第讲喷射过程g

背景知识船舶柴油机目前使用的燃料，主要有轻柴油、重柴油、重油及渣油等四等。它们的自燃点在230～330℃之间，要使其在气缸内着火并燃烧并不是一件很困难的事，但要使燃油的燃烧过程与活塞运动密切配合以获得较高的柴油机动力性及经济性却不是一件很容易的事。要获得较高的经济性和动力性，燃烧过程必须做到及时、完全和平稳，即希望在活塞上止点附近一定的曲柄转角内将喷入气缸内的燃油全部烧完，但又不希望单位曲柄转角内压力升高过大。假设从燃油喷入气缸到燃油在气缸内全部烧完所占的曲柄转角为60°，那么在转速为1000r/min时，相应的时间仅为0.01s。在如此短暂的时间内，要使燃油进入气缸形成极细小的油滴并均匀地分布于燃烧空间、油滴蒸发气化并与新鲜空气混合形成可燃混合气、着火并燃烧等一系列过程顺利实现是十分困难的，这要求燃油雾化、气缸内空气运动及燃烧室三者之间的密切配合。柴油机在空气量与燃油量的配合方面，最显著的特征是过量空气系数的变化范围很大。要保证燃油在气缸内完全燃烧必须保证有足够的空气量，一般用过量空气系数表示，即充入气缸的实际空气量与气缸内燃料完全燃烧所需的理论空气量的重量比，一般用符号a表示。1kg燃油完全燃烧所需要的理论空气量约为14.3kg。显然，过量空气系数a大于1。a值小表示气缸工作过程强化程度高，单位气缸工作容积作功能力大；但气缸热负荷大，排气温度高，对经济性有影响。机型不同，a值也不同。通常高速机的a值低于低速机；非增压机的值低于增压机；四冲程机的a值低于二冲程机。增压低速二冲程柴油机的a值最大，约为2.0～2.3。a值变化更大。在油滴中心其a值为零。在远离油滴处其a值为无穷大。2024/5/101第三节喷射过程一、喷射过程分析二、供油规律和喷油规律三、燃油的喷射质量及影响因素四、不正常喷射及其消除方法五、最低（工作）稳定转速2024/5/102一、喷射过程分析1.燃油喷射时间多长？2.油泵供油提前角与喷油器喷油提前角为什么会不一样？供油提前角多少？2024/5/103第一阶段：喷射延迟阶段第二阶段：主要喷射阶段第三阶段：滴漏阶段

1、喷射过程的三个阶段2024/5/104喷射过程示波图曲轴转角油泵出口压力曲线喷油器进口压力曲线针阀升程曲线1.喷射延迟：油泵回油孔关闭－－针阀开启2.主要喷射：针阀开启－－供油终点3.滴漏阶段：供油终点－－针阀落座供油提前角喷油提前角取决于：高压油管柴油机转速针阀开启压力取决于：柴油机负荷取决于：回油孔的节流作用以及燃油、高压油管波的传递.供油始点供油终点2024/5/105第一阶段：延迟喷射阶段从喷油泵供油始点（OH）到喷油始点（Ou）由于燃油的可压缩性（压力变化1MPa，燃油容积变化1/1820～1/1610）、高压油管的弹性以及高压系统的节流等原因使得喷油器的喷油始点Ou滞后于喷油泵的供油始点。存在着供油提前角和喷油提前角两个提前角。从使用上能够进行检查和调整的是供油提前角，但对柴油机燃烧过程有直接影响的是喷油提前角。影响喷射延迟阶段长短的主要因素是：高压油管特性参数、喷油器针阀的启阀压力、柴油机的工况以及喷油泵出油阀和喷油器针阀的结构特点等。2024/5/106第二阶段：主要喷射阶段从喷油始点Ou到供油终点KH在这一阶段中喷油器中压力较高，大部分燃油喷入气缸。此阶段的长短与柴油机的负荷有关。负荷愈大，此阶段愈长，反之则短。

2024/5/107第三阶段：滴漏阶段从供油终点KH到喷油终点KU由于喷油压力急剧下降，燃油雾化不良，甚至有滴漏现象发生，造成燃烧不良、喷孔结碳等后果。因此，应力求使喷油器断油迅速，将此阶段缩短到最小程度。喷油终点落后于供油终点的原因与影响因数与喷射延迟阶段相同。2024/5/1082、喷射过程的压力波原因压力发生剧烈变化燃油具有惯性和可压缩性高压油管具有弹性后果由于压力波的存在，不但使喷油器的喷射状况和喷油泵的供油产生差异，还将引起一系列的不正常喷射，并使喷射系统的某些零件发生破坏。

