柴油机的着火过程

1、第6章 柴油机的着火过程第1节 燃烧化学反应动力学的基础理论一分子运动和碰撞 柴油机的着火过程是复杂的物理化学过程，化学过程是激烈的热链化学反应，要进行化学反应，必须经过它们分子之间的相互碰撞，并且符合碰撞要求才可实现。燃烧化学反应中分子运动和碰撞的基本理论归纳如下： A.参加化学反应的物质，分子必须相互碰撞。B.分子的碰撞是杂乱无章的。C.合适的方向上碰撞才有可能起化学作用。D.运动能量超过最低能量。E.最低能量称为活化能。F.温度越高，化学反应速度越大。G.压力与密度越大，碰撞频率越高，反应速度加快。二活化络合物理论活化络合物理论（过渡态理论）的基本内容是：进行化学反应时候，分子不仅需要相

2、互撞击，还需要适当能量，在适当的方位上撞击，以便获得形成一个不稳定，过度的，瞬态活化络合物。活化能E就是把初态反应物提高到络合物所需能量。反应关系表达为：反应物活化络合物终产物三.键能及其在化学反应中的作用。 物质内部相邻原子间或离子间产生的相互结合或相互作用的称为化学键。可分为离子键，共价键，和金属键等几种类型。正负离子通过静电引力形成的化学键为离子键。物质内部相邻原子或者原子团通过共用电子对形成的称为共价键。由自由电子及排列成晶格状的金属离子之间的静电吸引力组合而成金属键。物质起化学变化时，需要从外界吸收能量，达到破坏原子间或者离子间所必须吸收的能量，这种能量称为键能。第2节 着火前燃料的

3、物理化学过程（焰前反应）一。着火的分类和含义 按照火源性质，分为压缩自然和外源点火。按化学反应性质分为热式着火，链式着火，和热链式着火。链式着火通过支链反应而自身积累活性中心并积聚能量。按着火阶段分，有高温单阶段着火和中低温多阶段着火。多阶段着火指历经冷焰，蓝焰到热焰的几个阶段着火。2 着火前的物理过程必须先将反应物质（空气和烃类）能互相充分气相混合，并相互撞击，同时，需要一定的初始能量。这就需要有进气过程，喷射过程，喷注的破碎和雾化过程，以至形成可燃混合气，并达到足够温度和压力的过程。这些都是着火前的物理准备过程。3. 着火前的化学准备工作（1）着火的温度条件 外源供热，获得热链反应所必需的

4、能源，是反应物具有足够的活化能以克服烃分子化学键断裂的阻抗。（2） 着火的压力条件压力影响本质上是空气密度，分子运动自由程度大小和碰撞频率对着火的影响。 （3）着火的浓度条件 混合气浓度对着火的影响也是决定性的。可燃混合气的着火只能在一定的浓度范围内进行，超出极限范围，不管温度和压力多高，也难于着火。 第3节 柴油机的滞燃期及其影响因素一滞燃期 滞燃期（AB）段：在压缩过程末期，在上止点前A点喷油器针阀开启，向气缸喷入燃料，这时气缸中空气温度高达600，远远高于燃料在当时压力下的自燃温度，但燃料并不马上着火，而是稍有滞后，即到B点才开始着火燃烧，压力才开始急剧升高，气体压力曲线开始与纯压缩曲线

5、分离。从喷油开始（A点）到压力开始急剧升高时（B点）为止，这一段时间称为滞燃期。在滞燃期内，喷入气缸的燃料经历一系列物理化学变化过程，包括燃料的雾化、加热、蒸发、扩散与空气混合等物理准备阶段以及着火前的化学准备阶段。 二影响滞燃期的因素1.温度对滞燃期的影响处于第一位。滞燃期分为冷焰诱导期和蓝，热焰诱导期。冷焰诱导期随温度的升高而降低。温度越低，冷焰诱导期愈长，而且冷焰光越强蓝，热焰诱导期也越长。2压力对滞燃期的影响。其他条件相同时，燃烧室内的压力增加，则滞燃期缩短。压力越大，混合气密度增加，分子平均自由程缩短，反应物分子碰撞频率增加，反应速率加快。3. 压缩比对滞燃期的影响。压缩比增加，使得

