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第六节柴油机的燃烧82题考点1：燃烧过程着火条件和燃烧过程的四个阶段15题1．着火条件若使喷入气缸中的燃油油滴能够形成着火点并全面燃烧，必须满足两方面的条件：一是适当的混合气的浓度（α≈1.0），二是足够高的温度（高于燃油的自燃温度）。在柴油机中，首先着火的部位是在油束核心与外围之间混合气浓度适当和温度适当处。由于在缸内符合此要求的部位不止一处，所以是多点同时着火，而且各循环的着火点也不尽相同。2．燃烧过程（1）第一阶段：滞燃期（d-c）滞燃期从燃油开始喷入气缸的d点（参见李春野主编《主推进动力装置》图3-29）到燃油自行着火的c点（气缸内压力开始离开压缩曲线而急剧上升点），又称为着火延迟期。其长短可用滞燃时间τi（秒）或滞燃角度Φi（度）表示。在滞燃期中，喷入气缸的燃油主要进行着燃烧前的一系列物理和化学的准备过程，包括燃油的雾化、加热、蒸发、扩散与空气混合等物理准备阶段，和着火前燃油分子与空气中的氧分子进行的一系列预氧化中间反应。在此期间，虽然液相燃油蒸发吸收了周围空气的一部分热量作为燃油的蒸发潜热，并且还有可能出现一处或数处的自燃着火点，但这两方面对气缸内压力的变化影响并不大，因而，气缸内的压力线基本与纯压缩线重合。在这一阶段中，虽然没有发生明显的燃烧现象，但对后继的燃烧过程有决定性的影响。因为在滞燃期中喷入气缸的燃油量（称滞燃量，用△i表示，一般低速机△i＝（15～30）％△gi，高速机△i＝（80～100）％△gi，△gi为循环供油量），会直接影响到着火燃烧后压力上升的急剧程度（c-y段的斜率）。τi越长，△i越大，着火前形成的可燃混合气的量就越大，一旦发火，燃烧迅猛，压力会突然增高，致使柴油机工作粗暴，表现为燃烧曲线上c-y段的压力上升过于陡峭，最高燃烧压力过高。（2）第二阶段：速燃期（c-y从着火点（c点）开始到缸内气体压力最高点（y点）为止，称为急燃期，也叫速燃期。在速燃期中，不但烧掉了滞燃期中完成燃烧准备的可燃混合气，还烧掉了速燃期喷入气缸并已完成了燃烧准备的部分燃油，燃烧速度快，使气缸内工质的压力、温度急剧上升。再加上此时活塞处于上止点附近，活塞运动速度慢，气缸容积变化小，燃烧是在接近等容状态下进行的，这就更加剧了压力的上升。理想的燃烧过程应使平均压力升高率不超过0.4～0.6MPa/°，最高爆发压力发生在上止点后10°～15°曲轴转角。由于在速燃期中燃烧的可燃混合气主要是滞燃量积聚准备的，所以，速燃期的燃烧速率很难用控制本燃烧期可燃混合气形成速度的办法来加以控制，故速燃期又称为不可控燃烧期或预混合燃烧阶段。（3）第三阶段：缓燃期（y-z从缸内气体压力最高点（y点）到缸内气体温度最高点（z点）为止，称为缓燃期。在缓燃期中，由于燃烧室内已充满燃烧产物和正在燃烧的火焰，温度很高，燃油油滴喷入气缸即行蒸发燃烧。到缓燃期结束时，放热量可达循环总放热量的70%～80％，温度迅速上升至最高温度（达1700～2000℃）。但此时由于活塞已离开上止点下行，气缸容积迅速扩大，故燃烧燃油虽多，而缸内压力却缓慢下降（也可认为近似等压燃烧）。缓燃期的长短主要取决于负荷大小，亦称可控燃烧期或扩散燃烧阶段。（4）第四阶段：后燃期（z点以后）缸内气体温度最高点（z点）以后发生的燃烧过程，称为后燃期。后燃期是燃烧过程在膨胀行程中的继续。在缓燃期中喷入气缸的燃油绝大部分立即燃烧，但总有一部分因气缸中燃烧产物的增多和氧分子浓度的减少而得不到充分的氧分子来不及燃烧或燃烧不完全，便延续到膨胀行程中才得以燃烧。柴油机的后燃现象是不可避免的。后燃期的存在使燃料的利用率降低，功率和热效率下降，并使排气温度提高，增加零部件的热负荷，使柴油机的工作可靠性下降。B1.关于燃烧过程的速燃期，说法不正确的是（）。A．从发火点开始至缸内达到最高爆发压力B．燃烧完本阶段和滞燃期喷入缸内的燃油C．开始在上止点前结束在上止点后D．