第五章 柴油机混合气的形成与燃烧之3.

第三节混合气形成与燃烧（第3次课）主要内容二、柴油机的燃烧室混合气形成特点混合气形成方式一、柴油机混合气的形成特点和方式直喷式燃烧室非直喷式燃烧室一、混合气形成特点和方式1.柴油机混合气形成特点：（1）缸内进行，即在压缩行程接近终了时柴油喷入燃烧室内，时间短，难以形成均匀的混合气，燃烧室内的工质成分随时间和地点而变化。（2）采用较大的过量空气系数。（3）混合气在高温、高压下多点自燃着火燃烧，且混合过程、着火过程和燃烧过程共存。2.柴油机混合气形成方式:两大类：空间雾化混合、壁面油膜蒸发混合。（1）空间雾化混合定义：将燃油喷射到空间进行雾化，通过燃油与空气之间的相互运动和扩散，在空间形成可燃混合气的方式。影响因素：燃油与空气的相对运动速度。分类直喷式柴油机非直喷式柴油机“油找气”的混合方式“油气相互运动”的混合方式两阶段混合方法“油找气”的混合方式1）直喷式柴油机混合气形成方式“油气相互运动”的混合方式条件：静止或弱旋流场＋多孔高压喷油特点：一般过量空气系数较大，燃烧速度慢、时间长应用：大型低速柴油机条件：强旋流场＋3～5孔高压喷射特点：一般过量空气系数可较小，燃烧速度快应用：中、小型车用高速柴油机第一阶段混合：利用气流运动和较低压力油束双方的能量混合，在不十分均匀的混合状态下进行着火燃烧。第二阶段混合：利用高温、高压的燃气本身的能量，在主燃烧室内进行燃烧。2）非直喷式柴油机混合气形成方式两阶段混合方法（2）壁面油膜蒸发混合空间雾化混合方式要求将燃料尽量喷在燃烧室空间，而壁面油膜蒸发混合方式则有意将燃料喷在燃烧室壁面上，使之成为薄薄的一层油膜附着在燃烧室壁面上，只有一小部分燃料分布在燃烧室空间。经燃烧室壁面和燃烧加热，边蒸发，边混合，边燃烧。初期蒸发、燃烧慢，后期蒸发、燃烧迅速。3)两种混合气形式方式的比较两种混合方式兼而有之目前多数车用柴油机仍以空间雾化混合为主。二、柴油机的燃烧室分类直喷式燃烧室非直喷式燃烧室（分隔式燃烧室）半开式燃烧室开式燃烧室涡流室燃烧室预燃室燃烧室1.直喷式燃烧室燃烧室布置在活塞顶与缸盖之间所形成的统一空间内，燃油直接喷入这一空间，并进行混合燃烧。直喷式燃烧室可以根据活塞顶部凹坑的深浅分为半开式燃烧室和开式燃烧室。（1）浅盆形燃烧室混合气形成：“油找气”的方式。缺点：由于在着火落后期内形成较多的可燃混合气，因而最大爆发压力和压力升高率较高，工作粗暴，燃烧温度高，NOx和排气烟度较高，噪声较大。优点：由于不组织空气运动，散热损失和流动损失均小，喷射压力高，雾化质量好，燃烧迅速，经济性好、容易起动。应用：低速大缸径柴油机。（2）ω形燃烧室混合气形成：“油气相互运动”的方式。缺点：对转速的变化比较敏感。应用：高速小型柴油机。一般空气运动的强度随转速的提高而增大，而涡流强度过弱或过强会造成油束贯穿不足或过度，均会影响混合气的形成和燃烧。（3）挤流缩口形燃烧室混合气形成：“油气相互运动”的方式。优点：缩口的存在，使得挤流和逆挤流运动更加强烈，涡流和湍流能保持较长时间；另外，还抑制了较浓的混合气过早地流出燃烧室凹坑，使燃烧速度降低，压力升高率降低，NOx排放量减少，燃烧噪声降低。缺点：缩口的存在，使得节流损失增加，活塞热负荷增高，燃烧室边缘容易烧损；另外，还使得加工工艺难度增大。（4）非回转体燃烧室基本特点：在半开式燃烧室的基础上，利用燃烧室形状的改进设计来产生微涡流，在涡流和挤流存在的同时，又存在微涡流，从而进一步改善混合气的形成和燃烧。优点：混合气容易形成，着火落后期较短，压力升高率相对较低，燃烧比较完全，HC、CO排放量较小，转速适应性好等。缺点：燃烧室结构复杂，加工工艺难度加大，凸起部分热负荷较大，NOx排放量较高。（5）球形燃烧室球形燃烧室属于半开式燃烧室，采用壁面油膜蒸发混合方式。从混合气形成到燃烧的全过程来看，该燃烧室混合气形成、燃烧十分有序，空气利用率好，发动机工作柔和、噪声低、碳烟少、动力性和经济性均好。燃烧室分为主燃烧室和副燃烧室两部分，主燃烧室设在活塞顶部，副燃烧室设在气缸盖上，主、副燃烧室用狭窄通道相联通，燃油喷入副燃烧室中。2.非直喷式燃烧室（分隔式燃烧室）最常见的非直喷式燃烧室主要有涡流室燃烧室和预燃室燃烧室两种。（1）涡流室燃烧室涡流室容积约占整个燃烧室容积的50%～60%。涡流室通道主燃烧室双倾斜通道通道的截面积约占整个活塞截面积的1%～3%。混合气的形成以及燃烧过程：在压缩过程中，空气从主燃烧室经通道进入涡流室，在涡流室内就会形成强烈的有组织的压缩涡流，燃油是顺着压缩涡流方向喷入的，喷入以后迅速扩散、蒸发、混合。在某一合适时刻，喷雾的前端开始着火，然后迅速扩散至整个涡流室。当涡流室内的温度和压力升高到一定程度，已部分燃烧的浓混合气就会经通道高速冲入主燃烧室，与主燃烧室内的空气进一步混合燃烧。（2）预燃室燃烧室注意：连接预燃室与主燃烧室的通道截面积要比连接涡流室和主燃烧室的通道截面积小得多。不同：涡流室内形成的是压缩涡流，预燃室内形成的湍流。现代柴油机一般不采用此种燃烧室。1)直喷式燃烧室：结构简单，表面积与容积比小，因此散热损失小；另外也不存在主、副燃烧室之间的节流损失；所以一方面它的冷起动性能较好，另一方面它的经济性也较好。非直喷式燃烧室：结构复杂，表面积与容积比较大，因此散热损失较大，燃油雾化质量不好；另外连接主、副燃烧室之间的通道节流作用的存在也引起较大的节流损失；所以冷起动性能较直喷式差，一般需要安装预热塞，经济性相应的也较直喷式差。（3）直喷式与非直喷式特点比较2)直喷式燃烧室：对喷油系统的要求较高，特别是开式燃烧室；而半开式燃烧室对进气道有较高的要求。非直喷式燃烧室：对喷油系统的要求不高，不需要进气涡流，进气道结构简单，加工制造成本低。3)直喷式燃烧室：NOx的排放量高；非直喷式燃烧室：NOx的排放量低。4)直喷式燃烧室：压力升高率大，燃烧噪声大，工作粗暴；非直喷式燃烧室：由于初期放热率低，压力升高率相对较低，燃烧噪声较小、较柔和，振动噪声较小。作业1.简述柴油机燃料喷射过程。2.试述柴油机的燃烧过程。3.简述柴油机混和气形成的特点和方式。