要是油膜蒸发混合，因此发混合，因此最佳喷射角度较小最佳喷射角度较小。 柴油机工作柔和，燃烧噪声低，柴油机工作柔和，燃烧噪声低，排烟少，燃油消耗率接近开式燃排烟少，燃油消耗率接近开式燃烧室烧室217g/（kW.h）2021-11-4南京航空航天大学金城学院 从柴油到汽油都能平稳运转。从柴油到汽油都能平稳运转。冷起动比较困难冷起动比较困难（起动时燃烧室壁温低）（起

42、动时燃烧室壁温低）对负荷突变反应慢对负荷突变反应慢（空气涡流跟不上）（空气涡流跟不上）低负荷时冒蓝烟，低负荷时冒蓝烟，HC大量增加大量增加（燃烧室壁温（燃烧室壁温低）低）高、低速性能矛盾大高、低速性能矛盾大（空气涡流）（空气涡流）对增压适应性差对增压适应性差（油膜变厚）（油膜变厚）在大缸径上应用困难在大缸径上应用困难（面容比降低，油膜变（面容比降低，油膜变厚），一般限于厚），一般限于75130mm缸径。缸径。2021-11-4南京航空航天大学金城学院 三、分隔式燃烧室三、分隔式燃烧室 分主、副燃烧室，分主、副燃烧室，主燃烧室位于活塞顶部主燃烧室位于活塞顶部与气缸盖之间，副燃烧与气缸盖之间，副燃

43、烧室位于气缸盖内，两者室位于气缸盖内，两者之间有连接通道，喷油之间有连接通道，喷油嘴向副燃烧室内喷射。嘴向副燃烧室内喷射。 分隔式燃烧室有分隔式燃烧室有涡涡流室燃烧室流室燃烧室和和预燃室燃预燃室燃烧室烧室两种结构形式。两种结构形式。 2021-11-4南京航空航天大学金城学院1、涡流室燃烧室、涡流室燃烧室 组织强烈的组织强烈的压缩涡流压缩涡流运动，涡流室容运动，涡流室容积积VK约占整个压缩容积约占整个压缩容积VC的的5080%，连接，连接通道的截面积一般为活塞面积的通道的截面积一般为活塞面积的1.2%3.5%。 与直喷式燃烧室相比，具有如下特点：与直喷式燃烧室相比，具有如下特点： 不组织进气涡

44、流，不组织进气涡流，平直进气道平直进气道，因此涡流室柴，因此涡流室柴油机充气效率高，动力性能好。油机充气效率高，动力性能好。 由于压缩涡流随转速升高而加强，因此由于压缩涡流随转速升高而加强，因此混合气混合气形成质量对转速变化不敏感形成质量对转速变化不敏感，适用于高速柴油，适用于高速柴油机（达机（达5000r/min）。）。2021-11-4南京航空航天大学金城学院 由于二次燃烧，主燃烧室中的压力升高率较低由于二次燃烧，主燃烧室中的压力升高率较低（0.25MPa左右），左右），柴油机工作平稳柴油机工作平稳。 副燃烧室混合气成分偏浓，主燃烧室中最高燃烧温副燃烧室混合气成分偏浓，主燃烧室中最高燃烧温

45、度相对较低，因此度相对较低，因此NOX排放量较直喷式燃烧室低排放量较直喷式燃烧室低1/31/2左右左右。由于利用。由于利用二次涡流二次涡流促进主室的混合气形促进主室的混合气形成与燃烧，在主室中减少或避免了因高温缺氧的不成与燃烧，在主室中减少或避免了因高温缺氧的不利影响，因此利影响，因此HC和和CO排放量也较低排放量也较低。 对燃油系统要求低对燃油系统要求低，喷油压力低，轴针式喷油嘴。，喷油压力低，轴针式喷油嘴。2021-11-4南京航空航天大学金城学院由于燃烧持续时间（以曲轴转角计）较长，由于燃烧持续时间（以曲轴转角计）较长，后燃损失大后燃损失大，散热损失大散热损失大，加上连接通道的，加上连接

46、通道的节流损失节流损失，涡流室燃烧室柴油机的，涡流室燃烧室柴油机的燃油消耗燃油消耗率较直喷式燃烧室柴油机高率较直喷式燃烧室柴油机高（1015%）。）。 冷起动困难冷起动困难，压缩比较高压缩比较高（ =2022）。）。 气缸盖底部进、排气门座之间的气缸盖底部进、排气门座之间的“鼻梁区鼻梁区”容易热裂容易热裂。2021-11-4南京航空航天大学金城学院 涡流室形状分涡流室形状分球形球形、锥形平底（、锥形平底（彗星彗星V号号）、柱形平底（）、柱形平底（吊钟形吊钟形）三种。）三种。2021-11-4南京航空航天大学金城学院 球形燃烧室压缩涡流强度最高，吊钟形燃烧室涡流球形燃烧室压缩涡流强度最高，吊钟形燃烧室涡流强度最低。强度最低。 连接通道位置、倾角显著影响涡流强度的高低。连接通道位置、倾角显著影响涡流强度的高低。 实践证明，实践证明，压缩涡流强度过高加大了后燃损失，燃压缩涡流强度过高加大了后燃损失，燃油消耗率增加，烟度也增加油消耗率增加，烟度也增加。2021-11-4南京航空航天大学金城学院活塞顶形状决定了二次涡流运动组织的强弱，活塞顶形状决定了二次涡流运动组织的强弱，因此对柴油机性能有显著影响。因此对柴油机性能有显著影响。2021-11-4南京航空航天大学金城学院 喷油方向对涡流室柴油机的性喷油