第四节 可燃混合气的形成
柴油机可燃混合气的形成
柴油机可燃混合气的形成一、前言柴油机是一种利用压燃混合气燃烧的内燃机，与汽油机相比，其燃料为柴油，且没有点火系统。
在柴油机中，可燃混合气的形成过程十分重要，因为它决定了发动机的工作效率和排放物质的产生量。
本文将详细介绍柴油机可燃混合气的形成过程。
二、柴油喷射系统柴油喷射系统是柴油机中实现燃料喷射和混合气形成的关键部件。
其主要由高压泵、喷嘴、压力调节器和喷雾器等组成。
高压泵将柴油加压到高压状态，并通过喷嘴将其喷入气缸中，在高温高压下与空气混合形成可燃混合气。
三、空气滤清器空气滤清器是防止空气中杂质进入发动机的装置。
它通常采用纸质或聚酯纤维等材料制成，可以有效地过滤掉空气中的灰尘、颗粒物和其他污染物质，保证发动机的正常运行。
四、进气道进气道是将空气引入发动机的通道，其内部通常包括空气滤清器、节流门和增压器等部件。
空气首先通过空气滤清器被过滤，然后经过节流门控制进气量，并最终通过增压器增加压力，以提高可燃混合气的密度和温度。
五、喷油嘴喷油嘴是柴油喷射系统中的核心部件之一。
它通过高压泵将柴油喷入气缸中，在高温高压下与空气混合形成可燃混合气。
喷油嘴的结构和工作原理对可燃混合气的形成和燃烧过程有着重要影响。
六、燃料过滤器燃料过滤器是防止柴油中杂质进入发动机的装置。
它通常采用纸质或聚酯纤维等材料制成，可以有效地过滤掉柴油中的杂质和水分，保证发动机的正常运行。
七、可燃混合气的形成过程在柴油机中，可燃混合气的形成过程可以分为以下几个阶段：1. 空气进入气缸：空气首先通过空气滤清器和进气道进入发动机的气缸中。
2. 压缩空气：随着活塞向上运动，空气被压缩并加热。
这使得可燃混合气的密度和温度都得到了提高。
3. 燃油喷射：当活塞接近顶死点时，喷油嘴开始将柴油喷入气缸中。
柴油在高温高压下迅速雾化，并与空气混合形成可燃混合气。
4. 燃烧过程：当柴油与空气混合后，它们会在高温高压下自燃并产生爆发式反应。
这将产生大量的能量，并推动活塞向下运动，从而驱动发动机工作。
第三章第4节 可燃混合气的形成
分隔式
涡流室 复杂
空间雾化 为主
预燃室 复杂
空间雾化
压缩涡流
要求较低 轴针式 10～15 大 难 16～20 低 <5000 <100
燃烧涡流
要求低 轴针式 8～13
最大 最难 18～22
低 <3500 160～200
要求高 多孔6～12
20～40 小
容易 12～15
高 <1500 >200
半开式
一般 空间雾化 为主（进气
涡流） 进气涡流
较强 要求较高 多孔4～6 18～25
较小 较易
16～18
高 <4000 <150
球形 一般
油膜蒸发
进气涡流 最强 一般
单孔或双孔 17～19 较小 难 17～19 较低 <2500 90～130
室壁面上，靠强烈的进气涡流将燃油在燃烧室壁面上摊布成
一层很薄的油膜，油膜受热逐层蒸发并与空气混合。
优点:燃烧柔和、无烟。
但是对空气涡流要求较高，适用于半开式(或球形)燃烧
室的小型高速柴油机。
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二、影响混合气形成的因素
燃油 雾化质量
影响可燃混合 气形成的因素
燃烧室内空气 涡动情况
压缩终点 气缸热状态
优点：工作柔和，燃烧噪声
小，排烟少，过量空气系数
小，对燃油品质适应性强。
