e第五章 柴油機(jī)混合氣的形成和

第五章柴油機(jī)混合氣的形成和燃燒

柴油：蒸發(fā)性差、自燃性好混合氣的形成：內(nèi)部混合，高壓噴射霧化，時(shí)間短著火：低溫多階段自燃燃燒：均質(zhì)混合氣燃燒，擴(kuò)散燃燒負(fù)荷調(diào)節(jié)方式：質(zhì)調(diào)節(jié)第一節(jié)燃燒過程一、燃燒過程概述由示功圖可分為四個(gè)階段著火延遲期速燃期緩燃期補(bǔ)燃期1、著火延遲期τi（A→B）特點(diǎn)：從噴油始點(diǎn)A→壓力急升點(diǎn)B。噴入的燃料進(jìn)行物理、化學(xué)準(zhǔn)備。pc、Tc↑→τi↓τi的長短對下一階段影響重大，

τi↑→Δp/Δφ↑→振動↑，噪聲↑，pmax↑。要求：τi盡可能短?！觟期形成的可燃混合氣數(shù)量→Δp/Δφ↓。2、速燃期（B→C）特點(diǎn)：由壓力急升點(diǎn)B→最大壓力點(diǎn)C（壓力急升的終點(diǎn)）。τi期形成的混合氣迅速燃燒，放熱快。Δp/Δφ=(pC-pB)/(φC-φB)↑→振動、噪聲↑。要求：控制燃料燃燒量：過多→Δp/Δφ↑；過少→be↑。

Δp/Δφ≯0.4-0.5MPa/°CA3、緩燃期（C→D）特點(diǎn)：由最高壓力點(diǎn)C→最高溫度點(diǎn)D在V↑情況下的燃燒→壓力稍有升降。擴(kuò)散燃燒p→pmax，T→Tmax，φTmax=20-35°CA要求：主要燃料（70-80%）在此階段迅速燒完，達(dá)到良好的指標(biāo)。加強(qiáng)此階段混合氣的形成。4、補(bǔ)燃期特點(diǎn)：從最高溫度點(diǎn)D→燃料基本燒完E點(diǎn)（95-99%）。膨脹中的燃燒，較差時(shí)可持續(xù)到膨脹終了。放出的熱量不能充分利用，過多→Pe↓、be↑。要求：盡可能減少補(bǔ)燃。燃燒應(yīng)在上止點(diǎn)后40°CA結(jié)束，超過80°CA→補(bǔ)燃過多。二、燃燒放熱規(guī)律瞬時(shí)放熱速率：某一時(shí)刻，單位時(shí)間內(nèi)（或1°曲軸轉(zhuǎn)角）燃燒的燃油所放出的熱量。累積放熱百分比：燃燒開始至某一時(shí)刻為止已經(jīng)燃燒的燃油與循環(huán)供油量的比值。三、柴油機(jī)的有害排放物和振動噪聲1、有害排放物微粒（PM）：除水以外的固態(tài)和液態(tài)物質(zhì)。主要是碳煙粒子，高溫、缺氧條件下生成，柴油機(jī)特有。NOX：高溫、富氧、高溫滯留時(shí)間長的條件下生成。CO：不完全燃燒產(chǎn)物，混合不良產(chǎn)生，很少。HC：混合氣過稀情況下產(chǎn)生，很少。白煙和藍(lán)煙：未進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)-白煙；初步化學(xué)反應(yīng)-藍(lán)煙。2、振動和噪聲氣體動力性噪聲：主要是排氣、進(jìn)氣和冷卻風(fēng)扇噪聲。機(jī)械噪聲：機(jī)械撞擊、激勵結(jié)構(gòu)振動造成。燃燒噪聲：dp/dφ↑↑造成。噴油先慢后快→控制dp/dφ第二節(jié)燃油噴射和霧化一、供油系統(tǒng)和噴射過程1、供油系統(tǒng)噴油泵噴油器高壓油管輸油泵濾清器油箱2、油泵的速度特性及校正油泵的速度特性：油量控制機(jī)構(gòu)位置固定，循環(huán)供油量隨油泵轉(zhuǎn)速變化的關(guān)系。原始特性不理想→校正：C→A，或B→D校正方法：出油閥校正；調(diào)速器校正彈簧。3、噴射過程(1)噴油延遲(2)主噴階段(3)噴射結(jié)束階段4、供油規(guī)律和噴油規(guī)律供油規(guī)律：單位時(shí)間內(nèi)（或1°噴油泵凸輪軸轉(zhuǎn)角）噴油泵的供油量隨時(shí)間（或噴油泵凸輪軸轉(zhuǎn)角）的變化關(guān)系。噴油規(guī)律：單位時(shí)間內(nèi)（或1°噴油泵凸輪軸轉(zhuǎn)角）噴油器噴入燃燒室內(nèi)的燃油量隨時(shí)間（或噴油泵凸輪軸轉(zhuǎn)角）的變化關(guān)系。兩者有很大的差異。5、不正常噴射原因：存在高壓容積，壓力波的影響。（1）二次噴射：針閥落座后又升起；高速高負(fù)荷時(shí)易發(fā)生。（2）滴油現(xiàn)象：針閥不能迅速落座。（3）斷續(xù)噴射：低速低負(fù)荷時(shí)易發(fā)生。（4）不規(guī)則和隔次噴射：低速低負(fù)荷時(shí)易發(fā)生。二、燃油的霧化和油束特性1、霧化：燃油噴入燃燒室后被粉碎分散為細(xì)小液滴的過程。2、油束特性射程L噴霧錐角β或?qū)挾菳霧化質(zhì)量：細(xì)度，均勻度。三、對噴射系統(tǒng)的要求1、避免出現(xiàn)不正常噴射現(xiàn)象2、噴油時(shí)刻、噴油量準(zhǔn)確3、噴油規(guī)律理想四、柴油機(jī)電控噴射系統(tǒng)現(xiàn)代柴油機(jī)對燃油噴射系統(tǒng)的要求

