第三节柴油机混合气的形成.docx

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第三节柴油机混合气的形成

第三节　柴油机混合气的形成

一、混合气形成的特点及方式

（一）燃料喷射与混合气形成

柴油喷入柴油机的燃烧室燃烧，系利用高压喷射泵将柴油紧缩使其通过一或数个喷油嘴或孔口进入燃烧室雾化。

柴油高压喷射泵通常以200~1400bar的喷射压力作动。

在喷射时，气缸内的空气压力为50~100bar、温度大约为700℃、密度那么在15~25kg/m3之间。

喷油嘴的喷孔直径为~mm、长度与直径比那么在2~8之间。

典型的蒸馏一般柴油其燃料性质：

比重为、黏度在3~10kg/m-s之间，表面张力那么大约为3×l0-2N/m（水约×l0-2N/m）。

如图3-20所示为不同喷射压力之燃油对大气空气之喷射喷雾示图，在起始之低喷射压力时，喷雾为油滴状从喷口喷出（图a），随着喷射压力的增加，油滴慢慢变成喷流（Stream）。

最后，喷流慢慢散开成喷雾（Spray）。

如图3-20所示为实际柴油引擎燃料对紧缩空气（约35bar）之喷雾示用意，离开喷油嘴的油滴从喷流变成喷雾的长度称为散开长度（Breakuplength），此长度随着喷射压力的增加，慢慢变短、但喷雾角慢慢变大，最后散开长度完全消失，现在的喷雾角最大（图3-20（e）~（f）），此为柴油引擎燃料喷雾之大体要求。

由于喷油阀起始之开启压力，燃料之起始喷雾状往往是油滴（图a）而不是理想之油雾（图f）。

图3-20A刻画一典型柴油机其燃料喷雾的结构，当液体喷流离开喷油嘴时，由于带入周围的空气，并与其混合，故变成扰动而散开。

最初喷流速度大于102m/s喷流外表面那么散开成直径为10μm的油液滴，散布于喷油嘴出口周围。

喷雾离开喷油嘴越远，其中所含的空气质量越多，故即扩散开来，其宽度慢慢增大，速度那么相对减小。

当这种卷入空气的进程进行时，燃油滴会吸收周围的热量开始蒸发。

当喷射进行时，喷雾尖端进一步渗透穿越燃烧室，可是速度会减小。

图3-20：

不同喷射压力对大气空气之喷射喷雾示图

图3-20A：

实际柴油引擎燃料对紧缩

空气（约35bar）之喷雾示用意

柴油因黏性大、不易挥发，故柴油机采纳在缸内形成混合油滴与空气的方式。

在紧缩行程之末，柴油通过喷油嘴高压喷入气缸内，分成无数直径约为1~50μm的油粒，并与高温高压空气混合，经吸热、挥发、扩散等一系列物理及化学进程而着火燃烧。

着火后，混合气的进行与燃烧同时进行。

为使燃料能在上死点周围迅速烧完毕，以保证柴油性能取得良好的性能，故喷油延续时刻应极短促，通常中高速柴油机全负荷时的供油持续角或喷射行程约15~35oCA（CrankAngle,约数微秒），低速重柴油机那么约18~22oCA。

（二）混合气形成方式

柴油机为了能在极短时刻内形成均匀的混合气，基于燃烧室形状的不同需采纳不同的混合气形成方式，要紧有两种：

（1）空间混合：

它要紧用于直接喷射开式燃烧室（Opencombustionchamber）的油气混合。

这种燃烧室主若是靠柴油的喷射、挥发及贯穿作用而形成混合气，如图3-21所示。

由于柴油扩散仅限于油束周围的空气，为了充分利用燃烧室内的空气，常采纳两个方法：

一是安装雾化质量较好的多孔喷油嘴（如图3-15），使喷射油束与燃烧室形状配合，将柴油尽可能均匀地喷射到燃烧室空间；二是适当设计燃烧室内的空气扰动来加速油气的混合，如图3-22所示为各类不同型式的开式燃烧室的活塞冠形状，以产生适当的空气扰动，以提升油气的混合。

