汽车发动机原理（第5版） 课件 第三章 柴油机混合气形成和燃烧

汽车发动机原理

（第5版）Contents第一章内燃机性能指标及实际循环计算方法第三章柴油机混合气形成和燃烧第五章代用燃料发动机及新能源汽车第七章内燃机的废气涡轮增压第二章四冲程内燃机的换气过程第六章内燃机噪声、排放污染及防治第四章汽油机混合气形成和燃烧第八章内燃机特性第三章柴油机混合气形成和燃烧第一节柴油机混合气形成第二节柴油机的燃烧过程第三节柴油机机械控制燃油喷射系统第四节柴油机电子控制燃油喷射系统1.形成混合气的两种基本形式第一节柴油机混合气形成空间雾化混合空间雾化混合是在喷油压力较高(一般为20000

~30000kPa)的条件下,将燃料喷向燃烧室空间,利用喷注与空气的相对运动及空气在压缩过程中产生的热能,实现破碎雾化、吸热蒸发并与空气混合形成可燃混合气。优点：不必专门组织进气涡流缺点：工作粗暴，零件承受的热应力和机械应力较大；NOx的排放率较高。主要用于：大、中型柴油机1.形成混合气的两种基本形式第一节柴油机混合气形成油膜蒸发混合油膜蒸发混合是将大部分燃油喷到燃烧室壁面上，形成一层油膜，油膜在壁温和热空气的作用下蒸发、汽化并与空气混合形成可燃混合气。优点：对供油系统及其设备和喷油压力要求较低缺点：稳定性较差；冷起动较困难；HC排放率较高；可增压性也较差；这种燃烧系统要求较高的使用和维修水平2.燃料的喷雾第一节柴油机混合气形成油束的形成及特性油燃料以很高的压力12000

~25000kPa和很高的速度(100~300ｍ/ｓ)从喷油器的喷孔喷出，形成一个如图3-1所示的圆锥状油束(称为喷注)。图3-1油束形状第一节柴油机混合气形成油束的形成及特性图中的横坐标是油粒的直径,纵坐标是某一直径油粒占全部油粒的百分数,曲线越窄,越靠近纵坐标轴,表示油粒越细越均匀,即雾化质量越好。图3-1雾化特性曲线2.燃料的喷雾第一节柴油机混合气形成影响油束特性的因素

喷油器的结构不同，引起油束形成的内部扰动也不同，从而就产生不同形式的油束，喷油器的主要结构形式如图。2.燃料的喷雾第一节柴油机混合气形成影响油束特性的因素图３-４喷孔直径对雾化特性的影响燃油喷射压力越大,则燃油流出的初速度就越大,在喷孔中燃油扰动程度及流出喷孔后所受到的介质阻力也就越大,使雾化的细度和均匀度提高,即雾化质量好。图3-5喷油压力对雾化特性的影响2.燃料的喷雾第一节柴油机混合气形成影响油束特性的因素介质密度增大使反压力增加，引起作用在油束上的空气阻力增加，因此，燃料雾化有所改善，喷雾锥角增加，射程缩短。图3-6不同喷油压力和反压力下，油束射程随时间的变化关系2.燃料的喷雾第一节柴油机混合气形成影响油束特性的因素

凸轮形状较陡或转速较高时，均会使喷油泵的柱塞供油速度加快，由于节流作用会使油管中的燃油压力增加，从而使喷油速度增大，因此，雾化变好，油束射程和喷雾锥角均有所增加。2.燃料的喷雾

第一节柴油机混合气形成2.空气运动对混合气形成的影响空气运动可以促使油束分散，增大混合的范围。热混合作用对混合气的形成有重要影响图3-7多孔喷油嘴的混合气形成图3-8随空气运动的燃烧质点轨迹与密度比值的关系

第二节柴油机的燃烧过程1.燃烧过程进行情况第Ⅰ阶段———滞燃期第Ⅱ阶段———速燃期第Ⅲ阶段———缓燃期第Ⅳ阶段———补燃期

第二节柴油机的燃烧过程2.着火延迟的影响因素压缩温度对着火延迟的影响.压缩压力对着火延迟的影响喷油提前角对着火延迟的影响转速对着火延迟的影响油品对着火延迟的影响第二节柴油机的燃烧过程2.着火延迟的影响因素从这两张图看出,在相同的燃料下,Ｍ型燃烧过程的着火延迟期比直喷式燃烧室的约长１０％,柴油的着火延迟期最短,汽油的着火延迟期最长,航空煤油居中。图3-16直喷式燃烧室与M型燃烧过程滞燃期的比较(轻柴油)１,直喷式燃烧室２,Ｍ型燃烧过程图3-17不同燃料和不同燃烧室对滞燃期影响的比较(该图是在n=1000r/min时测绘的,有阴影线者为球形燃烧室,无阴影线者为一般直喷式燃烧室)１,轻柴油２,航空煤油３,汽油

