汽車發(fā)動機原理

2025/1/29發(fā)動機原理12

柴油機混合氣的形成和燃燒2025/1/29發(fā)動機原理第一節(jié)柴油機燃燒過程柴油機的燃燒過程由噴射系統(tǒng)在壓縮行程接近終了時直接將燃油噴入燃燒室內開始的混合氣形成的時間極短，混合氣不均勻，在高溫、高壓下多點自燃著火燃燒的燃燒過程概述燃燒放熱規(guī)律柴油機與汽油機燃燒過程的對比柴油機的有害排放物和噪聲振動

2025/1/29發(fā)動機原理32025/1/29發(fā)動機原理4一、柴油機燃燒過程概述

著火延遲期

速燃期

緩燃期

補燃期2025/1/29發(fā)動機原理5二、燃燒放熱規(guī)律瞬時放熱速率:

在燃燒過程中的某一時刻，單位時間內（或1°CA）燃燒的燃油所放出的熱量累積放熱百分比:

從燃燒過程開始至某一時刻為止已經燃燒的燃油與循環(huán)供油量的比值瞬時放熱速率和累積放熱百分比隨曲軸轉角的變化關系，稱為燃燒放熱規(guī)律燃燒起點、燃燒放熱規(guī)律曲線形狀和燃燒持續(xù)時間被認為是燃燒放熱規(guī)律的三要素2025/1/29發(fā)動機原理6各種發(fā)動機的燃燒放熱規(guī)律燃燒放熱規(guī)律影響柴油機的性能，對了解、分析和改進燃燒過程有著特別重要的作用

圖5-2不同類型發(fā)動機燃燒放熱規(guī)律的比較1-汽油機（化油器式）2-直噴式燃燒室柴油機3-渦流室燃燒室柴油機4-預燃室燃燒室柴油機2025/1/29發(fā)動機原理7較理想的柴油機燃燒放熱規(guī)律

有一合適的燃燒(放熱)起點，保證最大燃燒壓力在上止點后10～15°CA

在燃燒放熱階段，控制燃燒放熱速率，以降低壓力升高率，然后燃燒應加速進行，燃燒過程應該是先緩后急燃燒持續(xù)時間不宜過長，汽油機一般為40～60°CA，柴油機為50～70°CA

2025/1/29發(fā)動機原理8三、柴油機與汽油機燃燒過程的對比對比項目汽油機柴油機著火點燃，高溫單階段著火，單點著火壓燃，低溫多階段著火，多點同時著火燃燒火焰在均質預混合氣中有序傳播，燃燒柔和兩階段燃燒，即無序的非均質預混合燃燒和擴散燃燒，燃燒較粗暴后燃混合均勻，因而后燃期較短混合不均勻，因而后燃期較長放熱規(guī)律燃燒放熱先緩后急，燃燒持續(xù)期較短直噴機燃燒放熱先急后緩，燃燒持續(xù)期較長柴油機與汽油機燃燒過程主要特點對比，這些差別導致了它們在動力性、經濟性、排放特性等各種性能方面的差別2025/1/29發(fā)動機原理9四、柴油機的有害排放物和噪聲振動顆粒物1.柴油機的有害排放物顆粒物是指溫度在52℃以下時，排氣中除水以外的固態(tài)和液態(tài)物質。柴油機廢氣中的顆粒物主要由碳顆粒物（碳煙粒子）和吸附與凝聚其上的碳氫化合物組成氮氧化合物（NOX）NOX主要是在高溫富氧、相對有較充裕反應時間的條件下生成的。當過量空氣系數(shù)α在一定范圍內時，NOX的排放量隨α的下降而較快地增長；而當α過大或過小時，NOX的排放量變化都很小2025/1/29發(fā)動機原理10四、柴油機的有害排放物和噪聲振動1.柴油機的有害排放物一氧化碳（CO）碳氫化臺物（HC）CO是不完全燃燒的產物，由于柴油機的過量空氣系數(shù)α較大，產生的CO又有可能有足夠的空氣在膨脹過程中氧化為CO2，因此柴油機廢氣中的CO含量很低，僅在接近全負荷附近，即過量空氣系數(shù)α過小時，CO的排放量才有所上升柴油機廢氣中的HC主要是在混合氣過稀的情況下產生的。特別在低負荷時過量空氣系數(shù)α過大，由于溫度過低，反應不能及時進行，從而使HC的排放量有所增大2025/1/29發(fā)動機原理11四、柴油機的有害排放物和噪聲振動發(fā)動機的噪聲主要由氣體動力噪聲、機械噪聲和燃燒噪聲三部分組成2.柴油機的噪聲和振動?氣體動力噪聲:由于進、排氣系統(tǒng)及冷卻風扇工作時氣流壓力脈動而產生的噪聲，其中排氣噪聲占主要部分?機械噪聲:由曲軸連桿機構、配氣機構、齒輪系、噴油泵及其他附屬機構等部分的高速運動并與其相鄰零部件發(fā)生頻繁的機械撞擊，激勵結構振動而產生的噪聲?

