第五章 柴油機(jī)混合氣的形成和燃燒

1、第五章第五章 柴油機(jī)混合氣的形成和燃燒柴油機(jī)混合氣的形成和燃燒第一節(jié)第一節(jié) 機(jī)械控制燃油噴射系統(tǒng)機(jī)械控制燃油噴射系統(tǒng)動(dòng)畫(huà)1.1.供油系統(tǒng)供油系統(tǒng)一、供油系統(tǒng)和噴射過(guò)程一、供油系統(tǒng)和噴射過(guò)程功用:按柴油機(jī)各種工況的需要將定量的燃油，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)期，以合理的空間形態(tài)噴入燃燒室，即對(duì)燃油的數(shù)量，噴油的時(shí)間和油束的空間形態(tài)三方面實(shí)行有效的控制。定時(shí)、定量、定壓2.2.噴射過(guò)程噴射過(guò)程Flash Movie 噴油規(guī)律：?jiǎn)挝粫r(shí)間（轉(zhuǎn)角）的噴油量隨時(shí)間（轉(zhuǎn)角）而變化的關(guān)系。 噴油規(guī)律與供油規(guī)律的區(qū)別：-噴油時(shí)刻落后于供油時(shí)刻因?yàn)閍.要克服兩個(gè)彈簧彈力; b.燃油、高壓油管有彈性; c.壓力波的傳遞理想的噴油規(guī)

2、律應(yīng)先緩后急 二、噴油規(guī)律二、噴油規(guī)律三、油泵速度特性及其校正三、油泵速度特性及其校正 1、定義 噴油泵的油量控制機(jī)構(gòu)（齒條或拉桿）位置不變時(shí)，每循環(huán)的供油量隨轉(zhuǎn)速變化的關(guān)系。 b()2、油泵速度特性曲線每循環(huán)供油量隨轉(zhuǎn)速的升高而增加每循環(huán)供油量隨轉(zhuǎn)速的升高而增加 節(jié)流作用3、造成的影響 供油量隨轉(zhuǎn)速的降低而減小，將使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩隨供油量隨轉(zhuǎn)速的降低而減小，將使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速降低而下降。對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作的穩(wěn)定性不利。轉(zhuǎn)速降低而下降。對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作的穩(wěn)定性不利。 4、曲線校正出油閥校正彈簧校正可變減壓容積可變減壓作用1 1、二次噴射、二次噴射2 2、斷續(xù)噴射、斷續(xù)噴射3 3、隔次噴射、隔次噴射4 4、

3、漏油現(xiàn)象、漏油現(xiàn)象四、不正常噴射四、不正常噴射供油量小于噴油量，使針閥周期性跳動(dòng)壓力波使出油閥落座后再次升起供油量過(guò)小針閥不能迅速落座，或零件磨損第二節(jié)第二節(jié) 電子控制燃油噴射系統(tǒng)電子控制燃油噴射系統(tǒng)一、系統(tǒng)組成及工作原理一、系統(tǒng)組成及工作原理由傳感器傳感器、ECU（計(jì)算機(jī)）和執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)三部分組成。 實(shí)現(xiàn)對(duì)噴油量噴油量以及噴油定時(shí)噴油定時(shí)隨運(yùn)行工況的實(shí)時(shí)控制。 計(jì)算機(jī)根據(jù)轉(zhuǎn)速傳感器和油門(mén)位置傳感器的輸入信號(hào)，首先計(jì)算出基本噴油量基本噴油量，然后根據(jù)水溫、進(jìn)氣溫度、進(jìn)氣壓力等傳感器的信號(hào)進(jìn)行修正，確定最佳噴油量及噴油正最佳噴油量及噴油正時(shí)時(shí)。來(lái)自控制套位置傳感器的信號(hào)對(duì)最佳值進(jìn)行反饋修正，

4、同時(shí)計(jì)算機(jī)按照最佳值對(duì)廢氣再循環(huán)閥、預(yù)熱塞等執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，使柴油機(jī)工作狀態(tài)達(dá)到最佳。 1、組成2、工作原理二、二、高壓共軌系統(tǒng)高壓共軌系統(tǒng) 低壓燃油泵將燃油輸入高壓油泵，高壓油泵將燃油加壓送入高壓油軌(蓄壓器)，高壓油軌中的壓力由電控單元根據(jù)油軌壓力傳感器測(cè)量的油軌壓力以及需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，高壓油軌內(nèi)的燃油經(jīng)過(guò)高壓油管，由電液控制的電子噴油器將燃油噴入氣缸。 噴油器的啟閉由電控單元根據(jù)機(jī)器的運(yùn)行狀態(tài)，從預(yù)設(shè)的 map 圖中確定合適的噴油定時(shí)和噴油持續(xù)期進(jìn)行控制。電磁閥起作用的時(shí)刻決定噴油定時(shí)，起作用的持續(xù)時(shí)間和共軌壓力決定噴油量。 1、氣缸內(nèi)形成混合氣 （ 不同于汽油機(jī)） 2、形成條件差 時(shí)間

