柴油机混合气的形成和燃烧.ppt

1、第六章柴油引擎混合气的形成和燃烧柴油引擎使用的燃料是不易挥发、容易自燃的柴油引擎，其混合气的形成和燃烧过程与汽油引擎本质上不同。 特征： (1)在缸内进行，即压缩行程接近结束时，狄塞尔从喷射系统直接喷射到燃烧室内，时间短，难以形成均匀的混合气体，燃烧室内的工程科学成分随时间和场所而变化。 (2)狄塞尔自身黏性系数大，蒸发性差。 (3)混合气体在高温、高压下多点自燃发火燃烧，混合过程、发火过程和燃烧过程并存。 一、燃烧过程柴油引擎的燃烧过程非常复杂，为了分析和阐明燃烧过程的规律，通常把这种连续的燃烧过程分为滞燃期期(也称为慢燃期)、快燃期、慢燃期和补燃期四个阶段。 (1)滞燃期期间从狄塞尔开始喷

2、射到点火开始的期间称为滞燃期期间。 在滞燃期期间，燃烧室内的混合气是物理的、化学的准备。 物理准备过程：燃料的粉碎分散、蒸发气化和混合化学准备过程：混合气的先行化学反应直到自燃开始。 特点：压力没有偏离压缩线。 影响滞燃期时间长度的主要因素是，喷射时气缸内的温度和压力越高，滞燃期时间越短。 狄塞尔自燃性好(十六值高)，滞燃期短。 燃烧室的形状和墙壁的温度等。 喷射提前角：从开始喷射到活塞到达上死点的曲柄角为喷射提前角。 (2)快燃期快燃期：从开始点火(即压力偏离压缩线)起达到最高压力。 特点：压力急剧上升，压力达到最高(可能达到13MPa以上)，特点： (1)压力爬升率高，接近等容燃烧，工作粗

3、暴。 (2)达到最高压力(69MPa )。 (3)继续喷射。 压力爬升率过大时，柴油引擎工作粗暴，燃烧噪声大的云同步，运动零配件受到很大的冲击负荷，影响其工作可靠性和寿命的压力爬升率大，燃烧快，柴油引擎的经济性和动力性好。 压力爬升率必须限制在一定的范围内。 柴油引擎的压力爬升率通常必须在0.5 MPa ()以下。 与汽油引擎相比，柴油引擎的压力爬升率大。 控制压力爬升率的措施：减少滞燃期期间内准备的可燃混合物的量，缩短滞燃期期间，在时间滞燃期期间内喷射可能形成可燃混合物的燃料，使之减少，(3)缓燃烧期缓燃烧期间是图中的CD段，即从最大压力点到最高温度点。 缓燃烧期间开始后，尽管汽缸内形成了燃

4、烧产物，但仍有大量的混合气燃烧。 特点： (1)喷射过程基本结束，燃烧速度降低(氧、狄塞尔浓度减少，排放瓦斯气体增加)。 (2)压力开始下降(气缸容积持续增大)，达到最高温度。 最高温度可达2000K左右，一般出现在上死点后2035曲柄角。 (4)补燃期间从最高温度点到燃料几乎完全燃烧为止称为补燃期间。 准确地识别校正期间的终点是困难的，但是一般来说在发热值达到循环总发热值的9599时，校正期间结束。 补燃期间内的燃料燃烧可以称为后燃，由于燃烧时间短，混合气不太均匀，少量的燃料在膨胀过程中延迟持续燃烧。 特别是在高速、高负荷的情况下，由于过剩的空气系数小，混合气的形成和燃烧的时间短，这样的后燃

5、烧现象更加严重。 在补燃期，活塞下降相当远的距离，汽缸内容积变大，汽缸内的压力和温度急速下降，因此燃烧速度慢，难以有效地利用放出的热，排气温度也变高，散热损失变大，不利于柴油引擎的经济性。 另外，售后喷燃器的零配件热负荷也在增加。 因此，必须尽量缩短补燃期间，减少补燃期间内燃烧的燃料量。第二节狄塞尔混合气的形成一、狄塞尔混合气的形成的特征柴油引擎所使用的燃料(狄塞尔油)的黏性系数高，不可挥发。 必须经喷油设备(油喷油泵和喷油器等)，在压缩行程结束时，以高压下细油滴的形式(油滴直径之间)喷射到汽缸中，与高温高压的热空气混合，经过一系列的物理化学准备，点火燃烧。 柴油引擎以内部混合方式形成可燃混合

