柴油机混合气形成、燃烧与燃烧室

1、5.2 柴油机混合气的形成、燃烧与燃烧室柴油机混合气的形成、燃烧与燃烧室柴油机可燃混合气的形成特点柴油机可燃混合气的形成特点（1）柴油是在）柴油是在压缩行程压缩行程接近接近终了时终了时借助喷油设借助喷油设备通过高压喷入气缸中，与高温、高压的热空气备通过高压喷入气缸中，与高温、高压的热空气混合；混合；（2）柴油机可燃）柴油机可燃混合气形成混合气形成的的时间极短时间极短，给柴，给柴油和空气的良好混合和完全燃烧带来油和空气的良好混合和完全燃烧带来极大困难极大困难；（3）柴油机进入气缸的）柴油机进入气缸的空气量变化不大空气量变化不大，其工，其工况的调节是通过改变喷油量来调节。况的调节是通过改变喷油量来

2、调节。（4）可适当组织燃烧室内的）可适当组织燃烧室内的空气运动空气运动，促进柴，促进柴油与空气的混合。油与空气的混合。柴油机混合气的形成方式分为空间雾化混合方式油膜蒸发混合方式复合式混合方式 1）空气雾化混合）空气雾化混合 直接将柴油喷向燃烧室的空间，形成雾状混直接将柴油喷向燃烧室的空间，形成雾状混合物，再在空间蒸发形成混合气。合物，再在空间蒸发形成混合气。为了充分利用为了充分利用燃烧室内的空气，并使混合迅速而均匀，需采取燃烧室内的空气，并使混合迅速而均匀，需采取两种措施：两种措施：（1）采用雾化质量较好的多孔式喷油器。）采用雾化质量较好的多孔式喷油器。将雾状将雾状柴油尽可能均匀地喷射到整个燃

3、烧室空间去。柴油尽可能均匀地喷射到整个燃烧室空间去。（2）适当组织空气运动，促进柴油与空气混合；）适当组织空气运动，促进柴油与空气混合；2）油膜蒸发混合）油膜蒸发混合 将绝大部分柴油喷向球形油膜燃烧室的壁面上，将绝大部分柴油喷向球形油膜燃烧室的壁面上，形成一层油膜形成一层油膜。少量油粒（少量油粒（5）悬浮在燃烧室内的空气中，形）悬浮在燃烧室内的空气中，形成着火源。成着火源。随着燃烧过程的进行，产生大量热量，辐射到随着燃烧过程的进行，产生大量热量，辐射到油膜上，使油膜加速蒸发，不断提供新鲜混合气，油膜上，使油膜加速蒸发，不断提供新鲜混合气，保证燃烧过程迅速而有效地进行。保证燃烧过程迅速而有效地进

4、行。1柴油机燃烧过程的特点柴油机燃烧过程的特点 （1）柴油机内的燃烧是在密闭的气缸内进行的，因此燃）柴油机内的燃烧是在密闭的气缸内进行的，因此燃油的燃烧将直接造成气缸油的燃烧将直接造成气缸内压力、温度的升高内压力、温度的升高；（2）气缸内无事先准备好的可燃混合气，燃油是在接近）气缸内无事先准备好的可燃混合气，燃油是在接近压缩终点时才喷入气缸与空气混合，而在一般情况下是压缩终点时才喷入气缸与空气混合，而在一般情况下是边边喷射边燃烧喷射边燃烧；（3）燃烧不是借助外源点火，而是）燃烧不是借助外源点火，而是自燃的自燃的，并且发生第，并且发生第一个火源的部位不固定；一个火源的部位不固定；（4）在整个燃烧

5、室中，混合气成分在不同区域、不同时）在整个燃烧室中，混合气成分在不同区域、不同时刻并不是均匀的，因而刻并不是均匀的，因而火焰向各处传播火焰向各处传播的条件也的条件也不是一致不是一致的的。2燃烧过程的四个阶段燃烧过程的四个阶段1.1.滞燃期：滞燃期：A-BA-B2.2.速燃期：速燃期：B-C B-C 3.3.缓燃期：缓燃期：C-DC-DD点为温度最高点：2000-2500K4.4.后燃期：后燃期：D-ED-E 滞燃期（着火落后期）滞燃期（着火落后期） 喷油始点喷油始点A到压力开始急剧升高时的燃烧始点到压力开始急剧升高时的燃烧始点B。燃油。燃油喷入气缸后，并非立即着火燃烧，而需要经历着火前的物喷入