6、压缩压力和压缩温度同时增加，对滞燃期双重影响，滞燃期明显缩短。4. 进气温度对滞燃期的影响。增加进气温度能使压缩终点温度约成正比增加。滞燃期随进气温度升高而下降。5. 进气压力对滞燃期的影响。气缸内温度和压力随进气压力的增加而增加，因而滞燃期缩短。6. 喷油提前角对滞燃期的影响。喷油提前角对滞燃期的影响是温度，压力和反应物焰前反应时间对滞燃期的综合影响。滞燃期随喷油提前角的增加而急剧增加。7. 喷油压力对滞燃期的影响。喷油压力升高，则滞燃期缩短，但是缩短的量不大，因为喷油压力对缸内的温度，压力这两个主要因素的影响较小。8. 转速对滞燃期的影响。转速n增加后，每个循环缸内漏气和散热的时间减少，因

7、而漏气量和散热量减少，缸内热力状态提高，缩短滞燃期。9. 负荷和循环喷油量的影响。每循环的喷油量增加和发动机负荷增加后，会使整个压缩过程的热力状态提高，滞燃期会有些下降，但不明显。10. 混合气浓度对滞燃期的影响。当过量空气系数增大时，缸内混合气浓度变稀，滞燃期增加。11. 喷孔数，喷孔直径，和喷孔总面积对滞燃期的影响。在同样循环喷油量下，喷孔数目越多，喷孔直径越小，滞燃期缩短。第五节 滞燃期对燃烧过程和柴油机性能的影响滞燃期对燃烧过程和柴油机性能有着极为重要的影响，要控制燃烧过程和柴油机的各种性能，其重要手段之一就是通过改变滞燃期来实现。混合气的形成方式不同，则滞燃期对燃烧过程的影响程度也不

8、同。雾化混合型燃烧的滞燃期对燃烧过程和发动机性能的影响最大，而油膜混合型燃烧的滞燃期对燃烧和性能的影响较小。一，滞燃期对燃烧过程的影响1. 滞燃期对最高燃烧压力的影响滞燃期越长，则滞燃期内喷入缸内的油愈多。着火经历的准备时间越长，以至于气缸内累积起来的，达到可燃程度的燃料量越多。从而使得在速燃期一爆而起的预混合燃烧的燃油量增多，放热量增加，放热速度和加速度增加，放热峰值加高，最后导致最高燃烧压力和最高燃烧温度随着滞燃期的增加而升高。2. 滞燃期对最大压力升高率的影响最大压力升高率随着滞燃期的延长而迅速增长。若是着火性能差的燃料，在喷油提前角过大，或进气温度和压力过低时，最大压升率可能超过1MP

9、/CA，这对保证零部件强度来说是不允许的。3. 滞燃期对示功图图形的影响当喷油提前角不同时，即喷油时气缸内的温度和压力不同时，则喷油提前角大时，示功图图形大。最大压力升高率高。有时甚至发生燃烧压力震荡，如图峰值区域有毛刺即是。4. 滞燃期对放热规律的影响滞燃期较长导致滞燃期内存在的，做好了物理-化学准备的可燃混合气量较多，导致预混合燃烧的放热峰值较高，相应的，其扩散燃烧的放热曲线稍低。所以，其预混合燃烧放热峰值较低，相应的，其扩散燃烧阶段的放热曲线稍高。二，滞燃期对平均有效压力和功率的影响 各种柴油机有着自己的最佳滞燃期，长于或者短于这个滞燃期时，平均有效压力均降低。滞燃期过短，最高燃烧压力在

10、上止点前过早出现，从而压缩过程中消耗的负功过大，散热损失增加。反之，示功图的位置在上止点后过迟出现，燃烧过程推迟。第7章 柴油机的燃烧和放热过程柴油机的燃烧过程有广义和狭义两方面，广义，包括工质的准备过程，工质的流动过程，燃烧的时空条件，燃烧的进程以及燃烧产物的形成排出。狭义，燃烧始点（着火）至燃烧终点的燃烧进程。第1节 燃烧过程的分段和始终点的确定柴油机燃烧过程中的放热速度（即燃烧速度）是极不均匀的，存在多处折点，因此，根据燃烧进程中的各个特点，科学的进行分段，对正确认识燃烧，无疑是有裨益的。分段原则是，各段既有确切的物理数学含义，又能用现代的仪器测量出各段的明显标志，并且符合燃烧进程的各阶