平均压力增长率不宜超过0.4MPa/°曲轴转角D2.关于后燃，下列说法不正确的是（）。A．是指缸内达最高温度以后的燃烧B．后燃重，热负荷大C．后燃严重时可能延续至开始排气D．减少后燃阶段喷油量可减轻后燃C3.根据柴油机理论分析并经实验证实，在燃烧室内的着火点特点是（）。A．仅为单点着火B．固定部位多点着火C．不同部位多点着火D．固定部位单点着火D4.根据柴油机燃烧理论分析并经实验证实，燃油在燃烧室内的着火条件是（）。A．混合气浓度一定B．混合气温度足够C．燃烧室中空气扰动D．A＋BB5.根据对柴油机燃烧室着火条件的分析，在燃烧室内最先着火的部位应是（）。A．油束内部B．油束外缘（α≥1处）C．油束前端D．油束根部C6.在柴油机燃烧室中着火点向四周传播速度与途径主要取决于（）。Ⅰ.混合气质量Ⅱ.火焰波峰强度Ⅲ.空气扰动Ⅳ.着火点位置A．Ⅰ＋Ⅱ＋ⅢB．Ⅱ＋Ⅲ＋ⅣC．Ⅰ＋ⅢD．Ⅰ＋Ⅱ＋Ⅲ＋ⅣB7.下述关于柴油机燃烧过程中滞燃期的论述中错误的是（）。A．在滞燃期内，缸内压力基本与压缩线重合B．滞燃期为不可控期C．滞燃期决定着后续燃烧期的急剧程度D．高速柴油机，滞燃期喷油量占循环供油量的80%～100%B8.在柴油机的速燃期中，由于滞燃期喷入的燃油瞬时燃烧，因而可近似认为是（）。A．等压燃烧B．等容燃烧C．等温燃烧D．混合燃烧C9.下述关于燃烧过程中速燃期的论述中，错误的是（）。A．在速燃期内缸内压力急剧升高到最高爆发压力pZB．速燃期进行的强烈程度决定着燃烧过程的平稳性C．速燃期为可控燃烧过程D．从放热规律观点速燃期亦称预混合燃烧阶段A10.在柴油机的缓燃期中，由于活塞已下行，及缸内仍发生燃烧，因而可近似认为燃烧阶段为（）。A．等压燃烧B．等容燃烧C．等温燃烧D．混合燃烧A11.下述关于缓燃期的论述中错误的是（）。A．缓燃期内由于燃烧速度缓慢，而使大量空气过剩B．缓燃期内缸内温度上升到最高循环温度C．缓燃期为可控燃烧阶段D．从放热规律观点此阶段称扩散燃烧阶段D12.关于燃烧过程中的后燃阶段，错误的认识是（）。A．后燃期不可避免B．后燃期是燃烧过程在膨胀中的继续C．低速机的后燃期比高速机短D．后燃使排温升高，热效率升高C13.关于柴油机燃烧过程各阶段的分析中，下述各项中正确的是（）。A．滞燃期越短越好B．主燃期越短越好C．后燃期越短越好D．速燃期越短越好A14.按分阶段燃烧理论分析，对燃烧质量影响最大的是（）。A．滞燃期B．速燃期C．缓燃期D．后燃期B15.喷油泵供油提前角过大，柴油机的变化是（）。Ⅰ.油耗率增高Ⅱ.容易启动Ⅲ.最高爆发压力升高Ⅳ.排气温度升高Ⅴ.平均压力增长率升高Ⅵ.发动机过热A．Ⅰ＋Ⅱ＋ⅢB．Ⅰ＋Ⅲ＋ⅤC．Ⅰ＋Ⅲ＋ⅣD．Ⅱ＋Ⅳ＋Ⅵ考点2：燃烧过程影响因素及控制措施67题1．影响燃烧过程的因素（1）燃油品质燃油的品质对柴油机发火燃烧有直接影响，如十六烷值、黏度、发热值及馏程等。其中以十六烷值的大小对滞燃期的长短影响最大。燃油在其他条件相同的情况下，十六烷值高的燃油，滞燃时间τi较短，压力升高率较小，最大爆发压力较低，燃烧过程平稳，柴油机运转柔和。但十六烷值过高，使燃油容易在高温下裂化分解为游离碳，造成主燃期温度降低，后燃期延长和温度升高，且燃烧不完全，柴油机冒黑烟，排气温度升高；十六烷值过低，会使滞燃时间τi变长，燃油着火滞后，滞燃量△i增多，造成缸内最高燃烧压力和压力升高率变高，使柴油机工作变得粗暴。因此燃油的十六烷值要适当。（2）换气质量换气质量的好坏直接影响到燃油燃烧的完善程度。向气缸供给充足的空气量并于燃油油气有良好的混合，是保证燃烧过程进行良好的首要条件。换气质量好则进入气缸内的新鲜空气量增多，混合气形成速度快，滞燃期短，柴油机工作柔和，且燃油有足够量的氧与之化合，燃烧就完全，排气温度低。（3）气缸内工质状态（气缸的热状态）压缩过程终点气缸内气体的压力和温度对燃烧过程有很大影响。若压缩终点的压力和温度较高，则会使燃油发火前的物理和化学准备加速，滞燃期缩短，柴油机的工作柔和。（4）燃油雾化质量燃油的雾化质量，直接影响燃烧过程的各个阶段。