發(fā)動機原理-第三章柴油機混合氣形成和燃燒

發(fā)動機原理——第三章柴油機混合氣形成和燃燒第三章柴油機混合氣形成和燃燒(一)空間霧化將燃料噴在燃燒室空間使之成為霧狀，再利用空氣運動達到充分混合。1對燃料噴霧要求高(采用多孔噴嘴)燃燒易于完全，經(jīng)濟性解(二)油膜蒸發(fā)(M過程)一小部分燃料分布在燃燒室空間。經(jīng)燃燒室壁面和燃燒加熱，邊蒸發(fā)，邊混合，邊燃燒。初期蒸發(fā)、燃燒慢，后期蒸發(fā)、燃燒迅速(先緩后急)。一級霧化－汽缸中空氣的動力作用將油束撕裂成片、帶、泡或大顆粒的油滴。二級霧化－空氣動力作用將片、帶、泡或大顆粒的油滴再粉碎成細小的油滴。油束中央速度高，但一級霧化－汽缸中空氣的動力作用將油束撕裂成片、帶、泡或大顆粒的油滴。二級霧化－空氣動力作用將片、帶、泡或大顆粒的油滴再粉碎成細小的油滴。油束中央速度高，但濃度也高，油滴集中，顆粒大。邊上油滴松散，顆粒小。但也有說法正好相反，中央油滴速度高，顆粒小，邊上顆粒大。2著火條件必要條件中間油粒大,濃度偏高。外側(cè)混合氣形成快，物理準(zhǔn)備快，但初期溫度不高，化學(xué)準(zhǔn)備沒有跟上。等溫度適合于著火了，油粒又過分發(fā)散，也不會著火。要控制好濃度與溫度的進(三)噴霧特性(一)噴霧的作用合氣越多，燃燒越完善。面積增大5090倍，燃燒反應(yīng)機會大大增加。(二)噴霧的形成燃油噴射－高壓、高速。發(fā)動機原理——第三章柴油機混合氣形成和燃燒并不一定越大越好，這要根據(jù)混合氣形成的機理與燃燒室形狀具體分析。L燃料集中混合氣分布不均勻，空氣利用。3霧化質(zhì)量(霧化特性)細：霧化好均勻度—油滴最大直徑-油滴平均直徑勻：霧化好(四)噴油規(guī)律單位時間(或曲軸轉(zhuǎn)角)的噴油量隨時間(或曲軸轉(zhuǎn)角)的變化噴油提前角9—開始噴油上止點的曲軸轉(zhuǎn)角。9’—上止點停止噴油的曲軸轉(zhuǎn)角。噴油延遲角|9|+|9’|—開始噴油停止噴油的曲軸轉(zhuǎn)角。|9|+|9’|個個噴油持續(xù)時間長,工作柔和，但油耗增大,排放變發(fā)動機原理——第三章柴油機混合氣形成和燃燒|9|+|9’|噴油持續(xù)時間短,油耗下降,排放好，但工作粗a.|9|+|9’|油耗,排放好，但工作粗暴。b.先急后緩9工作粗暴。9’油耗,排放好,盡量采用，但很難做到。(五)噴油嘴1孔式噴嘴主要用于直噴式燃燒室中。2軸針式噴嘴發(fā)動機原理——第三章柴油機混合氣形成和燃燒主要用于分隔式燃燒室中。0=1~3mm，通道間隙6=0.025~0.05mm。(一)氣流運動的作用(二)氣流運動組織氣流運動，加速混合氣形成。1進氣渦流使進氣氣流相對于汽缸中心產(chǎn)生一個力，形成渦流。(1)切向氣道特點:氣道母線與汽缸相切。優(yōu)點優(yōu)點:結(jié)構(gòu)簡單，氣流阻力小nv個缺點:渦流強度對進氣口位置敏感。(2)螺旋氣道特點:進氣道呈螺旋型。缺點:工藝要求高，制造、調(diào)試難度較高2擠氣渦流發(fā)動機原理——第三章柴油機混合氣形成和燃燒活塞上行:將活塞頂隙的氣體擠出流向燃燒室中，形成擠氣渦流?；钊滦?燃燒室中的氣體流向活塞頂隙處，形成反渦流。衰減得很弱，所以擠氣渦流就顯得相當(dāng)重要了。3燃燒渦流燃燒燃燒在燃燒室中產(chǎn)生壓力差，形成燃燒渦流。尤其是分隔式的渦流室型燃燒室，汽缸蓋內(nèi)的副燃燒室中的燃料燃燒后，高壓混合氣流和火焰高速噴向活塞頂部的主燃燒室中，由于主燃燒室的導(dǎo)向作用，形成燃燒渦流，或稱二次渦流。(三)熱混合作用渦流中心質(zhì)點速度為零，越向邊緣速度越大。2勢渦流渦流中心質(zhì)點速度最大，壓力最小。越向邊緣速度越小，壓力越大，壁面處速度為零。渦流。