第6章_燃烧过程及混合气形成
2,挤流 压缩时空气被挤入燃烧室凹坑内形成挤流
膨胀时燃烧气体冲出凹坑形成逆挤流
挤流强度 ∝ dk/D,S0 特点:不影响φc和Ω,但强度较弱,作用小 于涡流,起辅助作用 思考:汽油机中的挤流运动
3,湍流(紊流) 湍流是指无规则的小尺度气体运动,也称微涡流 湍流可以改善微观的油气混合程度 形成方式:
4,后燃期( φD~φE )
现象 剩余10～20%的燃料继续燃烧, 远离TDC,气流扰动变弱,燃烧速度 下降. 后燃期过长,会造成: 等容度↓,散热↑,碳烟和微粒 排放↑,排温↑ , η t ↓ ; 减少后燃的基本思路 加速混合,以加快燃烧;燃油充分 雾化.
燃烧特性测试例:柴油机
满足欧Ⅳ排放的 Cummins 重型柴油机
Bertrand D. Hsu(徐大宏). Practical Diesel-Engine Combustion Analysis. 2002 SAE International
�
2,速燃期( φB~φC )
影响 dp/dφ的主要因素: 燃烧开始时的可燃混合气量 ∵ 控制对策:滞燃期中的混合 气生成量和着火时间,亦即喷油 速率和混合速率 dp/dφ与dQB/dφ的关系: 最大值基本对应,但过分后燃 时例外
3,缓燃期( φC~φD )
现象 剩余燃料边蒸发混合边燃烧, 燃烧速率受控于燃料扩散混合 速率,也称为扩散燃烧期, 出现柴油机燃烧特有的"双峰 "现象; pmax的大小及位置:上止点后 10～15CA,取决于喷油时间, 着火落后期,预混燃烧; 缓燃期燃烧 "过缓",会造 成: 等容度↓,散热↑,ηi ↓;碳 烟和微粒排放↑
瞬时放热率 (J/deg)
例:柴油机燃烧特性 不同负荷燃烧特性对比
小负荷 大负荷 BMEP=0.6MPa BMEP=1.6MPa 燃烧持续期(oCA) 最大爆发压力(bar) 主燃期平均压升率 (bar/oCA) 最高瞬时放热率(J/oCA) 着火落后期(oCA) 44 100.6 2.3 115 8 37 136.1 2.4 192 7
汽油机燃烧过程及分析 柴油机燃烧过程及分析 合理的燃烧放热规律 汽油机与柴油机燃烧特性对比
分析方法:
示功图,P (φ) = f (燃烧速率,温度,燃室容积) 放热速率ROHR (Rate of Heat Release) dQ B 1 dp dV pV dk - V +kp = (k-1)2 d +α t FW (T-TW ) d d d k-1
滚流
本章要点
扩散燃烧速度 着火落后期 dp/dφ 1. 喷油规律和供油规律的异同及原因 2. 喷油规律对燃烧特性的影响 3. 内燃机中空气运动的方式及适用范围 4. 两种混合气形成方式的对比 5. 汽油机混合气形成(6.3节)内容自学,但不作为重点. 混合气 形成速度 气流运动 燃烧室形状 喷油规律
第6章 燃烧过程及混合气形成
发动机(内燃机)燃烧的特点:
高速(混合+着火+燃烧=10～2ms) 高温(2000℃ 左右) 高压(柴油机高达100bar 以上) 复杂过程:流动,喷雾,多相流,燃烧化学
内燃机燃烧所追求的目标: 高ηe(ηi) ,高Pme(Pmi),低污染,低噪声振动
6.1 实际发动机的燃烧过程及放热规律 主要内容
6.1.1 汽油机燃烧过程及分析
汽油机着火和燃烧的高速摄影
火核形成
特点:均质透明火焰,前锋面皱褶
1, 着火落后期(φA～φB )
现象: 在φ A 点开始火花点火,高 温单阶段着火; 在φ B 点产生稳定的火核, 开始火焰传播; φ B 点也可用CA05表示,即 累计放热5%的相位. 特性参数:着火落后期φi 10°～ 20°CA 注意区别点火提前角θig φ i 相对稳定(相对柴油机), 因此θ ig对pmax相位有重要影响
pmax位置,φc=10～15 CA( ATDC)
3,后燃期(φC～φD )
现象 燃烧剩余约10%燃料,主要存在 于火焰前锋面扫过后尚未完全燃烧 区域,壁面附近未燃混合气 要求: 燃期短—后燃期↑, ηi ↓ , 排温 ↑,甚至"放炮" 燃烧净—否则,HC ↑ ,CO ↑
6.1.2 柴油机燃烧过程
分为四期: 着火落后期( φA~φB ) 速燃期( φB~φC ) 缓燃期( φC~φD ) 后燃期( φD~φE ) 分析中注意与汽油机燃烧过程 的不同
1, 着火落后期( φ A ～φB )
现象: 喷雾及混合+低温多阶段着火, 是复杂的物理化学过程 ; 影响着火落后期的主要因素:
温度,压力,喷油量,雾化特性
着火点的判断方式: P-φ图,ROHR ,火焰图像 柴油机的着火落后期对后续燃烧 过程有重要影响. 为什么柴油机着火时可 明显看到"脱离压缩线" 的现象,而汽油机不能?
