第八章柴油机燃烧

1、10:20,1,讲解内容,第八章 柴油机燃烧 1. 柴油机的燃烧过程 2. 放热规律 3. 燃油喷雾 4. 柴油机混合气形成 5. 柴油机燃烧室 6. 燃烧分析应用 第九章 柴油机燃油供给 1. 高性能喷油泵原理与发展 2. 燃油喷射过程 3. 供、喷油规律 4. 喷射过程试验与仿真 5. 异常喷射 6. 供油系统参数及其影响 第十章 内燃机排放与控制 1. 污染物的生成机理和主要影响因素 2. 内燃机的排放控制 3. 排气后处理 4. 内燃机的排放测定与排放法规,第十一章 内燃机特性 1. 内燃机速度特性 2. 内燃机负荷特性 3. 内燃机万有特性 4. 船舶内燃机螺旋桨特性 5. 内燃机调

2、速特性 6. 内燃机功率的标定和指标的修正 7. 汽车动力传动系的匹配 第十二章 内燃机工作过程计算 1. 内燃机计算模型 2. 柴油机实际工作过程的循环数值计算 3. 汽油机实际工作过程的循环数值计算 4. 内燃机燃烧仿真模型,2020/6/28,2,第八章,机械与车辆工程学院,BEIJING INSTITUTE OF TECHNOLOGY,北京理工大学,柴油机燃烧,10:20,3,本章内容（重点章节）,第一节 柴油机燃烧过程 第二节 放热规律 第三节 燃油喷雾 第四节 柴油机混合气形成 第五节 柴油机燃烧室,10:20,4,本章要求,目的与要求： 要求全面掌握柴油机燃烧过程、燃烧特点、放热

3、规律分析、混合气的形成、燃烧室特点等有关问题； 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； 清楚柴油机、汽油机燃烧过程及其燃烧特性的差别。 会针对不同的油品、燃烧组织方式进行分析。,10:20,5,第一节 柴油机燃烧过程,一. 燃烧过程 二. 燃烧阶段划分 三. 影响着火延迟期的因素,目的与要求： 1. 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、各阶段对性能的影响、影响各阶段的因素有明确的认识 2. 掌握影响着火延迟期的因素,10:20,6,汽油机燃烧复习,1）混合气准备 2）起燃 3）燃烧速度的规律 4）定容燃烧比例 5）循环稳定

4、性与单点起燃 6）爆燃与预混合 7）预混合-定容燃烧-经济性?爆燃-压缩比 8）解决：预混合又不爆燃其它燃烧组织方式？,10:20,7,一 燃烧过程,从喷油开始到燃烧结束（注意与汽油机燃烧的区别）,1 着火延迟,活塞,接近上止点,T=450550 p=34MPa,喷油器高压高速喷油,压力20150MPa,雾状油束结构,油束由百万计的细微油滴组成,油滴d=5150m,雾化、蒸发 扩散、混合,物理准备,先期氧化、局部火核,化学准备,10:20,8,2 预混合燃烧阶段,预先混合好的可燃混合气（上阶段喷入的一部分）20%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，压力(温度)迅速

5、上升,量=预混合量=f(着火延迟期、),瞬时燃烧速度(放热率)远高于汽油机,影响pzmax 、p/高最高燃烧速度,本阶段结束处，燃烧速度突然下降(上止点后610A)，p趋于最大，但温度依然在迅速上升，未达到最高。,直接影响：pzmax、 p/、噪声、经济性,10:20,9,3 扩散燃烧阶段,燃烧特征：该段放热量70% 。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度回升，形成第二个峰值点。 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2035A Tzmax。此时总放热量已达80%90%。 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）相对缓慢的扩散燃

6、烧,在着火延迟期预混合的混合气迅速燃烧结束10 A,燃烧速度突然变慢,喷射 雾化 蒸发,油找气 气找油 油气混合,燃烧,10:20,10,4 后燃,后期不完全氧化燃烧 喷油后期喷入的油。雾化差；缸内空气已少、并在外围；活塞已经下移，T、P下降，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 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,燃烧特点： 燃烧速度很低，影响效率、排温、传热、排放 放热量占总量的10 20%,10:20,11,二 燃烧阶段划分,1.着火延迟期：影响整个燃烧情况。 从效率与经济的角度看，燃烧起点应在上止点前5 10oCA （汽油机12 15oCA ，因

