原理讲义(第5章)

第五章柴油机混合气形成和燃烧

柴油机混合气的形成特点

1．混合气形成特点

§5-1柴油机燃烧过程

一、燃烧过程概述

1、着火延迟期（又称为滞燃期）

2、速燃期

3、缓燃期

4、补燃期

二、燃烧放热规律

三、柴油机燃烧过程中存在的主要问题

1．空气利用率低

总体过量空气系数>1.2。相当于有20%的容积为纯空气，无法放热。

2. 燃烧噪声（工作粗暴）

①缩短着火落后期φi

②减小着火延迟期内的喷油量选择合适的喷油规律（先少后多）

③减少着火延迟期内形成的可燃混合气量（油膜蒸发缓和）

3、排气冒黑烟

①增大过量空气系数α减少喷油量降低功率使用。

②组织空气运动

促使油束分散增大混合范围

空气运动的作用热混合作用

4、控制噪声与振动的措施

§5-2 燃油喷射和雾化

一：燃油喷射

1、喷射过程

2、不正常喷射现象

（l）二次喷射现象

（2）滴油现象：

（3）断续喷射：

（4）不规则喷射和隔次喷射：

第五章柴油机混合气形成和燃烧

§5-1柴油机燃烧过程

概述：柴油机混合气的形成和燃烧过程特点

1、混合气形成方式：

已经提出多种混合形成方式和燃烧室，从根本上讲基本上是两种。

(1)空间雾化混合，燃料喷入燃烧室空间形雾状混合物。要求喷雾与燃烧

室形状配合，并利用气流运动。

(2)油膜蒸发混合，燃料大部分顺气流方向喷到燃烧室上，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。

（3）现代小型高速柴油机上，燃燃油

或多或少会喷到燃烧上形成油膜因

此以上两种混合方式兼而有之，只是

主次，多少不同。目前多数车用柴油

机以空间雾化混合为主。

2、混合气形成特点：

(1)汽缸内部形成混合气：因柴油不易挥

发（馏程250~350℃）必须借助喷

射设备在上止点附近（T,P升高）

喷入气缸，利用喷雾、加热蒸发和

气流的冲击作用形成混合气。

(2)混合气形成时间短，只有15~35゜CA,

n=1500r/min时只有1.7ms~4ms

(3)混合气形成不均匀α=f(x.y.z.t)

α=0~∞整个燃烧室α=0~∞，为了照

顾弱者总体过量空气系数>1.2。导致容

积利用率低，PL、me低（傻大黑粗）

(4)混合气形成与燃烧紧密相连边混合

边燃烧。

3、燃烧过程特点

油膜（滴）蒸发扩散为主的混合加热循环，

存在缺氧区域－>裂化、脱氢－>碳烟生成（冒

黑烟）、微粒（PT）排放增加。

一、燃烧过程概述：

为便于分析，可将其人为地划分为四个阶段，即着火延迟期（又称为滞燃期）、速燃期、缓燃期和补燃期，如图5－1所示。

1、着火延迟期（又称为滞燃期）：

定义：着火延迟期又称为滞燃期（图5－1中的AB段），从燃油开始喷火燃烧室内（A点）至由于开始燃烧而引起压力升高使压力脱离压缩线开始急剧上升（B点）。

作用：在着火延迟期内，燃烧室内进行着混合气准备的物理和化学过程。

物理过程：燃油油滴→加热→蒸发→扩散→气化和混合形成可燃混合气；

化学过程：可燃混合气→裂解→产生醛类（过氧化物兰炎）CO ↑→兰炎产物是CO ，O ，OH ，H 等或性中心→热炎→热爆炸（链引发）。

着火延迟期一般为0.7~3ms 。

主要影响因素是这时燃烧室内工质的状态（如T ，P 和燃料种类）。

Tc ↑→ τi ↓

十六烷值↑→τi ↓

2、速燃期：

定义：速燃期为图5－l 中的BC 段，即从压力脱离压缩线开始急剧上升（B 点）至达到最大压力（C 点）。

作用：速燃期内，在着火延迟期内准备好的混合气几乎同时开始燃烧P ↑↑，接近等容燃烧 ，评价参数为平均压力升高率和最大压力升高率（dp/d φ）max

Δp/Δφ=B

C B

C P P ϕϕ-- [kpa/˚CA] 急剧上升的压力冲击燃烧室壁，活塞，曲轴等部件诱发缸盖、缸套、机体等部件变形，振动并辐射出强烈的噪声。因此（dp/d φ）max 应控制在0.4~0.5 MP a/˚CA 以下。（dp/d φ）max 的大小主要与着火延迟期内准备好的可燃混合气的数量有关。

要求：在适宜的压力升高率下越多越好

影响因素（滞燃期内形成的混合气量）：

缸内温度、压力＋十六烷值－>影响滞燃期

喷油规律、蒸发速率决定在滞燃期内形成的混合气量

3、缓燃期：

定义：缓燃期为图5－1中的CD 段，即从最大压力点（C 点）至最高温度点（D 点）。

作用：速燃期内未燃烧的燃油和后喷入的燃油在具有大量废气的环境中较慢定压燃烧。一边燃烧，一边活塞下行，缸内压力几乎不变或稍有变化（接近等压过程放热量达70~80%。燃烧室内的最高温度可达2000K 左右，一般在上止点后20o ～35 o CA 处出现。

特点：缸内废气↑ ，氧气↓ ，燃烧条件不利，边混合边燃烧局部高温缺氧燃料裂解形成碳烟→冒烟、经济性差↓。

所以柴油机均在α>1的条件下工作，使柴油机容积利用率这是其比质量，升功率不如汽油机的原因之一。

4、补燃期：

补燃期为最高温度点（D 点）至燃油基本燃烧完（E 点）。

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，就可以认为补燃期结束，也是整个燃烧过程的结束。

特点：时间短促，混合气不太均，燃烧放出的热量得不到有效利用，排气温度提高，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部件的热负荷。

影响因素：重馏份比例（T90、T95）

因此，应尽量缩短补燃期，减少补燃期内燃烧的燃油量。