混合气的形成与燃烧

1、1第三节第三节 点燃式内燃机的燃烧室点燃式内燃机的燃烧室点燃式内燃机的燃烧室点燃式内燃机的燃烧室分层充量及缸内直喷燃烧系统分层充量及缸内直喷燃烧系统燃烧室设计的一般要求燃烧室设计的一般要求燃烧室设计要点燃烧室设计要点典型燃烧室典型燃烧室分层燃烧分层燃烧典型缸内直喷燃烧系统简介典型缸内直喷燃烧系统简介2第三节第三节 点燃式内燃机的燃烧室点燃式内燃机的燃烧室n(1)经济性好。（经济性好。（it， bi或或r）n(2)燃烧放热率曲线等容度高。燃烧放热率曲线等容度高。n(3)污染小。污染小。n(4)动力性高。动力性高。n(5)不出现爆燃与表面点火等不正常不出现爆燃与表面点火等不正常燃烧。燃烧。n(6)

2、燃烧循环变动小。燃烧循环变动小。max(/)bdxd一、点燃式内燃机的燃烧室一、点燃式内燃机的燃烧室(一一) 燃烧室设计的一般要求燃烧室设计的一般要求指示效率指示效率i与等容循与等容循环理论热效率环理论热效率t 之比。之比。 r=i/t /bdxdf曲线下的面积形曲线下的面积形心的位置心的位置越靠近越靠近上止点上止点越好越好平均指示压力 的循环变动m ip1 0 %m ioim e pm ipC Vp3第三节第三节 点燃式内燃机的燃烧室点燃式内燃机的燃烧室一、点燃式内燃机的燃烧室一、点燃式内燃机的燃烧室(一一) 燃烧室设计的一般要求燃烧室设计的一般要求n(7)工作柔和，燃烧噪声小。工作柔和，燃

3、烧噪声小。n(8)满足速燃要求。满足速燃要求。n(9)稀燃能力强。稀燃能力强。n(10)起动性好。起动性好。n(11)瞬态特性好。瞬态特性好。n(12)EGR的承受能力强。的承受能力强。把燃烧持续期控制在把燃烧持续期控制在60 (CA)之内，之内，过分缩短燃烧持续期没有必要。过分缩短燃烧持续期没有必要。4第三节第三节 点燃式内燃机的燃烧室点燃式内燃机的燃烧室一、点燃式内燃机的燃烧室一、点燃式内燃机的燃烧室(二二) 燃烧室设计要点燃烧室设计要点5一、点燃式内燃机的燃烧室一、点燃式内燃机的燃烧室(二二) 燃烧室设计要点燃烧室设计要点1、压缩比、压缩比压缩比压缩比汽油机的功率与经济性汽油机的功率与经

4、济性爆燃的限制爆燃的限制既提高压缩比又不促使爆燃的发生，既提高压缩比又不促使爆燃的发生，燃烧室设计应从以下几方面考虑：燃烧室设计应从以下几方面考虑：缩短火焰传播距离缩短火焰传播距离设计紧凑的燃烧室设计紧凑的燃烧室也与火花塞位置有关。也与火花塞位置有关。利用适当强度的湍流，加快火焰传播速度。利用适当强度的湍流，加快火焰传播速度。在离火花塞较远的区域设计适当的冷却面积，降低边缘区域可燃混合在离火花塞较远的区域设计适当的冷却面积，降低边缘区域可燃混合气温度。气温度。4) 燃烧室内没有易受高温影响而产生的热点和表面沉积物。燃烧室内没有易受高温影响而产生的热点和表面沉积物。6一、点燃式内燃机的燃烧室一、

5、点燃式内燃机的燃烧室(二二) 燃烧室设计要点燃烧室设计要点1、压缩比、压缩比压缩比提高的危害：压缩比提高的危害：过高的压缩比将使过高的压缩比将使压力升高比增加压力升高比增加 ，发动机的噪声与振发动机的噪声与振动较大，这是不允动较大，这是不允许的。此外，提高许的。此外，提高压缩比对大气污染压缩比对大气污染也是不利的。也是不利的。未燃未燃HC增加，增加， 7一、点燃式内燃机的燃烧室一、点燃式内燃机的燃烧室(二二) 燃烧室设计要点燃烧室设计要点2、燃烧室面容比、燃烧室面容比FV面容比（面容比（F/V）值小）值小 , 则结构紧凑。则结构紧凑。F/V燃烧室表面积与其容积之比。燃烧室表面积与其容积之比。优

