汽车发动机原理培训(燃烧过程及混合气形成).ppt

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1、第六章 燃烧过程及混合气形成6.1 实际发动机的燃烧过程及放热规律 燃烧过程对发动机动力性、经济性和排放特性等主要特性有重大影响。本节基于示功图和燃烧放热规律，对汽油机和柴油机的燃烧过程进行介绍和分析，并对两者的燃烧过程特征进行对比。,一汽油机燃烧过程 一般将汽油机燃烧过程分为三个阶段：着火落后期、明显燃烧期、后燃期。,1着火落后期 由火花塞跳火的A点到气缸压力线脱离压缩线的B点所界定的时期称为着火落后期，其长短用着火落后时间i或着火落后角i来表示。电火花在上止点前ig角（点火提前角）跳火，可燃混合气按高温单阶段方式着火后，经过一个阶段形成稳定的火核。此时，压力和温度升高，缸内气体压力开始脱离

2、压缩压力线，这标志着火落后期结束。一般i约为10-20。形成火核的时间往往在B点之前，但在实际中难以测定，因此一般都以B点作为确定着火落后期的标志。也有的资料中以燃烧放热量的1%-10%内的某一数值着火落后期的标 准，可见它是一个工程概念。,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i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i尽可能短是因为，过长会使i的大

3、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。,2明显燃烧期 由B点到C点的期间称为明显燃烧期，在此期间，火焰由火焰中心传播至整个燃烧室，约90%的燃料被烧掉。随燃烧的进行，缸内温度和压力很快升高，并达到最高燃烧压力pmax，一般将pmax作为明显燃烧期的终点。pmax及压力升高率dp/d是与发动机性能密切相关的两个燃烧特性参数。汽油机的最高燃烧压力pmax一般小于5.0MPa。pmax高，一般会使循环热效率和循环功增加，但机械负荷及热负荷也会随之增加。pmax出现的时间也非常重要，一般希望pmax出现在上止点后10 15。出现过早，则混合气

4、着火必然过早，引起压缩过程负功增加；过晚则预膨比上升，等容度下降，循环热效率下降，同时散热损失也上升，如图6-2所示。如前所述，pmax出现的位置可用点火提前角ig来控制。,压力升高率dp/d在实际中往往有两种表示方式，一种是最大压力升高率（dp/d）max；另一种是平均压力升高率dp/d，其定义为dp/d=（pc-pb）/（c-b）（6-1）压力升高率是表征内燃机燃烧等容度和粗暴度的指标。压力升高率越高，则燃烧等容度越高，这对动力性和经济性是有益的；但会使燃烧噪声及振动增加，同时也是氮氧化物增高的重要原因（见后述）。一般汽油机的平均压力升高率为dp/d=0.20.4MPa/（），也有资料上推

5、荐最佳范围为dp/d=0.170.25MPa/（），这时综合性能比较好。,3后燃期 由C点到D点的期间称为后燃期。在C点时，火焰前锋面已传播到燃烧室壁面，整个燃烧室被火焰充满。由于90%左右的燃烧放热已完成，因而继续燃烧的是火焰前锋面扫过后未完全燃烧的燃料以及壁面及其附近的未燃混合气；另外，高温裂解产生的CO，HO等成分，在膨胀过程中随温度下降又部分化合而放出热量。由于燃烧放热速率下降，加之气体膨胀作功，使缸内压力很快下降。为保证高的循环热效率和循环功，应使后燃期尽可能短。一般要求整个燃烧持续期在40-60CA。,二柴油机燃烧 过程 柴油机的燃烧过程要比汽油机复杂的多，往往要同时借助于实测的示