7、为初燃慢），以保证pzmax在上止点后 10 oCA,柴油机着火延迟期（4.2 18)*n/1000，一般i=8 12，滞后时间i=0.73ms （汽油机n高，i= 1020oCA）,从降低排放的角度燃烧起点已经在上止点后。,10:20,12,2 速燃期,放热量只占不足20%；粗暴性、经济性。 C 点在上止点后610A ）（从经济性考虑） （汽油机： 1015A 。 p/ 喷油提前角异常?,冷起动时,3）负荷高壁温高 i 粗暴度 ；冷起动时工作粗暴,10:20,24,4）密度 5）喷油提前角,4）密度与压比、增压度；密度大对雾化有利；低增压柴油机相对非增压工作柔和(缸内TP也高)。 5）喷油提

8、前角,10:20,25,6）喷油规律,6）喷油规律(T6-12)：喷射速率低，初期可燃混合气少，粗暴性小；但喷射期长，经济性差；,能否利用初期喷射率低，粗暴性低这一优点？,10:20,26,最佳喷油提前角,柴油机设计好后，一个重要任务是根据最常用或要求工况调节喷油提前角到最佳态。先进的方法是电控自动调节，但调节规律一般也要通过试验得到（理论指导） 最佳喷油提前角=f(CN,T0,P0,负荷,冷却强度,燃烧室形式,喷油规律,增压比、),10:20,27,第二节 柴油机放热规律,燃烧如何进行？ 如何定量反映燃烧过程？ 放热规律dQ/dt；dQ/d；累计放热量Q=f(),一. 柴油机放热规律 二.

9、放热规律的计算方法 三. 燃烧计算模型,10:20,28,第二节 柴油机放热规律,反映的问题 燃烧进行状况 （起点、持续期） 燃烧快慢变化 燃烧机理变化 （预混+扩散） 燃烧组织情况 喷油规律与放热规律。,10:20,29,一. 柴油机放热规律,1. 放热规律三要素 （1）燃烧放热始点 （2）放热持续时期 （3）放热率曲线的形状,10:20,30,1. 放热规律三要素,（1）放热规律始点在持续期和放热率形状不变的前提下，决定了放热率中心 效率、 pzmax、 p/ （2）放热持续时期的长短平均燃烧的快慢、等容燃烧比例 效率 排放 （3）放热规律形状前后放热量的比例噪声（dp/d ）、振动、排放

10、 放热曲线面心的位置 效率。,10:20,31,2. 柴油机放热规律的类型,（1）不同燃烧室发动机的放热规律不同。直喷式发动机初期放热率很高（图中的喷油提前角应减小） （2）放热规律对示功图（效率）的影响（上止点起燃、燃烧持续期40 oCA）。初期放热率越高，压力升高率、最大爆压、效率均变高,10:20,32,降低压力升高率、最大爆压与提高效率的矛盾！,矛盾解决：两种极限放热规律。 1. 先快后慢。多数为此，比较易实现（初期喷压高），效率高，但是由于早期放热量大，爆压高 2. 先慢后快。压力升高率、最大爆压均较低，但效率也低。 效率低的根源：不完全是因为初期放热率低，而是大量的热在远离上止点处

11、释放(缓燃期太慢)。 解决措施：可以通过缩短燃烧持续期（提高喷压，缩短供油持续期、加大缸内气流、缩短缓燃期来实现）。,10:20,33,速燃期减速！缓燃期加速！,实现方法： 1. 减缓初期燃烧速度 1)控制喷油； 2)采用预喷技术 （高压共轨供油系统） 2. 加快后期燃烧速度 1)加大缸内气流； 2)提高喷油速率,10:20,34,二. 放热规律的计算方法,如何得到放热规律（dQ/d） 间接测量：缸内压力P=f(V)；P=f()；P=f() 求解dQ/d,(2)零维假设 (3)微分方程的数值解：（简化差分算法） 差分代替微分，在差分时间差分段内用均值代替，由初值逐步推出其它时刻的值。,(1)能量平衡,10:20,35,二. 放热规律的计算方法,推导（归纳法）： a) 将燃烧过程（曲轴转角）用m个点离散成m-1段，当燃烧初始点参数已知时，假设n-1点参数已知，如能推出n点的参数，那么整个过程的参数均能得知。 b) 初始参数确定可进行循环计算调整。,10:20,36,放热规律间接计算,(1)能量平衡,(2)气体状态方程,在p-示功图上，对于微元曲轴转角，又可写出：,在