柴油机的燃烧过程.pptx

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1、第六章 柴油机的燃烧过程要求：1 1、熟悉柴油机的燃烧过程及存在的问题；2 2、懂得放热规律的意义及基本要求；3 3、懂得柴油机混合气的形成特点及影响因素；4 4、掌握各种运转因素对燃烧过程的影响。第1页/共50页一、燃烧过程1 1、燃烧方式-油滴扩散燃烧 柴油机是在压缩过程中活塞接近上止点时,借助喷油设备将燃油在高压下成雾状喷入燃烧室,以便与空气形成可燃混合气。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。（2 2）混合气的浓度要适当，即混合气的浓度要在着火界限之内。着火时机、地点不固定，着火点位于喷注外围与核心之间。第2页/共50页图6-1 6-1 单个油滴的着火区域

2、T Tc c-热空气温度；T Tw w-油滴周围混合气温度；C Cu u-油滴周围混合气浓度；W-W-化学反应速度。第3页/共50页在稀火焰区形成着火核心；稀熄火区是未燃HCHC的主要来源后喷现象：雾化和贯穿度小，形成COCO、碳粒和未燃HCHC等第4页/共50页2 2、燃烧过程-滞燃期 -速燃期 -缓燃期 -后燃期 h h-针阀升程 Q Q-循环放热量 dQ/ddQ/d-放热速率 dq/ddq/d-喷油速率1)1)喷油始点2)2)缸内压力线偏离纯压缩线始点3)3)最高压力点4)4)最高温度点第5页/共50页、滞燃期（1-1-2 2）在压缩终点,Tc=450-800,Tc=450-800,大于

3、柴油的自燃温度（330-350330-350）,但不会立即着火,进行着火前的准备。物理准备：雾化，加热，蒸发，扩散和混合。化学准备：裂化，着火前的氧化反应。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点阶段，称为滞燃期或着火延迟期。(图6-6-2 2)喷油时缸内温度压力及燃料性质是影响i i的主要因素。第6页/共50页、速燃期（2-32-3）（图6-26-2）着火后，在滞燃期内形成的混合气此时同时燃烧，活塞在上止点附近，接近于等容燃烧，平均压力升高率P/=(PP/=(P3 3-P-P2 2)/()/(3 3-2 2)升高很快

4、，放热率d/d d/d 大。柴油机P/P/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叠，喷油常在速燃期结束。第7页/共50页、缓燃期（3-43-4）（图6-26-2）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707080%80%。一般在上止点后202035CA35CA，出现循环最高温度，达1600160020002000。温度虽升高，但活塞已下行，压力近似不变，近于等压燃烧。、后燃期（4-4-）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，使排气温度升高，零件热负荷增加，导致柴油机动力性、经济性下降，故应尽量减少后燃。第

5、8页/共50页二、燃烧过程中存在的问题 1.1.混合气形成困难，燃烧不完全。混合极不均匀混合气形成时间短，边喷油、边混合、边燃烧。改进措施：促进混合气的形成。结构上，促进缸内的涡流运动。供给较多的空气。大于1 1，一般取1.31.3。但是至少30%30%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、平均有效压力降低，这与提高其动力性相矛盾。第9页/共50页 2.2.工作粗暴，燃烧噪音较大。速燃期内,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,并通过气缸壁传到外部,形成燃烧噪音。燃 烧 噪 音 与 速 燃 期 内 的 P/P/有 很 大 关 系。为 使 工 作 柔

6、和，要 求P/400kpa/CAP/400kpa/CA。P/P/的大小主要与滞燃期中形成的可燃混合气的数量有关，缩短着火延迟时间i i，减少滞燃期内的喷油量，抑制此阶段混合气的形成,可减小燃烧噪音,但与提高动力性相矛盾。第10页/共50页3.3.排气冒黑烟 主要发生在大负荷工况时，如加速，爬坡时。燃油在高温缺氧下燃烧时易形成碳烟。减少黑烟的主要措施:(1)(1)增加过量空气系数。但与提高柴油机的动力性相矛盾。（2 2）改善混合气的形成。与改善柴油机工作的柔和性相矛盾。第11页/共50页4.4.排气冒蓝烟、白烟 在冷起动及怠速、低负荷运转时，气缸内温度低，燃烧不良，不同直径的柴油微粒随废气排出，

7、受光线的反射呈现不同的颜色，白烟是由0.60.61 1微米的颗粒构成，而蓝烟是由0.60.6微米以下的颗粒构成。暖机时，一般先冒白烟，后冒蓝烟，然后变为无色。第12页/共50页图6-3 柴油机与汽油机的放热规律定义：放热率dQ/d(dQ/d(每度曲轴转角的放热量)随曲轴转角的变化关系。它决定压力升高率(噪音)的变化和热效率。三、燃烧过程的放热规律理想的放热规律应为：曲线要先缓后急。放热开始时刻要适当提前,持续时间为40CA40CA。第13页/共50页在燃烧期内，放热过程分三个阶段：预混合燃烧阶段对应速燃期，放热率很高，历时 3 7A3 7A。扩散燃烧阶段对应缓燃期，放热率下降，为主放 热阶段，