2,速燃期( φB~φC )
现象 大面积多点着火,燃烧极快, 压力陡升; 速燃期也称为预混合燃烧期, 但与汽油机的预混合燃烧有所 不同; 主要控制参数:dp/dφ 对动力性,ηi ,η m ,NOx, 振动噪声有显著影响, 一般柴油机: dp/dφ =0.2～0.6 (MPa/CA)
例:柴油机燃烧特性
14
缸内压力 (MPa)
12 10 8 6 4 2 0
缸内压力 (MPa)
TDC 1500r/min 小负荷 BMEP=0.6MPa
14 12 10 8 6 4 2
TDC
1500r/min 大负荷 BMEP=1.6MPa
200 160 120 80 40 0
0
200 160 120 80 40 0
95%
累计放热率
0.6 0.4 0.2 0.0 -30
问题:为什么不研究汽 油机的喷油规律?
5%
-20 -10 0 10 20 30 40 50 60
曲轴转角 (deg)
瞬时放热率 (J/deg)
缸内气流运动
分类: 涡流,滚流,挤流——控制油气宏观混合 湍流——促进油气微观混合 1, 涡流(Swirl) 绕气缸中心线的有规则的气流运动.柴油机中最常用 (1)涡流种类:进气涡流,压缩涡流 (2)评价指标:涡流比Ω=涡流转速 / 发动机转速
项目 型号 型式 气缸数 总排量 /L 压缩比 最大功率/转速 (kW/ rmin-1) 最大转矩/转速 (Nm/ rmin-1) 燃油供给系统 后处理系统 参数 Cummins ISBe4 140 四冲程,直列, 增压中冷,直喷,水冷 4 4.5 17.3 103/2500 550/1500 高压共轨 尿素SCR
6.2 柴油机燃油喷射及混合气形成原理
由第5章和6.1节可知:柴油机混合气形成过程极短(<0.5ms) 经历:燃料喷射雾化汽化混合 扩散燃烧速度 着火落后期 dp/dφ 混合气 形成速度 气流运动 燃烧室形状 喷油规律
本节从油,气两个方面介绍柴油机混合气形成过程
柴油机喷雾燃烧高速摄影例 条件:涡流比2.5,4孔喷嘴,乙醇-柴油混合燃料
活塞运动自然形成的湍流,较弱且不可控; 预燃室中的空气运动(如图,压缩和膨胀均有); 非回转体燃烧室(参见讲义图9-10); 燃烧冲击形成湍流(预燃室的主燃室)
4 滚流 绕垂直于气缸轴线的有规则的 气流运动(与涡流相反),也称 纵向涡流 近年来开发的混合气形成方式 主要用于缸内直喷式汽油机
用滚流形成大范围的油气混合 滚流被压扁,破碎 形成高度湍流强化微混合.