缺点：起动性能差（燃油雾
化差），变负荷性能差，高
低速运转性能差别大，在大
缸径上应用困难。
仅限于某些小型高速柴油机。
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4、涡流室式燃烧室（主、副燃烧室）
燃油全部喷入副燃烧室， 空气沿通道进入副燃烧室， 形成可燃混合气并燃烧。
说明化油器发动机可燃混合气的形成过程
说明化油器发动机可燃混合气的形成过程引言：化油器发动机是一种常见的内燃机，它通过将汽油和空气混合形成可燃混合气，从而实现能量的释放和驱动车辆运行。
那么，化油器是如何将汽油和空气混合成可燃混合气的呢？本文将详细介绍化油器发动机可燃混合气的形成过程。
一、汽油的供给化油器是将汽油喷射到空气中形成可燃混合气的关键设备。
首先，汽油从燃油箱中通过燃油泵被送至化油器。
化油器内部有一个燃油喷嘴，它通过喷孔将汽油雾化成微小颗粒，并喷入到空气流中。
二、空气的供给空气是化油器发动机中重要的组成部分，它与汽油混合后形成可燃混合气。
化油器通过进气管将外部空气引入到内部，与喷入的汽油进行混合。
在进气管中，还有一个蝶阀调节空气的供给量。
当踩下油门时，蝶阀打开，增加空气的进入量；当松开油门时，蝶阀关闭，减少空气的进入量。
通过这样的调节，化油器可以根据发动机的工作状态来控制空气的供给量。
三、汽油和空气的混合在化油器内部，汽油和空气经过混合室进行混合。
混合室是一个特殊的空间，它利用汽油的喷射和空气的进入，使两者充分混合。
在混合室中，汽油颗粒与空气分子发生碰撞和混合，形成可燃混合气。
混合室内部还设有一个浮子，用于控制汽油的供给量，保持混合气的浓度稳定。
四、混合气的调节化油器发动机中，混合气的浓度需要根据不同工作状态进行调节。
在冷启动时，发动机需要更多的燃料来提供额外的能量，此时化油器会增加汽油的供给量，使混合气浓度增加。
而在高速行驶时，发动机需要更多的空气来提供动力，此时化油器会减少汽油的供给量，使混合气浓度降低。
化油器通过浮子和蝶阀等机械装置来实现混合气的调节。
五、可燃混合气的形成经过汽油和空气的供给、混合和调节，化油器最终形成了可燃混合气。
这种混合气具有适当的汽油和空气比例，可以在汽缸中被点燃和燃烧，释放能量。
当发动机工作时，可燃混合气被喷入到汽缸中，经过压缩和点火后，燃烧产生高温高压气体，推动活塞运动，驱动发动机正常工作。
六、小结化油器发动机可燃混合气的形成过程是一个复杂而精密的过程。
第四节 可燃混合气的形成
第四节可燃混合气的形成可燃混合气：指由气态燃油与空气组成的一种混合气，其组成和状态应保证它易于在气缸内发火燃烧。
可燃混合气的形成的影响因素缸内气体流动、燃油的雾化质量、燃烧室形状一、缸内气体的流动1．进气涡流在进气过程中形成的绕气缸中心线有组织的定向气流运动2．挤压涡流在压缩行程的后期，活塞顶表面和气缸盖靠近时所产生的径向或横向气流运动，简称挤流。
3．湍流在气缸中形成的无规则的气流运动称为湍流。
二、可燃混合气形成方法1．空间雾化混合空间雾化混合：可燃混合气是在燃烧室空间形成的。
要求：燃油必须喷射到燃烧室空间并与燃烧室形状相适应船用大、中型柴油机：主要依赖于燃油的喷雾（又称为油雾法），而较少依赖空气运动。
