第五章柴油机燃烧分析

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律燃 烧 规 律
放 热 规
加传 热热 规规 律律
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第五章
由实测的示功图进行数值计算可得到燃烧放热规律：
1）瞬时放热速率——在燃烧过程的某一时刻，单位时间内 燃烧的燃油放出的热量 2）累积放热百分比——从燃烧过程开始至某一时刻止，已 燃燃油与循环供油量的比值。
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图 直喷式柴油机的放热规律
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图 自然吸气式车用柴油机的放热规律以及累计放热率的变化曲线 a）变负荷时的放热规律 b）变转速时的放热规律
第五章柴油机c）燃变烧负分荷析时的累计放热率 d）变转速时的累计放热率
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图 增压轿车柴油机的放热规律 图 增压中速柴油机的放热规律与累计放热率的变化曲线
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内燃机工作过程系统布置图
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三 滞燃期
滞燃期越长，则在滞 燃期内喷入燃烧室的燃料 就越多，在着火前形成的 可燃混合气就越多。这些 燃料在第2阶段中几乎一起 燃烧，使压力升高比和最 高燃烧压力较高，运动零 件受到强烈的冲击负荷， 发动机运转粗暴，影响发 动机的使用寿命。
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二 燃烧阶段的划分
柴油机的燃烧过程， 可以从不同的角度用 各种方法进行研究， 如高速摄影、光谱分 析、采样分析等，但 最简便、应用最多的 方法是从展开的示功 固上分析燃烧过程。
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燃烧过程的四个阶段：
第五章 柴油机的燃烧分析 § 5-1 柴油机的着火与燃烧过程
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一 着火现象(ignition)
燃料喷入燃烧室后，分散成许多细小油摘，这 些细小油滴经过加热、蒸发（vaporization）、扩 散（diffusion）与空气的混合等物理准备及分解、 氧化等化学准备阶段后，一处或几处同时着火，即 自行着火燃烧。
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第3阶段：
❖ 从压力急剧升高的终点(C点)到压力开始急剧下降的D点 为止，称为缓燃期(controlled pressure rise)。加强缓燃 期内空气运动，加速混合气形成，对保证在上止点附近 迅速而完全燃烧有重要作用。
第4阶段：
❖ 从缓燃期的终点(D点)到燃料基本上完全燃烧时(E点)为 止，称为后燃期(burning on the expansion stroke)。后 燃期所放出的热量不能有效利用，并增加了散往冷却水 的热损失，使柴油机经济性下降；增加活塞组的热负荷 以及使排气温度增高，所以应尽量减少过后燃烧。
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影响滞燃期的因素：
3）随着增压压力提高， 滞燃期显著缩短。
增压空气温度升高， 滞燃期缩短。
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影响滞燃期因素：
4）转速对滞燃期的
影响 随着转速增 加，以秒计的滞燃 期缩短，以曲轴计 滞燃期Ψi则可能增 加或减小。
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四、燃烧放热规律(Heat release rate)
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开始放热的时刻、放热规律和放热持续时间是燃 烧过程的三个主要要素，它们对性能的影响主要表 现在循环热效率和最高燃烧压力两个方面。比较合 适的放热规律是希望燃烧先缓后急，即开始放热要 适中，压力升高比不超过0.4~0.6MPa／[(CA)]，以 满足运转柔和的要求；随后燃烧要加快，使燃料尽 量接近上止点附近燃烧，一般燃烧持续时间不应超 过上止点后 40 º(CA) ，以满足经济运转的要求。
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影响滞燃期因素：
压缩温度和压力是影 响滞燃期的主要因素。 喷油提前角、转速以 及燃料性质等对滞燃 期也有较大影响。 1）随着压缩温度和压 力提高，滞燃期减小。
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影响滞燃期的因素：
2）喷油定时对滞燃期的 影响通过压缩温度和压力 而起作用。存在一个使滞 燃期最短的喷油提前角。 为了保证有较好的功率和 经济指标，希望在上止点 前5-10°(CA)开始着火燃 烧，保证燃烧在上止点附 近完成。
第1阶段：
❖ 着火延迟阶段(AB段)(ignition delay)。从喷油开始(A点)到 压力开始急剧升高时(B点)为止，这一段时间又称为滞燃期。
第2阶段：
❖ 压力急剧上升的BC段，称为急燃期(rapid pressure rise)。 滞燃期内喷入气缸的燃料几乎一起燃烧，而且是在活塞靠 近上止点、气缸容积较小的情况下燃烧，因此气缸中压力 升高特别快。平均压力升高比不宜超过0.4MPa/º(CA)
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喷射率
喷射 着火
燃烧率
曲轴角度
图 根据喷油规律估算放热规律的林氏三角形堆砌法
放热率 /(J/°C A)
曲轴角度 曲轴角度
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曲轴角度
图 按喷油规律预测的放热规律与实际放热规律的比较 第五章柴油机燃烧分析
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ddpkV1ddQ kVpddV
当发动机结构参数确 定后，气缸压力变化特 性主要由燃烧规律(或 加热规律)所决定(公式 5-21)，从而燃烧放热 规律强烈影响平均有效 压力、燃油消耗、最高 燃烧压力、燃烧噪声等 性能指标。
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着火需要具备两个条件： 1)浓度条件：在形成的可燃混 合气中，燃料蒸气与空气的比 例要在一定的范围内，这个范 围称作着火范围(或着火界限)。 着火界限不是一成不变的，随 着温度的升高，分子运动速度 增加，反应速度加快，将使着 火界限扩大。
2)温度条件：可燃混合气必须加热到某一临界温度，低于 这一温度，燃料就不能着火，我们把燃料不用外部点燃 而能自己着火的最低温度称为着火温度或自燃温度。它 与介质压力、加热条件及测试方法等因素有关。
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五、燃烧噪声(combustion noise)
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燃烧噪声与压力升高比有密切的关系，如果压力 升高比过大，则产生强烈的震音，我们称这种现象为 柴油机的工作粗暴(或敲缸knock)。降低燃烧噪声的 主要途径有：