柴油机混合气形成与燃烧.docx

柴油机混合气形成与燃烧.docx

《柴油机混合气形成与燃烧.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《柴油机混合气形成与燃烧.docx（11页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

柴油机混合气形成与燃烧

第六章柴油机混合气形成与燃烧

了解：

柴油机有害排放物的生成机理与噪声，柴油机燃烧室的分类，特点和对燃烧的影响。

理解：

影响燃烧的因素和措施。

掌握：

柴油机混合气的形成，柴油机燃烧过程，柴油机的喷射与雾化。

第一节柴油机的燃烧过程

一、燃烧方式：

汽油机是火花塞点火后，以火焰传播燃烧。

柴油机是压缩终了喷油才开始形成混合气,以油滴扩散燃烧。

低温多级着火，缸内不能形成明显的火焰传播。

油滴的着火要满足条件：

一是混合气温度要高于着火临界温度；

二是混合气的浓度要适当，即混合气的浓度要在着火界限之内。

着火时机、地点不固定，着火点位于喷注外围与核心之间。

二、燃烧阶段

1．滞燃期（着火延迟期）（1—2）

从喷油到着火（缸内压力线偏离压缩线）。

在压缩终点，Tc=450-800℃，大于柴油自燃温度的330-350℃，但不会立即着火，进行着火前的准备。

物理准备：

雾化，加热，蒸发，扩散和混合。

化学准备：

裂化，着火前的氧化反应。

2．速燃期（2-3）

从着火到缸内压力最高。

着火后迅速燃烧，活塞在上止点附近，接近于等容燃烧，出现最高压力在上止点后8°

ΔP/ΔΦ=（P3-P2）/（Φ3-Φ2）高，

放热率dθ/dΦ大。

边喷油、边混合、边燃烧。

3．缓燃期（3～4）

从缸内压力最高到温度最高。

速燃期内喷入的燃油在此阶段燃烧，放热量较大，达80%。

，出现循环最高温度达1700～2000℃，一般在上止点后20～30°

温度虽升高，但活塞已下行，压力近似不变，接近于等压燃烧。

4．后燃期（4——）

从温度最高到燃料燃烧结束。

放热量达95%以上。

远离上止点放热，不能有效地利用，将大量的热传给冷却系。

使排气温度升高，零件热负荷增加，导致柴油机动力性、经济性下降，故应尽量减少后燃。

三、燃烧过程中存在的问题

1．混合气形成困难，燃烧不完全。

混合气形成时间短，边喷油、边混合、边燃烧。

2．燃烧噪音较大，工作粗暴。

燃烧噪音与速燃期内的ΔP/ΔΦ有很大关系。

滞燃期长，速燃期内同时燃烧混合气量多，使ΔP/ΔΦ大，工作粗暴。

缩短着火延迟时间τI，减少滞燃期内的喷油量，抑制此阶段混合气的形成，这又与提高动力性相矛盾。

3．排气冒烟

黑烟（碳烟）

主要发生在大负荷工况，如加速，爬坡时。

黑烟的形成：

高温缺氧

蓝烟，白烟

在冷起动及怠速，低负荷运转时，气缸内温度低，燃烧不良，不同直径的柴油微粒随废气排出，受光线的反射呈现不同的颜色。

白烟0.6～1微米

蓝烟0.6微米以下。

四、放热规律

放热率dθ/dΦ随曲轴转角变化的关系。

放热规律决定了汽缸内压力升高率（噪音）的变化和柴油机热效率。

放热规律的阶段：

予混合燃烧阶段—放热率高

扩散燃烧阶段—放热率逐渐下降

尾巴燃烧阶—放热率很小

