汽车构造柴油机供给系与混合气形成和燃烧课件

第五章 柴油机供给系主要内容：柴油机供给系的组成及功用柴油的使用特性 柴油机混合气的形成及燃烧柴油机燃烧室喷油器的结构与工作原理知识点：柴油机供给系的组成及功用柴油的使用特性 柴油机混合气的形成及燃烧柴油机燃烧室喷油器的结构第一节第一节 柴油机供给系的组成及燃料柴油机供给系的组成及燃料柴油机工作原理与汽油机不同,采用高压喷射方法。在压缩行程接近结束时，将柴油喷入气缸，直接在气缸内部形成混合气，借缸内空气的高温自行发火燃烧。因此，柴油机供给系组成、构造与汽油机有很大区别。柴油机供给系(Supplyment System)担负柴油供给和空气供给以及可燃混合气的形成、燃烧和废气的排出的任务。1.组成燃油供给装置：柴油箱(diesel tank)、输油泵(fuel supply pump)、柴油滤清器(diesel filter)、喷油泵(fuel injection pump)、喷油器(injector)等。空气供给装置：空气滤清器(air cleaner)、进气管(intake pipe)。混合气形成装置：燃烧室(combustion chamber)。废气排出装置：排气管(exhaust pipe)、排气消声器(muffler)2柴油 柴油是在200350k的温度范围内，从石油中提炼出的碳氢化合物，含碳87%，氢12.6%和氧0.4%。（绝对零度273.15K）柴油机的使用性能指标:发火性指燃油的自燃能力，16烷值越高，发火性越好。蒸发性由燃油的蒸馏实验进行试验测定。粘度决定燃油的流动性，粘度越小，流动性越好。凝点指柴油冷却到开始失去流动性的温度。柴油按凝点分为10，0，-10，-20，-35五个牌号，其凝点分别不高于10，0，-10,-20,-35。其代号分别为RCZ-10，RC-0，RC-10，RC-20，RC-35，R和C是燃和柴字的汉语拼音字头，凝点在0以上的则在-前加上Z字，选用时，号数应比实际气温低510。第二节第二节 可燃混合气的形成、燃烧及燃烧室可燃混合气的形成、燃烧及燃烧室1 1可燃混合气的形成与燃烧可燃混合气的形成与燃烧 (1)1)柴油机混合气的形成柴油机混合气的形成 柴油机在进气行程中进入气缸的是纯空气，在压缩行程接近终了时，由喷油器将已加压的柴油以雾化的形式喷入燃烧室，经过极短的物理和化学准备过程与进入气缸的空气混合形成可燃混合气(2)(2)改进混合气形成条件的措施改进混合气形成条件的措施选用十六烷值较高、发火性较好的柴油，以使可燃混合气迅速燃烧。采用较高的压缩比，以提高气缸内的温度，使柴油尽快挥发。提高喷油压力，一般在10MPa以上，以利于柴油雾化。采用各式促进气体运动的燃烧室和进气道，以保证柴油与空气的均匀混合。采用较大过量空气系数(1.31.5)的可燃混合气，以使柴油完全燃烧。采用适当的喷油提前角。柴油机混合气的燃烧过程柴油机混合气的燃烧过程(3)(3)柴油机混合气的燃烧过程柴油机混合气的燃烧过程备燃期（备燃期（ABAB）：）：是指由喷油始点到燃烧始点之间的曲轴转角。在此期间，喷入气缸的雾状柴油从气缸内的高温空气吸收热量，逐渐蒸发、扩散，与空气混合，并进行燃烧前的化学准备。备燃期不宜过长，否则会使发动机工作粗暴。速燃期（速燃期（BCBC）：是指从燃烧始点到气缸内的最大压力点之间的曲轴转角。