8、历时40A40A。这两个阶段放热达80%80%。放热“尾巴”对应后燃期，放热20%20%。放热规律三要素：燃烧始点、放热曲线形状、持续时间。燃烧始点使最高压力发生在上止点后78 A78 A。曲线形状开始放热适中,然后燃烧加快，尾巴尽量短。燃烧持续时间最佳约为40 A40 A第14页/共50页第二节 柴油机混合气的形成 柴油机混合气形成靠三方面的相互作用：一是燃烧室的结构,二是燃料的喷雾，三是缸内适当的空气运动。混合气形成特点:1、缸内形成 2、时间极短 3、过量空气系数较大 4、靠燃烧室、喷雾、空气涡流运动三方面配合保证燃烧完全、及时靠加快混合气的形成速度（汽油机是提高火焰传播速度）第15页/

9、共50页混合气形成方法:由不同喷雾及气流运动组成了各种混合气形成方式，其基本型式可分为：空间雾化混合，油膜蒸发混合。空间雾化混合：将燃油喷向燃烧室空间以雾状油滴与空气涡流混合。油膜蒸发混合：将燃油喷向燃烧室璧面以油膜蒸发油气与空气涡流混合。在车用柴油机中，两种方式均有，但多数以空间雾化混合为主。球形燃烧室柴油机以油膜蒸发混合方式为主。第16页/共50页 1.1.燃油的雾化 燃油在经喷孔喷出时，在气缸中被破碎成微粒的过程。喷油横截面上燃油分布喷油横截面上油粒速度L:射程:锥角图6-5 喷注的形状一、燃油的喷雾第17页/共50页2 2喷注的特征：喷注射程L：表示喷注贯穿深度；喷注锥角：表示喷注紧密

10、程度；细微度和均匀度：表示雾化程度。细微度-油注中的平均直径 均匀度-油注中最大直径与最小直径之差3 3影响喷注质量的主要因素：喷注结构，喷油压力，气缸内空气的压力，柴油的粘度等。第18页/共50页二、空气运动对混合气形成的影响 缸内空气的涡流运动能加速雾化的油滴与周围空气的混合，促进燃烧过程的进行。但涡流过强，会使燃烧产物与邻近的喷注重叠；涡流过强也使进气阻力加大，充量系数下降。第19页/共50页三、典型燃烧室结构分析 1 1燃烧室分为两大类:直喷式和分开式。直喷式燃烧室：燃油直接喷入由活塞顶和缸盖形成的 一个统一空间。开式燃烧室浅坑型，如浅盆形或浅形燃烧室 半开式燃烧室深坑型，如形和球形燃

11、烧室分开式燃烧室：由主燃室和副燃室两部分组成。如：涡流室式燃烧室和预燃室式燃烧室第20页/共50页 2 2对柴油机燃烧室的要求：小，但应燃烧完全及时；适度的P/P/和P Pz z值；以保证工作柔和，平稳，可靠；排气品质好；变工况适应好；应在负荷、转速变化时，柴油机性能稳定；冷起动性好；制造、维修方便。第21页/共50页3 3、直喷式燃烧室的空气涡流运动 空气涡流运动是加速混合气形成的有效手段；也是保证完善燃烧的重要条件。直喷式燃烧室产生涡流运动的方法有种：1 1）进气涡流靠切向进气道和螺旋进气道形成。切向进气道：气道母线与气缸相切，在气门前强烈收缩，使气流越来越快进入气缸后受缸壁的约束而转向，

12、形成涡流。第22页/共50页螺旋进气道：气门座上方的气道成螺旋型，相对于气缸中心一定位置。气流形成绕气门中心的旋转运动，进入气缸后近于切向气流，沿气缸壁绕气缸中心旋转运动。应用于高速柴油机上。第23页/共50页2 2）挤气涡流-在压缩行程后期，活塞接近上止点时，活塞顶上方环形空间中的空气被挤入活塞顶部的燃烧室内，造成的空气的涡流运动。涡流强度较进气涡流小，只起辅助作用。逆挤流第24页/共50页4 4、直喷式燃烧室1 1）开式燃烧室浅坑型 混合气形成方式以空间混合为主。形成质量依靠燃油喷雾的细微度及油束在燃烧室内的均匀分布实现。特点：结构简单，F/VF/V小，Q放，起动性好，经济性好，热负荷低；

13、但大（1.72.2)，工作粗暴，对燃料要求高。如：浅型燃烧室第25页/共50页浅型燃烧室第26页/共50页2 2）半开式燃烧室深坑型 型燃烧室 混合气形成：空间雾化混合为主。一般采用多孔喷嘴，并组织一定的进气涡流和挤气涡流，以加速混合气的形成。主要特点：面容比小，Q放，经济性好。低温起动性好采用多孔喷嘴，高压喷射。P/和Pz大，工作粗暴。大，动力性差。形成碳烟多，氮氧化物多、排放差。多用于3000r/min以下的柴油机。第27页/共50页型燃烧室第28页/共50页 球形燃烧室 混合气形成：油膜蒸发。一般采用单孔喷嘴，均配有螺旋进气道以产生强进气涡流。主要特点：面容比小，经济性好。P/和Pz较小

