柴油机燃烧过程
柴油机的物理知识点总结
柴油机的物理知识点总结一、柴油机的工作原理柴油机的工作原理主要包括四个基本过程：进气、压缩、燃烧和排气。
这些过程也称为柴油机的四冲程，分别对应柴油机的一次循环。
下面我们来逐一介绍这四个过程。
1. 进气：首先是进气过程。
柴油机进气门打开，活塞向下运动，气缸内的压力降低，空气被吸入气缸内。
这时燃油喷射器喷射一定量的柴油，与进入气缸内的空气混合。
2. 压缩：接着是压缩过程。
活塞向上运动，将混合气体压缩至高压。
在高压下，混合气体的温度也会升高，使混合气体更容易燃烧。
3. 燃烧：压缩结束后，喷油嘴向气缸内喷射高压柴油，柴油遇到高温高压气体瞬间着火，产生爆炸。
爆炸产生的高压气体推动活塞向下运动，驱动曲轴旋转，从而传递动力。
4. 排气：最后是排气过程。
气缸内的废气通过排气门排出，为下一个循环的进气过程做准备。
以上四个过程构成了柴油机的一个完整工作循环，也称为柴油机的四冲程。
二、柴油机的原理结构柴油机包括外部部分和内部部分。
外部部分包括机壳、缸盖、气门、进气管、排气管等，主要起到保护和连接的作用。
内部部分主要包括曲轴、连杆、活塞、气缸、燃油喷射器等。
以下我们逐一介绍柴油机的主要部件。
1. 气缸：气缸是柴油机中存放燃气的空间，根据气缸数量不同，柴油机可以分为单缸、多缸等类型。
气缸通常由高强度金属材料制成，具有耐高温、耐磨损的特点。
2. 活塞：活塞是气缸内的活动部件，负责压缩混合气体和转换爆炸能量。
活塞通常由铝合金或铸铁制成，具有良好的导热性能和耐磨损性能。
3. 曲轴：曲轴是柴油机的主要旋转部件，是由几节连杆构成的转轴。
曲轴可将活塞的上下往复运动转换为旋转运动，驱动柴油机的输出轴。
4. 连杆：连杆连接活塞和曲轴，起到传递动力的作用。
连杆承受着来自活塞的冲击力和扭矩，需要具有足够的强度和刚度。
5. 燃油喷射器：燃油喷射器是柴油机的关键部件，负责在适当的时机将高压柴油喷射到气缸内与空气混合。
燃油喷射器的喷油量和喷油时间由电控系统控制，从而控制燃烧的时机和效果。
《柴油机燃烧过程》课件
燃烧过程是燃料与空气中的氧气 发生化学反应的过程，这个过程 释放出能量，推动发动机运转。
柴油机燃烧的特点
压缩比高
01
柴油机的压缩比通常较高，这有助于提高燃油效率和动力输出
。
燃油喷射
02
柴油机采用高压燃油喷射系统，将燃料喷入气缸，与空气混合
。
点火延迟
03
由于柴油机的压缩比高，点火延迟较长，使得燃料有足够的时
增压技术
采用增压技术提高进气压 力，增加发动机的功率和 扭矩，同时降低燃油消耗 。
废气再循环
将部分废气引入燃烧室， 降低燃烧温度，减少氮氧 化物排放，提高燃烧稳定 性。
柴油机燃烧过程的优化方法
燃烧室优化
改进燃烧室形状，优化燃 油喷射和空气流动，提高 燃油与空气的混合效果， 降低排放。
பைடு நூலகம்
燃油品质提升
采用低硫、低蜡柴油，降 低燃油中的有害物质，提 高燃油的燃烧效率。
冷却系统优化
通过优化冷却系统的设计 ，降低发动机的工作温度 ，提高发动机的可靠性和 耐久性。
柴油机燃烧过程的未来发展方向
智能化控制
利用先进的传感器和控制系统，实现柴油机燃烧过程的智能化控 制，提高燃油经济性和排放性能。
新能源技术
研究和发展新能源技术，如氢燃料、生物燃料等，替代传统柴油燃 料，降低碳排放。
应时间、反应速度常数等方面的研究。
了解柴油机燃烧的动力学原理有助于优化柴油机的燃烧过程，
03
提高发动机的动力性和经济性。
03
CATALOGUE
柴油机燃烧过程的实际应用
柴油机燃烧过程的控制策略
01
02
03
燃油喷射控制
通过精确控制燃油喷射的 时间、压力和喷油量，优 化燃油与空气的混合，提 高燃烧效率。
发动机原理第六章柴油机混合气形成与燃烧
2．对柴油机燃烧室的要求：
① α小，但应燃烧完全及时； ② 适度的ΔP/ΔΦ和Pz值；以保证工作柔和，
平稳，可靠； ③ 排气品质好； ④ 变工况适应好；应在负荷、转速变化时，
柴油机性能稳定； ⑤ 冷起动性好； ⑥ 制造、维修方便。
3、直喷式燃烧室的空气涡流运动
空气涡流运动是加速混合气形成的 有效手段；也是保证完善燃烧的重 要条件。
3．影响喷注质量的主要因素：
喷注结构，喷油压力，气缸内空气的压力，柴油
的粘度等。
二、空气运动对混合气形成的影响