燃燒噪聲：因為迅速燃燒引起燃燒室內壓力急劇變化導致缸套、機體、缸蓋等零部件的強烈振動并向外界輻射中、高頻噪聲，隨著壓力升高率的增加，燃燒噪聲增加2025/1/29發(fā)動機原理12四、柴油機的有害排放物和噪聲振動2.柴油機的噪聲和振動的控制措施控制燃燒過程來降低燃燒噪聲改進機體等有關零部件的結構，提高有關部位的剛度，降低結構振動的振幅和提高共振頻率提高有關部位的剛度，降低結構振動的振幅和提高共振頻率應用吸振減振材料制造薄板零件改進消聲器的結構、材料；改進空氣濾清器、冷卻風扇等的設計及適當調節(jié)配氣相位以降低氣體動力噪聲遮蔽噪聲源第二節(jié)柴油的噴射及霧化2025/1/29發(fā)動機原理14一、供油系統(tǒng)和噴射過程

柴油機供油系統(tǒng)

噴油泵速度特性及其校正噴射過程

供油規(guī)律和噴油規(guī)律

不正常噴射現(xiàn)象和噴射系統(tǒng)中的穴蝕破壞

2025/1/29發(fā)動機原理151.柴油機供油系統(tǒng)柴油機供油系統(tǒng)一般由油箱、輸油泵、柴油濾清器、噴油泵、噴油器等組成，另外還包括調速器和供油提前角調節(jié)裝置等其中的噴油泵、噴油器和高壓油管等組成了高壓油路，稱為噴射系統(tǒng)，是整個柴油機供油系統(tǒng)的關鍵部分

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柴油機供油系統(tǒng)－噴油泵噴油泵的主要作用是定時、定量地向各缸的噴油器周期性地供給高壓燃油常見的有直列式噴油泵（柱塞泵）和分配式噴油泵（轉子泵）兩種類型分配式噴油泵具有結構緊湊，能在較高轉速下工作的優(yōu)點，但供油壓力較低

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柴油機供油系統(tǒng)－噴油泵的結構直列式柱塞噴油泵又分為：單體泵與合成泵（整體泵）

2025/1/29發(fā)動機原理18柱塞式噴油泵的組成

柴油機供油系統(tǒng)－噴油泵的原理2025/1/29發(fā)動機原理19柱塞式噴油泵泵油原理(a)進油(b)壓縮(c)供油(d)回油2025/1/29發(fā)動機原理20

柴油機供油系統(tǒng)－噴油器噴油器的主要作用是將噴油泵供給的高壓燃油噴入柴油機燃燒室內，使燃油霧化成微細的油粒，并按一定的要求適當?shù)胤植荚谌紵覂取娪推饔锌资絿娪推骱洼S針式噴油器兩類。圖5-7噴油嘴頭部結構a)孔式（單孔）；b)孔式（多孔）；c)軸針式（標準）；d)軸針式（節(jié)流）2025/1/29發(fā)動機原理21

