废气 空气 燃油质点
FP
燃烧室 着火区
Fc

FP
Fc
燃气质点
“热锁”现象
如果喷油贯穿率不足，部分
燃烧室
燃油会集中在燃烧室中部，
由于离心力小，在向心推力 的作用下，向中部集中，造 成燃料与空气不能及时混合， 形成“火包油”现象。
FP

Fc
（二）壁面油膜蒸发混合 出发点：改变“先急后缓” 的放热形式，降低振动噪声。 强涡流把燃料尽量多的以油 膜的形式涂于燃烧室壁面上， 燃料边蒸发混合边燃烧。
最高压力出现在TDC之后10 ～ 15 ° CA。
fj fj
pmax 靠近TDC 时间、后燃损失 pmax 大、 等容度高且传热损失小 pmax 远离TDC
时间、后燃损失
t t t t
pmax 小、 等容度低且传热损失大
（四）后燃期 1、定义 从缓燃期终点到累积放热率达到95%经历的时间或曲轴转角。 2、要求 后燃期尽量短，降低后燃损失。
三个阶段：喷油延迟阶段、主喷射阶段和喷油结束阶段。 1、喷油延迟阶段 柱塞关闭进油孔到针阀开启时刻经历的时间或曲轴转角。 喷油延迟角=供油提前角-喷油提前角 转速高、油管长，延迟角大（原因：燃料可压缩） 2、主喷射阶段
针阀开启到喷油器端压力最大时经历的时间或曲轴转角。
3、喷油结束阶段 喷油器端最大压力点到针阀关闭经历的时间或曲轴转角。 减少喷油结束阶段的喷油量（原因：压力低雾化差）
强涡流
球形燃烧室
用于球形燃烧室，称之为M燃烧方式。 缺点： 冷启动困难； 进气阻力大，性能不佳；
燃烧持续时间长性能不佳。
壁面油膜蒸发混
合着火落后期内
混合气形成速率
空间雾化混合
形成的可燃混合 气少，放热速率 低，压力升高率
低，振动噪声小。
壁面油膜蒸发混合
i

普通喷射压力 （小于100MPa）
压缩行程不同活塞速度的缸内流线 1600r/min 2200r/min
压缩行程TDC前12 °湍流强度（湍动能）
距离缸盖7mm 距离缸盖10mm
螺旋气道
滚流气道
直气道
三、CI-ICE混合气形成方式 方式：空间雾化混合和壁面油膜蒸发 （一）空间雾化混合 燃料喷入空气中——“油找气” 1、形式
1）燃料喷入无旋空气中—低速大功率柴油机 无旋
危害：压力低、雾化差，PM高排放 危害：液滴直径大，PM高排放，喷油器积碳
危害：喷油持续期加长，PM高排放 4、不规则喷射和隔次喷射 循环停喷
危害：ICE工作平顺性差
5、气穴和穴蚀 压力波谷形成的低压，产生气泡，爆裂形成激波，使油管疲劳。
降低异常喷射的措施：缩短、取消或者优化高压腔容积， 控制压力波的传播（单体泵、泵喷嘴等）。 二、ICE缸内气体运动
DI：0.7～3ms IDI：0.6～1.5ms
保持燃烧室内的高温、高压，可有效减小着火落后期， 有利于降低压力升高率，降低振动和噪声。
GT-POWER仿真计算 的喷油提前角基础MAP
2、放热持续期控制 要求：放热持续期尽量短，保持高等容度 放热持续期 SI-ICE:40 ～ 50 °CA
CI-ICE:40 ～ 60 °CA SI-ICE: 提高火焰传播速度—提高湍流强度； 缩短火焰传播最大距离—合理布置火花塞。 CI-ICE: 加速燃料与空气的混合
加强后燃期内的缸内气体扰动，可以有效降低PM排放。
三、合理的燃烧放热规律 （一）放热规律三要素 放热规律三要素：放热始点、放热持续期和放热率曲线形状 1、放热始点 决定着放热中心距离TDC的位置。 2、放热持续期 决定着等容度、和传热损失的大小，影响循环效率。
3、放热率曲线形状
决定着放热分配，影响性能、振动噪声和排放。
（三）喷油器 孔式喷油器—用于DI
轴针式喷油器—用于IDI
高压油轨 高压油路 电磁阀
高压泵
喷油器
滤清器
油箱
信号线
油路
回油管路
（四）燃料喷射过程
pH
1
2
3
进油孔关闭
pH max
p0 pn
出油阀打开 TDC
泵端压力
fs