从燃烧始点开始，火焰自火源迅速向各处传播，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，直至压力最大点为止。在此期间，早已喷入或燃烧开始后陆续喷入的柴油在已燃气体的高温作用下，迅速蒸发、混合和燃烧。缓燃期（缓燃期（CDCD）：）：是从最高压力点起到最高温度点止的曲轴转角。在此阶段，开始燃烧很快，但由于氧气减少，废气增多，燃烧条件不利，故燃烧越来越慢，但燃气温度却能继续升高到19732273K。缓燃期内，通常喷油已结束。后燃期（后燃期（DEDE）：）：从最高温度点起，燃烧在逐渐恶化的条件下于膨胀行程中缓慢进行直到停止。在此期间，压力和温度均降低。2改善燃烧性能的途径 进气系统、燃油系统、燃烧室、燃料 根据可燃混合气的形成与燃烧过程得知柴油机要求：备燃期要短，速燃期压力升高要快才能使动力性、经济性好、工作柔和、不冒烟。因为柴油挥发性差，混合时间短，要求混合均匀，燃烧完全就必须要求喷射压力高，雾化好，喷射质量要满足燃烧室形状的要求。3燃烧室（1 1）定义：）定义：当活塞到达上止点时，气缸盖和活塞顶组成的密闭空间称为燃烧室。（2 2）分类：）分类：分统一式燃烧室和分隔式燃烧室两大类。统一式燃烧室统一式燃烧室由凹顶活塞顶部与气缸盖底部所包围的单一内腔，几乎全部容积都在活塞顶面上。燃油自喷油器直接喷射到燃烧室中，借喷出油注的形状和燃烧室形状的匹配，以及燃烧室内空气涡流运动，迅速形成混合气。所以又叫做直接喷射式燃烧室。燃烧室类型 型 球 型四角型 U型剖面形状纵剖面 型纵剖面大半圆形纵剖面近似型纵剖面U形混合气形成空间雾化混合油膜蒸发混合空间雾化混合复合式喷油器类型孔式（压力高、多孔）孔式（少孔）孔式（多孔）孔式进气道类型切向进气道螺旋进气道螺旋进气道扭切进气道优点起动性能好、经济性好，形状简单易加工，结构紧凑工作平稳、柔和，燃烧彻底较高的经济性和动力性控制了NOx的生成起动性、动力性、经济性好适应对象中小型高速柴油机应用不广高速柴油机应用较广缺点工作粗暴，孔易堵孔易堵起动性差，工况适应性差统一式燃烧室构造：构造：缸盖底面是平的，活塞顶部下凹（型、球型、四角型、U型）燃烧室：燃烧室：分隔式燃烧室 分为两个部分，主燃烧室位于活塞顶，而副燃烧室位于缸盖上，主副燃烧室通过通道相同，喷油嘴位于副燃烧室内常见型式有涡流室燃烧室和预燃室燃烧室两种。（1）涡流燃烧室 主副燃烧室之间通过狭窄的切向通道相通，空气被挤入涡流室形成强烈有规则涡流运动，大部分柴油在涡流室内燃烧，形成二次涡流混合燃烧。（2）预燃燃烧室 空气被挤入预燃室产生无规则紊流，小部分柴油在预燃室内燃烧，产生二次紊流混合完全燃烧。涡流室式预燃室式 组成副燃烧室体积大，5080上半部直接铸出，下半部耐热钢做成，镶入气缸副燃烧室镶入气缸盖，体积占2545混合气形成空间雾化混合空间雾化混合涡流运动副室中强烈的涡流运动副室中无规则的紊流运动喷油器类型轴针式喷油器轴针式喷油器燃烧特点大部分在副室中燃烧，燃烧完全大部分在主室中燃烧，燃烧完全 优点工作柔和，高速适应性好，噪声小，排污少同前 缺点起动性差，经济性差，热效率地同前（a）涡流燃烧室 （b）预燃燃烧室第三节第三节 喷油器喷油器1功用、要求与型式 功用：喷油器（injector）将喷油泵供给的高压柴油，以一定的压力，呈雾状喷入燃烧室。要求：雾化均匀 具有一定的喷射压力和射程，及合适的喷注锥角 断油迅速、无滴漏现象型式：目前采用的喷油器都是闭式喷油器，有孔式喷油器和轴针式喷油器两种。