理想的放热规律应为：

①曲线要先缓后急。

②放热开始时刻要适当提前，持续时间为40°。

五、排气污染

柴油机排气NOX多、碳烟多、SO2微粒多

第二节柴油机混合气的形成

一、混合气形成特点

1、缸内形成

2、时间极短

3、过量空气系数较大

4、靠燃烧室、喷雾、空气涡流运动三方面配合

保证燃烧完全、及时靠加快混合气的形成速度（汽油机是提高火焰传播速度）

二、混合气形成方法

１、空间雾化混合：

将燃油喷向燃烧室空间以雾状油滴与空气涡流混合。

２、油膜蒸发混合：

将燃油喷向燃烧室璧面以油膜蒸发油气与空气涡流混合。

混合气的形成靠燃油喷雾、空气涡流运动和燃烧室结构三者相配合。

三、空气涡流运动

喷注核心油滴较大，偏离较小。

喷注外围油滴较小，偏离较大

1、进气涡流

靠切向进气道和螺旋进气道

2、挤气涡流

靠压缩后期活塞顶凹坑与缸盖底平面间隙

四、燃油的喷射与雾化

（一）喷射过程

1、喷油延迟阶段

从喷油泵供油到喷油器喷油（针阀抬起）。

2、主喷射阶段

从喷油器喷油到喷油器端压力明显下降。

3、滴漏阶段。

从喷油器端压力明显下降到针阀落座。

（二）不正常喷射

1、二次喷射：

主喷射针阀落座后，针阀再次升起喷油。

危害：

⑴喷油时间↑喷油量↑发动机过热，排气温度↑，燃油消耗率↑。

⑵喷射压力低，雾化不良，燃烧过程中喷入气缸，排气冒黑烟，积碳。

措施：

（1）减少高压油路容积（取消高压油管）

（2）加大喷孔直径

2、滴油

正常喷射后断油不干脆。

措施：

加大喷油器调压弹簧予紧力；

加大减容作用。

2、断续喷射和隔次喷射

断续喷射：

一次喷射中断续几次喷射。

隔次喷射：

两次供油一次喷射。

断续喷射常发生在低速小负荷工况。

隔次喷射发生在怠速运行时，造成柴油机怠速运转不稳。

避免不正常喷射的措施：

减少高压容积，缩短高压油管长度，合理选择喷射系统参数。

（三）喷雾特征

燃油在经喷孔喷出时，在气缸中被破碎成微粒的过程，称为燃油的雾化。

①喷注射程L：

表示喷注贯穿深度；

②喷注锥角β：

表示喷注紧密程度；

③细微度和均匀度：

表示雾化程度。

细微度-油注中的平均直径

均匀度-油注中最大直径与最小直径之差

影响喷注质量的主要因素有：

喷注结构、喷油压力、缸内空气的压力、柴油的粘度等。

五、燃烧室

1．对柴油机燃烧室的要求：

1在α小下燃烧完全及时；

2适度的ΔP/ΔΦ和最高的燃烧压力Pz值，以保证工作柔和，平稳，可靠；

3排气品质好；

4变工况适应好。

应在负荷、转速变化时，柴油机性能稳定；

5冷起动性好；

⑥制造、维修方便。

燃烧室分为两大类。

直喷式和分开式。

2、典型燃烧室的结构特点

1）半开式燃烧室（ω应用最广）

混合气形成：

空间雾化混合为主。

一般采用多孔喷嘴，并组织一定的进气涡流和挤气涡流，以加速混合气的形成。

主要特点：

1面容比小，Q放↓，经济性好。

2低温起动性好

3采用多孔喷嘴，高压喷射。

4ΔP/ΔΦ和Pz大，工作粗暴。

5α大，动力性差。

6形成碳烟多，氮氧化物多、排放差。

⑦多用于3000r/min以下的柴油机。

2）球形燃烧室

混合气形成：

油膜蒸发。

一般采用单孔喷嘴，均配有螺旋进气道以产生强进气涡流。