缸内空气的涡流运动能加速雾化的油滴与 周围空气的混合，促进燃烧过程的进行。
但涡流过强，会使燃烧产物与邻近的喷注重叠； 涡流过强也使进气阻力加大，充量系数下降。
三、典型燃烧室结构分析
1．燃烧室分为两大类:直喷式和分开式。 直喷式燃烧室：燃油直接喷入由活塞顶和缸盖形成的
汽油机：提高火焰传播速度。 柴油机：保证及时形成较均匀的混合气。
第一节 混合气形成与燃烧过程
一、燃烧方式--油滴扩散燃烧
柴油机是在压缩过程中活塞接近上止点时,借助喷 油设备将燃油在高压下成雾状喷入燃烧室,以便 与空气形成可燃混合气。
油滴的着火要满足两个条件： （1）混合气的温度要高于着火临界温度。 （2）混合气的浓度要适当，即混合气的浓度要在
不变）
面容比大，经济性较差，启动性差（传热和流动损失大，装电热塞）
涡流室式燃烧室
1）预燃室式燃烧室
混合气形成：空间雾化混合为主。一般采用轴针 式喷油器。
主要特点：
喷雾质量要求不高（预燃室形成强的紊流和二次喷射的燃
烧涡流形成混合气）。
ΔP/ΔΦ较小，工作柔和。 空气利用率高，α值可较小。 变工况适应性好，对转速不敏感。 NOx排放低 启动性差，面容比较大，经济性差 低速噪声（惰转噪声）大(预燃室气体速度低，油束贯穿力大，
柴油机的燃烧过程
柴油机的燃烧过程
COMBUSTION IN DIESEL ENGINE
1 滞燃期(AB 段)
从燃料喷入气缸到压力线脱离压缩压力线开始急剧升高这一段燃前准备时间。
◆ 滞燃期过长，压力升高率和最高燃烧压力高，柴油机工作粗暴。
◆ 滞燃期过短，扩散燃烧增加，易恶化柴油机性能和颗粒排放。
2 急燃期 BC 段
柴油机的预混燃烧期
在上止点附近快速进行，压力升高率大。
形成第一峰放热。
平均压力升高率不宜超过0.6 MPa/︒CA
3 缓燃期 CD 段
柴油机的扩散燃烧期
◆ 缸内温度和压力高，扩散燃烧速度快。
◆ 气缸工作容积不断增加，缸压变化缓。
◆ 缓燃期对应于放热规律曲线的第二峰。
4 后燃期 DE 段
少量柴油的后续燃烧
◆ 过浓混合气未燃烧的燃料、尾喷燃料、碳烟等的燃烧。
膨胀行程的中后期，膨胀比低，做功能力小。
◆ 增加排温和向冷却水的散热损失，使发动机的热负荷增加，经济性下降。
柴油机燃烧缸内p -Φ图 )
()(B C B C p p p ϕϕϕ--=∆∆
滞燃期速燃期缓燃期后燃期
柴油机燃烧放热规律图。
发动机原理_柴油机混合气的形成和燃烧
运动速度和油膜厚度。
二、分隔式燃烧室
涡流室燃烧室 • 预燃室燃烧室 涡流室容积约占整个燃烧 室压缩容积的50%-60% • 预燃室容积约占整个燃烧 • 通道的截面积约为活塞截 室压缩容积的35%-45% 面积的 1%～3.5％ • 通道的截面积约为活塞截 • 涡流室燃烧过程 面积的0.3%-0.6％ • 预燃室燃烧过程
机械噪声
由曲轴连杆活塞机构、配气
机构、齿轮系、喷油泵及其 它附属机构等部分的高速运 动并与其相邻零部件发生频 繁的机械撞击，激励结构振 动而产生的噪声。
燃烧噪声
因为迅速地燃烧引起燃烧室
内压力急剧变化
控制噪声与振动的措施
1）控制燃烧过程来降低燃烧噪声。 2）改进机体等有关零部件的结构，降低结构振动的振幅 和提高共振频率。 3）为减小撞击力，尽可能减小缸套与活塞之间、轴承、 传动齿轮等处的间隙。为减小惯性力应减小运动件的质量， 并在可能的情况下，适当降低活塞平均速度。 4）应用吸振减振材料制造薄板零件 5）改进消声器的结构、材料；改进空气滤清器、冷却风 扇等的设计及适当调节配气相位以降低气体动力噪声。 6）遮蔽噪声源
三、对喷射系统的要求
理想的喷油规律： 更高的喷射压力和喷油速 率以及更短的喷油持续时 间已是技术发展的一个明 显趋势。 为避免柴油机工作过于粗 暴，又希望实现“先缓后 急”的喷油规律。 在所有的工况下都希望在 喷射结束阶段能尽可能迅 速地结束喷射。
四、柴油机电控喷射系统
电控喷射系统突出优 点是控制的准确性和 响应的快速性。 系统的基本控制量： • 循环喷油量的控制 • 供油提前角控制
第二节 燃油喷射和雾化
一、供油系统和喷射过程
柴油机供油系统 喷油泵速度特性及其校正 喷射过程 供油规律和喷油规律 不正常喷射现象和喷射系统中的穴蚀 破坏
柴油机的着火过程
