柴油機(jī)混合氣形成和燃燒

1、關(guān)于柴油機(jī)混合氣形成與燃燒第一張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 四種基本形式內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)氣體運(yùn)動(dòng)方式渦流擠流滾流湍流第二張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 進(jìn)氣渦流 在進(jìn)氣過(guò)程中形成的繞氣缸軸線旋轉(zhuǎn)的有組織的氣流運(yùn)動(dòng)，稱(chēng)為進(jìn)氣渦流。產(chǎn)生進(jìn)氣渦流運(yùn)動(dòng)的方法有:導(dǎo)氣屏、切向進(jìn)氣道、螺旋進(jìn)氣道、組合進(jìn)氣系統(tǒng)1. 渦流渦流第三張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 導(dǎo)氣屏 設(shè)置在進(jìn)氣門(mén)上，導(dǎo)引進(jìn)氣流以不同角度流入氣缸在氣缸壁面的約束配合下產(chǎn)生渦流。第四張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 切向進(jìn)氣道 螺旋進(jìn)氣道圖5-21切向氣道、螺旋氣道的原理a) 切向氣道

2、b) 純螺旋氣道組合進(jìn)氣系統(tǒng) 在2個(gè)進(jìn)氣門(mén)的發(fā)動(dòng)機(jī)上，采用不同類(lèi)型或不同角度的兩個(gè)進(jìn)氣道以組合所需要的渦流和流速分布。第五張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月進(jìn)氣速度分布第六張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月可調(diào)進(jìn)氣渦流 (VARIABLE INLET SWIRL)1直氣道 2螺旋氣道 3SCV 4排氣道4螺旋氣道直氣道(切向氣道)直氣道內(nèi)安裝渦流控制閥(SCV)控制直氣道的進(jìn)氣量螺旋氣道進(jìn)氣量的改變缸內(nèi)進(jìn)氣渦流強(qiáng)度發(fā)動(dòng)機(jī)在中低負(fù)荷工況下，減少直氣道的進(jìn)氣量，提高缸內(nèi)渦流強(qiáng)度，可以改善燃燒，提高動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。在高速高負(fù)荷時(shí)，渦流控制閥全開(kāi)，增加空氣的吸入量，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的

3、高速性能。第七張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月導(dǎo)氣屏方法簡(jiǎn)單，進(jìn)氣道可不作特殊設(shè)計(jì)，通過(guò)改變導(dǎo)氣屏的包角和導(dǎo)氣屏重點(diǎn)的安裝位置（角度），可調(diào)節(jié)渦流強(qiáng)度04，但阻力最大。一般用于少數(shù)汽油機(jī)。切向氣道形狀簡(jiǎn)單，渦流比小12，適用于對(duì)渦流強(qiáng)度要求不高的發(fā)動(dòng)機(jī)。螺旋氣道的形狀最復(fù)雜，渦流比24，同樣渦流比時(shí)的進(jìn)氣阻力小于切向氣道，適用于對(duì)進(jìn)氣渦流強(qiáng)度要求較高的發(fā)動(dòng)機(jī)。組合式進(jìn)氣渦流系統(tǒng) 上述方法進(jìn)行組合，以達(dá)到需要的渦流和流速分布。進(jìn)氣渦流在壓縮過(guò)程中，一邊旋轉(zhuǎn)一邊被擠入燃燒室凹坑。為加速混合氣的形成，不僅應(yīng)注意進(jìn)氣渦流比，更應(yīng)該注意壓縮終了時(shí)燃燒室內(nèi)的渦流比，因?yàn)樗约吧现裹c(diǎn)附近的渦流

4、強(qiáng)度對(duì)燃燒過(guò)程影響更大。第八張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 壓縮渦流 在柴油機(jī)渦流室燃燒室中，進(jìn)氣過(guò)程不產(chǎn)生渦流，在壓縮過(guò)程中由主燃燒室經(jīng)連通道進(jìn)入渦流室（副燃燒室）時(shí)，形成強(qiáng)烈的壓縮渦流。 該方式不導(dǎo)致進(jìn)氣阻力增大和進(jìn)氣充量下降，但存在能量消耗，使循環(huán)熱效率降低。第九張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2. 擠流當(dāng)活塞接近上止點(diǎn)時(shí)，氣缸內(nèi)的空氣被擠入活塞頂部的燃燒室凹坑內(nèi)，由此產(chǎn)生擠壓渦流(擠流)。 當(dāng)活塞下行時(shí)，凹坑內(nèi)的燃燒氣體又向外流到活塞頂部外圍的環(huán)型空間，與空氣進(jìn)一步混合燃燒，這種流動(dòng)也稱(chēng)為逆擠流。圖5-23擠流的形成 a) 無(wú)進(jìn)氣渦流或渦流不強(qiáng)時(shí)的擠流 b

5、) 進(jìn)氣渦流強(qiáng)時(shí)的擠流 c) 逆擠流 擠流（Squish）第十張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月擠流（Squish） 壓縮行程后期，部分活塞頂面和氣缸蓋相互靠近擠壓所產(chǎn)生的徑向或橫向的氣流運(yùn)動(dòng)。 當(dāng)活塞下行時(shí)，燃燒室中的氣體向外流到環(huán)形空間，產(chǎn)生逆擠流。第十一張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 擠流強(qiáng)度取決于燃燒室凹坑喉口直徑dk與活塞直徑之比，以及活塞頂間隙s0，dk和s0越小，即流強(qiáng)度越大。擠流不影響充量系數(shù)，有助于混合氣的形成，但由于持續(xù)時(shí)間較短（僅在上止點(diǎn)附近），強(qiáng)度相對(duì)較弱，一般僅是起配合作用。在汽油機(jī)和柴油機(jī)都有應(yīng)用，汽油機(jī)緊湊型燃燒室都利用較強(qiáng)的擠流運(yùn)動(dòng)增

6、強(qiáng)燃燒室的湍流強(qiáng)度，促進(jìn)混合氣快速燃燒。第十二張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月3. 滾流滾流滾流 (Tumble)進(jìn)氣過(guò)程中形成的繞氣缸軸線的垂線旋轉(zhuǎn)的有組織的空氣旋流叫滾流，也稱(chēng)為縱渦或橫軸渦流。它在壓縮過(guò)程中動(dòng)量衰減少，在上止點(diǎn)附近變成的小渦流和高強(qiáng)度湍流，比進(jìn)氣渦流效果好，對(duì)燃燒過(guò)程極為有利。用于汽油機(jī)和柴油機(jī)，在缸內(nèi)直噴汽油機(jī)上得到廣泛應(yīng)用。 同時(shí)使用渦流與滾流，合成為斜軸渦流（inclined swirl）第十三張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月滾流的形成與破碎a)進(jìn)氣過(guò)程 b) 壓縮過(guò)程 c) 壓縮終了第十四張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月4

7、. 湍流湍流 在氣缸內(nèi)形成的無(wú)規(guī)則的小尺度氣流運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為湍流，也稱(chēng)微渦流。用以促進(jìn)燃油和空氣的微混合程度，產(chǎn)生方法多樣。第十五張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 內(nèi)燃機(jī)氣缸中的氣體流動(dòng)是無(wú)規(guī)則的非定常運(yùn)動(dòng)，氣體內(nèi)部及其與固體表面相互作用，使渦不斷產(chǎn)生、發(fā)展、分裂和消失，成為湍流運(yùn)動(dòng)。湍流特征參數(shù)： 平均湍流速度 湍流強(qiáng)度平均速度瞬時(shí)速度第十六張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月內(nèi)燃機(jī)氣缸內(nèi)的湍流是高度不定常湍流。湍流與燃燒、排放物生成關(guān)系極大，例如對(duì)火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)，主要表現(xiàn)在對(duì)火焰?zhèn)鞑ニ俾?、燃燒速率、循環(huán)變動(dòng)以及稀燃極限等方面；對(duì)壓燃點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)擴(kuò)散燃燒階段的燃燒速率取決于空

