第六章 柴油机燃烧过程与燃烧室

第二节 柴油机的燃烧过程
三、燃烧噪声 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， 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，称为柴油机工作粗暴。 烈的震音，称为柴油机工作粗暴。 降低燃烧噪声的根本措施是适当降低压力升高比， 降低燃烧噪声的根本措施是适当降低压力升高比，而压力升高比取决于 滞燃期和在滞燃期内形成的可燃混合气数量，降低燃烧噪声的主要途径 滞燃期和在滞燃期内形成的可燃混合气数量， 有下述三个： 有下述三个： 1、缩短滞燃期：选用十六烷值高的燃料。 、缩短滞燃期：选用十六烷值高的燃料。 2、减少滞燃期内的喷油量：减小喷油速率，预喷射。 、减少滞燃期内的喷油量：减小喷油速率，预喷射。 3、减少滞燃期内形成的可燃混合气数量：油膜混合气方式。 、减少滞燃期内形成的可燃混合气数量：油膜混合气方式。
第六章 柴油机燃烧过程与燃烧室
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节
柴油机的混合气形成 柴油机的燃烧过程 柴油机的排气污染与控制 使用、 使用、调整因素对柴油机燃烧过程的影响 柴油机燃烧室
第一节 柴油机wenku.baidu.com混合气形成
一、气流运动 （一）涡流 （二）挤流 （三）滚流 （四）湍流 （五）热力混合
第一节 柴油机的混合气形成
第二节 柴油机的燃烧过程
共轨系统多次喷射构成及作用
第二节 柴油机的燃烧过程
引导喷射（预喷 ）：引导喷射相对于主喷射提前角度很大， ）：引导喷射相对于主喷射提前角度很大 引导喷射（预喷3）：引导喷射相对于主喷射提前角度很大，由 于已经进行了充分的预混合，所以没有产生黑烟。此外， 于已经进行了充分的预混合，所以没有产生黑烟。此外，因为气 缸内温度上升，主燃烧期的着火延迟期缩短，预混合燃烧减少， 缸内温度上升，主燃烧期的着火延迟期缩短，预混合燃烧减少， 噪声降低。引导喷射越提前， 和燃烧噪声就越低 但同时HC 和燃烧噪声就越低， 噪声降低。引导喷射越提前，PM和燃烧噪声就越低，但同时 会显著增加。 和BSFC会显著增加。 会显著增加 预喷射（预喷1、 ）：在主喷射之前进行的预喷射， ）：在主喷射之前进行的预喷射 预喷射（预喷 、2）：在主喷射之前进行的预喷射，缩短了主喷 射的着火延迟期。同时能有效地减缓燃烧速率， 射的着火延迟期。同时能有效地减缓燃烧速率，燃烧温度和压力 上升减缓，降低了NOx、HC和燃烧噪声。但是，由于预混期的缩 和燃烧噪声。 上升减缓，降低了 、 和燃烧噪声 但是， 预喷射会导致PM增加。因此，可以通过使预喷射段靠近主喷 增加。 短，预喷射会导致 增加 因此， 射段的办法，严格选择喷射时间间隔来降低PM排放 排放。 射段的办法，严格选择喷射时间间隔来降低 排放。 后喷射（后喷2）：后喷射是紧靠在主喷射之后进行的喷射，可 后喷射（后喷 ）：后喷射是紧靠在主喷射之后进行的喷射， ）：后喷射是紧靠在主喷射之后进行的喷射 使扩散燃烧更快地进行。因此，即使少量的喷油， 使扩散燃烧更快地进行。因此，即使少量的喷油，对完成氧化过 程和降低主喷射中产生的PM效果非常显著，但会伴随着NOx的 程和降低主喷射中产生的 效果非常显著，但会伴随着 的 效果非常显著 略微增加。 略微增加。 次后喷射（后喷1）： ）：次后喷射是在离开主喷射相当的时间间隔 次后喷射（后喷 ）：次后喷射是在离开主喷射相当的时间间隔 之后进行的喷射，由于排气温升和还原成分的供给， 之后进行的喷射，由于排气温升和还原成分的供给，可使催化剂 的活性增加。但是如果此后喷射的时间过迟， 的活性增加。但是如果此后喷射的时间过迟，则可能导致燃油附 着到气缸壁上。 着到气缸壁上。
