1、第六章燃燒過程及混合氣形成6.1實際發動機的燃燒過程及放熱規律燃燒過程對發動機動力性、經濟性和排放特性等主要特性有重大影響。本節基于示功圖和燃燒放熱規律，對汽油機和柴油機的燃燒過程進行介紹和分析，并對兩者的燃燒過程特征進行對比。一汽油機燃燒過程一般將汽油機燃燒過程分為三個階段：著火落后期、明顯燃燒期、后燃期。1著火落后期由火花塞跳火的A點到氣缸壓力線脫離壓縮線的B點所界定的時期稱為著火落后期，其長短用著火落后時間i或著火落后角i來表示。電火花在上止點前ig角（點火提前角）跳火，可燃混合氣按高溫單階段方式著火后，經過一個階段形成穩定的火核。此時，壓力和溫度升高，缸內氣體壓力開始脫離壓縮壓力線，這

2、標志著火落后期結束。一般i約為10-20。形成火核的時間往往在B點之前，但在實際中難以測定，因此一般都以B點作為確定著火落后期的標志。也有的資料中以燃燒放熱量的1%-10%內的某一數值著火落后期的標準，可見它是一個工程概念。若能保證汽油機正常工作，著火落后期的長短對汽油機性能影響不大，這一點與柴油機不同，因為汽油機性能主要取決于何時著火而不是何時點火。對著火落后期的要求主要是要穩定并盡可能短。穩定是指每循環中的i長短不要離散過大，這就使B點的位置相對穩定，由此使最高燃燒壓力pmax所對應的角度相對穩定，發動機循環波動率（見后述）不致于過大。所謂i盡可能短是因為，過長會使i的大小不穩定。考慮到p

3、max出現在上止點稍后為最佳時刻，一般使B點出現在上止點前12-15較為合適。2明顯燃燒期由B點到C點的期間稱為明顯燃燒期，在此期間，火焰由火焰中心傳播至整個燃燒室，約90%的燃料被燒掉。隨燃燒的進行，缸內溫度和壓力很快升高，并達到最高燃燒壓力pmax，一般將pmax作為明顯燃燒期的終點。pmax及壓力升高率dp/d是與發動機性能密切相關的兩個燃燒特性參數。汽油機的最高燃燒壓力pmax一般小于5.0MPa。pmax高，一般會使循環熱效率和循環功增加，但機械負荷及熱負荷也會隨之增加。pmax出現的時間也非常重要，一般希望pmax出現在上止點后1015。出現過早，則混合氣著火必然過早，引起壓縮過程

4、負功增加；過晚則預膨比上升，等容度下降，循環熱效率下降，同時散熱損失也上升，如圖6-2所示。如前所述，pmax出現的位置可用點火提前角ig來控制。壓力升高率dp/d在實際中往往有兩種表示方式，一種是最大壓力升高率（dp/d）max；另一種是平均壓力升高率dp/d，其定義為dp/d=（pc-pb）/（c-b）（6-1）壓力升高率是表征內燃機燃燒等容度和粗暴度的指標。壓力升高率越高，則燃燒等容度越高，這對動力性和經濟性是有益的；但會使燃燒噪聲及振動增加，同時也是氮氧化物增高的重要原因（見后述）。一般汽油機的平均壓力升高率為dp/d=0.20.4MPa/（），也有資料上推薦最佳范圍為dp/d=0.1

5、70.25MPa/（），這時綜合性能比較好。3后燃期由C點到D點的期間稱為后燃期。在C點時，火焰前鋒面已傳播到燃燒室壁面，整個燃燒室被火焰充滿。由于90%左右的燃燒放熱已完成，因而繼續燃燒的是火焰前鋒面掃過后未完全燃燒的燃料以及壁面及其附近的未燃混合氣；另外，高溫裂解產生的CO，HO等成分，在膨脹過程中隨溫度下降又部分化合而放出熱量。由于燃燒放熱速率下降，加之氣體膨脹作功，使缸內壓力很快下降。為保證高的循環熱效率和循環功，應使后燃期盡可能短。一般要求整個燃燒持續期在40-60CA。二柴油機燃燒過程柴油機的燃燒過程要比汽油機復雜的多，往往要同時借助于實測的示功圖和燃燒放熱率曲線進行分析。如圖6-

6、3所示，柴油機的燃燒過程可分為4個時期，即著火落后期（滯燃期）、速燃期、緩燃期和后燃期（分別對應圖中1、2、3、4階段）。1著火落后期（滯燃期）圖6-3中由噴油始點A到氣缸壓力線與壓縮線脫離點B對應的時期稱為著火落后期，或稱滯燃期。隨壓縮過程的進行，缸內空氣壓力和溫度不斷升高，在上止點附近氣體溫度高達600以上，高于燃料在當時壓力下的自燃溫度。在A點被噴入氣缸的柴油，經歷一系列復雜的物理化學過程，這包括霧化、蒸發、擴散、與空氣混合等物理準備階段，以及低溫多階段著火的化學準備階段，在空燃比、壓力、溫度以及流速等條件合適處，多點同時著火，隨著火區域的擴展，缸內壓力和溫度升高，并脫離壓縮線。與汽油機