14、，工作柔和。对燃油的品质及雾化质量要求低，可以燃用多种燃料。冷起动困难。低速、加速时冒黑烟。不适于增压，变工况适应性差。第29页/共50页球型燃烧室第30页/共50页5 5、分开式燃烧室1 1）涡流室式燃烧室 混合气形成：空间雾化混合为主。一般采用轴针式喷油器。主要特点：喷雾质量要求不高。P/较小，工作柔和。值可较小，空气利用率高。变工况适应性好，对转速不敏感。面容比较大，经济性较差，启动性差。第31页/共50页涡流室式燃烧室第32页/共50页1 1）预燃室式燃烧室 混合气形成：空间雾化混合为主。一般采用轴针式喷油器。主要特点：喷雾质量要求不高。P/较小，工作柔和。值可较小，空气利用率高。变工

15、况适应性好，对转速不敏感。面容比较大，经济性差，启动性差。低速噪声大第33页/共50页预燃室式燃烧室第34页/共50页各种燃烧室的比较第35页/共50页第三节 燃油的喷射一、喷射过程 1 1燃油的喷射：燃油在喷油泵泵室中，受到柱塞压缩，压力升高，经喷油器喷出的过程。2 2分三个阶段：喷油延迟阶段，主喷射阶段，滴漏阶段。第36页/共50页图6-17 6-17 燃油的喷射过程第37页/共50页二、不正常喷射二次喷射 针阀落座后，过大的反射波使针阀再次升起而喷油的现象。危害：喷油时间，喷油量发动机过热，排气温度，燃油消耗率 喷射压力低，雾化不良，燃烧过程中喷入气缸，排气冒黑烟，积碳。第38页/共50

16、页 隔次喷射发生在怠速运行时，造成柴油机怠速运转不稳。三、避免不正常喷射的措施 减少高压容积，缩短高压油管长度，合理选择喷射系统参数。断续喷射、隔次喷射 断续喷射常发生在低速小负荷工况。第39页/共50页第四节 影响燃烧过程的因素一、燃油的影响 1 1燃油的着火性 是指柴油喷入汽缸后能否迅速着火燃烧的能力。用十六烷值表示。十六烷值高，着火性好，滞燃期短，P/较小，工作柔和。十六烷值高，起动性好。十六烷值过高，使燃油来不及混合就燃烧，冒烟。车用柴油机的十六烷值，一般为40405050。2 2十六烷值对燃烧过程的影响。图6-196-19 3 3 蒸发性 蒸发性过好，工作粗暴。蒸发性差，燃烧不完全。

17、蒸发性适中第40页/共50页 二、压缩性的影响 TcTc、PcPc滞燃期缩短，工作柔和，改善柴油机冷起动性。但过大PzPz，机械磨损，使用寿命。当2121时，i i的提高不明显。柴油机合适的压缩比主要是根据冷起动的需要来确定。第41页/共50页三、使用方面因素的影响（一）喷油规律 1 1定义：指喷油速率dq/ddq/d（每度曲轴转角的喷油量）随曲轴转角的变化关系。2 2柴油机结构一定时，放热规律取决于喷油规律。理想的喷油持续角为161635CA35CA，喷油速率的变化要先缓后急。喷油规律可以通过改变喷油泵凸轮轴的凸轮型面加以调整。第42页/共50页（二）供油提前角1 1定义：高压油泵柱塞关闭进

18、油孔瞬时到上止点之间的曲轴转角。与喷油提前角相差喷油延迟角。2 2过大、过小的危害：（图6-216-21）过大滞燃期柴油机工作粗暴，怠速不稳，冷起动困难。压缩负功，NeNe，gege。过小后燃量，排气温度，i i，NeNe，gege。第43页/共50页 3 3、柴油机的性能指标随供油提前角的变化关系供油提前角调整特性。4 4、当柴油机gege最低，NeNe最大时的供油提前角最佳供油提前角。第44页/共50页（三）转速n n n n加 速、改善混合气形成 着 火 延 迟 时 间i i。但着火延迟角 i=6ni=6ni ior or 图6-23 转速对i i及ii的影响 对直喷式柴油机,n n最佳

19、供油提前角。故柴油机上通常装有供油提前角自动提前装置。第45页/共50页（四）负荷 负荷循环供油量放热量喷油时缸内温度着火延迟时间工作柔和性。但循环供油量喷油持续角燃烧恶化ii，gigi。当负荷过大时,过小，燃烧恶化，排气冒黑烟，柴油机经济性进一步下降。第46页/共50页图6-21 供油提前角对燃烧过程的影响第47页/共50页图6 6-1 19 9 柴油十六烷值对燃烧过程的影响第48页/共50页空间雾化混合及油膜蒸发混合空间雾化混合：将燃油喷向燃烧室空间，形成雾状，雾状油滴从高温空气中吸热蒸发并扩散，与空气形成混合气。油膜蒸发混合：将大部分燃油喷向燃烧室璧面，形成一层油膜，油膜受热汽化蒸发，与空气形成混合气。第49页/共50页感谢您的观看。第50页/共50页