发动机原理-第三章柴油机混合气形成和燃烧

发动机原理——第三章柴油机混合气形成和燃烧第三章柴油机混合气形成和燃烧(一)空间雾化将燃料喷在燃烧室空间使之成为雾状，再利用空气运动达到充分混合。1对燃料喷雾要求高(采用多孔喷嘴)燃烧易于完全，经济性解(二)油膜蒸发(M过程)一小部分燃料分布在燃烧室空间。经燃烧室壁面和燃烧加热，边蒸发，边混合，边燃烧。初期蒸发、燃烧慢，后期蒸发、燃烧迅速(先缓后急)。一级雾化－汽缸中空气的动力作用将油束撕裂成片、带、泡或大颗粒的油滴。二级雾化－空气动力作用将片、带、泡或大颗粒的油滴再粉碎成细小的油滴。油束中央速度高，但一级雾化－汽缸中空气的动力作用将油束撕裂成片、带、泡或大颗粒的油滴。二级雾化－空气动力作用将片、带、泡或大颗粒的油滴再粉碎成细小的油滴。油束中央速度高，但浓度也高，油滴集中，颗粒大。边上油滴松散，颗粒小。但也有说法正好相反，中央油滴速度高，颗粒小，边上颗粒大。2着火条件必要条件中间油粒大,浓度偏高。外侧混合气形成快，物理准备快，但初期温度不高，化学准备没有跟上。等温度适合于着火了，油粒又过分发散，也不会着火。要控制好浓度与温度的进(三)喷雾特性(一)喷雾的作用合气越多，燃烧越完善。面积增大5090倍，燃烧反应机会大大增加。(二)喷雾的形成燃油喷射－高压、高速。发动机原理——第三章柴油机混合气形成和燃烧并不一定越大越好，这要根据混合气形成的机理与燃烧室形状具体分析。L燃料集中混合气分布不均匀，空气利用。3雾化质量(雾化特性)细：雾化好均匀度—油滴最大直径-油滴平均直径匀：雾化好(四)喷油规律单位时间(或曲轴转角)的喷油量随时间(或曲轴转角)的变化喷油提前角9—开始喷油上止点的曲轴转角。9’—上止点停止喷油的曲轴转角。喷油延迟角|9|+|9’|—开始喷油停止喷油的曲轴转角。|9|+|9’|个个喷油持续时间长,工作柔和，但油耗增大,排放变发动机原理——第三章柴油机混合气形成和燃烧|9|+|9’|喷油持续时间短,油耗下降,排放好，但工作粗a.|9|+|9’|油耗,排放好，但工作粗暴。b.先急后缓9工作粗暴。9’油耗,排放好,尽量采用，但很难做到。(五)喷油嘴1孔式喷嘴主要用于直喷式燃烧室中。2轴针式喷嘴发动机原理——第三章柴油机混合气形成和燃烧主要用于分隔式燃烧室中。0=1~3mm，通道间隙6=0.025~0.05mm。(一)气流运动的作用(二)气流运动组织气流运动，加速混合气形成。1进气涡流使进气气流相对于汽缸中心产生一个力，形成涡流。(1)切向气道特点:气道母线与汽缸相切。优点优点:结构简单，气流阻力小nv个缺点:涡流强度对进气口位置敏感。(2)螺旋气道特点:进气道呈螺旋型。缺点:工艺要求高，制造、调试难度较高2挤气涡流发动机原理——第三章柴油机混合气形成和燃烧活塞上行:将活塞顶隙的气体挤出流向燃烧室中，形成挤气涡流。活塞下行:燃烧室中的气体流向活塞顶隙处，形成反涡流。衰减得很弱，所以挤气涡流就显得相当重要了。3燃烧涡流燃烧燃烧在燃烧室中产生压力差，形成燃烧涡流。尤其是分隔式的涡流室型燃烧室，汽缸盖内的副燃烧室中的燃料燃烧后，高压混合气流和火焰高速喷向活塞顶部的主燃烧室中，由于主燃烧室的导向作用，形成燃烧涡流，或称二次涡流。(三)热混合作用涡流中心质点速度为零，越向边缘速度越大。2势涡流涡流中心质点速度最大，压力最小。