可燃混合气的形成与燃烧室

1 可燃混合气的形成与燃烧

　　柴油机可燃混合气的形成和燃烧都是直接在燃烧室内进行的。当活塞接近压缩上止点时，柴油喷入气缸，与高压高温的空气接触，混合，经过一系列的物理，化学变化才开始燃烧。之后便是边喷射，边燃烧。其混合气的形成和燃烧是一个非常复杂的物理化学变化过程，其主要特点是：

（1）燃料的混合和燃烧是在气缸内进行的。

（2）混合与燃烧的时间很短0.0017～0.004秒（气缸内）
（3）柴油粘度大，不易挥发，必须以雾状喷入。
（4）可燃混合气的形成和燃烧过程是同时，连续重叠进行的，即边喷射，边混合，边燃烧。

2可燃混合气的形成

　　1.空间混合气形成

　　空间混合气形成就是使柴油颗粒均匀的分布在燃烧室空间，与压缩后的高温空气混合成可燃混合气。这种方式是利用柴油的高压喷射和雾化以及燃烧室内压缩空气的强烈运动来完成的。

　　2.表面蒸发混合气形成

　　表面蒸发混合气形成的基本原理是喷油器将燃料以油膜状态分布在燃烧室壁表面上，控制燃烧室表面温度，使其表面上油膜蒸发速度最快（温度低蒸发慢，温度过高燃料在壁的表面是形成沸腾的气膜，反而使蒸发速度下降，一般在 320~370 ℃左右蒸发速度最快）。油膜上面有高速旋动的空气涡流，使蒸发的燃料气体与空气混合形成可燃混合气，先利用燃料喷注贯穿空气时或碰壁反射时形成的少量燃料在空间混合燃烧起引燃作用。随着燃烧的进行，燃烧室的温度越来越高，空气相对油膜的流速也越来越大（进气涡流挤入燃烧室中使其速度相对提高），可以保证油膜以越来越快的速度蒸发，并与空气形成均匀的可燃混合气，使燃烧加速进行直至烧完。

3燃烧过程

　　1.备燃期

　　从喷油开始→开始着火燃烧为止。喷入气缸中的雾状柴油并不能马上着火燃烧，气缸中的气体温度，虽然已高于柴油的自燃点，但柴油的温度不能马上升高到自燃点，要经过一段物理和化学的准备过程。也就是说，柴油在高温空气的影响下，吸收热量，温度升高，逐层蒸发而形成油气，向四周扩散并与空气均匀混合（物理变化）。随着柴油温度升高，少量的柴油分子首先分解，并与空气中的氧分子进行化学反映，具备着火条件而着火，形成了火源中心，为燃烧作好了准备。这一时期很短，一般仅为0.0007～0.003 秒。

　　2.速燃期

从燃烧开始→气缸内出现最高压力点为止。火源中心已经形成，已准备好了的混合气迅速燃烧，在这一阶段由于喷入的柴油几乎同时着火燃烧，而且是在活塞接近上止点，气缸工作容积很小的情况下进行燃烧的，因此，气缸内的压力P迅速增加,温度升高很快。

3.缓燃期

从出现最高压力点→出现最高温度点为止。这一阶段喷油器继续喷油，由于燃烧室内的温度和压力都高，柴油的物理和化学准备时间很短，几乎是边喷射边燃烧。但因为气缸中氧气减少，废气增多，燃烧速度逐渐减慢，气缸容积增大。所以气缸内压力略有下降，温度达到最高值，通常喷油器已结束喷油。

　　4.后燃期

　　缓燃期以后的燃烧。这一时期，虽然不喷油，但仍有一少部分柴油没有燃烧完，随着活塞下行继续燃烧。后燃期没有明显的界限，有时甚至延长到排气冲程还在燃烧。后燃期放出的热量不能充分利用来作功，很大一部分热量将通过缸壁散至冷却水中，或随废气排出，使发动机过热，排气温度升高，造成发动机动力性下降，经济性下降。因此，要尽可能地缩短后燃期。

4 柴油机的燃烧室

1.分类 ：分统一式燃烧室和分隔式燃烧室两大类。

统一式燃烧室由凹顶活塞顶部与气缸盖底部所包围的单一内腔，几乎全部容积都在活塞顶面上。燃油自喷油器直接喷射到燃烧室中，借喷出油注的形状和燃烧室形状的匹配，以及燃烧室内空气涡流运动，迅速形成混合气。所以又叫做直接喷射式燃烧室。

2.构造：缸盖底面是平的，活塞顶部下凹（ω型、浅盆型、球型、U型）

(1)ω型燃烧室：柴油直接喷射在活塞顶的浅凹坑内，喷射的柴油雾化要好，而且要均匀地分布在空气中。要求喷射压力高，一般17～22MPa，要求雾化质量高，故采用多孔喷嘴，孔数一般为6～12个。

(2)球形燃烧室：空气由缸盖螺旋形进气道以切线方向进入气缸，绕气缸轴线作高速螺旋转动，并一直延续到压缩行程。喷油器沿气流运动的切线方向喷入柴油，使绝大部分柴油直接喷射在燃烧室壁面上形成油膜。小部分柴油雾珠散布在压缩空气中，并迅速蒸发燃烧，形成火源。油膜一方面受灼热的燃烧室壁面的加温，同时又受已燃柴油的高温辐射，使柴油机逐层蒸发，与涡流空气边混合边燃烧。

(3)涡流室式燃烧室：它的副燃烧室是球形或圆柱形的涡流室，其容积约占燃烧室总容积的50%～80%，涡流室有切向通道与主燃烧室相通。在压缩行程中，气缸内的空气被活塞推挤，经过通道进入涡流室，形成强烈地有组织的高速旋转运动柴油喷入涡流室中，在空气涡流的作用下，形成较浓的混合气。部分混合气在涡流室中着火燃烧，已然与未然的混合气高速喷入主燃烧室，借活塞顶部的双涡流凹坑，产生第二次涡流。促使进一步混合和燃烧。

(4)预燃室燃烧室：缸盖上有预燃室，占燃烧室总容积的1/3，预燃室与主燃室有通道，活塞为平顶。因为通道不是切向的，所以压缩时不产生涡流。连通预燃室与主燃室的孔道直径较小，由于节流作用产生压力差，使预燃室内形成紊流运动，油束大部分射在预燃室的出口处，只有少部分与空气混合，上部着火后，产生高压，已燃的和出口处较浓的混合气一同高速喷入主燃烧室，在主燃烧室内产生强烈的燃烧拢流运动，使大部分燃料在主燃烧室内混合和燃烧。