第五章 柴油機(jī)混合氣的形成和燃燒

1、第五章第五章 柴油機(jī)混合氣的形成和燃燒柴油機(jī)混合氣的形成和燃燒第一節(jié)第一節(jié) 機(jī)械控制燃油噴射系統(tǒng)機(jī)械控制燃油噴射系統(tǒng)動畫1.1.供油系統(tǒng)供油系統(tǒng)一、供油系統(tǒng)和噴射過程一、供油系統(tǒng)和噴射過程功用:按柴油機(jī)各種工況的需要將定量的燃油，在適當(dāng)?shù)臅r期，以合理的空間形態(tài)噴入燃燒室，即對燃油的數(shù)量，噴油的時間和油束的空間形態(tài)三方面實行有效的控制。定時、定量、定壓2.2.噴射過程噴射過程Flash Movie 噴油規(guī)律：單位時間（轉(zhuǎn)角）的噴油量隨時間（轉(zhuǎn)角）而變化的關(guān)系。 噴油規(guī)律與供油規(guī)律的區(qū)別：-噴油時刻落后于供油時刻因為a.要克服兩個彈簧彈力; b.燃油、高壓油管有彈性; c.壓力波的傳遞理想的噴油規(guī)

2、律應(yīng)先緩后急 二、噴油規(guī)律二、噴油規(guī)律三、油泵速度特性及其校正三、油泵速度特性及其校正 1、定義 噴油泵的油量控制機(jī)構(gòu)（齒條或拉桿）位置不變時，每循環(huán)的供油量隨轉(zhuǎn)速變化的關(guān)系。 b()2、油泵速度特性曲線每循環(huán)供油量隨轉(zhuǎn)速的升高而增加每循環(huán)供油量隨轉(zhuǎn)速的升高而增加 節(jié)流作用3、造成的影響 供油量隨轉(zhuǎn)速的降低而減小，將使發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩隨供油量隨轉(zhuǎn)速的降低而減小，將使發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速降低而下降。對發(fā)動機(jī)工作的穩(wěn)定性不利。轉(zhuǎn)速降低而下降。對發(fā)動機(jī)工作的穩(wěn)定性不利。 4、曲線校正出油閥校正彈簧校正可變減壓容積可變減壓作用1 1、二次噴射、二次噴射2 2、斷續(xù)噴射、斷續(xù)噴射3 3、隔次噴射、隔次噴射4 4、

3、漏油現(xiàn)象、漏油現(xiàn)象四、不正常噴射四、不正常噴射供油量小于噴油量，使針閥周期性跳動壓力波使出油閥落座后再次升起供油量過小針閥不能迅速落座，或零件磨損第二節(jié)第二節(jié) 電子控制燃油噴射系統(tǒng)電子控制燃油噴射系統(tǒng)一、系統(tǒng)組成及工作原理一、系統(tǒng)組成及工作原理由傳感器傳感器、ECU（計算機(jī)）和執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)三部分組成。 實現(xiàn)對噴油量噴油量以及噴油定時噴油定時隨運(yùn)行工況的實時控制。 計算機(jī)根據(jù)轉(zhuǎn)速傳感器和油門位置傳感器的輸入信號，首先計算出基本噴油量基本噴油量，然后根據(jù)水溫、進(jìn)氣溫度、進(jìn)氣壓力等傳感器的信號進(jìn)行修正，確定最佳噴油量及噴油正最佳噴油量及噴油正時時。來自控制套位置傳感器的信號對最佳值進(jìn)行反饋修正，

4、同時計算機(jī)按照最佳值對廢氣再循環(huán)閥、預(yù)熱塞等執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，使柴油機(jī)工作狀態(tài)達(dá)到最佳。 1、組成2、工作原理二、二、高壓共軌系統(tǒng)高壓共軌系統(tǒng) 低壓燃油泵將燃油輸入高壓油泵，高壓油泵將燃油加壓送入高壓油軌(蓄壓器)，高壓油軌中的壓力由電控單元根據(jù)油軌壓力傳感器測量的油軌壓力以及需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，高壓油軌內(nèi)的燃油經(jīng)過高壓油管，由電液控制的電子噴油器將燃油噴入氣缸。 噴油器的啟閉由電控單元根據(jù)機(jī)器的運(yùn)行狀態(tài)，從預(yù)設(shè)的 map 圖中確定合適的噴油定時和噴油持續(xù)期進(jìn)行控制。電磁閥起作用的時刻決定噴油定時，起作用的持續(xù)時間和共軌壓力決定噴油量。 1、氣缸內(nèi)形成混合氣 （ 不同于汽油機(jī)） 2、形成條件差 時間