（2）油膜混合：

是将绝大部份柴油顺气流方向喷射到燃烧室壁（如图3-23的喷油流线b）形成一层油膜，约只有5%左右的柴油（如图3-23的喷油流线a）喷到燃烧室内空气中作为引火源而第一着火燃烧，油膜受热挥发时，油气被强烈旋转的气流逐层卷走，形成均匀的混合气。

喷雾特性即柴油喷散雾化的程度，可用油滴细度和均匀度表示。

细度指油滴平均直径，均匀度以油滴最大直径与平均直径之差表示。

油滴越细、越均匀，油雾化的质量越好。

可用实验方式测出油滴直径而作出喷雾特性曲线，曲线越靠近纵坐标且越窄，那么油粒愈细愈均匀，雾化程度也越好。

如图3-24曲线l优于曲线2。

图3-21：

直接喷射开式燃烧室的空间混合情形；1：

喷油嘴、2：

气缸盖、3；气红套、4：

活塞

图3-23：

球型燃烧室的油膜混合情形；1：

喷油嘴、2：

气缸盖、3：

气缸套、4：

活塞、5：

球形燃烧室

图3-22:

不同型式的开式燃烧室；（a）球形燃烧室、（b）浅杯形燃烧室、（c）w形燃烧室、（d）ω形燃烧室

（三）阻碍喷注特性的要紧因素

阻碍喷注特性的要紧因素有喷射压力、喷油嘴构造、喷射泵凸轮形状和转速、缸内气体压力及柴油黏度等。

喷射压力越高，那么柴油从喷孔喷出的速度越大，油流内部的扰动和所受空气阻力也越大，从而提高雾化程度（如图3-24）。

喷油嘴结构对油束的阻碍主若是喷孔直径及喷油嘴头部的结构形式。

如图3-12及图3-25所示，图（b）及（c）为多孔喷油嘴，在喷油压力及喷孔总面积不变的条件下，孔数增加将使孔径减小，油流受到喷孔更大的节流而增加扰动，因此喷雾细而均匀，孔径增大时，喷注较密集，贯穿距离增大。

图（a）为针栓式（Pintle）单孔喷油嘴，针栓头部有不同的锥角设计，以因应不同燃烧室对喷雾锥角的设计要求。

图3-24：

喷射压力对雾化油滴的阻碍

图3-25:

（a）针栓式单孔喷油嘴、（b）多孔喷油嘴

图3-26显示喷入一高速紧缩机机内的安静空气中之柴油燃料喷雾照片，该机械系仿真柴油引擎的情形，其中利用两种摄影技术，即逆光（逆光能够确信有充分液态燃油存在而将光减弱的区域，阴影照像技术反映出实验区内的密度梯度，故确信有燃料存在的区域。

）与阴影照像，以区别含液体的喷流核心及液体核心周围的喷雾燃料蒸气区域。

喷流最接近喷油嘴的区域（在ms喷射停止之前）含有液滴带，喷雾的要紧区域那么为此狭小的核心周围相当大的蒸气云，而核心中含有液态燃料。

高速紧缩机中，喷入处于34bar与670K的氮中，正在蒸发的喷雾之阴影照片与逆光照片，其中时刻为开始喷射后的毫秒数，喷射时期为ms。

左图（阴影照片）显示全为蒸气及液体的区域，右图（逆光照片）那么只显示含有液体的核心。

图3-26：

高速紧缩机中，喷入处于MPa与670K的氮中，正在蒸发的喷雾之阴影照片与逆光照片，其中时刻为开始喷射后的毫秒数，喷射时期为ms。

左图（阴影照片）显示全为蒸气及液体的区域，右图（逆光照片）那么只显示含有液体的核心。

图3-27那么显示喷射压力对油滴雾化的阻碍：

在极高喷射压力2000bar及气缸压力20bar（图3-27图上）时，喷雾的散开长度（Breakuplength）明显比中等喷射压力500bar及气缸压力20bar（图中）者小；比低喷射压力500bar及气缸压力6bar（图下）者又小许多，此意味着喷射压力愈高雾化品质愈好。