7、相同，實際著火點應該在B點之前，用燃燒放熱速率曲線或高速攝影等方法可以更精確地判定著火點。如圖6-3所示，由于柴油汽化吸熱，造成在著火前dQB/d曲線出現負值，一旦開始燃燒放熱，dQB/d很快由負變正。因此可以取dQB/d明顯上升前第1個極小值點，或dQB/d=0點作為著火點，這在曲線上比示功圖的B點容易判定。一般柴油機的著火落后角i=812，著火落后時間i=0.73ms。與汽油機不同的是，柴油機著火落后期長短會明顯影響滯燃期內噴油量和預制混合氣量的多少，從而影響柴油機的燃燒特性、動力經濟性、排改特性以及噪聲振動，必須精確控制。2速燃期由B點開始的壓力急劇上升的BC段，稱為速燃期，C點是燃燒放

8、熱率變緩的突變點。由于在著火落后期內作好燃前準備的非均質預混合氣多點大面積同時著火，而且是在活塞靠近上止點時氣缸容積較小的情況下發生，因此氣體溫度、壓力及dp/d都急劇升高，燃燒放熱速率dQB/d很快達到最高值。dp/d的大小對柴油機性能有至關重要的影響，一般柴油機dp/d=0.20.6MPa/（），直噴式柴油機的較大，約為dp/d=0.40.6MPa/（）。從提高動力性和經濟性的角度，希望dp/d大一些為好，但dp/d過大會使柴油機工作粗暴；噪聲明顯增加；運動零部件受到過大沖擊載荷，壽命縮短；過急的壓力升高會導致溫度明顯升高，使氮氧化物生成量明顯增加。為兼顧柴油機運轉平穩性，dp/d不宜超過

9、0.4MPa/（）；而為了抑制氮氧化物的生成，dp/d還應更低。與汽油機不同的是，柴油機dp/d的大小主要取決于著火落后期內形成的可燃混合氣的多少，而可燃混合氣的生成量要受著火落后期內噴射燃料量的多少、著火落后期的長短、燃料的蒸發混合速度、空氣運動、燃燒室形狀和燃料物化特性等多種因素的影響。圖6-4是各種非增壓直噴高速柴油機的（dp/d）max和pmax與滯燃期的關系，兩者均隨滯燃期的增長而線性增長。以后的章節中我們將經常討論dp/d和pmax的控制問題。由于在速燃期參與燃燒的主要是在著火落后期內形成的可燃混合氣，因此也稱這一時期為“預混合燃燒”階段。值得指出的是，這種預混合氣體是在極短時間內

10、形成的，實際是一種非均質預混合氣，即第5章中所介紹的油滴群的燃燒，與汽油機的均質預制混合氣燃燒并不完全相同。隨著大量在著火落后期內生成的可燃混合氣燃燒殆盡，燃燒放熱速率暫時降至較低水平，出現圖6-3中曲線上的谷點C，以此作為速燃期和預混合燃燒階段的結束點要比示功圖上的C點容易判斷。速燃期中，累積放熱率可達20-30%。3緩燃期由C點到出現最高燃燒壓力的D點，稱為緩燃期。在此期間，參與燃燒的是速燃期內未燃燒的燃料和緩燃期內噴入的燃料。特別是后續噴入燃料，邊蒸發混合，邊以高溫單階段方式著火參與燃燒。由于汽缸內溫度的急劇升高，蒸發混合速度明顯加快，加之后續噴油速率的上升，使放熱速率dQB/d再次加速

11、，出現柴油機燃燒特有的“雙峰”現象。這一階段燃燒放熱速率的大小取決于油氣相互擴散混合速度，因此也稱為擴散燃燒階段或可控燃燒階段。可以說，dQB/d曲線的雙峰，第1個峰對應預混合燃燒階段，而第2個峰則對應擴散燃燒階段。但小負荷時由于噴油量少并在著火落后期內就停止，往往并不出現“雙峰”現象。柴油機的最高燃燒壓力pmax一般為5-9MPa，增壓柴油機有可能大于10MPa。同汽油機一樣，一般希望pmax出現在上止點后1015，這樣可以獲得較好的動力性和經濟性。但與汽油機不同的是，C點的位置不僅取決于噴油提前角fj，也取決于著火落后期和速燃期的長短。緩燃期結束時，累積放熱率可達80%左右，燃氣溫度可達1