中小型高速柴油机：主要依赖于空气涡动（又称涡动法），而较少依赖燃油喷雾表3—1 两种混合方式的特点比较空间雾化混合油膜蒸发混合1．大部分燃料喷散雾化，并分布到空气中2．燃料在空气中是细小油滴3．细小油滴与热空气混合，形成不均匀的混合气（气、液相混合），然后小油滴在高温下蒸发。
4．在着火延迟期间形成的可燃混合气数量较多，多处着火5．燃烧开始时的放热速率很高，以后逐渐减慢1．利用强烈的空气旋流将大部分燃料涂布于壁面上2．燃料在壁面上形成油膜3．油膜受壁温影响在较低温度下蒸发，然后燃料蒸汽与空气混合，形成均质混合气（气相混合）4．散布在空气中的少量雾化燃油局部着火5．初期放热速率不高，随着燃烧的进行，火焰辐射使蒸发加强，加上热力混合作用，中后期的燃烧速率很高2．油膜蒸发混合 油膜蒸发混合：把大部分燃油（约占95%循环喷油量）喷到燃烧室表面形成薄油膜。
在燃烧室中强烈的空气涡流下，油膜逐层蒸发并与空气混合成可燃混合气。
三、燃烧室1．开式燃烧室开式燃烧室是由气缸盖底面、活塞顶面及气缸壁面形成的统一空间（图3—22）开式燃烧室混合气形成的特点：（1）形状简单、结构紧凑、相对散热面小、热损失小。
具有良好的起动性和经济性。
汽车构造 第四章 汽油机供给系
2．可燃混合气成分对发动机性能的影响（图4-4）
因为α >1时混合气中，有适量较多的空气，正好满足完全燃烧的条 件，此混合气称为经济混合气，对于不同的汽油机经济混合气成分 不同，一般在 α =1.05～1.15 范围内。当α 大于或小于1.05～ 1.15时，be（油耗率）↑，经济性变坏。 当α = 0.88时，Pe最大，因为这种混合气中汽油含量较多，汽油分 子密集，因此，燃烧速度最高，热量损失最小，因而使得缸内平均 压力最高，功率最大，此混合气称为功率混合气。对不同的汽油机 来说，功率混合气一般在 α =0.85～0.95 之间。 α >1.11的混合气称为过稀混合气，α <0.88的混合气称为过浓混合 气，混合气无论过稀过浓都会使发动机功率降低Pe↓，耗油率增加 be↑。
α
∆Ph/kPa
现在让我们看看简单化油器特性。
节气门由小→大，混合气由稀变浓α ↓ 怠速时也供给稀混合 气，与理想化油器特性截然相反，这就与发动机实际工作的要求发 生也矛盾，它只能满足汽油机的一种工况，而其它工况都不适应， 因此，简单化油器在车用汽油机上不能使用。
为了解决这一矛盾，在现代化油器结构上，采用了一系列自动 调配混合气浓度的装置，其中包括主供油系统、起动系统、怠速系 统、大负荷加浓系统（省油器）和加速系统，以保证车用汽油机在 各种工况下都能供给适当浓度的可燃混合气。
（3）全负荷工况-要求发出最大功率Pemax，α =0.85～0.95量多.
汽车需要克服很大阻力（如上陡坡或在艰难路上行驶）时，驾驶员 往往需要将加速踏板踩到底，使节气门全开，发动机在全负荷下工 作，显然要求发动机能发出尽可能大的功率，即尽量发挥其动力性， 而经济性要求居次要地位。故要求化油器供给Pemax时的α 值。
汽油机供给系统
第一种和第二种 • 产品变型号 • 举例： CAH101、EQH101、BJH201A、
BSH101
第六节 典型化油器构造
• EQH101 • CAH101 • BJH201A
EQH101化油器
• 类型：单腔、下吸式、三喉管、平衡式浮子室
• 构造：
柱塞、推杆、气道、 加浓阀、弹簧
• 工作：
a.当气道处的压力 降低，柱塞被弹簧 压下，压开加浓阀； b.汽油从浮子室加 浓阀，经加浓量孔， 从主喷管喷出.