柴油機供油系統(tǒng)－噴油器噴孔式a軸針式圓柱b軸針式截錐形c軸針式節(jié)流形2025/1/29發(fā)動機原理22

柴油機供油系統(tǒng)－噴油器

孔式噴油器用于直噴式燃燒室中較小的噴孔與高壓泵配合，可形成較細的噴油顆粒易引起積炭堵塞

軸針式噴油器用于分隔式燃燒室中較低的噴油壓力，噴油顆粒較大有自潔作用，不易堵塞噴孔有效流通截面積與針閥升程的關系稱為噴油器的流通特性（開啟特性）圖5-8不同噴油器的流通特性2025/1/29發(fā)動機原理23汽、柴油機混合氣形成裝置

對混合氣的要求數(shù)量濃度空間形態(tài)燃燒起點

汽油機節(jié)氣門噴油器(均勻)火花塞

柴油機噴油泵噴油泵噴油器噴油泵2025/1/29發(fā)動機原理24噴油泵速度特性及其校正噴油泵油量控制機構位置固定，循環(huán)供油量隨轉速變化的關系稱為噴油泵速度特性對于柱塞式噴油泵，隨著轉速的上升，循環(huán)供油量呈略有增大的趨勢。為使供油量與空氣量相匹配，對特性進行必要的校正，得到較理想的扭矩特性圖5-9噴油泵速度特性及其校正2025/1/29發(fā)動機原理25

噴射過程定義：從噴油泵開始供油直至噴油器停止噴油的過程（15-40℃A）噴射延遲階段主噴射階段噴射結束階段2025/1/29發(fā)動機原理26供油規(guī)律和噴油規(guī)律兩者的差異：噴油始點滯后于供油始點噴油持續(xù)時間較長最大噴油速率較低曲線的形狀有一定的變化

定義：供油規(guī)律：噴油泵供入高壓油管的供油量隨時間（噴油泵凸輪轉角）的變化關系。它純粹是由噴油泵柱塞的幾何尺寸和運動規(guī)律確定的噴油規(guī)律：噴油過程中，噴油器噴入燃燒室內的燃油量隨時間（噴油泵凸輪轉角）的變化關系產生差異的原因：燃油的可壓縮性系統(tǒng)內產生壓力波的傳播滯后、壓力波動、節(jié)流作用高壓油管的彈性變形圖5-12噴油規(guī)律與幾何供油規(guī)律的比較2025/1/29發(fā)動機原理27不正常噴射現(xiàn)象正常噴射過程(圖a)二次噴射(圖b)

滴油現(xiàn)象斷續(xù)噴射(圖c)不規(guī)則噴射和隔次噴射(圖d)為避免出現(xiàn)不正常噴射現(xiàn)象，應盡可能地縮短高壓油管長度，減小高壓容積，以降低壓力波動，減小其影響，并合理選擇噴射系統(tǒng)的參數(shù)2025/1/29發(fā)動機原理28噴射系統(tǒng)中的穴蝕破壞

穴蝕破壞出現(xiàn)在系統(tǒng)內與燃油接觸的金屬表面上產生的機理：在高壓容積內產生壓力波動時，在極低的壓力區(qū)形成汽泡，隨后壓力迅速升高使汽泡爆裂而產生沖擊波，這種沖擊波多次作用于金屬表面則引起穴蝕穴蝕破壞會影響到噴射系統(tǒng)的工作可靠性和使用壽命

2025/1/29發(fā)動機原理29二、燃油的霧化和油束特性

燃油的霧化：燃油噴入燃燒室內后被粉碎分散為細小液滴的過程霧化可以大大增加蒸發(fā)表面積，加速吸熱和汽化過程可以從幾何形狀和霧化質量兩個方面來描述油束特性不同的燃燒室對油束的幾何形狀和霧化質量的要求有所不同圖5-14油束結構示意圖2025/1/29發(fā)動機原理30二、燃油的霧化和油束特性

幾何形狀主要包括油束射程（又稱為貫穿距離）L和噴霧錐角β或油束的最大寬度B

影響油束幾何形狀的主要因素有：

?

