当前课程知识点：汽车发动机原理 > 第七章：柴油机的混合气形成与燃烧过程 > 7.7 柴油机混合气形成方式 > Video
同学们好
这节课我们学习
柴油机的混合气形成方式
柴油机混合气形成方式
与燃烧室的结构特点
是密切相关的
非直喷式燃烧室采用的是
两段油气混合方法
第一阶段在副燃烧室混合时
利用压缩涡流和较低压力
喷油射束双方的能量
在并不十分均匀的混合状态下
进行着火燃烧
然后利用高温高压燃烧气体的
射流与强扰动作用
在主燃烧室内进行
第二阶段的混合与燃烧
非直喷式柴油机通过
涡流室或预燃室
与主燃烧室之间强烈的
气流运动来加速油气的混合
因而对燃油喷射质量的要求不高
但是这种通过主副燃烧室之间
窄通道产生强气流运动的
混合气形成方式
存在节流损失和散热损失大
燃油消耗率高的突出问题
其应用受到限制
而随着燃油喷射电控技术的发展
直喷式柴油机的NOx
和炭烟等有害物排放
得到有效控制
其燃油消耗率低的优点愈加突出
在道路和非道路柴油机领域
得到广泛应用
但是直喷式柴油机
对混合气形成的要求更高
下面我们重点学习
直喷式柴油机的混合气形成方式
混合气形成过程主要依靠
对燃油喷射
气流运动以及燃烧室形状的
三者合理匹配
直喷式柴油机的
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
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
直喷式柴油机绝大部分采用
空间雾化方式
主要方法如图所示
一种方法是采用多孔喷油器
也就是6～12孔
以高压将燃油
喷入燃烧室中的静止空气中
也就是缸内没有涡流
通过多个喷油射束
均匀覆盖大部分燃烧室
以及燃油的高度雾化
形成可燃混合气
如图(a)所示
混合能量主要来源于喷油射束
空气是被动参与混合的
因而是一种“油找气”的混合方式
由于无进气涡流
进气充量较高
但混合气浓度分布不均匀
在早期的柴油机
和目前的大型低速柴油机中
一般过量空气系数较大
燃烧时间较长
采用这种混合方式
能达到满意的指标
而在车用高速柴油机中
由于转速高燃烧时间短
过量空气系数又较小
这种混合方式
不能保证迅速和完全的燃烧
图(b)表示油和气
相互运动的混合气形成方法
在有旋的气流场中
用喷孔较少
比如3～5个孔的喷油器
将燃油喷到空间中
在喷油能量和空气旋流的
同时作用下
油束的扩散范围迅速扩大
能在短时间内形成大量可燃混合气
这时
涡流强度与喷油射束的匹配
是十分重要的
在理想的涡流强度下
相邻油束几乎相接
以使油雾尽可能充满整个燃烧室
如果涡流太弱
油束扩散范围不够
如果涡流过强
如图所示
上游油束的已燃气体
也就是废气会混入下游油束的
未燃混合气区域
反而妨碍燃烧
这种现象也称为过强涡流
除了涡流强弱需要控制好之外
燃油喷射贯穿距离也需要控制好
这涉及到油气热混合和热锁现象
混合气旋转运动时
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
而已燃气体的密度比空气小
向心推力将起主要作用
呈向内运动趋势
这种在旋转气流中
已燃气体向燃烧室中心运动
而燃料和新鲜空气向外围运动的现象
称为热混合现象
它具有促进空气与燃料混合的作用
如图(a)所示
相反
如果燃油过分集中在燃烧室中心区域
例如因喷油贯穿率不足
由于该区域切向速度小
也就是离心力小
难以将燃油粒子抛向周边区域
与新鲜空气混合
而是被已燃气体包围
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
如图(b)所示
我们应尽量避免热锁现象
直喷式柴油机
第二种典型的混合气形成方式
是壁面油膜蒸发混合
以球形燃烧室为代表的
壁面油膜蒸发混合方式如图所示
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
形成一层很薄的油膜
在较低的燃烧室壁面温度控制下
油膜开始时以较低速度蒸发
形成少量可燃混合气
着火后
随燃烧的进行
油膜受热逐渐加速蒸发
使混合气形成速度和燃烧速度加快
这张表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
为提高混合气形成速度
往往要将燃料尽可能喷得很细
分布均匀
这样就会使较多的油滴受热蒸发
在滞燃期内形成大量的可燃混合气
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产生炭烟
因此
空间雾化混合方式
尽管有较高的热效率
但炭烟 NOx和燃烧噪声
一般比较高一些
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
燃烧室壁面温度
和空气旋流起了主要作用
这幅图对两种混合方式的
混合气生成速率作了比较
在滞燃期内喷入燃烧室的燃料量相同
由于油膜受热蒸发所需时间
要比细小油滴长得多
加之燃烧室壁温控制较低
使油膜蒸发混合方式
在滞燃期内生成的混合气量
远小于空间雾化方式
随燃烧进行
在高温和火焰辐射作用下
油膜蒸发加速
使混合气生成速度加快
另外
油膜蒸发混合的大部分燃料
是在蒸发后以气体状态
与空气或高温燃气接触
可以避免空间雾化混合时
常有的液态燃料高温裂解问题
使炭烟排放降低
尽管油膜蒸发混合方式
存在一些难以解决的问题
如工况适应面不宽
对燃烧室加工精度
和气流运动敏感等
因而在实际应用中不多见
但它的提出打破了
空间雾化混合概念的约束
开阔了内燃机混合气形成
和燃烧的思路
具有重要的理论意义
近年来一些缸内直喷汽油机
也部分借鉴了这种
壁面油膜蒸发混合方式
就是一个很好的例证
上述不同混合气形成方式
在实际柴油机中并不是单一存在的
往往是多种方式并存
以中 小型车用直喷式柴油机为例
在以空间雾化混合为主的同时
到达壁面的燃油
又存在油膜蒸发混合方式
至于缸内气流运动
则在以进气涡流为主的同时
挤流 逆挤流 微涡流都有
这充分反映了
实际柴油机混合气形成
和燃烧的复杂性与多样性
关于柴油机的混合气形成
就介绍到这里
同学们 再见
-0.1 总论
--Video
-0.2 车用发动机的种类
--Video
-1.1 示功图及其测取
--Video
-1.2 四冲程发动机示功图分析
--Video
-1.3 二冲程发动机示功图分析
--Video
-1.4 性能指标分类与循环指示功
--Video
-1.5 动力、经济性能指标与测定换算
--Video
-1.6 影响动力、经济性能指标的环节和因素
--Video
-第一章习题(计入课程成绩)--作业
-2.0 导论
--Video
-2.1 燃料的分类
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-2.2 汽油、柴油的炼制
--Video
-2.3 汽油的理化特性
--Video
-2.4 柴油的理化特性
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-2.5 燃料构成与理化特性
--Video
-2.6 汽油、柴油质量标准
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-2.7 燃料与发动机工作模式
--Video
-2.8 工质主要热力参数
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-2.9 燃烧热化学
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-第二章习题(计入课程成绩)--作业
-3.0 导论
--Video
-3.1 热力过程与热机循环的简化
--Video
-3.2 理论循环分类及循环热效率
--Video
-3.3 理论循环热力参数对热效率的影响
--Video
-3.4 工质对循环热效率的影响
--Video
-3.5 真实循环对热效率的影响
--Video
-3.6 机械损失的构成
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-3.7 机械损失的测量方法
--Video
-3.8 机械效率的影响因素
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-3.9 发动机的能量分配与转化效率
--Video
-3.10 发动机的节能途径与技术
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-第三章：工作循环与能量利用--第三章习题(计入课程成绩)
-4.0 导论
--Video
-4.1 四冲程发动机换气系统及换气过程
--Video
-4.2 配气相位对发动机性能的影响
--Video
-4.3 充量系数的解析式
--Video
-4.4 进气阻力对充量系数的影响
--Video
-4.5 其他因素对充量系数的影响
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-4.6 充量系数的速度特性
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-4.7 压力波及其传播特性