喷油规律的优化
随着降低NOx和噪声的要 求不断提高,初始喷油速率不 断降低,以至于出现了预喷射 (Pilot Injection)
负荷率95%
14
TDC
缸内压力 (MPa)
12 10 8 6 4 2 0
1500r/min 大负荷 BMEP=1.6MPa
200 160 120 80 40 0
Hale Waihona Puke 1.0 0.8来源:清华大学
燃油喷射过程(机械式)
(1)喷射延迟阶段 供油提前角θfs-供油始点至TDC的 角度(油泵出油) 喷油提前角θfj-喷油始点至TDC的角 度(针阀始动) 喷油延迟角=θfs-θfj,转速越高, 油管越长,延迟角越大 (2)主喷射阶段 喷油始点～喷油器端压力开始下降点 喷入绝大部分燃油,具有良好的雾化 qn = f(Δp, 针阀升程,喷油持续期) (3)喷油结束阶段 喷油器端压力急剧下降点～针阀落座 燃油雾化质量差,尽可能减少喷油量
1.0 0.8
瞬时放热率 (J/deg)
1.0
95%
0.8
95%
累计放热率
0.6 0.4 0.2 0.0 -30
累计放热率
0.6 0.4 0.2 0.0 -30
5%
-20 -10 0 10 20 30 40 50 60
5%
-20 -10 0 10 20 30 40 50 60
曲轴转角 (deg)
曲轴转角 (deg)
2, 明显燃烧期(φB～φC )
现象: 由明显火核产生～火焰充满 燃烧室; 90%燃料在此期间被燃烧. 也称为速燃期 放热速率特征值CA50:累计放 热50%的相位,0～10 CAATDC 主要控制参数1: 最高爆发压力pmax pmax ↑,ηi ↑,W i ↑, NOx ↑,机械负荷及热负荷↑; 但
喷油时刻对柴油机性能的影响
COMBUSTION ANALYSIS OF TWO INJECTION TIMINGS
Test Condition and Results of Two Fuel Injection Timings Fuel Injection Timing Pmax (MPa) BSFC (kg/kWh) Smoke (Bosch #) NOx (ppm) Injection Start (CA BTDC) Injection Duration (CA) Relative Efficiency (%) Calculated Peak Temperature (K) Exhaust Temperature (C) Early 16.40 0.1919 0.15 1413 19.5 36.2 94.4 2028 455 Late 15.07 0.1968 0.27 1145 16.5 36.9 92.0 1979 473
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简述柴油机混合气的形成和燃烧过程的主要特点
简述柴油机混合气的形成和燃烧过程的主要特点
柴油机混合气的形成主要通过喷油器将柴油喷入气缸内，并与空气混合形成可燃的混合气。
在柴油机中，柴油的喷射是通过高压喷油系统实现的，喷油器会将柴油以高速喷入气缸内，形成小的液滴。
随着喷雾进一步扩散和混合，柴油蒸发成为气态，与周围的空气发生反应，形成高温、高压的混合气。
柴油机燃烧过程的主要特点有以下几点：
1. 自燃性：柴油机的燃烧过程是自燃的，即燃料不需要预先混合空气，在高温和高压的条件下，柴油会自发地点燃。