噴射壓力

?

噴油器噴孔的長徑比

?

空氣與燃油密度比圖5-14油束結構示意圖2025/1/29發(fā)動機原理31二、燃油的霧化和油束特性

油束的霧化質量一般是指油束中液滴的細度和均勻度細度可以用液滴平均直徑來表示均勻度是指油束中液滴大小相同的程度以及液滴在油束內分布的均勻程度圖5-15油束的霧化質量1-噴射壓力為34MPa2--噴射壓力為15MPa2025/1/29發(fā)動機原理32三、對噴射系統(tǒng)的要求在任一工況下都不出現(xiàn)不正常噴射現(xiàn)象，不產生穴蝕破壞根據(jù)不同轉速和負荷的工況要求，在最佳的噴油時刻，精確提供所需的燃油量盡可能實現(xiàn)理想的噴油規(guī)律

良好的油束特性能滿足具體燃燒室的要求。對于噴射系統(tǒng)的強化，應采取相應的措施保證有關零部件的強度和剛度，同時注意降低噴射系統(tǒng)的噪聲與振動

2025/1/29發(fā)動機原理33三、對噴射系統(tǒng)的要求

理想的噴油規(guī)律：更高的噴射壓力和噴油速率以及更短的噴油持續(xù)時間已是技術發(fā)展的一個明顯趨勢為避免柴油機工作過于粗暴，又希望實現(xiàn)“先緩后急”的噴油規(guī)律在所有的工況下都希望在噴射結束階段能盡可能迅速地結束噴射2025/1/29發(fā)動機原理34四、柴油機電控噴油系統(tǒng)電控柴油噴射系統(tǒng)的分類及工作原理電控柴油噴射系統(tǒng)的組成電控柴油噴射系統(tǒng)的控制功能2025/1/29發(fā)動機原理351、電控柴油噴射系統(tǒng)的分類及工作原理位置控制式噴油系統(tǒng)?工作原理：在傳統(tǒng)噴油泵、高壓油管、噴油器系統(tǒng)上，加裝一個電控裝置發(fā)展而成的。它不改變傳統(tǒng)噴油系統(tǒng)的工作原理和結構，只是用電控裝置取代調速器和提前器，對直列泵的油量調節(jié)齒桿和VE泵的溢流環(huán)套以及油泵驅動軸和凸輪軸的相互位置進行低頻連續(xù)調節(jié)，以控制油量和定時?優(yōu)點：這一類系統(tǒng)生產繼承性強，安裝方便，采用電磁閥、旋轉電磁鐵、步進電動機等都可作為執(zhí)行機構，因此它在目前國外電控柴油機噴油系統(tǒng)中，商品化程度最高且已批量生產應用2025/1/29發(fā)動機原理361、電控柴油噴射系統(tǒng)的分類及工作原理時間控制式噴油系統(tǒng)工作原理：利用高速強力溢流電磁閥來直接控制噴油始點和噴油量，一般情況下，電磁閥關閉噴油即開始，電磁閥打開噴油即終止，因此，噴油始點取決于該電磁閥的關閉時刻，噴油量取決于電磁閥關閉的持續(xù)時間；同時通過變更電磁閥升程或改變電磁閥所控制的油壓來實現(xiàn)噴油率或噴油壓力的控制特點：每缸一閥(直列泵)、響應快1、電控柴油噴射系統(tǒng)的分類及工作原理

