《发动机原理》课程教学课件（PPT讲稿）第六章 柴油机混合气的形成和燃烧

第六章柴油机的混合气形成和燃烧柴油机具有热效率高、可靠性好、排气污染少和较大功率范围内的适应性等优点，与汽油机相比，柴油机所用燃料的理化特性决定了燃料供给、着火与燃烧方式的不同。本章首先介绍柴油机的燃烧与放热特点，然后以传统的柴油机供油系统为基础，介绍燃油喷射过程、气流组织和燃烧室的选型，讨论优化燃烧过程的途径，最后对柴油机电控燃油喷射系统以及柴油机燃烧系统的发展进行简要介绍

第六章 柴油机的混合气形成和燃烧 柴油机具有热效率高、可靠性好、排气污染少 和较大功率范围内的适应性等优点，与汽油机相比， 柴油机所用燃料的理化特性决定了燃料供给、着火 与燃烧方式的不同。 本章首先介绍柴油机的燃烧与放热特点，然后 以传统的柴油机供油系统为基础，介绍燃油喷射过 程、气流组织和燃烧室的选型，讨论优化燃烧过程 的途径，最后对柴油机电控燃油喷射系统以及柴油 机燃烧系统的发展进行简要介绍

O$6.1燃烧与放热着火前6.1.1着火与燃烧过程一.着火现象燃料喷入燃烧室后，火焰锋面分散成许多细小油滴。这些细小油滴经过加热、蒸油滴发、扩散与空气的混合等物理准备及分解、氧化等着火后化学准备阶段后，即自行14着火后着火燃烧。T1.单个油滴的蒸发与燃烧离油满中心的距离单个油滴的蒸发与燃烧模型图6-1

§6.1 燃烧与放热 6.1.1着火与燃烧过程 一. 着火现象 燃料喷入燃烧室后， 分散成许多细小油滴。这 些细小油滴经过加热、蒸 发、扩散与空气的混合等 物理准备及分解、氧化等 化学准备阶段后，即自行 着火燃烧。 1.单个油滴的蒸发与燃烧

2.油束及油滴群的蒸发与燃烧实际的喷雾燃烧可将喷油嘴其看作油滴群的燃烧。油束核心，油滴群的着火与整个燃烧室内的宏观空燃上游下游比无关，只要在油滴KXx周围存在着混合气浓4X+度合适而温度又适当着火点的地方，就能在一点浓度分布或多点同时着火。(a)有旋场(b）无旋场图62油束着火示意图

 实际的喷雾燃烧可将 其看作油滴群的燃烧。  油滴群的着火与整个 燃烧室内的宏观空燃 比无关，只要在油滴 周围存在着混合气浓 度合适而温度又适当 的地方，就能在一点 或多点同时着火。 2.油束及油滴群的蒸发与燃烧

柴油机的燃烧过程燃烧完全→产生热量多少→P。，b。燃烧及时→热量利用程度燃烧过程是柴油机工作过程的核心部分，为便于分析，可根据缸内压力变化将燃烧分为四个阶段：I着火落后期（从喷油开始到压力偏离压缩线）Ⅱ速燃期（压力偏离压缩线到P.maxⅢ缓燃期（Pmax→Tmax）IV补燃期

二、柴油机的燃烧过程 燃烧完全→产生热量多少→Pe ，be 燃烧及时→热量利用程度 燃烧过程是柴油机工作过程的核心部 分，为便于分析，可根据缸内压力变化将燃 烧分为四个阶段： Ⅰ着火落后期（从喷油开始到压力偏离压缩 线） Ⅱ速燃期（压力偏离压缩线到Pmax） Ⅲ缓燃期（Pmax→Tmax） Ⅳ补燃期

7图6-3柴油机燃烧过程

I着火落后期物理准备：油雾（吸热）一蒸发一扩散一与空气混合，形成可燃混合气；化学准备：燃料（热分解）一产生活性中心（积累）一→热爆炸（低温多阶段着火）（多点同时着火）一般柴油机的着火落后角Φ中;=8°~12°（CA)，着火落后时间T；=0.7~3mS。柴油机着火落后期的长短会明显影响该阶段喷油量和预制混合气量的多少，从而影响柴油机的燃烧特性、动力性、经济性、排放特性以及噪声振动，必须精确控制

