0602第二节柴油机混合气形成与燃烧室-文字

1、第六章机械与车辆工程学院BEIJING INSTITUTE OF TECHNOLOGY 北京理工大学柴油机燃烧 与燃油供给9/1/20221第二节 柴油机混合气形成与燃烧室一. 喷油器二. 燃油喷雾三. 缸内油滴运动四. 柴油机燃烧室第六章 柴油机燃烧与燃油供给目的与要求：1. 明确燃油喷射、缸内气流、燃烧室形状匹配的重要性及匹配关系2. 掌握各种燃烧室的特点3. 掌握燃油喷雾特征、油气主要混合方式及缸内流动的作用9/1/20222柴油机非均值压燃燃烧的缺点以扩散燃烧为主第二节 柴油机混合气形成与燃烧室平均燃烧速度低，对提高效率不利。空气利用率低。远端气体难利用。易在局部形成过浓、缺氧的状况，

2、进而形成碳烟。着火延迟期长，初期燃烧速率过高，Pzmax、dp/d、噪音高；热损失高。关键问题：促进油、气快速混合与快速燃烧关键点：喷油雾化、缸内气流与燃烧室的匹配。在各种工况9/1/20223一 喷油器第二节 柴油机混合气形成与燃烧室作用与目的作用： 1使油雾化； 2形成与燃烧室等相匹配的油束目的：获得匹配良好的可燃混合气要求：供油压力保证的情况下1一定的燃油喷射压力喷雾质量2一定的射程 3一定的喷雾形状与雾化状况 4喷油及时5断油迅速减少后燃6防止异常喷射燃油喷射节讲 9/1/202241. 结构第二节 柴油机混合气形成与燃烧室一 喷油器型式：(1)孔式； (2)轴针式 9/1/20225

3、1孔式喷油器第二节 柴油机混合气形成与燃烧室一 喷油器适用于直喷式燃烧室 工作原理 (a)喷雾状况：与喷孔大小、方向、数量密切相关； (b)喷孔确实定：油压、油量、燃烧室、安装位置、气流9/1/202262轴针式喷油器第二节 柴油机混合气形成与燃烧室一 喷油器特点：自洁、不积碳、不堵塞、可靠性高；加工易、本钱低；喷压低1012MPa；9/1/202272轴针式喷油器第二节 柴油机混合气形成与燃烧室一 喷油器9/1/202282轴针式喷油器第二节 柴油机混合气形成与燃烧室一 喷油器冷起动用的辅助喷孔：30o夹角，0.2mm；逆喷9/1/20229二 燃油喷雾 第二节 柴油机混合气形成与燃烧室 不

4、是雾化越好对燃烧越有利，工作粗暴泵压一定，喷孔D小，雾化好，但油的射程减小，喷雾太细1，以便提高空气利用率，喷射角=140160o；b. 混合物形成：以空间混合为主；如果局部喷射到壁面上燃烧室边T高c. 喷油雾化要求高。要求喷压高(20150MPa)，孔式喷油器，孔小dc=0.150.35mm，i=612d. 一般无进气涡流；雾化混合主要靠喷油；e. 一般适用于中、低速大D发动机、四气门。大D，通过加大燃烧室半径、提高射程，喷油覆盖率大，利于提高空气利用率；低速，燃时长，蒸发混合时间可以保证，燃烧好，对涡流要求低；低速、大缸径、四气门相对不易组织强进气涡流。 9/1/2022181. 开式燃烧

5、室 第二节 柴油机混合气形成与燃烧室四 柴油机燃烧室2优点 a. 结构简单；b. 相对冷却面积F/V小，传热损失小；c. 起动性能好；由于bd. 混合物形成过程稳定靠供油、喷油、可调节，与工况关系相对小e. 经济性好；be=(190)205230g/(kw.h)；喷油雾化好、流动损失小；f. 热负荷低F/V小、缸内流速低、传热损失小，尖角少，利于增压；g. 充量系数c高；无进气涡流、阻力小。 9/1/2022191. 开式燃烧室 第二节 柴油机混合气形成与燃烧室四 柴油机燃烧室3缺点 a. 过量空气系数a大1.62.2；无分层效应、空气利用率低；b. 工作粗暴dp/d高，NOx高；但C烟低；c

6、. 对供油系统要求高，喷压要高；d. 对燃料的质量要求高。喷油器孔小、易结焦。 9/1/2022202. 半开式燃烧室 第二节 柴油机混合气形成与燃烧室四 柴油机燃烧室 常用于现代汽车柴油机，但有向高喷压、开式燃烧系统开展的趋势；形式很多，但典型的是深型； a. 燃烧室半径小，燃烧室深；压缩挤流与膨胀逆挤流强b. 一般要组织较强的进气涡流；c. 喷油压力可较低；孔式喷油器孔少24；d. 以空间混合为主+油膜蒸发混合；局部油会喷射到相对温度较高的燃烧室壁面上。1主要区别与开式 与开式燃烧室式相比，一般优点有所劣化、缺点有所优化。 2优点与缺点 9/1/2022212. 半开式燃烧室 第二节 柴油