12、700-2000。一般要求緩燃期不要過長，否則會使等容度下降，后膨比上升，循環熱效率下降。即緩燃期不要緩燃，而應越快越好。加快緩燃期燃燒速度的關鍵是加快混合氣形成速率。4后燃期從緩燃期終點D到燃料基本燃燒完畢（累計放熱率X95%）的E點稱為后燃期。由于柴油機混合氣形成時間短，油氣混合極不均勻，總有一些燃料不能及時燃燒，拖到膨脹期間繼續燃燒，特別是在高負荷時，過量空氣少，后燃現象比較嚴重。后燃期內的燃燒放熱，由于遠離上止點進行，熱量不能有效利用，并增加了散熱損失，使柴油機經濟性下降。此外，后燃還增加了活塞組的熱負荷以及使排氣溫度升高。因此，應盡量縮短后燃期，減少后燃所占的百分比。柴油機燃燒時，空

13、氣是過量的，只是混合不勻造成局部缺氧。因此，加強缸內氣體運動，可以加速后燃期的混合氣形成和燃燒速度，而且會使碳煙及不完全燃燒成分加速氧化。三合理的燃燒放熱規律圖6-3上已示出實測的柴油機放熱規律。汽油機放熱規律變化不大，對性能的影響也不如柴油機那樣多樣和明顯，所以一般文獻資料中討論柴油機放熱規律居多。1放熱規律三要素指的是燃燒放熱始點（相位）、放熱持續時期和放熱率曲線的形狀三個要素。放熱規律始點決定了放熱率曲線距壓縮上止點的位置，在持續期和放熱率形狀不變的前提下，也就決定了放熱率中心（指放熱率曲線包圍的面心）距上止點的位置。如前所述，這一因素對循環熱效率、壓力升高率和燃燒最大壓力都有重大影響。

14、放熱持續時期的長短，一定程度上是理論循環等壓放熱預膨脹比值大小的反映。顯然這是決定循環熱效率的一個極為關鍵的因素。對有害排放量也有較大的影響。放熱規律的形狀決定了前后放熱量的比例，對噪聲（dp/d）、振動和排放量都有很大的影響。在放熱始點和循環噴油量不變條件下，形狀的變化，既影響放熱曲線面心的位置，也影響放熱持續期的長短，間接對循環熱效率等性能指標產生影響。2.理想的燃燒放熱規律及其控制(1)放熱始點的要求及控制無論汽油機還是柴油機，都希望放熱始點的位置能保證最大燃燒壓力pmax出現在上止點后1015。為此汽油機通過點火提前角ig，柴油機通過噴油提前角inj的變化以及著火落后期長短來加以調控。

15、由于各工況的著火落后期不相同，所以每個工況都有其最佳的ig角或inj角。圖6-5是任一工況的ig或inj角對動力、經濟性指標Pe、be的影響曲線。最佳角度條件下，能獲得最大Pe和最小be值。此曲線叫做點火提前角或噴油提前角的調節特性線。1）汽油機的點火提前規律對于汽油機，最佳ig角將隨轉速的上升而加大，稱為轉速提前；而又隨進氣管真空度的上升（負荷下降）而加大，稱為真空提前。圖6-6表示了最佳ig在n及負荷變化時的變化規律。這是因為，在節氣門開度不變時，各個轉速的著火落后期均變化不大。但轉速上升后，相同落后期所占的轉角將正比增加，于是高轉速時的著火落后角顯著加大。為保證最大壓力點相位大致不變，必

16、定要加大ig角。在轉速不變時，隨著節氣門的減小，進氣管真空度上升，殘余廢氣系數r將加大，使得燃燒速度下降。這樣，著火落后期和燃燒持續期都加大，就要求點火提前以保證加熱中心接近上止點位置。化油器式汽油機設有機械的轉速和真空提前裝置來保證上述要求。電控汽油噴射機型則直接靠點火提前角的MAP圖來加以精確控制。2）柴油機的噴油提前規律柴油機要求轉速及負荷都提前。轉速提前的原因與汽油機類似，即油量調節桿位置不變時，高轉速的著火落后角要比低轉速大得多；再加上噴油持續角和相應的燃燒持續角也都加大（這是噴油特性所決定的），所以要求轉速提前。但是轉速不變噴油量加多時，主要由于噴油持續角的加大也要求適當提前。這一