真空式加浓
• 特点
a.与节气门下方真空 度有关（节气门开度 和转速） b.加浓时机不稳定
• 调整
调整弹簧的张力 a.弹簧张力加大，加 浓时机提前 b.弹簧张力减弱，加 浓时机推迟
主供油装置
• 构造
主量孔、主喷口、喉 管、功率量孔、主空 气量孔、泡沫管
• 工作油路
从浮子室出油口经主 量孔到功率量孔再经 过泡沫管泡沫化从主 喷口喷出
泡沫管垂直设置可防 止汽车倾斜时汽油溢 出
怠速装置
• 构造：怠速油量孔、第一怠速空气量孔、第二 怠速空气量孔、怠速喷口、怠速过渡喷口、怠 速调整螺钉、怠速油道、节气门调整螺钉
• 工作原理
• 泵油过程
a.偏心轮顶动摇臂，弹 簧压缩，膜片下拱， 上方容积增大，压力 降低，出油阀关，进 油阀开，吸油
b.偏心轮转过摇臂，弹 簧伸张，膜片上拱， 上方容积减小，压力 增大，进油阀关，出 油阀开，泵油.
• 油量自动调节
耗油量降低，泵腔内残余油 压升高=膜片弹簧力，膜 片停止上行，上拱行程减 小，供油量减小。
• 简单化油器的组成
6柴油机的混合气形成与燃烧
① 提高过量空气系数 ② 组织气缸内气体运动
二、燃烧过程存在的问题
2．燃烧噪声
产生原因
柴油机的压缩比高，混合气几乎同时燃烧，急 剧升高的压力，直接使燃烧室壁面及活塞、曲 轴等机件受冲击，产生强烈振动，并通过气缸 壁传到外部，从而形成燃烧噪声。
解决措施
缩短滞燃期，减少滞燃期的喷油量，抑 制滞燃期中混合气的形成，是减轻噪声的主 要途径。
柴油机均在α>1的条件下工作，使柴油机容积利用 率这是其比质量，升功率不如汽油机的原因之一。
4、补燃期
定义：是从气缸内出现最高燃烧温度起，到燃烧
基本结束为止的一段时间，以曲轴转角表示。
特点：
时间短促，混合气不太均，对经济性不利。 后燃还增加了有关零部件的热负荷。 补燃期的终点很难准确地确定。
造成二者区别的原因： I. ①燃油的可压缩性，使系统内产生压
力波的传播；高压油管的弹性变形引 起容积的变化； II. ②压力波的往复反射和叠加的作用。
三、不正常喷射现象和穴蚀
（l）二次喷射现象：既在喷射终了喷油器
针阀落座以后，在压力波动的影响下再次升起 喷油的现象。
危害：
①压力低雾化不良，燃烧不完全，碳 烟增多，易引起喷孔堵塞；
图4-1 空气运动对混合气形成的影响
(1)空间雾化混合
说明：
喷注着火后，旋转的气流将燃烧产物吹 走，并及时向未燃烧完的油滴提供新鲜 空气，提高空气利用率，加速混合气的 形成和燃烧。
气缸内的涡流运动并非越强越好。涡流 过强，过强会使燃烧产物与相邻的喷注 重叠，从而影响燃烧，同时使进气阻力 加大，充量系数下降。
4．有害的废气成分
NOx是柴油机废气中主要有害成分。其生成 量 应取进决行于时反的应温物度N，2以、及02反、应O进、行N的的浓时度间，长反短。 因此，为降低NOx 生成量，必须降低火焰 高峰温度、缩短空气在高温下停留的时间， 减少过量空气系数等。
柴油机可燃混合气的形成与燃烧室
4）、预燃烧室式燃烧室 容积约为燃烧室总面积的25%--
45% 主、副燃烧室之间用一个或几个小孔相连
5）、分隔式燃烧室特点： 靠强烈的空气运动形成混合气，对喷油系统
要求不高，运转平稳，废气排放少，但油耗 大，起动性差，近来有被直喷式取代的趋势