8、氣和燃料混合速率，在湍流中物質(zhì)傳輸和混合速率均大大高于分子間的擴(kuò)散速率，在一定范圍內(nèi)增加湍流強(qiáng)度，將有利于燃燒過(guò)程的進(jìn)行和降低煙度。缸內(nèi)湍流產(chǎn)生的原因主要可分為兩大類(lèi)：（1）壁面湍流（Wall turbulence）氣流流過(guò)固體物體表面時(shí)產(chǎn)生的；（2）自由湍流（free turbulengce）。內(nèi)燃機(jī)氣缸內(nèi)的湍流是以上兩種湍流的合成。 第十七張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月汽油機(jī)的燃燒 預(yù)混可燃混合氣 火花點(diǎn)燃 火焰?zhèn)鞑ゲ裼蜋C(jī)的燃燒 空氣 燃油缸內(nèi)直噴 壓燃 預(yù)混擴(kuò)散燃燒進(jìn)氣流動(dòng) CHARGE MOTION 湍流促進(jìn)燃燒渦流促進(jìn)混合和燃燒第十八張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2

9、022年6月 總體而言，各種氣流運(yùn)動(dòng)在帶來(lái)混合氣形成和燃燒有利的同時(shí)，也或多或少的導(dǎo)致了進(jìn)氣充量下降和泵氣損失增加，且發(fā)動(dòng)機(jī)高、低轉(zhuǎn)速時(shí)，氣流運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度變化較大，其作用的穩(wěn)定性較差。 所以，柴油機(jī)的發(fā)展方向仍是高壓直噴（降低了對(duì)氣流運(yùn)動(dòng)的要求），氣流運(yùn)動(dòng)的組織僅是輔助作用。第十九張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月內(nèi)燃機(jī)燃料供給系統(tǒng)分類(lèi) FUEL DELIVERY SYSTEM FOR ENGINES 內(nèi)燃機(jī)按使用的燃料分為汽油機(jī)和柴油機(jī)。汽油較易蒸發(fā)，自燃溫度較高。外部混合氣形成方式，電火花點(diǎn)火。變量調(diào)節(jié)內(nèi)燃機(jī)的工況調(diào)節(jié)是通過(guò)改變進(jìn)入氣缸的混合氣量實(shí)現(xiàn)的。第二十張，PPT共一百六十三

10、頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月柴油高壓噴射內(nèi)部混合氣形成方式，壓燃著火。揮發(fā)性差，自燃溫度低。變質(zhì)調(diào)節(jié)內(nèi)燃機(jī)的工況調(diào)節(jié)是通過(guò)改變噴入氣缸燃油量方式實(shí)現(xiàn)的。第二十一張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月一、汽油機(jī)的燃料供給系統(tǒng)SI engine fuel delivery system化油器 Carburetor System電控汽油噴射系統(tǒng) Electronic Fuel Injection System (EFI) SPI, PFI, MPI第二十二張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月二、柴油機(jī)的燃料供給系統(tǒng) Diesel Injection System泵管嘴噴射系統(tǒng) Pump

11、-line-nozzle system泵噴嘴噴射系統(tǒng) Unit Injector System高壓共軌電控噴射系統(tǒng) Common rail system第二十三張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月及時(shí)、適量的向內(nèi)燃機(jī)氣缸內(nèi)提供燃料;高質(zhì)量形成可燃混合氣，保證燃燒高效進(jìn)行。 三、內(nèi)燃機(jī)燃料供給系統(tǒng)的基本功能Primary function of fuel delivery system第二十四張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒過(guò)程是將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿倪^(guò)程。進(jìn)入氣缸的燃料燃燒完全的程度，直接影響到熱量產(chǎn)生的多少和排除廢氣的成分，而燃燒時(shí)間或燃燒相當(dāng)于曲軸轉(zhuǎn)

12、角的位置，又關(guān)系到熱量的利用和汽缸壓力的變化，所以燃燒過(guò)程是影響發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性和排氣污染的主要過(guò)程，對(duì)噪聲、振動(dòng)、起動(dòng)性能和使用壽命也有很大影響。第二十五張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能的效率相對(duì)較高，熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率（熱機(jī)效率）相對(duì)較低。內(nèi)燃機(jī)真實(shí)熱力循環(huán)的轉(zhuǎn)換熱效率必須考慮真實(shí)工質(zhì)和循環(huán)特點(diǎn)。內(nèi)燃機(jī)特有的燃燒規(guī)律-正常、異常燃燒過(guò)程對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放特性等主要特性有重大影響。第二十六張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第五章 柴油機(jī)混合氣的形成和燃燒第二十七張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月主要內(nèi)容第一節(jié) 燃油的噴射

13、與霧化第二節(jié) 燃燒與放熱第三節(jié) 混合氣形成與燃燒室第四節(jié) 燃燒過(guò)程的優(yōu)化第二十八張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月柴油的粘度較大，揮發(fā)性較差，需借助機(jī)械噴射的方法使燃油霧化成細(xì)小油滴，然后在氣缸內(nèi)部與空氣混合，并利用壓縮工質(zhì)的高溫使可燃混合氣著火燃燒。根據(jù)可燃混合氣形成的特點(diǎn)，燃燒過(guò)程是在邊蒸發(fā)、混合、邊燃燒的情況下進(jìn)行的，基本上屬于擴(kuò)散混合燃燒。其燃燒的完善程度在很大程度上受到可燃混合氣形成速度及質(zhì)量的影響。因此，改善可燃混合氣的質(zhì)量，并使其形成速度與燃燒速度相適應(yīng)，是改善柴油機(jī)燃燒性能的一個(gè)核心問(wèn)題。第二十九張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月一、噴油系統(tǒng) 1、作用及

14、要求 作用：定時(shí)定量并按一定規(guī)律向柴油機(jī)各缸供給高壓燃油。 柴油機(jī)具有熱效率高、可靠性好、排氣污染少和較大功率范圍內(nèi)的適應(yīng)性等優(yōu)點(diǎn)，因而在汽車(chē)上的應(yīng)用愈來(lái)愈廣泛。第一節(jié) 燃料噴射與霧化 FUEL SPRAY & ATOMIZATION第三十張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月要求： 1) 產(chǎn)生足夠高的噴油壓力保證良好的霧化、混合、燃燒； 2) 實(shí)現(xiàn)所要求的噴油規(guī)律保證合理的燃燒放熱規(guī)律和良好的綜合性能； 3) 精確控制噴油量和噴油時(shí)間滿足穩(wěn)定工況循環(huán)噴油量一致，滿足工況變化要求，保證各缸噴油量均勻和噴油正時(shí)； 4) 避免出現(xiàn)異常噴射現(xiàn)象。第三十一張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于202

15、2年6月常見(jiàn)的柴油機(jī)噴油泵可以分為柱塞式直列泵和轉(zhuǎn)子分配泵兩類(lèi)。直列泵包括直列多缸泵、單體泵和泵噴嘴系統(tǒng)，多用于大、中型車(chē)用柴油機(jī)。轉(zhuǎn)子式分配泵系統(tǒng)有端面凸輪驅(qū)動(dòng)的VE泵系統(tǒng)和內(nèi)凸輪驅(qū)動(dòng)的徑向?qū)χ弥到y(tǒng)，多用于轎車(chē)和輕型車(chē)柴油機(jī)。兩相比較，分配泵具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕，能在高轉(zhuǎn)速下工作的優(yōu)點(diǎn)，但難以達(dá)到較高的噴油壓力，并且對(duì)燃油質(zhì)量要求較高。近代柴油機(jī)電控噴油技術(shù)共軌（common rail）系統(tǒng)，不同于柱塞脈動(dòng)噴油原理。2、分類(lèi)第三十二張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月電控燃油噴射技術(shù)方面：柴油機(jī)電控比汽油機(jī)電控復(fù)雜、技術(shù)要求高、特別反映在柴油機(jī)電控系統(tǒng)的噴射執(zhí)行器上，因