17、點與汽油機負荷減小時的真空提前正好相反。傳統的車用柴油機一般都裝有自動噴油提前器來完成轉速提前的功能。因負荷提前量較小，一般未予控制。電控柴油機則可通過提前角的MAP圖進行二者的精確控制。3）柴油機著火落后期（滯燃期）的影響因素柴油機雖然可通過fj的調控而達到合理的著火位置，但同時也要求盡可能縮短著火落后期以減少滯燃期中的予噴油量。通過大量試驗，總結出滯燃期i的半經驗公式(6-1)由公式(6-1)可知，縮短滯燃期的主要因素是提高噴油初期燃燒室中的溫度與壓力。一般直噴式柴油機i=0.7ms3ms，車用柴油機則在1ms左右；非直噴柴油機i=0.6ms1.5ms則。車用增壓柴油機由于進氣溫度提高，致

18、使壓縮終了溫度也增加，結果i縮短到0.4ms1.0ms，這是它dp/d下降、噪聲降低的主要原因。選擇噴油始點的位置也十分重要。噴油始點若在上止點前不遠，則缸內溫度及壓力均達壓縮沖程的較大值，此時i 會減小。噴油過早，i 會上升，再加上放熱中心向前移，會使噪聲大大增加；噴油過晚，雖然i也會上升，但因放熱中心后移，總的使噪聲下降。（2）放熱持續期的要求及控制放熱持續期原則上是越短越好。汽油機一般為4050，柴油機一般小于5060。對于汽油機，放熱持續期主要取決于火焰傳播速度和火花塞到燃燒室最遠點的燃燒距離兩大因素。火焰傳播速度取決于燃料及可燃混合氣特性、燃燒室中層流或湍流的氣流特性以及燃燒室中殘余

19、廢氣系數r等影響燃速的因素。后者則主要取決于燃燒室幾何形狀、火花塞位置等結構因素。掌握這一思路，就可以分析各個參數的具體影響，后文中會多處提到。對于柴油機，放熱持續期首先取決于噴油持續角的大小，這是顯而易見的。噴油時間愈長則擴散燃燒時期愈長。其次取決于擴散燃燒期內混合氣形成的快慢和完善程度。噴油再快，混合氣形成跟不上也不能縮短燃燒時間；混合氣形成不完善就會拖延后燃時間。以上兩個環節又受諸多因素的影響，將在后面有關燃油噴射和混合氣形成一節詳加敘述。（3）放熱規律曲線形狀的影響及控制放熱規律形狀的影響比較復雜，為便于定性分析，一般假定四種柴油機簡單的放熱率圖形，見圖6-7，并據此計算出各自的示功圖

20、a、b、c和d曲線。圖中，假定四種放熱規律都在上止點開始放熱，放熱總量相同，持續期均為40。曲線a的放熱形狀初期放熱多，dp/d值最大，pcmax達8MPa。此時的循環熱效率為it為52.9%，是四種方案中的最高值。曲線d的放熱形狀則相反，放熱速率前緩后急，dp/d和pcmax都最低，it也最小為45.4%。這種形狀對降低噪聲、振動和NOx排放有明顯效果。曲線b和c則介于二者之間。實際發動機的放熱率形狀取決于不同的機型、不同的燃燒和混合氣形成方式以及對性能的具體要求。在一定條件下，可采取一定措施加以調控。汽油機一般具有類似圖6-7曲線d的形放熱率形狀。這是由球狀的火焰傳播特點所決定的。燃燒初期

21、，燃燒速度、范圍及壓力、溫度都較小，放熱率低；燃燒中、后期，鋒面球面積擴大，溫度和壓力也累聚上升，故放熱率加大。具體放熱率形狀還受燃燒室形狀的影響，這在后文燃燒室的介紹中將加以說明。汽油機放熱率的這一特點決定了它的噪聲、振動小，燃燒最大壓力低等一系列特性。實際汽油機由于持續期比柴油機短，所以圖6-7d例中it雖低，并不能成為熱效率比柴油機低的原因。直噴式柴油機兩階段燃燒的特點，決定了它的放熱率曲線更接近圖6-7a曲線形狀。因而噪聲、振動大，爆發壓力高，同時對it也較有利。為了改進直噴式柴油機放熱率曲線所引起的不利影響，應通過噴油氣流燃燒室的相互協調來加以改變和控制。例如近代在噴油系統中作了若干

22、努力，在不增長噴油持續期的前提下盡可能降低初期噴油率。由于初期噴油量的減少，使放熱率的第一個峰值下降，和pcmax都相應降低。有關柴油機“油氣室”三結合改善性能的內容將在后文中多處提及。總之，為了兼顧發動機的各種性能，合理的燃燒過程應作到：著火點位置要適宜；燃燒持續期不過長；放熱率曲線宜先緩后急。對于柴油機則更具體為：滯燃期要縮短；速燃期不過急；緩燃期要加快；后燃期不過長。四柴油機與汽油機燃燒過程的對比表6-1中列出了柴油機與汽油機燃燒過程主要特點對比，這些差別導致了在動力性、經濟性、排放特性等各種性能方面的差別。第二節第二節柴油機燃油噴射及混合氣形成原理柴油機燃油噴射及混合氣形成原理柴油機的