3、可燃混合气形成和燃烧的四个阶段 1）、备燃期 2）、速燃期 3）、缓燃期 4）、后燃期
4、影响燃烧过程的因素，主要有： 燃料性质、压缩比、混合气的形成，燃 烧室结构、喷油规律与喷油提前角等
5、为了改善混合气形成条件 1）、选用十六烷值较高的柴油 2）、采用较高的压缩比，促进柴油蒸发 3）、可燃混合气的浓度要求较稀 φa一般在1.15---2.2之间 4）、喷油压力要高，一般在10— 12Mpa以上 5）、在燃烧室内组织强烈的空气运动， 促进柴油和空气混合
缺点：喷油压力高（17—22Mpa），
偶合件加工精度高，喷油器ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ径小，易堵塞 工作粗暴 4）、球型燃烧室
优点：工作柔和，有较高的动力性和经济性 喷油器压力较低
缺点：不易起动 5）、由于热损失少，结构紧凑、简单，经济
性好等原因，直喷式燃烧室应用的越来越多
2、分隔式燃烧室
1）、分隔室式燃烧室由主、副两部分燃烧室 组成在气缸盖中的部分为副燃烧室
二、燃烧室 可燃气的形成品质和燃烧性能与燃烧室
结构密切相关 车用柴油机燃烧室可分为两大类：直接
喷射式燃烧室和分隔式燃烧室
1、直接喷射式燃烧室 1）、特点：凹形活塞顶与气缸盖底面包围的
空间几乎全部燃烧室容积都在活塞顶面上 2）、按活塞顶面形状不同，可分为W型和
球型 3）、W型燃烧室
优点：形状简单，易加工，结构紧凑，热 效率高，起动性能
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来说，是关键因素） --燃烧室内空气涡动状态（对中小型机
来说，是关键因素） --压缩终点时压缩温度与压缩压力。 --燃烧室形式，与空气涡动状态关联。
二、缸内空气涡流的形式与作用
柴油机气缸内空气绕气缸轴线有规则的流 动
1空气涡动的形成
©球形 其他：w、半球形、三角形
混合形式：油膜蒸发混合法，一方面利用 喷雾，另一方面利用进气涡流和挤压涡流。
优点：经济性好，过量空气系数较 小，燃烧室工作柔和、热负荷、机 械负荷较小
缺点：变负荷性能差，高低速运转 性能差 主要用于小型高速柴油机
3.涡流室式燃烧室
组成：主、副两室，主室为压缩 室（余隙容积），副室（涡流室） 设在气缸盖内，呈球形或圆柱形。 以切向通道连通。如图所示，在 柴油机的压缩行程主室中的空气 被压缩并沿切向通道进入涡流室 形成强烈旋转气流，而燃油则在 压缩行程末期顺着气流方向全部 喷入涡流室。发火、燃烧之后， 压力升高，燃气带着油气充入主 室与室内空气完全混合和燃烧。
（4）燃烧涡流：在 预燃室式燃烧室中才 有。见右下图。
2.空气涡流的作用
在燃烧室中空气涡流对混合气形成的作用 Байду номын сангаас要是：
（1）可促使油束分散，增大混合范围
空气的涡流可让油束外围的细小油粒偏向 空气涡流轨迹，涡流越强，气流对油束的 吹散作用越大，即加速燃前混合
（2）热混合作用
在发生燃烧后，空气涡流可使新鲜空气与 燃气在密度作用下发生分离运动。小的燃 气向燃烧室中心运动，大的空气被挤到燃 烧室外缘。以促进与未燃燃油混合。