11、段。一 按燃烧速度分段分为滞燃期，速燃期，缓燃期，后燃期，四个阶段。1滞燃期，从喷油始点 到着火始点，称为滞燃期，滞燃期是燃料在气缸内进行物理-化学准备的过程。2速燃期，从着火始点，到气缸压力最高值所在曲轴转角，称为速燃期。速燃期特征是在滞燃期内混好的可燃混合气全部急剧烧完。一般在1220度曲轴转角。3缓燃期，是它从最高燃烧压力所在曲轴角位到最高燃烧温度所在角位。在缓燃期内，燃烧速度比速燃期要低，但仍保持相当的值。4后燃期，后燃期是从出现最高燃烧温度开始直到燃烧终点。后燃期内气缸内新鲜空气大为减少，而燃烧产物充满缸内零散的未燃燃油与新鲜空气相遇和反应的条件较差。燃烧缓慢进行，甚至直到排气开始。

12、二 按燃烧时可燃混合气制备情况分分为滞燃期，预混合燃烧期，扩散燃烧期，后燃期。主要适用于高速柴油机的燃烧过程。1滞燃期，从喷油始点到着火始点，称为滞燃期。2预混合燃烧期的起点是着火点，终点是放热规律图形中两个峰值中间的谷点。其物理意义是，在滞燃期内和部分预混合燃烧期内已经混合好了的可燃混合气全部烧完，使放热率达到很高的值。3扩散燃烧期的起点就是预混合燃烧期的终点，其终点可视为整个燃烧的终点。扩散燃烧期内燃烧的特点是：燃油边蒸发，边混合，边燃烧。扩散燃烧期对柴油的经济性，排烟，排污至关重要。第二节 燃烧的进程一，焰区的温度及其计算焰区的温度比气缸内的平均温度高得多，该图表明，燃料滴的火焰圈内，近

13、中部区的温度最高，在大气温度下燃烧时为15001700°C。而向外延伸时，火焰温度迅速下降。这主要与所在部位的混合气浓度有关。向液滴方向，则浓度过大；向外围方向，则浓度过稀，上述温度场形态上大致也适用于柴油气缸内油滴周围火焰区的温度场形态。当然，其温度绝对值比此高得多。第3节 放热规律计算及有关参数的确定和误差影响一，传热系数的确定及对放热规律的影响内燃机气缸内燃气向缸体壁面传热主要是对流传热，其次是辐射传热。辐射传热量大约是燃气向缸壁总传热量的20%30%。其中最大值适用于增压强化柴油机。由于是以对流传热形式来表达整个传热状态，而把油蒸发吸热以及辐射传热放在传热系数中统一考虑，所以

14、传热系数在相当程度上是经验型的。二，比热容和比热容比的确定及对放热规律的影响比热容是单位物质作单位温度变化时所吸收或者放出的热量。气体的比热容吸热或者放热的具体条件不同而各异。所以内燃机的燃烧过程中比热容与工质的过程或者状态有关。三，燃烧室壁温的确定及其对放热规律的影响燃烧室壁温随时间和空间的不同而不同。不同部位可以相差5080°。为了计算方便，视壁温为常数，即取平均壁温。如果选择的平均壁温高于实际值，则燃气向缸壁的散热量比真实值减少，从而使放热率和放热百分率的计算值偏低。但是总的来说，影响并不明显。四，上止点误差对放热规律的影响上止点的精确测定是极为重要的。如果上止点比真实的上止点

15、加1°CA，即由360°CA移至359°CA，则示功图的正功（膨胀功）增加，同时负功（压缩功）减少。这就使放热规律曲线和放热百分率曲线明显提°CA高。反之，如上止点减1°CA，即360°CA改为361°CA，则上述两线明显下降。上止点误差±1°CA，则放热峰值可差1015%；放热百分率可相差79%。第4节 各种柴油机放热规律图形的比较与分析一，放热规律图形与燃烧系统，供油系统以及混合气形成方式有密切的关系，而后三者又取决于柴油机的缸径，转速，燃烧室型式，增压和强化与否，冲程数以及用途等。所以，各种柴油机的