2. 气缸压力高：由于柴油机采用的是压燃式燃烧方式，混合气在气缸内的压力相对较高，通常达到较高的压缩比，从而增加了柴油机的热效率和功率。
3. 燃烧过程较长：相对于汽油机的燃烧过程来说，柴油机的燃烧速率较慢。
这是因为柴油燃料的自燃性会引起燃烧的延迟，混合气的蒸发和扩散时间相对较长。
4. 高温高压条件下生成大量烟雾：由于柴油燃烧过程中温度和压力较高，同时还有一部分未完全燃烧的碳氢化合物存在，因此柴油机的排放中常常会产生大量的烟雾和颗粒物。
综上所述，柴油机混合气的形成和燃烧过程具有高压、自燃、延迟燃烧和较高的烟雾排放等特点。
这些特点决定了柴油机在高负荷工况下有较高的热效率和牵引力，适用于重载和长途运输等场景。
发动机原理第六章柴油机混合气形成与燃烧
2．对柴油机燃烧室的要求：
① α小，但应燃烧完全及时； ② 适度的ΔP/ΔΦ和Pz值；以保证工作柔和，
平稳，可靠； ③ 排气品质好； ④ 变工况适应好；应在负荷、转速变化时，
柴油机性能稳定； ⑤ 冷起动性好； ⑥ 制造、维修方便。
3、直喷式燃烧室的空气涡流运动
空气涡流运动是加速混合气形成的 有效手段；也是保证完善燃烧的重 要条件。
3．影响喷注质量的主要因素：
喷注结构，喷油压力，气缸内空气的压力，柴油
的粘度等。
二、空气运动对混合气形成的影响
缸内空气的涡流运动能加速雾化的油滴与 周围空气的混合，促进燃烧过程的进行。
但涡流过强，会使燃烧产物与邻近的喷注重叠； 涡流过强也使进气阻力加大，充量系数下降。
三、典型燃烧室结构分析
1．燃烧室分为两大类:直喷式和分开式。 直喷式燃烧室：燃油直接喷入由活塞顶和缸盖形成的
汽油机：提高火焰传播速度。 柴油机：保证及时形成较均匀的混合气。
第一节 混合气形成与燃烧过程
一、燃烧方式--油滴扩散燃烧
柴油机是在压缩过程中活塞接近上止点时,借助喷 油设备将燃油在高压下成雾状喷入燃烧室,以便 与空气形成可燃混合气。
油滴的着火要满足两个条件： （1）混合气的温度要高于着火临界温度。 （2）混合气的浓度要适当，即混合气的浓度要在
不变）
面容比大，经济性较差，启动性差（传热和流动损失大，装电热塞）
涡流室式燃烧室
1）预燃室式燃烧室
混合气形成：空间雾化混合为主。一般采用轴针 式喷油器。
主要特点：
喷雾质量要求不高（预燃室形成强的紊流和二次喷射的燃
烧涡流形成混合气）。
ΔP/ΔΦ较小，工作柔和。 空气利用率高，α值可较小。 变工况适应性好，对转速不敏感。 NOx排放低 启动性差，面容比较大，经济性差 低速噪声（惰转噪声）大(预燃室气体速度低，油束贯穿力大，
内燃机原理第六章 燃烧的基础知识
作用于液滴表面张力
We
液滴张力
a d0 u2
a —周围空气密度，kg/m3；
u —气液两相间的相对速度，m/s；
—液体表面张力，N/m；
d0 —液滴直径，m。
We
破碎可能性 汽、柴油：Wec 10 ~ 14
液滴最大直径：d 0 m a x
Wec a u2
强化燃料雾化的方法：
提高燃烧室内的空气压力——增大周围空气密度； 提高燃料喷射压力——增大液滴的相对速度；
一、湍流（紊流，Turbulence）定义 流速大小和方向无规则变化的微元气体流动。
湍流影像
进气流场
压缩湍动能
二、湍流特征参数 ➢湍流强度
脉动速度uT 瞬时速度u
平均速度U
速度
曲轴 转角
ICE在第i个循环、曲轴转角为 φ时的瞬时湍流速度：