（1）推遲噴油、高的噴射壓力（2）獨(dú)立的噴射壓力控制（3）獨(dú)立的噴油提前角控制（4）可變的預(yù)噴射控制能力，先導(dǎo)噴射及多次噴射最終目的：節(jié)能、降低排放第三節(jié)混合氣的形成和燃燒室一、柴油機(jī)混合氣形成特點(diǎn)和方式空間霧化混合：油找氣油膜蒸發(fā)混合：氣找油特點(diǎn)比較：空間霧化混合油膜蒸發(fā)混合1、對供油系統(tǒng)要求：高低2、對空氣運(yùn)動要求：低、ηv↑

高、ηv↓3、經(jīng)濟(jì)性：好差4、pmax、dp/dφ：大小5、排放NOX：高低6、空氣利用率：低、α

↑

高、α

↓7、適用機(jī)型：大、中型中、小型8、冷起動性：好差9、變工況性能：好差二、分隔式燃燒室1、渦流室燃燒室燃燒室分為主、副兩個(gè)部分，用通道相連，通道與渦流室相切。軸針式噴油器裝在渦流室，順氣流噴射。混合氣形成靠強(qiáng)烈的壓縮渦流。首先在副室著火，噴入主室，主室有導(dǎo)流槽，形成二次渦流。2、預(yù)燃室燃燒室燃燒室分為主、副兩個(gè)部分，用1個(gè)或數(shù)個(gè)小通道相連。軸針式噴油器裝在預(yù)燃室，避氣流噴射至通道口處?；旌蠚庑纬煽繌?qiáng)烈的壓縮紊流。首先在副室著火，噴入主室，主室有導(dǎo)流槽，形成燃燒渦流。3、分隔式燃燒室的特點(diǎn)強(qiáng)烈的空氣運(yùn)動→α

↓對供油要求低→軸針式噴油器強(qiáng)烈的空氣運(yùn)動→高速適應(yīng)性好通道節(jié)流→dp/dφ↓、振動噪聲↓有二次混合作用→燃料適應(yīng)性好節(jié)流、散熱損失大→be↑節(jié)流、散熱損失大→冷起動性差冷起動性差→ε↑預(yù)燃室燃燒室→惰轉(zhuǎn)噪聲三、直噴式燃燒室1、開式燃燒室（統(tǒng)一式）燃燒室結(jié)構(gòu)簡單：淺坑。純空間霧化混合→對供油要求高不組織空氣運(yùn)動→ηv↑空氣利用率低→α

↑τi期形成的混合氣數(shù)量↑→dp/dφ↑、pmax↑空間霧化、節(jié)流散熱損失↓→be↓、冷起動性↑適用于大缸徑NOX↑2、半開式燃燒室中的空氣運(yùn)動（1）進(jìn)氣渦流螺旋進(jìn)氣道；切向進(jìn)氣道。進(jìn)氣時(shí)產(chǎn)生，到使用時(shí)衰減很大。渦流強(qiáng)度可大→ηv↓（2）擠壓渦流對ηv無影響，產(chǎn)生時(shí)刻恰當(dāng)。受擠氣面積影響，渦流強(qiáng)度不大。3、半開式燃燒室燃燒室結(jié)構(gòu)：深凹坑，有ω形、平底形，有縮口和不縮口的?？臻g霧化混合+適當(dāng)?shù)目諝膺\(yùn)動→對供油要求降低?？諝饫寐噬蕴岣摺?1.3-1.5τi期形成的混合氣數(shù)量↑→dp/dφ↑、pmax↑空間霧化、節(jié)流散熱損失↓→be↓、冷起動性↑適用于中、小缸徑NOX↑4、直噴式燃燒室的特點(diǎn)1）空間霧化混合→be↓、冷起動性好。2）燃燒室結(jié)構(gòu)簡單→節(jié)流、散熱損失↓→be↓、冷起動性好。3）對供油系統(tǒng)要求高；半開式對進(jìn)氣渦流要求也高。4）NOX↑5）對轉(zhuǎn)速變化敏感；轉(zhuǎn)速不高。四、其它燃燒室1、