第四章柴油機混合氣形成與燃燒第四節(jié)柴油機燃燒過程

1、第四節(jié)第四節(jié) 柴油機的燃燒過程柴油機的燃燒過程對燃燒過程的要求：對燃燒過程的要求：1.1.完全：完全：燃燒完全，才能充分利用燃油的熱能；同時改燃燒完全，才能充分利用燃油的熱能；同時改善排出廢氣的成分。善排出廢氣的成分。2.2.及時：及時：在上止點附近燃燒（即在上止點后在上止點附近燃燒（即在上止點后12121515) )燃燃燒完畢），循環(huán)功最多。燒完畢），循環(huán)功最多。3.3.正常：正常：正常燃燒，才能保證發(fā)動機穩(wěn)定、可靠的工作正常燃燒，才能保證發(fā)動機穩(wěn)定、可靠的工作一、一、著火條件著火條件 1 1）合適的濃度合適的濃度 在形成的可燃混合氣中，燃料蒸氣與空氣的比例要在形成的可燃混合氣中，燃料蒸氣與

2、空氣的比例要在著火界限內。混合氣過濃，氧分子少在著火界限內?；旌蠚膺^濃，氧分子少：混合氣過稀混合氣過稀，則燃料分子少則燃料分子少。 這兩種情況的氧化反應速率都不夠，不能著火。著這兩種情況的氧化反應速率都不夠，不能著火。著火界限不是一成不變的，隨著溫度的升高，分子運動火界限不是一成不變的，隨著溫度的升高，分子運動速率增加，反應速率加快，將使著火界限擴大。速率增加，反應速率加快，將使著火界限擴大。第四節(jié)第四節(jié) 柴油機的燃燒過程柴油機的燃燒過程一、一、著火條件著火條件 2 2）合適的溫度）合適的溫度 可燃混合氣必須加熱到某一臨界溫度，低于這一可燃混合氣必須加熱到某一臨界溫度，低于這一溫度，燃料就不能

3、著火。溫度，燃料就不能著火。 我們把燃料不用外部點燃而能自已著火的溫度稱我們把燃料不用外部點燃而能自已著火的溫度稱為著火溫度或自燃溫度。不同的燃料其自燃性能是不為著火溫度或自燃溫度。不同的燃料其自燃性能是不同的。同種燃料在不同的壓力下，其自燃性能也是不同的。同種燃料在不同的壓力下，其自燃性能也是不同的。同的。第四節(jié)第四節(jié) 柴油機的燃燒過程柴油機的燃燒過程第四節(jié)第四節(jié) 柴油機的燃燒過程柴油機的燃燒過程一、一、著火條件著火條件 第四節(jié)第四節(jié) 柴油機的燃燒過程柴油機的燃燒過程二、燃燒過程二、燃燒過程 第第階段階段著火延遲期著火延遲期(AB段段)： 噴入氣缸中的霧狀柴油并不能噴入氣缸中的霧狀柴油并不能

4、馬上著火燃燒，氣缸中的氣體溫度，馬上著火燃燒，氣缸中的氣體溫度，雖然已高于柴油的自燃點，但柴油雖然已高于柴油的自燃點，但柴油的溫度不能馬上升高到自燃點，要的溫度不能馬上升高到自燃點，要經(jīng)過一段物理和化學的準備過程。經(jīng)過一段物理和化學的準備過程。也就是說，柴油在高溫空氣的影響也就是說，柴油在高溫空氣的影響下，吸收熱量，溫度升高，逐層蒸下，吸收熱量，溫度升高，逐層蒸發(fā)而形成油氣，向四周擴散并與空發(fā)而形成油氣，向四周擴散并與空氣均勻混合（物理變化）氣均勻混合（物理變化）第四節(jié)第四節(jié) 柴油機的燃燒過程柴油機的燃燒過程二、燃燒過程二、燃燒過程 第第階段階段著火延遲期著火延遲期(AB段段)： 隨著柴油溫度