主要特点：

1面容比小，经济性好。

2ΔP/ΔΦ和Pz较小，工作柔和。

3对燃油的品质及雾化质量要求低，可以燃用多种燃料。

4冷起动困难。

5低速、加速时冒黑烟。

⑥不适于增压，变工况适应性差。

3）涡流室式燃烧室

混合气形成：

空间雾化混合为主。

一般采用轴针式喷油器。

主要特点：

1喷雾质量要求不高。

2ΔP/ΔΦ较小，工作柔和。

3α值可较小，空气利用率高。

4变工况适应性好，对转速不敏感。

5面容比较大，经济性差，启动性差。

第三节影响燃烧过程的因素

一、燃油因素（柴油性质）

1、着火性

着火性是柴油喷入汽缸后能否迅速着火燃烧的能力，用十六烷值表示。

十六烷值高，着火性好，滞燃期短，ΔP/ΔΦ较小，工作柔和。

十六烷值高，起动性好。

十六烷值过高，使燃油来不及混合就燃烧，冒烟。

车用柴油机的十六烷值，一般为40～50。

2、蒸发性

蒸发性过好，工作粗暴。

蒸发性差，燃烧不完全。

蒸发性适中

二、构造因素

1、压缩比ε

ε↑Tc↑Pc↑滞燃期缩短，工作柔和。

起动性好、经济性好。

ε过大，Pz↑，机械负荷与热负荷↑，使用寿命↓。

２、喷油器

（1）针阀流通截面

截面大、喷雾质量好

但流通截面过大，针阀磨损加大。

（2）喷油压力容积

容积大，产生滴漏HC↑CO↑

（3）喷油压力

压力大，雾化好。

3、活塞材料

铸铁活塞，温度高，滞燃期短，工作柔和。

4、喷油规律

喷油率（单位曲轴转角喷油量）dq/dΦ随曲轴转角的变化关系。

喷油规律决定于放热规律。

理想的喷油规率先缓后急。

压力升高率较小，柔和；

燃烧不拖后。

喷油规律可以通过改变喷油泵凸轮轴的凸轮型面加以调整。

三、使用因素

1、喷油提前角θ

喷油泵从关闭进油口到活塞达上止点的曲轴转角。

一般计算供油提前角，即喷油泵供油（高压油管接头瞬时）到活塞达上止点的曲轴转角。

１）θ过大

①燃油喷入汽缸时缸内的温度、压力较低，使滞燃期增长，压力升高率大，粗暴。

②怠速不稳，冷起动困难。

③压缩负功增大，燃油消耗率增高，功率下降。

２）θ过小

①燃油不能及时在上止点附近燃烧，使后燃量增大，排气温度增加，热效率下降，燃油消耗率上升。

②燃烧压力较小，功率下降。

供油提前角调整特性

柴油机的性能指标随供油提前角θ的变化关系。

柴油机燃油消耗率最低，发出的功率最大时的供油提前角，称为最佳供油提前角。

2、转速n

n↑涡流强，改善混合气形成，使着火延迟时间τi↓

着火延迟角Φi=6nτi

直喷式，n↑，τi变化不大，Φi↑最佳供油提前角↑。

所以通常装有供油提前角自动提前装置。

3、负荷

①负荷↑缸内压力温度高，着火延迟时间↓工作柔和性↑。

　　②循环供油量↑燃烧恶化ηi↓

③负荷过大，过量空气系数过小，燃烧恶化，排气冒黑烟。

“惰转噪音”

当冷起动及怠速运转时，缸内温度低，润滑油粘度大，柴油机的摩擦损失加大，尽管无负荷，但供油量却不能太低，并且因为缸内温度低，使得着火延迟时间增大，致使平均压力升高率ΔP/ΔΦ↑，产生强烈的噪音。

随着发动机负荷的增大，柴油机热状态正常后，惰转噪音会自行消失。

油滴着火扩散燃烧图

柴油机燃烧压力图

放热规律图

切向进气道图螺旋进气道图

挤气涡流图