23、燃燒速度取決于混合氣形成速度，混合氣形成要經歷柴油機的燃燒速度取決于混合氣形成速度，混合氣形成要經歷燃料燃料噴射噴射-霧化霧化-汽化汽化-混合混合復雜的過程，還有復雜的過程，還有燃燒中的再混合燃燒中的再混合問題。問題。這個過程并不是越急越好，而應根據這個過程并不是越急越好，而應根據動力、經濟、排放以及噪聲振動力、經濟、排放以及噪聲振動動等性能的要求，對其進行合理的控制。等性能的要求，對其進行合理的控制。這種控制是通過對燃這種控制是通過對燃油油噴射系統、進噴射系統、進氣氣系統、燃燒系統、燃燒室室以及三者以及三者之間的合理之間的合理匹配匹配進行的。進行的。一噴油系統與噴油特性一噴油系統與噴油特性1

24、噴油系統噴油系統1927年，德國年，德國Bosch公司開始生產以公司開始生產以螺旋槽柱塞旋轉方式螺旋槽柱塞旋轉方式調節調節供油量的機械式噴油泵，工作原理一直沿用至今。供油量的機械式噴油泵，工作原理一直沿用至今。典型的柴油機供典型的柴油機供油系統核心部分是由噴油泵、噴油器和高壓油路油系統核心部分是由噴油泵、噴油器和高壓油路，又稱為噴油系統。，又稱為噴油系統。對噴油系統的要求是：對噴油系統的要求是：1）能產生）能產生足夠高的噴油壓力足夠高的噴油壓力、以保證燃料良好的霧化混合燃燒，、以保證燃料良好的霧化混合燃燒，這包括霧化質量（噴霧粒度及均勻性）和空間分布；這包括霧化質量（噴霧粒度及均勻性）和空間分

25、布；2）實現所）實現所要求的噴油規律要求的噴油規律，以保證合理的燃燒放熱規律和良好，以保證合理的燃燒放熱規律和良好的綜合性能；的綜合性能；3）精確控制每循環的噴油量精確控制每循環的噴油量，且各缸間的噴油量和噴油時間相，且各缸間的噴油量和噴油時間相同，即達到均量、均時的要求；同，即達到均量、均時的要求；4）在各種工況下）在各種工況下避免出現異常噴射避免出現異常噴射現象。現象。2噴油泵噴油泵常見的柴油機噴油泵：常見的柴油機噴油泵：柱塞式直列泵和轉子分配泵兩類柱塞式直列泵和轉子分配泵兩類。直列。直列泵包括直列多缸泵、單體泵和泵噴咀系統，多用于大、中型車用柴泵包括直列多缸泵、單體泵和泵噴咀系統，多用于

26、大、中型車用柴油機上（圖油機上（圖6-9）。轉子式分配泵系統有端面凸輪驅動的）。轉子式分配泵系統有端面凸輪驅動的VE泵系統泵系統（圖（圖6-10）和內凸輪驅動的徑向對置柱塞系統，多用于轎車和輕型）和內凸輪驅動的徑向對置柱塞系統，多用于轎車和輕型車用柴油機。車用柴油機。與直列泵相比，分配泵具有結構緊湊、體積小、重量輕、能在與直列泵相比，分配泵具有結構緊湊、體積小、重量輕、能在高轉速下工作的優點，但難以達到較高的供油壓力，并且對燃油質高轉速下工作的優點，但難以達到較高的供油壓力，并且對燃油質量要求較高。量要求較高。近代柴油機電控燃油噴射技術的發展中，開發了一種與常規柱近代柴油機電控燃油噴射技術的發

27、展中，開發了一種與常規柱塞脈動噴油原理不同的塞脈動噴油原理不同的共軌（共軌（CommonRail）噴油系統）噴油系統，將在第三，將在第三篇中加以介紹。篇中加以介紹。3噴油器噴油器噴油器可分為噴油器可分為孔式噴油器和軸針式噴油器孔式噴油器和軸針式噴油器兩類。兩類。孔式噴油器一般用于直噴式燃燒室孔式噴油器一般用于直噴式燃燒室，噴孔的數目、孔徑及噴射，噴孔的數目、孔徑及噴射角度等設計參數要視具體的燃燒室形狀和空氣運動而定。一般針閥角度等設計參數要視具體的燃燒室形狀和空氣運動而定。一般針閥升程為升程為0.20.45mm;對對D150mm、較強進氣渦流的直噴式燃燒室，噴孔數為、較強進氣渦流的直噴式燃燒室

