汽车发动机原理与汽车理论基本课件-第六章.ppt

1、第一节燃料喷射与雾化第二节柴油机的燃烧过程第三节可燃混合气的形成与燃烧室第四节影响燃烧过程的运转因素分析第五节影响燃烧过程的结构因素第六节工程应用实例(文摘)第六章柴油机混合气的形成与燃烧第一节第一节 燃油喷射与雾燃油喷射与雾化化一、喷油系统一、喷油系统 1、作用及要求、作用及要求 作用：作用：定时定时定量并按一定规律定量并按一定规律向柴向柴油机油机各缸供给高压燃各缸供给高压燃油。油。要求：要求：1)产生足够高的喷油压力；产生足够高的喷油压力；2)实现所要求的喷油规律；实现所要求的喷油规律；3)对于确定的运转状况，精确控制喷油对于确定的运转状况，精确控制喷油 量；量；4)避免出现异常喷射现象。

2、避免出现异常喷射现象。2、喷油系统的工作原理、喷油系统的工作原理图图5-1 柱塞式喷油泵燃油供给系柱塞式喷油泵燃油供给系1喷油器喷油器 2燃油滤清器燃油滤清器 3直列柱塞式喷油泵直列柱塞式喷油泵 4喷油提前器喷油提前器 5输油泵输油泵 6调速器调速器 7油水分离器油水分离器 8油箱油箱 9高压油管高压油管 10回油管回油管 11低压油管低压油管1.柱塞式喷油泵供油系统柱塞式喷油泵供油系统 2.分配式喷油泵供油系统分配式喷油泵供油系统 图图5-2 分配式喷油泵燃油供给系分配式喷油泵燃油供给系l-油箱油箱 2-油水分离器油水分离器 3-一级输油泵一级输油泵 4-二级输油泵二级输油泵 5-燃油滤清器

3、燃油滤清器 6-调压调压阀阀 7-分配式喷油泵传动轴分配式喷油泵传动轴 8-调速手柄调速手柄 9-分配式喷油泵体分配式喷油泵体 10-喷油器喷油器 11-回油管回油管12-分配式喷油泵分配式喷油泵 13-喷油提前器喷油提前器 14-调速器传动齿轮调速器传动齿轮 3、喷油泵、喷油泵图图5-3 柱塞式喷油泵柱塞式喷油泵 图图5-4分配式喷油泵分配式喷油泵 4、喷油器、喷油器图图5-5 喷油器的头部结构喷油器的头部结构(a)单孔单孔 (b)多孔多孔 (c)标准轴针标准轴针 (d)节流轴针节流轴针图图5-6不同喷不同喷油嘴的流通特油嘴的流通特性性 二、喷射与雾化二、喷射与雾化1.喷射过程喷射过程:定义

4、：定义：喷油泵开始供油直至喷油器停止喷 油的过程，整个喷射过程在全负荷 下约占1540曲轴转角。喷喷射射过过程程喷射延迟阶段喷射延迟阶段I：从喷油泵柱塞顶封闭进回油孔的理论供油始点到喷油器针阀开始升起(喷油始点)为止。主喷射阶段主喷射阶段：从喷油始点到喷油器端压力开始急剧下降为止。喷油结束阶段喷油结束阶段：从喷油器端压力开始急剧下降针阀完全落座(喷油终点)为止。图图5-7喷射过程喷射过程a)喷油泵端压力喷油泵端压力 b)喷油器端压力喷油器端压力 c)针阀升程针阀升程 2.供油规律与供油规律与喷油规律：喷油规律：供油速率供油速率：单位凸轮轴转角（或单位时间）由喷油泵供入高压油路中的燃油量；喷油速

5、率喷油速率：单位凸轮轴转角（或单位时间）由喷油器喷入燃烧室内的燃油量；供油规律供油规律：供油速率随凸轮轴转角（或时间）的变化关系。喷油规律喷油规律：喷油速率随凸轮轴转角（或时间）的变化关系。差别：始点差别822曲轴转角；喷油持续时间较供油持续时间长；最大喷油速率较供油速率低，其形状有明显畸变，循环喷油量也低于循环供油量。图图5-8 供油规律和喷油规律供油规律和喷油规律 两者的差别主要原因：两者的差别主要原因：燃油的可压缩性 压力波传播滞后 压力波动 高压容积变化3.喷雾特性与雾化质量：喷雾特性与雾化质量：燃油喷入燃烧时后被粉碎分散为细小微粒的过程，称为燃油的喷雾或雾化燃油的喷雾或雾化。将燃油喷