1.喷油器体 2.调压螺钉 3.调压弹簧 4.回油管螺栓 5.进油管接头 6.滤芯 7.顶杆 8.针阀 9.针阀体2 2孔式喷油器孔式喷油器（1 1）结构）结构1）适用：）适用：统一式燃烧室2 2）结构）结构针阀偶件 针阀上部的圆柱表面通针阀体的相应内圆柱面作高精度的滑动配合，配合间隙为0.0010.004mm。此间隙过大则乍能发生漏油而使油压下降，影响喷雾质量；间隙过小时针阀将不能自由滑动。针阀偶件的配合面通常是经过精磨后再相互研磨而保证其配合精度的。所以选配和研磨好的一副针阀偶件是不能互换的，这点在维修过程中应特别注意。（2）工作原理 来自喷油泵的高压柴油通过高压油管送到喷油器，经进油管接头、喷油器滤芯以及喷油器体和针阀体内的油道进入喷油嘴内的压力室。油压作用在针阀的承压锥面上，产生向上的推力。当此推力超过调压弹簧的预紧力时，针阀升起并将喷孔打开，高压柴油经喷孔喷人燃烧室。当喷油泵停止供油时，喷油嘴压力室内的油压迅速下降，针阀在调压弹簧的作用下瞬即落座，将喷孔关闭，终止喷油。在喷油器工作时间，会有少量柴油从针阀与针阀体的配合表面之间的间隙漏出。这部分柴油对针阀起润滑作用，并沿顶杆周围的空隙上升，通过回油管螺栓上的孔进入回油管，流回油箱。3 3轴针式喷油器轴针式喷油器与孔式相比，喷孔只有一个、较大，不易堵塞、易加工，喷油压力较低，轴针较复杂，具有自洁作用。第四节第四节 喷油泵喷油泵喷油泵(injection pump)是柴油供给系中最重要的零件，它的性能和质量对柴油机影响极大。1功用、要求、型式 功用：功用：提高柴油压力，按照发动机的工作顺序，负荷大小，定时定量地向喷油器输送高压柴油。要求：要求：（1）泵油压力要保证喷射压力和雾化质量的要求。（2）供油量应符合柴油机工作所需的精确数量。（3）保证按柴油机的工作顺序，在规定的时间内准确供油。（4）供油量和供油时间可调正，并保证各缸供油均匀。（5）供油规律应保证柴油燃烧完全。（6）供油开始和结束，动作敏捷，断油干脆，避免滴油。类型：类型：车用柴油机的喷油泵按其工作原理不同可分为柱塞式喷油泵、喷油泵-喷油器和转子分配式喷油泵三类。柱塞泵的泵油图2柱塞泵的泵油原理 柱塞泵的泵油机构包括两套精密偶件：柱塞+柱塞套构成柱塞偶件、出油阀和出油阀座构成出油阀偶件。泵油原理：工作时，在喷油泵凸轮轴上的凸轮与柱塞弹簧的作用下，迫使柱塞作上、下往复运动，从而完成泵油任务，泵油过程可分为以下三个阶段。柱塞和柱塞套是一对精密偶件，经配对研磨后不能互换，要求有高的精度和光洁度和好的耐磨性，其径向间隙为0.0020.003mm 柱塞头部圆柱面上切有斜槽，并通过径向孔、轴向孔与顶部相通，其目的是改变循环供油量；柱塞套上制有进、回油孔，均与泵上体内低压油腔相通，柱塞套装入泵上体后，应用定位螺钉定位。柱塞头部斜槽的位置不同，改变供油量的方法也不同。出油阀和出油阀座也是一对精密偶件，配对研磨后不能互换，其配合间隙为0.01mm。出油阀是一个单向阀，在弹簧压力作用下，阀上部圆锥面与阀座严密配合，其作用是在停供时，将高压油管与柱塞上端空腔隔绝，防止高压油管内的油倒流入喷油泵内。出油阀的下部呈十字断面，既能导向，又能通过柴油。出油阀的锥面下有一个小的圆柱面，称为减压环带，其作用是在供油终了时，使高压油管内的油压迅速下降，避免喷孔处产生滴油现象。当环带落入阀座内时则使上方容积很快增大，压力迅速减小，停喷迅速。