16、為它在高壓下（比汽油機(jī)的高幾十倍乃至幾百倍）工作，對(duì)密封、工藝的要求特別高，控制用電磁閥不僅要求響應(yīng)速度高，而且要求體積小，能承受高溫、高壓的作用，技術(shù)難度相當(dāng)大，此外柴油機(jī)對(duì)噴油提前角控制精度也比汽油機(jī)對(duì)點(diǎn)火提前角的控制精度要高。高壓電控共軌系統(tǒng)具備齊全的功能，發(fā)展?jié)摿ψ畲?。第三十三張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月3、噴油系統(tǒng)的工作原理圖5-1 柱塞式噴油泵燃油供給系1噴油器 2燃油濾清器 3直列柱塞式噴油泵 4噴油提前器 5輸油泵 6調(diào)速器 7油水分離器 8油箱 9高壓油管 10回油管 11低壓油管1. 柱塞式噴油泵供油系統(tǒng) 第三十四張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年

17、6月2. 分配式噴油泵供油系統(tǒng) 圖5-2 分配式噴油泵燃油供給系l-油箱 2-油水分離器 3-一級(jí)輸油泵 4-二級(jí)輸油泵 5-燃油濾清器 6-調(diào)壓閥 7-分配式噴油泵傳動(dòng)軸 8-調(diào)速手柄 9-分配式噴油泵體 10-噴油器 11-回油管12-分配式噴油泵 13-噴油提前器 14-調(diào)速器傳動(dòng)齒輪 第三十五張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月3、共軌系統(tǒng) Common Rail System柴油機(jī)共軌式燃料供給系統(tǒng)，能產(chǎn)生較高的噴油壓力（130180MPa)。壓力基本上可保持恒定而不受柴油機(jī)轉(zhuǎn)速與負(fù)荷的影響，屬于恒壓式燃料供給系統(tǒng)。系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：改善了柴油機(jī)在低速與低負(fù)荷時(shí)的噴霧品質(zhì);由于燃料

18、噴射是依靠電磁閥開(kāi)啟時(shí)間的控制方式，比較容易對(duì)噴油時(shí)刻與噴油持續(xù)期進(jìn)行調(diào)節(jié)，能夠?qū)崿F(xiàn)較為理想的噴油規(guī)律;.在柴油機(jī)上的布置比較容易。第三十六張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月Common Rail System第三十七張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月高壓共軌是電控燃油噴射系統(tǒng)：（1）能在發(fā)動(dòng)機(jī)全部運(yùn)行范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)每循環(huán)噴油量、噴油定時(shí)、噴油壓力和噴油規(guī)律（噴油率injection rate）各自獨(dú)立的控制。（2）具有極好的燃油密封性。用減少高壓油泄漏量的辦法，減少驅(qū)動(dòng)燃油泵的功率損失。（3）具有好的可安裝性，對(duì)柴油機(jī)不要求附加驅(qū)動(dòng)軸，可以像通常的直列式油泵一樣安裝，只

19、需略加修改噴油器支架，就可安裝電控噴油器。其缺點(diǎn)是目前的噴射壓力尚只能達(dá)到120MPa。 第三十八張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月噴油器可分為孔式和軸針式?？资揭话阌糜谥眹娛饺紵?，軸針式一般用于非直噴式燃燒室。噴孔流通截面積與升程的關(guān)系稱(chēng)為噴油嘴的流通特性。4、噴油器第三十九張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月圖5-5 噴油器的頭部結(jié)構(gòu)(a) 單孔 (b) 多孔 (c) 標(biāo)準(zhǔn)軸針 (d) 節(jié)流軸針圖5-6不同噴油嘴的流通特性 第四十張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月噴孔數(shù)-與進(jìn)氣渦流匹配對(duì)于有進(jìn)氣渦流的中小功率柴油機(jī)，噴孔數(shù)為4 6個(gè)，噴孔直徑為0.150

20、.35mm;對(duì)于缸徑較大的柴油機(jī)，一般不組織進(jìn)氣渦流，噴孔多達(dá)7 12個(gè);壓力室容積噴油結(jié)束后，壓力室中蓄有的少量燃油仍會(huì)因膨脹而進(jìn)入燃燒室，惡化了柴油機(jī)的煙度與HC的排放指標(biāo);壓力室容積，可以采用小壓力室（容積小于1mm3）和無(wú)壓力室（VCO）噴嘴。目前歐洲的轎車(chē)柴油機(jī)上的發(fā)展趨勢(shì)是采用小壓力室結(jié)構(gòu)。 第四十一張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月噴孔面積噴嘴噴孔面積大小與噴油器針閥的升程、噴嘴的結(jié)構(gòu)型式、噴油壓力、供油速率和柴油機(jī)結(jié)構(gòu)型式有關(guān)。孔式噴嘴的最大噴孔截面取決于噴孔的數(shù)目和直徑，而軸針式噴嘴最大噴孔截面取決于針閥最大升程和噴嘴頭部的形狀。噴孔面積過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致噴油壓力與噴油

21、速率降低，噴油持續(xù)期縮短，噴油霧化質(zhì)量變差。噴孔面積過(guò)小，則噴油壓力過(guò)高且易產(chǎn)生不正常噴射。 第四十二張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月噴油泵的速度特性在油量調(diào)節(jié)齒桿位置不變時(shí)，噴油泵每循環(huán)噴油量gb隨油泵轉(zhuǎn)速np（或柴油機(jī)轉(zhuǎn)速n）變化的特性。齒桿在標(biāo)定工況油量位置時(shí)的速度特性叫做噴油泵的速度外特性。 第四十三張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月實(shí)線1柴油機(jī)充氣系數(shù) 實(shí)線2柴油機(jī)轉(zhuǎn)矩曲線 實(shí)線3噴油泵速度外特性 實(shí)線4噴油泵部分負(fù)荷速度特性虛線5噴油泵外特性校正 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速第四十四張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月二、噴射與霧化 燃油噴射指標(biāo)：噴油特性和噴霧特

22、性噴油特性：噴油開(kāi)始時(shí)間、噴油持續(xù)時(shí)間、噴油速 率變化和噴油壓力噴霧特性：油束貫穿距離、噴霧錐角、噴霧粒徑、 油束中燃油濃度、速度和粒度的分布規(guī)律噴油特性是噴油系統(tǒng)在高壓油路中的行為，主要包括噴油開(kāi)始時(shí)間、噴油持續(xù)期、噴油速率變化以及噴油壓力。噴霧特性是燃油噴入燃燒室后的行為，主要包括貫穿距離、噴霧錐角、噴霧粒徑，以及油束中燃油濃度、速度和粒度的分布規(guī)律。第四十五張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月1.噴射過(guò)程:定義：噴油泵開(kāi)始供油直至噴油器停止噴 油的過(guò)程，整個(gè)噴射過(guò)程在全負(fù)荷 下約占15 40曲軸轉(zhuǎn)角。 第四十六張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月噴射過(guò)程噴射延遲階段I

