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柴油机喷油技术经典柴油机喷油技术l一、柴油机燃烧过程l二、柴油机放热规律l三、柴油机与汽油机主要区别l四、柴油机燃烧室l五、涡轮增压l六、柴油机对喷油系统的要求一、柴油机燃烧过程上止点气缸压力（Pa）ACD喷油燃烧B ElA:开始喷油lB:着火lA B:滞燃期lB C：急燃期lD:喷油结束lC D:缓燃期lE:燃烧终点lD E:后燃期lA D:喷油持续期lB E:燃烧期曲轴转角（度）图：柴油机燃烧过程柴油机燃烧过程l第一阶段： 滞燃期（亦称着火延迟期）即燃油喷入气缸并不立即着火，而是稍有延迟，一般 为0.001~0.002s，时间虽短，对整个燃烧过程影响很大l第二阶段：急燃期急燃期内，燃料迅速燃烧，气缸内压力和温度急剧上 升如果压力升高率太大，则会引起工作粗暴，噪声和震 动大缩短滞燃期或选适当喷油规律，减少喷入的油量， 可以使工作较平稳，噪声小柴油机燃烧过程l第三阶段：缓燃期即压力急剧上升的终点到压力急剧下降的起点 缓燃期内，开始燃烧速度仍然较快，随着燃烧室氧气 减少，废气增多，燃烧条件趋于不利，所以后燃期燃 烧速度越来越慢通过控制喷油规律，提高喷雾质量，改善混合气 形成质量就能加速燃烧，缩短缓燃期，使燃烧更完全 ，提高经济性和动力性。

柴油机燃烧过程第四阶段：后燃期即从缓燃期终点到燃料基本烧完为止后燃期内 ，由于活塞在下行，一些未来得及烧完的燃料在较低 的膨胀比下放热，所放热量不能有效利用，损失增加 ，排温也增高，导致内燃机经济性、动力性下降所 以，应尽可能减少后燃期燃烧办法：改善喷油规律 ，使燃烧在上止点附近基本完成可见，喷油系统对柴油机工作起着及其重要作用 二、柴油机放热规律分析放热规律可按三阶段进行： 1、预混燃烧阶段在滞燃期内，部分燃油与空气已形成可燃混 合气体，为着火做好了充分准备从着火开始到 预混合的可燃混合气体全部烧完，属于预混燃烧 阶段，a-b段一旦条件成熟，预混合的可燃混合气几乎同 时着火，燃烧十分迅猛，这阶段燃烧对热效率、 燃烧噪声等影响很大柴油机放热规律2、扩散燃烧阶段在滞燃期形成的预混可燃气，经过预混燃烧阶段已 燃烧殆尽，但喷油仍在继续进行，此时气缸内温度很 高，形成边喷油气化，边扩散混合，边着火燃烧，即所 谓的扩散燃烧（b-c段）燃油继续燃烧虽能使气缸压力 有上升趋势，但活塞下行，气体膨胀，使气缸压力有下 降趋势改善燃烧过程的重点是改善扩散燃烧，应力求提高 这阶段的燃烧速度，缩短燃烧持续期柴油机放热规律3、后燃阶段经过预混和扩散燃烧阶 段的燃烧，大量油气与氧 气分子在燃烧中几乎烧 完，所余不多。

因此，燃 烧仍在进行，但极为缓 慢，放热率低，称后然阶 段（c-d段）上止点ABC D燃料蒸发吸热图为 直喷式柴油机放热规律曲线曲轴转角ө（度 ）d Q/ d ө （J/deg） 三、柴油机与汽油机主要区别燃料及单位输出功率调节着火方式爆燃与敲缸汽油机汽油 辛烷值，值 高的汽油自燃 温度高，抗爆 性好量调节， 即改变空气和 汽油混合气量 的方法点燃式 燃烧迅速 近于等容燃烧汽油机正常 燃烧由火花 点燃，而爆 燃是自然引 起柴油机柴油 十六烷值， 值高的柴油容 易着火，不易 敲缸质调节 ， 即进气量基本 不变，只改变 喷油量压燃式 预混气燃烧迅速 近于等容燃烧 扩散燃烧平缓 近于等压燃烧柴油机燃烧 时，压力升 高率较低为 正常燃烧， 过高则引起 敲缸柴油机与汽油机主要区别l部分负荷燃烧噪声比较由于汽油机是量调节，部分负荷时，空气和燃 油的混合气同时减少压缩和燃烧都是在较低压 力下进行，工作平稳，噪声小柴油机是质调节，部分负荷进气量并不减少， 压缩压力不会降低，因此，着火燃烧时，压力升 高率和最高燃烧压力与全负荷相比变化不大，只 是燃烧膨胀时，压力有所下降，这就是柴油机怠 速噪声大于汽油机原因。