进油过程进油过程 当凸轮的凸起部分转过去后，在弹簧力的作用下，柱塞向下运动，柱塞上部空间（称为泵油室）产生真空度，当柱塞上端面把柱塞套上的进油孔打开后，充满在油泵上体油道内的柴油经油孔进入泵油室，柱塞运动到下止点，进油结束。供油过程供油过程 当凸轮轴转到凸轮的凸起部分顶起滚轮体时，柱塞弹簧被压缩，柱塞向上运动，燃油受压，一部分燃油经油孔流回喷油泵上体油腔。当柱塞顶面遮住套筒上进油孔的上缘时，由于柱塞和套筒的配合间隙很小（0.0015-0.0025mm）使柱塞顶部的泵油室成为一个密封油腔，柱塞继续上升，泵油室内的油压迅速升高，泵油压力出油阀弹簧力+高压油管剩余压力时，推开出油阀，高压柴油经出油阀进入高压油管，通过喷油器喷入燃烧室。回油过程回油过程 柱塞向上供油，当上行到柱塞上的斜槽（停供边）与套筒上的回油孔相通时，泵油室低压油路便与柱塞头部的中孔和径向孔及斜槽沟通，油压骤然下降，出油阀在弹簧力的作用下迅速关闭，停止供油。此后柱塞还要上行，当凸轮的凸起部分转过去后，在弹簧的作用下，柱塞又下行。此时便开始了下一个循环。结论：通过上述讨论，得出下列结论 柱塞往复运动总行程L是不变的，由凸轮的升程决定。柱塞每循环的供油量大小取决于供油行程,供油行程不受凸轮轴控制是可变的。供油开始时刻不随供油行程的变化而变化。转动柱塞可改变供油终了时刻，从而改变供油量。柱塞泵泵油原理3.国产系列柱塞式喷油泵 国产系列柱塞泵主要有A、B、P、Z和、号等系列。系列化是根据柴油机单缸功率范围对供油量的要求不同，以柱塞行程，泵缸中心距和结构型式为基础，再分别配以不同尺寸的柱塞直径，组成若干种在一个工作循环内供油量不等的喷油泵，以满足各种柴油机的需要。国产系列喷油泵的工作原理和结构型式基本相同，以A型泵为例介绍柱塞式喷油泵的构造和工作原理。柱塞泵柱塞泵由：分泵、油量调节机构、传动机构和泵体四大部分组成。(1)(1)分泵分泵分泵是带有一幅柱塞偶件的泵油机构，分泵的数目与发动机的缸数相等。每个气缸都有一个分泵，各缸的分泵结构尺寸完全一样。分泵的主要零件有柱塞偶件，柱塞弹簧，弹簧下座出油阀偶件，出油阀弹簧，减容器，出油阀压紧座等。两大偶件柱塞偶件：柱塞套、柱塞，配合间隙0.0015-0.0025mm；柱塞弹簧出油阀偶件：出油阀、出油阀座、出油阀弹簧（2 2）油量调节机构）油量调节机构 油量调节机构是根据柴油机负荷和转速的变化相应改变喷油泵的供油量。改变供油量的办法是转动柱塞，通过改变供油行程来完成的。多缸机还要注意各缸供油均匀性的调整。A型泵采用齿杆式油量调节机构，另外，还有一种油量调节机构-拨叉拉杆式。（3 3）传动机构）传动机构 传动机构由凸轮轴和滚轮体总成组成。喷油泵凸轮轴是曲轴通过齿轮驱动的，曲轴转两圈，各缸喷油一次，凸轮轴只需转一圈就喷油一次，二者速比为21。喷油泵供油的迟早决定喷油器喷油的迟早，喷油提前角的调整是通过对喷 油泵的供油提前角的调整而实现的。喷油泵的结构相当复杂，但只要抓住供油压力的建立，供油量的调整和供油时刻的调节三个问题，使能掌握基本构造原理。国产型泵构造，基本工作原理与A型泵相同，只是结构参数有所改变，以适用于不同缸径的柴油机第五节第五节 调速器调速器用来随柴油机负荷的变化自动调节喷油泵的油量，自动改变柴油机转速，使柴油机稳定运转的装置。用来防止柴油机飞车（转速过高）和熄火（转速过低）。