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1、第四章 内燃机的燃烧,4.1燃烧的基本理论4.2内燃机缸内的空气运动4.3点燃式内燃机的燃烧4.4点燃式内燃机的燃烧室4.5压燃式内燃机的燃烧4.6压燃式内燃机的燃烧室,4.1 燃烧的基本理论,燃烧燃料与氧化剂进行剧烈放热的氧化反应过程。,说明：,（1）包括着火和燃烧两部分；,（2）燃烧本质；,（3）是一种高速燃烧现象；,（4）可以计算完全燃烧所需要的空气量和释放出的热量。,一、燃烧现象的分类,气相燃烧是指燃料以气体状态与空气混合而进行的燃烧。,固相燃烧是指固体燃料没有挥发而在表面与空气进行的燃烧。,注意：内燃机的燃烧是气相燃烧。,预混合燃烧着火前燃料气体或燃料蒸气与氧化剂已经按一定比例形成混
2、合气。,扩散燃烧着火前燃料与氧化剂是相互分开的，着火后燃料边蒸发边与空气混合边燃烧。,注意：,（1）汽油机和气体燃料发动机的燃烧属于预混合燃烧方式；,（2）柴油机的燃烧主要是扩散燃烧方式，燃烧初期有预混合燃烧方式。,二、燃烧反应方程式,内燃机燃料的主要成分为碳和氢，此外还含有少量的氧、硫等杂质。,对于一般碳氢化合物来说，其燃烧反应方程式可写成如下形式：,如果反应利用空气进行，其燃烧反应方程式可写成如下形式：,三、燃烧所需空气量,1、汽油的平均组成为C0.856kg，H0.144kg，可用C8H18近似表示，完全燃烧所需的理论空气量为：,14.80kg(空气)/kg(汽油)11.45m3(空气)
3、/kg(汽油),2、柴油的平均组成为C0.875kg，H0.125kg，可用C16H34近似表示，完全燃烧所需的理论空气量为：,14.36kg(空气)/kg(汽油)11.11m3(空气)/kg(汽油),过量空气系数和空燃比,过量空气系数充入气缸内的实际空气质量与进入气缸内的燃料完全燃烧所需的理论空气量的比值，即,空燃比充入气缸内的实际空气质量与进入气缸内的燃料量的质量比，即,四、燃烧热与绝热火焰温度,反应热在一定条件下，化学反应伴有的放热或吸热现象。,燃料的燃烧热或热值单位数量的燃料完全燃烧时的反应热。,把可燃混合气经过绝热过程最终达到的燃烧温度称为绝热火焰温度或最高燃烧温度。,内燃机中，按燃
4、料的低热值计算热效率。,4.2内燃机缸内的空气运动,内燃机缸内的空气运动包括：一、涡流二、挤流三、滚流四、湍流,一、涡流,进气涡流在进气过程中形成的绕气缸轴线旋转的气流运动。,压缩涡流压缩过程中形成的有组织的旋转气流运动。,注意：进气涡流持续时间较长；压缩涡流持续时间较短暂。,1、进气涡流产生的方法,二冲程内燃机,在直流扫气的二冲程内燃机中，只要把扫气口在平面内布置成一定的倾斜度，就能利用扫气流本身的运动形成涡流。,四冲程内燃机,导气屏进气门、切向气道或螺旋气道,2、压缩涡流,在压缩行程开始时，缸内存在进气涡流。随着压缩行程的进行，缸内涡流被压入口径较小的燃烧室凹坑内。根据动量矩守恒，在进气涡
5、流所具有的动量矩基本不变的情况下，气流旋转半径缩小，使燃烧室内的涡流角速度增大。,二、挤流,压缩行程后期，活塞接近上止点时，在活塞顶上部形成的径向气流运动称为挤流。,当活塞下行时，燃烧室内的气体又向外流入环形空间，产生逆挤流。,说明：,（1）挤流速度随曲轴转角不同而变化；,（2）提高压缩比，可提高整个压缩过程的挤流速度；,（3）汽油机紧凑型燃烧室，利用强挤流增大燃烧室内的湍流强度，促进混合气快速燃烧；,（4）柴油机利用逆挤流，使燃烧室内的混合气流出，进一步和气缸内的空气混合燃烧，可改善燃烧和降低排放。,三、滚流,滚流在进气过程中形成的绕垂直于气缸轴线旋转的空气运动。,1、滚流的形成,在进气过程