6、物。 狄塞尔燃料可燃混合物的形成时间极短，这给狄塞尔燃料和空气的良好混合和完全燃烧带来了极大的困难。 然后，喷射和燃烧重合，一边燃烧，一边喷射，一边混合。 因此，混合气的形成过程很复杂。 由于柴油引擎难以实现向气缸喷射的狄塞尔与空气的完全均匀混合，因此要求空气相对于燃料的比例一般大于汽油引擎。 过剩的空气系数通常在标准情况下大于1，通常在1.152.20范围内。 二、狄塞尔可燃混合气的形成方式狄塞尔混合气的形成方式从原理上分为空间雾化混合和油膜蒸发混合两种。 1空间雾化混合是将燃料喷雾到燃烧室空间形成雾状，雾状的油滴从高温空气吸热蒸发扩散，与空气形成混合气。 为了使混合均匀，要求将喷出的燃料和

7、燃烧室的形状结合起来，利用燃烧室内的空气动作进行混合。 2油膜蒸发混合是将燃料的大部分喷到燃烧室壁面上形成油膜，油膜因热气化而蒸发，在燃烧室强涡的作用下，燃料蒸气和空气形成均匀的可燃混合气。 在这种混合方式中起主要作用的因素是燃烧室壁面温度、空气相对运动速度和油膜厚度。 第三节是影响燃烧过程的因素，是狄塞尔的性质，狄塞尔的自燃性十六烷值是做评估狄塞尔自燃性好坏的指标，也有燃烧过程影响。 十六烷值越高点火性越好。 着火性好的狄塞尔，缩短了滞燃期时间，柴油引擎工作柔软。 但是，如果十六烷值过高，则燃料的分子量增大，燃料的蒸发性变差，黏性系数增加，燃烧变得不完全，排出瓦斯气体放出黑烟，燃料经济性降低

8、。 因此，国产狄塞尔的十六烷值规定在4050之间，不需要过大。 (2)用馏程表示狄塞尔的蒸发性狄塞尔的蒸发性。 馏程是指在狄塞尔蒸馏中以一定比例馏出的温度，通常在馏出温度下做评估。 馏程低表明该燃料的轻馏分多，蒸发性好，有利于混合气的形成，改善了燃烧过程。 但是，如果馏程过低，燃料的蒸发过快，在滞燃期期间内形成的混合瓦斯气体量过多，柴油引擎的工作就会变得粗暴。 车辆用柴油引擎的狄塞尔馏分为200300。 二、影响燃烧过程的运转要素1负荷柴油引擎的负荷调节方法为“质量调节”，空气量几乎不依赖于负荷，只调节循环供油量。 负荷增大，循环供油量也增大，过剩的空气系数减少，单位容积内的混合气燃烧放出的热

9、量增加，缸内温度上升，滞燃期期间缩短，柴油引擎的工作粗糙。 图为负荷对滞燃期期的影响。 中、小负荷的情况下，燃烧热效率的变化一般不大，但随着负荷变大，循环供油量变大，过剩的空气系数减少，燃烧过程变长，燃烧效率有可能降低。 2转速上升时，散热损失和活塞环的漏气损失减少，因此，压缩终点的温度和压力变高，转速变高时，喷射压力也变高，燃料的雾化得到改善，这些个以秒为单位的滞燃期期间变短，以曲柄角为单位的滞燃期期间有可能变短，另外，转速滞燃期的期间一般来说，如果转速过高或过低，燃烧热效率会降低。如果转速过高，燃烧所占的曲轴角变大，膨胀效率降低，热效率降低如果转速过低，空气涡流变弱，喷射压力降低，混合气的

10、品质变差，热效率也降低。 3供油提前角(或喷射提前角)供油提前角过大，喷射时汽缸内温度、压力低、滞燃期长，压力爬升率和最大爆炸压力增大，柴油引擎工作变得粗鲁，NOx的排放量增加。 过早的燃烧会增加压缩负功，降低柴油引擎的经济性和动力性。 如果供油提前角太小，燃料不能在上止点附近迅速燃烧，不利于柴油引擎的经济性和动力性，增加微粒子的排出量。 过慢的燃烧会使燃烧温度上升，散热损失增加。 对于每种情况，都有最佳的供油提前角，在负载和转速不变的前提下，功率最高，有效燃油消耗率最低。 然而，为了同时实现NOx的排放量和燃烧噪声的降低，一般将供油提前角调节为比最佳供油提前角稍小。 从图中可以看出，NOx的