对放热规律的影响：图3-19给出了滞燃期对放热规律的影响(该曲线是在n=1500r/min,Ｎｅ=8.85kW,θｓ=-18°CA时测绘的)１,τｉ=0.89ms２,τｉ=1.44ms图３-19第二节柴油机的燃烧过程2.着火延迟的影响因素着火延迟期对燃烧过程的影响图3-18对平均有效压力和功率的影响：柴油机的功率与其平均有效压力成正比,所以着火延迟对功率的影响与对平均有效压力的影响相同。对燃油消耗率的影响：如果单位时间内柴油机的耗油量一定，则功率增大就使燃油消耗率下降。图3-21滞燃期对燃油消耗率的影响第二节柴油机的燃烧过程2.着火延迟的影响因素着火延迟期对柴油机性能的影响图3-20滞燃期对平均有效压力的影响对平均有效压力和功率的影响：着火延迟期对排气温度的影响趋势与对燃油消耗率的影响趋势大致相同,而对烟度的影响趋势则相反第二节柴油机的燃烧过程2.着火延迟的影响因素图3-22滞燃期对烟度、排气温度和指示燃油消耗率的影响(该图是在D=110mm，S=126.5mm,nd=1500r/min,ε=16时测绘的)对烟度和排气温度的影响第二节柴油机的燃烧过程2.着火延迟的影响因素从这两张图看出,在相同的燃料下,Ｍ型燃烧过程的着火延迟期比直喷式燃烧室的约长１０％,柴油的着火延迟期最短,汽油的着火延迟期最长,航空煤油居中。图3-16直喷式燃烧室与M型燃烧过程滞燃期的比较(轻柴油)１,直喷式燃烧室２,Ｍ型燃烧过程图3-17不同燃料和不同燃烧室对滞燃期影响的比较(该图是在n=1000r/min时测绘的,有阴影线者为球形燃烧室,无阴影线者为一般直喷式燃烧室)１,轻柴油２,航空煤油３,汽油第三节柴油机机械控制燃油喷射系统1.燃油喷射现以柱塞式喷油泵的供油系统为例，来说明喷油过程的工作特性。图3-23喷油过程１，喷油泵柱塞２，进、回油孔３，出油阀４，出油阀弹簧５、７，压力传感器６，高压油管８，针阀弹簧９，喷油器针阀几何供油规律是指从几何关系求出的油泵凸轮每转１°(或每秒)喷油泵供入高压系统的燃油量gp(ｍｍ3/°CA或ｍｍ3/s)随凸轮转角φ(或时间t)的变化关系：喷油规律是指在喷油过程中每秒或每度泵轴转角从喷油器喷出的燃油量ｇｂ随时间或泵轴转角的变化关系,即：图3-24供油规律和喷油规律的比较(喷油器ZSOSJnp＝750r/min)第三节柴油机机械控制燃油喷射系统1.燃油喷射几何供油规律和喷油规律图3-25

Ⅱ号泵的速度特性第三节柴油机机械控制燃油喷射系统2.喷油泵速度特性喷油泵速度特性当喷油泵油量控制机构(齿条或拉杆)位置不变时,每循环供油量随转速的变化特性称为喷油泵的速度特性。图3-26二次喷油的针阀升程图第三节柴油机机械控制燃油喷射系统3.不正常喷射现象二次喷油：二次喷油使整个喷射期拉长，过后燃烧现象加重，使柴油机经济性下降及部分零件过热。低速不稳定喷油：不齐喷油、间断喷油和波动喷油(双波喷油)等发生在发动机低速、低负荷或怠速运转时，统称为低速不稳定喷油图3-27各种低速不稳定喷油波形的比较ａ)正常喷油ｂ)不齐喷油ｃ)间断喷油ｄ)波动喷油第四节柴油机电子控制燃油喷射系统电控柴油喷射系统优点：控制精确、灵敏不存在产生失调的可能性在电控喷射系统中，通过改换输入装置的程序和数据，可以改变控制特性，一种喷射系统可用于多种柴油机。第四节柴油机电子控制燃油喷射系统(１)高的燃油喷射压力；(２)喷射速率可变控制；(３)预喷射，第二次喷射的应用；(４)喷油量、增压压力、喷油起始时刻的变化与工作条件相适应；(５)起动时有随温度变化的过量燃油供给量；(６)不随柴油机负荷变化的怠速控制；(７)可控的废气再循环；(８)巡航控制；(９)喷射过程和喷油量具有微小补偿，并在整个寿命期内保持高精度。1.基本要求第四节柴油机电子控制燃油喷射系统相对其他电控燃油喷射系统，执行响应较慢、控制频率较低、控制精度不稳定。不能改变传统喷射系统固有的喷射特性，虽能对喷油速率起到一定的调节作用，但使直列泵机构变得复杂。几乎无须对柴油机本身结构进行改动，即可实现位置控制喷射，故生产继承性好，便于对现有机型进行升级改造。位置控制系统特点：2.电控柴油喷射系统的基本类型时间控制系统是第二代柴油机电控燃油喷射系统，它改变了传统喷射系统的结构，将原有的机械式喷油器改用高速强力电磁阀喷油器，以脉动信号来控制电磁阀的吸合与断开，以此来控制喷油器的开启与关闭。特点：属于直接数字电控喷射系统，脉动式高压燃油与开关式电磁控制阀直接接口。结构得到简化和强化，喷射特性得到改善，适合于高压喷射燃油量的计量是一种时间计量方式，用两个连续的开关脉冲来设定有效供油行程。电磁阀的响应时间对喷油过程的影响较大时间控制系统：2.电控柴油喷射系统的基本类型是第三代电控燃油喷射系统，也是时间-压力控制型电控柴油喷射系统。共轨系统中的喷油压力柔性可调，对不同工况可确定所需的最佳喷射压力，从而优化柴油机综合性能。可独立地柔性控制喷油正时，配合高的喷射压力(120

~200MPa)，可将NOｘ和微粒排放同时控制在较小的数值范围内。柔性控制喷油速率，实现理想喷油规律，容易实现预喷射和多次喷射，既可降低柴油机NOｘ排放，又能保证优良的动力性和经济性。由电磁阀控制喷油，其控制精