5、升高，少量的柴油分隨著柴油溫度升高，少量的柴油分子首先分解，并與空氣中的氧分子子首先分解，并與空氣中的氧分子進行化學反映，具備著火條件而著進行化學反映，具備著火條件而著火，形成了火源中心，為燃燒作好火，形成了火源中心，為燃燒作好了準備。這一時期很短，一般僅為了準備。這一時期很短，一般僅為 0.00070.00070.003 0.003 秒。秒。第四節(jié)第四節(jié) 柴油機的燃燒過程柴油機的燃燒過程二、燃燒過程二、燃燒過程 第第階段階段急燃期急燃期（BC階段）階段）火源中心已經(jīng)形成，已準備火源中心已經(jīng)形成，已準備好了的混合氣迅速燃燒，在好了的混合氣迅速燃燒，在這一階段由于噴入的柴油幾這一階段由于噴入的柴

6、油幾乎同時著火燃燒，而且是在乎同時著火燃燒，而且是在活塞接近上止點，氣缸工作活塞接近上止點，氣缸工作容積很小的情況下進行燃燒容積很小的情況下進行燃燒的，因此，氣缸內的壓力的，因此，氣缸內的壓力P P迅迅速增加，溫度升高很快速增加，溫度升高很快。第四節(jié)第四節(jié) 柴油機的燃燒過程柴油機的燃燒過程二、燃燒過程二、燃燒過程 第第階段階段緩燃期緩燃期（CD段）段） 這一階段噴油器繼續(xù)噴這一階段噴油器繼續(xù)噴油，由于燃燒室內的溫度和油，由于燃燒室內的溫度和壓力都高，柴油的物理和化壓力都高，柴油的物理和化學準備時間很短，幾乎是邊學準備時間很短，幾乎是邊噴射邊燃燒。但因為氣缸中噴射邊燃燒。但因為氣缸中氧氣減少，廢

7、氣增多，燃燒氧氣減少，廢氣增多，燃燒速度逐漸減慢，氣缸容積增速度逐漸減慢，氣缸容積增大。所以氣缸內壓力略有下大。所以氣缸內壓力略有下降，溫度達到最高值，通常降，溫度達到最高值，通常噴油器已結束噴油。噴油器已結束噴油。第四節(jié)第四節(jié) 柴油機的燃燒過程柴油機的燃燒過程二、燃燒過程二、燃燒過程 第第階段階段補燃期補燃期或稱后燃期或稱后燃期（DE段）段）這一時期，雖然不噴油，但仍這一時期，雖然不噴油，但仍有一少部分柴油沒有燃燒完，有一少部分柴油沒有燃燒完，隨著活塞下行繼續(xù)燃燒。后燃隨著活塞下行繼續(xù)燃燒。后燃期沒有明顯的界限，有時甚至期沒有明顯的界限，有時甚至延長到排氣沖程還在燃燒。后延長到排氣沖程還在燃

8、燒。后燃期放出的熱量不能充分利用燃期放出的熱量不能充分利用來做功，很大一部分熱量將通來做功，很大一部分熱量將通過缸壁散至冷卻水中，或隨廢過缸壁散至冷卻水中，或隨廢氣排出，使柴油機過熱，排氣氣排出，使柴油機過熱，排氣溫度升高，造成柴油機動力性溫度升高，造成柴油機動力性下降，經(jīng)濟性下降。因此，要下降，經(jīng)濟性下降。因此，要盡可能地縮短后燃期。盡可能地縮短后燃期。第四節(jié)第四節(jié) 柴油機的燃燒過程柴油機的燃燒過程二、燃燒過程二、燃燒過程 三、三、著火延遲對著火延遲對燃燒過程的影響燃燒過程的影響 著火延遲期著火延遲期過長過長，在這個時間內噴入氣缸的燃油，在這個時間內噴入氣缸的燃油過多，使著火前形成的可燃混合

9、氣增多，這些燃料在過多，使著火前形成的可燃混合氣增多，這些燃料在第二階段幾乎一起燃燒，使壓力升高率和最高燃燒壓第二階段幾乎一起燃燒，使壓力升高率和最高燃燒壓力較高，運動零件受強烈的沖擊載荷，發(fā)動機運轉粗力較高，運動零件受強烈的沖擊載荷，發(fā)動機運轉粗暴。暴。 著火延遲期著火延遲期過短過短，則燃料與空氣尚未充分混合即，則燃料與空氣尚未充分混合即開始燃燒，燃燒速度緩慢，有不完全燃燒產生。開始燃燒，燃燒速度緩慢，有不完全燃燒產生。第四節(jié)第四節(jié) 柴油機的燃燒過程柴油機的燃燒過程 為了保證有較好的功率和經(jīng)濟性指標為了保證有較好的功率和經(jīng)濟性指標, ,一般希望一般希望在上止前在上止前10-1510-15開始