图3-27：

喷射压力对油滴雾化的阻碍；喷射压力2000bar、气缸压力20bar（图上）；喷射压力500bar、气缸压力20bar（图中）；喷射压力500bar、气缸压力6bar（图下）

喷射泵凸轮轮廓线较陡或凸轮轴转速较高时，将提高喷油压力和加速供油速度，从而提高柴油的雾化程度。

提高气红内气体压力，那么增大作用在油束上的空气阻力而使喷雾锥角增大，减少柴油黏度使柴油易成细滴，均能提高雾化程度。

（四）气体流动

为了加速混合气的形成，还应适当设计组成燃烧室内的空气运动。

专门是在高速柴油机中，由于混合气形成和燃烧所需时刻更短，假设开式燃烧室（Opencombustionchamber）的空间混合形式，可利用增加喷油嘴的油孔数量，提高柴油雾化与贯穿范围来与空气混合。

静止的空气（如图3-28（a））较难以取得均匀的混合气；假设设计合理的气流运动（如图3-28（b）），将使空气与柴油混合机率增加、取得较均匀的混合，是加速混合气形成的有效方法之一。

图3-28：

多孔喷油嘴的混合气形式；（a）静止空气（b）扰动空气

关于不同的燃烧室（图3-22），设计气流运动的方式也不同，一样有进气涡流（图3-29）、挤压涡流（图3-32）和燃烧涡流等。

图3-30为高速阴影照像所绘制之柴油喷雾之蒸气边界，图中显示正在气化的喷雾与燃烧室的圆筒状气缸壁之交互作用情形，柴油喷雾在约1微秒（第7张）以后触及气缸壁（每张距离微秒），然后沿气缸室壁扩散。

图3-31那么显示柴油喷雾触及气缸壁之许立林照片，图中显示柴油喷入漩涡与空气流动、气化之情形及喷雾的液体的核心（暗）与蒸气区（斑点）的关系。

图3-30：

高速阴影照像所绘制之柴油喷雾之蒸气边界扩散情形

图3-31：

柴油喷入漩涡与空气流动及气化之许立林照片

（1）进气涡流

它是在进气进程中形成的围绕气缸轴线旋转的涡流运动。

在紧缩进程中，它将衰减到30%左右，并可持续到燃烧膨胀进程。

产生进气涡流的要紧方式如图3-29所示，图（a）为切线进气道，其进气道与气缸相切成一直线，使进气在进气阀前产生强烈收缩，造成气流加速、并引导气流以单边平直方向进入气缸，产生围绕气缸轴线旋转的气流运动。

图（b）为螺旋进气道，它使气流沿螺旋线推动，并围绕气缸轴线强烈旋转。

（a）（b）

图3-29：

进气涡流的要紧产生方式；（a）切线进气道、（b）螺旋进气道

（2）挤压和燃烧涡流

挤压涡流如图3-32（a）所示。

在紧缩行程期，空气被挤入活塞顶的燃烧室内，造成挤压涡流，当燃烧后活塞下行时，燃烧室内的气体形成反挤压涡流。

挤压涡流的强度较小，对混合气形成及燃烧仅起辅助作用。

燃烧涡流是指在非开式燃烧室（如预燃式燃烧室）中，从副燃烧室冲入主燃烧室的燃气气流，对混合的气形成与燃烧起要紧作用。

（a）（b）

图3-32：

挤压涡流；（a）紧缩行程的挤压涡流、（b）动力行程的反挤压涡流

燃烧室中的空气运动使喷注分散，扩大混合范围（如图3-28（b））。

在围绕气缸轴线转的气流中，因燃气密度较小而挤向中央，被燃气包围在中央的空气；或未燃油粒因离心力大而挤向外围，与末燃燃料混合，这种分属效应及热混合效应能改善燃烧进程的混合程度。