混合形式：利用涡动法（压缩涡动）。对 燃油喷射系统要求有所降低，采用孔径较 大的单孔喷油器和很低的喷射压力（1215MPa)
优点：工作平稳、有害气体排放少、 对燃油及其雾化不敏感 缺点：结构复杂、启动困难、油耗 增加，（为了改善起动性能，装有 电热塞3和保温块2） 主要用于小型高速机
4.预燃室式燃烧室
组成：主、副两室。主室为压缩室； 副室设在气缸盖内位置居中，称为预 燃室，形似瓶状。以单孔或多孔直通 道相连。如图3-9所示。
主要依赖燃烧涡流形成混合气，在柴 油机的压缩行程中主室的空气被压缩 并经小孔被挤压向预燃室，产生强烈 紊流；在压缩行程末期燃油全部喷入 预燃室，开始初步燃烧；最后高温高 压燃气戴着油气喷入主燃烧室并在其 中产生强烈的气流运动，完成充分混 合和燃烧
一、混合气的形成方法
2油膜蒸发混合（仅适用于球形燃烧室的小型 高速机）
--燃油喷到燃烧室表面形成油膜，然后受热蒸 发，空气涡流下形成可燃混合气。
--未广泛使用。 3两者兼有。在高速小型机上，喷到燃烧室表
面上的以油雾法发火，之后以油膜蒸发混合法。 可称雾化油膜混合法。
一、混合气的形成方法
三.燃烧室
根据混合气形成及燃烧室结构特点分为： 1.直接喷射式燃烧室（燃油直接喷射到
燃烧室中） 开式和半开式燃烧室 2.分隔式燃烧室（燃油不直接喷射到主
燃烧室中） 涡流室和预燃室燃烧室
1.开式燃烧室
定义：由气缸盖地面、活 塞顶面及气缸壁面形成的 统一空间。
（a)为平顶活塞、倒钟形 气缸盖，用于大型二冲程 弯流扫气。
（b)为浅盅形凹顶活塞、 倒盅形气缸盖，用于大型 二冲程气阀-气口直流扫气
©和(d)分别为浅盘形和浅w
形活塞顶、平底气缸盖， 用于大、中型四冲程
混合方式：油雾法形成可燃混合气。依靠 多孔高压喷射而较少依赖空气涡流
优点：结构紧凑、形状简单、相对 散热面小、热损失小、无气体流动 损失，具有良好的起动性和经济性
预燃室和涡流室同属于分开式燃烧室
前者以燃烧涡流为主形成混合气 后者以压缩涡流为主形成混合气 工作特点和优缺点均相同。
（1）进气涡流：进气动能+结构措施
结构措施有：四冲程机上--带导气屏的 进气阀、切向进气道、螺旋进气道；二 冲程机上--切向倾斜角的进气口。
（2）挤压涡流： --活塞压缩形成的挤流作用（挤入凹坑）。不明显； --活塞下行时，逆挤流作用。（出凹坑）。明显。
二、缸内空气涡流的形式与作用
（3）压缩涡流：在 压缩行程中，气缸中 的空气被活塞挤压机 在主副式形式中才有。 见右上图。
缺点：热负荷和机械负荷较高，容 易工作粗暴，过量空气系数较大， 排气中有害成分较多，对各设备的 工作较为敏感
广泛用于大、中型柴油机和船用低 速机
2.半开式燃烧室
定义：由活塞顶面到气缸 盖底面之间的余隙容积及 活塞顶面和气缸盖底面的 凹坑容积组成。 根据凹坑容积的形状分为：
(a) w形 (b)倒w形
第四节 可燃混合气的形成
一、混合气的形成方法 1空间雾化混合：利用燃油雾化和涡动。 --船用大中型机和低速机主要依赖燃油的喷雾
（油雾法）。因此对喷射设备要求高（如高压 喷射、多孔喷射）。 --中小型机和高速机主要依赖空气涡动（涡动 法）。因此要求形成空气涡动，喷射压力低。 --大多数机使用。