第六章柴油机的着火过程第一节燃烧化学反应动力学的基础理论一．分子运动和碰撞柴油机的着火过程是复杂的物理化学过程，化学过程是激烈的热——链化学反应，要进行化学反应，必须经过它们分子之间的相互碰撞，并且符合碰撞要求才可实现。
燃烧化学反应中分子运动和碰撞的基本理论归纳如下：A.参加化学反应的物质，分子必须相互碰撞。
B.分子的碰撞是杂乱无章的。
C.合适的方向上碰撞才有可能起化学作用。
D.运动能量超过最低能量。
E.最低能量称为活化能。
F.温度越高，化学反应速度越大。
G.压力与密度越大，碰撞频率越高，反应速度加快。
二．活化络合物理论活化络合物理论（过渡态理论）的基本内容是：进行化学反应时候，分子不仅需要相互撞击，还需要适当能量，在适当的方位上撞击，以便获得形成一个不稳定，过度的，瞬态活化络合物。
活化能E就是把初态反应物提高到络合物所需能量。
反应关系表达为：反应物——活化络合物——终产物三.键能及其在化学反应中的作用。
物质内部相邻原子间或离子间产生的相互结合或相互作用的称为化学键。
可分为离子键，共价键，和金属键等几种类型。
正负离子通过静电引力形成的化学键为离子键。
物质内部相邻原子或者原子团通过共用电子对形成的称为共价键。
由自由电子及排列成晶格状的金属离子之间的静电吸引力组合而成金属键。
物质起化学变化时，需要从外界吸收能量，达到破坏原子间或者离子间所必须吸收的能量，这种能量称为键能。
第二节着火前燃料的物理——化学过程（焰前反应）一。
着火的分类和含义按照火源性质，分为压缩自然和外源点火。
按化学反应性质分为热式着火，链式着火，和热—链式着火。
链式着火通过支链反应而自身积累活性中心并积聚能量。
按着火阶段分，有高温单阶段着火和中低温多阶段着火。
多阶段着火指历经冷焰，蓝焰到热焰的几个阶段着火。
二．着火前的物理过程必须先将反应物质（空气和烃类）能互相充分气相混合，并相互撞击，同时，需要一定的初始能量。
这就需要有进气过程，喷射过程，喷注的破碎和雾化过程，以至形成可燃混合气，并达到足够温度和压力的过程。
柴油机燃烧过程
气缸内气流作旋 转运动，在燃烧室的 壁面附近,气流速度低， 压力低；中间的气流 流速快，压力高。 气流在旋转中会产 生离心力。
燃烧质点受两个 力的作用：离心力推 动质点向外运动，因 为外边缘气体压力高 而将质点推向中间。 质点在两个力作 用下究竟向外还是向 内运动取决于质点的 密度。
单元四
发动机的燃烧过程
三、着火延迟对燃烧过程的影响
单元四
发动机的燃烧过程
课题一 柴油发动机的燃烧过程
三、着火延迟对燃烧过程的影响
3.喷油提前角
同样的发动机,怠 速300rpm时,供油角为 5-10°时着火延迟时 间最短. 说明不光供油角, 转速也会影响着火延 迟时间.
单元四
4.转速的影响
发动机的燃烧过程
课题一 柴油发动机的燃烧过程
单元四
发动机的燃烧过程
课题一 柴油发动机的燃烧过程
一、柴油机混合气的形成 柴油不易蒸发，所以采用缸内高压喷压喷射（柴油分 散成数以万计的细小油滴）的方式，使之与空气混合。 1、关于混合气的浓度 可燃混合气中空气与燃油的比例称为可燃混合气成 分或可燃混合气浓度，通常用过量空气系数和空燃比表 示。
单元四
单元四
发动机的燃烧过程
课题一 柴油发动机的燃烧过程
一、柴油机混合气的形成 3、柴油机混合气形成的基本方式 （1）空间雾化混合
将燃油喷向燃烧室空间，形成雾状，雾 状油滴从高温空气中吸热蒸发并扩散，与空 气形成混合气。为了使混合均匀，喷出的燃 油要与燃烧室形状配合，并利用燃烧室中空 气的运动与其混合，如图（a）所示。
课题一 柴油发动机的燃烧过程
单元四
发动机的燃烧过程
课题一 柴油发动机的燃烧过程
三、着火延迟对燃烧过程的影响
6b燃机柴发工作过程
6b燃机柴发工作过程6B燃机柴发工作过程燃机柴发是一种常见的动力装置，广泛应用于船舶、发电厂等领域。
下面将以人类视角，生动地描述6B燃机柴发的工作过程。
一、引言6B燃机柴发是一种高效能的燃烧设备，通过燃烧柴油来产生机械能。
它由多个部件组成，如燃烧室、喷油器、发动机控制系统等，每个部件都扮演着重要角色。
二、点火当操作员启动6B燃机柴发时，首先进行点火操作。
点火器会向燃烧室喷洒细小的柴油颗粒，并通过电火花点燃。
这个过程需要一个精确的时间点和适当的燃油量。
三、燃烧一旦点火完成，柴油开始燃烧。
燃烧过程中，燃烧室内的空气与喷入的柴油混合，形成可燃气体。
