第5講燃燒過(guò)程g課件

第四節(jié)可燃混合氣的形成一、可燃混合氣的形成二、影響可燃混合氣形成的因素三、燃燒室四、提高混合氣形成的管理措施2023/7/26一、可燃混合氣的形成1、空間霧化混合空間霧化混合是將燃油噴射到燃燒室空間，在空間中受熱、蒸發(fā)、擴(kuò)散，與空氣形成可燃混合氣。根據(jù)柴油機(jī)中燃油霧化程度和空氣擾動(dòng)強(qiáng)弱不同，此種方式又有主要依靠燃油霧化和主要依靠空氣擾動(dòng)之分。2023/7/262、油膜蒸發(fā)混合油膜蒸發(fā)混合是將大部分燃油直接噴射到燃燒室壁面上，利用空氣渦流運(yùn)動(dòng)將油展成較薄的油膜。再通過(guò)燃燒室壁面合適的溫度使油膜迅速蒸發(fā)，油膜上面又有一定規(guī)律和強(qiáng)度的空氣渦流運(yùn)動(dòng)相配合，保證燃油受熱逐層蒸發(fā)成油氣并與空氣混合成可燃混合氣，逐步投入燃燒。除將燃油噴射到壁面外，需強(qiáng)烈的空氣渦動(dòng)和控制燃燒室表面溫度，僅用于某些小型高速機(jī)，未得到廣泛應(yīng)用。一、可燃混合氣的形成2023/7/261、燃油的霧化質(zhì)量直噴式燃燒室普遍采用多孔噴油器和較高的噴油壓力2、燃燒室空氣渦動(dòng)情況進(jìn)氣渦流、壓縮渦流、燃燒渦流

3、壓縮終點(diǎn)的缸內(nèi)狀態(tài)4、燃燒室形式二、影響可燃混合氣形成的因素2023/7/26氣流擾動(dòng)對(duì)混合氣形成的作用受擾動(dòng)氣流作用后，油粒所走的軌跡發(fā)生了不同變化，中心部分大油粒慣性大，隨擾動(dòng)氣流偏轉(zhuǎn)??；小油粒則相反，易被攜帶，油束中心的燃油就易裸露在空氣中，加速與空氣的混合。

2023/7/26在擾動(dòng)氣流中的燃油噴射

2023/7/26氣流擾動(dòng)對(duì)混合氣形成的作用

1、進(jìn)氣渦流在進(jìn)氣過(guò)程中，使空氣產(chǎn)生繞氣缸中心線的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，稱為進(jìn)氣渦流。它在壓縮過(guò)程中得到加強(qiáng)，可以一直持續(xù)到燃燒和膨脹過(guò)程。⑴在進(jìn)氣閥上裝置導(dǎo)氣屏。⑵采用螺旋進(jìn)氣道。⑶二沖程直流掃氣式柴油機(jī)進(jìn)氣口具有一定的切向傾角。

2023/7/26產(chǎn)生進(jìn)氣渦流的方法

2023/7/26氣流擾動(dòng)對(duì)混合氣形成的作用2、壓縮渦流

在壓縮過(guò)程中，當(dāng)活塞接近上止點(diǎn)時(shí)，利用燃燒室的特殊形狀，使空氣產(chǎn)生的擾動(dòng)，稱為壓縮渦流。當(dāng)活塞上行時(shí)，空氣被擠壓而由四周向里流動(dòng)。當(dāng)活塞下行時(shí)，氣體又因膨脹而由里向四周運(yùn)動(dòng)。2023/7/26壓縮渦流

2023/7/26氣流擾動(dòng)對(duì)混合氣形成的作用3、燃燒渦流利用部分燃油在輔燃燒室燃燒造成的高壓燃燒氣流沖向主燃燒室，使主燃燒室的空氣形成渦流，稱燃燒渦流。2023/7/26三、燃燒室

①有利于混合氣的形成；②能量損失少；③使柴油機(jī)工作平穩(wěn)；④有較好的起動(dòng)性能。要求2023/7/26三、燃燒室燃燒室主要分為開(kāi)式、半開(kāi)式、渦流室式和預(yù)燃室式四類。開(kāi)式和半開(kāi)式又統(tǒng)稱為直接噴射式，渦流室式和預(yù)燃室式又統(tǒng)稱為分隔式。2023/7/261、開(kāi)式燃燒室

整個(gè)燃燒室是一個(gè)由氣缸蓋底面、活塞頂面和氣缸壁面圍合而成的統(tǒng)一空間。主要依靠空間霧化混合，它對(duì)燃油霧化質(zhì)量要求較高。