6、中，利用流过进气门上、下缘间隙处的气体速度的不均匀产生的旋转气流运动。,2、滚流的发展变化过程,（1）在进气时产生滚流运动；（2）在压缩早、中期增强滚流运动；（3）在压缩末期滚流破裂成微涡旋。,3、进气涡流与滚流的比较,四、湍流,湍流或紊流在内燃机气缸内形成的无规则的气流运动。,说明：（1）随机、非定常、三维、有旋的流动；（2）在高速流动的情况下产生的普遍存在的流体运动；（3）能引起相邻各层流体间动量、温度、浓度等的交换和脉动。（4）湍流特性对燃烧速度和火焰传播有着重要的影响。,4.3点燃式内燃机的燃烧,汽油机具有重量轻、尺寸小和低温起动性能好等优点，且工作柔和、运转平稳、制造成本低。,注意：
7、汽油机的燃烧属于预混合燃烧。,原因：在进气过程中，汽油蒸发及其和空气混合的时间较长。,缺点：热效率低，燃油消耗率高。,一、汽油机的正常燃烧过程,首先，在压缩行程中，不能形成火焰中心。,接着，在电火花附近形成了火焰中心。,最后，火焰以平滑的球形表面高速地向燃烧室的各个方向传播，使未燃混合气燃烧。,如果在正常火焰锋面到达后，将（火焰锋面前）未燃混合气引燃，称为正常燃烧。,汽油机的正常燃烧过程一般分为三个阶段，即：1、滞燃期 2、急燃期 3、后燃期,1、滞燃期（着火延迟期）,滞燃期从电火花点火起，到形成火焰中心并开始火焰传播，气缸内压力开始脱离纯压缩线为止所经历的时期。,注意：滞燃期的长短对汽油机工
8、作的影响不大。,原因：着火时刻可用控制点火提前角的办法来达到，且燃烧放热不多。,2、急燃期,急燃期从火焰中心开始传播到遍及几乎整个燃烧室，燃烧完绝大部分燃料的一段时间。,注意：,（1）急燃期短，放热集中在活塞位于上止点附近，热量利用较好。,（2）应避免最大压力点3到达时刻过早。,（3）点3的位置可通过点火提前角来调整。,3、后燃期,后燃期从最高燃烧压力点起至燃料基本烧完为止的一段时间。,注意：为提高热效率，改善排放指标，应尽可能缩短后燃期。,4、结论,（1）滞燃期和后燃期内的放热量较少，对循环热效率影响不大；,（2）急燃期的放热量最多，其放热量及对应的活塞位置，对循环热效率有着决定性影响。,二
9、、汽油机的非正常燃烧过程,如果在正常火焰锋面到达前，其焰前反应已完成而发生自然，引起爆炸性燃烧，称为非正常燃烧。,（一）爆燃,汽油机爆燃时表现为：,（1）发出金属振音（敲缸）；,（2）在轻微爆燃时，发动机功率略有增加；在强烈爆燃时，发动机功率下降，工作不稳定，转速下降，伴有较大振动；,（3）冷却系统过热；,（4）气缸盖温度上升。,注意：,（1）当发生轻微爆燃时，一般听不到金属敲击声，其热效率还有所提高；,（2）从循环热效率考虑，最佳点火提前角是不发出敲击声的轻微爆燃位置，但在实际工作中难于掌握和控制。,1、爆燃及其危害,（1）压力曲线出现高频大振幅波动；,（2）爆燃过程接近等容燃烧；,（3）气
10、缸内各处压力的分布不平衡，从而形成压力脉冲，并以波的形式向外传播。,汽油机发生爆燃时的严重后果：,（1）机械负荷过高，长期爆燃使机件产生裂纹，造成零件损坏；,（2）传热量增加，润滑油和冷却水温度过高，导致汽油机过热，运动件磨损加剧；,（3）强烈爆燃时燃气温度很高，燃烧产物发生热分解，析出碳粒，造成排气冒黑烟，热效率下降；,（4）长期在爆燃情况下工作，则局部过热使轻合金的活塞局部变软、融化或烧损。,汽油机的爆燃现象同柴油机的工作粗暴性的比较：,燃烧本质一致，均为可燃混合气自然结果；,两者在发生时间和缸内状态方面互有差异。,2、影响爆燃的因素,设从火焰中心开始形成起至正常火焰传播到末端混合气为止所