16、放热规律图形有明显差别，甚至迥然相异。根本原因是其燃烧进程和放热速度随着曲轴转角的变化不同。1涡流室柴油机的放热规律图形 如图涡流室内首先燃烧放热，在涡流室内放热率达到一定峰值时候，主燃烧室才开始放热，两室开始放热时差约为（23）°CA，在涡流室内放热达到一定峰值突然降落是因为涡流室内的燃气冲向主燃烧室，大量的可燃气体移至主室放热。此后副室剩余燃气进一步燃烧，形成第二峰值。主室内的最大放热率值几乎达到与副室放热值的同等水平。副室放热在50°CA 左右时首先终止，而主室放热一直持续到（7080）°CA。预燃室内的通道面积比比涡流室的通道面积比小得多，以致燃气在预燃室

17、滞留的时间比在涡流室内滞留的时间稍长；其次，预燃室内的容积比比涡流室内的容积比要小得多。所以剩留在预燃室内的可燃气体量也少得多，致使其第二峰值升不高。预燃室内的第一峰值下降之时正是主室放热升起之时。 第五节 放热规律的影响因素1. 喷油提前角的影响 在负荷和转速一定的条件下，喷油提前角越大，则第一放热峰值越高第二放热值却越低。放热规律曲线越向上止点偏移。这是因为喷油提前角越大，滞燃期越长，在滞燃期内预混合好的可燃混合气越多，因此一旦着火，燃烧迅猛，放热速率很高。2. 涡流强度的影响 涡流强度大，使混合气加速形成，导致参加预混合的燃烧的燃料量有所增加，最终反映出第一峰值提高，第二峰值下降。整个放

18、热规律略向上止点偏移。3. 喷孔数目和直径的影响 喷孔面积一定时，不同的数目和直径，一方面影响喷注在燃烧室内的合理分布以及是否相互干扰，另方面影响喷注的贯穿距离和雾珠细微度。4. 喷油压力的影响 喷油压力越高，则滞燃期越短，而且这种缩短的程度随喷油提前角的加大而更为明显。喷油压力大，着火较早，滞燃期内预混合燃料少，第一峰值较低。5. 油泵柱塞直径的影响 在同样的柱塞速度下，则柱塞直径大的喷油泵，其喷油速率较大，在相同时间内喷入气缸内的燃油较多，则参加预混合燃烧的燃料量较多。以致到第一放热峰值也较高。6. 喷油规律的影响 当喷油率高，喷油规律初始曲线陡峭，喷油持续期短时，则相应的放热峰值也高，放

19、热规律初始曲线也陡峭，主要放热期也短。反正，则相应的放热峰值较低，放热规律初始上升线段较平缓，主燃期内的放热持续期也较长。7. 油品对放热规律的影响 不同品质的燃料可以以它们的芳烃含率和十六烷值CN来表征。芳香烃少和十六烷值高的柴油，其着火性能好，滞燃期短，在同样的喷油提前角时，其着火早，放热峰值离上止点较远，而放热峰值较低。含芳香烃多和十六烷值低的柴油，其着火较难和晚。因而滞燃期长，在滞燃期内积存的混合气多，一旦着火，燃烧猛烈。 高原环境下大功率柴油机燃烧性能分析及功率恢复研究 作者姓名 高荣刚 学科专业 动力机械及工程 指导教师 徐宇工 教授 学院 北京交通大学机械与电子控制工程学院 二零

20、一二年六月 高原地区大气压力低，环境温度变化大,环境条件恶劣,对柴油机性能的影响主要有:功率下降、油耗上升，后燃严重、热负荷增大、排放恶化、增压器涡轮易超速、增压器效率下降，热负荷增大等。因此，针对上述问题开展高原环境下柴油机燃烧性能分析及功率恢复的研究,具有重要的理论意义和工程实用价值。为改善柴油机高原性能，以某大功率柴油机原机型燃烧系统为基础,重点针对燃烧室廓形、喉口半径、油束夹角以及涡流比等参数开展了优化研究，最终优化出了在平原环境下能提高功率,高原环境下能一定程度恢复功率的燃烧系统参数。 经过分析论证，选择了为某大功率柴油机匹配可调涡轮增压系统来实现高原功率恢复的目标。经过仔细研究，结