这些可燃气体在高温的作用下膨胀，推动活塞向下运动。
四、动力输出活塞的向下运动产生机械能，通过连杆传递给曲轴。
曲轴将这种线性运动转化为旋转运动，从而驱动发电机或其他设备。
五、排放处理在燃烧过程中，除了产生机械能外，还会产生废气。
这些废气含有一些有害物质，需要通过排气系统进行处理，以减少对环境的影响。
常见的处理方法包括催化转化器和颗粒捕集器。
六、发动机控制为了确保6B燃机柴发的正常运行，需要有一个发动机控制系统。
这个系统监测并调整燃油供给、点火时间等参数，以保持发动机的稳定性和高效性。
七、维护保养6B燃机柴发的正常运行需要定期的维护保养。
这包括更换燃油滤清器、清洁冷却系统、检查和更换磨损的零部件等。
维护保养的目的是延长设备的使用寿命，并确保其高效可靠地工作。
八、结论通过以上描述，我们可以清晰地了解6B燃机柴发的工作过程。
从点火到燃烧，再到动力输出，每个步骤都扮演着重要的角色。
合理的控制系统和维护保养是保证设备正常运行的关键。
6B燃机柴发的应用范围广泛，它的高效性和可靠性使其成为现代工业中不可或缺的一部分。
【学习】第五章柴油机混合气形成和燃烧
fp — 柱塞面积 [ mm ]；
Wp — 柱塞速度 [ ml/degPA ]。
几何供油规律与喷油规律不同。
整理课件
供油规律和喷油规律
两产定者生义的差：差 异异 的： 原因：
喷燃供油始的规点可律滞压：后缩单于性位供时油间始内点喷 油喷系泵油统的持内供续产油时生量间压随较力时长波间的的传变播化 关最高系大压。喷油油管速的率弹较性低变形 油曲器喷线喷油的入规形燃律状烧：有室单一内位定的时的燃间变油内化量喷 随时间的变化关系。
整理课件
三 气流运动对混合气形成的影响
（一） 气流运动的作用
整理课件
（二） 气流运动
1、 进气涡流 使进气气流相对于气缸中心产生一个力，形成涡流。 （1） 切向气道 特点: 气道母线与气缸相切。 优点: 结构简单，气流阻力小 缺点: 涡流强度对进气口位置敏感。 （2） 螺旋气道 特点: 进气道呈螺旋型。 优点: 能产生强烈的进气涡流。 缺点: 工艺要求高，制造、调试难度较高
整理课件
50
油 束 射 程m m
(a)
10 0
油 束 射 程m m 50
(b)
2
3
3 .3
3.5 m s
整理课件
（四） 喷油规律
单位时间（或曲轴转角）的喷油量随时间（或曲轴转角） 的变化规律。
1 、喷油延迟角 喷油提前角 — 开始喷油 上止点的曲轴转角。 ’ — 上止点 停止喷油的曲轴转角。 喷油延迟角’ — 开始喷油 停止喷油的曲
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二 、喷油泵速度 特性及其校正
（一） 节流作用 1 理论上 （不存在节流） 2 实际上 （存在节流） 所以，实际供油比理
论供油时间长，供油量 大。
整理课件
柴油火车头的工作原理
柴油火车头的工作原理柴油机的工作原理与汽油机类似，都是内燃机的一种。
柴油机的主要工作过程包括进气、压缩、燃烧和排气四个过程。
进气过程：柴油机通过进气门吸入空气，空气经过滤清除杂质后进入缸体。
压缩过程：柴油机的活塞在运动过程中，将进入缸体的空气压缩至较高的压力和温度。
燃烧过程：当活塞接近顶死点时，喷油器向气缸内喷射燃油，燃油与高温高压的压缩空气混合，发生自燃燃烧。
燃烧产生的高温高压气体推动活塞向下运动。
排气过程：活塞下行推出废气，同时打开排气门将燃烧产物排出缸体。
柴油机的燃烧过程是按照一定的时间先后顺序依次在各个缸内进行的，可以实现连续的工作。
柴油机的工作节奏由喷油系统和气门控制系统控制。
柴油机产生的旋转动力需要通过传动系统传递给驱动轴，进而将火车推动前进。
传动系统包括离合器、变速器和传动轴。
变速器可以根据运行状态和列车需要选择合适的档位和转向方式。
转向系统主要是通过转向齿轮通过链条或万向节来驱动轮轴进行转向。
转向系统能够实现火车头的转弯和转向，进而调整车轴与轨道之间的角度，使火车能够顺利行驶通过曲线轨道。
制动系统是为了保证列车行驶的安全性。
柴油火车头的制动系统主要包括气压制动和手动制动两种方式。
气压制动通过压缩空气驱动制动器夹紧车轮，提供制动效果。
手动制动则需要操作员手动控制刹车装置实现制动。
制动系统在列车减速和停车过程中发挥重要作用。