23、：從噴油泵柱塞頂封閉進(jìn)回油孔的理論供油始點(diǎn)到噴油器針閥開(kāi)始升起(噴油始點(diǎn))為止。主噴射階段 ：從噴油始點(diǎn)到噴油器端壓力開(kāi)始急劇下降為止。噴油結(jié)束階段 ：從噴油器端壓力開(kāi)始急劇下降針閥完全落座 (噴油終點(diǎn))為止。圖5-7噴射過(guò)程a) 噴油泵端壓力 b) 噴油器端壓力 c) 針閥升程 第四十七張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月供油提前角、噴油提前角與噴油持續(xù)期 噴油提前角: 燃料噴入氣缸時(shí)刻到上止點(diǎn)之間的曲軸轉(zhuǎn)角。 供油提前角: 噴油泵柱塞關(guān)閉進(jìn)回油孔開(kāi)始?jí)河偷交钊?止點(diǎn)所經(jīng)歷的曲軸轉(zhuǎn)角。 噴油持續(xù)期: 由噴油開(kāi)始至噴油結(jié)束之間的時(shí)間。第四十八張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022

24、年6月第四十九張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月噴射延遲階段I壓力波傳導(dǎo)。供油始點(diǎn)和噴油始點(diǎn)一般用供油提前角H和噴油提前角fj來(lái)表示，兩者之差H-fj稱(chēng)為噴油延遲角。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速越高以及高壓油管越長(zhǎng)，則噴油延遲角越大。主噴射階段持續(xù)供油。持續(xù)時(shí)間取決于循環(huán)供油量和噴油速率，通過(guò)噴油泵柱塞的有效行程（隨柴油機(jī)的負(fù)荷變化）來(lái)決定。噴油結(jié)束階段泵端壓力急劇下降。噴油霧化質(zhì)量下降，所以噴油結(jié)束階段應(yīng)干脆、迅速。第五十張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2.供油規(guī)律與噴油規(guī)律：供油速率：?jiǎn)挝煌馆嗇S轉(zhuǎn)角（或單位時(shí)間）由噴油泵供入高壓油路中的燃油量；噴油速率：?jiǎn)挝煌馆嗇S轉(zhuǎn)角（或單位時(shí)間）

25、由噴油器噴入燃燒室內(nèi)的燃油量；供油規(guī)律：供油速率隨凸輪軸轉(zhuǎn)角（或時(shí)間）的變化關(guān)系。噴油規(guī)律：噴油速率隨凸輪軸轉(zhuǎn)角（或時(shí)間）的變化關(guān)系。第五十一張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月差別： 始點(diǎn)差別812曲軸轉(zhuǎn)角； 噴油持續(xù)時(shí)間較供油持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)； 最大噴油速率較供油速率低，其形狀有明顯畸變，循環(huán)噴油量也低于循環(huán)供油量。圖5-8 供油規(guī)律和噴油規(guī)律 第五十二張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月兩者的差別主要原因： 1.燃油的可壓縮性高壓下體積壓縮 2.壓力波傳播滯后管長(zhǎng)和轉(zhuǎn)速 3.壓力波動(dòng)壓力波往復(fù)反射和疊加 4.高壓容積變化管路和閥室等的彈性 噴油規(guī)律是柴油機(jī)燃燒和性能優(yōu)化的重

26、要方面。第五十三張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月3.噴霧特性與霧化質(zhì)量：燃油噴入燃燒室后，先是液柱，然后在湍流和液體表面張力的作用下，并與卷入的空氣摩擦沖撞，被細(xì)化成燃油微粒。這個(gè)過(guò)程，稱(chēng)為燃油的噴霧或霧化。將燃油噴射霧化，可以大大增加其表面積，加速混合氣形成。當(dāng)燃油高速?gòu)膰娍讎姵?噴出速度為l00一300ms)，油束由于壓力差作用，逐漸橫向擴(kuò)張，便形成圓錐形狀。第五十四張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月湍流和表面張力的作用下，噴霧過(guò)程可分為液柱（分裂距離）、分裂和霧化三個(gè)階段。第五十五張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 燃油霧化 SPRAY ATOMIZ

27、ATION第五十六張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 油束的幾何形狀主要包括油束射程L(又稱(chēng)貫穿距離)和噴霧錐角或油束的最大寬度B。圖5-9 油束的幾何形狀和參數(shù) 噴射壓力、噴油孔的長(zhǎng)度直徑比、空氣與燃油密度比等決定油束的幾何形狀。第五十七張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 貫穿距離和噴霧錐角表征噴油射束在空間的幾何分布特性，與燃燒室內(nèi)的空氣利用及混合氣均勻性都有密切關(guān)系。第五十八張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月貫穿距離 柴油機(jī)燃燒時(shí)，希望油束盡可能到達(dá)燃燒室壁面附近，以使燃料分布區(qū)域擴(kuò)大，特別是高負(fù)荷時(shí)，由于噴油過(guò)程一般要持續(xù)到著火以后，易產(chǎn)生“火包油”

28、現(xiàn)象，這時(shí)希望油束有足夠的貫穿力，穿透火焰到達(dá)周?chē)諝鈪^(qū)。a 油束射程L第五十九張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月但并不一定越大越好，這要根據(jù)混合氣形成的機(jī)理與燃燒室形狀具體分析。L 燃料噴到壁面上多 空間混合氣太稀。L 燃料集中 混合氣分布不均勻，空氣利用。 貫穿率是指貫穿距離與噴孔沿軸線到燃燒室壁面距離的比值。 直噴式柴油機(jī)，一般貫穿率1，但如存在強(qiáng)渦流，則1。 近年來(lái)出現(xiàn)的撞擊噴霧，貫穿率要大于1。第六十張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月b 噴霧錐角反映油束的緊密程度。孔式噴嘴 大 油束松散，粒細(xì)。軸針式噴嘴 小 油束緊密，粒粗。一般情況下：噴霧錐角過(guò)大，貫穿距離

29、會(huì)減??；噴霧錐角過(guò)小，霧化程度會(huì)變差。第六十一張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月油束夾角應(yīng)滿足沿氣缸軸向燃油在活塞頂上方的落點(diǎn)處在同一高度；油束錐面下部包含的燃燒室容積與上部到缸蓋底面包含的容積基本相同。油束夾角一般在140 160之間。油束錐面還與噴嘴突出氣缸蓋底面高度有關(guān)。突出高度在2 4mm之間。各油束在活塞頂平面的投影位置應(yīng)使油束分布與燃燒室內(nèi)的空氣分布與渦流相適應(yīng)。噴霧錐角與噴射壓力、孔徑、孔長(zhǎng)及加工質(zhì)量等有關(guān)，其值一般為15 30。 油束分布-噴孔夾角大小兼顧油束上下空氣利用第六十二張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月c 霧化質(zhì)量（霧化特性） 用油滴的細(xì)度和均

30、勻度表示。細(xì)度用油滴的平均直徑表示，該值越小霧化質(zhì)量越好；均勻度是表示油束中油滴大小相同程度及直徑分布的均勻程度。常用索特（Sauter）粒徑作為指標(biāo)評(píng)價(jià)霧化粒徑。它也叫索特平均直徑SMD，是所有油?？傮w積與總表面積之比。 一般隨噴油壓力的提高，噴霧粒徑變細(xì)且均勻度也提高。第六十三張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月油滴平均直徑 SAUTER MEAN DIAMETER索特平均直徑(SMD)：整個(gè)油束的液滴總體積與總表面積的比 一般柴油噴霧粒徑在1050m,SMD約為2040m。第六十四張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月噴油壓力對(duì)噴霧性能的影響 噴油壓力愈高，燃料噴霧粒度