11、需的时间为t1；,设从火焰中心开始形成起至末端混合气自然着火所需的时间为t2。,则当t1t2时，不会发生爆燃，当t1t2时，就会发生爆燃。,可以认为，凡是缩短t1，或延长t2，均可抑制和消除爆燃；反之，使爆燃倾向增加。,爆燃受到燃料（分子结构、添加剂等）的影响，还与汽油机结构型式和运转条件有关。,（1）结构型式的影响,1）气缸直径,2）火花塞位置,3）气缸盖与活塞材料,4）燃烧室结构,（2）运转条件的影响,1）点火提前角的影响,随着点火提前角增加，爆燃倾向增加。,2）转速的影响 综合结果是，转速增加，爆燃倾向减小。,3）负荷的影响 负荷减小，爆燃倾向较小。,4）混合气浓度的影响 在0.80.9
12、时，爆燃倾向最大，过浓或过稀的混合气都有助于减小爆燃。,5）燃烧室沉积物的影响 综合效果是，沉积物的存在使爆燃倾向增加。,（3）防止爆燃的措施,1）根据压缩比选用合适牌号的汽油；,2）调整点火提前角至最佳值；,3）根据负荷情况改变混合气成分；,4）提高转速和减小负荷；,5）选择合适的压缩比，设计容积分布适宜、火花塞位置恰当和结构紧凑的燃烧室等。,（二）早燃,如果气缸内的混合气在火花塞点火前，已被燃烧室内其他的炽热表面点燃，则称为早燃或表面点火。,1、早燃现象,汽油机早燃特征：,早燃的外部表现与爆燃相似，不仅有强烈的敲缸声（较沉闷），而且压力升高率较大，使压缩行程末期的负功很大并增加了发动机机件
13、的负荷，从而引起活塞、连杆的损坏以及气门、火花塞、活塞的过热。,早燃与爆燃两种不正常燃烧现象的比较：,a、早燃是燃烧室内的炽热点或炽热表面引燃混合气所致，一般发生于火花点火之前，且无压力波产生；,b、爆燃是在电火花点火以后末端混合气的自然现象，且有压力波产生。,激爆：,早燃与爆燃相互促进，就形成了激爆，发出很强的尖锐敲击声，造成比爆燃更大的危害。,2、影响早燃的因素和防止措施,1）燃料的影响：,a、燃料形成沉积物的能力；b、混合气抵抗点燃的能力。,2）结构型式和运转条件的影响：,a、凡是能够降低燃烧室温度、压力和防止积碳等炽热点形成的因素和条件，都会抑制和消除早燃；,b、凡是促进沉积物温度升高
14、、氧气供应良好以及降低混合气点火能量的因素和条件，都会促进早燃发生。,目前，防止早燃的主要措施：,1）选用沸点低的汽油和成焦性小的润滑油；,2）降低压缩比；,3）避免长时间低负荷运行和汽车频繁加速行驶；,4）使用无铅汽油或加有含磷添加剂的燃料。,4.4点燃式内燃机的燃烧室,燃烧室结构设计的好坏对汽油机的功率、燃油消耗率、爆燃、排污和起动等各方面都起着至关重要的作用。,本节介绍汽油机的典型燃烧室和火球形燃烧室。,一、对汽油机燃烧室的要求,1、结构紧凑,主要以面容比（F/V）来表征。,2、具有良好的充气性能,主要考虑进气门、进气道的布置。,3、火花塞位置安排适当,火花塞位置与火焰传播距离和燃烧速度
15、的变化率有关。,4、燃烧室形状合理分布,首先应满足速燃的要求；其次考虑燃烧速度的变化率。,5、组织适当的气流运动,加速火焰传播、提高燃烧速度、缩短燃烧时间，以提高功率、经济性和减小爆燃倾向。,6、防止爆燃和早燃,对末端混合气进行适当冷却，避免燃烧室出现局部热点。,二、汽油机典型燃烧室,根据配气机构的不同布置，燃烧室可分为侧置式和顶置式两种：,侧置气门式燃烧室在汽油机上很少采用；,顶置气门式燃烧室有：楔形、盆形和半球形等。,1、楔型燃烧室,目前，车用汽油机广泛采用楔型燃烧室，燃烧室呈楔形。,优点：,结构紧凑，火焰传播距离较短，散热损失小；,进气道弯曲小，充气效率较高；,火花塞布置在楔形顶部进排气
