第五章柴油机的燃烧

一着火现象(ignition)

燃料喷入燃烧室后，分散成许多细小油摘，这些细小油滴经过加热、蒸发（vaporization）、扩散（diffusion）与空气的混合等物理准备及分解、氧化等化学准备阶段后，一处或几处同时着火，即自行着火燃烧。第五章柴油机的燃烧分析

§5-1柴油机的着火与燃烧过程着火需要具备两个条件：1)浓度条件：在形成的可燃混合气中，燃料蒸气与空气的比例要在一定的范围内，这个范围称作着火范围(或着火界限)。着火界限不是一成不变的，随着温度的升高，分子运动速度增加，反应速度加快，将使着火界限扩大。2)温度条件：可燃混合气必须加热到某一临界温度，低于这一温度，燃料就不能着火，我们把燃料不用外部点燃而能自己着火的最低温度称为着火温度或自燃温度。它与介质压力、加热条件及测试方法等因素有关。二燃烧阶段的划分

柴油机的燃烧过程，可以从不同的角度用各种方法进行研究，如高速摄影、光谱分析、采样分析等，但最简便、应用最多的方法是从展开的示功固上分析燃烧过程。燃烧过程的四个阶段：第1阶段：着火延迟阶段(AB段)(ignitiondelay)。从喷油开始(A点)到压力开始急剧升高时(B点)为止，这一段时间又称为滞燃期。第2阶段：压力急剧上升的BC段，称为急燃期(rapidpressurerise)。滞燃期内喷入气缸的燃料几乎一起燃烧，而且是在活塞靠近上止点、气缸容积较小的情况下燃烧，因此气缸中压力升高特别快。平均压力升高比不宜超过0.4MPa/º(CA)第3阶段：从压力急剧升高的终点(C点)到压力开始急剧下降的D点为止，称为缓燃期(controlledpressurerise)。加强缓燃期内空气运动，加速混合气形成，对保证在上止点附近迅速而完全燃烧有重要作用。第4阶段：从缓燃期的终点(D点)到燃料基本上完全燃烧时(E点)为止，称为后燃期(burningontheexpansionstroke)。后燃期所放出的热量不能有效利用，并增加了散往冷却水的热损失，使柴油机经济性下降；增加活塞组的热负荷以及使排气温度增高，所以应尽量减少过后燃烧。内燃机工作过程系统布置图

三滞燃期

滞燃期越长，则在滞燃期内喷入燃烧室的燃料就越多，在着火前形成的可燃混合气就越多。这些燃料在第2阶段中几乎一起燃烧，使压力升高比和最高燃烧压力较高，运动零件受到强烈的冲击负荷，发动机运转粗暴，影响发动机的使用寿命。影响滞燃期因素：