实验表明在不使用调速器的情况：在某一较高转速时，负荷降低一点，转速n会更大，柴油机便导致飞车，排气管冒黑烟，发动机过热等故障。反之，负荷稍有提高，柴油机转速便下降很大，甚至熄火。类型类型:单程式（定速）：发动机转速几乎不变，通常用来限制最高转速（飞车）。一般用于小型工业柴油机。两速式：限制最低（熄火）和最高转速（飞车）。中间转速不起作用。用于部分汽车。全速式：可控制从最低到最高转速间任一转速的供油量，即使发动机在任一转速下稳定工作。应用广泛，车用较多。综合式：兼具两速和全程的功能，不同发动机工况，互换使用。两速式、全程式调速器车用最广，其作用原理均为离心作用，因此成为机械离心式调速器。两速式工作原理两速式工作原理较低转速时，飞块（产生离心力）随转速大小产生离心力，离心力与怠速弹簧及起动弹簧弹力平衡时，供油调节齿杆位置不变，发动机稳定运转。若转速降低（熄火），离心力减小，在弹簧和机械机构作用下，供油太藕节齿杆移动，增加供油量，使发动机转速回升。若转速升高，离心力增大，大于弹力，机械机构作用下，齿杆反方向移动，供油量减小，转速下降。正常工作转速时，调速器不起作用，由驾驶员控制供油量调节。最高转速时，即超过规定的最高转速，离心力已足够大到克服调速弹簧弹力，通过机械机构，使供油调节拉杆移动，减小供油量。（因此，可改变调速弹簧预紧力来调节发动机最高转速）优点：加速踏板力小、加速性能好、加速时冒烟少。全程式工作原理全程式工作原理随转速变化，离心力增大，通过机械机构传动，带动供油调节拉杆运动，来改变供油量大小。优点：可适应复杂路况及负荷多变情况，减轻驾员疲劳度。第六节 喷油提前角调节装置喷油提前角指喷油开始时，活塞距离压缩终了上止点的曲轴转角。喷油提前角实际上是由喷油泵供油提前角保证的。而调节整个喷油泵供油提前角的方法是改变发动机曲轴与喷油泵凸轮轴的相对角位置为满足最佳喷油提前角随转速升高而增大的要求。喷油提前角大小对柴油机性能的影响过大过大喷油提前角过大时，由于喷油时缸内空气温度较低，混合气形成条件较差，备燃期较长，将导致发动机工作粗暴。过小过小喷油提前角过小时，将使燃烧过程延后过多，所能达到的最高压力较低，热效率也显著下降，且排气管中常有白烟冒出。最佳喷油提前角最佳喷油提前角是在转速和供油量一定的条件下，能获得最大功率及最小燃油消耗率的喷油提前角。对任何一台柴油仉，最佳喷油提前角都不是常数，而是随供油量和曲轴转速变化的。供油量愈大，转速愈高，则最佳喷油提前角也愈大结构：调节器位于联轴节和喷油泵之间。驱动盘与联轴节相连。驱动盘前端面压装两个销钉，两个飞块即套在此销钉上。飞块另一端各压装一个销钉，每个销钉上松套着一个滚轮和内座圈。筒状从动盘的毂部用半月键与喷油泵凸轮轴相连。从动盘两臂的弧形侧面与滚轮接触，平侧面压在两个弹簧上。弹簧另一端支于松套在驱动盘销钉上的弹簧座上。供油提前角自动调节器 工作原理：发动机工作时，驱动盘旋转，飞块活动端向外甩开，滚轮则迫使从动盘相对驱动盘超前一个转过一个角度，直到弹簧力与飞块离心力相平衡为止，驱动盘与主动盘同步旋转。转速越高，越大，从而使喷油提前角越大。3喷油泵联轴节 连接喷油泵凸轮轴和驱动它的齿轮轴的联轴节兼起调整喷油提前角的作用。旋松螺钉4和7分别转动主动凸缘盘或供油提前角自动调节器，来改变初始供油提前角。小结柴油机供给系的组成及功用柴油的使用特性 柴油机混合气的形成及燃烧柴油机燃烧室喷油器的结构思考题：1柴油机燃料供给系与汽油机燃料供给系有什么区别？