另外，还可加速火焰传播，使能燃烧早点终止。

可是，空气涡流的增强，必将增加进气和散热等的损失因此，不同柴油机的气流运动应与燃烧室和喷射特性相适应，以取得损失最小而混合程度最正确的结果。

二、柴油的喷射进程

柴油系由一喷油嘴喷入柴油机气缸中，其喷油嘴孔口两头那么有专门大的压力差。

喷射时的典型气缸压力为50~100bar、燃料的喷射压力那么在200~700bar范围内，其大小由引擎尺寸及采纳的燃烧系统类型而定。

利用高压喷射为了使柴油的喷流有足够高的速度喷入燃烧室，以达到：

（a）雾化成小液滴，以利于迅速蒸发、（b）在可供利用的时刻内通过燃烧室，以完全利用缸内充量的空气。

（一）燃油高压系统的喷射进程

为能了解高压柴油的喷射进程（如图3-33所示），可在喷射泵端和喷油嘴端别离装上压力感知器（Loadcell），用示波器（Oscilloscope）将此两头的柴油压力记录下来，同时在喷油嘴上端装上针阀升程感知器，并把针阀升程也记录下来。

如图3-33（b）所示之压力转变情形，当柱塞1上端关闭进、回油孔时（称喷射泵供油始点，它到上死点间的曲轴转角称为供油提早角），柱塞上方压油室的柴油被紧缩，待其压力超太高压油管中的剩余压力及出油阀弹簧压力以后，柴油才开始进入高压油管。

可是喷油嘴并未当即喷油，因为柴油的可紧缩性和油管的弹性变形，产生压力波以音速从喷射泵端到喷油嘴端来回传播。

当以音速传播到喷油嘴针阀处的柴油压力大于针阀开启压力时，针阀才打开将柴油喷入气缸。

因此，喷油嘴的实际喷油始点迟于喷射泵的供油始点。

从喷射泵供油始点到喷油嘴实际喷油始点期间，称为喷油延迟（Injectiondelay、以时刻或曲柄角度CA表示），从而使实际喷油提早角小于供油提早角。

针阀打开后，一部份柴油喷入气缸，喷油嘴端压力临时下降，泵端压力那么因柱塞继续上升紧缩燃油而升高。

当柱塞螺旋槽打开回油孔时，最初开度小，因节流作用，压油室的压力随柱塞上行而略有升高，待回油孔开大时，高压柴油流入低压油室，喷射泵端压力急剧下降，出油阀落座，因出油阀的减压作用，使高压油管压力迅速降低，并阻碍喷油嘴端压力。

喷油嘴端压力下降迟于喷射泵端，当其压力降到低于针阀落座压力时，针阀关闭（即喷油终点）喷油即停止。

关

图3-33：

燃油高压系统的喷射进程；（a）燃油高压系统的压力检知示用意、（b）喷射进程压力转变情形。

1：

喷射泵柱塞、2：

进、回油孔、3：

出油阀、4：

高压油管、5和7：

压力感知器、8：

针阀弹簧

依照波动理论，从喷射泵端到喷油嘴端的输油进程是压力波的传递进程。

由于高压系统压力波动的阻碍，使实际喷油规律与喷射泵的几何供油规律有专门大不同，不仅实际喷油始点迟于供油始点，而且喷油持续时刻拉长，致使后燃增加，降低柴油机的功率与效率。

因此，必需严格操纵柴油机的喷油持续时刻，不同柴油机通过实验确信，其值约为16~35oCA（低速重柴油机约16~20oCA）。

（二）异样喷油

当柴油机工作时，可能因燃料供给系统设计参数选择不妥、压力波动异样，造成喷油嘴的不正常喷射，要紧有：

（1）二次喷油

在喷射终了喷油嘴针阀落座后，由于高压油管中压力波动强烈，当抵达喷油嘴处的压力波波幅大于针阀开启压力时，针阀又再次升起，称为二次喷油（如图3-34）在高速重载情形下，油管压力波动较大，最容易显现二次喷油，这将使喷油持续期拉长，后燃严峻柴油机耗油量增加，零件过热；而且二次喷油的油压低，这部份柴油雾化不良，燃烧不完全而使碳烟增加，并容易引发喷孔积碳。