21、果表明,在匹配了可调涡轮增压系统后,柴油机高原动力性能得到了明显提升，海拔4km高原环境下柴油机各转速工况的功率较平原环境时下降幅度均不到4%，已恢复至接近平原环境时的水平，能够很好的满足车辆在高原地区行驶的动力需求。一 高原环境对大功率柴油机总体性能的影响规律研究1大气压力对柴油机动力性以及经济性的影响由图可知，随着大气压力的降低，随着大气压力的降低,不同转速下柴油机的功率均逐渐降低,且海拔越高，功率的降幅越大。海拔高度每增加1km,功率下降2.3%5.7%。由图所示的不同大气压力下，柴油机相对扭矩曲线，可以发现,随着大气压力的降低，柴油机的扭矩逐渐降低，且海拔越高,扭矩的降幅越大。2环境温

22、度对柴油机动力性及经济性的影响 图中给出了不同海拔高度下环境温度对柴油机相对功率的影响，分析可知，各海拔高度下，随着环境温度的升高，柴油机功率均逐渐降低，且在高海拔低气压处功率的降幅比低海拔时大。 图中所示的环境温度对柴油机相对扭矩的影响，发现不同海拔条件下，柴油机扭矩随环境温度的变化规律与功率的变化规律相似，即各海拔高度下，随着环境温度的升高，柴油机扭矩均逐渐降低，且在高海拔低气压处扭矩的降幅比低海拔时大。3高原环境对涡轮增压器性能的影响 随着海拔的升高，柴油机和增压器的联合运行线逐渐偏离压气机的高效率区，即压气机效率有所下降。柴油机处于高转速工况时，随着海拔的升高,压气机的压比和转速逐渐增

23、加，但仍能保持在压气机的高效率区。 随着海拔高度的增加，柴油机进气流量下降，但是由于祸轮增压器具有自补偿的能力，能够补偿由海拔升高大气压力降低而引起的柴油机进气下降，且能使柴油机进气量下降的幅度低于大气压力下降的幅度。 二 燃烧室廓形的优化 柴油机燃烧室廓形以能够良好的引导缸内气流运动，合理组织燃烧为优，这里以大功率柴油机原廓形燃烧室为基础，设计出扩口，直口，和缩口三种类型。其中扩口和直口燃烧室保持了原廓形燃烧室的喉口半径62.5mm不变，缩口燃烧室喉口半径减小为57mm。考虑到缸内气流特点以及油束前行规律，各燃烧室的凹坑做了优化处理，即增大凹坑容积，并增大了凸台倾角，以更好的引导气流运动，利

24、于油气混合。通过三种廓形燃烧室与油束夹角的匹配分析，可知采用扩口油束夹角158°，直口油束夹角155°和缩口油束夹角155°时，柴油机功率得到提升，累积放热量增大，且缸内油气混合过程有所改善。通过三种廓形燃烧室的涡流分析，可知在采用扩口涡流比1.5，直口涡流比1.2和缩口涡流比1.2方案时候，柴油机获得了较高的指示功率，燃烧放热率升高，且缸内油气混合能够快速进行，空气得到充分利用。优化方案一:采用扩口燃烧室廓形，喉口半径60mm,油束夹角158°，涡流比1.5,优化后指示功率91.45kW; 优化方案二:采用直口燃烧室廓形,喉口半径57mm,油束夹角15

25、5°，涡流比1.2,优化后指示功率91.68kW;优化方案三:采用缩口燃烧室廓形，喉口半径54mm，油束夹角155°，涡流比1.2,优化后指示功率91.89kW。选择优化方案3，柴油机指示功率最大。三 大功率柴油机增压系统的匹配为柴油机匹配祸轮增压系统是目前解决柴油机高原环境下动力性能下降问题的主要方法。1 选型 当柴油机工作在高原地区时，各项性能指标均出现下降。为解决这个问题，使得该柴油机在不同海拔的高原环境下均能实现功率恢复，为该柴油机匹配可调涡轮增压系统是一个很好的选择。可调涡轮增压系统主要是通过对某些参数(可以根据需要在大气压力、环境温度、增压空气的温度和压力、增压