6、点：优点：1）火焰传播距离小，不易爆燃，可提高压缩比。）火焰传播距离小，不易爆燃，可提高压缩比。2）相对散热损失小，热效率高。）相对散热损失小，热效率高。3)熄火面积小，熄火面积小，HC排量小。排量小。82、燃烧室面容比、燃烧室面容比FV9(二二) 燃烧室设计要点燃烧室设计要点3、火花塞位置及其性能、火花塞位置及其性能火花塞的位置直接影响火花塞的位置直接影响火焰传播火焰传播距离的长短距离的长短，从而影响抗爆性，从而影响抗爆性，也影响火焰面积扩展速率和燃烧也影响火焰面积扩展速率和燃烧速率。速率。特制形状的燃烧弹中的试验：特制形状的燃烧弹中的试验：圆锥形圆锥形底部底部点火点火开始燃烧速率大，后期缓

7、慢；开始燃烧速率大，后期缓慢；圆锥形圆锥形顶部顶部点火点火开始缓慢，后期快速燃烧；开始缓慢，后期快速燃烧；圆柱形圆柱形（楔形燃烧室）（楔形燃烧室）（浴盆形燃烧室）（浴盆形燃烧室）介于两者之间介于两者之间10 燃烧室中不同火花燃烧室中不同火花塞位置对燃料辛烷塞位置对燃料辛烷值要求也不同，图值要求也不同，图523示出了顶置示出了顶置气门燃烧室火花塞气门燃烧室火花塞位置对辛烷值的要位置对辛烷值的要求。求。(二二) 燃烧室设计要点燃烧室设计要点3、火花塞位置及其性能、火花塞位置及其性能11(二二) 燃烧室设计要点燃烧室设计要点3、火花塞位置及其性能、火花塞位置及其性能确定火花塞位置时，应考虑以下几个方

8、面：确定火花塞位置时，应考虑以下几个方面： 1）应使火焰传播距离短应使火焰传播距离短，如火花塞布置在燃烧室中央。，如火花塞布置在燃烧室中央。 2）使末端气体受热减少使末端气体受热减少，如火花塞布置在排气门附近。，如火花塞布置在排气门附近。 3）减少各循环之间的燃烧变动减少各循环之间的燃烧变动，保证暖机和低速稳定性好，如火花塞，保证暖机和低速稳定性好，如火花塞布置在进、排气门之间，便于利用布置在进、排气门之间，便于利用新鲜混合气扫除火花塞周围的残余废新鲜混合气扫除火花塞周围的残余废气，气，使混合气易于点燃，同时应控制气流的强度，避免吹散火花。使混合气易于点燃，同时应控制气流的强度，避免吹散火花。

9、 4）确保发动机运转平稳，火花塞的位置应能使从火花塞传播开的）确保发动机运转平稳，火花塞的位置应能使从火花塞传播开的火焰火焰面逐渐扩大面逐渐扩大。 12(二二) 燃烧室设计要点燃烧室设计要点4、燃烧室内的气流运动、燃烧室内的气流运动燃烧室内形成燃烧室内形成适当强度适当强度的气的气流运动的有利之处：流运动的有利之处： 增加火焰传播速度。增加火焰传播速度。2) 扩大混合气的着火界限。扩大混合气的着火界限。3) 降低循环变动率。降低循环变动率。4) 降低降低HC排放。排放。进气涡流进气涡流挤流挤流13 燃烧室的设计首先是燃烧室的设计首先是选择燃烧室最佳几何形状。选择燃烧室最佳几何形状。最佳几何形最佳