7、机混合气形成与燃烧室四 柴油机燃烧室3典型燃烧室设计 a. 收口与角；热负荷与改善燃烧经济性b. 底部突起有助于稳定涡流、排放好；c. d/D=2.54、d/h=0.50.7开式d. 燃烧室容积Vk/压缩室容积Vc=0.750.85 功率Pe，但受间隙S0限制e. 间隙S0混合变差，空气利用率低，S0有利，但应保证气门不碰活塞顶f. 喷油器位置。伸出、位置、安装角与喷射角。 9/1/2022223. 油膜蒸发混合理论 第二节 柴油机混合气形成与燃烧室四 柴油机燃烧室1原理 德国MAN公司1954年提出了油膜蒸发混合球型燃烧室。 工作原理：双孔或单孔喷嘴喷油壁专门螺旋进气道、强烈进气涡流壁与热空

8、气中吸热分层汽化分批从外投入燃烧热分层效应高、空气利用率高。 9/1/2022233. 油膜蒸发混合理论 第二节 柴油机混合气形成与燃烧室四 柴油机燃烧室2优点 工作柔和；空气利用率高；对喷油压力要求很低。 3缺点 低速性能差；低速时，涡流低、壁温低。低负荷时排烟大、冷起动差；空气利用率高；活塞热负荷高、喉口易裂； 对n、负荷变化宽广时、性能不如等型； 增压度不能高。油量大，油膜厚，不易蒸发。 目前已经不直接用，但具有学术价值和理论实用价值。如对未来的“绝热发动机 9/1/2022244. 涡流室式燃烧室 (喷油器、电热塞、镶块) 第二节 柴油机混合气形成与燃烧室四 柴油机燃烧室1结构 主燃烧

9、室、副燃烧室涡流室球型或柱形；涡流室容积Vk=48%52%燃烧室压缩容积Vc1或数个窄小通道面积1.2%3.5%活塞面积与主燃烧室相连方向向切涡流室与活塞顶成一定角度；喷油器顺气流方向喷油利于热分层、混合。 2原理 9/1/2022254. 涡流室式燃烧室 (喷油器、电热塞、镶块) 第二节 柴油机混合气形成与燃烧室四 柴油机燃烧室9/1/2022264. 涡流室式燃烧室 (喷油器、电热塞、镶块) 第二节 柴油机混合气形成与燃烧室四 柴油机燃烧室3优点 对喷油压力1012MPa、喷油器(轴针式)、喷雾、燃料要求低。副燃烧室内强的压缩涡流，涡流比2540； 高速性好。无需进气涡流，进气阻力小，转速

10、n增加不致引起进气大幅度减小，涡流室内的涡流随转速n的变化相对小；40005000r/min；受限于惯性及机械载荷。 涡流室偏置，利于两气门机； 空气利用率高。过量空气系数a1.21.3 噪音低。dp/dMPa/oCA。Pmax、Tmax小；轴针式喷油器可控制初期喷油。排放低。Tmax小，燃烧完全； 对燃料不敏感、可多燃料。热负荷高、轴针式喷油器、涡流强。 9/1/2022274. 涡流室式燃烧室 (喷油器、电热塞、镶块) 第二节 柴油机混合气形成与燃烧室四 柴油机燃烧室4缺点 经济性差。be=230270g/(kw.h),流动损失； 起动性差；散热面积。解决：加电热塞、镶块上的起动孔、喷油器

11、上的冷起动用的辅助喷油孔 热负荷高，涡流室通道口易热裂；增压度较低； 结构复杂； 废气系数高，涡流室扫气难。 9/1/2022285. 预燃室式燃烧室 第二节 柴油机混合气形成与燃烧室四 柴油机燃烧室1结构 区别，VkVc=25%40%，连通相对面积更小 2原理 3优点与缺点 a.预燃室可在中央，可采用4气门 b.紊流度更强、损失会更大，经济性更差。 9/1/202229柴油机各种燃烧室比较 直 喷 式分 隔 式开式(增压)M涡流室预燃室燃烧室形状简单一般一般复杂复杂工艺性混合气形成方式空间混合空间混合为主油膜蒸发混合空间混合为主空间混合空气运动无或弱涡流进气涡流较强进气涡流最强压缩涡流燃烧涡

12、流（挤流）燃料雾化要求高较高一般较低低工艺性喷油器多孔6103512轴针式轴针式工艺性针阀开启压力2040mPa182517191015813工艺性热损失和流动损失最小小较小大最大经济性起动性容易较易较难难利用辅助措施最难利用辅助措施机动性压缩比增压1215非增压1518 增压1417非增压1719 增压1517非增压1620非增压1822 增压 14过量空气系数1.62.21.41.71.31.51.31.61.21.69/1/202230柴油机各种燃烧室比较 Pe (mPa)12非增压0.60.8 增压1.01.4非增压0.70.9 增压 1非增压0.60.8非增压0.60.8 增压 1.8动力性be(g/kw.h)205230(190)218245218245231272245292经济性Pmax (mPa)12786.586.57.55.57