發(fā)動機原理——第三章柴油機混合氣形成和燃燒3熱混合作用(主要在渦流室型燃燒室的渦流室中產(chǎn)生)渦流中的質(zhì)點受兩個力作用，離心力使質(zhì)點向外運動，壓差力使質(zhì)點向中心運動。合作用。燃燒過程的特點和柴油機燃燒的主要研究方向(一)燃燒過程的特點2壓縮自燃。(二)柴油機燃燒的主要研究方向3氣流運動4燃燒室結(jié)構(gòu)發(fā)動機原理——第三章柴油機混合氣形成和燃燒p－示功圖曲線下的面積表示有用功的大小。(一)著火延遲期Ti或稱滯燃期1－2 (著火延遲角)i此時，缸內(nèi)溫度雖已遠遠超過柴油的自燃溫度(可達400~800℃)，但、蒸發(fā)、擴散、混合2—缸內(nèi)壓力脫離壓縮線開始急驟增高。ii。i盡管著火延遲期Ti很短，但卻對燃燒過程、尤其是柴油機的燃燒過程影響很大，因此(二)速燃期2－32點開始著火，壓力急驟增高，接近等容燃燒。持續(xù)噴油，即隨噴隨燃。為表示2－3階段壓力升高的急驟程度，引入概念 p，pmax做功不利，柴油機性能(三)緩燃期3－4發(fā)動機原理——第三章柴油機混合氣形成和燃燒(四)補燃期4－55—放熱量達95~97%。。tete所以，應(yīng)盡量減少補燃。柴油機由于隨噴隨燃，混合時間短，補燃要比汽油機嚴(yán)重。三三影響著火延遲期的因素i (一)壓縮溫度T和壓力p—直接影響因cc素|lni|個icci(二)壓縮比cccicci(三)噴油提前角9—影響最大的因素9雖然噴油時的壓力較高，但著火時刻推遲，使燃燒ccip，T個cciccicci一般:9=5~10[degCA]發(fā)動機原理——第三章柴油機混合氣形成和燃燒(四)轉(zhuǎn)速ni混合氣形成好轉(zhuǎn)。iii(五)十六烷值ii(六)增壓ccicci四著火延遲期對柴油機性能的影響iiiiii混合氣形成欠佳柴油機性能i發(fā)動機原理——第三章柴油機混合氣形成和燃燒(一)放熱規(guī)律(二)燃燒過程三要素1放熱開始時刻2放熱規(guī)律3放熱持續(xù)時間(三)希望—先緩后急§3-3柴油機供油系統(tǒng)的工作特性及其對燃燒過程的影響(一)供油系統(tǒng)的組成油箱輸油泵濾油器低壓油管噴油泵高壓油管噴油器(噴油嘴)發(fā)動機原理——第三章柴油機混合氣形成和燃燒(二)噴油過程柱塞上柱塞上行，使噴油泵內(nèi)壓力升高，當(dāng)壓力升高到一定值時，克服噴油泵上方出油閥彈簧預(yù)緊力和高壓油管內(nèi)的殘余油壓，頂開出油閥，通過高壓油上行2點過了4點之后，打開回油口，使泵內(nèi)油壓下降。當(dāng)泵內(nèi)油壓小于出油閥彈簧預(yù)緊力和高壓油管內(nèi)的殘余油壓力時，出油閥落座，噴油停止。油停止，重新進油。(三)噴油延遲時間壓油管至油壓壓開噴油嘴針原因原因—高壓油管中燃油壓縮+節(jié)流作用(四)幾何供油規(guī)律從幾何關(guān)系求出的油泵凸輪每轉(zhuǎn)一度(或p=fw[ml/s]dtppp=fw[ml/degPA]dpp其中fp—柱塞面積[mm2]；發(fā)動機原理——第三章柴油機混合氣形成和燃燒正(一)節(jié)流作用存在節(jié)流)當(dāng)2點過了4點以后，通道小，節(jié)流，才開始回油，停止供油。所以，實際供油比理論供油時間長，供油量大。(二)噴油泵速度特性循環(huán)供油量g個(三)車用的適應(yīng)性(例如:低速大負荷工況)因此，噴油泵速度特性不適合于車用，必須進行校正。(四)校正可變減壓容積和可變減壓作用。發(fā)動機原理——第三章柴油機混合氣形成和燃燒可使循環(huán)供油量曲線變得較平坦，但若要適合于車用，還需進行調(diào)速器2調(diào)速器校正在第六章發(fā)動機特性中介紹。