总结：柴油火车头工作原理是通过柴油机将燃料的化学能转化为机械能，然后通过传动系统将机械能传递给驱动轴，推动列车行驶。
同时，转向系统和制动系统的运行保证了列车的转向和安全性。
柴油火车头以其高效可靠的性能，在铁路运输中发挥着重要的作用。
柴油机的燃烧过程解读
③ 排气品质好；
④ 变工况适应好；应在负荷、转速变化时，
柴油机性能稳定；
⑤ 冷起动性好；
⑥ 制造、维修方便。
3、直喷式燃烧室的空气涡流运动
空气涡流运动是加速混合气形成的
有效手段；也是保证完善燃烧的重 要条件。
直喷式燃烧室产生涡流运动的方法
有种：
1）进气涡流—靠切向进气道和螺旋 进气道形成。 切向进气道：气道母线与气缸相切， 在气门前强烈收缩，使气流越来越 快进入气缸后受缸壁的约束而转向， 形成涡流。
一、燃油的喷雾
1.燃油的雾化 燃油在经喷孔 喷出时，在气 缸中被破碎成 微粒的过程。
L:射程 :锥角 喷油横截 面上燃油 分布 喷油横截面 上油粒速度 图6-5 喷注的形状
2．喷注的特征：
①喷注射程L：表示喷注贯穿深度； ②喷注锥角β：表示喷注紧密程度； ③细微度和均匀度：表示雾化程度。 细微度-油注中的平均直径 均匀度-油注中最大直径与最小直径之差
直喷式燃烧室：燃油直接喷入由活塞顶和缸盖形成的
一个统一空间。
开式燃烧室—浅坑型，如浅盆形或浅ω 形燃烧室
半开式燃烧室—深坑型，如ω 形和球形燃烧室
分开式燃烧室：由主燃室和副燃室两部分组成。
如：涡流室式燃烧室和预燃室式燃烧室
2．对柴油机燃烧室的要求：
① α 小，但应燃烧完全及时； ② 适度的Δ P/Δ Φ 和Pz值；以保证工作柔和， 平稳，可靠；
球型燃烧室
5、分开式燃烧室
1）涡流室式燃烧室
混合气形成：空间雾化混合为主。一般采用轴针 式喷油器。 主要特点： 喷雾质量要求不高。 ΔP/ΔΦ较小，工作柔和。 α值可较小，空气利用率高。 变工况适应性好，对转速不敏感。 面容比较大，经济性较差，启动性差。
6-第六章 柴油机燃烧
第六章柴油机燃烧由于能源短缺和人类对环境保护的日益关切，使得内燃机技术工作者对柴油机燃烧、经济性以及排放产生极大的兴趣。
然而，柴油机的燃烧过程是相当复杂的，它的详细机理还不十分清楚。
柴油与空气的可燃混合气在燃烧室内若干部位产生自燃，而与此同时，一些其他地方燃油可能仍处于液态。
许多发动机在运行条件下，着火开始而燃油仍在继续向燃烧室内喷射。
此时燃烧室内的燃油同全部喷射油量之比对燃烧过程有相当大的影响。
而燃油在燃烧室内的分布规律对燃烧的组织及其形态、对排放的形成都有重要影响。
本章就柴油机燃烧的基本内容及其目前发展做一分析论述。
§ 1 燃料的喷射与蒸发1.1 喷射油束的形态燃料在高压下经喷油器孔口射入燃烧室内，随着时间进展，燃料油束向前伸展和扩张。
为了解喷雾发展过程，人们通过等容模型燃烧室对单个油束的观察，得到有关喷射特性的认识。
1．高压、室温条件下喷射的油束日本学者藤本等人用高压等容模型燃烧室在室温条件下做试验。
燃烧室内压力为p0=0.098~9.91MPa，喷孔直径为0.27mm，喷油量取0.09g，喷油器开启压力p j=33.7MPa。
试验表明，从喷射开始后约0.5ms 至喷射结束时，油束形态有类似模式，如图6-1所示。
一个充分发展的油束，可将其分成各具特征的若干部分。
主流区：位于油束核心部分，单位体积内油滴量多，粒度大，流速大，动量大，为高密度的主流部分。
混流区：燃料油滴数量少，粒度也小，流速低，在油滴间卷吸入大量空气形成浓度减小的混合流域，它处于主流区的周围。
初始部分l s：油束刚离喷口具有较明显的圆锥形部分的长度。
混合部分l c：从初始部分末端至油束边界成湍流状态部分的长度。
穿透部分l p：为l s+l c，即基本保持圆锥形部分的长度。
稀释部分l d：油束的顶端，燃油稀疏部分。
通过观察和测量得知，喷射油束卷吸周围空气进入穿透部分。
而油束顶端在向前伸展中一方面排开周围空气，同时也卷吸进一些空气形成不断增长的逐渐稀薄的可燃混合气。
柴油机燃烧过程分哪几个阶段
柴油机燃烧过程分哪几个阶段?各阶段有什么特点?一. 进气冲程第一冲程——进气，它的任务是使气缸内充满新鲜空气。
当进气冲程开始时，活塞位于上止点，气缸内的燃烧室中还留有一些废气。