越向边缘速度越小，压力越大，壁面处速度为零。涡流。发动机原理——第三章柴油机混合气形成和燃烧3热混合作用(主要在涡流室型燃烧室的涡流室中产生)涡流中的质点受两个力作用，离心力使质点向外运动，压差力使质点向中心运动。合作用。燃烧过程的特点和柴油机燃烧的主要研究方向(一)燃烧过程的特点2压缩自燃。(二)柴油机燃烧的主要研究方向3气流运动4燃烧室结构发动机原理——第三章柴油机混合气形成和燃烧p－示功图曲线下的面积表示有用功的大小。(一)着火延迟期Ti或称滞燃期1－2 (着火延迟角)i此时，缸内温度虽已远远超过柴油的自燃温度(可达400~800℃)，但、蒸发、扩散、混合2—缸内压力脱离压缩线开始急骤增高。ii。i尽管着火延迟期Ti很短，但却对燃烧过程、尤其是柴油机的燃烧过程影响很大，因此(二)速燃期2－32点开始着火，压力急骤增高，接近等容燃烧。持续喷油，即随喷随燃。为表示2－3阶段压力升高的急骤程度，引入概念 p，pmax做功不利，柴油机性能(三)缓燃期3－4发动机原理——第三章柴油机混合气形成和燃烧(四)补燃期4－55—放热量达95~97%。。tete所以，应尽量减少补燃。柴油机由于随喷随燃，混合时间短，补燃要比汽油机严重。三三影响着火延迟期的因素i (一)压缩温度T和压力p—直接影响因cc素|lni|个icci(二)压缩比cccicci(三)喷油提前角9—影响最大的因素9虽然喷油时的压力较高，但着火时刻推迟，使燃烧ccip，T个cciccicci一般:9=5~10[degCA]发动机原理——第三章柴油机混合气形成和燃烧(四)转速ni混合气形成好转。iii(五)十六烷值ii(六)增压ccicci四着火延迟期对柴油机性能的影响iiiiii混合气形成欠佳柴油机性能i发动机原理——第三章柴油机混合气形成和燃烧(一)放热规律(二)燃烧过程三要素1放热开始时刻2放热规律3放热持续时间(三)希望—先缓后急§3-3柴油机供油系统的工作特性及其对燃烧过程的影响(一)供油系统的组成油箱输油泵滤油器低压油管喷油泵高压油管喷油器(喷油嘴)发动机原理——第三章柴油机混合气形成和燃烧(二)喷油过程柱塞上柱塞上行，使喷油泵内压力升高，当压力升高到一定值时，克服喷油泵上方出油阀弹簧预紧力和高压油管内的残余油压，顶开出油阀，通过高压油上行2点过了4点之后，打开回油口，使泵内油压下降。当泵内油压小于出油阀弹簧预紧力和高压油管内的残余油压力时，出油阀落座，喷油停止。油停止，重新进油。(三)喷油延迟时间压油管至油压压开喷油嘴针原因原因—高压油管中燃油压缩+节流作用(四)几何供油规律从几何关系求出的油泵凸轮每转一度(或p=fw[ml/s]dtppp=fw[ml/degPA]dpp其中fp—柱塞面积[mm2]；发动机原理——第三章柴油机混合气形成和燃烧正(一)节流作用存在节流)当2点过了4点以后，通道小，节流，才开始回油，停止供油。所以，实际供油比理论供油时间长，供油量大。(二)喷油泵速度特性循环供油量g个(三)车用的适应性(例如:低速大负荷工况)因此，喷油泵速度特性不适合于车用，必须进行校正。(四)校正可变减压容积和可变减压作用。发动机原理——第三章柴油机混合气形成和燃烧可使循环供油量曲线变得较平坦，但若要适合于车用，还需进行调速器2调速器校正在第六章发动机特性中介绍。