28、，噴孔數為45，孔徑為孔徑為0.20.4mm；而對較大缸徑并不組織進氣渦流的直噴式燃燒；而對較大缸徑并不組織進氣渦流的直噴式燃燒室，噴孔數為室，噴孔數為612個。孔徑過小，則加工困難，并容易引起積炭堵個。孔徑過小，則加工困難，并容易引起積炭堵塞。塞。軸針式噴油器一般用于非直噴式燃燒室，軸針式噴油器一般用于非直噴式燃燒室，有有標準軸針式標準軸針式（StandardPintleNozzle）和）和節流軸針式節流軸針式（ThrottlePintleNozzle）兩種。通過針閥頭部在噴孔內的上下運動，可起到防止積炭堵塞的兩種。通過針閥頭部在噴孔內的上下運動，可起到防止積炭堵塞的自潔作用。軸針式噴油器的

29、孔徑一般為自潔作用。軸針式噴油器的孔徑一般為0.81.5mm，針閥升程為，針閥升程為0.41.0mm。噴孔流通截面積噴孔流通截面積與針閥升程的關系稱與針閥升程的關系稱為噴油器的流通特性。為噴油器的流通特性。4燃油噴射過程燃油噴射過程圖圖6-12表示燃油噴表示燃油噴射過程中噴油泵端壓射過程中噴油泵端壓力力pH、噴油器端壓力、噴油器端壓力pn以及針閥升程以及針閥升程h的變的變化過程。整個過程一化過程。整個過程一般分為般分為:噴射延遲階段、噴射延遲階段、主噴射階段和噴射結主噴射階段和噴射結束階段。束階段。5供油規律與噴油規律供油規律與噴油規律單位凸輪軸轉角（或單位時間）由噴油泵供入高壓油路中的燃單位

30、凸輪軸轉角（或單位時間）由噴油泵供入高壓油路中的燃油量稱為角供油速率（或供油速率）。油量稱為角供油速率（或供油速率）。單位凸輪軸轉角（或單位時間）由噴油器噴入燃燒室內的燃油單位凸輪軸轉角（或單位時間）由噴油器噴入燃燒室內的燃油量稱為角噴油速率（或噴油速率）。量稱為角噴油速率（或噴油速率）。qp、qn分分別表示到別表示到 c（或（或t）時刻為止的循環供油量或噴油量。時刻為止的循環供油量或噴油量。圖圖6-15給出了供油規律和噴油規律的圖形。供油規律可由凸輪給出了供油規律和噴油規律的圖形。供油規律可由凸輪和柱塞的幾何尺寸計算出，也稱幾何供油規律。和柱塞的幾何尺寸計算出，也稱幾何供油規律。噴油規律雖然

31、由供油規律決定，但兩者之間存在明顯不同：噴油規律雖然由供油規律決定，但兩者之間存在明顯不同：（1）始點一般差別）始點一般差別812度；度；（2）噴油持續時間較供油持續時間長；）噴油持續時間較供油持續時間長；（3）最大噴油速率較最大供油速率低，其形狀有明顯畸變；）最大噴油速率較最大供油速率低，其形狀有明顯畸變；（4）循環噴油量也低于循環供油量。）循環噴油量也低于循環供油量。兩者的差別主要起因于：兩者的差別主要起因于：燃油的可壓縮性、壓力波傳播滯后、燃油的可壓縮性、壓力波傳播滯后、壓力波動、高壓容積變化。壓力波動、高壓容積變化。噴油規律一直是柴油機燃燒和性能優化中的重要內容。常用的噴油規律一直是柴

32、油機燃燒和性能優化中的重要內容。常用的試驗測定方法有壓力升程法和試驗測定方法有壓力升程法和Bosch（波許）長管法。（波許）長管法。6異常噴射現象異常噴射現象噴油系統內的壓力高變化快，噴油峰值壓力往往高達數十甚至噴油系統內的壓力高變化快，噴油峰值壓力往往高達數十甚至100MPa以上，而谷值壓力由于出油閥減壓容積的作用往往低至零以上，而谷值壓力由于出油閥減壓容積的作用往往低至零甚至出現真空。由此容易造成二次噴射、斷續噴射、隔次噴射以及甚至出現真空。由此容易造成二次噴射、斷續噴射、隔次噴射以及穴蝕等異常噴射現象的出現。穴蝕等異常噴射現象的出現。為避免異常噴射現象：為避免異常噴射現象：（1）應盡可能