10、著火燃燒開始著火燃燒, ,以保證燃燒產生最高以保證燃燒產生最高壓力出現(xiàn)于上止點后約壓力出現(xiàn)于上止點后約10-1510-15, ,保證燃燒在上止點附保證燃燒在上止點附近完成。近完成。 第四節(jié)第四節(jié) 柴油機的燃燒過程柴油機的燃燒過程三、三、著火延遲對著火延遲對燃燒過程的影響燃燒過程的影響 著火延遲可用延遲角著火延遲可用延遲角i i、延遲時間、延遲時間i i表示。表示。 比如著火延遲角是比如著火延遲角是i i =36=36，而此時轉速是，而此時轉速是20002000轉轉/ / 分，請問分，請問 i i= =？ 影響著火延遲期的因素影響著火延遲期的因素： 1. 1.燃油性能燃油性能 十六為烷值是柴油發(fā)

11、火性能的重要指標。十六為烷值是柴油發(fā)火性能的重要指標。第四節(jié)第四節(jié) 柴油機的燃燒過程柴油機的燃燒過程三、三、著火延遲對著火延遲對燃燒過程的影響燃燒過程的影響 2 2. .壓縮比壓縮比十六烷值為十六烷值為40十六烷值為十六烷值為60第四節(jié)第四節(jié) 柴油機的燃燒過程柴油機的燃燒過程三、三、著火延遲對著火延遲對燃燒過程的影響燃燒過程的影響 2 2. .壓縮比壓縮比壓縮溫度的影響壓縮溫度的影響第四節(jié)第四節(jié) 柴油機的燃燒過程柴油機的燃燒過程三、三、著火延遲對著火延遲對燃燒過程的影響燃燒過程的影響 3.3.噴油提前角噴油提前角 試驗發(fā)現(xiàn)試驗發(fā)現(xiàn), ,某柴油某柴油機在轉速機在轉速1000rpm1000rpm時

12、時, ,供油提前角為供油提前角為10-1510-15時著火延遲時間最短時著火延遲時間最短. . 供油提前角變化將影供油提前角變化將影響著火延遲時間的變響著火延遲時間的變化化. .第四節(jié)第四節(jié) 柴油機的燃燒過程柴油機的燃燒過程三、三、著火延遲對著火延遲對燃燒過程的影響燃燒過程的影響 同樣的發(fā)動機同樣的發(fā)動機, ,怠速怠速300rpm300rpm時時, ,供供油角為油角為5-105-10時著時著火延遲時間最短火延遲時間最短. . 說明不光供油說明不光供油角角, ,轉速也會影響轉速也會影響著火延遲時間著火延遲時間. . 3.3.噴油提前角噴油提前角第四節(jié)第四節(jié) 柴油機的燃燒過程柴油機的燃燒過程三、三

13、、著火延遲對著火延遲對燃燒過程的影響燃燒過程的影響提高轉速可以增強進氣渦流。提高轉速可以增強進氣渦流。氣流運動可提高燃料的蒸發(fā)和霧化速度。氣流運動可提高燃料的蒸發(fā)和霧化速度。由于活塞運動速度加快，循環(huán)漏氣量減少，傳熱由于活塞運動速度加快，循環(huán)漏氣量減少，傳熱量減少，提高了壓縮終了的溫度和壓力。量減少，提高了壓縮終了的溫度和壓力。 綜上所述綜上所述, ,轉速提高能縮短著火延遲時間轉速提高能縮短著火延遲時間i i 。 4.4.轉速的影響轉速的影響第四節(jié)第四節(jié) 柴油機的燃燒過程柴油機的燃燒過程三、三、著火延遲對著火延遲對燃燒過程的影響燃燒過程的影響問題來了問題來了: :轉速提高了轉速提高了, ,i