11、排放量和燃烧噪声随着供油提前角的缩小而减少，因此实际上作为延期喷射降低NOx排放量和燃烧噪声的有效措施被采用，但这也大多牺牲了有效燃油消耗率和微粒子的排放量的上升。 根据转速和负荷的不同，最佳供油提前角也不同。 如果转速增加，则喷射延迟角增大，燃烧过程中所占的曲柄角有可能增大，因此为了保证燃料在上死点附近迅速燃烧，需要适当增大供油提前角。 一般的直喷燃烧室的最佳供油提前角随转速的变化比分隔燃烧室的变化要大。 汽车柴油引擎中的供油提前角调节装置用于实现最佳供油提前角的转速变化调节。 负荷增加时，循环供油量增大，燃烧过程变长，所以供油提前角也需要适当地增大。 很难根据负荷的变化来调节最合适的供油提

12、前角。 只有在柴油引擎的电子控制喷射系统中，最佳的供油提前角才能够根据各种状况而变化，实现正确的调节。4排瓦斯气体再循环(EGR )排瓦斯气体再循环已经实现了许多(主要是轿车柴油引擎)，这意味着将一些已经燃烧的排瓦斯气体再次引入燃烧室进行燃烧。 排放瓦斯气体的再循环可能通过简单的机构控制，并且还可以与电子控制喷射系统组合以提供更准确且理想的控制。 由于排瓦斯气体再循环，燃烧中的音质温度降低，有效地控制NOx的生成，减少了NOx的排放量。 但是，实际上降低过剩的空气系数，会影响完美、及时的燃烧，因此碳烟的排放量也增多，柴油引擎的经济性变差，尤其是在高速、高负荷的情况下更是如此。 因此，只在低速低

13、负荷的一定范围内，在吸气中混入一定量的排气瓦斯气体。 三、结构方面的要素1 .压缩比大时，压缩终点的温度和压力高，滞燃期期间短，发动机工作柔软。 不同压缩比对滞燃期期的影响如图所示。 在云同步，压缩比的增大提高发动机的工作经济性，改善起动性。 压缩比过高时，燃烧最高压力过大，曲柄网络链接机构受到高负荷，影响发动机的寿命。 2、活塞材料的影响由于铸铁元素活塞比铝合金活塞温度高，能缩短滞燃期，其他条件相同时，采用铸铁元素活塞的柴油引擎工作柔软。 3 .油喷射规则的影响所谓油喷射规则，是指每单位时间(或转角)的油喷射量，即油喷射速度随着时间(或转角)而变化的关系。考虑到减轻燃烧的粗暴性，理想的喷射规

14、则是“先延迟后急”，在滞燃期期间中向汽缸喷射的油量过多时不要不得，通过将速火期的最高燃烧压力和平均最大压力爬升率特罗尔，点火燃烧后，以高喷射速度向汽缸喷射燃料，停止油，快速使不得喷射持续角图显示了燃料喷射规律对燃烧过程的影响。 图中gf是循环喷射量，2种喷射规则的喷射提前角fj和滞燃期期间I相同。 曲线1所示的喷射规则是，由于开始喷射非常快，在滞燃期期间向汽缸喷射的燃料多，因此平均压力爬升率和最高燃烧压力大，工作粗暴的曲线2所示的油喷射规则基本上满足先慢的要求，在喷射继续角不变的情况下，燃烧柔软， 第四节燃烧室的易燃气体形成质量和燃烧性能与燃烧室构造密切相关的车辆用狄塞尔燃烧室分为两种：直接喷射式燃烧室和隔断式燃烧室1、直接喷射式燃烧室的特征：由凹形活塞顶和气缸盖底面包围的空间的大部分燃烧室容积在活塞顶面根据活塞顶面形状而不同分w型和球型)，w型燃烧室的优点：形状简单，加工容易，结构紧凑，热效率高，起动性能的缺点：喷射压力高(1722Mpa )，联轴器加工精度高，喷油器直径小，容易堵塞工作粗糙)，球燃烧室的优点：工作效率高具有动力性和经济性喷油器压力低的缺点：起动困难是由于热损失少、结构紧凑、简