pn max
p0
TDC
嘴端压力
fj

hn
hn max
针阀升程

fj
MPa/(° CA)；
（三）缓燃期 1、定义
从速燃期终点到缸内压力出现最大值时
经历的时间或曲轴转角。 后续燃料进行高温单阶段着火的扩散燃烧，放热速率增大， 随着燃料的消耗和喷油结束，放热速率下降。 放热速率在缓燃期内又出现一个峰值。“双峰”现象 2、要求 受机械和热负荷限制
pmax 5 ~ 9 MPa；
（五）供油规律和喷油规律 角供油速率：单位凸轮轴转角由喷油泵供入高压油路 中的燃料量。
dq P d PA
角喷油速率：单位凸轮轴转角由喷油器喷入燃烧室
的燃料量。
dq n d PA
供油规律：供油速率随凸轮轴转角的变化规律。
喷油规律：喷油速率随凸轮轴转角的变化规律。
dqP 2 dhP dP d PA 4 d PA
ig
ig.opt f n, Ttq
早期的化油器ICE采用离心提前和真空提前。 现代EFI内燃机用点火提前角MAP控制提前角。 点火（喷油）提前角调整特性： 在油门和转速不变的情况下，ICE的特性参数和性能指标 随点火（喷油）提前角的变化规律。 作用：制作ICE的点火（喷油）提前角基础MAP。
网格划分
气缸内大标度旋转
气流撞击
气门升程3mm 气流漩涡
气流撞击 气门升程9mm
气流漩涡
进气冲程缸内流线
压缩冲程缸内流线
进气行程沿气缸轴线不同垂直断面的流动
距离缸盖20mm
距离缸盖60mm
2、压缩涡流 IDI-ICE压缩行程空气被压入副燃烧室形成的涡流。 （二）挤流 紧凑型燃烧室在压缩行程接近TDC时，空气被挤入燃烧室。
3、放热率曲线形状控制
等容度大，性能好 放热速率高 压力升高率大，振动噪音大
CI-ICE
SI-ICE
合理的放热规律： SI-ICE：
着火位置合适，持续时间不太长，先缓后急
CI-ICE：
缩短着火落后期，速燃期不太急，加快缓燃期，
缩短后燃期
一、喷油系统与喷油特性 （一）喷油系统
1、喷油系统的发展过程 空气引射
fj
fj.opt f n, Ttq
CI-ICE喷油泵上的机械提前器调节喷油提前角。
电控共轨喷油系统（Common-rail）采用MAP控制。
E a2 E a1 i b1 exp RT p b2 exp RT pc c c c
作用：形成可燃混合气（CI-ICE），强化燃烧 运动形式：涡流、挤流、滚流和湍流
（一）涡流 气缸内形成的大标度的气体旋转运动。 1、进气涡流
由进气道形成的绕气缸轴线的有组织的旋转运动。
形成方式：
导气屏气门 优点： 0 ~ 4 ，且可调 缺点：进气阻力大 切向气道 螺旋气道 组合气道 垂直气缸轴线的旋转运动
dP
—柱塞直径
hP
—柱塞位移
dqP d PA
dqn d PA
8 ～12 °
供油规律和喷油规律的差异 燃料可压缩 喷油延迟8 ～12 ° 压力波传播滞后—压力波传播需要时间 高压容积变化—高压油管弹性变形
dq P dq n d d PA max PA max
p
1
B A 喷油规律
2
3
fj
dQ d

D
C A B
TDC E

CI-ICE的燃烧过程：着火落后期、速烧期、缓燃期和后燃期 （一）着火落后期 1、定义 从喷油时刻到缸压线脱离压缩线经历的时间或曲轴转角。 用 2、要求 循环间一致性要好（低循环波动）； 严格控制着火落后期（控制压力升高率大小）。
i
或
i
表示;
i 10 ~ 20 °CA
（二）明显燃烧期 1、定义 从着火落后期终点到最高压力出现经历的时间或曲轴转角。
明显燃烧期内放热量达到90%以上。
2、要求
受机械和热负荷限制
压力升高率
pmax 5
MPa；
dp 0.2 ~ 0.4 d
MPa/(° CA)；
pmax
出现在TDC之后10 ～ 15 ° CA。
点火提前角调整特性
油门全开 1600r/min
机械式点火系统点火提前角MAP
电子点火系统点火提前角MAP
2）CI-ICE的喷油提前角控制 油门开度一定时：
n
i 360n i
gb
喷油持续时间
pmax 远离TDC
n n 一定时： gb 油门开度
负荷
fj
喷油持续时间
pmax 远离TDC
时间、后燃损失
pmax 小、 等容度低且传热损失大
最大爆发压力出现在TDC之后10 ～ 15 ° CA性能最佳。
（三）后燃期 1、定义 从最高压力到放热率达到95% 经历的时间或曲轴转角。 2、要求 后燃期尽量短，降低后燃损失。
二、CI-ICE的燃烧过程
C
D p max 4
E X 95% 缸压线 压缩线
c 大—保证性能
6 ～12孔—多喷空，细化喷雾
2）燃料喷入有旋空气中—高速柴油机
有旋
c 小
多喷孔—3 ～5孔
对“油”“气”配合要求高
3）燃料喷入副燃烧室—IDI 二次混合，对喷油要求低—采用轴针喷油器
2、热混合现象 在离心力和向心推力的 共同作用下，冷空气和 燃料向外运动，已燃气 体向内运动的混合现象 称为“热混合现象”。