压缩温度和压力是影响滞燃期的主要因素。喷油提前角、转速以及燃料性质等对滞燃期也有较大影响。1）随着压缩温度和压力提高，滞燃期减小。影响滞燃期的因素：2）喷油定时对滞燃期的影响通过压缩温度和压力而起作用。存在一个使滞燃期最短的喷油提前角。为了保证有较好的功率和经济指标，希望在上止点前5-10°(CA)开始着火燃烧，保证燃烧在上止点附近完成。影响滞燃期的因素：3）随着增压压力提高，滞燃期显著缩短。增压空气温度升高，滞燃期缩短。影响滞燃期因素：4）转速对滞燃期的影响随着转速增加，以秒计的滞燃期缩短，以曲轴计滞燃期Ψi则可能增加或减小。四、燃烧放热规律(Heatreleaserate)燃烧规律(放热规律)加热规律传热规律由实吗测的咳示功辅图进载行数唉值计独算可脉得到同燃烧婆放热萍规律馒：1）浩瞬时占放热饼速率——错在燃户烧过展程的僵某一凝时刻边，单俭位时抬间内月燃烧抢的燃停油放凝出的跃热量2）柿累积家放热易百分肥比——双从燃转烧过瓣程开盗始至件某一招时刻瓦止，纤已燃致燃油饲与循穿环供秧油量掠的比涝值。图直喷蓬式柴苏油机剥的放跑热规嘴律图自然旧吸气北式车拴用柴飞油机押的放携热规竖律以灭及累翠计放绑热率怕的变更化曲监线a）变掉负荷薯时的迎放热复规律b）变海转速乔时的某放热包规律c）变利负荷剪时的坦累计剩放热捧率d）变际转速狮时的艘累计驴放热左率图增压扭轿车仍柴油练机的渐放热联规律图演增斥压中剩速柴尤油机腊的放痒热规临律与铅累计背放热再率的塔变化谨曲线喷射率燃烧率喷射曲轴角度着火图根据行喷油攀规律弯估算缺放热犬规律读的林伙氏三福角形离堆砌桨法曲轴角度曲轴角度曲轴角度放热率/(J/°CA)图按喷鱼油规鼓律预篇测的磁放热滩规律档与实蹦际放签热规衡律的骑比较当发仅动机解结构逃参数牢确定论后，升气缸霉压力顾变化企特性余主要停由燃榜烧规松律(赠或加贫热规赚律)电所决门定(款公式精5-2才1)酿，从而惜燃烧无放热浇规律膊强烈投影响绘平均傲有效泄压力而、燃跳油消拢耗、沉最高石燃烧禁压力使、燃月烧噪摆声等科性能依指标闭。开始报放热医的时恰刻、痒放热挖规律离和放岁热持缎续时货间是燃斑烧过绍程的芒三个灾主要至要素海，它瓦们对漆性能县的影耻响主偷要表喘现在刻循环汗热效疏率和典最高俗燃烧投压力芬两个饱方面龄。比医较合袜适的宋放热鹿规律种是希榨望燃倒烧先浓缓后熟急，戴即开爱始放鹅热要奥适中搁，压局力升拍高比轮不超勺过0阵.4~0且.6怒MP殖a／言[(C底A)隙]，以满科足运应转柔设和的插要求旋；随悼后燃迷烧要奖加快恒，使观燃料阿尽量会接近义上止险点附呢近燃粥烧，赶一般托燃烧葛持续恭时间毛不应贴超过鹅上止颤点后届4冷0喘º(CA栏)，以预满足罩经济膀运转米的要宝求。五、缴燃烧反噪声颠(co那mb讲us康ti携on负n唇oi酿se柏)燃烧仔噪声众与压睬力升朗高比协有密填切的晚关系插，如芒果压固力升茶高比勿过大敢，则什产生川强烈当的震老音，秩我们气称这众种现巡寿象为柴油游机的手工作经粗暴掉(或白敲缸kn积oc东k)躲。降低唇燃烧武噪声济的主馅要途疮径有葱：1．墙缩短穷滞燃引期（涌如：昌十六臣烷值牛高的疲燃料薯）2．离减小男滞燃押期内昨的喷博油量喘；二智级喷继射pi薯lo辉t涝in绢je徐ct德io弊n。3．艇减少盘滞燃西期内切形成穷的可误燃混转合气届数量件（油愉膜蒸志发混调合）五、畏燃烧阔噪声霉(co凤mb脸us漫ti藏on欲n码oi交se山)怠速窗敲缸柴油尚机冷提起动赢或怠款速时殃，温西度较费低，粘滞燃匪期较忍长，倒润滑脸油粘阿度较自高，漏摩擦芦损失柜较大黎，尽吗管无锦负荷萌，每循企环的货喷油外量仍罢相当世大，因环此压劣力升亡高比跑也较馋大，段产生鼠较强粉的震夜音，啄这种荐噪声政称怠夏速敲敬缸；遮随着晶转速魔升高谢及带兴负荷妇运行铲，怠茂速噪街声即芽自行印消失蜡。燃烧菊室分侄类：直接摊喷射滔式燃常烧室弦、分遭隔式擦燃烧爹室直接还喷射压式柴索油机昌：浅盆沫形、泡深坑畜形；绸无涡畅流直放喷式充和有腿涡流制直喷竭式两畜种。气缸离直径教越大带，燃仿烧室财就越章浅。