第5章柴油机混合气形成与燃烧 85页PPT文档

在燃烧过程中的某一时刻，单位时间内（或 1°曲轴转角内）燃烧的燃油所放出的热量。
累积放热百分比:
从燃烧过程开始至某一时刻为止已经燃烧的燃 油与循环供油量的比值。
燃烧放热规律三要素：
1）放热始点 ——对循环热效率、压力升高率和燃烧最大压力 都有重大影响。
2）放热规律曲线形状 ——决定了前后放热量的比例，对噪声、振动和 有害排放量都有很大影响。
3）燃烧持续期不宜太长。取决于喷油延迟角的 大小、扩散燃烧期内混合气形成的快慢和完 善程度。
五、柴油机的有害排放物
微粒 氮氧化合物（NOx） 一氧化碳（CO） 碳氢化合物（HC） 白烟与蓝烟
六、柴油机的噪声振动
气体动力噪声 机械噪声 燃烧噪声
第三节 柴油的喷射与雾化
虽然喷油时的压力较高，但着火时刻推迟， 使燃烧，Pc ，Tc τ i ；
所以，应有一个使τ i为最小的。一般：=510[degCA]。
4、转速n
n漏气、散热损失 Pc，Tc； 喷油压力雾化；气流运动蒸发； 混合气形成好转 τ i。
组织气流运动的目的：加速火 组织气流运动的目的：促进燃
焰传播，防止爆燃
油与空气更好地混合
柴油机、汽油机燃烧过程的对比
柴油机与汽油机燃烧过程主要特点对比
对比项目
汽油机
柴油机
着火 点燃，单点着火
压燃，多点同时着火
燃烧 后燃
火焰在均质预混合气中有 序传播，燃烧柔和
两阶段燃烧，即无序的非均质 预混合燃烧和油气扩散燃烧， 燃烧较粗暴
段。
速燃期进行好坏的标志是：柴油机工作是否 平稳柔和，而工作是否平稳柔和则取决于上 一时期积存油量的多少，因而，着火延迟期 的长短与速燃期工作好坏有重要关系。
3）缓燃期Ⅲ（C-Ｄ点）
从最大燃烧压力点C到最高燃烧温度点D。 该时期短意味着更接近混合加热过程中的等压过程。 特点：燃烧产物增多，燃烧速度，缸内压力变化
第五章 柴油机混合气形成与燃烧
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节
柴油的使用性能 柴油机燃烧过程 柴油的喷射与雾化 混合气形成与燃烧室 使用因素对柴油机燃烧的影响
第一节 柴油的使用性能
1、十六烷值
——是评定柴油自燃性好坏的指标。
评定：用容易自燃的十六烷（十六值为100）和最
不容易自燃的α-甲基萘（十六值为0）按不同比 例混合组成标准燃料组（混合液），将被测定柴 油在相同条件下与标准燃料进行燃烧比较，标准 燃料组中十六烷的体积百分数就是被测柴油的十 六值。
3）燃烧持续期 ——对有害排放量有较大影响。
不同发动机的燃烧放热规律
燃烧放热规律影响 柴油机的性能，对 了解、分析和改进 燃烧过程有着特别 重要的作用。
理想的燃烧放热规律及控制
1）放热始点要求使最高压力出现在上止点后 10°-15°曲轴转角。可通过喷油提前角变化 及着火延迟期长短进行控制。
2）理想放热曲线形状是“前缓后急”。通过喷 油、气流、燃烧室协调来控制。
Pc，Tc τ i。 凡是能促使压缩末期温度、压力上升的因素，
均可使τ i，如增大压缩比，增大进气温度等。
2、压缩比 Pc ， Tc τ i 。
3、喷油提前角 ——影响最大的因素
喷油提前角对τ i的影响实际上是温度、压力和
反应物反应时间对着火延迟期的综合影响。
着火首先发生在油束核心与外围之间混合气温度 和浓度适当的地方。
着火火源一般不止一个，而是多处同时着火。
二、柴油机燃烧过程
一般根据展开的示功图进 行分析，如右图。 图中：横坐标表示曲轴转角；
纵坐标表示气缸压力。
根据气缸中工质压力和 温度的变化规律，人为地 划分为4个阶段。
1）着火延迟期Ⅰ（滞燃期）（A-B点）
可燃混合气着火燃烧的条件：
1）可燃混合气必须加热到某一着火温度（临界温度） 以上，否则，不能着火；
2）燃料与空气的比例要在着火界限范围内。若过浓 与过稀且超过着火界限范围，就不能着火。
柴油机气缸内燃料的着火情况非常复杂
位于油束外围直径很小的油滴，在很短的时间内 蒸发完毕，虽可以形成适当浓度的混合气区域， 但因温度不够或化学准备来不及而不能着火。
国产柴油的十六烷值一般为40-50，不 必要过分增大。
十六烷值高，发火性好，工作平稳； 十六烷值过高，燃烧易劣化，析出碳，排
气冒烟。
2、馏程
——表示柴油的蒸发性，与燃烧完善程度及 起动性能有密切关系。
燃料馏出50%的温度低，说明这种燃料轻馏分多、 蒸发快，有利于混合气形成，易于起动。
90%和95%溜出温度标志柴油中所含难于蒸发的重 馏分的数量。
烧能在燃烧室内扩展。
着火延迟期