6、射雾化，可以大大增加增加其表面积，加速加速混合气形成。当燃油高速从喷孔喷出(喷出速度为l00一300ms)便形成如园锥形状的喷注喷注，也称油油束。束。油束的几何形状主要包括油束射程油束射程(又称贯穿距离)和喷雾锥角喷雾锥角或油束的最大宽度。图图5-9 油束的几何形状和参数油束的几何形状和参数 a 油束射程油束射程L 并不一定越大越好，这要根据混合气形成的机理与燃烧室形状具体分析。L 燃料喷到壁面上多 空间混合气太稀。L 燃料集中 混合气分布不均匀，空气利用。b 喷雾锥角喷雾锥角 反映油束的紧密程度。孔式喷嘴 油束松散，粒细。轴针式喷嘴 油束紧密，粒粗。c 雾化质量（雾化特性）雾化质量（雾化特性

7、）细微度 油滴平均直径 细：雾化好均匀度 油滴最大直径-油滴平均直径匀：雾化好粒细均匀度好，粒粗均匀度差。一般情况下：喷雾锥角过大，贯穿距离会减小；喷雾锥角过小，雾化程度会变差。3.不正常喷射不正常喷射(一一)二次喷射二次喷射 二次喷射是主喷射结束针阀落座后，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。二次喷射的出现特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，应当要力求消除二次喷射。消除二次喷射消除二次喷射(1)减少高压油路中的容积(2)适当加大喷油器的喷孔直径(3)适当加大出油阀的减压容积(二二)滴油滴油 在正常喷射结束后，如断油不干脆，仍有少量柴油滴出

8、，称为滴油滴油。(三三)断续喷射断续喷射(四四)不规则喷射和隔次喷射不规则喷射和隔次喷射(五五)穴蚀穴蚀燃烧过程的特点燃烧过程的特点 1 高压喷油在汽缸内部形成可燃混高压喷油在汽缸内部形成可燃混合气。合气。2 压缩自燃。压缩自燃。柴油机的柴油机的燃烧过程可分为四个阶段：燃烧过程可分为四个阶段：1 火落后期火落后期(又称为滞燃期又称为滞燃期)；2 速燃期；速燃期；3 缓燃期；缓燃期；4 补燃期补燃期 。第二节柴油机的燃烧过程一、燃烧过程 （一）着火（一）着火落后期落后期 从从柴柴油油开开始始喷喷入入燃燃烧烧室室内内(A(A点点)起起到到着着火火开开始始点点(B(B点点)为为止止的这一段时期称为的

9、这一段时期称为着火落后期着火落后期。随随压压缩缩过过程程的的进进行行，缸缸内内空空气气压压力力和和温温度度不不断断升升高高，在在空空燃燃比比、压压力力、温温度度以以及及流流速速等等条条件件合合适适处处，多多点点同同时时着着火火，随随着着着着火火区区域域的的扩扩展展，缸缸内内压压力力和和温温度度升升高高，并脱离压缩线。并脱离压缩线。着火落后期着火落后期 影影响响着着火火落落后后期期长长短短的的主主要要因因素素是是燃燃烧烧室室内内工质的状态：工质的状态：喷喷油油时时缸缸内内的的温温度度和和压压力力越越高高，则则着着火火延延迟迟期期越短。越短。柴柴油油的的自自燃燃性性较较好好（十十六六值值较较高高）

10、，着着火火延延迟迟期较短。期较短。其其次次因因素素是是燃燃烧烧室室的的形形状和壁温等。状和壁温等。图图5-14 温度与压力对着火落后期的影响温度与压力对着火落后期的影响（二）速燃期速燃期速燃期:从开始着火（即压力偏离压缩线开始急剧上升(B点)）到出现最高压力(C点).特点：特点：形成多个火焰中心，持续喷油，即随喷随燃。压力急剧上升，压力达到最高（有可能达到13MPa以上）。速燃期速燃期影响影响：压压力力升升高高率率大大，燃燃烧烧迅迅速速，柴柴油油机机的的经经济性和动力性会较好；济性和动力性会较好；压压力力升升高高率率过过大大，则则柴柴油油机机工工作作粗粗暴暴，燃燃烧烧噪噪音音大大；同同时时运运

11、动动零零件件承承受受较较大大的的冲冲击击负荷，影响其工作可靠性和使用寿命等。负荷，影响其工作可靠性和使用寿命等。压压力力升升高高率率应应限限制制在在一一定定的的范范围围之之内内，柴柴油油机机的的压压力力升升高高率率一一般般应应不不大大于于0.40.5 MPa()曲曲轴轴。与与汽汽油油机机相相比比，柴柴油油机机的的压压力升高率较大。力升高率较大。控制压力升高率的措施控制压力升高率的措施减小在着火延迟期内的可燃混合气的量 缩短着火落后期的时间；减少着火落后期内喷入的燃油或可能形成可燃混合气的燃油 （三）（三）缓燃期缓燃期 缓缓燃燃期期为图中的CD段即从最大压力点至最高温度点。当缓燃期开始时，虽然气