当曲轴旋转肘，连杆使活塞由上止点向下止点移动，同时，利用与曲轴相联的传动机构使进气阀打开。
随着活塞的向下运动，气缸内活塞上面的容积逐渐增大：造成气缸内的空气压力低于进气管内的压力，因此外面空气就不断地充入气缸。
进气过程中气缸内气体压力随着气缸的容积变化的情况如动画所示。
图中纵坐标表示气体压力P，横坐标表示气缸容积Vh(或活塞的冲S)，这个图形称为示功图。
图中的压力曲线表示柴油机工作时，气缸内气体压力的变化规律。
从土中我们可以看出进气开始，由于存在残余废气，所以稍高于大气压力P0。
在进气过程中由于空气通过进气管和进气阀时产生流动阻力，所以进气冲程的气体压力低于大气压力，其值为0.085～0.095MPa，在整个进气过程中，气缸内气体压力大致保持不变。
当活塞向下运动接近下止点时，冲进气缸的气流仍具有很高的速度，惯性很大，为了利用气流的惯性来提高充气量，进气阀在活塞过了下止点以后才关闭。
虽然此时活塞上行，但由于气流的惯性，气体仍能充人气缸。
二. 压缩冲程第二冲程——压缩。
压缩时活塞从下止点间上止点运动，这个冲程的功用有二，一是提高空气的温度，为燃料自行发火作准备：二是为气体膨胀作功创造条件。
当活塞上行，进气阀关闭以后，气缸内的空气受到压缩，随着容积的不断细小，空气的压力和温度也就不断升高，压缩终点的压力和湿度与空气的压缩程度有关，即与压缩比有关，一般压缩终点的压力和温度为：Pc＝4～8MPa,Tc＝750～950K。
柴油的自燃温度约为543—563K，压缩终点的温度要比柴油自燃的温度高很多，足以保证喷入气缸的燃油自行发火燃烧。
喷入气缸的柴油，并不是立即发火的，而且经过物理化学变化之后才发火，这段时间大约有0.001～0.005秒，称为发火延迟期。
6单元 柴油机的燃烧过程和燃烧规律
③控制蒸发速度（油膜蒸发缓和）；
3）排气冒黑烟
缓燃期燃油被高温废气包围：高温缺氧→裂解→脱氢 →聚合形成碳烟。 一般在高负荷时发生如汽车加速，爬坡或超载。
减少冒黑烟的措施： ①增大过量空气系数α：改进进气系统ην↑，减少喷 油量降低功率使用。
单元6 柴油机混合气的形成和燃烧
课前回顾
问题一：传统汽油机与柴油机的混合气形成方式及着火方式 有什么不同？
汽油机：缸外形成混合气，点燃；柴油机：缸内喷射，压燃。
问题二：为什么传统汽油机采用缸外混合，火花塞点燃式燃 烧，柴油机采用缸内喷射，压燃式燃烧？
燃料的品性决定了混合气的形成方式及着火方式。
蒸发性：汽油＞柴油； 发火性（自燃性）：柴油＞汽油。
1）泵-管-喷嘴系列 （1）直列柱塞泵
高压油管 燃油滤清器 停油电磁阀
回油管 润滑机油管
P7100泵 正时齿轮
4、应用吸振减振材料制造薄板零件，如油底壳、 缸盖罩等。在缸体与油底壳之间、缸盖与缸盖罩 之间采用较“软”的垫片，对振动起到阻尼使用。
5、改进消声器的结构、材料；改进空气滤清器、 冷却风扇等的设计以及适当调节配气相位，以降 低气体动力噪声。
6、遮蔽噪声源，采用对作为主要噪声源的发动机 的局部或整体加隔声罩的方法等。
6-1柴油机燃烧过程
1、混合气形成特点： 3）混合气形成不均匀 ，为了提高经济性总体过量空气系 数>1.2。导致容积利用率低，升功率低（傻大黑粗）。
傻大黑粗
高富帅？？？
6-1柴油机燃烧过程
2、混合气形成方式： 油膜蒸发混合，燃料大部 分顺气流方向喷到燃烧室 壁面上，形成一层油膜， 油膜受热蒸发，在旋转气 流作用下与空气相混合形 成可燃混合气。
简述柴油机的燃烧过程
简述柴油机的燃烧过程
柴油机是一种内燃机，其燃烧过程可以分为四个阶段：进气、压缩、燃烧和排气。
1. 进气阶段
在进气阶段，柴油机的活塞向下移动，吸入空气。
空气经过空气滤清器和进气道进入气缸。
同时，燃油喷嘴将燃油喷入气缸中，燃油雾化后与空气混合，形成可燃混合气。
2. 压缩阶段
在压缩阶段，活塞向上移动，将可燃混合气压缩至极高的压力和温度。
在这个过程中，燃油的分子被压缩，形成高压高温的燃油蒸气。
3. 燃烧阶段
在燃烧阶段，燃油蒸气被点火，燃烧产生高温高压的燃烧气体。
这些气体推动活塞向下运动，驱动发动机工作。
同时，燃烧产生的热能也被传递到发动机的冷却系统中，以保持发动机的工作温度。
4. 排气阶段
在排气阶段，活塞再次向上移动，将燃烧产生的废气排出气缸。
废气通过排气门排出发动机，并经过排气系统排放到大气中。
