第五章柴油机燃烧分析
柴油发动机的燃烧解读
项目四柴油机混合气形成与燃烧学习目标：掌握柴油机两种混合气的形成方式及特点，掌握直接喷射式和分隔式两大类柴油机燃烧室的结构及性能特点；了解柴油机供油系统的组成和喷射过程，掌握柴油机的燃烧过程及影响因素，掌握电控柴油喷身系统的组成、分类、电子控制功能，并在学习过程中随时注意对柴油机和汽油机进行比较。
任务一柴油机混合气形成与汽油机工作原理相比，只有一个行程即作功行程中，柴油机由于用的柴油粘度比汽油大、不易蒸发，且自然温度又较汽油低，所以采用的是压缩自燃式点火。
任务二柴油机的燃烧过程柴油机燃烧过程非常复杂，为了便于分析和揭示燃烧过程的规律，通常将这一连续的燃烧过程分为四个阶段，即着火延迟期（又称为滞燃期）、速燃期、缓燃期和补燃期，如图所示。
（一）着火延迟期从柴油开始喷入气缸起到着火开始为止的这一段时期称为着火延迟期。
着火延迟期内，燃烧室内的混合气进行着物理和化学准备过程。
物理准备过程：燃油的粉碎分散、蒸发汽化和混合。
化学准备过程：混合气的先期化学反应直至开始自燃。
特点：压力没有偏离压缩线。
影响着火延迟期长短的主要因素是：喷油时缸内的温度和压力越高，则着火延迟期越短。
柴油的自燃性较好（十六值较高），着火延迟期较短。
燃烧室的形状和壁温等。
喷油提前角：开始喷油到活塞到达上止点所对应的曲轴转角为喷油提前角。
（二）速燃期速燃期:从开始着火（即压力偏离压缩线）到出现最高压力.特点：压力急剧上升，压力达到最高（有可能达到13MPa以上）一般用压力升高率λp〔kPa／(º)曲轴〕表示压力急剧上升的程度。
式中：△p——速燃期始点和终点的气体压力差（kPa）;△θ——速燃期始点和终点相对于上止点的曲轴转角差（CAº）。
特点：（1）压力升高率很高，接近等容燃烧，工作粗暴。
（2）达到最高压力（6~9MPa）。
（3）继续喷油。
压力升高率过大，则柴油机工作粗暴，燃烧噪音大；同时运动零件承受较大的冲击负荷，影响其工作可靠性和使用寿命；压力升高率大，燃烧迅速，柴油机的经济性和动力性会较好。
《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_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
柴油机燃课件
《柴油机燃》PPT课件
6.3.4中间冷却器
作用：将增压器出来 的空气引到空冷气冷 却，提高空气密度。
布置图。
《柴油机燃》PPT课件
7. 柴油机供给系调试
7.1喷油器的检查调试 喷油器的全面检查包括外观检查，性能检查，
内部状况检查。 1.喷油压力检查调试 2.密封性检查与试验 3.喷雾质量的检查
出油阀密封不良或粘滞，造成不供油 或供油不足；
喷油器针阀积碳或烧结不能开启； 喷油器针阀开启压力调整过高；
输油泵油阀粘滞、密封不严、弹簧折 喷油器喷孔堵塞；
《柴油机燃》PPT课件
泵油原理
进油：柱塞下行上行，关闭进 油孔后，泵腔油压 骤然升 高冲开出油阀后，流向高压 油管
回油 ： 柱塞继续上行， 回油孔开启后，泵腔高压油 经回油孔流回低压油腔，出 油阀关闭，供油结束。
《柴油机燃》PPT课件
《柴油机燃》PPT课件
1.2． 组成
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
《柴油机燃》PPT课件
《柴油机燃》PPT课件
1.3柴油
柴油是在533-623k的温度范围内，从石油中 提炼出的碳氢化合物，含碳87%，氢12.6% 和氧0.4%。柴油按凝点分为10，0，-10，20，-35五个牌号，其疑点分别不高于10℃， 0℃，-10℃,-20℃,-35℃，牌号越高凝点越低。 其代号分别为RCZ-10，RC-0，RC-10，RC20，RC-35，"R"和"C"是"燃"和"柴"字的汉语 拼音字头，凝点在00C以上的则在"一"前加上 "Z"字，选用时，号数应比实际气温低5～ 10℃。
【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。