6、功图和燃烧放热率曲线进行分析。如图6-3所示，柴油机的燃烧过程可分为4个时期，即着火落后期（滞燃期）、速燃期、缓燃期和后燃期（分别对应图中1、2、3、4阶段）。,1着火落后期（滞燃期）图6-3中由喷油始点A到气缸压力线与压缩线脱离点B对应的时期称为着火落后期，或称滞燃期。随压缩过程的进行，缸内空气压力和温度不断升高，在上止点附近气体温度高达600以上，高于燃料在当时压力下的自燃温度。在A点被喷入气缸的柴油，经历一系列复杂的物理化学过程，这包括雾化、蒸发、扩散、与空气混合等物理准备阶段，以及低温多阶段着火的化学准备阶段，在空燃比、压力、温度以及流速等条件合适处，多点同时着火，随着火区域的扩展，缸

7、内压力和温度升高，并脱离压缩线。,与汽油机相同，实际着火点应该在B点之前，用燃烧放热速率曲线或高速摄影等方法可以更精确地判定着火点。如图6-3所示，由于柴油汽化吸热，造成在着火前dQB/d曲线出现负值，一旦开始燃烧放热，dQB/d很快由负变正。因此可以取dQB/d明显上升前第1个极小值点，或dQB/d=0点作为着火点，这在曲线上比示功图的B点容易判定。一般柴油机的着火落后角i=8 12，着火落后时间i=0.73ms。与汽油机不同的是，柴油机着火落后期长短会明显影响滞燃期内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、动力经济性、排改特性以及噪声振动，必须精确控制。,2速燃期 由B点开始

8、的压力急剧上升的BC段，称为速燃期，C点是燃烧放热率变缓的突变点。由于在着火落后期内作好燃前准备的非均质预混合气多点大面积同时着火，而且是在活塞靠近上止点时气缸容积较小的情况下发生，因此气体温度、压力及 dp/d都急剧升高，燃烧放热速率dQB/d 很快达到最高值。dp/d的大小对柴油机性能有至关重要的影响，一般柴油机dp/d=0.20.6 MPa/（），直喷式柴油机的较大，约为dp/d=0.40.6 MPa/（）。从提高动力性和经济性的角度，希望dp/d大一些为好，但dp/d过大会使柴油机工作粗暴；噪声明显增加；运动零部件受到过大冲击载荷，寿命缩短；过急的压力升高会导致温度明显升高，使氮氧化物

9、生成量明显增加。为兼顾柴油机运转平稳性，dp/d不宜超过0.4 MPa/（）；而为了抑制氮氧化物的生成，dp/d还应更低。,与汽油机不同的是，柴油机dp/d 的大小主要取决于着火落后期内形成的可燃混合气的多少，而可燃混合气的生成量要受着火落后期内喷射燃料量的多少、着火落后期的长短、燃料的蒸发混合速度、空气运动、燃烧室形状和燃料物化特性等多种因素的影响。图6-4是各种非增压直喷高速柴油机的（dp/d）max和pmax与滞燃期的关系，两者均随滞燃期的增长而线性增长。以后的章节中我们将经常讨论dp/d 和pmax的控制问题。,由于在速燃期参与燃烧的主要是在着火落后期内形成的可燃混合气，因此也称这一时

10、期为“预混合燃烧”阶段。值得指出的是，这种预混合气体是在极短时间内形成的，实际是一种非均质预混合气，即第5章中所介绍的油滴群的燃烧，与汽油机的均质预制混合气燃烧并不完全相同。随着大量在着火落后期内生成的可燃混合气燃烧殆尽，燃烧放热速率暂时降至较低水平，出现图6-3中曲线上的谷点C，以此作为速燃期和预混合燃烧阶段的结束点要比示功图上的C点容易判断。速燃期中，累积放热率可达20-30%。,3缓燃期 由C点到出现最高燃烧压力的D点，称为缓燃期。在此期间，参与燃烧的是速燃期内未燃烧的燃料和缓燃期内喷入的燃料。特别是后续喷入燃料，边蒸发混合，边以高温单阶段方式着火参与燃烧。由于汽缸内温度的急剧升高，蒸发