总之，柴油机的燃烧过程是一个复杂的物理过程，需要精确的控制和调整，以确保发动机的高效工作。
柴油机混合气的形成和燃烧
3．供油提前角（或喷油提前角） 供油提前角过大，喷油时气缸内温度、压力较低，着火落 后期较长，压力升高率和最大爆发压力增大，导致柴油机工作 粗暴，NOx的排放量增加。过早燃烧还会增加压缩负功，降低 柴油机的经济性和动力性。 供油提前角过小，则燃油不能在上止点附近及时燃烧，对 柴油机的经济性和动力性也不利，微粒的排放也会增加。过迟 燃烧还会使燃烧温度升高，散热损失增加。 对于每一种工况，均有一个 最佳的供油提前角，此时在 负荷及转速不变的前提下， 功率最高,有效燃油消耗率 最低。但为了兼顾降低NOx 的排放量和燃烧噪声的需要， 一般调节供油提前角略小于 最佳的供油提前角。
2. 活塞材料的影响 铸铁活塞与铝合金活塞相比其温度较高，可以 缩短着火延迟期，因此在其他条件相同时，采用铸 铁活塞的柴油机工作比较柔和。
3.喷油规律的影响 喷油规律是指单位时间（或转角）的喷 油量即喷油速度随时间（或转角）而变化 的关系。从减轻燃烧粗暴性考虑，比较理 想的喷油规律是“先缓后急”即在着火延 迟期内喷入气缸的油量不宜过多，以控制 速燃期的最高燃烧压力和平均最大压力升 高率，而着火燃烧后，应以较高的喷油速 率将燃油喷入气缸，停油应干脆迅速，喷 油延续角不宜过大，目的是使燃烧过程尽 量在上止点附近进行，以获得良好的性能。
（四） 补燃期
从最高温度点起到燃油基本烧完时为止称为补燃期。补 燃期的终点很难准确地确定，一般当放热量达到循环总放热 量的95％—99％时，可认为补燃期结束。 补燃期内燃油的燃烧可称为后燃，由于燃烧时间短促， 混合气又不太均匀，总有少量燃油拖延到膨胀过程中继续燃 烧。特别在高速、高负荷工况下，因过量空气系数小，混合 气形成和燃烧的时间更短，这种后燃现象就更为严重。 在补燃期中，由于活塞下行了相当的距离，气缸内容积 增大很多，缸内压力和温度迅速下降，故燃烧速度很慢，所 放出的热量很难有效利用，还使排气温度升高，导致散热损 失增大，对柴油机的经济性不利。此外，后燃还增加了有关 零件的热负荷。因此，应尽量缩短补燃期，减少补燃期内燃 烧的燃油量。
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燃烧过程的影晌因素
• 1、燃油品质：十六烷值高，自燃性好 • 2、缸内工质状态：压缩终点的空气温度、压力和扰动 • 3、喷油定时：过大：将因喷油时刻缸内工质状态不利于着火， 使滞燃期增长;最高爆发压力过高，燃烧粗暴。 • 过小，将因着火前缸内温度与压力己下降，而使滞燃期也增长， 但活塞己下行使最高爆发压力降低，后燃增加，排气温度上升。 • 4、雾化质量 • 5、换气质量 • 6、运转工况：转速 和负荷
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• 从气缸内燃油发火燃烧到出现最高压力为止的这段时期称为速燃期。 柴袖机的发火点一般在上止点前几度曲轴转角，而最高爆发压力点约 为上止点后 lOCA 一 l5CA 。 * 特点是气缸中的压力迅速上升至最高爆 发压力。一是由于燃烧急剧进行，二是由于活塞的位移极微。在速燃 期中，不但烧掉了滞燃期形成的可燃混合气，还烧掉了速燃期喷入气 缸并已完成了燃烧准备的部分燃油，燃烧近乎在等容状态下进行。 • 评价速燃期的重要参数是平均压力增长率，它表示本阶段内气缸内相 应于单位曲轴转角的平均压力增长量。平均压力增长率小，则柴油机 工作柔和，燃烧平稳，无敲击声。大则粗暴，常伴有敲击声，一般 〈0。4MPA • 速燃期的燃烧速率很难直接用控制该燃烧期燃油与空气混合速度的办 法来加以控制，故亦称不可控燃烧期，由于速燃期的可燃混合气主要 是滞燃期喷入气缸的燃油所准备的，所以应通过滞燃期来影响速燃期， 力求缩短滞燃期、减少滞燃量、控制可燃混合气的形成量。滞燃期对 燃烧质量起决定作用，控制滞燃期是影响燃烧过程的重要手段。此阶 段亦称预混合燃烧阶段
• 燃烧过程
• 二、燃烧过程
• • • • • • • • 滞燃阶段I--自喷油始点A 至着火点B; 速燃阶段2--自着火点B 至最高压力点C; 缓燃阶段3--自最高压力点C 至最高温度点D; 后燃阶段4--自最高温度点 至燃烧终点。