16、门之间，便于利用新鲜气体扫除火花塞周围的废气，缩短火焰传播路径，提高抗暴性；,活塞顶有一定的挤气面积，能产生较强的挤流，实现快速燃烧；,燃烧室壁对末端混合气的冷却作用也较强，其压缩比可达910，故经济性较好。,缺点：工作有些粗暴，燃烧温度高，NOx生成较多。,原因：混合气过分集中于火花塞处，使初期燃烧率较大，压升率较高。,2、浴盆形燃烧室,形状像一个椭圆形的浴盆，高度相同，宽度略超出气缸范围以加大气门直径,优点：结构紧凑，散热损失小，工艺性好，便于使用维修，在载重汽车应用广泛；面容比较大，对HC排放不利，但压力升高率较低，工作柔和、NOx排放较低。,缺点：充气性能较楔形燃烧室差；具有一定的挤气
17、面积，但挤流效果较差；火焰传播路径较长，燃烧速率较低，使高速动力性能降低。,3、半球形燃烧室,燃烧室位于气缸盖上，形状大致呈半球形或蓬形，一般配凸出的活塞顶；具有双行倾斜排列的气门，允许布置较大的进气门。,优点：进气道较圆滑，具有良好的充气性能；结构紧凑，其面容比在各种燃烧室中最小，HC排放低；火花塞能布置在燃烧室中央，火焰传播路径最短，燃烧速率高，热损失小，高速动力性最好。,缺点：燃烧室内混合气的涡流较弱，容易在低速大负荷工况时引起爆燃；压升率高，工作粗暴，NOx排放较高；半球形燃烧室气门双行排列，且气门倾斜，增加了配气机构的复杂性，宜采用双顶置凸轮轴。,4、汽油机典型燃烧室的性能比较,三、
18、稀混燃烧及缸内直喷技术,当今汽油机的主流技术：闭环电控燃油喷射系统加三效催化转化器，牺牲了燃油经济性。对汽油机的要求：降低排放和节约能源两者同时兼顾。措施：高压缩比、稀薄燃烧和快速燃烧。,所谓稀薄燃烧汽油机是一个范围很广的概念，只要17，就可以称为稀薄燃烧汽油机。为了叙述方便，在此将稀燃汽油机分为两类：一类是，非直喷式汽油机，包括均质稀燃和分层稀燃式汽油机，即使采取一些特殊措施，一般只能在25的范围内工作；另一类是，缸内直喷式汽油机，可在2550范围内稳定工作。注意：只是在部分负荷工况范围实行稀薄燃烧，启动、怠速、加速和全负荷都不能实行稀薄燃烧。,分析：,（1）稀燃技术可以采用高压缩比，从而有
19、利于提高热效率，改善经济性和排放性能。,（2）稀薄混合气的可燃性较差、燃烧速率较低、容易出现熄火现象。,（3）因此，必须采取措施组织混合气的可靠点火和快速燃烧，寻求一种燃烧速率尽可能快的燃烧室，以实现“快速、稀燃”的目的。,1、不同燃烧方式的性能对比,如图所示，表示了传统、非直喷稀燃和直喷稀燃三种燃烧方式的排放特性和燃油经济性对比。,2、非直喷式稀薄燃烧方式,实现汽油机稀薄燃烧的关健技术是使浓稀不同的混合气合理分层，分层住往是通过不同的气流运动和供油方法实现的。,分层充气燃烧在火花塞附近形成具有良好点火条件的较浓混合气，其空燃比为1213；而在其余部分区域混合气较稀，空燃比可达20以上。,分析
20、：,（1）由浓到稀的混合气非均匀分布，既容易形成火焰中心，又能使火焰迅速传播。,（2）分层充气燃烧技术突破了汽油机原来预混合均质燃烧的范畴，借鉴了柴油机燃油喷射和扩散燃烧的经验。,（3）是改善汽油机排放性能，提高经济性的最有前途的研究方向。,（1）梅氏火球形燃烧室,设计思路：缩短火焰传播距离，增强缸内斜轴涡流或滚流以形成强湍流，并采用高能点火系统和分层燃烧方式等措施。,（2）CVCC燃烧系统,如图所示，是本田公司提出的CVCC燃烧系统：有主、副两个燃烧室（1和3）和两个化油器，副室通过火焰通道与主室相通。,（3）轴向分层稀燃系统,（4）滚流分层稀燃系统,如图所示，是三菱公司在1991年开发成功