14、i 縮短了縮短了, , i i變小了變小了嗎嗎? ? 比如比如:1000rpm:1000rpm時時, , i i = 3ms; = 3ms; i i =? =? 2000rpm 2000rpm時時, , i i = 2ms; = 2ms; i i =? =? 2418iin6 4.4.轉速的影響轉速的影響第四節(jié)第四節(jié) 柴油機的燃燒過程柴油機的燃燒過程三、三、著火延遲對著火延遲對燃燒過程的影響燃燒過程的影響隨著轉速的提高，供油提隨著轉速的提高，供油提前角應適當加大前角應適當加大。左圖是某發(fā)動機試驗的數(shù)據(jù)左圖是某發(fā)動機試驗的數(shù)據(jù)從圖中可以看出：隨著轉速從圖中可以看出：隨著轉速上升，延遲時間縮短，但

15、延上升，延遲時間縮短，但延遲角卻增大了。遲角卻增大了。但我們還是希望在上止點前但我們還是希望在上止點前10-15著火，怎么辦呢？著火，怎么辦呢？彩色實線是渦流室式發(fā)動機彩色實線是渦流室式發(fā)動機的試驗數(shù)據(jù)，情況與直噴式的試驗數(shù)據(jù)，情況與直噴式有不同。對于這個情況又如有不同。對于這個情況又如何處理？何處理？ 4. 4.轉速的影響轉速的影響 對于柴油機而言，在其某一轉速都有對于柴油機而言，在其某一轉速都有一個最佳的供油提前角。一個最佳的供油提前角。 在這個角度，才能發(fā)出最大的功率，在這個角度，才能發(fā)出最大的功率，并具最佳經(jīng)濟性能。這個最佳的角度大小并具最佳經(jīng)濟性能。這個最佳的角度大小是隨著轉速的變化

16、而變化的。是隨著轉速的變化而變化的。 所以，柴油機上一般都裝供油提前角所以，柴油機上一般都裝供油提前角自動調節(jié)裝置。自動調節(jié)裝置。第四節(jié)第四節(jié) 柴油機的燃燒過程柴油機的燃燒過程三、三、著火延遲對著火延遲對燃燒過程的影響燃燒過程的影響 5.5.負荷的影響負荷的影響 負荷加大，油量加大，放熱量負荷加大，油量加大，放熱量增加，缸內溫度升高，著火延遲將增加，缸內溫度升高，著火延遲將縮短。縮短。但當油量增加時，所需要的但當油量增加時，所需要的燃燒時間也會延長，補燃期會相應燃燒時間也會延長，補燃期會相應增加。增加。 最終效果是，燃料燒完的時最終效果是，燃料燒完的時間拖后了。間拖后了。 第四節(jié)第四節(jié) 柴油機

17、的燃燒過程柴油機的燃燒過程三、三、著火延遲對著火延遲對燃燒過程的影響燃燒過程的影響 5.5.負荷的影響負荷的影響怎么辦呢？怎么辦呢？所以應適當加大供油提前，才能使所以應適當加大供油提前，才能使燃燒在規(guī)定的時間內完成。燃燒在規(guī)定的時間內完成。 通常的柴油機設有負荷調節(jié)供通常的柴油機設有負荷調節(jié)供油前角的裝置。油前角的裝置。 第四節(jié)第四節(jié) 柴油機的燃燒過程柴油機的燃燒過程三、三、著火延遲對著火延遲對燃燒過程的影響燃燒過程的影響 6. 6.增壓的影響增壓的影響 柴油機增壓后，進柴油機增壓后，進入氣缸的空氣密度增加，入氣缸的空氣密度增加，而且壓縮終了的壓力和而且壓縮終了的壓力和溫度增加，著火延遲時溫度