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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
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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
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（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
柴油机燃烧过程模拟分析
柴油机燃烧过程模拟分析柴油机是一种常见的内燃机，广泛应用于汽车、船舶、农业机械等领域。
燃烧过程是柴油机工作的核心，模拟分析燃烧过程有助于优化引擎性能、提高燃烧效率、降低排放。
本文将以柴油机燃烧过程模拟分析为主题展开讨论。
1.燃油雾化模拟：燃油的雾化过程对燃烧效率有很大影响。
模拟燃油喷射过程，研究喷雾粒径、分布、速度等参数对燃烧效果的影响。
通过改变喷油压力、喷油角度、喷嘴孔径等，优化燃油雾化效果，提高燃烧效率。
2.燃烧过程模拟：根据燃烧理论，建立柴油燃烧数学模型，模拟燃烧过程。
考虑燃油的自燃期和燃烧期，模拟柴油在气缸内的燃烧速度、温度分布、压力变化等。
通过调整进气量、进气压力、喷油时机等参数，优化燃烧过程，提高燃烧效率。
3.排放物生成模拟：柴油机燃烧产生的主要排放物包括一氧化碳（CO）、氮氧化物（NOx）和颗粒物。
模拟燃烧过程中的温度分布、物质转化过程，预测排放物生成量和分布。
通过调整燃烧参数、优化燃烧室结构等，降低排放物的生成。
4.燃烧稳定性模拟：燃烧过程的稳定性对柴油机工作的稳定性和可靠性有重要影响。
模拟燃烧过程中的温度、压力等参数变化，判断燃烧过程的稳定性，提出改进措施。
模拟分析燃烧过程需要采用适当的软件和模型。
目前，常用的柴油机燃烧过程模拟软件包括Fluent、Star-CD、KIVA等。
这些软件具有流体力学、传热、化学反应等模拟功能，可用于燃烧过程的模拟分析。
柴油机燃烧过程模拟分析在柴油机技术研究和发展中具有重要意义。
通过模拟分析，可以深入了解燃烧过程的机理和规律，为柴油机的设计优化和性能提升提供理论依据。
同时，也可以为控制排放物的生成、降低环境污染提供技术支持。
因此，柴油机燃烧过程模拟分析具有广阔的应用前景。
总结起来，柴油机燃烧过程模拟分析是柴油机技术研究中的重要内容，通过模拟燃油雾化、燃烧过程、排放物生成等，可以优化柴油机的设计和性能，提高燃烧效率、降低排放物的生成。
这对于柴油机的发展和环境保护具有重要意义。
柴油发动机燃烧曲线分析
（ ） 燃 期 ： 开 始 点 火 到 出现 最 ２速 从
高 压 力 为 止 的 这 一 段 时 期 称 为 速 燃 期
Ｐ１ ＮＥＥＲｌ Ｇ ｌ ０ Ｎ Ｗ ＴＨ ＳＣＩ ＥＮＣＥ ＆ ＴＥＣＨ ＮＯ Ｌ ＧＹ ０ ＮＴＨＬ ＮＯ． ｏ Ｍ Ｙ ６ ２０１２
●
Ｉ Ｈ ＩＩ Ｉ １ Ｖ
图 １ 静 止 油 滴 周 围的 温 度 和 浓 度 分 布
从 燃 烧 空 中 取 出 一 个 与 空 气 处 于 相 对 静 止 的 油 筋 来 进 行 分 析 油 滴 进 入
Ｔ一 蒸 发 温 度 ； 高 温 空 气 的 温 度 ，『 ０ Ｔ一 ｃ ＿蒸 发
离 增 长 而 变 稀 由 于 柴 油 蒸 发 需 吸 收 热
量 ． 以油滴 表 而处 温 度较 低 。混 合 气 所
温 度 了 相 浓 度 Ｃ 的 变 化 规 律 如 图 １所
ｒ． ＼
‘
｛
２
示 混 合气 过 浓及 过 稀都 不 能 点火 ． 即
有 一 个 点 火 界 限 。必 须 指 出 ， 火 界 限 点 不 是 一 成 不 变 的 ． 温 度 的 升 高 ． 理 随 物 化 学 变 化 速 度 的 加 快 ． 点 火 界 限 有 所 其 扩 大 由 此 可 见 ． 油 滴 一 定 距 离 的 地 离