u(,i) U (,i) uT (,i)
集总平均速度：
➢高能点火可以拓宽着火极限
二、火焰的传播
已燃气体
火花
火焰前锋面
vL
气缸 未燃气体
火焰层厚度
未燃气体
预热区
反应区 已燃气体
混合气浓度
混合气温度
反应速度
燃烧速率：
dm dt
vL
FL
m
m —混合气质量 FL —火焰前锋表面积 m —混合气密度
燃烧放热速率：
dQB dt
vL FL m Hum
甲醇
提高燃烧室内空气温度——减小液滴表面张力。
一、喷雾特性
贯穿距离
喷雾特性 喷雾锥角
➢贯穿距离
喷雾粒径
要求：足够的距离，穿过火焰，防止“火包油”
孔式喷油器贯穿距离计算方法：
第六章：柴油机燃料供给系统
1)发火性：指柴油的自燃能力，用十六烷值评定。 柴油的十六烷值大，发火性好，容易自燃。国家标 准规定轻柴油的十六烷值不小于45。 (45-55为宜)
柴油及其使用性能
汽车构造
2)蒸发性：指柴油蒸发汽化的能力，用柴油馏出 某一百分比的温度范围即馏程和闪点表示。比如， 50％馏出温度即柴油馏出50％的温度，此温度越 低，柴油的蒸发性越好，混合气形成速度就越快， 易完全燃烧。但蒸发性过高，则会使全部柴油迅 速燃烧，缸内压力急剧升高，柴油机工作粗暴。 闪点低，蒸发性好。
空间雾化混合
油雾的形成 燃料以高压、高速从喷油器以 圆锥形的油束喷出，由于受到 高密度空气的摩擦阻力作用， 被分裂为许多油线进而成为油粒。
空气的运动促进混合 将燃油喷成雾状油束是混合气 形成的第一步，其次是使油粒
分布得更均匀。
汽车构造
空间雾化混合
汽车构造
最有效的措施：空气运动 多采用两种办法:（l）使进气产生涡流;（2）产生挤压涡流
油膜蒸发混合
它是将柴油喷向球形油膜燃 烧室的壁面上,在强烈地空气 涡流作用下,燃油的大部分 (95%)形成油膜.由于油束贯 穿空气和室壁的反射,必然有 少量油粒（5％）悬浮在空间， 形成着火源。油膜在热能作 用下，逐层蒸发、逐层卷走、 逐层燃烧，产生了燃气涡流， 其燃烧速度是前期慢、后期 快，使燃烧过程加速进行到 终点。
混合气的形成（空间雾化混合或油膜蒸发混合）、 点火和燃烧方式不同于汽油机;
柴油机的a＞1，燃烧充分，排气污染小；
柴油机的喷油泵与喷嘴制造精度要求高，所以成本 较高;
柴油机工作粗暴，振动噪声大；柴油不易蒸发，冬 季冷车时起动困难;
排气噪声大，颗粒排放严重，废气中含SO2多
柴油及其使用性能
柴油及其使用性能
汽车构造
2)蒸发性：指柴油蒸发汽化的能力，用柴油馏出 某一百分比的温度范围即馏程和闪点表示。比如， 50％馏出温度即柴油馏出50％的温度，此温度越 低，柴油的蒸发性越好，混合气形成速度就越快， 易完全燃烧。但蒸发性过高，则会使全部柴油迅 速燃烧，缸内压力急剧升高，柴油机工作粗暴。 闪点低，蒸发性好。
空间雾化混合
油雾的形成 燃料以高压、高速从喷油器以 圆锥形的油束喷出，由于受到 高密度空气的摩擦阻力作用， 被分裂为许多油线进而成为油粒。
空气的运动促进混合 将燃油喷成雾状油束是混合气 形成的第一步，其次是使油粒
分布得更均匀。
汽车构造
空间雾化混合
汽车构造
最有效的措施：空气运动 多采用两种办法:（l）使进气产生涡流;（2）产生挤压涡流
油膜蒸发混合