優(yōu)點(diǎn)：形狀簡(jiǎn)單，傳熱損失和流動(dòng)損失少，具有良好的經(jīng)濟(jì)性和起動(dòng)性。缺點(diǎn)：工作易粗暴，燃燒室組件的熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷高，而且排氣的有害成分氮氧化合物NOx也增加。為了降低熱負(fù)荷進(jìn)一步改善燃燒，一般具有較大的過(guò)量空氣系數(shù)α。

2023/7/261、開(kāi)式燃燒室

2023/7/262、半開(kāi)式燃燒室

由較大的通道連通的兩部分空間組成。一個(gè)是活塞頂上的余隙容積，另一個(gè)是活塞頭部的凹坑容積。特點(diǎn)：混合氣形成速度快，保留了開(kāi)式燃燒室經(jīng)濟(jì)性好、易于起動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，但仍未徹底改變柴油機(jī)工作粗暴、熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷較高的缺點(diǎn)，適用于高速。

2023/7/262、半開(kāi)式燃燒室2023/7/263、渦流室式燃燒室

分主室和輔室兩部分。主室即余隙容積（壓縮室），輔室是呈球形或圓柱形的渦流室，一般設(shè)在氣缸蓋（或機(jī)體）內(nèi)。兩室間以通流面積不大并與渦流室相切的孔道相連通。

2023/7/26渦流室式燃燒室1-主室；2-保溫塊；3-電熱塞；4-渦流室；5-噴油器

2023/7/263、渦流室式燃燒室

因主要靠壓縮氣流渦動(dòng)，故對(duì)霧化質(zhì)量要求不高，一般采用孔徑較大的單孔和啟閥壓力較低的噴油器。過(guò)量空氣系數(shù)α也很小，柴油機(jī)作功能力較高?；旌蠚庑纬少|(zhì)量對(duì)轉(zhuǎn)速變化不敏感，柴油機(jī)工作平穩(wěn)，噪聲小，排煙有害成分少。但熱損失和節(jié)流損失較大，起動(dòng)困難。2023/7/264、預(yù)燃室式燃燒室

也分主室和輔室。主室仍是壓縮室，輔室設(shè)在氣缸蓋內(nèi)，位置居中，二室以單孔或多孔相連接，但通流面積小，不與預(yù)燃室相切。預(yù)燃室式同渦流室式均屬于分隔式燃燒室，二者在混合形成方式上相同，特點(diǎn)均相仿。其差異在于預(yù)燃室式以燃燒渦流為主，渦流室式以壓縮渦流為主。2023/7/26預(yù)燃室式燃燒室

2023/7/26四、提高混合氣形成的管理措施保證良好的換氣質(zhì)量。保證良好的氣缸熱狀態(tài)。保證良好的噴油質(zhì)量。保證良好的燃燒室條件。2023/7/26第六節(jié)

燃燒過(guò)程一、著火條件二、燃燒過(guò)程的四個(gè)階段三、影響燃燒過(guò)程的主要因素四、改善燃燒過(guò)程的方法2023/7/26一、著火條件2023/7/26二、燃燒過(guò)程的四個(gè)階段表征柴油機(jī)燃燒過(guò)程的重要參數(shù)是工質(zhì)壓力和溫度，利用測(cè)算的

和

曲線，人為地把燃燒過(guò)程分為四個(gè)階段，以便于研究燃燒過(guò)程的規(guī)律。

1．滯燃階段

2．速燃階段

3．緩燃階段

4．后燃階段2023/7/26燃燒過(guò)程示功圖2023/7/26

1．滯燃階段（d-c）

在滯燃期中，燃油進(jìn)行著一系列發(fā)火前的物理和化學(xué)準(zhǔn)備。此間噴入氣缸的燃油量稱為滯燃量，一般低速機(jī)的Δi＝15％～30％Δgi，而有的高速機(jī)可使Δi＝80％～100％Δgi（Δgi為循環(huán)噴油量）。滯燃期氣缸內(nèi)的壓力和溫度取決于壓縮終點(diǎn)的狀態(tài)。

2023/7/26滯燃期內(nèi)形成的可燃混合氣的數(shù)量決定了后續(xù)速燃期燃燒的急劇程度。當(dāng)滯燃期τi愈長(zhǎng)，Δi愈多，一旦發(fā)火燃燒，壓力就會(huì)突然增高，使柴油機(jī)工作粗暴、表現(xiàn)在曲線c-f段上特別陡峭，而且f點(diǎn)也格外地高。嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成敲缸和機(jī)件的損壞。τi被視為柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的重要參數(shù)。從避免敲缸和減輕機(jī)件負(fù)荷的角度出發(fā)，τi應(yīng)愈短愈好，但有一個(gè)最小限度。1．滯燃階段（d-c）2023/7/262．速燃階段（c-f）