以秒计的着火延迟期用τ i 表示； 以曲轴转角计的着火延迟期用φi 表示；
一般τ i =0.7-3ms；φi = 8 -12°。
尽管着火延迟期τ i 很短但却对燃烧过程、尤其是柴 油机的燃烧过程影响很大，因此十分重要。
着火延迟期内存在问题：
混合时间短，
一、柴油机供油系统
组成：油箱输油泵滤油器低压油管喷油 泵高压油管喷油器（喷油嘴）。
主要装置 燃油供给装置：柴油箱、输油泵、柴油滤清器、喷
油泵、喷油器等。 空气供给装置：空气滤清器、进气管道。 混合气形成装置：燃烧室。 废气排出装置：排气管道、消音器。
喷油器
回油管
高压油管
燃油滤清器
泵—管—嘴喷射系统模型
3. 粘度
——是燃料流动性的尺度，表示燃料内部摩 擦力的物理特性。 直接影响燃料的喷雾质量——雾化性。粘度越 大，雾化后油滴颗粒越大。
柴油机喷油泵柱塞偶件、喷油器针阀偶件都是 靠燃油自润滑，所以柴油应具有一定的粘度。
4、流动性
用凝固点表示。凝固点——燃油失去流动性达到凝固的温 度。
国产轻柴油按凝固点不同，分为10＃、0＃、-10＃、 -20＃、 －35＃五级，其凝固点分别不高于10℃、0℃、－10℃、20℃和-35℃。
当压力升高到一定值时，克服喷油泵上方出油阀
弹簧预紧力和高压油管内的残余油压，顶开出油 阀，通过高压油管向喷油器供油。
回油过程：当压油室通过柱塞斜槽与回油口相同， 使泵内油压下降。当泵内油压小于出油阀弹簧 预紧力和高压油管内的残余油压力时，出油阀 落座，喷油停止。
进油过程：柱塞1下行与进油口接通时，回油停止， 重新进油。
因混合均匀后燃较轻
因混合不均匀，喷油持续时间 长使后燃严重
放热规律
燃烧放热先缓后急，燃烧 直喷机大多燃烧放热先急后缓，
持续期较短
燃烧持续期较长
汽油机、柴油机燃烧过程的主要区别
混合气形成上的差异
着火上的 差异
燃烧上的差异
①外部形成
汽 ②混合时间长、均匀 油 混合气 机 ③α较小
④负荷调节—量调节
①外源点 火
轻柴油用于高速柴油机，重柴油用于中、低速柴油机。
选用柴油时，应按最低环境温度高出凝固点5℃以上，如20＃柴油适用于最低环境温度为－15℃以下的场合。
三、汽油、柴油性能差异对发动机的影响
混合气形成上的差异
着火上的差异
燃烧上的差异
汽油挥发性强，可能在较低温
防止自燃，促使
汽 度下以较充裕的时间在气缸外部进 汽油自燃温 其有规律的燃烧，混
缸内空气、燃油混合不均匀。
目前，采用α>1，改善燃烧，使燃油尽可能完全燃 烧。
2）速燃期Ⅱ（B-C点）
从压力开始急剧升高点B到最大燃烧压力点C。 该时期短意味着更接近混合加热过程中的等容过程。 特点：混合气燃烧速度很快，接近等容燃烧，缸内温
度、压力急剧上升。
压力升高率 ：p p3 p2 表示柴油机工作的平稳性
柱塞有效行程
——等于柱塞完全关闭进、回油口到回 油口与柱塞斜槽接通的一段行程。 每循环的供油量决定于柱塞有效行程。 转动柱塞，可以改变柱塞有效行程，从而改 变循环的供油量
2.喷油泵速度特性及其校正
喷油泵速度特性：喷油泵油量控制机构（齿条
或拉杆）位置固定，每循环供油量随转速n的
变化关系。 b
措施： 加强燃烧室内气流活动，改善混合气形成； 减少缓燃期内的喷油量。
柴油机与汽油机相比主要有如下特点
汽油机
柴油机
点燃式
压入气缸的是新鲜空气，混合
间长
时间短
热负荷大
机械负荷大
压缩比低， =6～12
压缩比高， =12～22
存在爆燃问题
存在工作粗暴问题
但n 着火延迟角 i 。
5、燃油品质
十六烷值柴油的自然性缸内p、T大时， 影响不大；缸内p、T小时τ i。
四、燃烧放热规律
瞬时放热速率和累积放热百分比随曲轴转角的 变化关系。它决定了气缸中压力变化过程。
由喷油规律和实测示功图，经计算机计算而得。
瞬时放热速率:
油 气管中形成均匀的混合气，控制混 度较高，适宜 合气均匀，着火后，
机 合气的数量便能调节汽油机的功率，外源点火。 以火焰传播的方式向
是量调节 。
均匀的混合气展开。
柴 油 机
柴油蒸发性差，但粘性好，适 宜用油泵—油嘴向气缸内部喷油， 靠调节供油量来调节负荷，吸入的 空气量基本不变，是质调节。
柴油化学安 定性差，易自 燃，采用压燃 的方式。
n
曲线如此变化的原因：
n节流作用循环供油时间循环供油
量b。
对车用发动机的适应性
车用：希望nbTtq（例如：低速大
负荷工况）。
而喷油泵速度特性：nbTtq。
因此，喷油泵速度 特性并不适合于车用， 必须进行校正。
油量校正的目的：
当柴油机在全负荷工况下工作，转速因 短时期负荷增加而下降时，喷油泵能自 动每循环供油量Δb，以增大低速时的 输出扭矩。