围 的 温 度 及 混 合 气 浓 度 分 布 极 为 复 杂
／ 蝴 Ｊ ＜
Ｊ － 一 、
Ｏ 细 ｔ １ 抽 Ｏ ０ ４ ∞ ０ ∞ ●
发 生在 喷 注顺 气 流 方 向 的前沿 附近 ． 如 图 ２所示 ． ．由于温度 及浓 度符 合 点火 条 件 的 场合 不 止一 处 ． 因此 首先 点 火 的火
柴油机燃烧室结构特点分析
柴油机燃烧室结构特点分析柴油机是一种内燃机，它利用柴油作为燃料进行燃烧，将化学能转化为机械能，驱动汽车或发电机等设备运行。
柴油机的燃烧室是柴油燃烧的重要部分，不同的燃烧室结构会影响柴油机的燃烧效率、动力性能和排放标准。
本文将对柴油机燃烧室结构的特点进行分析。
一、预燃室柴油机预燃室柴油机是一种采用预燃室进行燃烧的柴油机，预燃室位于气缸盖上方，与气缸形成一个小型的燃烧室。
柴油先进入预燃室，经过压缩后再进入主燃烧室进行燃烧。
预燃室的燃烧过程能够提前开始，有助于减少柴油的混合时间，提高燃烧效率，减少燃料消耗和排放物的产生。
预燃室的结构特点是燃烧室较小，燃烧速度快，有利于提高柴油机的功率和燃烧效率，但是预燃室的结构复杂，制造成本较高。
无壁式燃烧室柴油机是一种采用舌形凸台或损壁凸台等形式的柴油机，无壁式燃烧室的结构特点是在气缸顶部设置了特殊形状的凸台，通过凸台来控制燃烧室的形状和燃烧过程。
无壁式燃烧室的特点是燃烧室形状可根据需要进行调整，能够适应不同功率输出的要求，同时能够在燃烧过程中形成紊流，在一定程度上提高混合和燃烧的效果。
无壁式燃烧室的结构相对复杂，但是能够满足高功率输出的要求，具有较高的燃烧效率。
喷雾室燃烧室柴油机是一种采用喷雾室进行燃烧的柴油机，喷雾室位于燃烧室的中心位置，喷雾室的底部为锥形，能够将喷射的燃料形成均匀的雾化气体，然后在高温高压的气体作用下进行燃烧。
喷雾室燃烧室的燃烧过程中，燃料能够更加充分地与空气混合，燃烧效率较高，同时喷雾室的结构简单，制造成本低。
由于喷雾室燃烧室的结构会影响气缸顶部的形状，因此不能适应高功率输出的要求。
不同的柴油机燃烧室结构有各自的特点和适用范围。
预燃室柴油机适合高功率输出的要求，但制造成本较高；壁式燃烧室柴油机结构简单，成本低，但不能适应高功率输出的要求；无壁式燃烧室柴油机能够满足高功率输出的要求，但结构相对复杂；喷雾室燃烧室柴油机燃烧效率较高，但不能适应高功率输出的要求。
柴油机燃烧过程 PPT课件
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、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。
船舶推进装置的传动方式
• 2·间接传动 • 除经过轴系外，还需经过某种特设的中间环节(离合器或减速器
等)的一种传动方式。可分为只带齿轮减速器、只带滑差离合器、 同时带有齿轮减速器和离合器三种形式。
• (1)主机转速可以不受螺旋桨要求低转速的根制; • (2)轴系布置比较自由 • (3)在带有正倒车离合器的装置中，主机不用换向，使主机结构
3)机内处理
• (3)增压空气中冷。在增压柴油机中采用空冷器不但是提高功率 的措施，而且因其降低了缸内温度、增加了进气量，所以也是全 面有效降低排放污染物的措施。
第五章 柴油机混合气的形成及燃烧1解读
气缸外部利用化油 器形成大体均匀的混 合气。汽油喷射形成 均匀混合气。
2019/3/13
南京航空航天大学金城学院
• 柴油机混合形成的两种基本形式
1、 空间雾化
• 将燃料喷在燃烧室空间使之成为雾状，再 利用空气运动达到充分混合。 • 特点: • 1）对燃料喷雾要求高 • 2 ）对空气运动要求不高 • 3 ）初期空间分布燃料多，燃烧迅速
2019/3/13
南京航空航天大学金城学院
较理想的柴油机燃烧放热规律
• 有一合适的燃烧起点，同时燃烧应该是 先缓后急。 • 开始放热阶段，控制燃烧放热速率，以 降低压力升高率。 • 然后燃烧应加速进行，绝大部分燃油在 尽可能靠近上止点处完成燃烧。 • 燃烧持续时间不宜过长。
2019/3/13
南京航空航天大学金城学院
2019/3/13