26、器转速、柴油机转速、功率及扭矩中选取)的动态跟踪检测并将信息传递给控制器，以实现对涡轮流通截面的实时控制，使柴油机在不同工况下都能够获得足量的空气充量。2 可调涡轮增压系统与大功率柴油机的匹配特点和要求 （1）压气机与柴油机的匹配 增压器压气机和柴油机的匹配，需要柴油机的特性曲线穿过压气机的高效率区，并尽可能的使柴油机的运行线和压气机高效率区的等效率线相平行。 （2）涡轮与柴油机的匹配 对于普通祸轮增压系统，涡轮和柴油机匹配的基本要求是在柴油机的整个运行范围内涡轮都要有比较高的效率，且有较为合适的流通能力，并为压气机提供功率保障。可调涡轮具有其特殊性，对于可调涡轮增压器涡轮提出了更多的要求:1

27、涡轮效率特性曲线：可调涡轮要比普通涡轮具有更为宽广和平坦的高效率区，,以保证可调涡轮始终保持较高的效率。2涡轮流量特性曲线：可调涡轮流量特性曲线的工作段要比普通涡轮的工作段更加平缓，以减缓涡轮背压的增加幅度; 3要求保证柴油机的最大耗气特性稍小于涡轮的最大流通特性,涡轮始终能够保持在高效率区工作;3 涡轮与压气机的匹配涡轮与压气机匹配的基本要求就是要满足三个条件，即：(1)转速相等：涡轮和压气机要有相同的转速；(2)流量平衡：通过涡轮的燃气质量流量应等于压气机空气流量与燃料流量之和；(3)功率平衡:在增压器稳定运行的情况下，涡轮的输出功应等于压气机的消耗功与机械损失功之和。四 总结结果表明，在

28、匹配了可调涡轮增压系统与优化了燃烧室廓形之后，大功率柴油机高原动力性能得到了明显提升，海拔4km高原环境下柴油机各转速工况的功率较平原坏境时下降幅度均不到4%，已恢复至接近平原环境时的水平，能够很好的满足车辆在高原地区行驶的动力需求。喷油规律对柴油机排放性能的影响研究硕士研究生：裴玉成 指导教师 周松 所在单位及学科：哈尔滨工程大学 动力机械及工程论文提交日期：2013年3月第一章 燃油喷射技术1.1喷油规律指喷油率(喷油量)随喷油时间(曲轴转角)的变化关系。喷油规律不仅关系着柴油机的动力性和经济性，对排放特性的影响也有决定性的作用。为满足 IMO 对柴油机氮氧化合物(NOx)排放的限制标准，

29、柴油机喷油规律应具备两方面的性质：一方面，滞燃期内在达到最高爆发压力要求时，应尽可能的降低喷入到气缸中的燃油量，避免使最高燃烧温度过高；另一方面，要合理控制在燃烧前期喷入气缸内的燃油量，从而控制NOx的生成量。减少预混燃烧和促进扩散燃烧是降低 NOx和颗粒排放的两种有效方法。预混燃烧的特点是高温、富氧，该环境对 NOx的生成极其有利，颗粒主要是在扩散燃烧阶段发生氧化。预混燃烧阶段对热效率、燃烧噪声及排放影响较大，扩散燃烧对柴油机的经济性、烟度、排污等有重要影响。图 1.1 给出了低排放柴油机燃烧过程的控制思路，即减少预混燃烧，促进扩散燃烧。因此，为满足排放的需求，对现代柴油机的喷油系统提出了更

30、高的要求：高的喷油压力和喷油速率、可调的喷油持续期以及根据转速及负荷的变化可以自动调节喷油量及喷油定时。柴油机的喷油系统经历了从低压喷射到高压喷射，从单次喷射到多次喷射；从机械控制到电子控制，从位置控制到时间控制等发展过程。1.2高压共轨技术是当今燃油喷射系统的主流技术。高压共轨技术是指通过高压油泵、压力传感器以及电子控制单元，将喷射压力的产生与喷射过程完全分开的一种供油技术。高压共轨燃油喷射系统有如下优点： 1) 可以灵活控制喷油压力、喷油定时、喷油持续期。使喷油压力的产生不依赖于发动机的转速，实现低转速，高喷射压力。 2) 通过稳定的高压喷射，细化燃油液滴，改善燃烧过程，从而改善排放性能。