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（二）燃烧阶段的划分 滞燃期、急燃期、 滞燃期、急燃期、缓燃期和后燃期 Ⅰ、滞燃期 喷油开始—压力线偏离压缩线 喷油开始 压力线偏离压缩线 喷油在上止点前—喷油提前角 喷油在上止点前 喷油提前角 此时，气体温度在450—800℃，远高于该条件下燃油的自燃温度，但不能 此时，气体温度在 ℃ 远高于该条件下燃油的自燃温度， 马上着火。因为： 马上着火。因为： 物理准备：燃油的粉碎、分散、蒸发汽化和混合，在局部区域形成可燃混 物理准备：燃油的粉碎、分散、蒸发汽化和混合， 合气。 合气。 化学准备：混合气先期化学反应直到开始自燃，多级自燃。 化学准备：混合气先期化学反应直到开始自燃，多级自燃。 整体上而言，上述过程重叠在一起进行。 整体上而言，上述过程重叠在一起进行。 滞燃期直接影响第Ⅱ阶段的燃烧，对整个燃烧过程影响很大。 滞燃期直接影响第Ⅱ阶段的燃烧，对整个燃烧过程影响很大。
第二节 柴油机的燃烧过程
要求： 要求： 完全—决定产生热量多少 完全 决定产生热量多少 及时—关系到热量利用程度 及时 关系到热量利用程度
第二节 柴油机的燃烧过程
一、着火与燃烧过程 着火条件： （一）着火条件： 燃料蒸气与空气的比例要在着火界限内； 燃料蒸气与空气的比例要在着火界限内； 可燃混合气加热到着火温度。 可燃混合气加热到着火温度。
第二节 柴油机的燃烧过程
第二节 柴油机的燃烧过程
二、放热规律 根据热力学第一定律： 根据热力学第一定律： QB=Q+QW =⊿U+W+QW ⊿ 式中： 式中： QB—燃料燃烧放热 燃料燃烧放热 Q—工质吸收的热量 工质吸收的热量 QW—传给工质的热量 传给工质的热量 ⊿U—工质内能的变化 工质内能的变化 W—工质对活塞所作的机械功 工质对活塞所作的机械功
（三）滞燃期 滞燃期是燃烧过程的一个重要参数。长产生工作粗暴， 滞燃期是燃烧过程的一个重要参数。长产生工作粗暴，短则对混合气形成 不利。影响因素主要是压缩压力和温度，喷油提前角、 不利。影响因素主要是压缩压力和温度，喷油提前角、转速以及燃料性质 对着火延迟期也有较大影响。 对着火延迟期也有较大影响。 （1）压缩温度和压力增加，着火滞燃期下降。压缩比、点火提前角、增压 ）压缩温度和压力增加，着火滞燃期下降。压缩比、点火提前角、 通过压缩温度与压力对着火滞燃期产生影响。 通过压缩温度与压力对着火滞燃期产生影响。 压缩比增加，压缩压力及温度增加，着火滞燃期下降。 压缩比增加，压缩压力及温度增加，着火滞燃期下降。 喷油提前，压缩压力温度下降，着火滞燃期增加。喷油迟后， 喷油提前，压缩压力温度下降，着火滞燃期增加。喷油迟后，初始温度和 压力增加，但作用时间短，可能着火前，活塞已经开始下行， 压力增加，但作用时间短，可能着火前，活塞已经开始下行，使空气压力 和温度降低，着火滞燃期增加。 和温度降低，着火滞燃期增加。 增压，进气充量的密度增加，压缩终了的压力温度增加， 增压，进气充量的密度增加，压缩终了的压力温度增加，一般着火滞燃期 下降。 下降。 （2）燃料：十六烷值增加，滞燃期下降。 ）燃料：十六烷值增加，滞燃期下降。 （3）发动机转速：通过压缩温度与压力、喷油压力、以及空气运动等因素 ）发动机转速：通过压缩温度与压力、喷油压力、 对滞燃期产生影响。 对滞燃期产生影响。 转速增加， 漏气与散热损失下降，压缩压力、温度增加；喷油压力增加， 转速增加， 漏气与散热损失下降，压缩压力、温度增加；喷油压力增加， 雾化质量提高，着火准备过程加快；燃烧室内的扰动增加， 雾化质量提高，着火准备过程加快；燃烧室内的扰动增加，燃料蒸发快 。 滞燃期下降。 滞燃期下降。 如以曲轴转角计， 如以曲轴转角计，φ=6nt，视滞燃期下降的程度，φ可能随滞燃期下降而 ，视滞燃期下降的程度， 可能随滞燃期下降而 下降或增加。 下降或增加。 此外还有空气运动、喷油压力、燃烧室壁温等因素对滞燃期也产生影响。 此外还有空气运动、喷油压力、燃烧室壁温等因素对滞燃期也产生影响。
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（二）燃烧阶段的划分 滞燃期、急燃期、 滞燃期、急燃期、缓燃期和后燃期 Ⅱ、急燃期 压力急剧上升的阶段。 压力急剧上升的阶段。 着火延迟期内准备好的可燃混合气一起燃烧，压力急剧上升， 着火延迟期内准备好的可燃混合气一起燃烧，压力急剧上升，接近等容燃 烧。 评价参数：平均压力升高率： （ 评价参数：平均压力升高率： ⊿P/⊿φ=（P3-P2）/（ φ3- φ2 ） ，不适于 ⊿ （ 大于0.65MPa/ºCA，决定柴油机运转平稳性，过大，工作粗暴，产生燃烧 大于 ，决定柴油机运转平稳性，过大，工作粗暴， 噪声，运动零件受较大冲击负荷，可靠性、 下降，但燃烧快， 噪声，运动零件受较大冲击负荷，可靠性、寿命 下降，但燃烧快，功率上 比油耗下降。 升、比油耗下降。 柴油机⊿ ⊿ 比汽油机大 比汽油机大， 柴油机⊿P/⊿φ比汽油机大，其影响因素主要是着火延迟期内形成的可燃 混合气数量。要使⊿ ⊿ 下降 应使上述形成的可燃混合气量减少。 下降， 混合气数量。要使⊿P/⊿φ下降，应使上述形成的可燃混合气量减少。