南京航空航天大学金城学院
3、 缓燃期
• 燃烧的进行渐趋缓慢。 • 尽可能地加速混合气的形成， 保证迅速而完全的燃烧。
2019/3/13
南京航空航天大学金城学院
4、补燃期 • 尽量缩短补燃期， 减少补燃期内燃烧的燃 油量。
后燃产生的负面影响：在后燃期内， 燃料在较低的膨胀比下放热，所放出的 热量难于有效地利用，使柴油机零件的 热负荷增加，排气温度升高，传给冷却 水的热损失也增加，柴油机的经济性下 降。所以后燃期应尽可能地缩短。
2019/3/13
南京航空航天大学金城学院
§5-1 柴油机的燃烧过程
一、柴油机燃烧过程概述
1、着火延迟期
• 着火延迟期也称为滞燃期。 • 混合气准备的物理和化学过 程。
2019/3/13
南京航空航天大学金城学院
2、速燃期
• 着火延迟期内准备好的混合气 几乎同时开始燃烧。 • 应控制压力升高率，防止工作 粗暴。 • 柴油机Δ p/Δ φ 不大于0.40.5MPa/(°CA)的范围内。
柴油机性能分析报告范文
柴油机性能分析报告范文一、引言柴油机作为内燃机的一种重要类型，广泛应用于汽车、船舶、发电等领域。
该报告旨在对柴油机的性能进行综合分析，从而提供相应的改进方向和建议。
二、原理介绍柴油机是利用压燃式燃烧的原理进行工作的。
其主要部件包括气缸、活塞、连杆、曲轴和燃油系统等。
工作过程分为进气、压缩、燃烧和排气四个阶段。
三、柴油机性能分析1. 热效率柴油机的热效率被认为是衡量其高效能的重要参数。
热效率的提高可以通过提高燃烧效率、减少燃料损失和降低冷却损失等方面实现。
燃气进气温度的升高、缸内过量空气系数的适宜选择以及增加高压共轨系统的喷油压力等措施可以有效提高热效率。
2. 动力性能动力性能是衡量柴油机功率和转速变化时机械效率的指标。
对于柴油机来说，提高燃烧效率和减小燃料消耗是提高动力性能的关键。
通过调整喷油系统的工作参数、优化进、排气管以及改进柴油机结构等方法，可以提高柴油机的动力性能。
3. 经济性柴油机的经济性主要关注燃料消耗率和运行成本。
降低柴油机燃料消耗率可以从改进燃烧过程、提高喷油系统效率、减少摩擦损失等方面入手。
在设计上，可以优化缸内结构，提高燃烧效率，降低燃油消耗。
4. 排放性能柴油机的排放性能对环境保护至关重要。
主要的排放污染物包括氮氧化物（NOx）、颗粒物（PM）和一氧化碳（CO）等。
减少排放可以从改进燃烧过程、优化燃油系统、增加柴油机的排气后处理等方面入手。
喷油系统的精准控制、增加氧化剂注入等手段可以有效减少排放。
四、改进方向和建议1. 提高燃烧效率优化柴油机缸内结构，增大进气阀的开口度，提高进气压力有利于燃气混合均匀化和燃烧效率的提高。
同时，提高喷油压力和控制喷油品质的准确性，以及合理设置喷油角和喷油时间，都有利于燃烧效率的提高。
2. 减少燃料消耗选用高质量的燃料，控制燃油喷射参数，减小喷油量和雾化粒径，都有利于减少燃料消耗。
同时，降低机件间的摩擦损失，如采用低摩擦材料、减少冷却水流量等措施，也有助于降低燃料消耗。
柴油机燃烧阶段划分的依据及各阶段的特点
柴油机燃烧阶段划分的依据及各阶段的特点下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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《柴油机燃烧过程》课件
通过采用多段喷射技术，可以更好地控制燃油喷射时间和喷射量， 进一步优化燃油与空气的混合，提高燃烧效率。
压缩比的优化
适当提高压缩比
压缩比的提高可以增加压缩终了时气缸内的压力和温度， 使燃料更容易着火，提高燃烧速度，降低油耗和减少有害 气体排放。
考虑爆震的限制
在提高压缩比的同时，需要充分考虑爆震的限制，避免因 压缩比过高而导致爆震发生。
《柴油机燃烧过程》ppt课件
目录
• 柴油机燃烧过程概述 • 柴油机燃烧过程的特点 • 柴油机燃烧过程的影响因素 • 柴油机燃烧过程的优化 • 柴油机燃烧过程的未来发展 • 结论
01
柴油机燃烧过程概述
Chapter
柴油机燃烧过程定义
01