?電控泵噴油器：由傳統(tǒng)重型車用柴油機的機械泵噴油器系統(tǒng)發(fā)展而來。該系統(tǒng)將噴油泵、噴油器合為一體，沒有高壓油管，每缸一組，作為一個部件直接安裝在柴油機氣缸蓋上，由設置于缸蓋上的油泵凸輪軸驅動圖5-18電控泵噴油器1—油泵柱塞2—電磁溢流閥3—旁通油路4—柱塞腔5—高壓油路6—噴油嘴時間控制式柱塞泵脈動供油系統(tǒng)1、電控柴油噴射系統(tǒng)的分類及工作原理

時間控制式柱塞泵脈動供油系統(tǒng)?電控單體泵系統(tǒng)：由原用于大、中型柴油機上的機械單體泵系統(tǒng)發(fā)展而來。單體泵的特點是具有結構剛性好的高壓單體噴油泵、較短的高壓油管，發(fā)動機缸體上設有各缸共用的油泵凸輪軸，而各缸的噴油泵分別安裝在靠近噴油器的部位，其承壓能力僅次于泵噴油器圖5-19電控單體泵1、電控柴油噴射系統(tǒng)的分類及工作原理

?電控分配泵系統(tǒng)：與位置控制式系統(tǒng)相比，取消了溢流環(huán)及其操縱機構，直接利用高速強力電磁閥來控制噴油和定時，結構進一步簡化。雖然各缸共用一個閥，由于是直接控制，電磁閥響應很快，所以在各缸供油所分配到的相位內，仍能獨立分缸調控圖5-20ECD-V3型電控VE泵系統(tǒng)1—電磁溢流導向閥2—柱塞3—柱塞腔4—出油閥5—供油定時控制閥6—相對轉角位置傳感器7—主閥8—低壓油路9—旁通道時間控制式柱塞泵脈動供油系統(tǒng)1、電控柴油噴射系統(tǒng)的分類及工作原理

時間控制式共軌噴油系統(tǒng)?工作原理：不再應用傳統(tǒng)柱塞泵脈動式供油原理，而是先將燃油或者其他傳遞動力的工質，如機油，以高壓(所需噴油壓)或中壓(10MPa左右)狀態(tài)儲集在被稱為共軌(CommonRail)的容器中，然后利用電磁三通閥將共軌中的壓力油引到噴油器中實現(xiàn)噴射圖5-21電控高壓共軌ECD-U2系統(tǒng)2.電控柴油噴射系統(tǒng)的組成

圖5-22位置控制式電控直列泵系統(tǒng)傳感器?實時檢測和感知柴油機及車輛運行狀態(tài)各種信息，包括使用人員的操作思想、操作量等信息，并把它輸入到控制單元中去。電子控制單元（ECU）?

其核心部分是計算機，由微處理機及其接口硬件和一整套軟件組成，同時包括有一定的輸入、輸出通道接口電路等。軟件的核心內容是發(fā)動機的各種性能調節(jié)曲線、圖表和控制算法。ECU的作用是負責信息的采集、處理、運算決策、執(zhí)行程序，并將運行結果作為控制指令輸出到執(zhí)行器。其中，噴油量和噴油定時脈沖是ECU發(fā)出的最重要的控制指令執(zhí)行器?執(zhí)行器為接受ECU傳來的指令，并完成所需調控任務的元器件3.電控柴油噴射系統(tǒng)的控制功能

噴油量的控制噴油定時的控制怠速轉速的控制起動噴油量的控制各缸噴油均勻性的控制過渡性能與煙度控制噴油規(guī)律與噴油壓力的控制廢氣再循環(huán)的控制擴展的功能（增加自診斷、安全保護與自適應控制等）第三節(jié)混合氣的形成和燃燒室

2025/1/29發(fā)動機原理44一、柴油機混合氣形成特點和方式

柴油機可燃混合氣的品質較汽油機差，因此采用較大的過量空氣系數(shù)柴油機混合氣形成所依靠作用：?燃料噴霧

?空氣運動

?與燃燒室形狀的良好配合柴油機混合氣形成方式：

?

