4柴油机混合气的形成与燃烧

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第四章柴油机混合气的形成与燃烧本章要求了解：柴油机燃烧室的分类，特点和对燃烧的影响。理解：影响燃烧的因素、改进措施。把握：柴油机混合气的形成，柴油机燃烧过程，柴油的喷射与雾化。

柴油机的燃烧过程与汽油机的有所不同1、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。柴油机：缸内形成混合气,燃烧时混合气不均匀。2、着火和燃烧的方式汽油机：点燃式，着火后靠火焰传播燃烧，着火时机、地点均能控制。柴油机：压燃式,油滴扩散燃烧,着火时机、地点不能控制。3、保证及时、完全燃烧的方法汽油机：提高火焰传播速度。柴油机：保证及时形成较均匀的混合气。

第一节燃油的喷射与雾化一、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)混合气的温度要高于着火临界温度。(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。

直径：5~150um

(中间较大)Tc-热空气温度；

Tw-油滴周边混合气温度；Cu-油滴周边混合气浓度；W-化学反应速度。

单个油滴的着火区域着火时机、地点不固定，着火点位于喷注外围与核心之间。

二、喷油系统1、对喷油系统的要求：定时、定量并按一定规律向柴油机各缸供给高压燃油。具体要求：能产生足够高的喷油压力；实现所要求的喷油规律；确切控制每循环的喷油量；避免出现异常喷射现象。2、喷油系统构成喷油泵提供足够高的喷油压力。柱塞泵或分派泵调速器稳定柴油机运行工况喷油提前角调理器调理喷油时刻喷油器将高压燃油喷入燃烧室并按要求进行分布

三、喷射与雾化

(一)、喷射过程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.分三个阶段喷射延迟阶段，主喷射阶段，喷射终止阶段。

燃油的喷射过程

(二)喷雾特性与雾化质量1.燃油的雾化燃油经喷孔喷出时，在气缸中被破碎成微L:射程粒的过程。:锥角

喷油横截面上燃油分布喷油横截面上油粒速度喷注的形状

2.喷注的特征①喷注射程L:表示喷注贯穿深度；②喷注锥角β:表示喷注紧凑程度；③细度和均匀度：表示雾化程度。细度-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.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。

四、不正常喷射①二次喷射针阀落座后，过大的反射波(高压油

管内)使针阀再次升起而喷油的现象。

危害：

⑴喷油时间↑,喷油量↑,后燃加重发动机过热，排气温度↑,燃油消耗率↑

⑵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。(高速、高负荷时较严重)

②断续喷射、隔次喷射隔次喷射发生在怠速运行时，造成柴油机怠速运转不稳。断续喷射常发生在低速小负荷工况。

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。

其次节燃烧与放热一、燃烧过程1)喷油始点2)缸内压力线偏离纯压缩线始点3)最高压力点4)最高温度点Ⅰ-滞燃期Ⅱ-速燃期Ⅲ-缓燃期Ⅳ-补燃期h-针阀升程Q-循环放热量dQ/dφ-放热速率dq/dφ-喷油速率

Ⅰ、滞燃期(1-2)在压缩终点,Tc=450-800℃,大于柴油的自燃温度(330-350℃),但不会马上着火,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τi≈0.0007-0.003s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)喷油时缸内温度压力及燃料性质是影响τi的主要因素。

Ⅱ、速燃期(2-3)(图)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ΔP/ΔΦ=(P3-P2)/(Φ3-Φ2)升高

很快，放热率dQ/dφ大。柴油机ΔP/ΔΦ一般0.4~0.6MPa/℃A

同时，喷油持续进行，形成燃烧与喷油的重叠，喷油常在速燃期终止。

Ⅲ、缓燃期(3-4)

(图)

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70~80%。一般在上止点后20~35CA,出现循环最高温度，达1600~2000℃。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。温度虽升高，但活塞已下行，压力近似不变，近于等压燃烧。由于混合时间短，高温缺氧下易形成碳烟，要求φa1。

Ⅳ、补燃期(4--)从温度最高到燃料燃烧终止。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，故应尽量减少补燃。

二、燃烧过程中存在的问题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①促进混合气的形成结构上，促进缸内的涡流运动。②供给较多的空气

φa大于1,一般取1.3。但是至少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。

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、曲轴等机件产生猛烈的振动,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ΔP/ΔΦ有很大关系。为使工作温柔，要求ΔP/ΔΦ≤400kpa/CA。ΔP/ΔΦ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τi,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。

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)增加过量空气系数φa。但与提高柴油机的动力性相矛盾。(2)改善混合气的形成。与改善柴油机工作的柔和性相矛盾。

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，受光线的反射浮现不同的颜色，白烟是由0.6~1

微米的颗粒构成，而蓝烟是由0.6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。

三、影响燃烧过程的因素(一)燃油的影响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，ΔP/ΔΦ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45~50。2.十六烷值对燃烧过程的影响图3.蒸发性蒸发性过