6、气缸后，并非立即着火燃烧，而需要经历着火前的物理准备过程和化学准备过程。理准备过程和化学准备过程。滞燃期太长滞燃期太长，则在滞燃期内喷入燃烧室中的燃料，则在滞燃期内喷入燃烧室中的燃料就多，在着火前形成的可燃混合气也多，燃烧时的就多，在着火前形成的可燃混合气也多，燃烧时的压力升高率和最高燃烧压力会很高，运动零件受到压力升高率和最高燃烧压力会很高，运动零件受到强烈的冲击负荷，强烈的冲击负荷，发动机运转粗暴发动机运转粗暴，影响使用寿命。，影响使用寿命。因此，为了能控制燃烧过程，降低柴油机的机械负因此，为了能控制燃烧过程，降低柴油机的机械负荷并使之运转平稳，荷并使之运转平稳，应设法缩短滞燃期。应设法缩

7、短滞燃期。滞燃期过短滞燃期过短，又对，又对混合气形成不利混合气形成不利，反过来又使，反过来又使柴油机性能恶化。柴油机性能恶化。速燃期（急燃期）速燃期（急燃期） 从燃烧始点从燃烧始点B到气缸内的最大压力点到气缸内的最大压力点C。从燃烧始点。从燃烧始点开始，火焰自开始，火焰自火源迅速向各处传播火源迅速向各处传播，使燃烧速度迅速增，使燃烧速度迅速增加，急剧放热，导致燃烧室中温度和压力迅速上升，直加，急剧放热，导致燃烧室中温度和压力迅速上升，直至压力最大点为止至压力最大点为止 。 缓燃期缓燃期 从最高压力点从最高压力点C起到最高温度点起到最高温度点D为止。此阶段燃烧仍以为止。此阶段燃烧仍以较快速度进行

8、，燃气温度继续升高到较快速度进行，燃气温度继续升高到18002200K。由于活塞。由于活塞已开始离开上止点下行，气缸容积增大，压力下降。已开始离开上止点下行，气缸容积增大，压力下降。如果所喷如果所喷入的燃油得不到必须的氧气，则容易裂解而形成炭烟。入的燃油得不到必须的氧气，则容易裂解而形成炭烟。 适当加强燃烧室内的空气运动，加速均匀混合气的适当加强燃烧室内的空气运动，加速均匀混合气的形成，对保证缓燃期中燃油迅速而完全地燃烧具有重形成，对保证缓燃期中燃油迅速而完全地燃烧具有重要作用。要作用。 IV后燃期（补燃期）后燃期（补燃期） 从最高燃烧温度点从最高燃烧温度点D起到燃烧过程结束点起到燃烧过程结束

9、点E为止。由于燃为止。由于燃烧时间短促，燃料和空气的混合又不均匀，总有一些燃料不能烧时间短促，燃料和空气的混合又不均匀，总有一些燃料不能及时烧完，拖到膨胀行程中继续燃烧。在此期间，压力和温度及时烧完，拖到膨胀行程中继续燃烧。在此期间，压力和温度均降低。均降低。 后燃使柴油机经济性下降，并增加了活塞组的热负荷，后燃使柴油机经济性下降，并增加了活塞组的热负荷，使排气温度增高。应尽量减少后燃。使排气温度增高。应尽量减少后燃。 u 燃烧室分类燃烧室分类 燃燃烧烧室室 直直接接喷喷射射式式 分分开开式式 开开式式 半半开开式式 涡涡流流室室 预预燃燃室室 形形 球球形形 U 形形 1. 直接喷射式燃烧室