33、縮短高壓油管長度，減小高壓容積，以降緩壓力波應盡可能縮短高壓油管長度，減小高壓容積，以降緩壓力波動；動；（2）合理選擇噴油系統的參數合理選擇噴油系統的參數，如噴油泵柱塞直徑、凸輪型線、，如噴油泵柱塞直徑、凸輪型線、出油閥結構及尺寸、出油閥減壓容積、高壓油管內徑及壁厚、噴油出油閥結構及尺寸、出油閥減壓容積、高壓油管內徑及壁厚、噴油器噴孔尺寸、噴油器開啟壓力等。器噴孔尺寸、噴油器開啟壓力等。二內燃機缸內氣流運動二內燃機缸內氣流運動內燃機缸內的氣流運動形式：內燃機缸內的氣流運動形式：渦流、擠流、滾流渦流、擠流、滾流等形式，被分等形式，被分別或組合應用于不同的燃燒系統。別或組合應用于不同的燃燒系統。1

34、渦流渦流缸內的渦流運動一直是柴油機混合氣形成的主要手段，但近年缸內的渦流運動一直是柴油機混合氣形成的主要手段，但近年來，汽油機為實現稀薄燃燒也開始應用渦流。可分為來，汽油機為實現稀薄燃燒也開始應用渦流。可分為進氣渦流和壓進氣渦流和壓縮渦流縮渦流。渦流轉速與發動機轉速之比稱為渦流比渦流轉速與發動機轉速之比稱為渦流比，作為衡量渦流，作為衡量渦流強度的指標。強度的指標。1）進氣渦流進氣渦流在進氣過程中形成的繞氣缸軸線旋轉的有組織的氣流運動，稱在進氣過程中形成的繞氣缸軸線旋轉的有組織的氣流運動，稱為進氣渦流。內燃機中進氣渦流的產生方法一般有為進氣渦流。內燃機中進氣渦流的產生方法一般有4種，即導氣屏、種

35、，即導氣屏、切向氣道、螺旋氣道及組合進氣系統。圖切向氣道、螺旋氣道及組合進氣系統。圖617給出了不同渦流產給出了不同渦流產生方法的氣門口速度分布。生方法的氣門口速度分布。導氣屏設置在進氣門上，通過改變導氣屏的包角和安裝位置導氣屏設置在進氣門上，通過改變導氣屏的包角和安裝位置（角度），可調節渦流強度，渦流比（角度），可調節渦流強度，渦流比04，但阻力最大，一般，但阻力最大，一般用于少數汽油機和試驗研究用發動機。用于少數汽油機和試驗研究用發動機。切向氣道形狀簡單，渦流比切向氣道形狀簡單，渦流比12，適用于對渦流強度要求，適用于對渦流強度要求不高的發動機。不高的發動機。螺旋氣道的形狀最復雜，渦流比螺

36、旋氣道的形狀最復雜，渦流比24，同樣渦流比時的進，同樣渦流比時的進氣阻力小于切向氣道，適用于對進氣渦流強度要求較高的發動機。氣阻力小于切向氣道，適用于對進氣渦流強度要求較高的發動機。組合式進氣系統，是指在組合式進氣系統，是指在2個進氣門的發動機上，采用不同類個進氣門的發動機上，采用不同類型或不同角度的兩個進氣道，以組合所需要的渦流和流速分布。型或不同角度的兩個進氣道，以組合所需要的渦流和流速分布。進氣渦流在壓縮過程中，一邊旋轉一邊被擠入燃燒室凹坑。設進氣渦流在壓縮過程中，一邊旋轉一邊被擠入燃燒室凹坑。設進氣渦流比和壓縮終點時燃燒室凹坑內的渦流比分別為進氣渦流比和壓縮終點時燃燒室凹坑內的渦流比分

37、別為和和c，根，根據動量關系，則有式（據動量關系，則有式（63）。）。2）壓縮渦流壓縮渦流：在渦流式燃燒室中，而在壓縮過程中由主燃燒室經：在渦流式燃燒室中，而在壓縮過程中由主燃燒室經連通道進入渦流室時，形成強烈的壓縮渦流。雖然這種產生渦流的連通道進入渦流室時，形成強烈的壓縮渦流。雖然這種產生渦流的方式不會帶來進氣阻力增大和進氣充量下降，但形成壓縮渦流時會方式不會帶來進氣阻力增大和進氣充量下降，但形成壓縮渦流時會伴隨著不同程度的能量的損失，而使循環熱效率降低。伴隨著不同程度的能量的損失，而使循環熱效率降低。2擠流擠流擠流也是一種有效的缸內氣體運動，如圖擠流也是一種有效的缸內氣體運動，如圖6-19