柴油机燃烧过程是指燃料在柴油机内经过加热、蒸发、混合、燃烧和废气排放等 一系列物理和化学变化的过程。
燃烧室形状复杂
总结词
由于柴油机燃烧过程需要较高的压缩比和燃油喷射压力，因此燃烧室形状必须 设计得较为复杂，以适应这些要求。
详细描述
柴油机燃烧室形状通常比较复杂，包括多个凹槽、凸起和气门等结构，这些结 构有助于产生涡流和挤流，增加燃料与空气的混合程度，促进燃烧过程。
燃烧持续期长
总结词
由于柴油机采用压燃式点火方式 ，燃烧过程相对较长，持续时间 一般在5-10毫秒左右。
喷雾质量好的燃油能够更好地与空气混合，提高 燃烧效率。
喷油定时
喷油定时的准确性对柴油机的性能有很大影响， 过早或过晚都会导致燃烧不良。
喷油压力
喷油压力过低或过高都会影响燃油的雾化效果和 燃烧质量。
燃烧室形状的影响
01
燃烧室形状的设计会影响燃油与空气的混合程度和 燃烧速度。
柴油机燃烧过程模拟分析
柴油机燃烧过程模拟分析柴油机作为一种常用的内燃机，其燃烧过程被广泛应用于交通运输、工业生产以及农业机械等领域，对于燃烧过程的研究和模拟分析，对于优化柴油机的燃烧效率和降低环境污染具有重要意义。
一、柴油机燃烧过程简介柴油机是一种内燃机，其燃烧过程与汽油机不同。
柴油机的燃烧过程分为四个阶段：压缩、喷油、燃烧和排气。
柴油机的工作循环为四冲程循环，分别是进气、压缩、燃烧、排气。
柴油机的燃烧过程是以高温高压的气体为基础的，因此柴油机的燃油和空气的混合程度要比汽油机更为重要。
二、柴油机燃烧过程模拟的方法为了更好地研究柴油机的燃烧过程，需要采用模拟的方法，模拟的方法包括物理模拟、计算流体力学模拟和多物理场模拟等。
其中，计算流体力学模拟是目前应用最广泛的模拟方法之一。
1、计算流体力学模拟计算流体力学模拟是通过数值计算方法对柴油机内部的空气流动和燃油喷注进行模拟计算，从而获得柴油机内部压力、温度、速度等物理量的分布情况。
计算流体力学模拟是一种比较精确的模拟方法，能够提供丰富的数据信息，以均流假设为基础，采用对流、扩散、辐射等数学模型，描绘了柴油机内部燃烧的物理过程和机理。
2、多物理场模拟多物理场模拟是指将不同物理场耦合在一起进行模拟计算，例如流体力学、响应形变学、声学和热力学等。
通过将柴油机内部的燃烧过程与声波、物理形变、热传递等多个物理场进行耦合模拟，可以更为精准地描述柴油机内部的物理过程。
3、物理模拟物理模拟是指通过对柴油机内部的流动和燃烧特性进行实验和测试，生成数据信息，再通过重现实验数据，对柴油机内部的流动和燃烧进行模拟。
物理模拟是模拟方法中的一种精密的手段，但是需要较为高级的仪器设备和技术手段，且比较费时费力。
三、柴油机燃烧过程模拟的应用1、优化燃烧系统通过对柴油机燃烧过程的模拟分析，可以获得柴油机内部的燃烧参数、燃烧效率及燃烧期等数据信息，为优化柴油机的燃烧系统和燃烧控制提供了依据。
2、提高燃烧效率柴油机燃烧过程的模拟分析可以帮助人们更好地了解柴油机的燃烧机理，找到优化燃烧的方法，并优化喷油系统、增强气体流动和喷油策略等措施，使柴油机的燃烧效率得到提高。
柴油机雾化与燃烧分析研究
柴油机雾化与燃烧分析研究柴油机是一种内燃机，其燃料为柴油。
柴油机的工作原理是将燃料喷入燃烧室中进行燃烧，通过汽缸中的活塞运动产生动力。
柴油机的工作效率和排放性能取决于燃烧的质量和方式。
因此，研究柴油机燃烧过程对于提高其工作效率和降低其排放具有重要意义。
雾化是柴油燃料喷射过程中的一个关键步骤。
当柴油喷入燃烧室时，其粘度和表面张力会阻碍其在燃烧室中均匀分布。
因此，需要将柴油雾化成小液滴，以便在燃烧室中更好地混合和燃烧。
雾化过程的质量不仅影响柴油机的燃烧效率和排放性能，还直接关系到喷油器的使用寿命和维修成本。
目前，研究人员采用实验和数值模拟两种方法研究柴油机燃烧过程中的雾化问题。
实验方法主要是构建模拟燃烧室，控制喷油器的雾化参数，然后测量柴油燃烧的效果。
数值模拟方法则是通过计算机模拟柴油喷油的过程，以预测柴油燃烧的效果。
这两种方法各有优缺点，需要根据具体研究的问题进行选择。
在实验研究中，研究人员通常使用高速相机技术记录喷油器的喷油过程，并通过图像处理技术分析雾化效果。