10、几何形状将使发动机受益最大，损失最小。状将使发动机受益最大，损失最小。半球形或单坡屋顶式半球形或单坡屋顶式(用于用于缸内直喷式缸内直喷式)缸头的燃烧室，使火焰前锋表面积迅速接近于最大缸头的燃烧室，使火焰前锋表面积迅速接近于最大值值(燃烧迅速燃烧迅速)，与燃气接触的表面积又最小，与燃气接触的表面积又最小(传热损失小传热损失小)。 火花塞靠近燃烧室中心火花塞靠近燃烧室中心，对获得快速燃烧也是非常有利的。，对获得快速燃烧也是非常有利的。 为改善燃油、空气和为改善燃油、空气和EGR混合的均匀性，燃烧室中应混合的均匀性，燃烧室中应组织适组织适当的空气运动，当的空气运动，减少燃烧过程中的循环变动率，保证较

11、高的燃烧减少燃烧过程中的循环变动率，保证较高的燃烧速率。速率。(二二) 燃烧室设计要点燃烧室设计要点5、燃烧室的优化途径、燃烧室的优化途径14第三节第三节 点燃式内燃机的燃烧室点燃式内燃机的燃烧室一、点燃式内燃机的燃烧室一、点燃式内燃机的燃烧室151、楔形燃烧室、楔形燃烧室结构较紧凑，火焰传播距离较短；结构较紧凑，火焰传播距离较短；气门倾斜气门倾斜6 30，使得气道转弯，使得气道转弯小，这种燃烧室气门直径较大，小，这种燃烧室气门直径较大，所以充气性能好；有一定的挤气所以充气性能好；有一定的挤气面积，并且末端混合气冷却作用面积，并且末端混合气冷却作用较强，故压缩比可达较强，故压缩比可达9.510

12、.5；有较高的经济性、动力性。火花有较高的经济性、动力性。火花塞布置在楔形高处，对着进、排塞布置在楔形高处，对着进、排气门之间，有利于新鲜混合气扫气门之间，有利于新鲜混合气扫除火花塞附近的废气，低速、低除火花塞附近的废气，低速、低负荷性能稳定。负荷性能稳定。优点：优点：161、楔形燃烧室、楔形燃烧室曾是车用汽油机采用比较广泛的一种，曾是车用汽油机采用比较广泛的一种，但由于这种燃烧室进、排气门只能单行但由于这种燃烧室进、排气门只能单行排列，采用多气门机构困难，故高性能排列，采用多气门机构困难，故高性能轿车汽油机上较少应用。轿车汽油机上较少应用。缺点：缺点：由于混合气过分集中在火花塞处，使得由于混

13、合气过分集中在火花塞处，使得初期燃烧速度大，初期燃烧速度大，p/值较高，工值较高，工作粗暴，作粗暴，NOx排出量较高；挤气面积内排出量较高；挤气面积内存在熄火现象，废气中存在熄火现象，废气中HC的含量较多，的含量较多，应控制挤气面积。应控制挤气面积。应用：应用：172、浴盆形燃烧室、浴盆形燃烧室优点：优点：p/值低，工作柔和，值低，工作柔和，NOx的排放量较少，工艺的排放量较少，工艺性好。性好。我国我国6100Q汽油机、汽油机、BJ212汽油机采用。汽油机采用。缺点：缺点：具有一定的挤气面积，但挤流具有一定的挤气面积，但挤流效果差；效果差； 火焰传播火焰传播距离较大，燃烧速度较低，使距离较大，

14、燃烧速度较低，使整个燃烧时间长，经济性能、整个燃烧时间长，经济性能、动力性能不高，动力性能不高，HC排量多。排量多。应用：应用：184、半球形燃烧室、半球形燃烧室优点：优点：结构紧凑，火花塞位于中间，火焰传播距离是最短的；进排气门倾斜布置，使气门直径较大，气道转弯较小，充气效率高，对转速变化不敏感；具有较好的动力性能和经济性能，由于面容比小，HC排放量低。194、半球形燃烧室、半球形燃烧室缺点：缺点：由于火花塞附近容积较大，易使压力升由于火花塞附近容积较大，易使压力升高率过大，工作粗暴，紊流相对较弱，高率过大，工作粗暴，紊流相对较弱，低速低负荷稳定性差，气门双行排列，低速低负荷稳定性差，气门双