11、混合速度明显加快，加之后续喷油速率的上升，使放热速率dQB/d 再次加速，出现柴油机燃烧特有的“双峰”现象。这一阶段燃烧放热速率的大小取决于油气相互扩散混合速度，因此也称为扩散燃烧阶段或可控燃烧阶段。可以说，dQB/d 曲线的双峰，第1个峰对应预混合燃烧阶段，而第2个峰则对应扩散燃烧阶段。但小负荷时由于喷油量少并在着火落后期内就停止，往往并不出现“双峰”现象。,柴油机的最高燃烧压力pmax一般为5-9MPa，增压柴油机有可能大于10MPa。同汽油机一样，一般希望pmax出现在上止点后1015，这样可以获得较好的动力性和经济性。但与汽油机不同的是，C点的位置不仅取决于喷油提前角fj，也取决于着火

12、落后期和速燃期的长短。缓燃期结束时，累积放热率可达80%左右，燃气温度可达1700-2000。一般要求缓燃期不要过长，否则会使等容度下降，后膨比上升，循环热效率下降。即缓燃期不要缓燃，而应越快越好。加快缓燃期燃烧速度的关键是加快混合气形成速率。,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X95%）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

13、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。,三合理的燃烧放热规律 图6-3 上已示出实测的柴油机放热规律。汽油机放热规律变化不大，对性能的影响也不如柴油机那样多样和明显，所以一般文献资料中讨论柴油机放热规律居多。1放热规律三要素 指的是燃烧放热始点（相位）、放热持续时期和放热率曲线的形状三个要素。放热规律始点决定了放热率曲线距压缩上止点的位置，在持续期和放热率形状不变的前提下，也就决定了放热率中心（指放热率曲线包围的面心

14、）距上止点的位置。如前所述，这一因素对循环热效率、压力升高率和燃烧最大压力都有重大影响。,放热持续时期的长短，一定程度上是理论循环等压放热预膨胀比值大小的反映。显然这是决定循环热效率的一个极为关键的因素。对有害排放量也有较大的影响。放热规律的形状决定了前后放热量的比例，对噪声（dp/d）、振动和排放量都有很大的影响。在放热始点和循环喷油量不变条件下，形状的变化，既影响放热曲线面心的位置，也影响放热持续期的长短，间接对循环热效率等性能指标产生影响。,2.理想的燃烧放热规律及其控制(1)放热始点的要求及控制 无论汽油机还是柴油机，都希望放热始点的位置能保证最大燃烧压力pmax出现在上止点后1015

15、。为此汽油机通过点火提前角ig，柴油机通过喷油提前角inj的变化以及着火落后期长短来加以调控。由于各工况的着火落后期不相同，所以每个工况都有其最佳的ig角或inj角。图6-5是任一工况的ig或inj角对动力、经济性指标Pe、be的影响曲线。最佳角度条件下，能获得最大Pe和最小be值。此曲线叫做点火提前角或喷油提前角的调节特性线。,1）汽油机的点火提前规律 对于汽油机，最佳ig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ig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

16、，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ig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r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。,2）柴油机的喷油提前规律 柴油机要求转速及负荷都提前。转速提前的原因与汽油机类似，即油量调节杆位置不变时，高转速的着火落后角要比低转速大得多；再加上喷油持续角和相应的燃烧持续角也都加大（这是喷油

17、特性所决定的），所以要求转速提前。但是转速不变喷油量加多时，主要由于喷油持续角的加大也要求适当提前。这一点与汽油机负荷减小时的真空提前正好相反。传统的车用柴油机一般都装有自动喷油提前器来完成转速提前的功能。因负荷提前量较小，一般未予控制。电控柴油机则可通过提前角的MAP图进行二者的精确控制。,3）柴油机着火落后期（滞燃期）的影响因素 柴油机虽然可通过fj的调控而达到合理的着火位置，但同时也要求尽可能缩短着火落后期以减少滞燃期中的予喷油量。通过大量试验，总结出滞燃期i的半经验公式(6-1)由公式(6-1)可知，缩短滞燃期的主要因素是提高喷油初期燃烧室中的温度与压力。一般直喷式柴油机i=0.7ms