31、 3) 由于电子控制单元的存在，可以实现多次喷射。 4) 通过电磁阀控制喷油，提高喷油精度，使喷射特性得到改善。1.3 单次喷射策略为提高发动机性能及降低排放，理想的喷油规律如图所示，即初期缓慢、中期急速、后期快断的靴型喷射规律。该喷油规律的优点在于，可以控制各阶段喷油速率和时间。初期缓慢的目的是遏制着火滞燃期内产生的可燃混合气，减慢初期燃烧速率，使缸内最高燃烧温度下降，减少 NOx的生成。中期急速的目的是为更早的获得较大的最高喷油速率，从而加快扩散燃烧速率，以防颗粒的生成及热效率的恶化。由于燃烧后期喷油压力及喷油速率相对较低，为避免燃油雾化变差，燃烧不充分，避免碳烟生成量的增加，燃烧后期采取

32、快速断油。 1.4 多次喷射策略 相对于传统的机械式喷油的单次喷射规律，电控技术的使用，可以实现各种灵活多样的喷油规律，喷射示意图如图 1.3 所示，不仅可以使喷油压力达到 200MPa 以上，还可以在一个工作循环内实现多次喷射。多次喷射是指，将每循环的燃油喷射量分成两次甚至更多次进行喷射，是一种不明显影响 NOx 生成，但可以有效降低碳烟排放的措施。第2章 单次喷射的计算结果及分析2.1 模型的验证不同喷油规律下，柴油机的燃烧过程及污染物的排放差别较大，本文对矩形、梯形单次喷油规律进行仿真计算，并与原机喷油规律进行对比分析，同时研究喷油定时及喷油规律曲线前期拐点对柴油机性能的影响。2.2 单

33、次喷射对柴油机排放性能的影响研究 本文采用矩形喷射和梯形喷射的单次喷油规律，与原机喷油规律进行对比分析，以获得相应喷油规律对柴油机排放性能的影响。2.3单次喷射对缸内压力的影响 如图可知，原机喷油规律下缸内最高压力最大，梯形喷油规律下的最高压力最低，矩形喷油规律下缸内最高压力居中。原因在于：原机喷油规律下着火前期喷油量最多，缸内燃烧剧烈，缸内最高压力最大。2.4 单次喷射对缸内平均温度的影响 由图可知，原机喷油规律下缸内最高平均温度最高，其次为梯形喷油规律，矩形喷油规律下的缸内最高平均温度最低。同时，矩形喷油规律下燃烧后期的排气温度最高，原机喷油规律下燃烧后期的排气温度最低，梯形喷油规律下燃烧

34、后期的排气温度居中。 2.5 在梯形与矩形喷油规律下 NO的生成量 由图可知，矩形喷油规律下 NO 排放量最低，梯形喷油规律居中，原机喷油规律下的 NO 排放量最高。第3章 结论 本章通过对比研究矩形、梯形及原机喷油规律对柴油机工作过程及排放性能的影响，获得一些结论： 1、原机喷油规律下缸内最高压力最大、最高平均温度最高；矩形喷油规律下 NO生成量最少，碳烟生成量最多，但不同方案间碳烟生成量差值较小。所以，如果只是从减少排放角度出发，可以考虑采用矩形喷油规律。 2、随着喷油定时的延迟，缸内最高压力、最高平均温度降低，排气温度提高，NO生成量降低，但碳烟排放恶化。 3、随着梯形喷油规律曲线前期拐

35、点的推后，缸内最高压力降低，缸内最高平均温度增高，NO 生成量增多，碳烟生成量略微降低。重型柴油机燃烧过程优化的研究学科专业：动力机械及工程研究生：陈慧指导教师 ：郑尊清单位：天津大学机械工程学院时间：二零一一年十二月一 高效清洁燃烧的技术措施、为了提高柴油机经济性，降低排放，适应越来越严格的排放法规，近年来寻求替代燃料和燃料改性、缸内燃烧优化以及尾气后处理技术等成为改善柴油机经济性和排放的发展趋势。缸内燃烧优化是最直接最有效的手段，包括喷油系统的改进、增压中冷技术、新型燃烧方式和废气再循环等。1 喷油系统电控高压共轨燃油喷射系统已经在柴油机上得到广泛使用。高压共轨喷射技术的应用可使柴油机通过最佳喷油正时、最佳喷油速率和多次