发动机原理与汽车理论 第4章 柴油机的燃料与燃烧.ppt

第四章柴油机的燃料与燃烧 第一节柴油的使用性能第二节柴油机混合气的形成与燃烧第三节柴油机的排气污染与噪声第四节改善柴油机燃烧过程的措施 第一节柴油的使用性能 1 发火性 2 蒸发性 3 粘度 4 凝点 柴油的发火性 自燃能力 用十六烷值表示 十六烷值过高 过低都不好 车用柴油机 十六烷值40 60 柴油的蒸发性 柴油蒸发性 用50 90 95 馏出温度来评价50 馏出温度低 轻馏分多 蒸发性好 但其着火性差 如果此温度过低 使柴油机工作粗暴 90 95 馏出温度高 重馏分多 蒸发性差 因此 要求柴油的50 馏出温度适宜 90 馏出温度和95 馏出温度应比较低 粘度 粘度决定其流动性 影响雾化质量和润滑能力 粘度大 滤清困难 流动阻力增加 不易雾化 粘度小 流动性好 容易雾化 但粘度过小使其失去必要润滑能力 磨损 柴油的露失量增加 凝点 凝点 指柴油冷却到开始失去流动性的温度 是评价柴油低温流动性的指标 国产轻柴油的牌号以凝点大小编号 如10号轻柴油的凝点为10 好的柴油凝点低 选用柴油时 其凝点要比最低环境温度低3 5 见表4 1 轻柴油的选用 第二节柴油机混合气的形成与燃烧 一 柴油机混合气的形成二 柴油机的燃烧过程 一 柴油机混合气的形成 1 柴油机混合气形成特点 由于柴油的蒸发性差 采用高压喷射方法 高压油泵 喷油器 将柴油喷入燃烧室 与缸内高温高压的空气混合形成混合气 混合气的形成和燃烧是同时进行 即边喷油 边雾化 边混合 边燃烧 柴油机混合气的形成特点 一是在汽缸的内部 二是时间短且不均匀 一 柴油机混合气的形成 2 柴油机混合气形成方式 1 空间雾化混合方式 2 油膜蒸发混合方式 空间雾化混合方式 喷油器以一定压力 一定射程和一定雾化质量将柴油喷入燃烧室并形成油雾 从高温空气中吸热 蒸发 扩散与空气混合形成可燃混合气 要求油束的形状 射程 锥角 与燃烧室形状匹配 保证混合气形成均匀 采用多孔喷油器 扩大油雾分布空间 组织一定的空气涡流运动 加速混合气的形成 油膜蒸发混合方式 喷油器将大部分柴油喷射到燃烧室壁面上形成油膜 只有小部分柴油直接喷射到空间 这小部分柴油在空间蒸发 扩散与空气混合 首先着火 燃烧室温度迅速上升 油膜在强烈的空气涡流作用下 受热蒸发并与空气混合 形成可燃混合气 与空间雾化混合方式相比 油膜蒸发混合方式形成的混合气要均匀些 由于分层燃烧 同时燃烧的混合气量少 汽缸压力上升缓慢 工作柔和 但动力性稍差 二 柴油机的燃烧过程 着火延迟期 对燃烧过程影响很大 速燃期 压力升高率过大 使柴油机工作粗暴 噪声大 NOX排放量增加 压力升高率过小 使热效率 动力性下降 缓燃期 大部分燃料此期间燃烧 这一阶段的特点 高温缺氧补燃期 传热损失增加 发动机过热 排气温度升高 经济性下降 其终点难以确定 尤其高速 大负荷工况 第三节柴油机的排气污染与噪声 一 排气污染 见表4 2 炭烟生成量多 压缩比高 重质成分多 CO HC和NOX生成量少 过量空气系数较大 负荷对排气污染影响 负荷增加 排气污染增加 燃烧室结构对排气污染影响 分隔室式燃烧室排气污染低 二 燃烧噪声 降低燃烧噪声的措施 控制着火延迟期内混合气的数量 减小喷油提前角 选用发火性能好的柴油 提高压缩比等 控制燃烧速度 采用废气再循环 表4 2柴油机与汽油机排气污染比较 燃烧噪声和机械噪声 着火延迟期内形成的混合气在速燃期中几乎同时燃烧 汽缸压力急剧升高而产生压力波 压力波通过汽缸体 汽缸盖等向外辐射 产生燃烧噪声 燃烧产生的压力波也会对缸体 缸盖 活塞 连杆等产生冲击引起机械振动 产生机械噪声 产生燃烧噪声的根源 主要在速燃期 其次是缓燃期 其它对噪声影响不大 第四节改善柴油机燃烧过程的措施 一 使用措施二 结构措施三 电控技术的应用 略 一 使用措施 1 正确选用燃料 发火性和蒸发性要兼顾 2 合理选择并准确控制喷 供 油提前角 喷油提前角 s 供油提前角 及两者之间的关系 s x x 喷油延迟角 