15、行排列，使配气机构结构复杂。这种燃烧室没有使配气机构结构复杂。这种燃烧室没有挤气面，被压缩的混合气涡流较弱，易挤气面，被压缩的混合气涡流较弱，易在低速大负荷时发生爆燃。在低速大负荷时发生爆燃。 应用：应用：半球形燃挠室由于其弧形缸盖，特别适半球形燃挠室由于其弧形缸盖，特别适用于二行程用于二行程 汽油机。因其面容比小，对汽油机。因其面容比小，对排气净化有利，排气净化有利，近近来被国外小轿车上采来被国外小轿车上采用。用。20多气门发动机均采多气门发动机均采用多球形燃烧室，用多球形燃烧室，以能充分利用燃烧以能充分利用燃烧室表面积布置气门。室表面积布置气门。215、其他类型燃烧室、其他类型燃烧室 汽油

16、机目前一个注目的研究方向是采用稀燃、速燃、层燃汽油机目前一个注目的研究方向是采用稀燃、速燃、层燃技术。采用稀薄混合气可以降低油耗、降低排放和提高压技术。采用稀薄混合气可以降低油耗、降低排放和提高压缩比。采用稀燃会降低火焰传播速度，因此往往需要采取缩比。采用稀燃会降低火焰传播速度，因此往往需要采取措施组织混合气的快速燃烧。层燃也是在汽油机中燃烧稀措施组织混合气的快速燃烧。层燃也是在汽油机中燃烧稀混合气的一种技术措施混合气的一种技术措施。速燃速燃层燃层燃稀燃稀燃只要空燃比只要空燃比17，且保证动力性能，且保证动力性能，就可以称为稀薄燃烧汽油机。就可以称为稀薄燃烧汽油机。均质混合气，一般在空燃比均质

17、混合气，一般在空燃比12.617范围内工作。范围内工作。225、其他类型燃烧室、其他类型燃烧室在燃烧室中设置副室，该副室为一在燃烧室中设置副室，该副室为一扰动发生囊，其容积较小，与主燃扰动发生囊，其容积较小，与主燃烧室容积之比不大于烧室容积之比不大于20%，两者，两者间用通道相连，在副室喷口处布置间用通道相连，在副室喷口处布置火花塞，在压缩过程中，新鲜混合火花塞，在压缩过程中，新鲜混合气经通道进入副室，产生适当的涡气经通道进入副室，产生适当的涡流并对火花塞凹坑处进行扫气，在流并对火花塞凹坑处进行扫气，在副室内，火焰核心点燃混合气，压副室内，火焰核心点燃混合气，压力迅速升高，然后高温高压火焰喷力

18、迅速升高，然后高温高压火焰喷入主燃烧室，使主燃烧室气体产生入主燃烧室，使主燃烧室气体产生强烈紊流，加快了燃烧速度。这种强烈紊流，加快了燃烧速度。这种燃烧室可燃用稀混合气。低负荷下燃烧室可燃用稀混合气。低负荷下经济性较好。经济性较好。 23245、其他类型燃烧室、其他类型燃烧室(2) 双火花塞燃烧室双火花塞燃烧室离半球形燃烧室中心的两边离半球形燃烧室中心的两边等距离布置两只火花塞，等距离布置两只火花塞，（相距，直径）。因而火焰（相距，直径）。因而火焰传播距离等于缸径的传播距离等于缸径的1/2。这。这样可以适当推迟点火时间，样可以适当推迟点火时间，提高了点火时混合气的温度提高了点火时混合气的温度和

19、压力，使着火性能得到改和压力，使着火性能得到改善，燃烧持续时间缩短，提善，燃烧持续时间缩短，提高了发动机性能。高了发动机性能。 25第三节第三节 点燃式内燃机的燃烧室点燃式内燃机的燃烧室二、充量分层和缸内直喷燃烧系统二、充量分层和缸内直喷燃烧系统(一一) 分层燃烧分层燃烧前述汽油机采用的工质是均匀的，是空燃比变化在非常狭窄的范围内前述汽油机采用的工质是均匀的，是空燃比变化在非常狭窄的范围内( 12.617)的混合气，这样的燃烧系统本身具有以下缺点：的混合气，这样的燃烧系统本身具有以下缺点：26二、充量分层和缸内直喷燃烧系统二、充量分层和缸内直喷燃烧系统(一一) 分层燃烧分层燃烧前述汽油机采用的