它是将柴油喷向球形油膜燃 烧室的壁面上,在强烈地空气 涡流作用下,燃油的大部分 (95%)形成油膜.由于油束贯 穿空气和室壁的反射,必然有 少量油粒（5％）悬浮在空间， 形成着火源。油膜在热能作 用下，逐层蒸发、逐层卷走、 逐层燃烧，产生了燃气涡流， 其燃烧速度是前期慢、后期 快，使燃烧过程加速进行到 终点。
混合气的形成（空间雾化混合或油膜蒸发混合）、 点火和燃烧方式不同于汽油机;
柴油机的a＞1，燃烧充分，排气污染小；
柴油机的喷油泵与喷嘴制造精度要求高，所以成本 较高;
柴油机工作粗暴，振动噪声大；柴油不易蒸发，冬 季冷车时起动困难;
排气噪声大，颗粒排放严重，废气中含SO2多
柴油及其使用性能
内燃机原理第六章-燃烧的基础知识
一、燃烧现象
燃烧过程（氧化过程）—着火阶段+燃烧阶段 ➢着火阶段 可燃混合气在一定压力、温度和浓度
反应速度
下，氧化反应突然加速，并出现火焰
的现象。 着火阶段——滞燃期
➢燃烧阶段
燃烧
滞燃期 i
着火后燃料与氧化剂剧烈放热的氧化反应。
ICE属周期性非稳定燃烧过程，燃烧持续期10-20ms, 着火过程只有0.3-0.03ms，滞燃期对性能影响大。
二、燃烧分类
固相燃烧：氧化剂在燃料表面的氧化反应
燃烧
预混合燃烧：燃料与氧化剂按一定比例混合
气相燃烧
扩散燃烧： 燃料与氧化剂彼此分离
层流预混合燃烧
层流扩散燃烧
紊流扩散燃烧
着火延迟
火焰按准球面传播
SI-ICE燃烧
油束外围燃烧
多区域同时着火燃烧
CI-ICE燃烧
HCCI（柴油）燃烧
两种燃烧方式对比
燃烧速度 混合气浓度 裂解
火花点火过程和湍流火焰 四、液体燃料的雾化和喷雾特性 五、油滴的蒸发和燃烧
单个油滴和油滴群的蒸发和燃烧 六、燃烧放热规律
放热速率和累积放热率
高电压（300～500V），低电流，温度3000K。 ➢火核形成
（二）点火能量 Eb Eb 30 ~ 50 mJ
过大
电极间隙 Sb 过小
Eb 50 mJ——高能点火
极间混合气多
Eb 大
电极散热快
Eb 大
Sbopt
Sb 0.6 ~ 0.8 mm
➢a 1.0 时，Eb 最小
➢每个 Eb 存在混合气的浓稀极限
作用于液滴表面张力
We
液滴张力
a d0 u2
a —周围空气密度，kg/m3；
柴油机混合气形成和燃烧
.
11
三、柴油机的有害排放物和振动噪声
CO和HC的生成机理与汽油机相同，但a>1，缝隙激冷效应
小，故其排放小。 柴油机有害排放物：NOx, PM, 且二者矛盾。 CO2 1) NOx的生成机理:
根据燃料及其混合气形成方式分为： 热力NO(Themal NO)和快速NO（Prompt NO） ➢ 热力NO产生条件：高温、富氧、滞留时间汽油机
适应高效率低排放燃烧方式的要求
.
26
二、喷射雾化和油束特性
➢ 喷雾(油束)特性取决于喷油器的结构、喷射压力和背压， 是影响混合气形成的主要因素
➢ 油束特性：用几何形状和雾化质量评价
几何形状：贯穿距离L ；贯穿率和喷雾锥角或B
贯穿率：油束射程与喷 孔出口沿喷孔轴线到达 燃烧室壁面的距离的比
核心部分液滴 密集，速度高
.
粒径分布
粒子直径/nm
15
高温：在预混合火焰温度2000~2400K范围内出现峰值； 在
扩散火焰区缺氧
实验结果
未氧化PM。
由 HC
向碳烟
的转换
T>2400K时：PM
率
计算结果
C原子不易凝聚；
已形成的碳烟氧化。
急速加热到1700K以上 时，聚乙炔及碳蒸汽成 为中间产物而生成碳烟
➢危害：致癌物；大气可见度
喷射压力与供油压力有关; 但非线性关系，不可控。
.