担浅盆何形燃胃烧室薯不组俭织进鉴气涡异流或谱弱进日气涡牛流，郊而深垂坑形屑燃烧趟室一定般都袄组织害较强授的进漂气涡台流。分隔闯式燃咱烧室夹：涡流势室、补预燃样室第五牲章蝇柴嫁油机租的燃最烧分号析§功5-起2压燃跟式内刑燃机皇的燃剖烧室第五库章障柴锹油机初的燃众烧分酱析§纤5-硬2压燃东式内诞燃机宗的燃朋烧室图昆直喷调式燃浪烧室等示例a）浅栽盆形b）圆贯柱形c）形c）带衰缩口孙的形一、买浅盆航形燃乓烧室（sh顿al貌lo亡w粒bo霸wl脂c腿om付bu超st需io牺n滨ch巾am期be镰rs）浅盆馋形燃园烧室1)流混合剃气形茶成主勾要靠纲燃油汪的喷水雾，执对喷折雾质失量要鲁求高怨，采偷用多拼孔喷杂嘴，牙6~获12参个喷附孔，亚直径晒很小洁（0.哥12丸mm），伙最高寇喷油烛压力吸高（14俩0M刮Pa），吩对燃境油系贡统要顾求较雄高。2)右油溜束与醋燃烧求室形股状相喝配合将，燃渗料要北尽可产能地夕分布巡寿到整惧个燃圆烧室巷空间律。3)炎燃烧握室中件一般仓不组爱织空捉气涡欣流运眨动，幅依靠哗油束披的扩女展使逝燃油陶与空威气混颜合。浅盆半形燃估烧室4)枝燃烧笨室形酷状简挎单，额结构早紧凑评。经国济性港好，毙容易陕起动壳。5)婚因均门匀的祝空间模混合枪，在况滞燃辞期内匆形成术的可肝燃混宴合气青较多墙，因荡此最遭高燃肥烧压俭力及消压力芬升高除比较季高，抗工作便粗暴汪。6)低对转皮速和峡燃料点较敏目感。弃（喷秧雾质杜量随席转速窗而变忽）7)守过量血空气梳系数啊较大顾。浅盆吼形燃饼烧室源一般释不组原织气渠流运辽动，纱工作刮过程菜组织垒的关贺键是杯燃油醉喷射援和燃欢烧室桃形状川之间榨的合阴理配始合。二、眼深坑浙形燃泥烧室(d衫ee芦p习bo沫wl礼c棋om阀bu孝st摘io园n粱ch孔am犁be知rs西)(一在)混喝合气套形成梦特点小型吃高速聚柴油暗机转惭速高，为了舟获得静较好奋的性叹能指摔标，染就要笛求在愧较小预的过码量空驰气系贝数时峰有较脾好的辈燃烧伤过程卡。于粒是出瓜现了询有涡村流的嚷深坑瓦形燃庙烧室蛮。燃狸烧室系基本耐上分坚成两幻玉个空钻间：者活塞慰中的普燃烧辞室容覆积VK及活悼塞顶线上的笛余隙孕容积V，采用萌4~膨6孔面喷油溉器，腐喷孔呢直径青较大奋(0把.3掏5mm左右文)。耳混合掠气形缺成一忽方面幅利用躁喷雾陪，一诵方面嫂组织纯进气丧涡流穿及形眯成挤才流促办进混化合气货形成杏和燃亲烧。漆深坑猜形燃柔烧室紧利用笑进气鼠涡流乐加强瓣混合直气的如形成锡，使刻空气虫利用赔率大皱大提恰高，送一般a＝1纹.3薯~1封.5隶，并保写持燃工油消摧耗率甘低和山起动吼容易输的优芽点，征所以岗在小袭型高浇速柴暖油机裂上获哄得广查泛应裙用。（二偿）燃竟烧室躲设计溪要点1．坛广泛秘采用ω形燃烧车室。2．扩燃烧蓝室尺页寸：VK/Vc要尽栋可能灿大，敏一般VK/Vc=0谎.7尝5~护0.他85霜。主要途措施锈是减姿小活钟塞顶泄隙S0。dK/D要合和适，普要与吸油束暖射程萄配合橡。三、失球形齿油膜巾燃烧她方式球形国油膜粒燃烧肌室是锤深坑凳型燃核烧室屑的一鞭种，繁其混跪合气辩形成扰主要蔑是油忘膜蒸骂发混贞合。将燃叫油顺位气流桌方向泼沿燃件烧室蹦壁面设喷射讨，在令强烈竞的进调气涡补流作被用下拨，将才燃油铺摊布禾在燃州烧室稍壁上楚，形甲成一淘层很亩薄的费油膜龄。燃附烧室明壁温加20嘱0~睁35宵0℃特，使乌壁面教上的削燃料球在较并低的各温度益下蒸州发，循以控晴制燃供料的躁裂解示。从现油束伞中分燥散出筛来的塑一小烤部分换燃料役在炽洗热的望空气丧中首藏先形乏成火举核，摆然后高靠此申火核吃点燃昏从壁澡面蒸队发形园成的激可燃搞混合抱气。躬随着摔燃烧恒进行爹，大化量热弟量辐货射在这油膜钢上，盈使油夺膜加知速蒸译发，双不断心提供另新鲜态混合度气，撕保证有迅速菠地燃列烧。皱球形辈油膜退燃烧断室发烘动机澡工作弓柔和丈，燃左烧噪兴声小而，排适烟少饮，性麻能指气标好病。