4柴油機混合氣的形成與燃燒

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第四章柴油機混合氣的形成與燃燒本章要求了解：柴油機燃燒室的分類，特點和對燃燒的影響。理解：影響燃燒的因素、改進措施。把握：柴油機混合氣的形成，柴油機燃燒過程，柴油的噴射與霧化。

柴油機的燃燒過程與汽油機的有所不同1、混合氣形成的方法汽油機：缸外(化油器及進氣管中),較均勻一致。柴油機：缸內形成混合氣,燃燒時混合氣不均勻。2、著火和燃燒的方式汽油機：點燃式，著火后靠火焰?zhèn)鞑ト紵饡r機、地點均能控制。柴油機：壓燃式,油滴擴散燃燒,著火時機、地點不能控制。3、保證及時、完全燃燒的方法汽油機：提高火焰?zhèn)鞑ニ俣?。柴油機：保證及時形成較均勻的混合氣。

第一節(jié)燃油的噴射與霧化一、燃燒方式--油滴擴散燃燒

柴油機是在壓縮過程中活塞接近上止點時,借助噴油設備將燃油在高壓下成霧狀噴入燃燒室,以便與空氣形成可燃混合氣。油滴的著火要滿足兩個條件

(1)混合氣的溫度要高于著火臨界溫度。(2)混合氣的濃度要適當，即混合氣的濃度要在著火界限之內。

直徑：5~150um

(中間較大)Tc-熱空氣溫度；

Tw-油滴周邊混合氣溫度；Cu-油滴周邊混合氣濃度；W-化學反應速度。

單個油滴的著火區(qū)域著火時機、地點不固定，著火點位于噴注外圍與核心之間。

二、噴油系統(tǒng)1、對噴油系統(tǒng)的要求：定時、定量并按一定規(guī)律向柴油機各缸供給高壓燃油。具體要求：能產生足夠高的噴油壓力；實現(xiàn)所要求的噴油規(guī)律；確切控制每循環(huán)的噴油量；避免出現(xiàn)異常噴射現(xiàn)象。2、噴油系統(tǒng)構成噴油泵提供足夠高的噴油壓力。柱塞泵或分派泵調速器穩(wěn)定柴油機運行工況噴油提前角調理器調理噴油時刻噴油器將高壓燃油噴入燃燒室并按要求進行分布

三、噴射與霧化

(一)、噴射過程1.燃油的噴射燃油在噴油泵泵室中，受到柱塞壓縮，壓力升高，經噴油器噴出的過程。2.分三個階段噴射延遲階段，主噴射階段，噴射終止階段。

燃油的噴射過程

(二)噴霧特性與霧化質量1.燃油的霧化燃油經噴孔噴出時，在氣缸中被破碎成微L:射程粒的過程。:錐角

噴油橫截面上燃油分布噴油橫截面上油粒速度噴注的形狀

2.噴注的特征①噴注射程L:表示噴注貫穿深度；②噴注錐角β:表示噴注緊湊程度；③細度和均勻度：表示霧化程度。細度-油注中的平均直徑均勻度-油注中最大直徑與最小直徑之差

3.影響噴注質量的主要因素噴注結構，噴油壓力，氣缸內空氣的壓力，柴油的粘度等。

四、不正常噴射①二次噴射針閥落座后，過大的反射波(高壓油

管內)使針閥再次升起而噴油的現(xiàn)象。

危害：

⑴噴油時間↑,噴油量↑,后燃加重發(fā)動機過熱，排氣溫度↑,燃油消耗率↑

⑵噴射壓力低，霧化不良，燃燒過程中噴入氣缸，排氣冒黑煙，積碳。(高速、高負荷時較嚴重)

②斷續(xù)噴射、隔次噴射隔次噴射發(fā)生在怠速運行時，造成柴油機怠速運轉不穩(wěn)。斷續(xù)噴射常發(fā)生在低速小負荷工況。

避免不正常噴射的措施減少高壓容積，縮短高壓油管長度，合理選擇噴射系統(tǒng)參數。

其次節(jié)燃燒與放熱一、燃燒過程1)噴油始點2)缸內壓力線偏離純壓縮線始點3)最高壓力點4)最高溫度點Ⅰ-滯燃期Ⅱ-速燃期Ⅲ-緩燃期Ⅳ-補燃期h-針閥升程Q-循環(huán)放熱量dQ/dφ-放熱速率dq/dφ-噴油速率