5、短 1535CA (0.00070.003s) 柴油的粘度大，不易蒸發(fā).一、形成特點一、形成特點第三節(jié)第三節(jié) 柴油機(jī)柴油機(jī)混合氣的形成混合氣的形成二、形成方式二、形成方式 1、空間霧化混合 2、油膜蒸發(fā)混合 實際上，高速柴油機(jī)是空間霧化混合及油膜蒸發(fā)混合兼而有之。三、產(chǎn)生的主要三、產(chǎn)生的主要問題及問題及改善方法改善方法混合氣形成困難，導(dǎo)致燃燒不完全混合氣形成困難，導(dǎo)致燃燒不完全1、主要問題 因為柴油不容易蒸發(fā)，故將燃油噴射成霧狀，分散成數(shù)百萬個小油滴，這些細(xì)小油滴在氣缸內(nèi)迅速蒸發(fā)與空氣混合，但因為混合時間極短，缸內(nèi)情況異常復(fù)雜，故使缸內(nèi)空氣和燃油混合極不均勻，有的地方可能是惰性氣體，有的地方是

6、過稀混合氣，有的地方甚至還有燃料液態(tài)核心，等等。所以為了保證燃油燃燒完全。柴油機(jī)均在過量空氣系數(shù)1的條件下工作。2、改善方法A A、噴霧、噴霧B B、組織空氣運(yùn)動、組織空氣運(yùn)動1 1噴霧（霧化）：噴霧（霧化）：燃油噴散成細(xì)粒的過程 2 2噴注的基本參數(shù)噴注的基本參數(shù)油束射程L（貫穿距離） 噴霧錐角或油束的最大寬度B 霧化質(zhì)量 包括幾何形狀和霧化質(zhì)量兩個方面：幾何形狀液滴的細(xì)度液滴的均勻度三、燃油霧化三、燃油霧化3、影響霧化與油束特性的因素（1）噴油嘴結(jié)構(gòu)（2）噴油壓力（3）燃燒室壓力（4）氣缸溫度（5）噴油凸輪外形及轉(zhuǎn)速a.進(jìn)氣渦流螺旋氣道形成切向氣道形成動畫動畫四、空氣運(yùn)動四、空氣運(yùn)動b.擠

7、流1.著火延遲期2.速燃期3.緩然期4.補(bǔ)燃期一、一、 燃燒過程燃燒過程第四節(jié)第四節(jié) 柴油機(jī)的燃燒過程柴油機(jī)的燃燒過程1.1.著火延遲期著火延遲期從噴油始點A點開始到壓力脫離壓縮線開始急劇上升的B點為止。從噴油始點A點開始到壓力脫離壓縮線開始急劇上升的B點為止。1.1.著火延遲期著火延遲期 著火延遲期越長，氣缸中積累的燃料量就越多，著火后一起燃燒，使燃燒急劇，發(fā)動機(jī)工作粗暴?？s短著火延遲期的措施:1） 提高缸內(nèi)溫度2） 使用十六烷值高的燃料在上止點前（A點），噴油器向氣缸內(nèi)噴入燃油，但燃油并不馬上著火，而是稍有落后，因為柴油機(jī)自燃需要有一定條件。它首先由液態(tài)蒸發(fā)成氣態(tài)，并與空氣混合形成可燃混合

8、氣，當(dāng)適當(dāng)比例的混合氣經(jīng)過一定化學(xué)反應(yīng)過程，燃油才能自燃著火。2.2.速燃期速燃期 從氣缸壓力偏離壓縮線開始急劇上升的B點起，到最高壓力點C點為止。2.2.速燃期速燃期 從氣缸壓力偏離壓縮線開始急劇上升的B點起，到最高壓力點C點為止。 由于在著火延遲期中噴入氣缸的燃油已經(jīng)過不同程度的物理、化學(xué)準(zhǔn)備，所以一旦著火，這些燃料也一起燃燒，此時活塞靠近上止點位置，這個階段近似混合加熱循環(huán)中的等容加熱，壓力升高特別快，用壓力升高比來表示壓力升高的急劇程度 ,3232ppp 壓力升高比太大，則柴油機(jī)工作粗暴，運(yùn)動零件受到很大的沖擊，發(fā)動機(jī)壽命縮短， 降低p/ 的方法:-減少著火后一起燃燒的混合氣量。減少著