18、增加，著火延遲時間縮短。間縮短。第四節(jié)第四節(jié) 柴油機的燃燒過程柴油機的燃燒過程三、三、著火延遲對著火延遲對燃燒過程的影響燃燒過程的影響1.1.噴油規(guī)律噴油規(guī)律第四節(jié)第四節(jié) 柴油機的燃燒過程柴油機的燃燒過程四、燃油系統(tǒng)參數(shù)及其對柴油機性能的影響四、燃油系統(tǒng)參數(shù)及其對柴油機性能的影響1.1.噴油規(guī)律噴油規(guī)律第四節(jié)第四節(jié) 柴油機的燃燒過程柴油機的燃燒過程四、燃油系統(tǒng)參數(shù)及其對柴油機性能的影響四、燃油系統(tǒng)參數(shù)及其對柴油機性能的影響哪些因素對噴油規(guī)律有影響？哪些因素對噴油規(guī)律有影響？凸輪的形狀凸輪的形狀噴油器的結構噴油器的結構針閥的慣性（慣量大?。┽橀y的慣性（慣量大?。└邏河凸艿膭偠?、長度和彎曲程度高壓

19、油管的剛度、長度和彎曲程度1.1.噴油規(guī)律噴油規(guī)律第四節(jié)第四節(jié) 柴油機的燃燒過程柴油機的燃燒過程四、燃油系統(tǒng)參數(shù)及其對柴油機性能的影響四、燃油系統(tǒng)參數(shù)及其對柴油機性能的影響現(xiàn)代電噴柴油機噴射新技術現(xiàn)代電噴柴油機噴射新技術 隨著電控噴油技術的發(fā)展，可以對噴油規(guī)律進隨著電控噴油技術的發(fā)展，可以對噴油規(guī)律進行更精確的控制。行更精確的控制。 現(xiàn)代電噴柴油機噴射新技術現(xiàn)代電噴柴油機噴射新技術預噴射或先導噴射，預噴射或先導噴射，能夠縮短滯燃期并能夠縮短滯燃期并提高缸內的局部湍提高缸內的局部湍流，從而能有效降流，從而能有效降低噪聲與低噪聲與NONOX X的排的排放。放。微量后噴射，其目的微量后噴射，其目的是

20、加速后期燃燒，同是加速后期燃燒，同時提高排氣溫度，以時提高排氣溫度，以更好消除更好消除COCO和和HCHC，并，并降低煙度。降低煙度。供油提前角的變化對示供油提前角的變化對示功圖的影響如右圖：功圖的影響如右圖：1 1較大；較大；2 2適中；適中；3 3較小較小2.2.供油提前角供油提前角第四節(jié)第四節(jié) 柴油機的燃燒過程柴油機的燃燒過程四、燃油系統(tǒng)參數(shù)及其對柴油機性能的影響四、燃油系統(tǒng)參數(shù)及其對柴油機性能的影響 供油提前角供油提前角過大過大，燃料將噴入壓力和溫度較低的，燃料將噴入壓力和溫度較低的壓縮空氣中，使著火延遲期延長，導致壓力升高率壓縮空氣中，使著火延遲期延長，導致壓力升高率及最高壓力的上升

21、，柴油機工作粗暴，并增加壓縮及最高壓力的上升，柴油機工作粗暴，并增加壓縮負功，使功率下降，油耗上升，且造成怠速不穩(wěn)和負功，使功率下降，油耗上升，且造成怠速不穩(wěn)和難以起動。難以起動。 供油提前角供油提前角過小過小，則補燃增加，導致排氣溫度，則補燃增加，導致排氣溫度上升，熱損失增加，熱效率下降。上升，熱損失增加，熱效率下降。 2.2.供油提前角供油提前角第四節(jié)第四節(jié) 柴油機的燃燒過程柴油機的燃燒過程四、燃油系統(tǒng)參數(shù)及其對柴油機性能的影響四、燃油系統(tǒng)參數(shù)及其對柴油機性能的影響對每一種柴油機的某種工況，對每一種柴油機的某種工況，均有一最佳的供油提前角，均有一最佳的供油提前角，此時功率最高，燃料消耗率此時功率最高，燃料消耗率最低。最低。 最佳供油提前角不是一最佳供油提前角不是一個常數(shù)，它隨著發(fā)動機的工個常數(shù)，它隨著發(fā)動機的工況（轉速、負荷等）的變化況（轉速、負荷等）的變化而變化。而變化。2.2.供油提前角供油提前角第四節(jié)第四節(jié) 柴油機的燃燒過程柴油機的燃燒過程四、燃油系統(tǒng)參數(shù)及其對柴油機性能的影響四、燃油系統(tǒng)參數(shù)及其對柴油機性能的影響（1 1）噴孔尺