Ⅰ、滯燃期(1-2)在壓縮終點,Tc=450-800℃,大于柴油的自燃溫度(330-350℃),但不會馬上著火,進行著火前的準備。物理準備：霧化，加熱，蒸發(fā)，擴散和混合。化學準備：裂化，著火前的氧化反應。一般著火延遲時間τi≈0.0007-0.003s從噴油開始到缸內壓力線與壓縮線偏離的始點階段，稱為滯燃期或著火延遲期。(圖)噴油時缸內溫度壓力及燃料性質是影響τi的主要因素。

Ⅱ、速燃期(2-3)(圖)著火后，在滯燃期內形成的混合氣此時同時

燃燒，活塞在上止點附近，接近于等容燃燒，平均壓力升高率ΔP/ΔΦ=(P3-P2)/(Φ3-Φ2)升高

很快，放熱率dQ/dφ大。柴油機ΔP/ΔΦ一般0.4~0.6MPa/℃A

同時，噴油持續(xù)進行，形成燃燒與噴油的重疊，噴油常在速燃期終止。

Ⅲ、緩燃期(3-4)

(圖)

速燃期內噴入的燃油在此階段燃燒，放熱量較大，占總放熱量的70~80%。一般在上止點后20~35CA,出現(xiàn)循環(huán)最高溫度，達1600~2000℃。大部分燃油在此階段燃燒。燃燒產物增多，氧和燃油濃度下降，燃燒速度緩慢。溫度雖升高，但活塞已下行，壓力近似不變，近于等壓燃燒。由于混合時間短，高溫缺氧下易形成碳煙，要求φa1。

Ⅳ、補燃期(4--)從溫度最高到燃料燃燒終止。遠離上止點放熱，大量的熱傳給冷卻系，使排氣溫度升高，零件熱負荷增加，導致柴油機動力性、經濟性下降，故應盡量減少補燃。

二、燃燒過程中存在的問題1.混合氣形成困難，燃燒不完全混合極不均勻—混合氣形成時間短，邊噴油、邊混合、邊燃燒。

改進措施①促進混合氣的形成結構上，促進缸內的渦流運動。②供給較多的空氣

φa大于1,一般取1.3。但是至少30%的空氣未被利用，使氣缸工作容積的利用程度降低，使升功率、平均有效壓力降低，這與提高其動力性相矛盾。

2.工作粗暴，燃燒噪音較大速燃期內

,急劇升高的壓力直接使燃燒室壁面及活塞、曲軸等機件產生猛烈的振動,并通過氣缸壁傳到外部,形成燃燒噪音。燃燒噪音與速燃期內的ΔP/ΔΦ有很大關系。為使工作溫柔，要求ΔP/ΔΦ≤400kpa/CA。ΔP/ΔΦ的大小主要與滯燃期中形成的可燃混合氣的數量有關，縮短著火延遲時間τi,減少滯燃期內的噴油量，抑制此階段混合氣的形成,可減小燃燒噪音,但與提高動力性相矛盾。

3.排氣冒黑煙主要發(fā)生在大負荷工況時，如加速，爬坡時。燃油在高溫缺氧下燃燒時易形成碳煙。減少黑煙的主要措施(1)增加過量空氣系數φa。但與提高柴油機的動力性相矛盾。(2)改善混合氣的形成。與改善柴油機工作的柔和性相矛盾。

4.排氣冒藍煙、白煙在冷起動及怠速、低負荷運轉時，氣缸內溫度

低，燃燒不良，不同直徑的柴油微粒隨廢氣排出，受光線的反射浮現(xiàn)不同的顏色，白煙是由0.6~1

微米的顆粒構成，而藍煙是由0.6微米以下的顆粒構成。

暖機時，一般先冒白煙，后冒藍煙，然后變?yōu)闊o色。

三、影響燃燒過程的因素(一)燃油的影響1.燃油的著火性是指柴油噴入汽缸后能否迅速著火燃燒的能力。用十六烷值表示。十六烷值高，著火性好，滯燃期短，ΔP/ΔΦ較小，工作柔和。十六烷值高，起動性好。十六烷值過高，使燃油來不及混合就燃燒，冒煙。

車用柴油機的十六烷值，一般為45~50。2.十六烷值對燃燒過程的影響圖3.蒸發(fā)性蒸發(fā)性過