30
直列泵
VE型分配泵： 一个柱塞，与固定
在一起的端面凸轮 盘一同旋转
调速手柄
调速套筒 飞锤 燃油入口
停车 调速弹簧 手柄
流回油箱
溢流节流孔
张力杠杆 断油阀
供油量控制：通过驾驶 调 压 阀 员/调速器调节油量控制
第6章 汽油机燃油系统
6.3.2
电控式燃油系统的工作过程
燃油箱内的汽油被电动汽油泵吸出 并加压至350kPa左右，压力燃油经汽油 滤清器滤去杂质后，被送至发动机上方 的分配油管。
分配油管与安装在各缸进气歧管上 的喷油器相通。 喷油器是一种电磁阀，由发动机电 控系统的计算机（又称ECU）控制。 通电时喷油器开启，压力燃油以雾 状喷入进气歧管内，与空气混合，在进 气行程中被吸进气缸。
图6-17 喷油器的安装位置
当ECM使电磁线圈通电时，便产生磁力， 将衔铁和针阀吸起，打开喷孔，一定压力的燃 油经针阀头部的轴针与喷孔之间的环形间隙高 速喷出，并被粉碎成雾状，与空气混合，在进 气行程中被吸入气缸（见图6-18）。
图6-18
1—针阀
喷油器
2—衔铁 3—插头 4—进油口 5—电磁线圈 6—喷孔
图6-13 叶轮式电动汽油泵
电动汽油泵在运转时，转子周围小槽 内的燃油跟随转子一同高速旋转。 由于离心力的作用，使燃油出口处油 压增高，同时在进口处产生一定的真空， 使燃油经过入口的滤网被吸入油泵，加压 后经过电动机周围的空间由出口泵出。
油泵出口处有一单向阀，在油泵不工作 时阻止燃油倒流回油箱，以保持发动机停机 后的燃油压力，便于再次起动。 其最大泵油压力较高（可达600kPa以 上），若因汽油滤清器堵塞等原因使油泵出 口一侧油压过高，与油泵一体的限压阀即被 顶开，使部分燃油回到进油口一侧，以保护 电动汽油泵。
（5）暖机工况
在暖机工况下，为保证发动机能稳 定运转，应提供足够浓的混合气。 随着发动机温度逐渐升高，混合气 浓度应逐渐减小，直至达到热车后正常 稳定怠速所要求的浓度为止。
（6）加速工况
由于汽油的运动惯性比空气大，其 雾化和蒸发也需要一定的时间，为保证 进入气缸的混合气不至于瞬时变稀，使 发动机的转速和功率能迅速增大，应在 节气门急剧开大的过程中，向进气管内 多供入一些汽油，以及时加浓混合气， 满足发动机加速的需要。
燃烧学-第六章
二、雾化方式和喷嘴
• 按照油的雾化机理，工程上油的雾化方式分为：压力式、旋 转式和气动式等。前两种又称为机械式雾化。如下图所示。
压力式雾化喷嘴
压力式雾化喷嘴又称为离心式机械雾化器。它可以用在航空喷气发动机、 燃气轮机、柴油机以及锅炉和工业窑炉上。 燃油在高压下通过雾化片的特殊机械结构将燃油雾化，通过喷油嘴喷出。 按该原理工作的雾化器有：直流式、离心式和转杯式
中间直径法（d50）
是一个假定液滴的直径，即液雾中大于或小于这一直径的两部分 液滴的总质量相等。
索太尔平均直径法（dSMD）
设在特定的液滴群中的滴数为N0 ，且所有液滴的直径都等于
dSMD，而这些液滴的总体积与总面积之比正好等于实际液滴群的总
体积与总面积之比。
18
（2）雾化角
出口雾化角
19
（3）燃料的流量密度分布 单位时间内通过与燃料喷射方向相垂直的单位截面上燃 油质量沿半径的分布规律。
20
（4）喷雾射程 喷嘴水平喷射时，油雾液滴丧失水平方向动能的行程。 不同直径油粒的射程也不同。射程取决于轴向速度和颗 粒度。射程的大小影响火焰长度。
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（5）雾化均匀度 积分表示法 将大于某一直径d的所有液滴的质量占全部液滴质量的 百分数表示成液滴直径的函数。 微分表示法 将直径在d和d＋Δ d之间的所有液滴的质量占全部液 滴总质量的百分数表示成液滴直径的函数。
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四、雾化燃烧－－重点
1.过程：
破碎 雾化器 液体 小液滴 悬浮 边蒸发边燃烧