由高压油管长度和转速决定 1 喷油提前角对发动机性能的影响 过大 工作粗暴 功率下降 油耗增加 过小 工作柔和 传热损失增加 排气温度升高 热效率降低 2 喷油提前角对油耗及排气污染的影响 对应每一工况 都有一个最佳喷油提前角 此时动力性 经济性最好 但排气污染和燃烧噪声较严重 如图4 3 喷油提前角范围 15 35 CA 喷油提前角对油耗及排气污染的影响 图4 3柴油机全负荷时动态喷油定时图 3 合理控制转速和负荷 1 转速的影响 转速提高 压缩终了压力提高 雾化质量提高 空气涡流增强 利于混合气的形成与燃烧 但转速不宜过高 充气效率下降 循环供油量增加 使热效率下降 排气污染严重 2 负荷的影响 负荷增加 工作柔和 燃烧过程拉长 不完全燃烧增加 使热效率下降 当负荷过大时 使排气管冒黑烟 热效率急剧下降 怠速 惰转 噪声 一 使用措施 柴油机在低速小负荷工况 怠速 起动 时 尽管喷油量不多 由于汽缸温度和压力较低 使着火延迟期较长 压力升高率也较大 产生强烈的燃烧噪声 这种现象称之为怠速 惰转 噪声 怠速 惰转 噪声 二 结构措施 1 合理选择压缩比 压缩比提高 工作柔和 热效率提高 改善冷起动性能 但压缩比过高 机械负荷过大 在保证冷起动容易和有效燃烧的前提下 尽量降低压缩比 2 合理设计燃烧室 3 保证合适的喷油规律 4 保证良好的油束特性 柴油机的燃烧室 按燃烧室结构形式的不同 1 直接喷射式 形燃烧室和球形燃烧室2 分隔式 预燃室式燃烧室和涡流室式燃烧室 形燃烧室 直接喷射式 混合气的形成以空间雾化混合方式为主 特点 结构简单 面容比小 相对散热少 经济性好 能形成一定的挤气涡流 压缩终了汽缸温度上升快 冷起动性能好 采用多孔喷油器 对燃油和喷油系统要求较高 涡流强度对转速变化敏感 工作粗暴 排气污染较大 混合气的形成以油膜蒸发混合方式为主 特点 面容比小 相对散热少 经济性好 一般配有螺旋进气道以产生强烈的进气涡流 采用单孔或双孔喷油器 对燃油和喷油系统要求不高 工作柔和 排气污染小 冷起动比较困难 对负荷反应迟缓 空气涡流跟不上 加速时冒黑烟 高 低速性能差别很大 应用 小型高速柴油机上 高速性能好 球形燃烧室 直接喷射式 预燃室式燃烧室 通道方向与预燃室并不相切 特点 混合气的形成主要靠燃烧涡流 可采用轴针式喷油器 对燃油系统要求不高 由于节流作用 工作柔和 燃烧噪声小 排气污染少 面容比大 散热损失较大 流动损失大 所以热效率较低 经济性不如直接喷射式 冷起动困难 需加装起动电热塞 涡流室式燃烧室 通道方向与涡流室相切 特点 混合气的形成主要利用压缩涡流和二次涡流 可采用轴针式喷油器 对燃油系统要求不高 对进气道没有特殊要求 高速性能好 排气污染小 面容比大 散热损失较大 热效率低 经济性不如直接喷射式 冷起动困难 需加装起动电热塞 喷油规律 喷油规律 单位时间 或曲轴转角 内的喷油量随时间 或曲轴转角 的变化关系 理想的喷油规律 先缓后急并尽量缩短喷油时间 即在着火延迟期内喷油速率要低 以控制压力升高率和最高燃烧压力 着火燃烧后喷油速率要高 停油干脆 保证燃烧过程在上止点附近完成 油束特性 雾化 燃油以高压经喷孔中喷出时 被分散成大小不等的微粒所形成的圆锥形油束 这一过程称雾化 油束特性 通常用油束形状和雾化质量描述 1 油束射程L 油束前端在压缩空气中的最大喷射距离 如果燃烧室尺寸小而射程大 喷到燃烧室壁上的燃油多 如果射程小 燃油不能分布到燃烧室空间 空气又得不到充分利用 2 油束锥角 标志油束的紧密程度 越大 油束越松散 油滴越细 油束特性 3 雾化质量 雾化特性 表示柴油吹散雾化的程度 一般是指雾化时的细度和均匀度 细度用油束中油粒的平均直径表示 均匀度用油粒的最大直径与平均直径之差表示 不同喷油压力时的雾化质量曲线如图4 12 油束形状 三 电子技术的应用 电控技术在柴油机上的应用 改善了混合气的形成条件和燃烧过程 不仅使柴油机的排气污染降低 同时也使柴油机的动力性 经济性等进一步提高 喷油量控