柴油机的燃烧过程.ppt

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1、第六章柴油机混合气形成与燃烧本章要求：了解：柴油机有害排放物的生成机理与噪声，柴油机燃烧室的分类，特点和对燃烧的影响。理解：影响燃烧的因素和措施。掌握：柴油机混合气的形成，柴油机燃烧过程，柴油机的喷射与雾化。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。

2、第一节混合气形成与燃烧过程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。着火时机、地点不固定，着火点位于喷注外围与核心之间。一、燃烧方式--油滴扩散燃烧图6-1单个油滴的着火区域直径：5~150um(中间较大)Tc-热空气温度；Tw-油滴周围混合气温度；Cu-油滴周围混合气浓度；W-化学反应速度。在稀火焰区形成着火核心；稀熄火区是未燃HC的主要来源后喷现象：雾化和贯穿度小，形成CO、碳粒和未燃HC等

3、二、燃烧过程Ⅰ-滞燃期Ⅱ-速燃期Ⅲ-缓燃期Ⅳ-后燃期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（1-2）在压缩终点,Tc=450-800℃,大于柴油的自燃温度（330-350℃）,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6-2)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

4、-3）（图6-2）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ΔP/ΔΦ=(P3-P2)/(Φ3-Φ2)升高很快，放热率dθ/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，喷油常在速燃期结束。Ⅲ、缓燃期（3-4）（图6-2）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70～80%。一般在上止点后20～35°CA，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

5、烧。由于混合时间短，高温缺氧下易形成碳烟，要求α>1。Ⅳ、后燃期（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。三、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。α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

6、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ΔP/ΔΦ有很大关系。为使工作柔和，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α。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、

7、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，受光线的反射呈现不同的颜色，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。图6-3柴油机与汽油机的放热规律定义：放热率dQ/dΦ(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。四、燃烧过程的放热规律理想的放热规律应为：①曲线要先缓后急。②放热开始时刻要适当提前,持续时间为40°CA。在燃