10、直接喷射式燃烧室 1）开式燃烧室）开式燃烧室结构形式结构形式燃烧室是由气缸盖底平燃烧室是由气缸盖底平面、活塞顶面和气缸壁面、活塞顶面和气缸壁形成的单一容积，活塞形成的单一容积，活塞顶一般做成浅凹状。适顶一般做成浅凹状。适用于缸径用于缸径D160mm的的中中低速柴油机低速柴油机。 混合气形成特点混合气形成特点（1）混合气形成的方式基本上是）混合气形成的方式基本上是空间雾化混合空间雾化混合。（2）靠）靠很高的喷油压力很高的喷油压力和和多孔喷油器多孔喷油器（68孔），孔），将柴油尽可能均匀喷散在燃烧室空间。将柴油尽可能均匀喷散在燃烧室空间。（3）不需要有意识地组织气流运动不需要有意识地组织气流运动，

11、或仅组织极，或仅组织极微弱的涡流运动。微弱的涡流运动。 优缺点优缺点（1）经济性好，起动性能好。）经济性好，起动性能好。（2）工作较粗暴，机械负荷大。）工作较粗暴，机械负荷大。（3）高速性较差。）高速性较差。（4）对燃油喷射系统要求高，要求高喷射压力）对燃油喷射系统要求高，要求高喷射压力和多孔喷油器。和多孔喷油器。（5）对燃油品质及转速较敏感。）对燃油品质及转速较敏感。2）半开式燃烧室）半开式燃烧室 结构形式结构形式 半开式燃烧室由凹形活塞顶与气缸盖底面半开式燃烧室由凹形活塞顶与气缸盖底面所包围的单一内腔，几乎全部容积都在活塞顶所包围的单一内腔，几乎全部容积都在活塞顶面上。适用于缸径面上。适用

12、于缸径D90150mm的高速柴油的高速柴油机。一般需要组织空气运动来促进混合气的形机。一般需要组织空气运动来促进混合气的形成和燃烧。常用的半开式燃烧室有成和燃烧。常用的半开式燃烧室有形燃烧室、形燃烧室、球形燃烧室和球形燃烧室和U形燃烧室形燃烧室。2）半开式燃烧室）半开式燃烧室形形 由平的气缸盖底由平的气缸盖底面和活塞顶内的面和活塞顶内的形凹坑及气缸形凹坑及气缸壁组成壁组成 。 混合气形成特点混合气形成特点（1）可燃混合气的形成以）可燃混合气的形成以空间雾化混合空间雾化混合为主。为主。（2）对燃料供给系的要求较高，一般采用）对燃料供给系的要求较高，一般采用35孔的多孔孔的多孔喷油器喷油器，将大部

13、分燃油均匀地喷散到燃烧室空间，使燃油，将大部分燃油均匀地喷散到燃烧室空间，使燃油迅速蒸发并与空气混合。迅速蒸发并与空气混合。（3）此类燃烧室都）此类燃烧室都组织进气涡流和挤气涡流组织进气涡流和挤气涡流，以促进混，以促进混合气的形成和燃烧。合气的形成和燃烧。 优缺点：优缺点：（1）形状简单，易于加工。）形状简单，易于加工。（2）结构紧凑，散热面积小，热效率高。）结构紧凑，散热面积小，热效率高。（3）冷起动性能较好。）冷起动性能较好。（4）所要求的喷油压力较高，因而与之配套的喷油泵）所要求的喷油压力较高，因而与之配套的喷油泵和喷油器中的配合偶件加工精度的要求较高。和喷油器中的配合偶件加工精度的要求

14、较高。（5）所采用的多孔喷油器的喷孔直径小，工作可靠性）所采用的多孔喷油器的喷孔直径小，工作可靠性差。差。（6）工作较粗暴。）工作较粗暴。2）半开式燃烧室球形）半开式燃烧室球形 球型燃烧室活球型燃烧室活塞顶部有一球塞顶部有一球形空腔，形状形空腔，形状比半球稍大。比半球稍大。混合气形成特点混合气形成特点（1）喷油器为）喷油器为单孔或双孔式喷油器单孔或双孔式喷油器，偏置于喉，偏置于喉管边缘，使管边缘，使喷孔顺着进气涡流斜喷喷孔顺着进气涡流斜喷。（2）通常采用螺旋进气道以产生强烈的）通常采用螺旋进气道以产生强烈的进气涡进气涡流。流。（3）其可燃混合气形成属）其可燃混合气形成属油膜蒸发混合油膜蒸发混合