排除或减弱二次喷油的关键是减少高压油管内的压力波动，减少高压容积，缩短高压油管的长度及提高其刚度，适当加大出油阀的减压容积，适当加大喷油嘴的喷孔直径或增大柴油流通面积，降低高压油路的平均油压等等。

图3-34：

喷射泵之异样二次喷油

图3-35：

喷油嘴因碳渣局部堵塞之气缸压力与喷射压力之转变情形

（2）喷油滴漏

假设喷射期喷油压力下降太慢，针阀不能迅速落座，喷油终止后，仍有柴油从喷孔滴出，称为滴漏。

此柴油不能雾化，易使喷孔积碳堵塞，甚者使喷油嘴针阀焦结或卡死。

图3-35所示为喷油嘴因碳渣局部堵塞之气缸压力与喷射压力之转变情形（实线为正常状况、虚线为故障状况）。

滴漏现象可用适当增加喷油嘴弹簧预紧力或刚性、减少喷孔直径等方式来解决。

（3）中断喷油

柴油机空转时，因循环供油量很小，经喷射泵一次泵油后，油管压力还不足以打开针阀，便显现泵油二次或多次才向气红喷油一次的现象，称为中断喷油，其结果是柴油机怠速不稳固。

因必然高压容积有一最小循环喷油量，故减少高压容积能排除中断喷油。

三、柴油机的燃烧进程

（一）着火条件和特点

柴油喷入燃烧室而喷散成无数油粒，并经加热、挥发、扩散与空气混合等物理进程，和燃料的分解、缓慢氧化等化学进程而自行着火。

燃料着火需具有二个条件：

1.混合气浓度在必然范圈，称为着火界限或可着火区，如图3-36所示，在浓度C1（总过量空气系数中φat约）及C2（φat约）之间。

假设混合气浓度C＞Cl（过浓混合气）或C＜C2（过稀混合气）均不能着火。

燃烧速度wT以浓度适中时最大。

2.混合气应达某一临界温度（燃料自燃温度），它随压力升高而下降。

图3-37：

柴油油束着火示用意；（a）静止空气、（b）横向气流

图3-36：

油滴着火与油滴周围的温度、浓度的关系

由于柴油机燃烧室内遍地的着火条件不同，结合以上的分析，其着火情形有以下特点：

1.在喷注核心与外围之间混合气浓度与温度适当处第一着火，而且可能是符合着火条件的多处同时着火（如图3-37）。

2.由于每循环喷油情形和温度条件不尽相同，故着火地址也不必然相同。

3.火焰传播线路和速度随混合气形成情形和空气运动等因素而定，火焰传至混合气浓度不适合处可能中断，但另外地址的混合气预备完成，新的着火中心生成使燃烧继续进行下去。

（二）燃烧进程

燃料着火后，缸内气体压力和温度急剧转变，它们能反映燃烧进程的进展情形。

如图3-38（a）所示，从展开的示功图（p-φ图）分析，其燃烧进程进展的特点，可分为四个时期：

I.滞燃期1-2（Ignitiondelay）：

在紧缩行程之末的1点处开始喷油，这时气缸内空气温度虽远高于柴油的自燃点，但需经历着火前的物理化学预备进程，直至2点才开始着火燃烧，从点1到点2这段时刻称为滞燃期φi（以秒或CA计），一样φi=1~2ms或10~20oCA。

故对第二时期的阻碍专门大。

滞燃之压力因喷雾吸收气缸内的热量，呈现极微小下降。

滞燃期虽短，但因喷油量约占总供油量的1/3油量，现在期之长短及在此期间所发生之物理、化学转变，那么显著阻碍下一时期（第二时期）的燃烧。

图3-38：

柴油机的燃烧进程

II.速燃期2-3（Rapidcombustion）：

在现在期内喷射之燃料大部份完全燃尽，为压力急剧上升期，因滞燃期内所喷入燃烧室、且具有了着火条件的燃油，几乎在上死点周围，以近似定容条件在一刹时燃烧，故气缸压力急剧升高。

