柴油机混合气形成与燃烧

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1、第六章第六章 柴油机混合气形成与燃烧柴油机混合气形成与燃烧本章要求：本章要求：了解：了解：柴油机有害排放物的生成机理与噪声，柴油机有害排放物的生成机理与噪声，柴油机燃烧室的分类，特点和对燃烧的影响。柴油机燃烧室的分类，特点和对燃烧的影响。理解：理解：影响燃烧的因素和措施。影响燃烧的因素和措施。掌握：掌握：柴油机混合气的形成，柴油机燃烧过程，柴油机混合气的形成，柴油机燃烧过程，柴油机的喷射与雾化。柴油机的喷射与雾化。 柴油机的燃烧过程与汽油机的有所不同：柴油机的燃烧过程与汽油机的有所不同： 1 1、混合气形成的方法：、混合气形成的方法： 汽油机：缸外（化油器及进气管中），较均匀一致。汽油机：缸外

2、（化油器及进气管中），较均匀一致。 柴油机：缸内形成混合气柴油机：缸内形成混合气, ,燃烧时混合气不均匀。燃烧时混合气不均匀。 2 2、着火和燃烧的方式：、着火和燃烧的方式： 汽油机：点燃式，着火后靠汽油机：点燃式，着火后靠火焰传播燃烧火焰传播燃烧，着火时机、，着火时机、地点均能控制。地点均能控制。 柴油机：压燃式柴油机：压燃式, ,油滴扩散燃烧油滴扩散燃烧, ,着火时机、地点不能控着火时机、地点不能控制。制。 3 3、保证及时、完全燃烧的方法：、保证及时、完全燃烧的方法： 汽油机：提高火焰传播速度。汽油机：提高火焰传播速度。 柴油机：保证及时形成较均匀的混合气。柴油机：保证及时形成较均匀的混

3、合气。第一节第一节 混合气形成与燃烧过程混合气形成与燃烧过程柴油机是在压缩过程中活塞接近上止点时柴油机是在压缩过程中活塞接近上止点时, ,借助喷借助喷油设备将燃油在高压下成雾状喷入燃烧室油设备将燃油在高压下成雾状喷入燃烧室, ,以便以便与空气形成可燃混合气。与空气形成可燃混合气。油滴的着火要满足两个条件：油滴的着火要满足两个条件：（1 1）混合气的温度要高于着火临界温度。）混合气的温度要高于着火临界温度。（2 2）混合气的浓度要适当，即混合气的浓度要在）混合气的浓度要适当，即混合气的浓度要在着火界限之内。着火界限之内。 着火时机、地点不固定，着火点位于喷注外围与核心之间。着火时机、地点不固定，

4、着火点位于喷注外围与核心之间。 一、燃烧方式一、燃烧方式-油滴扩散燃烧油滴扩散燃烧图图6-1 6-1 单个油滴的着火区域单个油滴的着火区域直径：直径：5150um5150um( (中间较大中间较大) )T Tc c- -热空气温度热空气温度；T Tw w- -油滴周围混油滴周围混合气温度合气温度；C Cu u- -油滴周围混油滴周围混合气浓度合气浓度；W-W-化学反应速化学反应速度度。在稀火焰区形成着火核心；稀熄火区是未燃在稀火焰区形成着火核心；稀熄火区是未燃HCHC的主要来源的主要来源后喷现象：雾化和贯穿度小，形成后喷现象：雾化和贯穿度小，形成COCO、碳粒和未燃、碳粒和未燃HCHC等等二、

5、燃烧过程二、燃烧过程- -滞燃期滞燃期 - -速燃速燃期期 - -缓燃期缓燃期 - -后燃期后燃期 h h- -针阀升针阀升程程 Q Q- -循环放热量循环放热量 dQ/ddQ/d- -放热速率放热速率 dq/ddq/d- -喷油速率喷油速率1)1)喷油始点喷油始点2)2)缸内压力线偏缸内压力线偏离纯压缩线始点离纯压缩线始点3)3)最高压力点最高压力点4)4)最高温度点最高温度点、滞燃期（、滞燃期（1-21-2） 在压缩终点在压缩终点,Tc,Tc=450-800,=450-800,大于柴油的自燃温大于柴油的自燃温度（度（330-350330-350）, ,但不会立即着火但不会立即着火, ,进行