(一)二次噴射(二)斷續(xù)噴射進入噴油嘴燃油量不穩(wěn)定，壓力波動引起。(三)隔次噴射低速、尤其是怠速時，油壓不足，壓不開針閥。下一循環(huán)時油壓聚足，壓開針閥噴射。發(fā)動機原理——第三章柴油機混合氣形成和燃燒(一)直噴式1開式—中、大型，中、低速船舶、發(fā)電用柴油機2半開式—中、小型，中、高速車用柴油機(1)o型(2)球型(3)復(fù)合式(U型)(二)分隔式1渦流室型—小型高速車用柴油機2預(yù)燃室型—小、中、大型，中、高速車用柴油機(一)o型2混合氣形成方式:空間霧化。3主要結(jié)構(gòu)參數(shù)d(1)k=0.4~0.6DkDkdk個個，油束射程燃油噴在燃燒室局部空間，空氣利用率D。發(fā)動機原理——第三章柴油機混合氣形成和燃燒dDV(2)k=0.75~0.85VckckcVVcVk所以，希望盡可能大。c4主要特點(1)長型多孔(3~5個)噴嘴，孔徑d=0.25~0.4[mm]。i(2)T個工作粗暴。iaa利用率(4)結(jié)構(gòu)簡單，散熱面積，冷起動性好，經(jīng)濟性好。(二)的改進型(1)四孔噴油嘴，燃油在四角之前噴射。(2)油束沿氣流方向下游燃料分布多，發(fā)動機原理——第三章柴油機混合氣形成和燃燒2擠流口型(三)(三)球型2混合氣形成方式:油膜蒸發(fā)(M過程)3主要結(jié)構(gòu)參數(shù)dV，kk對球型燃燒室的影響可參閱型燃燒室。，DVc4主要特點(1)螺旋進氣道，進氣渦流強。(2)采用單孔噴嘴=0.5~0.7mm，或雙孔噴嘴=0.3~0.40℃。 (5)Q，pmax，工作柔和、平穩(wěn)，噪聲小。經(jīng)濟性、動力性(6)冷起動性和低速性差，排污嚴(yán)重。發(fā)動機原理(四)復(fù)合式(U型)2混合氣形成方式:空間霧化+油膜蒸發(fā)3主要結(jié)構(gòu)參數(shù):參閱型燃燒室。4主要特點(2)采用螺旋進氣道，軸針式噴油嘴。(3)低速時，氣流弱—空間分布燃料多改善了冷起動性和低(4)高速性能較差，對增壓適應(yīng)性差。(5)喉口熱負荷高。對進氣道、擠氣間隙S0敏感。三分隔式燃燒室發(fā)動機原理——第三章柴油機混合氣形成和燃燒(一)渦流室型2混合氣形成方式:熱混合3主要結(jié)構(gòu)參數(shù)渦流室容積Vk=50~80%燃燒室容積Vc通道截面積通道與渦流室相切，產(chǎn)生壓縮渦流。噴油器安裝在渦流室中，順氣流方向噴射。4工作原理壓縮過程—活塞壓迫空氣經(jīng)過通道流入渦流室，在渦流室中形成強烈的、有組織的壓縮渦流，渦流流速隨轉(zhuǎn)速的提高而增高。燃燒過程—渦流室中噴油后，由于離心力作用，燃油被帶到燃燒室外圍，部分燃油附著在壁面上，在通道口附近首先著火。在強烈的渦流作用下，燃燒產(chǎn)物(密度小于空氣)被卷向渦流室中央，將新鮮空氣擠向渦流室外圍，形成良好的熱混合。渦流室中混合氣著火后，渦流室中的壓力、溫度迅速升高，燃油、空氣、混合氣和火焰一起經(jīng)過通道高速噴向主燃燒室，壁面附近的濃混合氣首先在活塞頂部開有淺的導(dǎo)流槽，形成強烈的燃燒渦流，即二次渦流，加速混合氣的形成與燃燒。5主要特點mm，針閥開啟壓力9.8~12[Mpa]。(2)渦流強空氣利用率個a(a=1.1~1.3)。n性個(4)壓縮渦流、燃燒渦流使后期放熱大工作柔和、平穩(wěn)，噪聲渦流室容積Vk=20~40渦流室容積Vk=20~40%燃燒室容積Vc道截面積=0.25~0.7%(二)預(yù)燃室型2主要結(jié)構(gòu)參數(shù)3工作原理壓縮過程—活塞壓迫空氣經(jīng)過通道流入預(yù)燃室，在預(yù)燃室中形成強烈的壓縮紊流，轉(zhuǎn)速越高，紊流越強。燃燒過程—壓縮紊流將一部分小顆粒的燃油吹向預(yù)燃室上部，并