15、。 优缺点：优缺点：（1）压力升高率较低，工作柔和，燃烧噪声较）压力升高率较低，工作柔和，燃烧噪声较小。小。（2）燃烧较完全，有较好的动力性和经济性，）燃烧较完全，有较好的动力性和经济性，排烟少，可使用多种轻质燃料。排烟少，可使用多种轻质燃料。（3）燃烧过程进行迅速，后燃期较短。）燃烧过程进行迅速，后燃期较短。（4）冷起动比较困难。）冷起动比较困难。（5）低速性能较差。）低速性能较差。（6）在大缸径柴油机上应用困难，对增压适应）在大缸径柴油机上应用困难，对增压适应性差。性差。（7）加工和安装要求高。）加工和安装要求高。3）半开式燃烧室）半开式燃烧室U形形 又称为复合式燃又称为复合式燃烧室，活塞

16、顶部烧室，活塞顶部为一为一U形空腔。形空腔。混合气形成特点混合气形成特点（1）利用螺旋气道和切向气道相结合的）利用螺旋气道和切向气道相结合的扭切气道扭切气道，形，形成较强的成较强的进气涡流进气涡流。（2）采用）采用单孔轴针式喷油器，喷油基本与空气涡流方单孔轴针式喷油器，喷油基本与空气涡流方向垂直向垂直 。（3）可燃混合气形成在）可燃混合气形成在低速及起动时是以空间雾化混低速及起动时是以空间雾化混合为主，正常工作时是以油膜蒸发混合为主。合为主，正常工作时是以油膜蒸发混合为主。 优缺点：优缺点： 保存了球形燃烧室的主要优点，但其保存了球形燃烧室的主要优点，但其低速及起低速及起动性能仍较好，对喷油设

17、备的要求也低。动性能仍较好，对喷油设备的要求也低。2. 分开（隔）式燃烧室分开（隔）式燃烧室 整个燃烧室的容积分成两个部分：一部分整个燃烧室的容积分成两个部分：一部分在活塞顶面与气缸盖底面之间，称在活塞顶面与气缸盖底面之间，称为主燃烧室为主燃烧室；另一部分位于气缸盖内下部，称为另一部分位于气缸盖内下部，称为副燃烧室。副燃烧室。主副燃烧室之间通过一个或多个通道相连。主副燃烧室之间通过一个或多个通道相连。 1）涡流室式燃烧室）涡流室式燃烧室 涡流室式燃烧室适用于涡流室式燃烧室适用于缸径缸径D130mm的中小的中小功率高速柴油机。其引功率高速柴油机。其引燃室称为涡流室，通常燃室称为涡流室，通常为球形

18、、球锥形或球柱为球形、球锥形或球柱形。涡流室容积约燃烧形。涡流室容积约燃烧室总容积的室总容积的5080。 混合气形成特点混合气形成特点（1）压缩过程中气缸内的空气被挤入涡流室，）压缩过程中气缸内的空气被挤入涡流室，形成强烈而有规则的形成强烈而有规则的压缩涡流压缩涡流。（2）一般采用）一般采用单孔轴针式喷油器单孔轴针式喷油器，喷油器装在，喷油器装在涡流室内，燃油顺着空气涡流旋转方向喷射。涡流室内，燃油顺着空气涡流旋转方向喷射。（3）压缩行程快结束时，涡流室内喷射的燃油）压缩行程快结束时，涡流室内喷射的燃油与空气混合形成可燃混合气。着火后涡流室的压与空气混合形成可燃混合气。着火后涡流室的压力升高，高压燃气夹带大量未燃油雾冲入主燃烧力升高，高压燃气夹带大量未燃油雾冲入主燃烧室，形成室，形成燃烧涡流燃烧涡流加速燃烧。加速燃烧。优缺点：优缺点： （1）对喷雾质量要求低，一般采用单孔轴针式）对喷雾质量要求低，一般采用单孔轴针式喷油器，启阀压力较低。喷油器，启阀压力较低。 （2）对燃油要求低，甚至可用劣质燃油。）对燃油要求低，甚至可用劣质燃油。 （3）工作较柔和，噪声较小。）工作较柔和，噪声较小。 （4）排出的废气有害成分少。）排出的废气有害成分少。 （5）平均有效压力较高。）平均有效压力较