31、愈細(xì)，噴油速率也愈高，柴油機(jī)的煙度與微粒排放指標(biāo)也愈好。小型分隔式燃燒室（渦流室與預(yù)燃室）柴油機(jī)，由于主副室之間的氣體流動(dòng)為燃料的霧化與混合氣形成提供了較多的能量，噴油壓力一般不超過(guò)40MPa。直噴式柴油機(jī)為了達(dá)到歐排放標(biāo)準(zhǔn)，噴油壓力應(yīng)當(dāng)不低于120150MPa，甚至要求達(dá)到200MPa。采用共軌或泵噴嘴系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn) 。第六十五張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月3.不正常噴射(一)二次噴射 二次噴射是在噴油器針閥落座后，在過(guò)大的反射波作用下，針閥再次升起進(jìn)行噴油的一種不正?，F(xiàn)象。二次噴射壓力低，這部分燃油霧化不良，燃燒不完全，排放污染增加，易積炭堵塞噴孔，并使整個(gè)噴射延續(xù)期拉長(zhǎng)，后燃

32、燒嚴(yán)重，柴油機(jī)經(jīng)濟(jì)性下降，零部件過(guò)熱。在高速、大負(fù)荷時(shí)易出現(xiàn)。第六十六張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月二次噴射 SECONDARY INJECTION 燃油噴射終了后，針閥又不受控制地第二次開(kāi)啟向氣缸內(nèi)噴油的現(xiàn)象。 正常噴射二次噴射第六十七張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 二次噴射的危害 噴油持續(xù)時(shí)間延長(zhǎng);燃油霧化質(zhì)量差，燃燒不完全且后燃嚴(yán)重，燃油消耗率和煙度增加;排溫升高零部件過(guò)熱;產(chǎn)生噴孔積炭堵塞。第六十八張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月在柴油機(jī)大負(fù)荷、高速運(yùn)轉(zhuǎn)工況下，燃油在高壓作用下的可壓縮性和壓力波在高壓油路中的傳播與反射。 消除二次噴射的措施

33、 減少高壓油路的容積增大噴孔直徑增大出油閥彈簧剛度與開(kāi)啟壓力采用阻尼閥與等壓式出油閥 二次噴射產(chǎn)生的原因第六十九張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月(二)滴油 在正常噴射結(jié)束后，如斷油不干脆（油路壓力下降過(guò)慢，針閥不能迅速落座），仍有少量柴油滴出，稱(chēng)為滴油。由于速度、壓力低，難于霧化，易生成積炭，堵塞噴孔，且增加排放污染。(三)斷續(xù)噴射 由于在某些瞬間噴油泵供油不足，造成噴油器針?lè)ㄔ趪娚溥^(guò)程中周期性跳動(dòng)，噴油出現(xiàn)斷斷續(xù)續(xù)。燃燒不穩(wěn)定。第七十張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月(四)不規(guī)則噴射和隔次噴射供油量過(guò)小時(shí)，循環(huán)噴油量不斷變動(dòng)，甚至不能保證每次循環(huán)供油。在怠速時(shí)容易出

34、現(xiàn)。第七十一張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月不穩(wěn)定噴射 UNSTABLE INJECTION 某些工況（低怠速工況）下，當(dāng)結(jié)構(gòu)參數(shù)匹配不當(dāng)時(shí)，循環(huán)供油量不斷變動(dòng)，各循環(huán)噴油規(guī)律也有差異的現(xiàn)象。 測(cè)量針閥升程和噴油規(guī)律即可加以判定。 不齊噴射：針閥開(kāi)啟不足，針閥的跳動(dòng)無(wú)一 定的規(guī)律，造成每循環(huán)噴油量的變動(dòng)。 隔次噴射：有的循環(huán)針閥不能開(kāi)啟 第七十二張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月消除不穩(wěn)定噴射措施 合理選擇燃料供給系統(tǒng)的參數(shù)具有兩級(jí)開(kāi)啟壓力特性的雙彈簧噴油器 不穩(wěn)定噴射原因高速、大負(fù)荷時(shí)，為提高噴油速率而采用高噴射壓力，為防止二次噴射又采用了較大的出油閥減壓容積，導(dǎo)致

35、在低怠速工況時(shí)，循環(huán)供油量少，柱塞有效供油行程小，漏油增多，油壓低，加之在高壓油路中減壓過(guò)度，造成高壓油路系統(tǒng)殘壓降低并產(chǎn)生周期性的波動(dòng)，從而使循環(huán)噴油量也相應(yīng)產(chǎn)生變化。 第七十三張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月(五) 穴蝕在高壓油路中壓力接近零時(shí)，會(huì)產(chǎn)生氣穴，它在高壓時(shí)爆裂而產(chǎn)生沖擊波，對(duì)金屬表面形成沖擊，影響噴油系統(tǒng)的工作可靠性和壽命。第七十四張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月氣穴與穴蝕 CAVITATION當(dāng)高壓油路內(nèi)壓力急劇下降時(shí)，溶解在其中的空氣先行析出，隨后當(dāng)壓力下降到與其溫度相應(yīng)的飽和蒸氣壓時(shí)，高壓油路中的燃油開(kāi)始汽化，兩者構(gòu)成的密集氣泡的現(xiàn)象。它在高壓

36、時(shí)爆裂而產(chǎn)生沖擊波，對(duì)金屬表面形成沖擊，影響噴油系統(tǒng)的工作可靠性和壽命。引起噪聲與振動(dòng); 使金屬疲勞而剝落，出現(xiàn)穴蝕現(xiàn)象; 降低了介質(zhì)的彈性模數(shù)和聲速，影響了噴油正時(shí)與相鄰循環(huán)的工作穩(wěn)定性.消除穴蝕的措施 采用等壓式出油閥 第七十五張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 為避免異常噴射現(xiàn)象，應(yīng)盡可能縮短高壓油管長(zhǎng)度，減小高壓容積，以減緩壓力波動(dòng)；合理選擇噴油系統(tǒng)的參數(shù)，如噴油泵柱塞直徑、凸輪型線、出油閥結(jié)構(gòu)及尺寸、出油閥減壓容積、高壓油管內(nèi)徑、噴油器噴油孔尺寸、噴油器開(kāi)啟壓力等。如： (1)減少高壓油路中的容積 (2)適當(dāng)加大噴油器的噴孔直徑 (3)適當(dāng)加大出油閥的減壓容積第七十六張，

37、PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第二節(jié) 燃燒與放熱燃燒過(guò)程的特點(diǎn) 1. 高壓噴油在氣缸內(nèi)部形成可燃混合氣。 2. 壓縮自燃。柴油機(jī)的燃燒過(guò)程可分為四個(gè)階段： 1 著火落后期(又稱(chēng)為滯燃期)； 2 速燃期； 3 緩燃期； 4 補(bǔ)燃期 。第七十七張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月一、單油滴燃燒 Combustion of single droplet第七十八張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月圖6-1 單個(gè)油滴的著火區(qū)域直徑：5150um(中間較大)Tc-熱空氣溫度；Tw-油滴周?chē)旌蠚鉁囟龋籆u-油滴周?chē)旌蠚鉂舛?；W-化學(xué)反應(yīng)速度。第七十九張，PPT共一百六十三

38、頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月單個(gè)油滴的蒸發(fā)與燃燒，油滴受周?chē)邷馗邏嚎諝獾募訜?，油滴表面被蒸發(fā)氣化，與空氣形成可燃混合氣。自油滴表面向外，形成很大的混合氣濃度和溫度梯度。著火始于混合氣濃度合適的地方，在油滴周?chē)纬梢郧驙钊紵齾^(qū)，燃油蒸氣不斷由內(nèi)側(cè)向火焰面擴(kuò)散，氧氣不斷有周?chē)蚧鹧婷鏀U(kuò)散，在火焰面上進(jìn)行混合燃燒，使燃油濃度和氧氣濃度均變?yōu)?，而溫度達(dá)到最高。高溫燃燒產(chǎn)物和熱量向火焰面兩側(cè)擴(kuò)散，油滴受到火焰?zhèn)鱽?lái)的熱量加速進(jìn)行蒸發(fā)氣化。因此，油滴的擴(kuò)散燃燒速度完全取決于燃油蒸發(fā)和空氣向火焰面的擴(kuò)散速度。這就是為什么稱(chēng)為擴(kuò)散燃燒的原因。由于火焰面形成的高溫氣體包圍著油滴和油蒸氣區(qū)，形成了高溫缺氧氣氛，這是