空間霧化混合（不完全氣相）燃油與空氣的相對運動速度是起主要作用的因素

?

油膜蒸發(fā)混合（完全氣相）起主要作用的因素是燃燒室壁面溫度、空氣相對運動速度和油膜厚度

表5-2兩種混合方式的對比空間霧化混合油膜蒸發(fā)混合1絕大部分燃料以較高的壓力被噴射到燃燒室空間中，散布于空氣中利用強烈的空氣旋流將大部分燃料涂布到燃燒室壁面上2燃料在空氣中呈細小油粒狀燃料在壁面上形成油膜3細小油滴以液相與空氣混合，形成不均勻混合氣（液相混合）油膜蒸發(fā)，燃油蒸氣與空氣混合，形成相對均勻的混合氣（氣相混合）4大量細小油滴受熱汽化，在著火延遲期內形成的可燃混合氣數(shù)量較多，多點大面積同時著火散布在空間的少量燃油，在著火延遲期內形成少量可燃混合氣，著火面積小5初期燃燒的放熱速率很高，以后逐漸減慢受油膜蒸發(fā)速率的影響，燃燒放熱速率呈前低后高的規(guī)律二、柴油機的燃燒室預燃室半開式渦流室2025/1/29發(fā)動機原理471.分隔式燃燒室渦流室燃燒室渦流室容積約占整個燃燒室壓縮容積的50%-60%通道的截面積約為活塞截面積的1%～3.5％渦流室燃燒過程預燃室容積約占整個燃燒室壓縮容積的35%-45%通道的截面積約為活塞截面積的0.3%-0.6％預燃室燃燒過程預燃室燃燒室2025/1/29發(fā)動機原理48分隔式燃燒室柴油機的性能持點

靠強烈的空氣運動來保證混合氣質量，空氣利用率較高空氣運動隨轉速提高而增大，高速適應性能好噴射系統(tǒng)的要求較低，工作可靠性和使用壽命高燃燒室結構較為復雜，面容比大熱效率低，經濟性差。冷起動性也較差工作較為平穩(wěn)，燃燒噪聲較小預燃室燃燒室與渦流室燃燒室柴油機相比，上述特點一般表現(xiàn)得更為突出一般對燃油不太敏感，有較強的適應性在有害排放方面的突出問題是低負荷下的碳煙排放量較大，其余則優(yōu)于直噴式燃燒室柴油機

2025/1/29發(fā)動機原理492.直噴式燃燒室－開式燃燒室凹坑較淺，凹坑口徑與活塞直徑之比一般大于0.7主要依靠燃油的噴散霧化，因此要求高的噴射壓力和較多噴孔數(shù)目混合氣形成方式為空間霧化，一般不組織空氣運動，空氣利用率相對較低（1.5-2.2)開式燃燒室一般適用于缸徑較大（≥140mm），轉速較低（≤2000r/min）的柴油機中2025/1/29發(fā)動機原理503.直噴式燃燒室－半開式燃燒室活塞頂部有較深的凹坑，有ω形和平底的深坑形，凹坑口徑與活塞直徑之比一般約在0.35～0.7之間混合氣形成依靠燃油的噴散霧化和空氣運動兩方面的作用運用較高的壓力噴射，配合以進氣渦流為主，擠壓渦流為輔的空氣運動半開式燃燒室一般適用于缸徑80～140mm，轉速低于4500r／min的柴油機中

2025/1/29發(fā)動機原理51直噴式燃燒室柴油機的性能持點

由于燃燒迅速，故經濟性好，有效燃油消耗率低

燃燒室結構簡單，面容比小，散熱損失小，也沒有主、副室之間的流動損失，也是經濟性好的重要原因對噴射系統(tǒng)的要求較高，影響工作可靠性和使用壽命冷起動性能較好工作較粗暴，壓力升高率大，燃燒噪聲大對轉速的變化較為敏感，較難兼顧高速和低速工況的性能，適用轉速較分隔式燃燒室柴油機低