例如，射流分裂技术可以将单个燃油喷嘴分裂为多个小喷嘴，从而产生更细致的雾化效果。
研究人员还可以使用雷射仪技术来测量雾化液滴的直径和速度，以便更精确地掌握雾化过程的细节。
数值模拟方法则主要利用计算机对柴油喷油过程进行建模和仿真。
有限元方法和CFD方法是常用的计算方法。
在计算过程中，需要确定柴油的物理性质和喷油器的参数，并建立参数化的数值模型。
通过数值模拟可以预测柴油雾化过程中的液滴尺寸分布、速度分布，以及涡旋流场的分布等。
除了雾化影响柴油燃烧效果的问题，燃烧过程本身也是一个需要研究的重要问题。
目前，研究人员主要通过实验和数值模拟的方法研究柴油机的燃烧过程。
在实验研究中，研究人员通常使用光学技术（如激光诱导荧光技术）来记录柴油燃烧区域的温度和压力变化，以便更好地了解燃烧过程的细节。
在数值模拟研究中，研究人员通过建立数学模型来模拟燃料的燃烧过程，并预测燃烧区域的温度、压力和热流量等参数。
柴油发动机的燃烧解读
项目四柴油机混合气形成与燃烧学习目标：掌握柴油机两种混合气的形成方式及特点，掌握直接喷射式和分隔式两大类柴油机燃烧室的结构及性能特点；了解柴油机供油系统的组成和喷射过程，掌握柴油机的燃烧过程及影响因素，掌握电控柴油喷身系统的组成、分类、电子控制功能，并在学习过程中随时注意对柴油机和汽油机进行比较。
任务一柴油机混合气形成与汽油机工作原理相比，只有一个行程即作功行程中，柴油机由于用的柴油粘度比汽油大、不易蒸发，且自然温度又较汽油低，所以采用的是压缩自燃式点火。
任务二柴油机的燃烧过程柴油机燃烧过程非常复杂，为了便于分析和揭示燃烧过程的规律，通常将这一连续的燃烧过程分为四个阶段，即着火延迟期（又称为滞燃期）、速燃期、缓燃期和补燃期，如图所示。
（一）着火延迟期从柴油开始喷入气缸起到着火开始为止的这一段时期称为着火延迟期。
着火延迟期内，燃烧室内的混合气进行着物理和化学准备过程。
物理准备过程：燃油的粉碎分散、蒸发汽化和混合。
化学准备过程：混合气的先期化学反应直至开始自燃。
特点：压力没有偏离压缩线。
影响着火延迟期长短的主要因素是：喷油时缸内的温度和压力越高，则着火延迟期越短。
柴油的自燃性较好（十六值较高），着火延迟期较短。
燃烧室的形状和壁温等。
喷油提前角：开始喷油到活塞到达上止点所对应的曲轴转角为喷油提前角。
（二）速燃期速燃期:从开始着火（即压力偏离压缩线）到出现最高压力.特点：压力急剧上升，压力达到最高（有可能达到13MPa以上）一般用压力升高率λp〔kPa／(º)曲轴〕表示压力急剧上升的程度。
式中：△p——速燃期始点和终点的气体压力差（kPa）;△θ——速燃期始点和终点相对于上止点的曲轴转角差（CAº）。
特点：（1）压力升高率很高，接近等容燃烧，工作粗暴。
（2）达到最高压力（6~9MPa）。
（3）继续喷油。
压力升高率过大，则柴油机工作粗暴，燃烧噪音大；同时运动零件承受较大的冲击负荷，影响其工作可靠性和使用寿命；压力升高率大，燃烧迅速，柴油机的经济性和动力性会较好。
柴油机的燃烧
2、油束的燃烧
根据燃油和空气的分布 以及燃烧机理，可将空 气涡流时的油束分成稀 火焰区、稀熄火区、油 束芯部、油束尾部和喷 在避面上的燃油部分。
2、油束的燃烧
稀火焰区 位于油束芯部和前线之间。 稀熄火区 该区在油束前缘的最外层，其特点是混 合气过稀，以至不能着火和维持燃烧。 油芯区 在稀火焰区着火和燃烧后，火焰向油芯 区传播。 油末尾部 喷射过程在将近结束时，喷射压力减低， 使喷射油束的最后部分通常形成较大的油滴。 壁面上燃油 壁面上燃油的燃烧取决于蒸发速率以 及和氧的混合速率。
在高压与高温介质中，穿透部分的长度Lp和油束的贯穿 距离Ｌ之间的关系与从高压室温介质中得到的关系式相同， 用下式表示： Ｌp＝0.6L。 随着初始温度的提高油束喷雾角θ测量就愈困难，因为 在混流区内的燃油蒸发使油束边界不清楚。所以在高温高压 介质中试验时将油束喷雾角规定为在油束照片中能清晰可见 的油束外缘之间的夹角，亦称为可见喷雾角。 初始压力越高，油束喷雾角显越大。这种趋势同在高压 室温介质情况下是类似的。初始温度对油束喷雾角的影响很 小。