6、着火前进行着火前的准备。的准备。 物理准备物理准备：雾化，加热，蒸发，扩散和混合。：雾化，加热，蒸发，扩散和混合。 化学准备化学准备：裂化，着火前的氧化反应。：裂化，着火前的氧化反应。 一般着火延迟时间一般着火延迟时间i i0.0007-0.003s0.0007-0.003s 从喷油开始到缸内压力线与压缩线偏离的始从喷油开始到缸内压力线与压缩线偏离的始点阶段，称为滞燃期或着火延迟期。点阶段，称为滞燃期或着火延迟期。( (图图6-26-2) )喷油时缸内温度压力及燃料性质是影响喷油时缸内温度压力及燃料性质是影响i i的主要因素。的主要因素。、速燃期（、速燃期（2-32-3） （图（图6-26-2

7、） 着火后，着火后，在滞燃期内形成的混合气此时同时在滞燃期内形成的混合气此时同时燃烧燃烧，活塞在上止点附近，接近于，活塞在上止点附近，接近于等容燃烧等容燃烧，平，平均压力升高率均压力升高率P/=(PP/=(P3 3-P-P2 2)/()/(3 3-2 2) ) 升高升高很快，放热率很快，放热率d/dd/d 大。大。 柴油机柴油机P/P/一般一般0.40.6MPa/0.40.6MPa/A 同时，喷油持续进行，形成燃烧与喷油的重同时，喷油持续进行，形成燃烧与喷油的重叠，喷油常在速燃期结束。叠，喷油常在速燃期结束。、缓燃期（、缓燃期（3-43-4） （图（图6-26-2） 速燃期内喷入的燃油在此阶段

8、燃烧，放热量较大，占速燃期内喷入的燃油在此阶段燃烧，放热量较大，占总放热量的总放热量的707080%80%。一般在上止点后。一般在上止点后20203535CACA，出现，出现循环最高温度，达循环最高温度，达1600160020002000。大部分燃油在此阶段燃。大部分燃油在此阶段燃烧。燃烧产物增多，氧和燃油浓度下降，燃烧速度缓慢。烧。燃烧产物增多，氧和燃油浓度下降，燃烧速度缓慢。 温度虽升高，但活塞已下行，压力近似不变，近于温度虽升高，但活塞已下行，压力近似不变，近于等压等压燃烧燃烧。由于混合时间短，高温缺氧下易形成碳烟，要求由于混合时间短，高温缺氧下易形成碳烟，要求11。、后燃期（、后燃期（

9、4-4-） 从温度最高到燃料燃烧结束。从温度最高到燃料燃烧结束。 远离上止点放热，大量的热传给冷却系，使排气温度升远离上止点放热，大量的热传给冷却系，使排气温度升高，零件热负荷增加，导致柴油机动力性、经济性下降，高，零件热负荷增加，导致柴油机动力性、经济性下降，故故应尽量减少后燃应尽量减少后燃。三、燃烧过程中存在的问题三、燃烧过程中存在的问题 1.1.混合气形成困难，燃烧不完全。混合气形成困难，燃烧不完全。混合极不均匀混合极不均匀混合气形成时间短，边喷油、边混合、混合气形成时间短，边喷油、边混合、 边燃烧。边燃烧。 改进措施：改进措施： 促进混合气的形成。促进混合气的形成。 结构上，促进缸内的

10、涡流运动。结构上，促进缸内的涡流运动。 供给较多的空气。供给较多的空气。 大于大于1 1，一般取，一般取1.31.3。但是至少。但是至少30%30%的空气未被利用，的空气未被利用，使气缸工作容积的利用程度降低，使升功率、平均有效使气缸工作容积的利用程度降低，使升功率、平均有效压力降低，这与提高其动力性相矛盾。压力降低，这与提高其动力性相矛盾。 2.2.工作粗暴，燃烧噪音较大。工作粗暴，燃烧噪音较大。 速燃期内速燃期内, ,急剧升高的压力直接使燃烧室壁面急剧升高的压力直接使燃烧室壁面及活塞、曲轴等机件产生强烈的振动及活塞、曲轴等机件产生强烈的振动, ,并通过气并通过气缸壁传到外部缸壁传到外部,

11、,形成形成燃烧噪音燃烧噪音。 燃烧噪音与速燃期内的燃烧噪音与速燃期内的P/P/有很大关系有很大关系。为使工作柔和，要求为使工作柔和，要求P/400kpa/P/400kpa/CACA。 P/P/的大小主要与滞燃期中形成的可燃混的大小主要与滞燃期中形成的可燃混合气的数量有关，合气的数量有关，缩短着火延迟时间缩短着火延迟时间i i，减少减少滞燃期内的喷油量滞燃期内的喷油量，抑制此阶段混合气的形成，抑制此阶段混合气的形成, ,可减小可减小燃烧噪音燃烧噪音, ,但与提高动力性相矛盾。但与提高动力性相矛盾。3.3.排气冒黑烟排气冒黑烟 主要发生在大负荷工况时主要发生在大负荷工况时，如加速，爬坡时。，如加速