柴油机混合气形成

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。

压力升高率应限制在一定的范围之内，柴油机的压力升高率一般应不大于0.4~0.5 MPa／(º)曲轴。与汽油机相比，柴油机的压力升高率较大。

控制压力升高率的措施：

减小在着火延迟期内准备好的可燃混合气的量

①缩短着火延迟期的时间

②减少着火延迟期内喷入

③减少可能形成可燃混合气的燃油

（三）缓燃期

缓燃期为图中的CD段，即从最大压力点至最高温度点。

当缓燃期开始时，虽然气缸内已形成燃烧产物，但仍有大量混合气正在燃烧。

特点：

（1）喷油过程基本结束，燃烧速率下降（氧气、柴油浓度减小，废气增多）。

（2）压力开始下降（气缸容积不断增大），温度达到最高。最高温度可达2000K左右，一般在上止点后20º~35º曲轴转角处出现。

（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。

任务三柴油机混合气的形成

一、柴油机混合气的形成的特点

柴油机所用的燃料（柴油）粘度较大，不宜挥发，必须借助喷油设备（喷油泵和喷油器等）将柴油在接近压缩行程终了的时刻，通过高压以细小的油滴形式（油滴直径在之间）喷入气缸，与高温高压的热空气混合，经过一系列物理化学准备，然后着火燃烧。故柴油机是采用内部混合的方式形成可燃混合气。

柴油机可燃混合气的形成时间极为短促，这就给柴油机中柴油与空气的良好混合和完全燃烧带来很大困难。而且喷油与燃烧重叠，出现边燃烧，边喷油，边混合的情况。因此混合气形成过程很复杂。

柴油机由于难以实现喷入气缸的柴油与空气的完全均匀混合，因此要求空气对燃料的比例一般比汽油机大。过量空气系数通常在标准工况下都大于1，一般在1.15~2.20范围内。

二、柴油机可燃混合气的形成方式

柴油机混合气形成方式从原理上来分，有空间雾化混合和油膜蒸发混合两种。

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，要求喷出的燃油与燃烧室形状配合，并利用燃烧室中空气的运动与其混合，如图（a）所示。

2．油膜蒸发混合

将大部分燃油喷到燃烧室壁面上，形成一层油膜，油膜受热汽化蒸发，在燃烧室中强烈的涡流作用下，燃油蒸气与空气形成均匀的可燃混合气，如图所示。这一混合方式中起主要作用的因素是燃烧室壁面温度、空气相对运动速度和油膜厚度。

任务四影响燃烧过程的因素

一、柴油的性质

（一）柴油的自燃性

十六烷值是评定柴油自燃性好坏的指标，对燃烧过程也有一定影响。十六烷值越高，着火性越好。着火性好的柴油，使着火延迟期缩短，柴油机工作柔和。但是十六烷值过高，燃料分子量加大，使燃油蒸

发性变差、粘度增加，导致燃烧不完全，排气冒黑烟，燃油经济性下降。因此，国产柴油的十六烷值规定为40~50之间，不必要过分增大。

（二）柴油的蒸发性

柴油的蒸发性用馏程表示。馏程指柴油蒸馏过程中馏出一定百分数所处的温度，通常以馏出50﹪的温度来评定。馏程低，说明这种燃轻馏分多，蒸发性好，有利于混合气形成，改善了燃烧过程。但是，馏程过低，燃料蒸发过快，则在着火延迟期内形成的混合气量过多，柴油机工作粗暴。车用柴油机的柴油馏程为200℃ ~ 300℃ 。

二、影响燃烧过程的运转因素

1．负荷

柴油机的负荷调节方法是“质调节”，即空气量基本上不随负荷变化，而只调节循环供油量。负荷增大，循环供油量也增大，过量空气系数减小，单位容积内混合气燃烧放出的热量增加，使缸内温度上升，缩短着火延迟期，从而降低了柴油机的工作粗暴。如图为负荷对着火延迟期的影响。

在中、小负荷工况下，燃烧热效率的变化一般不大，但随负荷增大，循环供油量加大，过量空气系数减小，燃烧过程延长，都可能使燃烧效率下降。

2．转速

转速升高时，由于散热损失和活塞环的漏气损失减小，使压缩终点的温度和压力增高；转速升高也会使喷油压力提高，改善燃油的雾化，这些都使得以秒为单位的着火落后期缩短，而以曲轴转角为单位的着火延迟期则有可能缩短，也可能延长，如图给出了转速对着火延迟期影响的实例。

一般来说，转速过高或过低时，都会使燃烧热效率降低。转速过高时，燃烧所占的曲轴转角加大，充气效率下降，热效率下降；转速过低时，空气涡流减弱，喷油压力下降，使混合气质量变差，热效率也会下降。