從氣缸內(nèi)燃油發(fā)火燃燒到出現(xiàn)最高壓力為止，亦稱預(yù)混合燃燒階段。由于燃燒急劇進(jìn)行，活塞的位移極微，燃燒近乎在等容燃燒狀態(tài)下進(jìn)行。在速燃期中，不但燒掉了滯燃期形成的可燃混合氣，還燒掉了速燃期噴入氣缸并已完成了燃燒準(zhǔn)備的部分燃油。評(píng)價(jià)速燃期的重要參數(shù)是Δp/Δψ，此值決定了柴油機(jī)燃燒過(guò)程的柔和性。2023/7/26由于速燃期的可燃混合氣主要是滯燃期噴入氣缸的燃油所準(zhǔn)備的，為了使柴油機(jī)工作平穩(wěn)，應(yīng)通過(guò)滯燃期來(lái)影響速燃期，力求縮短滯燃期、減少滯燃量、控制可燃混合氣的形成量。滯燃期對(duì)燃燒質(zhì)量起決定作用，因此控制滯燃期是影響燃燒過(guò)程的重要手段。

2．速燃階段（c-f）2023/7/26

3．緩燃階段（f-z）

從氣缸內(nèi)工質(zhì)出現(xiàn)最高壓力到出現(xiàn)最高溫度，亦稱擴(kuò)散燃燒階段。最高溫度一般出現(xiàn)在上止點(diǎn)后20～35℃A。在緩燃期中燃燒速度仍然很快，工質(zhì)溫度可迅速上升至最高溫度（約1700～2000℃）。由于燃燒室內(nèi)已充滿燃燒產(chǎn)物和正在燃燒的火焰，燃油油滴噴入氣缸立即蒸發(fā)燃燒。此時(shí)由于活塞已離開(kāi)上止點(diǎn)下行，氣缸容積迅速擴(kuò)大，故燃燒燃油量雖多而工質(zhì)壓力卻緩慢下降，近似于等壓燃燒。

2023/7/26緩燃期之所以比速燃期的燃燒速率變緩，是由于此時(shí)燃燒室中的廢氣和燃燒中間產(chǎn)物增多而氧分子變少，燃油分子與氧分子進(jìn)行反應(yīng)的機(jī)會(huì)減少的緣故。在期間燃油分子有可能在氧分子不充分的條件下進(jìn)行燃燒，容易發(fā)生燃油分子的熱裂而產(chǎn)生黑煙，影響燃油燃燒的經(jīng)濟(jì)性和排氣凈化問(wèn)題。速燃期和緩燃期構(gòu)成了燃油明顯燃燒時(shí)期，故統(tǒng)稱為主燃期。

3．緩燃階段（f-z）

2023/7/264．后燃階段（z點(diǎn)以后）

后燃是燃燒過(guò)程在膨脹行程中的繼續(xù)。其原因：一是在緩燃期中難免有一部分燃油因遇不到足夠的氧分子而來(lái)不及燃燒或燃燒不完全；二是部分燃燒產(chǎn)物在高溫下發(fā)生逆化學(xué)反應(yīng)，這些燃燒產(chǎn)物只能在活塞下行、氣缸內(nèi)溫度下降后才能重新進(jìn)行燃燒。完全消除后燃現(xiàn)象是不可能的，但應(yīng)設(shè)法使之減輕。2023/7/264．后燃階段（z點(diǎn)以后）

表征后燃階段的間接參數(shù)是排氣溫度Tr和最高爆發(fā)壓力pmax。后燃期的存在使Tr提高，使柴油機(jī)機(jī)件的熱負(fù)荷增加，后燃現(xiàn)象愈短愈好。縮短后燃期的措施是加強(qiáng)燃燒室內(nèi)的空氣運(yùn)動(dòng)，改善混合氣的形成。一般柴油機(jī)在低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)后燃期將縮短，低速機(jī)的后燃期短于高速機(jī)。噴油器霧化不良、滴漏、氣缸漏氣、換氣不良、噴油太晚等，均使后燃增加。2023/7/26三、燃燒過(guò)程的影響因素1．燃油品質(zhì)2．換氣質(zhì)量3．缸內(nèi)工質(zhì)狀態(tài)4．霧化質(zhì)量5．噴油定時(shí)6．運(yùn)轉(zhuǎn)工況2023/7/261．燃油品質(zhì)2023/7/26燃用兩種不同燃油時(shí)的示功圖2023/7/262．換氣質(zhì)量換氣質(zhì)量好，進(jìn)入氣缸的新鮮空氣量增多，燃油燃燒時(shí)有足夠的氧氣與之化合，燃燒完全。影響換氣質(zhì)量的因素主要有氣閥定時(shí)，氣口（閥）、氣道的清潔程度，增壓系統(tǒng)（如增壓器、空冷器等）的工作狀態(tài)等。