39、烴燃料裂解反應(yīng)最有利的條件，易生成炭煙。第八十張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月二、液滴燃燒的基本條件形成的燃料蒸氣與空氣的混合氣空燃比要在著火界限內(nèi)。混合氣過(guò)濃，氧分子少，混合氣過(guò)稀，則燃料分子少，這兩種情況的氧化反應(yīng)速率都不夠高，不能形成燃燒。當(dāng)然，一種燃料的著火界限不是一成不變的，而是隨著溫度的升高，分子運(yùn)動(dòng)速率增加，反應(yīng)速率加快，著火界限也有所擴(kuò)大?？扇蓟旌蠚獗仨毐患訜岬阶匀紲囟纫陨喜拍苤?，低于這一溫度，燃料就不能著火。不同燃料的自燃溫度是不同的，它反映燃料的自燃性能，但燃料的自燃溫度還與介質(zhì)壓力、加熱條件及測(cè)試方法等因素有關(guān)。第八十一張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于20

40、22年6月油滴群的蒸發(fā)和燃燒，油滴粒徑在10m以下，在著火前已蒸發(fā)完畢，這就是非均質(zhì)的預(yù)混合燃燒；油滴粒徑在2040m，以每個(gè)油滴為中心形成的擴(kuò)散燃燒和各油滴之間相連區(qū)域形成的預(yù)混合燃燒同時(shí)存在；油滴粒徑大于40m, 火焰面已不連續(xù)了，各油滴獨(dú)立燃燒，基本是以單油滴的擴(kuò)散燃燒為基礎(chǔ)。第八十二張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月油滴群的著火與整個(gè)燃燒室內(nèi)的宏觀空燃比無(wú)關(guān)，只要在油滴周?chē)嬖谥m合燃燒的空燃比區(qū)域，就能在一點(diǎn)或多點(diǎn)同時(shí)著火。噴油油束外圍的油滴粒徑較小，往往較早地蒸發(fā)擴(kuò)散形成過(guò)稀混合氣，因而不會(huì)首先著火；油束中心部的油滴大而密集，也不會(huì)首先著火；因此一般在油束核心與外緣之間

41、混合氣濃度適當(dāng)?shù)牡胤绞紫戎?。?shí)際柴油機(jī)著火往往開(kāi)始于油束頭部，因?yàn)樵摬坑偷螄姵鰰r(shí)間長(zhǎng)，燃前化學(xué)準(zhǔn)備較充分。而在有渦流存在的有旋場(chǎng)中，直徑較小的油滴被吹到下游并容易形成可燃混合氣，著火點(diǎn)往往出現(xiàn)在下游區(qū)域。第八十三張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月油束燃燒第八十四張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月油束燃燒特點(diǎn)著火地點(diǎn)在油束核心與外圍之間混合氣濃度和溫度適當(dāng)?shù)牡胤?。混合氣濃度溫度條件適合的地方不止一個(gè)，因此可以是多點(diǎn)同時(shí)著火。不同循環(huán)的火核形成點(diǎn)也不一定相同，但由于多點(diǎn)著火，循環(huán)變動(dòng)小?；旌蠚膺^(guò)濃或過(guò)稀火焰?zhèn)鞑⒅袛啵c此同時(shí)新的火核和火焰前鋒不斷形成。 第八十五張，PP

42、T共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第八十六張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 噴入氣缸的燃料不是立刻著火，而是經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的延遲，期間形成一定量的可燃混合氣，這部分燃料的燃燒稱(chēng)為預(yù)混燃燒。 預(yù)混燃燒量對(duì)缸內(nèi)最高燃燒壓力、壓力升高率和燃燒噪聲等有重要的影響。 對(duì)柴油機(jī)的NOx的生產(chǎn)與排放影響最大。 一、 預(yù)混燃燒 PREMIXED COMBUSTION柴油機(jī)的燃燒過(guò)程 COMBUSTION IN DIESEL ENGINE第八十七張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 油束（滴）邊蒸發(fā)，邊擴(kuò)散，在與周?chē)諝庑纬煽扇蓟旌虾笕紵?，擴(kuò)散混合速率控制了燃燒速率。 擴(kuò)散燃燒過(guò)程的長(zhǎng)

43、短取決于空氣運(yùn)動(dòng)的組織和燃料的噴射霧化，對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性有重要的影響。 擴(kuò)散燃燒對(duì)柴油機(jī)碳煙/顆粒生成與排放影響最大。二、擴(kuò)散燃燒 diffusion combustion第八十八張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月1 滯燃期(AB段) 2 急燃期 BC段 3 緩燃期 CD段4 后燃期 DE段燃燒過(guò)程的特點(diǎn) 1. 高壓噴油在氣缸內(nèi)部形成可燃混合氣。 2. 壓縮自燃。第八十九張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 （一）著火落后期 從柴油開(kāi)始噴入燃燒室內(nèi)(A點(diǎn))起到著火開(kāi)始點(diǎn)(B點(diǎn))為止的這一段時(shí)期稱(chēng)為著火落后期或滯燃期。 隨壓縮過(guò)程的進(jìn)行，缸內(nèi)空氣壓力和溫度不斷升高，在空燃比、壓

44、力、溫度以及流速等條件合適處，多點(diǎn)同時(shí)著火，隨著著火區(qū)域的擴(kuò)展，缸內(nèi)壓力和溫度升高，并脫離壓縮線。物理化學(xué)過(guò)程局部分先后，總體疊加。 著火落后期第九十張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 影響著火落后期長(zhǎng)短的主要因素是燃燒室內(nèi)工質(zhì)的狀態(tài)： 噴油時(shí)缸內(nèi)的溫度和壓力越高，則著火延遲期越短。柴油的自燃性較好（十六烷值較高），著火延遲期較短。其次因素是燃燒室的形狀和壁溫等。圖5-14 溫度與壓力對(duì)著火落后期的影響 滯燃期長(zhǎng)短影響燃燒特性、動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放特性及噪聲振動(dòng)。第九十一張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月滯燃期 IGNITION DELAY滯燃期過(guò)長(zhǎng)，壓力升高率和最高燃

45、燒壓力高，柴油機(jī)工作粗暴。滯燃期過(guò)短，擴(kuò)散燃燒增加，易惡化柴油機(jī)性能和顆粒排放。第九十二張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月在上止點(diǎn)附近氣體溫度高達(dá)600，高于燃料在當(dāng)時(shí)壓力下的自燃溫度。多點(diǎn)同時(shí)著火。隨著著火區(qū)域的擴(kuò)大，缸內(nèi)壓力和溫度升高，脫離壓縮線。實(shí)際著火點(diǎn)在B點(diǎn)之前。在放熱速率曲線上，由于柴油氣化吸熱，造成著火前dQB/d出現(xiàn)負(fù)值，一旦開(kāi)始燃燒放熱，dQB/d很快由負(fù)變正，所以dQB/d=0就是著火點(diǎn)。一般柴油機(jī)的著火落后角為812，時(shí)間為0.73ms，柴油機(jī)著火落后期長(zhǎng)短會(huì)明顯影響滯燃期內(nèi)噴油量和預(yù)混合氣量的多少，從而影響柴油機(jī)的燃燒特性、動(dòng)力經(jīng)濟(jì)性、排放特性以及噪聲振動(dòng)，