3． 油束发展、火焰传播与放热率
在混合部分与稀释部分的油束表层，首先为预混燃烧的混合 气作好了准备，蒸发、吸收蒸发热，故开始时放热率减少成 负值。第一次可见火焰在混合部分出现，于是火焰沿着表层 的预混合气发展(见图6—9中的t2和t3)。当燃烧放热大于蒸 发吸热时，放热率图的斜率由负值转变为正值。此后，火焰 扩展的速度大于油束发展的速度，火焰超过了油束顶部，此 时发生急速的放热。在预混火焰燃烧期，放热率达到最大值 的时间正好与火焰到达油束顶端的时间一致(图6—9中的t4)。 于是，从预混火焰转变为扩散火焰燃烧，放热率由于扩散火 焰而再一次升高(图6—9中的t5)。在此期间，火焰表层的夹 角大于在室温下测得的油束喷雾角。
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律燃 烧 规 律
放 热 规
加传 热热 规规 律律
第五章柴油机燃烧分析
( )
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。
第五章柴油机燃烧分析
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
第五章
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
第五章
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。
第五章柴油机燃烧分析
第五章
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。
第五章柴油机燃烧分析
第五章
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。
第五章柴油机燃烧分析
第五章
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)
第五章柴油机燃烧分析
第五章
第五章柴油机燃烧分析
第五章
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。
第五章柴油机燃烧分析
第五章
内燃机工作过程系统布置图
第五章柴油机燃烧分析
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。
第五章柴油机燃烧分析
五、燃烧噪声(combustion noise)
第五章
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：
第五章柴油机燃烧分析
第五章
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。
第五章
第五章柴油机燃烧分析
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。
第五章柴油机燃烧分析
第五章
第五章
四、燃烧放热规律(Heat release rate)
第五章柴油机燃烧分析
第五章
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。
第五章柴油机燃烧分析
第五章
第五章柴油机燃烧分析
第五章
第五章柴油机燃烧分析
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。
第五章柴油机燃烧分析
第五章
第五章
燃烧过程的四个阶段：
第五章柴油机燃烧分析 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
第五章
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
第五章 柴油机的燃烧分析 § 5-1 柴油机的着火与燃烧过程
第五章
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。