2025/1/29發(fā)動機原理524.不同燃燒室的比較與選用

2025/1/29發(fā)動機原理534.不同燃燒室的比較與選用

2025/1/29發(fā)動機原理544.不同燃燒室的比較與選用對于碳煙的排放量，開式燃燒室最低，半開式燃燒室次之，而分隔式燃燒室最高半開式燃燒室的HC的排放量最高，特別在較低負荷工況下，其中的液態(tài)成分部分使其微粒的排放量也較高直噴式燃燒室較分隔式燃燒室NOx的排放量明顯要高，特別在較高負荷工況下在有害排放和噪聲的控制方面，分隔式燃燒室主要應控制碳煙的排放量，特別在較低負荷工況下；而直噴式燃燒室主要應解決好控制碳煙和NOx之間的矛盾，降低燃燒噪聲和控制部分負荷工況下HC的排放量

2025/1/29發(fā)動機原理554.不同燃燒室的比較與選用重型汽車、大型工程機械用柴油機幾乎毫無例外地采用直噴式燃燒室（開式燃燒室和半開式燃燒室），其中的半開式燃燒室也有向開式燃燒室的特點靠攏的趨勢轎車柴油機中仍是渦流室燃燒室占有絕對優(yōu)勢，但半開式燃燒室和預燃室燃燒室也有應用。其中，盡管半開式燃燒室經濟性相對較好，但噪聲振動較大且升功率較低，故目前主要用于較低檔的轎車2025/1/29發(fā)動機原理564.不同燃燒室的比較與選用中、輕型車的應用領域中，目前主要是渦流室燃燒室與半開式燃燒室兩者的競爭。對于開式燃燒室，由于其小缸徑和高轉速的限制而難以采用；對于預燃室燃燒室，由于其經濟性比渦流室燃燒室還要略差，故也極少采用。在缸徑相對較大的中型車用柴油機中，半開式燃燒室占有一定優(yōu)勢并可能會繼續(xù)發(fā)展這一優(yōu)勢

小型拖拉機、農用運輸車中也主要采用渦流室燃燒室，這里主要考慮的因素是其對制造和使用的要求相對較低

此外，分隔式燃燒室（特別是預燃室燃燒室）還常用于一些要求噪聲特別低的特殊場合，例如在礦井內或潛艇中使用

第四節(jié)燃燒過程的影響因素

2025/1/29發(fā)動機原理58一、燃油噴射、氣流運動與燃燒室形狀間的配合

柴油機燃燒過程的要求是多方面的，而且往往相互之間是矛盾的

?

燃油完全燃燒與升功率降低的矛盾

?提高燃燒效率與工作平穩(wěn)性的矛盾

?柴油機有害排放組分平衡控制在燃油噴射、氣流運動與燃燒室形狀間的配合，一般應兼顧各方面的要求燃油噴射、氣流運動與燃燒室形狀間的配合，目前仍以大量試驗、反復改進為主要手段

2025/1/29發(fā)動機原理59二、影響燃燒過程的運轉因素

負荷?負荷增大，循環(huán)供油量增大，過量空氣系數(shù)減小。?負荷增大，著火延遲期縮短，降低柴油機的工作粗暴性。

轉速?轉速升高時，著火延遲期縮短。?轉速過低或過高時，都會使燃燒效率降低。供油提前角?每一種工況，均有一個最佳的供油提前角。?為了降低NOx的排放量和燃燒噪聲的需要，一般調節(jié)供油提前角略小于最佳的供油提前角?轉速或負荷增加時，應加大供油提前角2025/1/29發(fā)動機原理62二、影響燃燒過程的運轉因素

廢氣再循環(huán)(EGR)