46、必須精確控制。第九十三張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月速燃期（二）速/急燃期速燃期:從開(kāi)始著火（即壓力偏離壓縮線開(kāi)始急劇上升(B點(diǎn)）到出現(xiàn)最高壓力(C點(diǎn))。 RAPID/premixed BURNING PHASE柴油機(jī)的預(yù)混燃燒期在上止點(diǎn)附近快速進(jìn)行，壓力升高率大。形成第一峰放熱。第九十四張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月特點(diǎn)：形成多個(gè)火焰中心，持續(xù)噴油，即隨噴隨燃。溫度、壓力急劇上升，加之在上止點(diǎn)附近，壓力達(dá)到最高。 最大爆發(fā)壓力可達(dá)到13MPa以上，由燃燒過(guò)程、壓縮比、壓縮始點(diǎn)的壓力等決定。 該階段大部分時(shí)間燃燒的主要是在著火落后期內(nèi)形成的可燃混合氣，呈現(xiàn)非均質(zhì)

47、的預(yù)混合燃燒特點(diǎn)。 第九十五張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月速燃期的顯著特點(diǎn)是壓力急劇上升。dp/d的大小對(duì)柴油機(jī)性能至關(guān)重要。直噴式柴油機(jī)的dp/d比一般柴油機(jī)高一些，一般柴油機(jī)的dp/d比汽油機(jī)高一些。從提高動(dòng)力經(jīng)濟(jì)性的角度，希望dp/d大一些為好，但過(guò)大會(huì)使柴油機(jī)工作粗暴，噪聲明顯增加，運(yùn)動(dòng)零部件受到過(guò)大沖擊載荷，壽命縮短；過(guò)急的壓力升高會(huì)導(dǎo)致溫度明顯升高，使氮氧化物NOx生成量明顯增加，為兼顧柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定，dp/d不宜超過(guò)0.4MPa/()，而為了抑制氮氧化物的生成，dp/d還應(yīng)更低。第九十六張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月dp/d的大小主要取決于滯燃期內(nèi)

48、形成的可燃混合氣的多少，即滯燃期內(nèi)的噴油量、滯燃期長(zhǎng)短、燃料的蒸發(fā)混合速度、空氣運(yùn)動(dòng)、燃燒室形狀和燃料物化特性等。（dp/d）max和pmax均隨滯燃期曲軸轉(zhuǎn)角的增長(zhǎng)而線性增長(zhǎng)。速燃期中，累計(jì)放熱率可達(dá)20%30%。平均壓力升高率第九十七張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 要嚴(yán)格控制壓力升高率。措施減小在著火延遲期內(nèi)的可燃混合氣的量: 縮短著火落后期的時(shí)間； 減少著火落后期內(nèi)噴入的燃油或可能形成可燃混合氣的燃油。平均壓力升高率不宜超過(guò)0.6 MPa/CA 第九十八張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月一般柴油機(jī)的最高燃燒壓力為59MPa，增壓柴油機(jī)可能大于10MPa，pma

49、x希望出現(xiàn)在上止點(diǎn)后1015，這樣可以獲得較好的動(dòng)力經(jīng)濟(jì)性。它取決于噴油提前角、著火落后期和速燃期的長(zhǎng)短。第九十九張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月有的書(shū)定義速燃期的終點(diǎn)是燃燒放熱率變緩的突變點(diǎn)，不是壓力最高點(diǎn)。這期間主要是燃燒在滯燃期內(nèi)形成的非均質(zhì)預(yù)混合氣（所以這一階段也可稱(chēng)為預(yù)混合燃燒階段），燃燒完后放熱速率迅速下降，下降到一定時(shí)候，dQB/d開(kāi)始變緩，出現(xiàn)突變點(diǎn)，這就是C點(diǎn)。也即是開(kāi)始緩慢燃燒的起點(diǎn)。這時(shí)壓力并未到達(dá)最高點(diǎn)。第一百?gòu)垼琍PT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 （三） 緩燃期 緩燃期為圖中的CD段即從最大壓力點(diǎn)至最高溫度點(diǎn)。 緩燃期第一百零一張，PPT共一百六

50、十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月緩燃期 DIFFUSION BURNING PHASE缸內(nèi)溫度和壓力高，擴(kuò)散燃燒速度快。氣缸工作容積不斷增加，缸壓變化緩。緩燃期對(duì)應(yīng)于放熱規(guī)律曲線的第二峰。柴油機(jī)的擴(kuò)散燃燒期第一百零二張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月大負(fù)荷時(shí)，參與燃燒的是速燃期內(nèi)未燃的燃料和緩燃期內(nèi)噴入的燃料。特別是后續(xù)噴入的燃料，邊蒸發(fā)混合，邊以高溫單階段方式著火參與燃燒。由于氣缸內(nèi)溫度的急劇升高，蒸發(fā)混合速度明顯加快，加之后續(xù)噴油速率的上升，使放熱速率再次加速，出現(xiàn)柴油機(jī)燃燒特有的“雙峰”現(xiàn)象。其放熱速率的大小取決于油氣相互擴(kuò)散混合速度，這就是擴(kuò)散燃燒階段。也是可控燃燒階段。小負(fù)荷

51、時(shí)，噴油結(jié)束得早，往往并不出現(xiàn)“雙峰”。第一百零三張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 緩燃期內(nèi)，氣缸內(nèi)已形成燃燒產(chǎn)物，但仍有大量混合氣正在燃燒，與速燃期相比其燃燒速率下降（氧氣、柴油濃度減小，廢氣增多），加快緩燃期燃燒速度的關(guān)鍵是加快混合氣形成速度。 在壓力開(kāi)始下降（氣缸容積不斷增大）的同時(shí)，溫度卻達(dá)到最高。最高溫度可達(dá)17002000，一般在上止點(diǎn)后2035曲軸轉(zhuǎn)角處出現(xiàn)。 第一百零四張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 緩燃期的長(zhǎng)短直接影響等容度。緩燃期結(jié)束后，累計(jì)放熱率可達(dá)80%左右。緩燃期過(guò)長(zhǎng)，放熱時(shí)間加長(zhǎng)，熱量有效利用降低，即循環(huán)熱效率下降，故而緩燃期不應(yīng)“緩燃

52、”。加速緩燃期燃燒速度的關(guān)鍵是：采取措施使后期噴入的燃油能及時(shí)得到足夠的空氣，加快混合氣形成，保證迅速完全燃燒。要求柴油機(jī)a1的原因就在于此。第一百零五張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 由于柴油機(jī)的空氣利用率較低，所以其升功率和比質(zhì)量低于汽油機(jī)。有的書(shū)上把C點(diǎn)（燃燒放熱率變緩的突變點(diǎn)）到最高燃燒壓力點(diǎn)或最高燃燒溫度點(diǎn)稱(chēng)為緩燃期。第一百零六張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月（四）補(bǔ)燃期 從最高溫度點(diǎn)起到燃油基本燒完時(shí)為止稱(chēng)為補(bǔ)燃期。 補(bǔ)燃期的終點(diǎn)很難準(zhǔn)確地確定，一般當(dāng)放熱量達(dá)到循環(huán)總放熱量的9599時(shí)，可認(rèn)為補(bǔ)燃期結(jié)束。即整個(gè)燃燒過(guò)程結(jié)束。補(bǔ)燃期后燃期 LATE BUR