21、的MVV燃烧系统：,3、缸内直喷式稀薄燃烧方式,通常GDI燃烧系统可根据主宰混合气生成的机理分成三类：油束控制燃烧系统壁面控制燃烧系统气流控制燃烧系统,油束控制燃烧系统,在油束控制的燃烧系统中，喷油器安装在气缸中央，火花塞必须布置在喷油器附近。,壁面控制燃烧系统,在壁面控制的燃烧系统中，喷油器和火花塞相隔较远，喷油器将油束喷到活塞凹坑中，然后油气流将燃油送往火花塞。,气流控制燃烧系统,在气流控制的燃烧系统中，利用轮廓分明的缸内气流与油束相互作用，在发动机的大部分工况范围内都能实行恰当的充量分层和混合气均质化。,（1）福特PROCO系统,PROCO系统，已有20年以上的历史，属于GDI稀燃方式中
22、较早期的例子。,如图所示，汽油经喷油器直接喷入燃烧室内，喷油器两侧各装有1只火花塞，利用涡流和滚流进行油气混合。,（2）丰田D-4缸内直喷系统,如图所示，是丰田公司于1996年开发并商品化的D-4缸内直喷式稀燃发动机：,燃烧室为半球屋顶形，活塞顶部设有唇型深皿凹坑，与进气涡流旋向以及高精度的喷油时间和喷油方向控制相配合，在火花塞周围形成较浓的易点燃混合气区域。,灵活的电喷控制系统，可实现对不同的工况范围采用不同的燃烧方式，以保证所有工况下都能稳定燃烧。比同排量的传统汽油机节油35。,（3）三菱4G系列缸内直喷稀燃发动机,如图所示，是三菱公司于1996年在世界上最先商品化的缸内直喷式稀燃发动机：
23、,主要设计参数：,4.5 压燃式内燃机的燃烧,柴油机具有的优点：（1）在现有的热机中，热效率最高。（2）与汽油机相比，CO、HC、NOx等有害排放物较少。,控制柴油机燃烧的因素：首先，缸内可燃混合气的形成；其次，着火延迟和着火后的火焰传播等。,本节主要内容：（1）柴油机混合气的形成和燃烧过程；（2）各种柴油机燃烧室的特点。,一、柴油机的可燃混合气形成,1、柴油机中的混合气形成过程,一般从活塞将空气压缩到接近上止点燃料被喷入气缸时开始，直到活塞经过上止点进入膨胀行程后的一段时间内仍在继续进行。,2、现代柴油机所采用的混合气形成方式,a、燃油空间雾化混合方式（空间式）b、壁面油膜蒸发混合方式（油膜
24、式）c、空间雾化油膜混合方式（复合式）,用于混合气形成的总能量主要来自喷雾动能Ef和气流运动的能量Ea，即,注意：,在柴油机中，燃料与空气的混合及其燃烧是在燃烧室中进行的。,因此，燃烧室的结构形式，以及它与喷油系统、进气系统三者之间的配合是改善油气混合和燃烧的关键所在。,二、燃烧过程,柴油机的燃烧是决定柴油机动力性、经济性和排放性能的关键。,说明：,（1）在预混合燃烧阶段，放热速率较快，其大小取决于滞燃期中燃油与空气的混合数量。,（2）在扩散燃烧阶段，燃烧放热速率由空气和燃料形成可燃混合气的速率控制，一般比预混合燃烧慢。,（一）燃烧阶段的划分,为了便于分析柴油机燃烧过程的主要特征，可以根据气缸
25、内工质压力和温度的变化规律，将原本连续进行的燃烧过程分为：,1、着火延迟期2、急燃期3、缓燃期4、后燃期,1、着火延迟期（滞燃期）,着火延迟期自开始喷油到缸内压力脱离纯压缩线开始急剧上升为止的一段时期。,注意：,（1）滞燃期通常以曲轴转角i或滞燃时间i表示：,（2）滞燃期很短，但对整个燃烧过程影响很大，直接影响急燃期的燃烧。,2、急燃期,急燃期从开始着火到缸内出现最高压力的阶段。,说明：,（1）通常用整个急燃期的平均压力升高率m来表示气缸中压力升高的急剧程度，即,（2）压力升高率决定了柴油机工作的平稳性和工作粗暴度。,（3）当柴油机最高燃烧压力pz及压力升高率m较大时，其燃油消耗率一般较低。,
