第八章柴油机燃烧(与汽油机对比)

1、 n第一节第一节 柴油机燃烧过程柴油机燃烧过程 n第二节第二节 放热规律放热规律 n第三节第三节 燃油喷雾燃油喷雾 n第四节第四节 柴油机柴油机混合气形成混合气形成 n第五节第五节 柴油机燃烧室柴油机燃烧室 目的与要求：目的与要求： 1. 要求全面掌握柴油机燃烧过程、燃烧特点、放要求全面掌握柴油机燃烧过程、燃烧特点、放 热规律分析、混合气的形成、燃烧室特点等有热规律分析、混合气的形成、燃烧室特点等有 关问题；关问题； 2. 掌握供油、供气（缸内气流）、燃烧室（相关掌握供油、供气（缸内气流）、燃烧室（相关 结构）与内燃机工况的匹配关系；结构）与内燃机工况的匹配关系； 3. 清楚柴油机、汽油机燃烧

2、过程及其燃烧特性的清楚柴油机、汽油机燃烧过程及其燃烧特性的 差别。差别。 4. 会针对不同的油品、燃烧组织方式进行分析。会针对不同的油品、燃烧组织方式进行分析。 n一一.燃烧过程燃烧过程 n二二.燃烧阶段划分燃烧阶段划分 n三三.影响着火延迟期的因素影响着火延迟期的因素 n目的与要求：目的与要求： n1. 对柴油机从燃料起喷到燃烧结束整个燃烧过程对柴油机从燃料起喷到燃烧结束整个燃烧过程 有一个很清晰的构图，对燃烧阶段划分、各阶段有一个很清晰的构图，对燃烧阶段划分、各阶段 对性能的影响、影响各阶段的因素有明确的认识对性能的影响、影响各阶段的因素有明确的认识 n2. 掌握影响着火延迟期的因素掌握影

3、响着火延迟期的因素 1着火延迟着火延迟 活塞活塞接近上止点接近上止点 T=450550 p=3p=34MPa4MPa 喷油器高压高速喷油喷油器高压高速喷油 压力压力20150MPa雾状油束结构雾状油束结构 油束由百万计的细微油滴组成油束由百万计的细微油滴组成 油滴油滴d=5150m 雾化、蒸发雾化、蒸发 扩散、混合扩散、混合 物理准备物理准备 先期氧化先期氧化、局部火核局部火核化学准备化学准备 预先混合好的可燃混合气（上阶段喷入的一部分）预先混合好的可燃混合气（上阶段喷入的一部分）20%总量总量 在空燃比、压力、温度 以及流速等条件合适处 瞬间、多点迅速燃烧，瞬间、多点迅速燃烧， 压力压力(温

4、度温度)迅速上升迅速上升 量量=预混合量预混合量=f(着火延迟期、着火延迟期、) 瞬时燃烧速度瞬时燃烧速度(放热率放热率)远高于汽油机远高于汽油机 影响影响pzmax、p/高高最高最高燃烧速度燃烧速度 本阶段结束处，燃烧速本阶段结束处，燃烧速 度突然下降度突然下降( (上止点后上止点后 610A)A)，p p趋于最大，趋于最大， 但但温度依然在迅速上升温度依然在迅速上升 ，未达到最高。，未达到最高。 直接影响：直接影响：pzmax、p/ 、噪声、经济性、噪声、经济性 燃烧特征：该段放热量燃烧特征：该段放热量70%。由于温度迅速提高，燃烧。由于温度迅速提高，燃烧 速度加快，有可能局部燃烧速度会再

5、度回升，形成第二个速度加快，有可能局部燃烧速度会再度回升，形成第二个 峰值点。峰值点。 活塞开始快速下移，缸内压力开始下降。活塞开始快速下移，缸内压力开始下降。 该阶段结束在上止点后该阶段结束在上止点后2035AATzmax。此时总放热量已。此时总放热量已 达达80%80%90% %。 燃烧速度（放热率）取决于燃料蒸发、混合及扩散找气的燃烧速度（放热率）取决于燃料蒸发、混合及扩散找气的 速度（物理过程）速度（物理过程）相对相对缓慢的扩散燃烧缓慢的扩散燃烧 在着火延迟期在着火延迟期 预混合的混合预混合的混合 气迅速燃烧结气迅速燃烧结 束束10 10 A 燃烧速度燃烧速度 突然变慢突然变慢 喷射喷

6、射 雾化雾化 蒸发蒸发 油找气油找气 气找油气找油 油气混合油气混合 燃燃 烧烧 后期不完全氧化燃烧后期不完全氧化燃烧 喷油后期喷入的油。雾化差；缸内空气已喷油后期喷入的油。雾化差；缸内空气已 少、并在外围；活塞已经下移，少、并在外围；活塞已经下移，T、P下降，下降， 也不利于雾化、混合。也不利于雾化、混合。 部分燃烧阶段形成的碳烟未能及时氧化部分燃烧阶段形成的碳烟未能及时氧化 喷到燃烧室壁面上的油喷到燃烧室壁面上的油 部分高温热分解的燃料重新合成放热部分高温热分解的燃料重新合成放热 燃烧特点：燃烧特点： 燃烧速度很低，影响效率、排温、传热、排放燃烧速度很低，影响效率、排温、传热、排放 放热量