5、短 1535CA (0.00070.003s) 柴油的粘度大，不易蒸發(fā).一、形成特點(diǎn)一、形成特點(diǎn)第三節(jié)第三節(jié) 柴油機(jī)柴油機(jī)混合氣的形成混合氣的形成二、形成方式二、形成方式 1、空間霧化混合 2、油膜蒸發(fā)混合 實(shí)際上，高速柴油機(jī)是空間霧化混合及油膜蒸發(fā)混合兼而有之。三、產(chǎn)生的主要三、產(chǎn)生的主要問(wèn)題及問(wèn)題及改善方法改善方法混合氣形成困難，導(dǎo)致燃燒不完全混合氣形成困難，導(dǎo)致燃燒不完全1、主要問(wèn)題 因?yàn)椴裼筒蝗菀渍舭l(fā)，故將燃油噴射成霧狀，分散成數(shù)百萬(wàn)個(gè)小油滴，這些細(xì)小油滴在氣缸內(nèi)迅速蒸發(fā)與空氣混合，但因?yàn)榛旌蠒r(shí)間極短，缸內(nèi)情況異常復(fù)雜，故使缸內(nèi)空氣和燃油混合極不均勻，有的地方可能是惰性氣體，有的地方是

6、過(guò)稀混合氣，有的地方甚至還有燃料液態(tài)核心，等等。所以為了保證燃油燃燒完全。柴油機(jī)均在過(guò)量空氣系數(shù)1的條件下工作。2、改善方法A A、噴霧、噴霧B B、組織空氣運(yùn)動(dòng)、組織空氣運(yùn)動(dòng)1 1噴霧（霧化）：噴霧（霧化）：燃油噴散成細(xì)粒的過(guò)程 2 2噴注的基本參數(shù)噴注的基本參數(shù)油束射程L（貫穿距離） 噴霧錐角或油束的最大寬度B 霧化質(zhì)量 包括幾何形狀和霧化質(zhì)量?jī)蓚€(gè)方面：幾何形狀液滴的細(xì)度液滴的均勻度三、燃油霧化三、燃油霧化3、影響霧化與油束特性的因素（1）噴油嘴結(jié)構(gòu)（2）噴油壓力（3）燃燒室壓力（4）氣缸溫度（5）噴油凸輪外形及轉(zhuǎn)速a.進(jìn)氣渦流螺旋氣道形成切向氣道形成動(dòng)畫(huà)動(dòng)畫(huà)四、空氣運(yùn)動(dòng)四、空氣運(yùn)動(dòng)b.擠

7、流1.著火延遲期2.速燃期3.緩然期4.補(bǔ)燃期一、一、 燃燒過(guò)程燃燒過(guò)程第四節(jié)第四節(jié) 柴油機(jī)的燃燒過(guò)程柴油機(jī)的燃燒過(guò)程1.1.著火延遲期著火延遲期從噴油始點(diǎn)A點(diǎn)開(kāi)始到壓力脫離壓縮線開(kāi)始急劇上升的B點(diǎn)為止。從噴油始點(diǎn)A點(diǎn)開(kāi)始到壓力脫離壓縮線開(kāi)始急劇上升的B點(diǎn)為止。1.1.著火延遲期著火延遲期 著火延遲期越長(zhǎng)，氣缸中積累的燃料量就越多，著火后一起燃燒，使燃燒急劇，發(fā)動(dòng)機(jī)工作粗暴?？s短著火延遲期的措施:1） 提高缸內(nèi)溫度2） 使用十六烷值高的燃料在上止點(diǎn)前（A點(diǎn)），噴油器向氣缸內(nèi)噴入燃油，但燃油并不馬上著火，而是稍有落后，因?yàn)椴裼蜋C(jī)自燃需要有一定條件。它首先由液態(tài)蒸發(fā)成氣態(tài)，并與空氣混合形成可燃混合

8、氣，當(dāng)適當(dāng)比例的混合氣經(jīng)過(guò)一定化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，燃油才能自燃著火。2.2.速燃期速燃期 從氣缸壓力偏離壓縮線開(kāi)始急劇上升的B點(diǎn)起，到最高壓力點(diǎn)C點(diǎn)為止。2.2.速燃期速燃期 從氣缸壓力偏離壓縮線開(kāi)始急劇上升的B點(diǎn)起，到最高壓力點(diǎn)C點(diǎn)為止。 由于在著火延遲期中噴入氣缸的燃油已經(jīng)過(guò)不同程度的物理、化學(xué)準(zhǔn)備，所以一旦著火，這些燃料也一起燃燒，此時(shí)活塞靠近上止點(diǎn)位置，這個(gè)階段近似混合加熱循環(huán)中的等容加熱，壓力升高特別快，用壓力升高比來(lái)表示壓力升高的急劇程度 ,3232ppp 壓力升高比太大，則柴油機(jī)工作粗暴，運(yùn)動(dòng)零件受到很大的沖擊，發(fā)動(dòng)機(jī)壽命縮短， 降低p/ 的方法:-減少著火后一起燃燒的混合氣量。減少著