1、滞燃阶段(A-B)
• *燃油从 A 点喷入气缸，这时虽然气缸中空气的温度一般高于在当时压 力下燃油的燃点，但燃油并不能立刻燃烧。从 A点至 B 点，气缸内的压 力基本与压缩线重合，直到 B 点因压力急剧上升才离开压缩线。 B 点是 发火点，因此从A点至B点称为燃烧过程的滞燃期。 *在滞燃期中，燃油进行着一系列发火前的物理和化学准备。燃抽在滞 燃期内没有产生明显的燃烧，焰前氧化反应的放热量与物理准备的吸热 量基本相等，因此气缸内的压力和温度基本与压缩压力和温度相同。滞 燃期气缸内的压力和温度取决于压缩终点的状态。 *滞燃期内形成的可燃混合气的数量决定了后续速燃期燃烧的急剧程度。 当滞燃期结束时，滞燃量将立即全部投入燃烧，而且这时活塞接近上止 点，气缸容积很小，致使气缸内压力偏离压缩线并迅速达到最高爆发压 力。 *滞燃期的长短可用滞燃角度(CA)表示，亦可用滞燃时间来表示 ， 应愈短愈好，但过短时也会发生不正常燃烧
2·排气污染物的净化措施
• *能过降低燃烧过程中的最高温度，可降低NO化合物的生成，但 同时降低了柴油机的经济性，而且还可能便炭烟和末燃的HC含 量增加 • *降低柴油机排气污染物可大体分成前处理、机内处理与后处理 三种方案。 • 1)前处理 • 前处理是对燃油或空气在进入气缸前进行预先处理，以期减少缸 内过程中所产生的有害排放物。如对燃油去硫、减少芳香烃含量、 精细过滤、乳化、磁化、放添加剂及对空气喷水、废气再循环等 • 对硫化物处理燃油去硫可能是今后优先使用的措施。
柴油机的排气污染与净化
• 1、排放限制：《MARPOL73/78公约》 • 关 于 NOx 限 值 ， 低 速 机 <130RPM 为 17g/(kW· h); 中 速 机 (130 一 2000r/min) 为 (17 一 9· 84)g/(kW· h); 高 速 机 (n>2000r/min) 为 9· 84g/(kW· h)。其二，关于SO2的限值，限制使用的燃油硫分不 大于1· 5%。 • 2、废气有害成分 • 有害成分：包括一氧化碳(CO)、氮氧化物(NO)、碳氢化物(HC)、 二氧化硫(SO2）臭氧和微粒物质(如炭烟、油雾等） • 无直接危害(简称无害)成分：二氧化碳(C02)、 水蒸气(H20)、过 量空气以及残余氮(N)等。 • 3、危害： • 4、生成机理：
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4、后燃阶段(D-E)
• 后燃是燃烧过程在膨胀行程中的继续。其原因有二:一是在缓燃 期中难免有一部分燃油因遇不到足够的氧分子而来不及燃烧或燃 烧不完全;二是部分燃烧产物在高温下发生逆化学反应，这些燃 烧产物只能在活塞下行、气缸内温度下降后才能重新进行燃烧。 因此完全消除后燃现象是不可能的，但应设法使之减轻。后燃期 的终点很难确定，随柴油机负荷和燃烧过程进行的情况而异，一 般在上止点后8OCA一lOOCA。后燃期因气缸内温度开始下降， 活塞下行，工质膨胀比减小，致使燃油燃烧的热效率较低。后燃 期的存在使排气温度提高并由此使柴油机机件的热负荷增加，后 燃现象愈短愈好。缩短后燃期的措施是加强燃烧室内的空气运动， 改善混合气的形成。一般柴油机在低负荷运转时后燃期将缩短， 低速机的后燃期短于高速机。喷油器雾化不良、滴漏、气缸漏气、 换气不良、喷油太晚等，均使后燃增加。
2、速燃阶段(B-C)来自3、缓燃阶段(C-D)
• 从气缸内工质出现最高压力到出现最高温度这段燃烧期称为缓燃期。最 高温度一般出现在上止点后2OCA一35CA。在缓燃期中燃烧速度仍然很 快，工质温度可迅速上升至最高温度(约1700C一2000C瞬时温度)。在缓 燃期中由于燃烧室内已充满燃烧产物和正在燃烧的火焰，燃油油滴喷人 气缸即行蒸发燃烧。但此时由于活塞已离开上止点下行，气缸容积迅速 扩大，故燃烧燃油量虽多而工质压力却缓慢下降(近似于等压燃烧)。该 燃烧期的燃烧速度取决于喷入气缸的燃油分子寻找氧分子的速度，故亦 称扩散燃烧阶段。 此阶段燃烧室中的废气和燃烧中间产物增多而氧分子变少缓燃期的主 要矛盾是油气得到氧分子的速度赶不上燃烧速度的需要而发生不完全燃 烧。此燃烧期的长短主要取决于负荷大小，亦称可控燃烧期。 速燃期和缓燃期构成了燃油明显燃烧时期，故统称为主燃期。