燃料的蒸发表面积增加 上千倍
燃烧速度加快
2.关键问题：－－雾化 （1）雾化方式：据液体燃料的蒸发性定 不易蒸发的液体－－喷嘴雾化 （2）易蒸发的液体－－汽化器
发动机燃烧着火过程
4．后燃期 从缓燃期终点D到燃料基本燃烧完毕（累计放热率 X>95%）的E点称为后燃期。由于柴油机混合气形成时间 短，油气混合极不均匀，总有一些燃料不能及时燃烧，拖 到膨胀期间继续燃烧，特别是在高负荷时，过量空气少， 后燃现象比较严重。后燃期内的燃烧放热，由于远离上止 点进行，热量不能有效利用，并增加了散热损失，使柴油 机经济性下降。此外，后燃还增加了活塞组的热负荷以及 使排气温度升高。 因此，应尽量缩短后燃期，减少后燃所占的百分比。 柴油机燃烧时，空气是过量的，只是混合不匀造成局部缺 氧。因此，加强缸内气体运动，可以加速后燃期的混合气 形成和燃烧速度，而且会使碳烟及不完全燃烧成分加速氧 化。
若能保证汽油机正常工作，着火落后期的长短对汽油 机性能影响不大，这一点与柴油机不同，因为汽油机性能 主要取决于何时着火而不是何时点火。 对着火落后期的要求主要是要稳定并尽可能短。稳定 是指每循环中的 ϕi长短不要离散过大，这就使B点的位置 相对稳定，由此使最高燃烧压力pmax所对应的角度相对稳 定，发动机循环波动率（见后述）不致于过大。所谓 ϕi尽 可能短是因为，过长会使ϕ i 的大小不稳定。考虑到pmax 出 现在上止点稍后为最佳时刻，一般使B点出现在上止点前 12-15 °较为合适。
1） 汽油机的点火提前规律 对于汽油机，最佳θig角将随转速的上升而加大，称为 转速提前；而又随进气管真空度的上升（负荷下降）而加 大，称为真空提前。图6-6 表示了最佳θig在n及负荷变化时 的变化规律。这是因为，在节气门开度不变时，各个转速 的着火落后期均变化不大。但转速上升后，相同落后期所 占的转角将正比增加，于是高转速时的着火落后角显著加 大。为保证最大压力点相位大致不变，必定要加大θig角。 在转速不变时，随着节气门的减小，进气管真空度上升， 残余废气系数φr将加大，使得燃烧速度下降。这样，着火 落后期和燃烧持续期都加大，就要求点火提前以保证加热 中心接近上止点位置。 化油器式汽油机设有机械的转速和真空提前装置来保 证上述要求。电控汽油喷射机型则直接靠点火提前角的 MAP图来加以精确控制。
简述柴油机混合气的形成和燃烧过程的主要特点
简述柴油机混合气的形成和燃烧过程的主要特点
柴油机混合气的形成和燃烧过程的主要特点如下：
1. 混合气形成：柴油机燃烧采用的是直接喷射燃油的方式，燃油通过喷油嘴喷入到气缸内，然后与空气混合形成混合气。
相比汽油机的预混合气形式，柴油机的混合气是在气缸内形成的。
2. 混合气浓度高：柴油机的混合气浓度通常较为高，可达到14：1到25：1。
这是因为柴油机所使用的燃油具有较高的能
量密度，可以同时实现更高的压缩比和更高的燃烧温度。
3. 自燃点高：柴油机的混合气具有较高的自燃点。
由于混合气浓度高和燃油的特性，混合气需要达到一定的温度才能自发燃烧。
这有助于控制燃烧过程，防止发动机产生异常燃烧。
4. 点火方式不同：柴油机的燃烧是通过压燃来实现的，而非火花点火。
燃油喷入气缸后由于高压和高温的作用，使得燃油迅速氧化分解，产生大量的热量和高压气体。
然后，由于压燃的作用，燃料自燃并瞬间燃烧。
5. 燃烧时间长：相比于汽油机的快速燃烧，柴油机的燃烧过程时间较长。
这是因为在柴油机燃料的压燃条件下，燃烧速度较慢，需要一定时间来完成。
6. 黑烟排放：由于柴油机燃烧的特性，其排放中容易产生黑烟。
黑烟是不完全燃烧的产物，主要由碳颗粒组成。
为了减少黑烟排放，需要控制燃烧过程，提高燃烧效率。
总体而言，柴油机混合气的形成和燃烧过程具有混合气浓度高、自燃点高、点火方式不同、燃烧时间长和黑烟排放等特点。
这些特点决定了柴油机在燃烧效率、功率输出和排放控制等方面与汽油机有着不同的特性。