柴油机混合气形成与燃烧.doc

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）（12） 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 P/=(P3-P2)/(3-2) 高，放热率d/d 大。边喷油、边混合、边燃烧。3缓燃期（34）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17002000，一般在上止点后2030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P/有很大关系。滞燃期长，速燃期内同时燃烧混合气量多，使P/大，工作粗暴。缩短着火延迟时间I，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0.61微米蓝烟0.6微米以下。四、放热规律放热率d/d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：曲线要先缓后急。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、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。、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：喷油时间喷油量发动机过热，排气温度，燃油消耗率。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。 喷注射程L：表示喷注贯穿深度； 喷注锥角：表示喷注紧密程度； 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： 在小下燃烧完全及时； 适度的P/和最高的燃烧压力Pz值，以保证工作柔和，平稳，可靠； 排气品质好； 变工况适应好。应在负荷、转速变化时，柴油机性能稳定； 冷起动性好；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（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： 面容比小，Q放，经济性好。 低温起动性好 采用多孔喷嘴，高压喷射。 P/和Pz大，工作粗暴。 大，动力性差。 形成碳烟多，氮氧化物多、排放差。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： 面容比小，经济性好。 P/和Pz较小，工作柔和。 对燃油的品质及雾化质量要求低，可以燃用多种燃料。 冷起动困难。 低速、加速时冒黑烟。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： 喷雾质量要求不高。 P/较小，工作柔和。 值可较小，空气利用率高。 变工况适应性好，对转速不敏感。 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，P/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4050。 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 TcPc滞燃期缩短，工作柔和。 起动性好、经济性好。过大，Pz，机械负荷与热负荷，使用寿命。 、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/d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。）过大 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。怠速不稳，冷起动困难。压缩负功增大，燃油消耗率增高，功率下降。）过小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。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i着火延迟角i=6 ni直喷式，n，i变化不大，i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 负荷缸内压力温度高，着火延迟时间工作柔和性。 循环供油量燃烧恶化i 负荷过大，过量空气系数过小，燃烧恶化，排