2柴油机可燃混合气的形成和燃烧有哪些特点？燃烧过程分哪几个阶段？3柴油机燃烧室主要有哪些类型？有何特点？4喷油器的功用是什么？对喷油器有什么要求？5喷油泵的功用是什么？试述柱塞式喷油泵的泵油原理和改变循环供油量的方法。6什么是喷油泵的速度特性？柴油机上为什么要装调速器？两速式调速器所控制的速度范围是什么？柴油机燃烧放热规律柴油机燃烧放热规律1.燃烧放热规律的定义瞬时放热速率瞬时放热速率是指在燃烧过程中的某一时刻，单是指在燃烧过程中的某一时刻，单位时间内位时间内(或或ll曲轴转角内曲轴转角内)燃烧的燃油所放出的热燃烧的燃油所放出的热量；量；累积放热百分比累积放热百分比，是指从燃烧过程开始至某一时，是指从燃烧过程开始至某一时刻为止已经燃烧的燃油与循环供油量的比值。刻为止已经燃烧的燃油与循环供油量的比值。瞬时放热速率和累积放热百分比随曲轴转角的变瞬时放热速率和累积放热百分比随曲轴转角的变化关系，称为化关系，称为燃烧放热规律燃烧放热规律 。燃烧放热规律2.2.柴油机合理的燃烧放热规律柴油机合理的燃烧放热规律1)放热规律三要素 一般将燃烧放热始点(相位)、放热持续期和放热率曲线的形状称为放热规律三要素2)理想的燃烧放热规律及其控制 放热始点的位置要能保证最大燃烧压力出现在上止点后1215。柴油机通过喷油提前角的变化以及着火落后期长短来加以调控。柴油机的喷油提前的调节规律是：要求转速及负荷都提前放热持续期首先取决于喷油持续角的大小影响放热规律曲线形状的因素比较复杂柴油机混合气的形成原理柴油机混合气的形成原理燃油的喷射与雾化燃油的喷射与雾化柱塞式喷油泵燃油供给系柱塞式喷油泵燃油供给系 分配式喷油泵燃油供给系喷油器孔式喷油器轴针式喷油器不同喷油嘴的流通特性2.喷射与雾化1)喷射过程(1)喷射延迟阶段(2)主喷射阶段(3)喷油结束阶段2)供油规律与喷油规律单位凸轮轴转角单位凸轮轴转角(或单位时间或单位时间)由喷油泵供由喷油泵供入高压油路中的燃油量称供油速率；单位凸入高压油路中的燃油量称供油速率；单位凸轮轴转角轮轴转角(或单位时间或单位时间)由喷油器喷入燃烧室由喷油器喷入燃烧室内的燃油量称为喷油速率内的燃油量称为喷油速率两者的差别主要原因：(1)(1)燃油的可压缩性燃油的可压缩性 (2)(2)压力波传播滞后压力波传播滞后 (3)(3)压力波动压力波动 (4)(4)高压容积变化高压容积变化3)3)异常喷射与穴蚀异常喷射与穴蚀a)a)正常喷射正常喷射 b)b)二次喷射二次喷射 c)c)断续喷射断续喷射 d)d)隔次喷射隔次喷射4)4)喷雾特性与雾化质量喷雾特性与雾化质量油束射程(又称为贯穿距离)L喷雾锥角油束的最大宽度油束的雾化质量指油束中液滴的细度和均匀度平均粒径、索特粒径和粒径分布粒径分布则既表示了油粒大小又表示了其均匀程度1表示油粒细而匀；3为粗而匀；2则不均匀喷油压力、喷射背压和喷孔直径对喷雾特性的影响喷油压力、喷射背压和喷孔直径对喷雾特性的影响燃烧室与混合气形成燃烧室与混合气形成柴油机的混合气形成特点和方式柴油机的混合气形成特点和方式1)1)空间雾化混合空间雾化混合 2)2)油膜蒸发混合油膜蒸发混合3)3)两种混合方式的对比两种混合方式的对比空间雾化混合中，燃油的喷雾特性对混合起决定性的作用喷雾细、均匀。较多的油滴受热蒸发，着火延迟期内形成大量的可燃混合气，燃烧初期放热率过大，压力急剧升高，工作粗暴，NOx排放高。