汽车发动机原理7章2(王建昕)

1、高速（混合着火燃烧210ms）高温（2000 左右）高压（柴油机高达100bar 以上）复杂过程：流动、喷雾、传热、多相流、燃烧化学发动机（内燃机）燃烧所追求的目标： 高e(i) 、高Pme（Pmi）、低污染、低噪声振动内燃机燃烧的特点：第7章 柴油机的混合气形成及燃烧发动机性能 受控于燃烧特性 受控于混合气形成扩散燃烧速度着火落后期dp/d混合气形成速度气流运动燃烧室形状喷油规律7.2 柴油机的燃烧室及其特性7.3 柴油机的燃烧室及其特性柴油机燃烧室分类：直喷式（DI,Direct Injection） 燃油直接喷入主燃烧室内进行混合燃烧非直喷式 （IDI, Indirect Injecti

2、on） 燃油不直接喷入主燃烧室内进行混合燃烧7.3.1 直喷式（DI）燃烧室浅盘型深坑型球型特点：燃烧室凹坑开口大、深度浅 （dk/D0.720.88; dk/h=57）多孔油嘴（612孔）、高压喷射无涡流或弱进气涡流性能：滞燃期内形成较多混合气， dp/d高，NOx、噪声高；空气利用率差， a 1.6； dp/d高，流动及散热损失小，be低，易起动。应用范围：适用于缸径大（ 120mm）转速低（ 2000r/min）的柴油机。近年，随高压喷射采用，向小缸径拓展。“油找气”方式1、浅盘型燃烧室特点：dk/D0.6; dk/h=1.53.5; 较强涡流=1.53；有中心凸起，引导涡流，消除流动弱

3、区；喷孔少（46），喷压较高；形状：形、挤流口形、四角形。 性能：空气利用率较高，最小a 1.3； 随n提高而涡流强度提高，适于高速； dp/d较浅盆形低，燃烧较柔和。应用范围：小缸径（ 120mm） 高转速柴油机（中、轻、轿车）油气相互运动2、 深坑形燃烧室S0影响 顶隙S0减小，可使：空气集中在燃烧室凹坑内，利用率高；燃油不要分散在S0内，此处混合不好；S0内的燃烧受壁面淬冷，燃烧慢，不完全。因此，所有柴油机燃烧室都应尽量减小S0燃室设计参数对性能的影响 通过改变dk/D 、 dk/h 、 Vk/Vc 、 S0 、 e1 、 e2 、燃室形状、喷雾贯穿距离、涡流比等，可改变燃烧特性2、 深

4、坑形燃烧室2、 深坑形燃烧室形状影响：实际中在A形与B形中间，可有多种方案，A燃烧室，有缩口形状，烟度及be明显改善；随喷油推迟，A燃烧室的烟度及be优势更加明显气流运动，结合讲义图716分析原因2、 深坑形燃烧室大众捷达柴油机船用柴油机活塞形状影响（续）：作为极端例子：泼金斯的挤流口式燃烧室，初期放热速率明显低于一般直喷式燃烧室。2、 深坑形燃烧室四角形燃烧室（非回转体燃烧室）大尺度涡流局部微涡流和湍流；解决低速涡流太弱而高速过强的问题局部微涡流，可加速混合燃烧，PM低；问题：难以加工，工艺性差；缩口部热负荷过高易开裂。2、 深坑形燃烧室特点：球形燃烧室，高涡流比（3 ）单孔（或1主1副）喷

5、油嘴， 沿壁面顺气流喷油，形成油膜， 蒸发混合速度受控于壁温和涡流强度性能：dp/d低，放热率呈前低后高，NOx低、轻声低烟、空气利用率高， a 1但难以兼顾所用工况，工艺要求高，冷起动困难。应用：6070年代曾有不少应用，目前已绝迹； 其理论意义重大，相对空间雾化的传统理论是一个创新3、 球形燃烧室（M燃烧过程）油膜蒸发混合对比ROHR（M比）预混燃烧峰值下降扩散燃烧峰值上升燃烧持续期基本相同（燃烧不拖后）对比示功图（M比）dp/d下降（NOx和燃烧噪声低）球形燃烧室与燃烧室的燃烧特性对比球形燃烧室是由MAN公司的Meurer先生（1956年）发明的，也称M燃烧过程。 7.3.2 非直喷式燃

