第5章 柴油机混合气形成与燃烧分解
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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 使用因素对汽油机燃烧的影响
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。
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。
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）
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 来自百度文库。
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℃。
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。
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
不大，放热量达70-80%。某些缺氧区域出现不完 全燃烧，造成污染物。
存在问题：不断喷入气缸的燃油与空气混合不充分，
导致燃烧不完全。
强化燃烧后期喷入气缸的燃油与空气的混合成为关键。
柴油喷射及与空气 的混合，既短暂又不 均匀，常有随喷随烧 的现象，燃烧时间延 长。
第二节 柴油机燃烧过程
一、柴油机的着火
在压缩行程后期，当活塞达到上止点前，燃料在高 压下以高速（200-300m/s）喷入高温（4505500C）、高压（3-4MPa）的空气中，与空气快 速混合形成可燃混合气，但燃料并不能立即着火。
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 3 2
从喷油开始点A到压力开始急剧升高（燃烧开始的 标志）点B。
此时，缸内温度虽已远远超过柴油的自燃温度（可 i 达400～800℃），但喷入气缸内的柴油并不马上
着火。需要进行燃烧准备： 物理准备：雾化、吸热、蒸发、扩散、混合。 化学准备：分解、氧化（焰前反应）。 作用：形成发火源（一处或多处着火），保证II期燃
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
存在问题： 补燃太严重，如何缩短直至消灭补燃？
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。
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。
4）补燃期Ⅳ（Ｄ点-燃烧过程基本结束）
Ⅲ期内未燃尽的混合气继续燃烧。 特点：因活塞已远离上止点，缸内压力低，
该期燃烧热量利用率低，散热损失。
特别在高速、高负荷时由于过量空气少，混 合气形成困难，燃烧时间短，补燃。
补燃期， t， be，动力性，冷却水温
度，排气温度，排放污染物 。
柴油机的补燃比汽油机要严重的多，希望 补燃越少越好。
p，pmax冲击载荷，工作粗暴，柴油机寿命；
p，
pmax做功不利，柴油机性能。
存在问题：工作粗暴（燃烧噪音）
p
的大小主要决定于着火延迟期的长短及
该期内形成的可燃混合气数量，控制着火延
迟期的长短是改善柴油机燃烧过程的主要手
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。
烧能在燃烧室内扩展。
着火延迟期
以秒计的着火延迟期用τi 表示； 以曲轴转角计的着火延迟期用φi 表示；
一般τi =0.7-3ms；φi = 8 -12°。
尽管着火延迟期τi 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，
缸内空气、燃油混合不均匀。
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 使用因素对汽油机燃烧的影响
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。
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。
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）
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 来自百度文库。
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℃。
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。
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
不大，放热量达70-80%。某些缺氧区域出现不完 全燃烧，造成污染物。
存在问题：不断喷入气缸的燃油与空气混合不充分，
导致燃烧不完全。
强化燃烧后期喷入气缸的燃油与空气的混合成为关键。
柴油喷射及与空气 的混合，既短暂又不 均匀，常有随喷随烧 的现象，燃烧时间延 长。
第二节 柴油机燃烧过程
一、柴油机的着火
在压缩行程后期，当活塞达到上止点前，燃料在高 压下以高速（200-300m/s）喷入高温（4505500C）、高压（3-4MPa）的空气中，与空气快 速混合形成可燃混合气，但燃料并不能立即着火。
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 3 2
从喷油开始点A到压力开始急剧升高（燃烧开始的 标志）点B。
此时，缸内温度虽已远远超过柴油的自燃温度（可 i 达400～800℃），但喷入气缸内的柴油并不马上
着火。需要进行燃烧准备： 物理准备：雾化、吸热、蒸发、扩散、混合。 化学准备：分解、氧化（焰前反应）。 作用：形成发火源（一处或多处着火），保证II期燃
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
存在问题： 补燃太严重，如何缩短直至消灭补燃？
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。
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。
4）补燃期Ⅳ（Ｄ点-燃烧过程基本结束）
Ⅲ期内未燃尽的混合气继续燃烧。 特点：因活塞已远离上止点，缸内压力低，
该期燃烧热量利用率低，散热损失。
特别在高速、高负荷时由于过量空气少，混 合气形成困难，燃烧时间短，补燃。
补燃期， t， be，动力性，冷却水温
度，排气温度，排放污染物 。
柴油机的补燃比汽油机要严重的多，希望 补燃越少越好。
p，pmax冲击载荷，工作粗暴，柴油机寿命；
p，
pmax做功不利，柴油机性能。
存在问题：工作粗暴（燃烧噪音）
p
的大小主要决定于着火延迟期的长短及
该期内形成的可燃混合气数量，控制着火延
迟期的长短是改善柴油机燃烧过程的主要手
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。
烧能在燃烧室内扩展。
着火延迟期
以秒计的着火延迟期用τi 表示； 以曲轴转角计的着火延迟期用φi 表示；
一般τi =0.7-3ms；φi = 8 -12°。
尽管着火延迟期τi 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，
缸内空气、燃油混合不均匀。