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-4.8 单缸机的进排气动态效应
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-4.9 多缸机的进排气动态效应与进气不均匀性
--Video
-4.10 四冲程发动机增压系统及性能
--Video
-4.11 二冲程发动机的换气过程与换气质量
--Video
-第四章习题(计入课程成绩)--作业
-5.0 导论
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-5.1 发动机运行工况
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-5.2 发动机特性曲线分类
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-5.3 发动机速度特性
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-5.4 发动机负荷特性
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-5.5 发动机全特性
--Video
-5.6 发动机外特性与整车动力性
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-5.7 发动机全特性与整车经济性
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-5.8 混合动力专用发动机及其运行特性
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-第五章习题(计入课程成绩)--作业
-期中考试（只有一次答题机会！）--期中测试题（占30%总分）
-6.0 导论
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-6.1 燃烧现象及其分类
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-6.2 可燃混合气的着火与着火理论
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-6.3 湍流及其在燃烧中的作用
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-6.4 均质混合气中的火焰传播
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-6.5 液体燃料的雾化
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-6.6 油滴的蒸发与燃烧
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-6.7 示功图与燃烧放热率
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-第六章习题(计入课程成绩)--作业
-7.1 柴油机燃烧过程分析
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-7.2 柴油机燃烧放热规律
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-7.3 柴油机燃油喷射系统
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-7.4 柴油机喷油过程
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-7.5 柴油机缸内气流运动
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-7.6 柴油机燃烧室的分类及其特性
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-7.7 柴油机混合气形成方式
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-7.8 柴油机粗暴燃烧与燃烧噪声
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-第七章习题(计入课程成绩)--作业
-8.1 汽油机燃烧过程分析
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-8.2 汽油机的不正常燃烧：爆燃和表面点火
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-8.3 汽油机的不规则燃烧：循环波动和各缸不均匀性
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-8.4 汽油机燃油喷射系统及其演变
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-8.5 非直喷汽油机燃烧室及其特性
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-8.6 汽油机进气道喷射与混合气形成
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-8.7 汽油机缸内直喷与混合气形成
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-第八章习题(计入课程成绩)--作业
-9.1 有害排放物种类及其危害
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-9.2.1 NO的生成机理
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-9.2.2 CO和HC的生成机理
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-9.2.3 PM和Soot的生成机理
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-9.3 有害排放物生成的影响因素
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-9.4 汽油机机内净化技术
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-9.5 柴油机机内净化技术
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-9.6 汽油机后处理技术
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-9.7 柴油机后处理技术
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-第九章习题(计入课程成绩)--作业
-10.1 燃烧模式及其分类
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-10.2 汽油机均质混合气压燃（HCCI）模式
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-10.3 柴油机均质混合气压燃（HCCI）模式
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-10.4 内燃机部分预混压燃（PCCI）模式
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-10.5 均质混合气引燃（HCII）模式
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-10.6 天然气发动机
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-10.7 氢燃料发动机
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-10.8 二甲醚发动机
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-10.9 甲醇发动机
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-10.10 乙醇发动机
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-10.11 生物柴油发动机
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-第十章习题(计入课程成绩)--作业
-期末考试--期末测试题（占30%总分）
