二次喷射

燃油系统设计不当的柴油机在高转速、高负荷下运行时发生的一种不正常燃油喷射现象

二次喷射（secondary injection）

定义

GDI 发动机二次喷射模式中的第一次喷射，使燃烧室内形成均匀的混合气体。通过第二次喷射，利用发动机的滚流性将油雾卷到火花塞附近，进行局部加浓以利于点火，减少油耗，降低排放。

二次喷射的发展

由于近年来GDI 发动机二次喷射有着良好的经济性与排放性，因此受到日益广泛的关注与研究，但也面临着技术上的挑战。由于喷油时刻、相关混合气的形成与边界条件的精确匹配存在各种困难，所以仅用一次喷射的单段喷射常常不足以满足第二代缸内直喷混合气形成过程的给定要求。一方面，必须在整个发动机工作范围内对这些边界条件进行考虑，另一方面还要符合排放法规要求。因此，在缸内直喷汽油机燃烧过程的开发中，越来越多地采用二次喷射。二次喷射的喷油时刻以及点火时刻等因素对发动机缸内混合气的形成以及燃烧有很大影响，大大改善了GDI发动机的燃烧和排放，提高了经济性。

二次喷射的消除

二次喷射是主喷射期结束针阀落座后，在过大的反射波作用下，针阀再次升起进行喷油的一种不正常现象。二次喷射的出现将使整个喷射延续期拉长，过后燃烧严重，柴油机经济性下降，热负荷增加，所以要力求消除二次喷射。

消除二次喷射，关键在于减小喷油泵停止供油后高压油路中柴油的压力波动，常用措施有以下几点：

1）减少高压油路中的容积（如减小出油阀接头内腔容积，减小高压油管的长度和内径），增加高压油管的刚度（如适当增加管壁的厚度），可以减小柴油的压力波动。

2）适当加大喷油器的喷孔直径。用增加喷孔截面的方法来减小喷射期内高压油路中柴油的平均压力，这样可以降低针阀关闭后高压油路中压力波的强度。但是喷孔直径过大会影响雾化质量。

3）适当加大出油阀的减压容积。使供油结束时。高压油路中的柴油压力迅速下降到无法引起二次喷射，但是出油阀减压作用过度，则可能使高压油路中出现局部真空，而产生气泡，引起穴蚀。采用等压阀或阻尼阀将能获得更好的效果（见图1）。

流体二次喷射装置

流体二次喷射装置是在喷管扩散段上某一位置向喷管中的超声速燃气流（主流）横向射入另一股流体（二次流），从而产生控制火箭飞行所需要的侧向力。流体二次喷射推力向量控制装置具有频率响应快、效率高、喷管结构简单（固定的）和发动机比冲损失小等优点。

液体二次喷射

二次流为液体的流体二次喷射叫做液体二次喷射，其装置由喷射器、伺服机构、贮箱及增压系统组成，具体组成和工作原理如图2所示。

液体二次喷射装置的工作过程如下：高压气瓶或燃气发生器所产生的高压气体，通过调压器降压，并在进人工质贮箱时等于所要求的压强；通过气囊或直接将液体工质挤压出贮箱，经由导管进入喷射器。当伺服机构接到指令时，喷射器的针栓在伺服机构作动器作用下打开喷射器的喷嘴，使工质经过喷嘴进入喷管扩散段。喷射出的液体工质微滴碎裂、蒸发，并与主气流混合或发生反应，从而使主气流受阻，产生分离激波或冲击波，激波后流速降低压强升高，在扩散段壁面上形成不对称压强分布。因此液体二次喷射产生的侧向力基本上由两部分组成：一是液体在垂直喷管轴线上的反作用力Fs1，一是分离区、激波区上压强在垂直喷管轴线上的合力Fs2，总的侧向力

F=Fs1+Fs2

借助于总的侧向力F即可实现火箭的俯仰和偏航控制。如果采用四喷管，相对于二喷管除可进行差动喷射，还可实现滚控。

液体二次喷射装置除具有流体二次喷射的共同优点外，还具有：1）液体工质可在环境温度下贮存和使用，管路和喷射器不受高温燃气烧蚀，所用材料只要满足工质要求即可；2）液体工质密度大，且便于贮存。

