发动机原理与汽车理论课件 模块四 柴油机的燃料与燃烧

一、柴油的使用性能二、柴油机混合气的形成三、柴油机的燃烧过程四、改善柴油机燃烧过程的措施

模块四

柴油机的燃料与燃烧Contents五、柴油机的排放污染与噪声一、柴油的使用性能含义指柴油的自燃能力。评定指标十六烷值。十六烷值低发火性差十六烷值高发火性好，着火延迟期短柴油机工作柔和。（过高，重质馏分多，蒸发性差，易高温裂解，冒黑烟、经济性差。）车用柴油机十六烷值40～60。1.柴油的发火性柴油由多种烃与少量硫、氮及添加剂组成的混合物一、柴油的使用性能含义指柴油从液态转变成气态的难易程度。评定指标（通过蒸馏实验测定）50%馏出温度:馏出温度低，轻馏分多，蒸发性好，有利于冷启动，但其着火性差。90%、95%馏出温度:馏出温度高，重馏分多，蒸发性差。致冒黑烟和积碳。结论要求柴油的50%馏出温度适宜，90%馏出温度和95%馏出温度应比较低。2.柴油的蒸发性一、柴油的使用性能黏度决定其流动性，影响雾化质量和润滑能力。黏度大，滤清困难，流动阻力增加，不易雾化。黏度小，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。3.黏度黏度变大一、柴油的使用性能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℃。4.凝点二、柴油机混合气的形成特点粘度大、不易蒸发，采用高压喷射方法（高压油泵、

喷油器），与缸内高温高压的空气混合形成混合气。混合气的形成时间短且不均匀。喷油和燃烧是同时进行，即边喷油、边雾化、边混合、边燃烧。混合方式空间雾化混合方式油膜蒸发混合方式二、柴油机混合气的形成特点喷油器以一定压力、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。要求喷油器的喷雾特性（射程、锥角和形状)与燃烧室形状匹配；燃烧室有一定的涡流，加速混合气的形成；采用多孔喷油器，扩大油雾分布空间。1.混合方式空间雾化混合方式二、柴油机混合气的形成含义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。特点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，气缸压力上升缓慢，工作柔和，但动力性稍差。1.混合方式油膜蒸发混合方式二、柴油机混合气的形成现代柴油机电控燃油喷射系统主要以电控共轨式(各缸喷油器共用一个高压油轨)喷油系统为特征，对喷油量的控制通过控制喷油器喷油和停止喷油的时刻或控制喷油压力来实现。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，气缸压力上升缓慢，工作柔和，但动力性稍差。2.柴油机混合气浓度的控制二、柴油机混合气的形成喷油正时的控制

分为“位置控制”和“时间控制”两种类型

柴油机基本供(喷)油提前角控制模型喷油压力的控制

只有在柴油机共轨式电控燃油喷射系统中，才能对喷油器的喷油压力进行独立控制3.柴油机混合气形成过程的控制二、柴油机混合气的形成喷油器喷射过程中的喷油速率和喷油规律对柴油机的动力性、经济性、排放和噪声等均有很大的影响。喷油速率是指喷油器在单位曲轴转角(或单位时间)内的平均喷油量，而喷油规律是指喷油器的喷油速率随曲轴转角(或时间)的变化规律。

3.柴油机混合气形成过程的控制三、柴油机的燃烧过程柴油机的燃烧过程更为复杂，通常分为着火延迟期、速燃期、缓燃期和补燃期四个阶段

柴油机的燃烧过程开始喷油开始着火最高压力点最高温度点燃烧基本完成三、柴油机的燃烧过程定义从喷油器开始喷油到混合气形成火焰中心为止。着火延迟期的长短用曲轴转角或时间表示。着火延迟期越长喷油量越多，速燃期几乎同时燃烧，压力增长

率和最高压力升高，机械负荷大，工作粗暴。

1.着火延迟期三、柴油机的燃烧过程定义从汽缸内开始着火到出现最高燃烧压力。特点多个火焰中心，燃烧迅速，接近定容过程，温度、压力迅速升高。速燃期结束，最高压力6-9MP。压力升高率此阶段压力升高率过大，工作不平稳、噪声大、机件负荷大、排气

增加，压力升高率控制在400-600KPa。

2.速燃期三、柴油机的燃烧过程定义从汽缸内出现最高压力到出现最高温度。特点喷油过程结束，缸内大量未燃混合气继续燃烧，缸内温度继续升高（最终1700-2000℃）缸内压力迅速降低。缓燃期结束放热量约为循环加热量的70%-80%。

3.缓燃期三、柴油机的燃烧过程定义从汽缸内出现最高温度到燃烧基本结束。特点补燃期终点很难确定，放热量为循环加热量的95%-97%为结束。转速高，燃烧过程时间短，混合气不均匀，补燃期长。此期间放出热量很难利用，零件热负荷增大，排气温度升高，使发动机过热，应尽量缩短补燃期。