?將一部分已燃的廢氣再次引入燃燒室內參加燃燒?有效地控制了NOX的生成，降低了NOX的排放量?僅在低速、低負荷的一定范圍內，才在進氣中摻入一定量的廢氣燃油?使用十六烷值較高的燃油可降低工作振動和噪聲，降低NOx的排放量。?直噴式燃燒室比分隔式燃燒室對燃油的性質更為敏感。壓縮比和增壓度?壓縮比提高：促使噴入的燃料加速霧化與蒸發(fā)，縮短了著火延遲期?增壓：壓縮終點工質的溫度和壓力均隨之提高，使著火延遲期縮短。第五節(jié)均質充量壓縮著火燃燒發(fā)動機一、傳統(tǒng)燃燒方式的局限性

火花點火發(fā)動機(SI)壓燃式發(fā)動機(CI)一般采用預混合燃燒，可燃

混合氣在壓縮沖程末期被火花塞點燃，火焰前鋒在均質混合氣中傳播，火焰前鋒及其燃燒產物的局部溫度遠遠高于其他未燃混合氣，燃燒室中溫度分布極不均勻，局部的高溫容易導致已燃區(qū)內NOX的生成通過燃料調節(jié)系統(tǒng)來調整發(fā)動機的循環(huán)供油量以適應發(fā)動機工況的變化（變質調節(jié)）。其燃燒類型導致混合氣濃度和溫度分布都極不均勻，在燃燒室內的局部高溫區(qū)產生NOX，高溫缺氧區(qū)（即濃混合氣區(qū)）產生炭粒二、均質充量壓縮著火燃燒的原理及應用現(xiàn)狀

HCCI基本原理：通過壓縮缸內均勻的燃油和空氣的混合氣，在上止點(TDC)附近實現(xiàn)自燃的一種新型燃燒方式汽油機柴油機HCCICaterpillarEngineResearch(2003)FlamepropagationdominatedcombustionMultipleCombustionlocations二、均質充量壓縮著火燃燒的原理及應用現(xiàn)狀

HCCI應用現(xiàn)狀?NissanMK?本田ActiveRadical（AR）發(fā)動機是?UNIBUS是豐田公司開發(fā)的燃燒系統(tǒng)MK（ModulatedKinetics）是Nissan公司提出來的，以低溫、預混合燃燒為特征的，可以同時降低柴油機NOX和微粒排放的一種燃燒方式兩沖程單缸摩托車用商業(yè)引擎，工作在雙模式下。它在冷啟動、怠速和高負荷下作為一個火花塞點火的引擎操作；在低負荷時轉變?yōu)镠CCI燃燒模式由日本三菱發(fā)動機公司YoshinoriIwabuchi等人提出，可以實現(xiàn)高效、低排放的稀薄燃燒?PREDIC燃燒系統(tǒng)和MULDIC燃燒系統(tǒng)PREDIC燃燒系統(tǒng)是日本NEWACE研究所提出的。它采用早的燃油噴射定時，具有很低的NOX排放；但HC排放和燃油消耗率上升，同時很難對壓燃著火時刻進行控制在PREDIC燃燒技術的基礎上，又提出了MULDIC燃燒系統(tǒng)。它加裝了一個中央噴油器，燃料分兩階段噴入氣缸?PCI燃燒系統(tǒng)主要思想是燃料和空氣在燃燒室中充分混合，在著火前，混合氣部分被氧化，發(fā)生冷焰反應，而不是發(fā)生熱裂解，形成支鏈狀中間產物。隨后的主燃燒過程能被合理地控制，這樣可以同時減少NOX和碳煙排放三、HCCI發(fā)動機的主要特點

超低的NOX和PM排放熱效率高HCCI燃燒過程主要受燃燒化學反應動力學控制HCCI發(fā)動機運行范圍較窄HCCI發(fā)動機HC、CO排放偏髙四、