压力急剧上升的程度可用平均压力上升率（Pressureincreaserate）来表示。

假设平均压力上升率太大，那么活塞、连杆、曲轴等零件会受到专门大冲击负荷，常伴有强烈的金属敲击声的敲缸现象（Dieselknocking），增加柴油机的振动及噪音，工作粗鲁、运转不平稳，致使柴油机的零组件寿命减短。

因此平均压力上升率应操纵在4~6bar/oCA（重柴油机约3~5bar/oCA）。

速燃期的放热量约占总放热量Qf的1/3，放热率dQ/dφ及气缸压力均达最大值。

从取得较高的功率及效率来看，高速柴油机约在上死点前5~10oCA开始着火，最高压力（pmax）约出此刻上死点后10~15oCA；低速柴油机那么约在上死点前、后2oCA开始着火，最高压力那么出此刻上死点后14~18oCA。

III.缓燃期3-4（Gradualcombustion）：

即最高压力点3到最高温度点4期间。

喷油常在4点前终止。

此期间气缸内气体压力和温度都很高，喷入的柴油几乎是即喷即燃的瞬时燃烧，为操纵速燃期的平均压力升高率，大部份燃料应在现在期喷入即燃烧，抵达4点的放热量可达总放热量80%。

但因活塞下行而容积扩大，故气缸压力转变较小，近似定压燃烧，抵达4点时的最高燃气温度可达1800~2200oC。

现在期排气增多，氧气浓度不断下降，故高温缺氧是其特点。

假设柴油喷入高温已燃区，因氧气不足，易裂解而成碳烟。

因此，增强空气运动和增进快速混合，有利于上死点周围快速完全燃烧与排气净化或换气。

IV.后燃期4-5（Afterburning）：

从缓燃期终点到燃烧几乎终止时，因混合气形成的时刻极短，难于达到均匀，燃烧将拖到膨胀行程，专门在高速、高负荷时，过量空气偏少和混合时刻更短，燃烧将拖到膨胀后期，乃至排气行程。

因此，常取总放热量的95%~99%或上死点后36oCA作为燃烧终止点，正常时约在上死点后60~90oCA。

后燃期因活塞离上死点较远，燃烧所放热量利用程度低，冷却水和排气所带走的热量较多，致使柴油机的功率、热效及利用寿命都降低，故应减少后燃。

燃烧进程对柴油机性能的阻碍最大，因此柴油机的燃烧要求有：

（1）燃料在尽可能小的过量空气系数φa下完全燃烧，以提高动力性能。

因柴油与空气混合不均，需多供空气，如φa较大，制动平均有效压力pme较小，动力性能较差。

（2）燃烧规律（如图3-38（b））要先缓后急，使柴油的燃烧尽可能在上死点周围完成，以提高经济性。

（3）滞燃期应适中，以减少压力升高率、噪音及排气的有害成份，从而提高内燃机的利用寿命及减少对环境污染。

通常，工作容积一按时，较小过量空气系数的内燃机，其功率较大，但经济性变差；柴油在上死点处燃烧，其经济性较好，但压力上升率较大、工作粗鲁。

故良好燃烧进程应考虑柴油机的动力性、经济性及运转平稳性等方面的最正确化。

（4）假设滞燃期太长，那么将引发：

1.因滞燃期太长，造成多量滞留之油粒，处于着火状态，一旦着火燃烧，那么多量未燃之油粒于活塞上死点周围骤然燃烧，因此使燃烧室内之压力及温度发生异样的高，引发爆震（敲缸）现象（Dieselknocking），由于爆震之发生造成机械之震动，减短机械寿命，使输出马力减少。