2023/7/263．缸內(nèi)工質(zhì)狀態(tài)2023/7/264．霧化質(zhì)量

霧化質(zhì)量好將使滯燃期τi縮短，柴油機(jī)工作平穩(wěn)，同時(shí)燃油細(xì)粒能與空氣均勻混合使燃燒完全。船用大、中型柴油機(jī)中，燃油的霧化質(zhì)量主要取決于噴油設(shè)備。若噴油設(shè)備不正常，則將直接影響柴油機(jī)的燃燒質(zhì)量。2023/7/265．噴油定時(shí)噴油提前角過(guò)大，將因噴油時(shí)刻缸內(nèi)工質(zhì)狀態(tài)不利于著火，使滯燃期增長(zhǎng)，最高爆發(fā)壓力過(guò)高，燃燒粗暴；噴油提前角過(guò)小，將因著火前缸內(nèi)溫度與壓力已下降，而使滯燃期也增長(zhǎng)，但活塞已下行使最高爆發(fā)壓力降低，后燃增加，排氣溫度上升。柴油機(jī)均有一個(gè)最佳噴油提前角。

2023/7/26供油提前角對(duì)燃燒過(guò)程的影響

2023/7/26噴油規(guī)律的影響2023/7/266．運(yùn)轉(zhuǎn)工況柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速升高，氣缸漏氣的散熱損失減少，壓縮終點(diǎn)的空氣壓力和溫度升高。與此同時(shí)，噴油壓力提高，空氣擾動(dòng)也加強(qiáng)。這些因素使滯燃期τi縮短，有利于燃燒。但轉(zhuǎn)速的升高卻使滯燃角增大，從而使速燃期的爆壓和壓升增大，不利于燃燒。這種不利影響對(duì)渦流室式燃燒室要比對(duì)開(kāi)式燃燒室輕些。轉(zhuǎn)速的升高使噴油過(guò)程延長(zhǎng)，從而使后燃期加長(zhǎng)。這種不利影響將因氣缸內(nèi)擾動(dòng)的加強(qiáng)而得以減輕。2023/7/26柴油機(jī)的負(fù)荷對(duì)滯燃期有直接影響。當(dāng)負(fù)荷增加時(shí)，由于循環(huán)噴油量的增加，氣缸內(nèi)總發(fā)熱量增加，燃燒室壁溫提高，使滯燃期稍有縮短。與此同時(shí)，燃燒持續(xù)期成比例地增長(zhǎng)，爆壓提高，后燃加劇。平均壓力增長(zhǎng)率的變化則隨機(jī)型而異：一般低增壓四沖程機(jī)隨負(fù)荷增加壓升率有所下降，而高增壓二沖程機(jī)則可能上升。

6．運(yùn)轉(zhuǎn)工況2023/7/26①確保換氣質(zhì)量良好；②燃油品質(zhì)；③氣缸壓縮溫度；④確保噴射系統(tǒng)正常工作；⑤日常例行管理：排氣溫度和煙色、爆壓、示功圖。

①可采用特殊形狀的燃油凸輪，先緩后急；②采用油膜蒸發(fā)燃燒方式以保證燃燒柔和；③同一氣缸有兩個(gè)油泵，采用分級(jí)噴射；④采用變壓縮比活塞以及可變噴油定時(shí)等。

運(yùn)行管理設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)優(yōu)化結(jié)構(gòu)四、改善燃燒質(zhì)量的措施

2023/7/26第八節(jié)柴油機(jī)的廢氣排放與凈化一、柴油機(jī)排氣污染物及其危害二、柴油機(jī)的排放法規(guī)三、控制柴油機(jī)排氣污染物的措施2023/7/26主要排放物及其危害按是否有害汽油機(jī)1.64％柴油機(jī)0.82％二次污染物2023/7/26主要排放物及其危害按形態(tài)2023/7/26主要排放物及其危害1、一氧化碳CO無(wú)色、無(wú)臭的有毒氣體，CO與血液中的血紅蛋白的親和力比氧強(qiáng)210倍，取代氧的位置，阻礙血液供氧。癥狀：疲勞、頭暈、惡心，嚴(yán)重時(shí)死亡；慢性中毒導(dǎo)致中樞神經(jīng)受損、記憶力衰退。2023/7/26主要排放物及其危害2、碳?xì)浠衔颒C燃燒后生成的多種碳?xì)浠衔锏目偡Q，其中有醛類（甲醛等），芳香烴（苯丙吡）。醛類：對(duì)呼吸道、眼、鼻、皮膚有刺激作用，引起結(jié)膜炎、鼻炎。苯丙吡：是一種致癌物質(zhì)，城市癌癥高發(fā)率的主要原因之一。HC化合物在紫外線的作用下，發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，形成光化學(xué)煙霧。（二次污染）2023/7/26主要排放物及其危害3、氮氧化物NOX包括NO、NO2、N2O3、N2O、NO3等，大多數(shù)為NO