18、3ms，车用柴油机则在1ms 左右；非直喷柴油机i=0.6ms1.5ms则。车用增压柴油机由于进气温度提高，致使压缩终了温度也增加，结果i缩短到0.4ms1.0ms，这是它dp/d下降、噪声降低的主要原因。选择喷油始点的位置也十分重要。喷油始点若在上止点前不远，则缸内温度及压力均达压缩冲程的较大值，此时i 会减小。喷油过早，i 会上升，再加上放热中心向前移，会使噪声大大增加；喷油过晚，虽然i也会上升，但因放热中心后移，总的使噪声下降。,（2）放热持续期的要求及控制 放热持续期原则上是越短越好。汽油机一般为4050，柴油机一般小于5060。对于汽油机，放热持续期主要取决于火焰传播速度和火花塞到燃

19、烧室最远点的燃烧距离两大因素。火焰传播速度取决于燃料及可燃混合气特性、燃烧室中层流或湍流的气流特性以及燃烧室中残余废气系数r等影响燃速的因素。后者则主要取决于燃烧室几何形状、火花塞位置等结构因素。掌握这一思路，就可以分析各个参数的具体影响，后文中会多处提到。对于柴油机，放热持续期首先取决于喷油持续角的大小，这是显而易见的。喷油时间愈长则扩散燃烧时期愈长。其次取决于扩散燃烧期内混合气形成的快慢和完善程度。喷油再快，混合气形成跟不上也不能缩短燃烧时间；混合气形成不完善就会拖延后燃时间。以上两个环节又受诸多因素的影响，将在后面有关燃油喷射和混合气形成一节详加叙述。,（3）放热规律曲线形状的影响及控制

20、 放热规律形状的影响比较复杂，为便于定性分析，一般假定四种柴油机简单的放热率图形，见图6-7，并据此计算出各自的示功图a、b、c和d曲线。图中，假定四种放热规律都在上止点开始放热，放热总量相同，持续期均为40。曲线a的放热形状初期放热多，dp/d值最大，pcmax达8MPa。此时的循环热效率为it为52.9%，是四种方案中的最高值。曲线d的放热形状则相反，放热速率前缓后急，dp/d和pcmax都最低，it也最小为45.4%。这种形状对降低噪声、振动和NOx排放有明显效果。曲线b和c则介于二者之间。实际发动机的放热率形状取决于不同的机型、不同的燃烧和混合气形成方式以及对性能的具体要求。在一定条件

21、下，可采取一定措施加以调控。,汽油机一般具有类似图6-7曲线d的形放热率形状。这是由球状的火焰传播特点所决定的。燃烧初期，燃烧速度、范围及压力、温度都较小，放热率低；燃烧中、后期，锋面球面积扩大，温度和压力也累聚上升，故放热率加大。具体放热率形状还受燃烧室形状的影响，这在后文燃烧室的介绍中将加以说明。汽油机放热率的这一特点决定了它的噪声、振动小，燃烧最大压力低等一系列特性。实际汽油机由于持续期比柴油机短，所以图6-7 d 例中it虽低，并不能成为热效率比柴油机低的原因。直喷式柴油机两阶段燃烧的特点，决定了它的放热率曲线更接近图6-7 a 曲线形状。因而噪声、振动大，爆发压力高，同时对it也较有

22、利。,为了改进直喷式柴油机放热率曲线所引起的不利影响，应通过喷油气流燃烧室的相互协调来加以改变和控制。例如近代在喷油系统中作了若干努力，在不增长喷油持续期的前提下尽可能降低初期喷油率。由于初期喷油量的减少，使放热率的第一个峰值下降，和pcmax都相应降低。有关柴油机“油气室”三结合改善性能的内容将在后文中多处提及。总之，为了兼顾发动机的各种性能，合理的燃烧过程应作到：着火点位置要适宜；燃烧持续期不过长；放热率曲线宜先缓后急。对于柴油机则更具体为：滞燃期要缩短；速燃期不过急；缓燃期要加快；后燃期不过长。,四柴油机与汽油机燃烧过程的对比 表6-1中列出了柴油机与汽油机燃烧过程主要特点对比，这些差别