53、NING PHASE第一百零七張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月后燃期 LATE BURNING PHASE過(guò)濃混合氣未燃燒的燃料、尾噴燃料、碳煙等的燃燒。膨脹行程的中后期，膨脹比低，做功能力小。增加排溫和向冷卻水的散熱損失，使發(fā)動(dòng)機(jī)的熱負(fù)荷增加，經(jīng)濟(jì)性下降。少量柴油的后續(xù)燃燒第一百零八張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 由于柴油機(jī)燃燒時(shí)間短促，混合氣又不太均勻，總有少量燃油拖延到膨脹過(guò)程中繼續(xù)燃燒。高負(fù)荷時(shí)，過(guò)量空氣相對(duì)少，后燃現(xiàn)象嚴(yán)重。后燃期的燃燒放熱，遠(yuǎn)離上止點(diǎn)進(jìn)行，氣缸內(nèi)容積增大很多，缸內(nèi)壓力和溫度迅速下降，故燃燒速度很慢，使熱量不能充分利用，并增加了散熱損失，

54、使柴油機(jī)動(dòng)力經(jīng)濟(jì)性下降。此外，后燃還增加了活塞組的熱負(fù)荷以及使排氣溫度升高。 第一百零九張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 因此，應(yīng)盡量縮短補(bǔ)燃期，減少補(bǔ)燃期內(nèi)燃燒的燃油量所占的百分比。另外，加強(qiáng)缸內(nèi)氣體運(yùn)動(dòng)，可以加速后燃期的混合氣形成和燃燒速度，而且會(huì)使碳煙及不完全燃燒成分加速氧化。 第一百一十張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月二、燃燒放熱規(guī)律（一） 燃燒放熱規(guī)律的定義 瞬時(shí)放熱速率：在燃燒過(guò)程中的某一時(shí)刻 ，單位時(shí)間(單位曲軸轉(zhuǎn)角)內(nèi)燃燒的燃油所放出的熱量。累計(jì)放熱百分比：從燃燒過(guò)程開(kāi)始至某一時(shí)刻止已經(jīng)燃燒的燃油與循環(huán)供油量的比值。燃燒放熱規(guī)律：瞬時(shí)放熱速率和累計(jì)放

55、熱百分比隨曲軸轉(zhuǎn)角的變化關(guān)系。第一百一十一張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月燃燒過(guò)程是內(nèi)燃機(jī)工作過(guò)程的核心，盡管整個(gè)燃燒過(guò)程一般小于60CA，即僅有幾毫秒的持續(xù)期，但卻要完成蒸發(fā)、混合、著火、燃燒一系列復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程。每一階段12的提前或延后都會(huì)造成燃燒特性及發(fā)動(dòng)機(jī)性能的明顯差別。往往通過(guò)示功圖和燃燒放熱規(guī)律來(lái)研究。燃燒放熱速率累計(jì)放熱率缸內(nèi)壓力和上止點(diǎn)位置的測(cè)量精度會(huì)對(duì)燃燒放熱規(guī)律的計(jì)算精度有顯著影響。第一百一十二張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月燃燒放熱面心越小，燃燒定容度和熱效率越高第一百一十三張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月滯燃期速燃期緩燃期后

56、燃期柴油機(jī)燃燒放熱規(guī)律 TDC第一百一十四張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月圖5-15 88 燃燒放熱規(guī)律影響到燃燒過(guò)程中缸內(nèi)壓力溫度的變化進(jìn)而影響到柴油機(jī)的性能。圖5-15燃燒放熱規(guī)律 第一百一十五張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月（二）理想的燃燒放熱規(guī)律及其控制燃燒放熱始點(diǎn)、放熱持續(xù)期和放熱率曲線的形狀是放熱規(guī)律三要素。燃燒放熱始點(diǎn)：在后兩個(gè)因素不變的情況下，決定了放熱率中心距上止點(diǎn)的位置。對(duì)循環(huán)熱效率、壓力升高率和燃燒最大壓力有重大影響。放熱持續(xù)期：在一定程度上反映理論循環(huán)等壓放熱預(yù)膨脹比的大小，是循環(huán)熱效率極為關(guān)鍵的影響因素，同時(shí)對(duì)排放特性有較大的影響。第一百一

57、十六張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月放熱率曲線：決定前后放熱量的比例，對(duì)噪聲、振動(dòng)和排放有很大影響，在前兩個(gè)因素不變的情況下，即決定放熱曲線面心的位置，也影響放熱持續(xù)期的長(zhǎng)短，從而也影響循環(huán)熱效率等性能指標(biāo)。 從而三要素既各具特點(diǎn)，又相互關(guān)聯(lián)，需要進(jìn)行合理選擇與控制。第一百一十七張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月1. 放熱始點(diǎn) 放熱始點(diǎn)的位置要能保證該循環(huán)有最大指示熱效率，在保證一定等容度的情況下，盡可能減少壓縮負(fù)功。汽/柴油機(jī)都希望放熱始點(diǎn)保證最大燃燒壓力pmax出現(xiàn)在上止點(diǎn)后1215。汽油機(jī)控制點(diǎn)火提前角；柴油機(jī)控制噴油提前角和滯燃期長(zhǎng)短。第一百一十八張，PPT共

58、一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月圖5-16 噴油提前角的調(diào)節(jié)特性 各工況的著火落后期各不相同，每個(gè)工況都有其最佳噴油提前角。 噴油提前角的調(diào)整特性曲線：噴油提前角對(duì)動(dòng)力、經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)的影響曲線。 最佳提前角就是保證獲得最大有效功率和最小燃油消耗率。第一百一十九張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月噴油提前角過(guò)大，滯燃期長(zhǎng)，氣缸壓力升高率過(guò)大，柴油機(jī)噪聲增大，工作粗暴，NOx排放增加。噴油提前角過(guò)小，后燃燒增加，柴油機(jī)燃燒效率下降，未燃碳?xì)渑欧排c排氣煙度增加。 第一百二十張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月1、柴油機(jī)噴油提前 柴油機(jī)要求轉(zhuǎn)速及負(fù)荷都提前。轉(zhuǎn)速提高、負(fù)荷不變時(shí)，

59、著火落后角增大，再加上噴油持續(xù)角和相應(yīng)的燃燒持續(xù)角也都加大，所以要求轉(zhuǎn)速提前-即相應(yīng)加大噴油提前角；負(fù)荷提高、轉(zhuǎn)速不變時(shí)，噴油量增加，噴油持續(xù)角加大，所以要求加大噴油提前角fj。這一點(diǎn)與汽油機(jī)真空提前相反。但負(fù)荷提前量較小，一般未予控制。柴油機(jī)噴油提前在電控噴射機(jī)型中可以精確控制。調(diào)節(jié)規(guī)律：第一百二十一張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2、柴油機(jī)滯燃期 除fj外，柴油機(jī)也可以通過(guò)縮短滯燃期以減少這期間的噴油量?？s短滯燃期的主要因素是提高噴油初期燃燒室中的溫度和壓力。增壓柴油機(jī)由于進(jìn)氣溫度提高，壓縮終了的溫度也提高，所以滯燃期縮短，這是它dp/d下降、噪聲降低的主要原因。噴油始點(diǎn)對(duì)滯

60、燃期長(zhǎng)短也很重要，若在上止點(diǎn)前不遠(yuǎn)，則缸內(nèi)溫度及壓力均達(dá)到較大值，滯燃期縮短；噴油過(guò)早或過(guò)晚，滯燃期都增加，但噪聲影響不同，過(guò)早噪聲增加，過(guò)晚，放熱中心后移，噪聲下降。第一百二十二張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月放熱持續(xù)期的要求和控制 放熱持續(xù)期原則上越短越好。汽油機(jī)一般小于4050，柴油機(jī)一般小于5060。柴油機(jī)的放熱持續(xù)期首先取決于噴油持續(xù)角的大小，其次取決于擴(kuò)散燃燒期內(nèi)混合氣形成的快慢和完善程度。2. 放熱持續(xù)期 第一百二十三張，PPT共一百六十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月3. 放熱規(guī)律曲線形狀 直噴式燃燒室柴油機(jī)的瞬時(shí)放熱速率和累積放熱百分比在燃燒的起始階段上升最快，放熱速