雾化质量良好，可燃混合气形成的速度快，滞燃期短，燃烧完全，柴油机工作平稳，同时会缩短后燃期。（5）喷油提前角它的大小对柴油机经济性、最高爆发压力、平均压力增长率及排气温度均有直接的影响。如提前角太大，则由于喷油时气缸内的压力和温度较低而使滞燃期延长，从而使柴油机平均压力增长率增高，爆发压力增大，工作粗暴，功率下降，并使柴油机启动困难；若提前角过小，使燃烧过程移后，引起后燃严重，排气温度上升，热效率降低。（6）柴油机的转速和负荷柴油机转速的变化对滞燃期和整个燃烧过程都会发生影响，如柴油机转速升高，由于气缸的漏气和散热损失减少，压缩温度和压力都会升高。同时，转速升高能使喷油压力提高，燃油雾化变好，加速了着火准备过程。此外转速升高时，燃烧室内的空气扰动加剧，促使燃油蒸发，不过在正常运转条件下，空气扰动对滞燃期τi只有次要的影响。综上所述，转速升高能提高混合气形成的速度，使滞燃期τi有所缩短，有利于燃烧，但缩短的程度却不与转速成正比，而是要看柴油机燃烧室的具体情况而定。在一般柴油机中，转速的升高会使滞燃角Φi与滞燃量均增加，在这段滞燃角内喷入气缸的燃油增多，从而使速燃期的pmax和△p/△ф增大，不利于燃烧。此外，转速的升高使得以曲轴转角计的喷油过程延长，从而使后燃期加长。（7）喷油规律喷油规律对燃烧过程也有很大影响。例如，在滞燃期内喷油量的多少将直接影响到最高燃烧压力和压力平均增长率；再如喷油结束时间的早晚对燃烧过程的后燃阶段有直接的影响。所以凡是影响喷油规律的因素都会影响到燃烧过程。2．改善燃烧过程的方法（1）运转管理方面①确保换气质量良好。对进气空气流经的所有环节（如进排气口、进排气道、增压柴油机的空气冷却器等）进行及时清洁，确保气缸有充足的进气量。还应定期测量和调整气阀定时，使其保持在最佳的工作状态。②燃油品质应满足使用要求。应重视燃油使用前的预处理（预热与净化）质量，保证良好的燃油雾化质量和燃烧质量。另外燃油的十六烷值、黏度、发热值及馏程等指标均对燃油的滞燃期产生直接的影响，应根据使用燃油品质的不同，相应调整喷油提前角。③保证良好的气缸热状态。应注意活塞环和气缸套的磨损情况，避免燃烧室漏气，并对气缸进行适当的冷却（不可过度也不可不足），使气缸压缩温度能满足喷入的燃油自燃发火的要求。④确保喷射系统正常工作。喷油泵应有正确的供油定时和均匀的供油量，喷油器应具有正确的启阀压力和良好的雾化质量，避免发生异常喷射。大、中型船用柴油机的燃烧过程对喷射设备的工作质量很敏感，更应予以特别重视。（2）日常航行管理①观看排气颜色。柴油机排气的正常烟色是隐约可见的淡灰色。若发现冒黑烟，则表示燃烧不正常。但要判断哪一只气缸不正常，则还须观察各缸排温而定。一般燃烧不正常的气缸排温要比正常的气缸高：若排气冒蓝烟，说明燃烧室中有润滑油被烧掉；若排气冒白烟，则说明燃烧室中有水分蒸发。②察看各缸排气温度与排气烟度。若某一缸排气温度低于一般平均值，则可能是由于该缸喷油量较小而使负荷不均。若某一缸排气温度超过平均值较多，则有两种可能：一是该缸喷油量太多而超负荷；二是由于喷油设备发生故障而出现严重后燃现象。至于究竟属于哪一种情况，还须从其他方面进行观察。而排气烟度增加则着重表示不完全燃烧加重。③测量气缸最高爆发压力。用爆压表直接测出最高爆发压力值。一般来说，根据最高爆发压力值，即可大致判断出各缸供油提前角的变化。最高爆发压力值过高，则可能是喷油泵的供油提前角过大。同时，测取各缸压缩压力，可以判断各缸的压缩状态。④测取各缸示功图。根据示功图可计算出各缸的功率，以检查各缸负荷是否均匀。同时，测取各缸的转角示功图，以便判断各缸的燃烧情况。B1.燃油品质变化较大时应对柴油机喷油定时进行调整，正确的调整方法是（）。A．根据燃油品种和说明书查得最佳定时后再进行调整B．主要依据爆压和排气温度，通过试验确定最佳定时C．根据燃油十六烷值从说明书查得最佳定时后再进行调整D．主要依据最高燃烧温度和排气温度，通过试验确定最佳定时D2.在运行中