(一)二次喷射(二)断续喷射进入喷油嘴燃油量不稳定，压力波动引起。(三)隔次喷射低速、尤其是怠速时，油压不足，压不开针阀。下一循环时油压聚足，压开针阀喷射。发动机原理——第三章柴油机混合气形成和燃烧(一)直喷式1开式—中、大型，中、低速船舶、发电用柴油机2半开式—中、小型，中、高速车用柴油机(1)o型(2)球型(3)复合式(U型)(二)分隔式1涡流室型—小型高速车用柴油机2预燃室型—小、中、大型，中、高速车用柴油机(一)o型2混合气形成方式:空间雾化。3主要结构参数d(1)k=0.4~0.6DkDkdk个个，油束射程燃油喷在燃烧室局部空间，空气利用率D。发动机原理——第三章柴油机混合气形成和燃烧dDV(2)k=0.75~0.85VckckcVVcVk所以，希望尽可能大。c4主要特点(1)长型多孔(3~5个)喷嘴，孔径d=0.25~0.4[mm]。i(2)T个工作粗暴。iaa利用率(4)结构简单，散热面积，冷起动性好，经济性好。(二)的改进型(1)四孔喷油嘴，燃油在四角之前喷射。(2)油束沿气流方向下游燃料分布多，发动机原理——第三章柴油机混合气形成和燃烧2挤流口型(三)(三)球型2混合气形成方式:油膜蒸发(M过程)3主要结构参数dV，kk对球型燃烧室的影响可参阅型燃烧室。，DVc4主要特点(1)螺旋进气道，进气涡流强。(2)采用单孔喷嘴=0.5~0.7mm，或双孔喷嘴=0.3~0.40℃。 (5)Q，pmax，工作柔和、平稳，噪声小。经济性、动力性(6)冷起动性和低速性差，排污严重。发动机原理(四)复合式(U型)2混合气形成方式:空间雾化+油膜蒸发3主要结构参数:参阅型燃烧室。4主要特点(2)采用螺旋进气道，轴针式喷油嘴。(3)低速时，气流弱—空间分布燃料多改善了冷起动性和低(4)高速性能较差，对增压适应性差。(5)喉口热负荷高。对进气道、挤气间隙S0敏感。三分隔式燃烧室发动机原理——第三章柴油机混合气形成和燃烧(一)涡流室型2混合气形成方式:热混合3主要结构参数涡流室容积Vk=50~80%燃烧室容积Vc通道截面积通道与涡流室相切，产生压缩涡流。喷油器安装在涡流室中，顺气流方向喷射。4工作原理压缩过程—活塞压迫空气经过通道流入涡流室，在涡流室中形成强烈的、有组织的压缩涡流，涡流流速随转速的提高而增高。燃烧过程—涡流室中喷油后，由于离心力作用，燃油被带到燃烧室外围，部分燃油附着在壁面上，在通道口附近首先着火。在强烈的涡流作用下，燃烧产物(密度小于空气)被卷向涡流室中央，将新鲜空气挤向涡流室外围，形成良好的热混合。涡流室中混合气着火后，涡流室中的压力、温度迅速升高，燃油、空气、混合气和火焰一起经过通道高速喷向主燃烧室，壁面附近的浓混合气首先在活塞顶部开有浅的导流槽，形成强烈的燃烧涡流，即二次涡流，加速混合气的形成与燃烧。5主要特点mm，针阀开启压力9.8~12[Mpa]。(2)涡流强空气利用率个a(a=1.1~1.3)。n性个(4)压缩涡流、燃烧涡流使后期放热大工作柔和、平稳，噪声涡流室容积Vk=20~40涡流室容积Vk=20~40%燃烧室容积Vc道截面积=0.25~0.7%(二)预燃室型2主要结构参数3工作原理压缩过程—活塞压迫空气经过通道流入预燃室，在预燃室中形成强烈的压缩紊流，转速越高，紊流越强。燃烧过程—压缩紊流将一部分小颗粒的燃油吹向预燃室上部，并