9、火后一起燃燒的混合氣量?？s短著火延遲期的時間控制著火延遲期中的噴油量抑制著火延遲期中可燃混合氣的形成3.3.緩然期緩然期從缸內(nèi)壓力最高點C點開始到缸內(nèi)溫度達(dá)到最高點D點為止。3.3.緩然期緩然期從缸內(nèi)壓力最高點C點開始到缸內(nèi)溫度達(dá)到最高點D點為止。這個階段近似混合加熱循環(huán)中的等壓加熱， 速燃期后，噴油往往結(jié)束了。但是，由于速燃期時間較短，噴油較多，大部分燃油來不及形成可燃混合氣而留在速燃期后繼續(xù)混合和燃燒，使放熱不斷增加，溫度不斷升高，直到最高。這個時期結(jié)束時，放熱量一般達(dá)循環(huán)放熱量的70%80%。 4.4.補(bǔ)燃期補(bǔ)燃期 從最高溫度點D點起到燃油基本燃燒完的E點為止，E點一般難以確定，一般當(dāng)放

10、熱量達(dá)到總放熱量的95%97%時，即可認(rèn)為補(bǔ)燃期結(jié)束。 4.4.補(bǔ)燃期補(bǔ)燃期 從最高溫度點D點起到燃油基本燃燒完的E點為止，E點一般難以確定，一般當(dāng)放熱量達(dá)到總放熱量的95%97%時，即可認(rèn)為補(bǔ)燃期結(jié)束。 這一階段的燃燒是在膨脹行程中進(jìn)行，必然導(dǎo)致發(fā)動機(jī)熱效率降低，排氣冒煙等現(xiàn)象，故應(yīng)盡量減少補(bǔ)燃期。 燃燒過程中每一個階段都有自己的特點，但又相互關(guān)聯(lián)。柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和動力性主要取決于速燃期和緩燃期。但是為了使柴油機(jī)工作柔和平穩(wěn)，減少燃燒噪音，就應(yīng)使著火延遲期（滯燃期）適當(dāng)縮短，這樣才能使速燃期內(nèi)燃燒稍有緩和，防止壓力升高率過高。另外為了提高經(jīng)濟(jì)性，減少排氣污染，應(yīng)盡量減少補(bǔ)燃期的燃燒量。要實現(xiàn)

11、這一目的，必須使緩燃期盡快燃燒，讓大部分燃油在緩燃期燒掉，補(bǔ)燃期就不會拖延太長。 由此可見，對柴油機(jī)燃燒過程四個階段的要求應(yīng)該總結(jié)為：滯燃期要短，速燃期要緩，緩燃期要急，補(bǔ)燃期要少?？傊?1 1、定義、定義 燃油燃燒放出的熱量隨曲軸轉(zhuǎn)角變化的關(guān)系，稱為燃燒的放熱規(guī)律。放熱規(guī)律影響發(fā)動機(jī)的熱效率及最高爆發(fā)壓力。所以比較合適的放熱規(guī)律是希望有合適的燃燒起點，同時燃燒應(yīng)先緩后急，即開始放熱適中，滿足運(yùn)轉(zhuǎn)柔和的要求，隨后燃燒加快，使燃料盡量靠近上止點燃燒，以保證好的動力性和經(jīng)濟(jì)性。二、燃燒過程的放熱規(guī)律二、燃燒過程的放熱規(guī)律1、燃料性質(zhì)、燃料性質(zhì)2、負(fù)荷、負(fù)荷十六烷值（發(fā)火性），i，工作柔和.餾程（蒸發(fā)性），蒸發(fā)性， i 1、負(fù)荷，T，i ，工作柔和， 負(fù)荷，供油量b，,不完全燃燒,i2、負(fù)荷，b，冒黑煙3、負(fù)荷0（怠速空轉(zhuǎn)），T, i ，工作粗暴 三、燃燒過程的影響因素三、燃燒過程的影響因素3、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)速4、供油提前角、供油提前角1、n，散熱損失，漏氣損失，p，T