2024/5/109压力波传播示意图2024/5/1010二、供油规律与喷油规律1.喷油规律是指什么？2.供油规律有什么不同？3.理想喷油规律是怎么样的？4.影响喷油规律的因素2024/5/1011供油规律和喷油规律

喷油规律－－－一个循环的喷油量在整个喷射时间内的分配情况：每度曲轴转角喷油量的分配曲线。讨论：能够得到什么信息？1.喷油始点滞后供油始点2.喷油时间长于供油时间3.开始喷油时瞬时喷油率较高4.喷油终点大大迟于供油终点2024/5/10122.理想的喷油规律？有什么特点？（1）着火前喷油量(滞燃量)大大少于常见规律的着火前喷油量。这将使其压力升高率dp/dφ大大减小，柴油机的工作比较柔和。（2）着火后喷油率要很快上升，大部分燃油在上止点附近燃烧，提高燃油利用率，接着又很快结束，避免后燃，降低排气温度。（3）由于开始喷油量少，喷油压力低，燃油喷射不远，着火将在燃烧室中心附近开始。着火后，由于喷油率很快上升而油又喷至外围，从而使火焰向空气较多的燃烧室外围传播，因此较易得到完全燃烧。先缓后急2024/5/10133.影响喷油规律的因素喷油规律与燃油喷射系统的结构和柴油机的运转工况等很多因素有关。其中主要是：⑴凸轮外形和凸轮有效工作段⑵柱塞直径和喷孔直径⑶高压油管尺寸⑷柴油机的负荷与转速⑸喷油定时有哪些？2024/5/10143.影响喷油规律的因素⑴凸轮外形和凸轮有效工作段合理的凸轮外形应该是：开始供油段－－柱塞速度较小，以减少初期喷油量；供油的中期和后期－－柱塞速度和喷射压力迅速提高，供油持续时间短。－－这样可使柴油机运转平稳，经济性高。柴油机类型不同，所用凸轮的外形不同。两次喷射的双凸峰凸轮。

2024/5/1015凸轮外形对喷油规律的影响2024/5/1016两次喷射凸轮2024/5/10173.影响喷油规律的因素什么是有效工作段？2024/5/1018凸轮有效工作段的比较柱塞升程供油规律2024/5/10193.影响喷油规律的因素为获得良好的喷油规律，应把凸轮的有效工作段选在柱塞运动的高速部分以减少喷油持续角提高雾化质量。若凸轮有效工作段发生变化，则喷油泵的供油规律也会相应发生变化。2024/5/10203.影响喷油规律的因素⑵柱塞直径和喷孔直径当每循环供油量和柱塞速度不变时，柱塞直径加大，使喷油速度增大，喷油持续角减小，有利于燃烧过程在上止点后附近结束，改善了柴油机的经济性。但开始燃烧时，燃油数量较多，柴油机工作粗暴。2024/5/10213.影响喷油规律的因素⑵柱塞直径和喷孔直径喷油孔的孔数不变而直径减小时，由于节流作用增强，喷油压力增加，此时雾化质量较好。但喷油持续时间增长，每度凸轮转角的燃油喷射量（喷油速率）减小。由于高压油管中的压力增加，容易产生重复喷射现象。2024/5/10223.影响喷油规律的因素⑶高压油管尺寸油管越长，喷射延迟阶段越长，实际喷油提前角减小而喷射持续时间基本不变。（因此，多缸柴油机各缸高压油管长度应相等）

油管内径越小，流阻越大，喷射延迟阶段愈长。

2024/5/10233.影响喷油规律的因素柱塞供油位置一定。而上下往复速度加快*喷射延迟*喷油持续角加大*单位凸轮转角的喷油量减少。⑷柴油机的负荷与转速2024/5/10243.影响喷油规律的因素⑷柴油机的负荷与转速当柴油机转速和喷油正时不变而增加负荷时，其喷油始点基本不变而终点后延，使喷油持续角增大。

柱塞往复速度一定，而供油位加大2024/5/10253.影响喷油规律的因素⑸喷油定时柴油机转速与负荷不变时，改变喷油定时，喷油规律的形状不变，但喷油规律的曲线向前或后推移。2024/5/1026三、燃油的喷射质量及影响因素1.燃油的雾化