12、缸内已形成燃烧产物，但仍有大量混合气正在燃烧。缓燃期 特点：特点：（1）喷油过程基本结束，燃烧速率下降（氧气、柴油浓度减小，废气增多）。（2）压力开始下降（气缸容积不断增大），温度达到最高。最高温度可达2000K左右，一般在上止点后2035曲轴转角处出现。（四）（四）补燃期补燃期 从最高温度点起到燃油基本烧完时为止称为补燃期补燃期。补燃期的终点很难准确地确定，一般当放热量达到循环总放热量的9599时，可认为补燃期结束。即整个燃烧过程结束。补燃期 补燃期内燃油的燃烧可称为后后燃燃，由于燃烧时间短促，混合气又不太均匀，总有少量燃油拖延到膨胀过程中继续燃烧。特别在高速、高负荷工况下，因过量空气系数小

13、，混合气形成和燃烧的时间更短，这种后燃现象就更为严重。在补燃期中，由于活塞下行了相当的距离，气缸内容积增大很多，缸内压力和温度迅速下降，故燃烧速度很慢，所放出的热量很难有效利用，还使排气温度升高，导致散热损失增大，对柴油机的经济性不利。此外，后燃还增加了有关零件的热负荷。因此，应尽量缩短补燃期，减少补燃期内燃烧的燃油量。二、燃烧放热规律二、燃烧放热规律（一）（一）燃烧放热规律的定义燃烧放热规律的定义 l瞬时放热速率瞬时放热速率：在燃烧过程中的某一时刻，单位时间(单位曲轴转角)内燃烧的燃油所放出的热量。l累计放热百分比累计放热百分比：从燃烧过程开始至某一时刻止已经燃烧的燃油与循环供油量的比值。l

14、燃烧放热规律燃烧放热规律：瞬时放热速率和累计放热百分比随曲轴转角的变化关系。图5-15 88 燃烧放热规律影响到燃烧过程中缸内燃烧放热规律影响到燃烧过程中缸内压力温度的变化进而影响到柴油机的性能。压力温度的变化进而影响到柴油机的性能。图图5-15燃烧放热规律燃烧放热规律（二）理想的燃烧放热（二）理想的燃烧放热规律及其控制规律及其控制1.放热始点放热始点 放热始点的位置能保证放热始点的位置能保证该循环有最大指示热效该循环有最大指示热效率。率。柴油机通过喷油提前角柴油机通过喷油提前角的变化以及着火落后期的变化以及着火落后期长短来加以调控。长短来加以调控。图图5-16 喷油提前角的调节特性喷油提前角

15、的调节特性2.放热持续期放热持续期 放热持续期首先取决于喷油持续角的大小。其次，放热持续期首先取决于喷油持续角的大小。其次，取决于扩散燃烧期内混合气形成的快慢和完善程度。取决于扩散燃烧期内混合气形成的快慢和完善程度。3.放热规律曲线形状放热规律曲线形状 直喷式燃烧室柴油机的瞬直喷式燃烧室柴油机的瞬时放热速率和累积放热百时放热速率和累积放热百分比在燃烧的起始阶段上分比在燃烧的起始阶段上升最快，放热速率很快就升最快，放热速率很快就达到最大值。达到最大值。高速的直喷式燃烧室柴油高速的直喷式燃烧室柴油机的放热速率往往呈现双机的放热速率往往呈现双峰的特点。峰的特点。在燃烧的起始阶段，非直在燃烧的起始阶段

16、，非直喷式式燃烧室柴油机的放喷式式燃烧室柴油机的放热速率和累积放热百分比热速率和累积放热百分比都上升得比较慢，放热速都上升得比较慢，放热速率的最大值也较低。率的最大值也较低。图图5-18不同类型柴油机的燃烧放热规律比较不同类型柴油机的燃烧放热规律比较1汽油机汽油机 2直喷式燃烧室柴油机直喷式燃烧室柴油机3涡流室燃烧室柴油机涡流室燃烧室柴油机 4预燃室燃烧室柴油机预燃室燃烧室柴油机一、柴油机混合气形成的特点一、柴油机混合气形成的特点和方式：方式：1.混合气形成特点混合气形成特点（1）混合气不均匀混合气不均匀。（2）过量空气系数过量空气系数较大较大。（3）混合过程与着火过程和燃烧过程共存。混合过程与着火过程和燃烧过程共存。第三节可燃混合气的形成与燃烧室2.混合气形成基本方式混合气形成基本方式1、空间雾化混合空间雾化混合 将燃油喷向燃烧室空间燃烧室空间进行雾化，通过燃油与空气间的相互运动和扩散，在空间形成可燃混合气。la)静止空气静止空气 时时 空间雾化混合空间雾化混合 lb)空气作旋转运动空气作旋转运动 空间雾化混合空间雾化混合 图图5-19 直喷式柴油机的空间雾化混合气形成方式直喷式柴油