4.补燃期四、改善柴油机燃烧过程的措施压缩比较大的柴油机，压缩终了时的温度和压力比较高，着火延迟期较短，工作比较柔和。同时压缩比的增大，还能提高发动机工作的热效率，并能改善起动性能。但压缩比过高，会造成燃烧最高压力过大，使曲柄连杆机构承受过高的机械负荷，影响发动机的使用寿命。1.选择合适的压缩比压缩比对着火延迟期(曲轴转角)的影响１-十六烷值为40

２-十六烷值为60

四、改善柴油机燃烧过程的措施2.合理设计燃烧室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

；压缩终了气缸温度上升快，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。柴油机的燃烧室——ω形燃烧室-直接喷射式四、改善柴油机燃烧过程的措施2.合理设计燃烧室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）。柴油机的燃烧室——球形燃烧室-直接喷射式四、改善柴油机燃烧过程的措施2.合理设计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）。柴油机的燃烧室——预燃室式燃烧室四、改善柴油机燃烧过程的措施2.合理设计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）。柴油机的燃烧室——涡流室式燃烧室四、改善柴油机燃烧过程的措施正确选用燃料(发火性和蒸发性要兼顾)柴油的十六烷值高，发火性好，可有效缩短着火延迟期，对减小燃烧噪声非常有利，柴油的馏程(馏出温度)低，蒸发性好，容易形成高质量的混合气，燃烧速度快，且易于完全燃烧，对提高柴油机的热效率和降低排气污染有利在燃烧过程中,发火性好但蒸发性差的柴油,容易在高温、高压下裂解形成炭烟,导致热效率下降,排放污染加剧,反之蒸发性好但十六烷值低的柴油,会在着火延迟期内形成更多的混合气,使柴油机工作粗暴,燃烧噪声增大3.正确选用燃料四、改善柴油机燃烧过程的措施精确控制供(喷)油正时喷油提前角θs、供油提前角θ及两者之间的关系：θ=θs+θx；θx（喷油延迟角）-由高压油管长度和转速决定。

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。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。喷油提前角范围：15°～35°（CA）。4.精确控制供(喷)油正时四、改善柴油机燃烧过程的措施4.精确控制供(喷)油正时喷油提前角对油耗及排气污染的影响四、改善柴油机燃烧过程的措施5.合理控制柴油机的转速和负荷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。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。四、改善柴油机燃烧过程的措施6.保证合适的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。四、改善柴油机燃烧过程的措施7.保证良好的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。描述通常用油束形状和雾化质量描述。油束射程L：油束前端在压缩空气中的最大喷射距离。油束锥角β：标志油束的紧密程度。β越大，油束越松散，油滴越细。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。四、改善柴油机燃烧过程的措施8.应用电控技术和柴油机先进技术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。喷油量控制、喷油正时控制、喷油速率控制、喷油压力控制、怠速转速控制、怠速时各缸均匀性控制、进气节流控制、可变进气涡流控制、可变配气正时控制、增压控制、排放控制、起动控制、巡航控制、故障自诊断及失效保护、与自动变速器综合控制。四、改善柴油机燃烧过程的措施9.改善着火条件进气预热装置安装在进气管内，对进入汽缸前的空气进行预热。进气预热四、改善柴油机燃烧过程的措施9.改善着火条件燃烧室预热装置安装在燃烧室内，对进入汽缸的空气和燃油进行预。燃烧室预热四、改善柴油机燃烧过程的措施9.改善着火条件冷却液预热装置则安装在冷却系统中，对冷却液进行预热。冷却液预五、柴油机的排气污染与噪声1.排气污染炭烟生成量多：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。五、柴油机的排气污染与噪声2.柴油机排气污染的控制措施

柴油机排放控制主要是降低

ＮＯｘ

和

ＰＭ

排放。废气再循环技术催化转换技术过滤技术

五、柴油机的排气污染与噪声2.柴油机排气污染的控制措施

柴油机进行废气再循环的目的和方法与汽油机基本相同。柴油的废气温度会更高

废气再循环(ＥＧＲ)技术五、柴油机的排气污染与噪声2.柴油机排气污染的控制措施

利用安装在柴油机排气系统中的催化转换器ꎬ使柴油机排出的

ＨＣ、ＣＯ、ＰＭ

氧化，或使

ＮＯｘ

还原。分为氧化催化转换器和还原催化转换器两大类。

催化转换技术五、柴油机的排气污染与噪声2.柴油机排气污染的控制措施

颗粒物过滤系统的主要装置就是颗粒物过滤器，它是安装在柴油汽车排气系统中，通过过滤来降低排气中颗粒物的数量

。颗粒物过滤器