20、工质是均匀的，是空燃比变化在非常狭窄的范围内前述汽油机采用的工质是均匀的，是空燃比变化在非常狭窄的范围内( 12.617)的混合气，这样的燃烧系统本身具有以下缺点：的混合气，这样的燃烧系统本身具有以下缺点：27二、充量分层和缸内直喷燃烧系统二、充量分层和缸内直喷燃烧系统(一一) 分层燃烧分层燃烧28二、充量分层和缸内直喷燃烧系统二、充量分层和缸内直喷燃烧系统(一一) 分层燃烧分层燃烧29二、充量分层和缸内直喷燃烧系统二、充量分层和缸内直喷燃烧系统(一一) 分层燃烧分层燃烧实现汽油机实现汽油机分层燃烧分层燃烧进气道喷射的进气道喷射的分层燃烧方式分层燃烧方式缸内直喷的缸内直喷的分层燃烧方式分层燃烧

21、方式轴向分层燃烧系统轴向分层燃烧系统横向分层燃烧系统横向分层燃烧系统30二、充量分层和缸内直喷燃烧系统二、充量分层和缸内直喷燃烧系统(一一) 分层燃烧分层燃烧轴向分层燃烧系统轴向分层燃烧系统31二、充量分层和缸内直喷燃烧系统二、充量分层和缸内直喷燃烧系统(一一) 分层燃烧分层燃烧轴向分层燃烧系统轴向分层燃烧系统燃烧系统中，由进气形成较强的进气涡流，燃燃烧系统中，由进气形成较强的进气涡流，燃油正在进气行程的后期通过喷油器直接喷入气油正在进气行程的后期通过喷油器直接喷入气缸，从而在气缸内部形成易于点燃的浓混合气，缸，从而在气缸内部形成易于点燃的浓混合气，从上至下形成内浓到稀的分层混合气。研究表从上

22、至下形成内浓到稀的分层混合气。研究表明，这种分层状态可以维持到压缩行程的末期。明，这种分层状态可以维持到压缩行程的末期。32二、充量分层和缸内直喷燃烧系统二、充量分层和缸内直喷燃烧系统(一一) 分层燃烧分层燃烧横向分层燃烧系统横向分层燃烧系统在一个进气道喷在一个进气道喷射的汽油生成浓射的汽油生成浓混合气，在滚流混合气，在滚流的引导下经过设的引导下经过设置在气缸中央的置在气缸中央的火花塞，在两侧火花塞，在两侧为纯空气，活塞为纯空气，活塞顶做成有助于生顶做成有助于生成滚流的曲面。成滚流的曲面。经济性提高，经济性提高，NOX下降。下降。33二、充量分层和缸内直喷燃烧系统二、充量分层和缸内直喷燃烧系统

23、(二二) 典型缸内直喷燃烧系统简介典型缸内直喷燃烧系统简介汽油机的缸内直接喷射（GDI）在空燃比很稀时，可在接近点火时刻才开始喷油，即压缩过程后期喷油，使火花塞周围的浓混合气来不及稀释就被点燃了，一般可在大于等于2550范围内稳定工作。GDI燃烧系统明显改善燃油消耗率，但还需要解决一些技术问题，从长远看终将取代传统燃油喷射系统。34(二二) 典型缸内直喷燃烧系统简介典型缸内直喷燃烧系统简介1、福特缸内直喷燃烧系统、福特缸内直喷燃烧系统(PROCO) 352 2、三菱缸内直喷分层充量燃烧系统、三菱缸内直喷分层充量燃烧系统燃烧室为半球屋顶形，借助于滚流运动形成火花塞周围的浓混合气，火花塞至燃烧室空间形成由浓至稀的混合气分层现象在部分负荷时，燃油在在部分负荷时，燃油在压缩行程压缩行程后期喷向半球形的活塞后期喷向半球形的活塞凹坑，喷到凹坑的燃油向火花塞方向运动，在缸内滚流凹坑，喷到凹坑的燃油向火花塞方向运动，在缸内滚流的帮助下在火花塞附近形成