2.将招致后燃现象，使未燃油粒随排气排出，造成热效率降低，排气温度上升，马力减少，同时排气冒黑烟，燃料消耗增加。

3.使排气之温度变高：

由于排气中含有未燃烧油粒，将使排气阀易于过热烧损，并致使涡轮增压机早日污染。

图3-39：

柴油十六院值对燃烧压力的阻碍

图3-40：

喷油规律对燃烧进程的阻碍

（三）燃烧进程的阻碍因素

柴油性质、滞燃期内的燃料量和混合气形成程度对燃烧进程阻碍最大。

1.柴油的十六烷值

十六烷值用于衡量柴油的自燃性。

如图3-39所示，十六烷值愈高，柴油自燃性愈好，相应的滞燃期较短，柴油机运转平稳，噪音较小，起动也容易。

但十六烷值太高，会因自燃温度太低，未完全混合好就着火，故柴油的十六烷值应依照机型选取。

2.喷油规律

喷油量随曲轴转角的转变规律称为喷油规律。

如图3-40所示，为喷油规律对燃烧进程的影。

图中两种喷油规律的循环喷油量qf和喷油提早θfj相同，曲线l在滞燃期内喷入的燃料量较多，其压力上升率及最高压力较大。

曲线2所示为供油规律符合先缓后急的要求，工作较柔和。

如图3-41的θfj1所示，假设供油提早角θfj过大，因滞燃期较长，压力升高率及最高压力都大，故使柴油机工作粗鲁，而且紧缩负功增加；又如图3-41的θfj1所示，假设θfj过小，那么最高压力降低，后燃增加，致使排气中的碳烟量及零件热负荷都增加。

故柴油机的每一工况都有一最正确喷油提早角θfj佳。

通常θfj佳是在标定情形下由实验确信，柴油机在θfj佳下运转时，其燃油消耗率最低，而且制动功率最高。

3.转速和负荷

在中、高转速柴油机，假设其转速n升高，使气流加速，喷油压力提高，从而能够改善柴油的雾化和混合气质量，并可减少向气缸壁的热传和从气缸壁间隙的泄漏等损失。

因此，在中、高转速柴油机中，常装有喷油提早角的自动调剂装置，使θfj随转速的转变而转变；但这喷油提早角调剂装置与低速柴油机的可变喷油按时装置（Variableinjectiontiming,VIT）者不同。

当转速必然而负荷增加时，循环喷油量qf也增加，过量空气系数减小，使燃烧室内的气体温度升高，从而缩短了滞燃期，柴油机工作柔和。

但因qf增加使喷油持续时刻拖长，致使后燃严峻，经济性下降。

故常限制柴油机在某一最大负荷下运转。

图3-41：

喷油提早角θfj对燃烧进程的阻碍；1.过大、2.适合、3.过小

图3-42：

燃烧放热规律对燃烧进程的阻碍；

1.过大、2.适合

4.燃烧放热规律

燃油燃烧所释放的热量Q随曲轴转角φ的转变关系称为热释放率（Heatreleaserate）。

热释放率直接决定了柴油机的功率、热效率、噪音、寿命和排放污染物。

图3-42曲线2是某柴油机采纳油膜空间混合燃烧的计算热释放率曲线，与原机采纳空间混合的曲线1相较，减少了滞燃期燃料量，使着火尽可能接近上死点，第二时期热释放量增加，因此缩短了后燃烧（Afterburning），因此压力升高率较低，燃油消耗率约降低5%经济性提高，噪音较小、且排烟颜色较淡。

依照热释放率的研究指出：

开始放热时刻、热释放率及放热持续期是阻碍燃烧进程的三个要紧因素，对柴油机的热效率及最高燃烧压力的性能阻碍最显著。

如前所述，理想的热释放率应是先缓后急，即开始放热适中使柔和运转，待燃料开始燃烧后才加速热释放率，使燃料尽可能靠近上死点燃烧，以取得好的经济性及动力性。

（四）阻碍燃烧进程的实验分析

1.喷射压力对燃烧的阻碍

图3-43a所示为不同喷射压力对燃烧阻碍的持续照像图，其实验条件：

喷射压力别离为60MPa（