23、导致了在动力性、经济性、排放特性等各种性能方面的差别。,第二节 柴油机燃油喷射及混合气形成原理 柴油机的燃烧速度取决于混合气形成速度，混合气形成要经历燃料喷射-雾化-汽化-混合复杂的过程，还有燃烧中的再混合问题。这个过程并不是越急越好，而应根据动力、经济、排放以及噪声振动等性能的要求，对其进行合理的控制。这种控制是通过对燃油喷射系统、进气系统、燃烧室以及三者之间的合理匹配进行的。一喷油系统与喷油特性1喷油系统 1927年，德国Bosch公司开始生产以螺旋槽柱塞旋转方式调节供油量的机械式喷油泵，工作原理一直沿用至今。典型的柴油机供油系统核心部分是由喷油泵、喷油器和高压油路，又称为喷油系统。,对喷

24、油系统的要求是：1）能产生足够高的喷油压力、以保证燃料良好的雾化混合燃烧，这包括雾化质量（喷雾粒度及均匀性）和空间分布；2）实现所要求的喷油规律，以保证合理的燃烧放热规律和良好的综合性能；3）精确控制每循环的喷油量，且各缸间的喷油量和喷油时间相同，即达到均量、均时的要求；4）在各种工况下避免出现异常喷射现象。,2喷油泵 常见的柴油机喷油泵：柱塞式直列泵和转子分配泵两类。直列泵包括直列多缸泵、单体泵和泵喷咀系统，多用于大、中型车用柴油机上（图6-9）。转子式分配泵系统有端面凸轮驱动的VE泵系统（图6-10）和内凸轮驱动的径向对置柱塞系统，多用于轿车和轻型车用柴油机。与直列泵相比，分配泵具有结构紧

25、凑、体积小、重量轻、能在高转速下工作的优点，但难以达到较高的供油压力，并且对燃油质量要求较高。近代柴油机电控燃油喷射技术的发展中，开发了一种与常规柱塞脉动喷油原理不同的共轨（Common Rail）喷油系统，将在第三篇中加以介绍。,3喷油器 喷油器可分为孔式喷油器和轴针式喷油器两类。孔式喷油器一般用于直喷式燃烧室，喷孔的数目、孔径及喷射角度等设计参数要视具体的燃烧室形状和空气运动而定。一般针阀升程为0.20.45mm;对D150mm、较强进气涡流的直喷式燃烧室，喷孔数为45，孔径为0.20.4mm；而对较大缸径并不组织进气涡流的直喷式燃烧室，喷孔数为612个。孔径过小，则加工困难，并容易引起积

26、炭堵塞。轴针式喷油器一般用于非直喷式燃烧室，有标准轴针式（Standard Pintle Nozzle）和节流轴针式（Throttle Pintle Nozzle）两种。通过针阀头部在喷孔内的上下运动，可起到防止积炭堵塞的自洁作用。轴针式喷油器的孔径一般为0.81.5mm，针阀升程为0.41.0mm。,喷孔流通截面积与针阀升程的关系称为喷油器的流通特性。,4燃油喷射过程 图6-12表示燃油喷射过程中喷油泵端压力pH、喷油器端压力pn以及针阀升程h的变化过程。整个过程一般分为:喷射延迟阶段、主喷射阶段和喷射结束阶段。,5供油规律与喷油规律 单位凸轮轴转角（或单位时间）由喷油泵供入高压油路中的燃油

