发动机原理 第六章柴油机混合气的形成和燃烧

（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℃。
第六章 柴油机混合气形成和燃烧
柴油机使用的燃料是较难挥发和较易自燃的柴油， 其混合气形成和燃烧过程与汽油机有着本质的不同。
特点：
（1）缸内进行，即在压缩行程接近终了时柴油由 喷射系统直接喷入燃烧室内，时间短，难以形成均 匀的混合气，燃烧室内的工质成分随时间和地点而 变化。
（2）柴油本身粘度大，蒸发性不好。
（3）混合气在高温、高压下多点自燃着火燃烧， 且混合过程、着火过程和燃烧过程共存 。
Hale Waihona Puke Baidu
一、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。
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。
（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。
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λ p〔kPa／(o)曲轴〕 表示压力急剧上升的程度。
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。
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。
第三节 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。
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。
第二节 柴油机混合气的形成
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。
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
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。
?p
?
?p
??
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；
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。