7、占总量的放热量占总量的1020% n n iii 6360 60 1.着火延迟期：影响整着火延迟期：影响整 个燃烧情况。个燃烧情况。 从效率与经济的角度看，从效率与经济的角度看， 燃 烧 起 点 应 在 上 止 点 前燃 烧 起 点 应 在 上 止 点 前 5 10oCA（汽油机（汽油机12 15oCA，因，因 为初燃慢），以保证为初燃慢），以保证pzmax在上止在上止 点后点后10 oCA 柴油机着火延迟期（柴油机着火延迟期（4.2 18)*n/1000，一般，一般i=812， 滞后时间滞后时间i=0.73ms（汽油机（汽油机n高，高， i=1020oCA） 从降低排放的角度燃烧起从降低排放

8、的角度燃烧起 点已经在上止点后。点已经在上止点后。 C D (汽油机汽油机p/80%) C D 汽油机汽油机Tzmax=17002500oC； Pmax上止点后上止点后10 15oCA 一般要求：一般要求： 缩短缓燃期缩短缓燃期增加增加等容度、减小等容度、减小 初始膨胀比（等压加热）初始膨胀比（等压加热）提高提高 循环热效率。即循环热效率。即缓燃期不要缓燃缓燃期不要缓燃。 加快缓燃期燃烧速度的关键加快缓燃期燃烧速度的关键 是加快是加快混合气形成速率混合气形成速率。 C D 柴油机燃烧时，空气是过量的，柴油机燃烧时，空气是过量的， 只是混合不匀造成局部缺氧。只是混合不匀造成局部缺氧。 解决措施：

9、解决措施： （1）加强缸内气体运动，可以加速加强缸内气体运动，可以加速 后燃期的混合气形成和燃烧速度后燃期的混合气形成和燃烧速度， 而且会使碳烟及不完全燃烧成分加而且会使碳烟及不完全燃烧成分加 速氧化。速氧化。 （2）减少湿壁（减少湿壁（6区）油量区）油量 （3）提高雾化质量）提高雾化质量 barKms T p i , 2100 exp52. 3 02. 1 psiRms T p CN i , 8360 exp 40 0271. 0 386. 0 69. 0 注意：注意：i长与工作粗长与工作粗 暴（暴（预混量多）关预混量多）关 系很大系很大 ，但，但并非必并非必 然的单调关系！然的单调关系！

10、1）燃料）燃料（十六烷值高（十六烷值高化学稳定差、热分解严重。物理稳化学稳定差、热分解严重。物理稳 定性定性影响蒸发性。粗暴影响蒸发性。粗暴 如果喷油提前角不变，燃油蒸发性变好如果喷油提前角不变，燃油蒸发性变好 i ，但粗暴性？但粗暴性？ a)缸内温度早缸内温度早 期低、化学准期低、化学准 备不够；备不够； b)蒸发吸热蒸发吸热 预混合量预混合量 a b c 依然希望蒸发性依然希望蒸发性 好好燃烧、经济燃烧、经济 性、排放，粗暴性、排放，粗暴 减小喷油提前减小喷油提前 2）转速）转速ni粗暴度粗暴度；但但i，所以所以n，发动机要，发动机要 增加喷油提前角。增加喷油提前角。 有没有可能有没有可能

11、ni喷油提前角喷油提前角异常异常?冷起动时冷起动时 3）负荷高）负荷高壁温高壁温高i粗暴度粗暴度；冷起动时工作粗暴；冷起动时工作粗暴 n一一.柴油机放热规律柴油机放热规律 n二二.放热规律的计算方法放热规律的计算方法 n三三.燃烧计算模型燃烧计算模型 1.放热规律三要素放热规律三要素 （1）燃烧放热始点）燃烧放热始点 （2）放热持续时期）放热持续时期 （3）放热率曲线的形状）放热率曲线的形状 C D （1）放热规律始点）放热规律始点在持续期和放热率形状不变在持续期和放热率形状不变 的前提下，决定了放热率中心的前提下，决定了放热率中心效率、效率、pzmax、 p/ （2）放热持续时期的长短）放热持续时期的长短平均燃烧的快慢、等平均燃烧的快慢、等 容燃烧比例容燃烧比例效率效率 排放排放 （3）放热规律形状）放热规律形状前后放热量的比例前后放热量的比例噪声噪声 （dp/d ）、振动、排放）、振动、排放 放热曲线面心的位置放热曲线面心的位置 效率。效率。 传热作功内能放热 ddQddWddUddQ WB / ddQddWddUddQ WB / 11 k pV TMC k R CMRTpV )( 1 n n n TMCdU n n nnnn n n n k VpVp k pVd TMCdU 1 11 1 11 )( )( WB QWUQ )sin 2 cos1 (S 44 222 D