27、量称为角供油速率（或供油速率）。单位凸轮轴转角（或单位时间）由喷油器喷入燃烧室内的燃油量称为角喷油速率（或喷油速率）。qp、qn分 别表示到c（或t）时刻为止的循环供油量或喷油量。,图6-15给出了供油规律和喷油规律的图形。供油规律可由凸轮和柱塞的几何尺寸计算出，也称几何供油规律。喷油规律虽然由供油规律决定，但两者之间存在明显不同：（1）始点一般差别812度；（2）喷油持续时间较供油持续时间长；（3）最大喷油速率较最大供油速率低，其形状有明显畸变；（4）循环喷油量也低于循环供油量。两者的差别主要起因于：燃油的可压缩性、压力波传播滞后、压力波动、高压容积变化。喷油规律一直是柴油机燃烧和性能优化中

28、的重要内容。常用的试验测定方法有压力升程法和Bosch（波许）长管法。,6异常喷射现象 喷油系统内的压力高变化快，喷油峰值压力往往高达数十甚至100MPa以上，而谷值压力由于出油阀减压容积的作用往往低至零甚至出现真空。由此容易造成二次喷射、断续喷射、隔次喷射以及穴蚀等异常喷射现象的出现。,为避免异常喷射现象：（1）应尽可能缩短高压油管长度，减小高压容积，以降缓压力波动；（2）合理选择喷油系统的参数，如喷油泵柱塞直径、凸轮型线、出油阀结构及尺寸、出油阀减压容积、高压油管内径及壁厚、喷油器喷孔尺寸、喷油器开启压力等。,二内燃机缸内气流运动 内燃机缸内的气流运动形式：涡流、挤流、滚流等形式，被分别或

29、组合应用于不同的燃烧系统。1涡流 缸内的涡流运动一直是柴油机混合气形成的主要手段，但近年来，汽油机为实现稀薄燃烧也开始应用涡流。可分为进气涡流和压缩涡流。涡流转速与发动机转速之比称为涡流比，作为衡量涡流强度的指标。1）进气涡流 在进气过程中形成的绕气缸轴线旋转的有组织的气流运动，称为进气涡流。内燃机中进气涡流的产生方法一般有4种，即导气屏、切向气道、螺旋气道及组合进气系统。图617给出了不同涡流产生方法的气门口速度分布。,导气屏设置在进气门上，通过改变导气屏的包角和安装位置（角度），可调节涡流强度，涡流比04，但阻力最大，一般用于少数汽油机和试验研究用发动机。切向气道形状简单，涡流比12，适用

30、于对涡流强度要求不高的发动机。螺旋气道的形状最复杂，涡流比24，同样涡流比时的进气阻力小于切向气道，适用于对进气涡流强度要求较高的发动机。组合式进气系统，是指在2个进气门的发动机上，采用不同类型或不同角度的两个进气道，以组合所需要的涡流和流速分布。进气涡流在压缩过程中，一边旋转一边被挤入燃烧室凹坑。设进气涡流比和压缩终点时燃烧室凹坑内的涡流比分别为和c，根据动量关系，则有式（63）。2）压缩涡流：在涡流式燃烧室中，而在压缩过程中由主燃烧室经连通道进入涡流室时，形成强烈的压缩涡流。虽然这种产生涡流的方式不会带来进气阻力增大和进气充量下降，但形成压缩涡流时会伴随着不同程度的能量的损失，而使循环热效

31、率降低。,2挤流 挤流也是一种有效的缸内气体运动，如图6-19所示。挤流强度取决于燃烧室凹坑喉口直径Dk与活塞直径之比，以及活塞顶间隙S0。Dk和S0越小，则挤流强度越大。,3滚流 在进气过程中形成的绕垂直于气缸轴线的有组织的空气旋流称为滚流（Tumble），也称为纵涡或横轴涡流。,三柴油机的混合气形成方式 柴油机的混合气形成方式可分为两大类，即空间雾化混合与壁面油膜蒸发混合。1空间雾化混合 将燃油喷射到空间进行雾化，通过燃油与空气之间的相互运动和扩散，在空间形成可燃混合气的方式称为空间雾化混合。1）常用的空间雾化混合方式 直喷式柴油机中的混合气形成方式如图6-21所示，是一种“油找气”的混合