26、为了保证柴油机运转的平稳性并兼顾其良好的经济性，m不易超过0.4MPa/A。,（4）控制滞燃期是改善柴油机燃烧过程的重要手段。,原因：急燃期内的燃烧主要取决于滞燃期内燃料的喷入量及其物理化学准备情况。,3、缓燃期,缓燃期从最高压力开始到出现最高温度的阶段。,注意：,（1）最高温度（19372273K）一般在上止点后2035A时出现。,（2）气缸内的压力变化不大，可以近似看作定压加热过程。,（3）高温、缺氧是缓燃期的显著特点。,（4）加强缓燃期燃烧室内的气流运动，加速向燃料供给氧气以改善混合气形成质量，是加速燃烧、缩短缓燃期，使燃烧完全、提高柴油机动力性和经济性的关键。,4、后燃期,后燃期从最高
27、温度开始到燃料基本燃烧完毕为止。,说明：,（1）实际上后燃期的终点很难确定，很可能一直延续到排气开始。,（2）应尽可能缩短后燃期。,（3）缩短柴油机后燃的措施 加强燃烧室内的气流运动，改善混合气的形成，减少缓燃期内的喷油量，并提高缓燃阶段的燃烧速度，使燃烧尽可能在上止点附近基本完成。,（二）对柴油机燃烧过程的要求,1、改善燃料与空气的混合，在尽可能小的过量空气系数下，使燃料完善地燃烧。,2、有较理想的放热规律，即燃烧先缓后急。,3、在燃烧过程中应尽可能减少产生有害排放物和噪声，使之符合国家有关环境保护法规的要求。,总之，组织好柴油机的燃烧是提高柴油机动力性、经济性和降低有害排放量的关键。,（三
28、）着火延迟与燃烧噪声,燃料喷入柴油机气缸后，并不能立即燃烧，要经历一个准备过程，即着火延迟期。,滞燃期的长短、滞燃期内可燃混合气形成的数量和质量，对整个燃烧过程和柴油机的功率与油耗率都有着重要的影响。,1、着火前的物理化学过程,柴油机的着火过程按其性质可分为物理过程和化学过程。物理过程和化学过程是互相重叠、交叉进行的，实际上很难将二者截然分开。,2、燃烧噪声,燃烧噪声燃料燃烧时，气缸内压力急剧升高产生的动载荷和冲击波引起柴油机整机表面振动而形成的噪声。,（1）分析：,在滞燃期内，压力、温度升高都比较缓慢，不会形成明显的噪声；,在急燃期内，喷入气缸的所有燃料几乎同时燃烧，燃烧速率很高，是形成燃烧
29、噪声最根本的原因；,在缓燃期和后燃期，活塞已经下行，且大多数燃料已经烧完，对燃烧噪声影响不大。,（2）燃烧噪声与压力升高率的关系：,如果压力升高率过大，则产生强烈的振音，即柴油机工作粗暴；此外，柴油机运动零件承受强烈冲击负荷，使用寿命降低。,压力升高率的大小取决于滞燃期内形成的可燃混合气数量的多少。,（3）降低燃烧噪声的措施,a、缩短滞燃期 选用十六烷值高的燃料，其压力升高平缓，最高燃烧压力也低。,b、减小滞燃期内的喷油量 采用两级燃烧方式，即把每循环供油量分成两部分，分两次喷入气缸。,c、减少滞燃期内形成的可燃混合气数量 把大部分燃料喷到燃烧室壁上，只有很小部分分散在热空气中形成少量可燃混合
30、气首先着火，保证初期放热较少。,4.6压燃式内燃机的燃烧室,根据混合气形成和燃烧室结构特点，压燃式内燃机的燃烧室可以分为两大类：,一、直接喷射式燃烧室二、分隔式燃烧室,一、直接喷射式燃烧室,直接喷射式燃烧室是由活塞顶面、气缸盖底及气缸套上部周壁之间组成的，中间没有明显分隔的燃烧室，燃烧室内的空气运动对混合气形成与燃烧有着十分重要的影响。,（1）直接喷射式燃烧室的优点：,结构简单、燃油油耗率比分隔式燃烧室低1520、起动容易；,（2）直接喷射式燃烧室的缺点：,最大爆发压力较高、喷油系统易出故障，噪声及排放指标欠佳等。,（3）直接喷射式燃烧室的应用：,在舰船和固定式柴油机的传统应用领域继续占据统治