在小句型高蓬速柴雾油机雷中，踢纯粹用的空泥间雾思化混依合是盈没有固的，智燃油它都或路多或碧少地保喷到宇燃烧薄室壁衔面上吉，实氏际的灰混合胀过程膨是介鲜于空搁间雾针化混借合和暑油膜顶蒸发屯混合撞之间箭。四、眼涡流腾室燃问烧室(sw娘ir悦l守co继mb叫us叹ti对on崭c峡ha夺mb卧er伪)混合纸气形镜成主燃流烧室盼和涡蓄流室框之间弃用一类个或撇数个扇通道熊相连驴，通叉道方酷向与投活塞嫩顶成牢一定萝角度景，喷炉油嘴姨安装画在涡凯流室确内，及燃油区顺涡讽流方嗓向喷赢射。趣在压苗缩过写程中登，气答缸中负的空轮气被筹活塞例推挤逼，经棒过通车道流带入涡夸流室长，形绑成强叹烈的腿有组习织的福旋转抓运动狮，促泉使喷阔入涡疫流室梯中的推燃油朝混合酬。当歪涡流湖室中狐着火卷燃烧浑后，德气体杯压力愤、温厚度迅纤速升淘高；督在膨丑胀行遭程期粱间，子涡流侨室中汉末燃驰烧的拦燃料杜、空蜘气及夸燃气各一起餐经过援通道型流入善主燃状烧室苹中(扛形成缸二次顽涡流乡丰)，璃与燃震烧室饰的空颂气进境一步伞混合晨燃烧偷。涡流靠室柴箩油机队特点1)煮混合降气形宝成和线燃烧疗主要浸是利视用有据组织鲁的强任烈的春压缩域涡流酷，因饱此对重喷雾萍质量辱要求湖不高片，一经般采种用轴良针式彻喷油辈嘴，扛喷油陷压力艺较低现，这脏可降派低对遮燃油绩系统亭的要鹊求，钥减少银喷孔样堵塞练等故经障。2)漠由于旗压缩川涡流院随转篇速升寺高而痛加强崖，所挎以在闭转速蜜较高延时仍漆保证愿较好架的混朵合质陷量。3)厉因为纠有强您烈的呈压缩奶涡流追保证惹较好池的混折合质庙量，诊使空等气能色较充谷分利速用，犹过量疤空气富系数闲较小区。由阳于燃科烧初午期在絮涡流常室内浪进行织，工迎作较挖为平勺稳。4)灿涡流唯室的拣相对娘散热否面积老较大至，散天热损送失较温大，忘在涡蚕流室逝发动膝机中矩，气肢体经渗过通随道流掩动，女节流叉损失声也较职大，诸因此唯，冷嘴起动炊困难拔，燃役油消未耗率绿较高串。5)谦由于滔主燃厚烧室调最高浙温度注相对循较低思，因榆此可功减少NO摩x排放哑，此棍外，HC和微喇粒排况放均卡比直骗喷式邀柴油开机低。五、肆预燃泳室式宜燃烧丈室（pr凭ec送ha筋mb培er尺s道ys怪te索ms）由位撕于气舒缸盖谎内的全预燃贤室和桥活塞辱上方能的主富燃烧暖室所辈组成幕，两联者之堵间由寄一个走或数筋个孔忌道相绑连，震喷油胡嘴安忌装在叔预燃辰室中危心线策附近瞎。不迟产生漂有组倒织的芦强烈扣涡流职，但默空气锐流过堵通道递产生土强烈宰湍流读，空势气湍厦流使材一部张分燃逼料雾浴化混残合。异由于呢起动奏性及佣经济由性较类差，袜基本商已不畜被采哑用。六、悬空气赖运动驶、燃铺油喷饶射及摇燃烧紧室的秩匹配压燃旗式发创动机捷良好傍的性吐能和乔排放仁指标柜取决立于燃倚烧过届程的挠完善资程度膊，空期气运型动、柿燃油狠喷射止和燃章烧室指结构待是最线重要戚的影晒响因醉素。在大蜘型柴多油机堂中，盾不组或织空左气涡购流运具动，仙依靠音高压请喷射殊、多晴孔喷拾嘴等渐燃油遭系统特参数竖就能沾达到推较好支的性管能。在中食、小英型高耀速柴泰油机广中，点组织与进气太涡流争，促技进混吐合气栗的形仙成和赖燃烧摘过程轧。对坑于一气定缸评径和莲转速弟的发葛动机钳，根粪据燃莲油系兼统参退数和所燃烧伙室结登构参脂数确筒定一诞个最颈佳涡壳流比屋。最佳僚涡流画比随昌发动够机的先转速磨而变炭化，村在低复速时腔应为形高涡蹄流比待，在鼻高速佣时应杜为低河涡流爹比。徒可变狂涡流舱进气邀系统能。由于横直喷案式柴别油机雷具有屡经济逗性好县的明腥显特筛点，俗柴油酸机向朽直喷焰化方熄向发蹄展。六、绩空气挑运动巡寿、燃枝油喷什射及捡燃烧优室的港匹配图二气饶门柴贞油机抵的燃重烧室犯、油日嘴头宜部中锄心与启气缸非中心团的位麦置关激系O点气遣缸中盲心O1点喷土油嘴顷中心O2点燃苹烧室瞧中心O3点、O4点进诉排气聪中心输点其中步：喷淋油器叶最大棚偏移筒量a：8%煎~1带0%洽D；气乡丰门最趴大偏区移量b：8%甚~1制0%榜D；燃璃烧室赠最大赠偏移雕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