9、火后一起燃燒的混合氣量?？s短著火延遲期的時(shí)間控制著火延遲期中的噴油量抑制著火延遲期中可燃混合氣的形成3.3.緩然期緩然期從缸內(nèi)壓力最高點(diǎn)C點(diǎn)開(kāi)始到缸內(nèi)溫度達(dá)到最高點(diǎn)D點(diǎn)為止。3.3.緩然期緩然期從缸內(nèi)壓力最高點(diǎn)C點(diǎn)開(kāi)始到缸內(nèi)溫度達(dá)到最高點(diǎn)D點(diǎn)為止。這個(gè)階段近似混合加熱循環(huán)中的等壓加熱， 速燃期后，噴油往往結(jié)束了。但是，由于速燃期時(shí)間較短，噴油較多，大部分燃油來(lái)不及形成可燃混合氣而留在速燃期后繼續(xù)混合和燃燒，使放熱不斷增加，溫度不斷升高，直到最高。這個(gè)時(shí)期結(jié)束時(shí)，放熱量一般達(dá)循環(huán)放熱量的70%80%。 4.4.補(bǔ)燃期補(bǔ)燃期 從最高溫度點(diǎn)D點(diǎn)起到燃油基本燃燒完的E點(diǎn)為止，E點(diǎn)一般難以確定，一般當(dāng)放

10、熱量達(dá)到總放熱量的95%97%時(shí)，即可認(rèn)為補(bǔ)燃期結(jié)束。 4.4.補(bǔ)燃期補(bǔ)燃期 從最高溫度點(diǎn)D點(diǎn)起到燃油基本燃燒完的E點(diǎn)為止，E點(diǎn)一般難以確定，一般當(dāng)放熱量達(dá)到總放熱量的95%97%時(shí)，即可認(rèn)為補(bǔ)燃期結(jié)束。 這一階段的燃燒是在膨脹行程中進(jìn)行，必然導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率降低，排氣冒煙等現(xiàn)象，故應(yīng)盡量減少補(bǔ)燃期。 燃燒過(guò)程中每一個(gè)階段都有自己的特點(diǎn)，但又相互關(guān)聯(lián)。柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性主要取決于速燃期和緩燃期。但是為了使柴油機(jī)工作柔和平穩(wěn)，減少燃燒噪音，就應(yīng)使著火延遲期（滯燃期）適當(dāng)縮短，這樣才能使速燃期內(nèi)燃燒稍有緩和，防止壓力升高率過(guò)高。另外為了提高經(jīng)濟(jì)性，減少排氣污染，應(yīng)盡量減少補(bǔ)燃期的燃燒量。要實(shí)現(xiàn)

11、這一目的，必須使緩燃期盡快燃燒，讓大部分燃油在緩燃期燒掉，補(bǔ)燃期就不會(huì)拖延太長(zhǎng)。 由此可見(jiàn)，對(duì)柴油機(jī)燃燒過(guò)程四個(gè)階段的要求應(yīng)該總結(jié)為：滯燃期要短，速燃期要緩，緩燃期要急，補(bǔ)燃期要少?？傊?1 1、定義、定義 燃油燃燒放出的熱量隨曲軸轉(zhuǎn)角變化的關(guān)系，稱(chēng)為燃燒的放熱規(guī)律。放熱規(guī)律影響發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率及最高爆發(fā)壓力。所以比較合適的放熱規(guī)律是希望有合適的燃燒起點(diǎn)，同時(shí)燃燒應(yīng)先緩后急，即開(kāi)始放熱適中，滿足運(yùn)轉(zhuǎn)柔和的要求，隨后燃燒加快，使燃料盡量靠近上止點(diǎn)燃燒，以保證好的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。二、燃燒過(guò)程的放熱規(guī)律二、燃燒過(guò)程的放熱規(guī)律1、燃料性質(zhì)、燃料性質(zhì)2、負(fù)荷、負(fù)荷十六烷值（發(fā)火性），i，工作柔和.餾程（蒸發(fā)性），蒸發(fā)性， i 1、負(fù)荷，T，i ，工作柔和， 負(fù)荷，供油量b，,不完全燃燒,i2、負(fù)荷，b，冒黑煙3、負(fù)荷0（怠速空轉(zhuǎn)），T, i ，工作粗暴 三、燃燒過(guò)程的影響因素三、燃燒過(guò)程的影響因素3、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)速4、供油提前角、供油提前角1、n，散熱損失，漏氣損失，p，T