如果减小着火延迟期内混合气生成量，则势必造成大量燃油在着火后的高温高压下蒸发混合，容易因空气不足而裂解成炭烟。空间雾化混合方式有较高的热效率，但炭烟、NOx和燃烧噪声均较高。油膜蒸发混合的指导思想是利用燃油蒸发速率控制混合气生成速率，燃烧室壁面温度和空气旋流起了主要作用。油膜受热蒸发所需时间要比细小油滴长得多，加之燃烧室壁温控制较低，使油膜蒸发混合方式在期内生成的混合气量远小于空间雾化方式。随燃烧进行，在高温和火焰辐射作用下，油膜蒸发加速，使混合气生成速度加快。大部分燃料是在蒸发后以气体状态与空气或高温燃气接触，可以避免空间雾化混合时常有的液态燃油高温裂解问题，使炭烟特别是大颗粒炭烟排放降低。2.缸内气流运动缸内气流运动1)涡流 (1)进气涡流 (2)压缩涡流2)挤流3)湍流4)滚流图图9.219.21切向气道、螺旋气道的原理切向气道、螺旋气道的原理(a)a)切向气道；切向气道；(b)b)纯螺旋气道纯螺旋气道图9.22切向气道、螺旋气道的进气门出口处的速度分布(a)切向气道；(b)纯螺旋气道涡流转速与发动机转速之比称为涡流比涡流转速与发动机转速之比称为涡流比进气涡流比和压缩终点时燃烧室凹坑内的涡流比的关系进气涡流比和压缩终点时燃烧室凹坑内的涡流比的关系 挤流的形成 a)无进气涡流或涡流不强时的挤流b)进气涡流强时的挤流c)逆挤流3.3.柴油机燃烧室柴油机燃烧室 各种直喷式燃烧室形式(a)浅盆形(b)形(c)挤流口形(d)球形浅盆形燃烧室的特点形燃烧室的特点属于半开式燃烧室，在活塞顶部设有比较深的凹坑，其中形凹坑的中心凸起是为了帮助形成涡流以及排除气流运动很弱的中心区域的空气而设置的。一般dkD为0.6左右，dkh1.53.5。采用46孔均布的多孔喷油器中央布置(四气门时)或偏心布置(二气门时)，喷雾贯穿率一般为1.05。空气运动以进气涡流为主，挤流为辅。进气涡流比介于最低的浅盘形燃烧室(3)之间，通过减小dkD，和余隙高度S0，可使挤流强度增加。由于利用燃油喷射和空气运动两方面的作用形成混合气，因而比浅盘形更容易形成均匀的混合气，空气利用率提高，可在过量空气系数声1.31.5的条件下实现完全燃烧。挤流口形燃烧室非回转体燃烧室非回转体燃烧室(a)四角形 (b)微涡流MTCC (c)Quardram (d)花瓣形 日本小松公司的微涡流燃烧室日本小松公司的微涡流燃烧室MTCC(micro turbulence combustion chamber)MTCC(micro turbulence combustion chamber)在半开式燃烧室的基础之上，利用燃烧室形状的设计来产生微涡流，改善混合气形成和燃烧。除大尺度的涡流(如进气涡流和挤压涡流)以外，小尺度的涡流，又称为微涡流或湍流，对混合气形成和燃烧的促进作用已得到公认。微涡流主要是利用大尺度的涡流在燃烧室内不同位置造成的速度差以及流经一些特殊设计的边角、凹凸时产生的气流扰动所形成的MANMAN公司的公司的J JS SMeurerMeurer博士博士 M M燃烧过程燃烧过程直喷式燃烧室柴油机的性能特点(1)由于燃烧迅速，故经济性好，有效燃油消耗率低(2)燃烧室结构简单，表面积与容积比小，因此散热损失小(3)对喷射系统的要求较高(5)NOx的排放量较分隔式燃烧室柴油机高(6)对转速的变化较为敏感(7)压力升高率大，燃烧噪声大，工作较粗暴分隔式燃烧室分隔式燃烧室涡流室燃烧室及其形状 预燃室燃烧室预燃室燃烧室及其及其形状形状分隔式燃烧室柴油机的性能特点(1)采用浓、稀两段混合燃烧方式，前段过浓(还原)气氛，抑制了NOx的生成和燃烧温度，而后段的稀燃(氧化)气氛和二次涡流又促进了炭烟的快速氧化，因而NOx和微粒排放均低于直喷式燃烧室，但低负荷下的碳烟排放量较大。