进入喷油器的高压燃油在很大的压力差作用下，以高速由喷油孔喷入气缸。经喷油孔喷出的燃油在燃烧室中与压缩空气发生碰撞与摩擦，被分裂成细小的油滴并在燃烧室空间散布开来，形成一个由许多油粒组成、外形与圆锥体相似的油束。这个过程称为燃油的雾化。2024/5/1027表征油束特征的参数如下:⑴锥角β；⑵射程L；⑶雾化细度；⑷均匀度。油束的形状

2024/5/1028雾化特性曲线

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2.影响雾化的主要因素⑴喷油压力⑵喷油孔直径⑶燃油的粘度⑷喷射背压⑸柴油机的转速三、燃油的喷射质量及影响因素2024/5/1030⑴喷油压力

在喷油压力增大时，油束长度和锥角增大，雾化细度和均匀度提高。2024/5/1031⑵喷油孔直径

当喷油孔直径增大时，雾化细度下降，油束长度增加而锥角减小。反之，当喷油孔直径减小时，雾化细度很高，油束锥角增大而长度减小。2024/5/1032⑶燃油的品质

当燃油粘度增加时，由于流动性变差，分离困难，因而雾化不良。当柴油机使用重柴油时，应加热以提高温度降低粘度并适当提高启阀压力。2024/5/1033⑷喷射背压

背压即气缸压缩终点的空气压力。背压越高，空气的密度越大，油束受到的阻力增加，雾化细度和均匀度提高，锥角变大，射程减小。若柴油机漏气严重，则背压降低，雾化质量变差，锥角变小，射程增大。2024/5/1034⑸柴油机的转速

柴油机转速增高，柱塞运动速度加快，喷油压力增大。柴油机低速运转时，喷油压力降低，油束长度和锥角变小，雾化质量变差，燃烧不良，工作不稳定。2024/5/1035四、不正常喷射及其消除方法燃油正常喷射的特征是在柴油机每一工作循环的喷油过程中针阀只启闭一次，针阀升程曲线基本为一梯形，每一循环高压油管中的残余压力也基本相同。正常喷射以外的各种喷射型式均属不正常喷射。如重复喷射、断续喷射等。

2024/5/1036四、不正常喷射及其消除方法⑴重复喷射－－当喷油泵供油结束，喷油器针阀落座后又重新被油压抬起的喷射现象称为重复喷射，又叫二次喷射。

内因－－压力波动，压力波动过大，剩余压力p0与启阀压力pφ过于接近；

外因－－喷油器喷孔部分堵塞p0过高压力波动过大，排油阀卸载容积不足p0过高，换用了内径和长度较大或刚性较小的高压油管，p0过高，压力波动过大及喷油器启阀压力较低，启阀压力pφ过于接近p0等。

危害－－一方面会使喷油持续角变大，另一方面由于后期在低压下喷油，雾化质量降低，致使燃烧恶化、后燃严重、排温升高、机件过热、燃烧室结碳、排气冒黑烟等，从而降低了柴油机的经济性和可靠性。

消除－－提高针阀开启压力、加大出油阀卸载作用。柴油机高转速大负荷的工况下最易产生2024/5/1037四、不正常喷射及其消除方法⑵断续喷射－－在喷油泵的一次供油期间，喷油器针阀断续启闭（频繁地起落），而且升起不足、喷射不力。

内因－－仍是压力波动的存在；

外因－－喷油泵的供油量低，供油速率慢。在油泵的供油量过小的情况下，针阀在压力波的作用下开启后，由于喷油孔的流通能力过大，造成局部压力迅速下降，针阀迅速下落关闭。但在完全落座后，新的压力波经多次反射后又能将针阀再次升起。这样，使喷油系统在一次供油过程中产生多次喷油，处于断断续续的喷射状态。消除－－最小供油率不低于临界供油率、减小高压系统的压缩容积。易在低转速时发生2024/5/1038四、不正常喷射及其消除方法⑶不稳定喷射和隔次喷射－－喷油泵虽能持续工作，但各循环喷油量在喷射时不断变动的情况。其极端情况是隔次喷射，即喷油泵每供两次油喷油器才喷一次油。原因－－由于油泵的供油量过小过慢，而造成高压油管中剩余压力p0在各循环中不相等。当某循环喷油造成剩余压力过低时，下一循环的所有供油量进入高压油管后仍不能达到启阀压力，则无油进入气缸；等再下一循环的供油进入高压油管后，方能开启针阀；当发生隔