四、柴油机燃烧室柴油机燃烧室直喷式燃烧室分隔式燃烧室无涡流或 弱涡流强度 直喷式燃烧室中等涡流强度 直喷式燃烧室强涡流 直喷式燃烧室涡流室式 燃烧室预燃室式 燃烧室柴油机燃烧室燃烧室类型特点直 喷 式燃 烧 室无涡流或弱涡流 属开式：口径大而浅结构紧凑、散热面积小经济 性好、易启动但是仅靠雾化 混合，喷孔必须很小，压力必须很高，喷油系统制造难度 大中等涡流燃烧室 属闭式：口径小而深压缩涡 流（ω型）和进气涡流加强空气运动，促进油、气 混合，空气利用率提高，在直喷式中应用最广、品种最多强涡流燃烧室比较强的进气涡流和挤流作用，对喷 油系统要求相对较 低 缺点：比较娇 气，对喷 油系统和进气系统变 化敏感，燃烧 过程稳定性差，冷启动困难，HC排放较高，实践中用的少 分隔 式燃 烧 室涡流室式燃烧室涡流室+主燃室， 相互产生强烈涡流主燃室内压力升高率明显低于直喷式 工作平稳，噪声小，空气利用率高， 对喷 油系统要求不高缺点：燃烧室 散热面积大，热效率低，启动困难预燃室式燃烧室预燃室+主燃烧室五、涡轮增压提高升功率是柴油机追求的重要指标，升功率即单位工 作容积的有效功率提高升功率办法有： a、提高转速，提高转速能增加单位时间内循环次数，即 提高做功频率。

b、提高平均有效压力，目的是提高每循环做功力度，即提 高做功能力转速提高幅度不能太大，过高转速明显降低机械效率和 充气效率，机械负荷加大，噪声升高而提高平均有效 压力，机械负荷、热负荷并不成比例增加，可以做大幅 度、甚至成倍增长涡轮增压l增压是提高平均有效压力的最有效措施，增压可提高 每循环的进气量，因此，可相应增加供油量，达到加 大每循环做功能力的目的 车用柴油机增压的目的：a、提高柴油机升功率b、高原恢复功率高原空气稀薄，循环进气量少，升功率降低通过增 压，提高进气压力，使升功率回复到平原水平涡轮增压l涡轮增压虽能提高升高率，但也有缺点：1、加速性不如自然吸气的柴油机2、低速噪声相对自然吸气大3、增压使最高燃烧压力提高，使柴油机承受很大的机械负荷六、柴油机对喷油系统的要求l1、应正确供给与柴油机相适应的油量l2、应能自动改变喷油定时，以适应转速或负 荷变化的需要l3、当柴油机转速和负荷变化时，供油系统应有足够的响应速度，提供所需的供油量l4、喷雾特性与燃烧室有良好配合，应使柴油机能获得最佳燃烧过程喷油定时对柴油机性能的影响l喷油定时对NOx排放量的影响高温、富氧、氧和氮在高温中焰后反应时间长 是促进NOx生成的3要素。

预混燃烧阶段气缸温 度高，氧源十分充足且有最长的焰后反应时间 而扩散燃烧阶段温度起初虽高，但很快下降，氧 气越来越少，焰后反应时间短，显然，预混燃烧 阶段更容易产生NOx采用延迟喷油能降低 NOx排放喷油延迟降低NOx排放原因这是因为：延迟喷油使喷油始点更接近压缩上止点，气缸 内压缩压力和温度更高，这样使喷入的燃油滞燃 期短，预混燃烧阶段的燃油量就少，预混燃烧速 度较慢，初始放热率明显降低，温度得到控制， 因此抑制了NOx的生成喷油定时对燃烧噪声的影响l燃烧噪声主要是因压力升高率太大引起，而滞 燃期预混合好的燃油多少将决定燃烧过程压力 升高率的大小，进而决定噪声的大小延迟喷油（即柱塞在更接近上止点时喷油）能 缩短滞燃期，预混和好的燃油量少，燃烧速度 、放热率都较低，因此压力升高率较小，使燃 烧噪声较低喷油定时对最高燃烧压力的影响一般情况，喷油提前角加大，滞燃期变长 ，参与预混燃烧量多，着火时燃烧猛烈，最高 燃烧压力大喷油定时对碳烟的影响l碳烟（黑烟）主要是由局部高温、缺氧、产生 热分解而成预混燃烧阶段内氧气充足，不易产生碳烟；而 扩散燃烧阶段内高温、缺氧，正是产生碳烟的良 好环境通过加大喷油延迟角延长滞燃期，使 参与预混燃烧量的比例增大，扩散燃烧量的比例 减少，因此碳烟减少。

喷油定时对经济性的影响l预混燃烧十分迅速，接近于等容燃烧；扩散燃 烧是边喷油、边气化、边燃烧，接近于等压燃 烧等容燃烧热效率大于等压燃烧热效率因此可以通过加大喷油延迟角，使滞燃期长， 预混燃烧量加大，参与预混等容燃烧的比例加 大，整个燃烧过程的热效率就会提高，改善经 济性小结l综上，喷油提前角加大虽然会降低碳烟排放和 提高经济性，但同时会使NOx排放、燃烧噪声 和最高燃烧压力增加，这些指标对提前角要求 存在矛盾相反亦然l如果强调经济性，则NOx排放量上升，噪声增 大；反之，如果追求最低排放，则经济性必有 损失，通常采取折中办法如果为满足严格的 排放要求，只有对经济性作出较大的牺牲。