(2)由于初期放热率低，因而压力升高率和最高燃烧压力均低于直喷式燃烧室，燃烧柔和，振动噪声小。(3)对于涡流室，压缩涡流随发动机转速升高而增强，即转速越高，混合气形成和燃烧速度越高，因此涡流室式燃烧室适合于高速柴油机，其转速可高达5000rmin。(4)缸内气流运动自始至终比较强烈，空气利用率好，可在过量空气系数1.2左右的条件下正常工作。(5)对喷油系统要求不高，不需要进气涡流，进气道形状简单，因而加工制造成本低，使用故障少。(6)一般对燃油不太敏感，有较强的适应性。(7)燃烧室结构复杂，表面积与容积之比较大，加上强烈的空气运动的影响，使散热损失较大，通道节流作用引起的流动损失也较大。因此，分隔式燃烧室柴油机较直喷式燃烧室柴油机热效率低，经济性差。(8)散热损失大和喷雾质量不高，冷起动性能不如直喷式燃烧室 柴油机的预混合燃烧柴油机的预混合燃烧均质压燃(预混压燃)HCCI(Homogeneous Charge Compression ignition)1.HCCI燃烧特性1）全部混合气同时压缩着火2）燃烧放热分为二个阶段3）排放明显改善（低负荷）2.HCCI实现方法丰田UNIBUS燃烧方式丰田UNIBUS系统的多层多孔喷油器2)日产MK(modulated kinetics)燃烧方式MK燃烧过程的主要技术路线及排放降低效果3.HCCI技术难点(1)在发动机全工况范围内控制着火定时；(2)在发动机全工况范围内控制燃烧率，尤其是高负荷运行时燃烧率的控制(使放热率放慢，限止噪声或过高燃烧压力)；(3)把HCCI向高负荷扩展；(4)改善冷起动和瞬态响应特性；(5)发展排放控制系统，降低HC和CO排放；(6)发展发动机的控制策略和系统(闭环反馈系统)以及研制相应的传感器；(7)开发合适的燃料(包括混合燃料)；(8)保证多缸机各缸的均匀性；(9)HCCI的燃烧模拟。柴油机燃烧过程的优化燃烧优过程化的基本原则1)油气燃烧室的最佳配合 2)控制着火延迟期内的混合气生成量 3)合理组织燃烧室内的涡流和湍流运动 4)紧凑的燃烧室形状 5)加强燃烧期间和燃烧后期的扰流 6)优化运转参数 燃油喷射过程的优化对喷油规律的基本要求 1）“先缓后急，断油迅速”2)尽可能减少喷油系统中的燃油压力波动，以防止不正常喷射现象合理的喷油规律及其实现合理的喷油规律 1）改变凸轮型线2）双弹簧喷油器双弹簧喷油器喷射规律形状与单弹簧喷油器进行对比a)单弹簧喷油器(b)双弹簧喷油器3）预喷射和多段喷射预喷射对燃烧特性的影响预喷射对燃烧特性的影响 多段喷射的示意图多段喷射的示意图 不同燃油喷射系统的标准喷油过程对比燃烧室的对比及选型燃烧室的对比及选型(1)由于直喷式柴油机的燃油经济性明显优于分隔式柴油机(2)分隔式燃烧室柴油机在原理上是低排放燃烧方式，比直喷式柴油机有优势(3)分隔式燃烧室柴油机噪声振动性能方面比直喷式柴油机有优势，高速性能好(4)重型汽车、大型工程机械用柴油机几乎毫无例外地采用直喷式燃烧室(5)在包括农用运输车和小型拖拉机在内的农用柴油机领域，涡流室式燃烧室仍被较多地应用，但直喷式燃烧室的比重在不断扩大。