38、所示。擠流強度所示。擠流強度取決于燃燒室凹坑喉口直徑取決于燃燒室凹坑喉口直徑Dk與活塞直徑之比，以及活塞頂間隙與活塞直徑之比，以及活塞頂間隙S0。Dk和和S0越小，則擠流強度越大。越小，則擠流強度越大。3滾流滾流在進氣過在進氣過程中形成的繞程中形成的繞垂直于氣缸軸垂直于氣缸軸線的有組織的線的有組織的空氣旋流稱為空氣旋流稱為滾流滾流（Tumble），），也稱為縱渦或也稱為縱渦或橫軸渦流橫軸渦流。三柴油機的混合氣形成方式三柴油機的混合氣形成方式柴油機的混合氣形成方式可分為兩大類，即空間霧化混合與壁面油膜柴油機的混合氣形成方式可分為兩大類，即空間霧化混合與壁面油膜蒸發混合。蒸發混合。1空間霧化混合空

39、間霧化混合將燃油噴射到空間進行霧化，通過燃油與空氣之間的相互運動和擴將燃油噴射到空間進行霧化，通過燃油與空氣之間的相互運動和擴散，在空間形成可燃混合氣的方式稱為空間霧化混合。散，在空間形成可燃混合氣的方式稱為空間霧化混合。1）常用的空間霧化混合方式）常用的空間霧化混合方式直噴式柴油機中的混合氣形成方式如圖直噴式柴油機中的混合氣形成方式如圖6-21所示，是一種所示，是一種“油找氣油找氣”的混合方式。由于無進氣渦流，進氣充量較高，但混合氣濃度分布不均的混合方式。由于無進氣渦流，進氣充量較高，但混合氣濃度分布不均勻。勻。圖圖6-21b則表示油和氣相互運動的混合氣形成方法。渦流強度與噴油則表示油和氣相

40、互運動的混合氣形成方法。渦流強度與噴油射束的匹配是十分重要的。射束的匹配是十分重要的。在非直噴式燃燒室中，盡管也是空間混合方式，但采用的是兩段混在非直噴式燃燒室中，盡管也是空間混合方式，但采用的是兩段混合方法。合方法。近年來出現的撞擊噴射（將燃油高速噴向壁面產生撞擊）基本也是近年來出現的撞擊噴射（將燃油高速噴向壁面產生撞擊）基本也是一種空間混合方式，通過噴油射束對不同形狀壁面的撞擊和反彈，使油一種空間混合方式，通過噴油射束對不同形狀壁面的撞擊和反彈，使油束的分布范圍擴大，在渦流的作用下，快速形成混合氣。束的分布范圍擴大，在渦流的作用下，快速形成混合氣。2）熱混合現象）熱混合現象在此旋流場中運動

41、的質點，將受到在此旋流場中運動的質點，將受到離心力離心力、壓差引起的、壓差引起的向心推向心推力力、以及氣流對質點運動的、以及氣流對質點運動的粘性阻力粘性阻力的綜合作用。由于液體油粒或的綜合作用。由于液體油粒或燃油蒸氣的密度比空氣大，燃油蒸氣的密度比空氣大，離心力將起主要作用，呈向外運動的趨離心力將起主要作用，呈向外運動的趨勢；勢；已燃氣體的密度比空氣小，向心推力將起主要作用，呈向內運已燃氣體的密度比空氣小，向心推力將起主要作用，呈向內運動趨勢。這種由于動趨勢。這種由于在旋轉氣流中已燃氣體向燃燒室中心運動、而未在旋轉氣流中已燃氣體向燃燒室中心運動、而未燃燃料和新鮮空氣向外周運動，由此促進空氣與燃

42、料混合的現象稱燃燃料和新鮮空氣向外周運動，由此促進空氣與燃料混合的現象稱為熱混合現象。為熱混合現象。對于有強烈空氣渦流運動的燃燒過程進行的高速攝對于有強烈空氣渦流運動的燃燒過程進行的高速攝影表明，影表明，火焰是呈螺旋狀向內卷吸運動火焰是呈螺旋狀向內卷吸運動。相反，若燃油過分集中在燃燒室中心區域（如噴油貫穿率不相反，若燃油過分集中在燃燒室中心區域（如噴油貫穿率不足），由于該區域切向速度小（離心力小）難以使燃油粒子被拋向足），由于該區域切向速度小（離心力小）難以使燃油粒子被拋向周邊區域與新鮮空氣混合，同時又被已燃氣體包圍，致使火焰被周邊區域與新鮮空氣混合，同時又被已燃氣體包圍，致使火焰被“鎖定鎖定”在中心區域，造成燃燒不完全。這種現象稱為在中心區域，造成燃燒不完全。這種現象稱為熱鎖現象熱鎖現象。2壁面油膜蒸發混合壁面油膜蒸發混合以球形燃燒室：燃油以球形燃燒室：燃油沿壁面順氣流噴射，在強沿壁面順氣流噴射，在強烈的渦流作用下，在燃燒烈的渦流作用下，在燃燒室壁面上形成一層很薄的室壁面上形成一層很薄的油