液体二次喷射装置的不足之处是：1）所能提供的侧向力有限，一般小于发动机主推力的10%，当需要大侧向力时，需加大喷射流量，这不仅增加了工质的携带量，而且降低了喷射效率。2）装置结构复杂，勤务处理不方便。

液体二次喷射的常用工质为氟里昂一114B2和含62%过氯酸锶的水溶液。

气体二次喷射

二次流为气体的流体二次喷射叫做气体二次喷射。气体二次喷射的侧向比冲比液体二次喷射的侧向比冲高，尤其是从燃烧室引入的燃气流，其侧向比冲更高。

在喷管扩散段射入第二股气流后，这股二次气流迅速膨胀，并转折附壁面流动，对靠近喷射口一侧的主气流形成障碍，在喷射口上游产生一弓形激波。如图3所示。经过弓形激波后的那部分主气流发生方向偏斜，导致如图3所示的整个喷管排气流离开喷管出口面时不再通过喷管中心线，而是偏斜σ角度，造成推力偏斜，其横向分力即为侧向控制力。

在喷管扩散段适当位置喷射二次气流，可以得到所需侧向力。调整二次流某些参数，如流量，可以改变激波强度和角度，改变主气流偏斜程度，达到控制侧向力大小的目的。只要在同定喷管的4个象限内各配置一套气体二次喷射装置，即可实现俯仰和偏航所需要的控制力，甚至可以提供滚控所需的侧向力。

根据二次气流的来源，气体二次喷射装置可分为以下类型。

（1）燃气二次喷射装置

该装置喷射的二次气流取自发动机燃烧室中的高温燃气，其优点是装置的零、部件少，质量小，效率高；缺点是管路和阀门必须能承受高温燃气烧蚀，而燃气中的氧化铝沉积可能堵死管道和阀门，引出的燃气既受燃烧室压强波动影响，又反过来影响燃烧室压强。

（2）低温燃气二次喷射装置

该装置用的二次气流来自专门设置的燃气发生器，这种燃气发生器中的推进剂燃烧温度较低，为800～1300 K，仅及发动机燃气温度的1/3～1/2；且燃气中不含金属氧化物，无沉积现象；燃气压强无波动。但是由于二次气流的温度低于主气流当地温度，与主气流进行热交换时会发生吸热反应，因此该装置效率略低一些。

（3）空气二次喷射装置

该装置的二次气流取自发动机周围的空气，由安装于喷管外围的倒锥形集气罩、喷射器和伺服机构组成。装置的结构简单、质量小、造价低。但只适用于在大气层中飞行的固体火箭发动机，并且随火箭速度的加快和空气密度的下降，不能提供足够的侧向力。

气体二次喷射装置尚未用于正式型号的发动机。

对排放影响

如图4所示，随着二次喷射时刻的增大，THC 呈现出先上升后下降的趋势，且该趋势随着二喷比例的增大而更为明显。

如图5所示，随着二次喷射比例的增大，NOx 整体上呈现出下降的趋势。这是因为随着二喷喷油量增大，燃油蒸发导致燃烧室内的温度降低，进而抑制 NOx 的生成。随着喷油时刻的增大，NOx 的生成整体上呈现出增大的趋势，因为随着喷油时刻的增大，缸内的油气混合更为均匀，能够组织更加良好的燃烧，使燃烧温度升高，促进 NOx 的生成。

燃油系统出现某些故障时，在喷油器针阀落座停止喷射后，由于高压油路中压力波动很大，传至针阀副处的压力如大于针阀开启压力，针阀再次开启，造成第二次喷油，称为二次喷射。由于第二次喷油一般比规定的最佳喷油时期晚，且压力低，喷入缸内的油雾化燃烧不良，后燃严重，会带来冒黑烟、积炭、敲缸、机油稀释、油耗高等一系列坏的影响。

全国各地天气预报查询

上海市

云南省

云南省

云南省

云南省

云南省