32、方式。由于无进气涡流，进气充量较高，但混合气浓度分布不均匀。图6-21 b则表示油和气相互运动的混合气形成方法。涡流强度与喷油射束的匹配是十分重要的。在非直喷式燃烧室中，尽管也是空间混合方式，但采用的是两段混合方法。近年来出现的撞击喷射（将燃油高速喷向壁面产生撞击）基本也是一种空间混合方式，通过喷油射束对不同形状壁面的撞击和反弹，使油束的分布范围扩大，在涡流的作用下，快速形成混合气。,2）热混合现象 在此旋流场中运动的质点，将受到离心力、压差引起的向心推力、以及气流对质点运动的粘性阻力的综合作用。由于液体油粒或燃油蒸气的密度比空气大，离心力将起主要作用，呈向外运动的趋势；已燃气体的密度比空气小

33、，向心推力将起主要作用，呈向内运动趋势。这种由于在旋转气流中已燃气体向燃烧室中心运动、而未燃燃料和新鲜空气向外周运动，由此促进空气与燃料混合的现象称为热混合现象。对于有强烈空气涡流运动的燃烧过程进行的高速摄影表明，火焰是呈螺旋状向内卷吸运动。相反，若燃油过分集中在燃烧室中心区域（如喷油贯穿率不足），由于该区域切向速度小（离心力小）难以使燃油粒子被抛向周边区域与新鲜空气混合，同时又被已燃气体包围，致使火焰被“锁定”在中心区域，造成燃烧不完全。这种现象称为热锁现象。,2壁面油膜蒸发混合 以球形燃烧室：燃油沿壁面顺气流喷射，在强烈的涡流作用下，在燃烧室壁面上形成一层很薄的油膜。在较低的燃烧室壁温控制

34、下，形成少量可燃混合气；着火后，使混合气形成速度和燃烧速度加速。强烈的涡流还产生了上述热混合作用，加强已燃气体与未燃气体的分离，使新鲜空气向壁面运动，与燃油蒸气混合燃烧；而已燃气体向燃烧室中心集中，以脱离燃烧区域。,3两种混合方式的对比 表6-2列出了空间雾化混合和油膜蒸发混合的特点及对比。在空间雾化混合中，燃油的喷雾特 性对混合起决定性的作用。在滞燃期内形成大量的可燃气，造成初期放热率过大，压力急剧升高，工作粗暴，NOX排放高。但如果减小滞燃期内混合气生成量，则势必造成大量燃油在着火后的高温高压下蒸发混合，容易因空气不足而裂解成碳烟。因此，空间雾化混合方式尽管有较好高的热效率，但碳烟、NOX

35、和燃烧噪声均较高。油膜蒸发混合的指导思想是利用燃油蒸发速率控制混合气生成速率，燃烧室壁面和空气旋流起了主要作用。,第三节 汽油机理想混合气特性及其制备原理 为满足汽油机动力、经济性的要求，不同工况时应使用不同浓度的混合气。满足这一要求的混合气过量空气系数a随工况参数转速n和负荷Pe的变化关系，就是汽油机的理想混合气特性。汽油机混合气的制备都是以满足这一基本要求为前提进行的。汽油机混合气的形成方式主要有化油器式和汽油喷射式两大类型。后者又有进气管喷射（包括气门口的多点喷射和进气总管中的单点喷射）和缸内直接喷射之分。本节不涉及汽油机缸内直喷，负荷质调节的那一类系统。,一理想混合气特性1、功率混合气与经济混合气2、理想混合气的要求（1）经济混合气及功率混合气特性线（2）理想负荷特性线,二混合气制备原理 传统化油器和电控汽油喷射系统制备混合气的原理有很大的差别。化油器则是利用喉管处进气气流真空度引射汽油的方法进行混合气制备。,