Ⅰ 着火落后期 物理准备：油雾（吸热）→蒸发→扩散→与空气 混合，形成可燃混合气； 化学准备：燃料（热分解）→产生活性中心（积 累）→热爆炸（低温多阶段着火）（多点同时着火） 一般柴油机的着火落后角φi=8º ~12º(CA)，着火 落后时间τi=0.7~3ms。 柴油机着火落后期的长短会明显影响该阶段喷油 量和预制混合气量的多少，从而影响柴油机的燃烧特 性、动力性、经济性、排放特性以及噪声振动，必须 精确控制

I速燃期缸内容积几乎不变，着火落后期内形成的非均质预混合气多点大面积同时着火（预混燃烧，同时爆炸燃烧），缸内压力急剧1燃烧室内的最大压力（又称为最大爆发压力）可达到13MPa以上。一般用△p/△β评价压力上升情况。△pl△β>0.4MPa/（°CA）时，产生了强烈的燃烧噪声，即所谓的柴油机工作粗暴

Ⅱ 速燃期 缸内容积几乎不变，着火落后期内形成 的非均质预混合气多点大面积同时着火（预 混燃烧，同时爆炸燃烧），缸内压力急剧↑， 燃烧室内的最大压力（又称为最大爆发压力） 可达到13MPa以上。一般用△p/△φ评价压力 上升情况。 △p/△φ>0.4MPa/（ºCA）时，产生了强 烈的燃烧噪声，即所谓的柴油机工作粗暴

压力升高率的大小对柴油机性能有至关重要的影响般柴油机dp=0β2~0.6MPa/（°）（CA)，直喷式柴油机较大，dp+0β4~0.6MPa/ / （°）(CA)。从提高动力性和经济性的角度，希望大一些为好。，但dp/do过大会使柴油机工作粗暴，燃烧噪声明显增加；运动零部件承受过大冲击载荷，影响其工作可靠性和使用寿命过急的压力升高会导致温度明显升高，使氮氧化物生成量明显增加。为兼顾柴油机运转平稳性，dp/dp不宜超过0.4MPa/（°CA），而为了抑制氮氧化物的生成，还应更低。与汽油机相比，柴油机的平均压力升高率较大

 压力升高率的大小对柴油机性能有至关重要的影响， 一般柴油机 =0.2~0.6MPa/(°)(CA)，直喷式 柴油机较大， =0.4~0.6MPa//(°)(CA)。从提 高动力性和经济性的角度，希望大一些为好。  但 过大会使柴油机工作粗暴，燃烧噪声明显 增加；运动零部件承受过大冲击载荷，影响其工作 可靠性和使用寿命；过急的压力升高会导致温度明 显升高，使氮氧化物生成量明显增加。为兼顾柴油 机运转平稳性， 不宜超过0.4MPa/(ºCA)，而 为了抑制氮氧化物的生成，还应更低。与汽油机相 比，柴油机的平均压力升高率较大。 dp d/  dp d/  dp d/  dp d/ 

△p/△@主要取决于着火落后期的长短和着火落后期内形成的可燃混合气数量。主要矛盾：如何控制△p/△Φ与汽油机一样，一般希望pma出现在上止点后10~15（°CA），这样可以获得较好的动力性和经济性。速燃期中，燃料燃烧释放的热量约为循环总放热量的20%~30%

△p/△φ主要取决于着火落后期的长短和 着火落后期内形成的可燃混合气数量。 主要矛盾：如何控制△p/△φ 与汽油机一样，一般希望pmax出现在上止 点后10~15(ºCA)，这样可以获得较好的动力 性和经济性。 速燃期中，燃料燃烧释放的热量约为循 环总放热量的20%~30%

I缓燃期边喷油，边混合，边燃烧（扩散燃烧）活塞开始下行，缸内容积「，压力下降。燃料易被高温废气包围而找不到空气，导致燃烧不完全和燃料裂解形成碳烟，影响燃料的经济性和排气净化问题。要求：缓燃期不要缓燃，而应越快越好。关键问题：加快混合气形成及提高混合气质量。缓燃期结束时，放热量可达循环总放热量的80%左右，燃气温度可达1700~2000℃左右

Ⅲ 缓燃期 边喷油，边混合，边燃烧（扩散燃烧）。 活塞开始下行，缸内容积↑，压力下降。燃料 易被高温废气包围而找不到空气，导致燃烧不 完全和燃料裂解形成碳烟，影响燃料的经济性 和排气净化问题。 要求：缓燃期不要缓燃，而应越快越好。 关键问题：加快混合气形成及提高混合气 质量。 缓燃期结束时，放热量可达循环总放热量 的80%左右，燃气温度可达1700~2000℃左右