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Ⅲ、缓燃期 压力急剧增高的终点到压力急剧下降点。 压力急剧增高的终点到压力急剧下降点。 边燃烧，活塞边下行，缸内压力几乎不变或稍有变化，燃烧条件不 边燃烧，活塞边下行，缸内压力几乎不变或稍有变化， 局部高温缺氧（冒黑烟）。 利，局部高温缺氧（冒黑烟）。 解决办法：加快已燃气体与未燃气体的分离及可燃混合气形成速度。 解决办法：加快已燃气体与未燃气体的分离及可燃混合气形成速度。
第二节 柴油机的燃烧过程
二、放热规律 QB 、 Q 、 QW均随曲轴转角变化，上式对 微分，得： 均随曲轴转角变化，上式对φ微分 微分， dQB/dφ=dQ /dφ +d QW /dφ =d(mu)/dφ +pdV/dφ +d QW /dφ 式中： 式中： m—工质质量 工质质量 u—工质比内能 工质比内能 p—气缸中气体压力 气缸中气体压力 V—气缸容积 气缸容积 其中： 其中： dQB/dφ：燃料燃烧的瞬时放热率 ： dQB/dφ—φ：燃烧规律、放热规律或放热率曲线 ：燃烧规律、 dQ /dφ：对工质的瞬时加热率（加热率） ：对工质的瞬时加热率（加热率） dQ /dφ—φ：加热规律 ： d QW /dφ：工质对燃烧室壁面的传热速率（传热率） ：工质对燃烧室壁面的传热速率（传热率） d QW /dφ—φ：传热规律 ：
第二节 柴油机的燃烧过程
有一张实测的示功图，加上气态方程，根据上式，可以计算燃烧放热率。 有一张实测的示功图，加上气态方程，根据上式，可以计算燃烧放热率。 其计算精度影响因素有： 其计算精度影响因素有： 1、压力测量精度 、 2、上止点位置精度 、 3、压缩比测量精度 、 4、燃油流量测量精度、空气流量测量精度 、燃油流量测量精度、 5、示功图曲线光顺方法 、 当发动机结构参数确定以后，气缸压力特性主要由燃烧规律决定，从而， 当发动机结构参数确定以后，气缸压力特性主要由燃烧规律决定，从而， 燃烧放热规律强烈影响平均有效压力、燃油消耗率、最高燃烧压力、 燃烧放热规律强烈影响平均有效压力、燃油消耗率、最高燃烧压力、燃 烧噪声等性能指标。 烧噪声等性能指标。 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基本要素。 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基本要素。 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。 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。
第二节 柴油机的燃烧过程
Ⅳ、后燃期 缓燃期的终点到燃料基本上完全燃烧。 缓燃期的终点到燃料基本上完全燃烧。 终点难确定。放热膨胀比低，散热增加，指示热效率下降，排气温度增 终点难确定。放热膨胀比低，散热增加，指示热效率下降， 故应尽量缩短。 高，故应尽量缩短。
第二节 柴油机的燃烧过程
根据燃料和空气混合气形成的特点， 根据燃料和空气混合气形成的特点，柴油机燃烧过程又可以分成以下 两个阶段，预混燃烧阶段和扩散燃烧阶段。 两个阶段，预混燃烧阶段和扩散燃烧阶段。
二、混合气形成特点： 混合气形成特点： 气缸内形成混合气，因柴油不易蒸发； 气缸内形成混合气，因柴油不易蒸发； 混合气形成时间短； 混合气形成时间短； 混合气形成不均匀。随时间与空间变化， 混合气形成不均匀。随时间与空间变化，过量空气系数 至无穷大之间变化 在0至无穷大之间变化。 至无穷大之间变化。 混合气形成与燃烧紧密相连，扩散燃烧。 混合气形成与燃烧紧密相连，扩散燃烧。