6、烧室主要特征：两个燃烧室（空间）两个燃烧阶段不利用进气涡流IDI预燃室（Pre-combustion Chamber）涡流室 （Swirl Chamber）也称为：分隔式燃烧室主副燃烧室烧室设计：主副室之间有一个或数个孔道相连，压缩气流在预燃室中形成湍流，单孔轴针式喷油器（参见图611）与预燃室轴线重合，低压喷射，容积比Vk/Vc=3545% ；连通道截面比Fk/F=0.3%0.6%1、预燃室式燃烧室工作过程： （参见右图）压缩过程中，在预燃室内形成湍流，湍流强度高于主室；第一次燃烧在预燃室内的浓混合气气氛中进行，燃烧不完全， dp/d小；第二次混合气及燃烧在主燃烧室内稀混合气气氛中进行：浓稀

7、两阶段燃烧低dp/d 低NOx（右下图）特点：dp/d小，NOx低，空气利用率高，最小a 1.3制造工艺成本低，适用高速柴油机。适用： 轿车，轻型车，大功率柴油机1、预燃室式燃烧室2、 涡流室式燃烧室特点：主副室之间有1个连通道，与副室切向连接，形成压缩涡流，Vk/Vc=5070% ，Fk/F=1%3.5%，有多种形状（如下图）原理相同性能：对比预燃室式，更适合小型柴油机，转速高，油耗低（对照表7-2）区别：预燃室式 涡流室式-湍流-涡流小结： 柴油机混合气形成方式分类： 空间雾化混合、 壁面油膜蒸发混合1、空间雾化混合 静止或弱旋流场多孔高压喷油： “油找气”，如开式燃烧室 强旋流场 35孔

8、高压喷射： 油气相互运动，如燃烧室 热混合作用：在涡流作用下，密度较大的燃油颗粒及空气向外运动，密度较小的废气向内运动，有利于油气混合。热锁现象：当涡流过弱时，离心力过小，燃油颗粒无法被抛向周围，而被“锁定”在中心区域，被废气包围。过涡流（Over Swirl）：当涡流过强时，上游油束的已燃气体会混入下游油束的未燃混合气区域，妨碍混合及燃烧。小结： 柴油机混合气形成方式强旋（湍）流场低压单孔喷嘴： 涡流室和预燃室柴油机，两次混合，对喷油和进气涡流要求低； 但燃烧慢，热效率低。1、空间雾化混合 静止或弱旋流场多孔高压喷油： “油找气”，如开式燃烧室 强旋流场 35孔高压喷射： 油气相互运动，如燃

9、烧室 小结： 柴油机混合气形成方式 小插曲德国人的骄傲：Otto EngineDiesel EngineWankel EngineM-Engine全部由德国人发明 小结：柴油机混合气形成方式壁面蒸发控制强旋流场： 喷射形成壁面油膜，控制初期蒸发速率；随燃烧温度提高，燃油蒸发混合速率加快，形成“前缓后急”的燃烧方式 2、油膜蒸发混合 滞燃期空间雾化混合油膜蒸发混合1. 绝大部分燃料以较高的压力被喷射到燃烧室空间中，散布于空气中2. 燃料在空气中呈细小油滴状3. 细小油滴以液相与空气混合，形成不均匀混合气（液相混合）4. 大量细小油滴受热汽化，在着火延迟期内形成可燃混合气数量多，多点大面积着火5. 初期燃烧的放热率很高，以后逐渐变缓1. 利用强烈的空气旋流将大部分燃料涂布到燃烧室壁面上2. 燃料在壁面上形成油膜3. 油膜蒸发，燃油蒸气与空气混合，形成相对均匀的混合气（气相混合）4. 散布在空间的少量燃油，在着火延迟期内形成少量可燃混合气，着火面积较小5. 受油膜蒸发速率的影响，燃烧放热率呈前低后高的规律小结：柴油机混合气形成方式本节要点7.1 柴油机燃烧过程及其特性分