31、地位，目前在小型高速柴油机上也被广泛采用。,（4）直接喷射式燃烧室的分类：,1）按照活塞顶部燃烧凹坑的深浅分为：开式燃烧室、半开式燃烧室,2）按照气缸内气流运动情况分为：无涡流燃烧室、有涡流燃烧室,（一）开式燃烧室,开式燃烧室的结构十分简单，活塞顶部的凹坑较浅，凹坑口径与活塞直径之比一般大于0.7。,开式燃烧室的主要特点：,（1）开式燃烧室的燃油直接喷入气缸，以空间混合方式形成混合气；,（2）开式燃烧室是无涡流或弱涡流的燃烧室，混合气形成主要依靠多孔喷嘴及较高的喷射压力，使燃油喷散雾化并均匀地分布在整个燃烧室中；,（3）为了充分利用燃烧室中的空气，并避免喷雾的火焰与冷的气缸壁直接接触，要求喷雾
32、与燃烧室形状很好地配合；,（4）为了保证燃油充分燃烧，需要在较大的过量空气系数下工作，一般1.62.2；,（5）燃烧室结构紧凑，形状简单，相对散热面积小，热损失小，燃油消耗率最低，且容易起动；,（6）工作较为粗暴、噪声大；燃烧主要以扩散方式进行，燃烧温度高，容易冒烟和产生较多的NOx。,（二）半开式燃烧室,结构特点：活塞顶凹坑部分的开口面积比开式燃烧室小，但比分隔式燃烧室的通道面积大得多，燃烧室深度加深。,混合气形成特点：,（1）以空间混合方式形成混合气；,（2）一方面利用一定的喷雾质量，一方面组织进气涡流和形成挤流促进混合气形成；,因此，可以满足小型高速柴油机燃烧持续期极短的要求。,1、四角
33、形燃烧室,燃烧室中间有凸起，周边呈四角形凹坑。在从低速到高速较宽的转速范围内，都可获得良好的燃烧性能。,2、小松燃烧室,小松燃烧室是小松公司研制的一种上部为四角形，下部为圆形，上下部连接处圆滑过度的微涡流燃烧室。能够保证燃油和空气良好混合，燃烧速度快，燃烧效率较高。,（三）球形油膜燃烧室,球形油膜燃烧室的活塞凹顶表面轮廓呈球形。,球形油膜燃烧室的特点：,（1）以油膜蒸发混合方式为主形成混合气，开始燃烧的混合气量较少，压力增长率较低，柴油机工作柔和，燃烧噪声较小。,（2）燃料在比较低的温度下蒸发，减少了燃油的热分解，克服了排气冒烟现象。,（3）对燃料要求不严格，可以使用多种轻质燃料，从柴油到汽油
34、都能平稳运转。,（4）起动和低速运行时，燃烧室壁面温度较低，涡流强度较弱，且散入空间的油量又很少，故冷起动比较困难，低速性能不好，排烟也较多。,（5）对增压的适应性较差，并且在大缸径柴油机上应用也有困难。,二、分隔式燃烧室,分隔式燃烧室由两部分组成，一部分位于活塞顶与缸盖底面之间，称为主燃烧室；另一部分在气缸盖中，称为副燃烧室。这两部分由一个或几个孔道相连。,分隔式燃烧室的优点：高速性能好、噪声和排气污染小及喷油系统要求低；,分隔式燃烧室的应用：广泛应用在车用高速柴油机和对使用维护要求不高的农用柴油机上；在轻型车用柴油机上多采用涡流室燃烧室。,1、预燃室燃烧室,整个燃烧室由位于气缸盖内的预燃室和活塞上方的主燃烧室组成，两者之间有一个或数个孔道相连，喷油嘴安装在预燃室中心线附近。,2、涡流室燃烧室,涡流室燃烧室的副燃烧室布置在气缸盖上呈球形或圆柱形，借助绝热镶块上的孔道与主燃烧室连通。,3、涡流预燃室燃烧室,它由前后两个室组成，后室为吊钟形，前室有一个主喷孔和23个副喷孔，前后室中心线错开。喷油器和前室的喷孔大致处于同一中心线上，使一部分喷雾在起动时直接射入燃烧室，以改善其起动性能。,
