0601第六章第一节柴油机燃烧过程-文字

2020/1/281第六章机械与车辆工程学院BEIJINGINSTITUTEOFTECHNOLOGY北京理工大学柴油机燃烧与燃油供给2020/1/282本章内容（重点章节）第一节柴油机燃烧过程第二节柴油机混合气形成与燃烧室第三节喷油泵第四节柴油机燃油喷射第六章柴油机燃烧与燃油供给2020/1/283本章要求目的与要求：1.要求全面掌握柴油机燃烧过程、燃烧特点、混合气的形成、燃烧室、喷油过程、喷油规律、异常喷射等有关问题；2.掌握供油、供气（缸内气流）、燃烧室（相关结构）与内燃机工况的匹配关系；3.熟悉喷油器、各种喷油泵及喷油系统等的结构、原理、特点、演变及使用场合。第六章柴油机燃烧与燃油供给2020/1/284第一节内容第一节柴油机燃烧过程一.燃烧过程二.燃烧阶段划分三.影响着火延迟期的因素四.柴油机放热规律五.燃烧计算模型第六章柴油机燃烧与燃油供给2020/1/285第二节内容第六章柴油机燃烧与燃油供给第二节柴油机混合气形成与燃烧室一.喷油器二.燃油喷雾三.缸内油滴运动情况四.柴油机燃烧室2020/1/286第三节内容第三节喷油泵一.传统喷油泵（柱塞式、转子分配式）二.P型泵与单体泵三.泵喷嘴四.P－T燃油供油系统五.高压共轨供油系统第六章柴油机燃烧与燃油供给2020/1/287第四节内容第六章柴油机燃烧与燃油供给第四节柴油机燃油喷射一.燃油喷射过程二.供、喷油规律三.喷射过程的模拟计算四.异常喷射五.供油系统参数及其对发动机性能的影响2020/1/288第一节柴油机燃烧过程一.燃烧过程二.燃烧阶段划分三.影响着火延迟期的因素四.柴油机放热规律五.燃烧计算模型第六章柴油机燃烧与燃油供给目的与要求：1.对柴油机从燃料起喷到燃烧结束整个燃烧过程有一个很清晰的构图，对燃烧阶段划分、各阶段对性能的影响、影响各阶段的因素有明确的认识2.掌握影响着火延迟期的因素2020/1/289一燃烧过程从喷油开始到燃烧结束（注意与汽油机燃烧的区别）第一节柴油机燃烧过程1着火延迟活塞接近上止点T=450~550℃p=3~4MPa喷油器高压高速喷油压力20~150MPa雾状油束结构油束由百万计的细微油滴组成油滴d=5~150μm受热蒸发、混合物理准备先期氧化、局部火核化学准备2020/1/28102预混合燃烧阶段第一节柴油机燃烧过程预先混合好的可燃混合气（上阶段喷入的一部分）20%总量瞬间、多点迅速燃烧压力(温度)迅速上升量=预混合量=f(着火延迟期、……)瞬时燃烧速度(放热率)远高于汽油机pzmax、Δp/Δφ高最高燃烧速度pzmax~本阶段结束处(上止点后6~10℃A)，pzmax大；温度也迅速上升，但未达到最高。直接影响：pzmax、Δp/Δφ、噪声、经济性2020/1/28113扩散燃烧阶段第一节柴油机燃烧过程接下来的燃烧速度变慢。油边喷射、边蒸发、边混合、边向外扩散找空气、边燃烧）。放热量70～80%。活塞开始快速下移，缸内压力开始下降。该阶段结束在上止点后20~35℃A~Tzmax。此时总放热量已达80%～90%。燃烧速度（放热率）取决于燃料蒸发、混合及扩散找气的速度。相对缓慢的扩散燃烧2020/1/28124后燃第一节柴油机燃烧过程后期不完全氧化燃烧（产生碳烟）喷油后期喷入的油雾化差、缸内空气已少、并在外围；活塞已经下移，T、P下降，也不利于雾化、混合；部分高温热分解的燃料重新合成放热；燃烧速度很低放热量占总量的10～30%2020/1/2813二燃烧阶段划分nniii636060第一节柴油机燃烧过程1.着火延迟期：影响整个燃烧情况。从效率与经济的角度燃烧起点应在上止点前5～10oCA（汽油机12～15oCA，因为初燃慢）柴油机着火延迟期（4.2～18)*n/1000（汽油机4～6oCA,未考虑n的影响）从降低排放的角度燃烧起点已经在上止点后。2020/1/28142速燃期第一节柴油机燃烧过程放热量只占不足20%；粗暴性、经济性。pzmax在上止点后6~10℃A（从经济性考虑）。Δp/Δφ0.4～0.6MPa/oCA(汽油机Δp/Δφ0.175～0.25MPa/oCA；放热量80%)2020/1/28153缓燃期第一节柴油机燃烧过程放热量70～80%；经济性、效率。Tzmax上止点后20～35oCA；1600～2000oC4后燃期排放、经济性。汽油机Tzmax=1700～2500oC；Pmax上止点后10～15oCA2020/1/2816汽油机燃烧的特点(对比)（点燃式预混合燃烧）1）燃烧过程分成三段（着火延迟期、速燃期、后燃期）。2）着火延迟期对燃烧速度（放热规律）影响小（影响燃烧起点，对汽油机工作影响还是很大的，容易控制）。3）汽油机:主燃烧期只有一段（速燃期），放热量占~80%柴油机:速燃期放热量不足20%,缓燃期:~70~80%第一节柴油机燃烧过程2020/1/2817汽油机燃烧的特点（点燃式预混合燃烧）4）预混合燃烧。燃烧速度不受供油系统的影响，对燃料供给系的供油质量（雾化）要求低，仅仅对数量要求高；燃烧速度受燃烧室形状、缸内流动的影响大）。5）单点点燃。6）对速燃期，初期燃烧速度慢，后期快。如果不受燃烧室形状、缸内流动影响，火焰前锋面面积相对时间将成~平方规律增长。第一节柴油机燃烧过程2020/1/2818汽油机燃烧的特点（点燃式预混合燃烧）7）最高温度点主要取决于最大（放）热量的时刻速燃期结束点8）最高压力点主要取决于最大（放）热率的时刻速燃期结束点9）Tzmax高。由于是“预混合燃烧”，汽油机的平均燃烧速度很快。等容度大，最高温度高。10）pzmax低。汽油机燃烧速度逐渐增加，最大燃烧速度低。第一节柴油机燃烧过程2020/1/2819汽油机燃烧的特点（点燃式预混合燃烧）11）量调节。负荷的调节靠量调节，要调节进气量，进气节流损失大。平均过量空气系数随负荷变化不大，排气温度随负荷变化不大。12）机械负荷低，热负荷也低。pzmax、dp/d低，运动件轻。13）汽油机排气温度高。过量空气系数小，混合气浓、压比小、效率低、传热损失小。14）汽油机燃烧稳定性差。点火瞬间火花塞附近混合气的成分差别、气流的不均匀性对燃烧影响很大。第一节柴油机燃烧过程2020/1/2820着火延迟期τi着火延迟期τi影响：1)易控制；2)影响大。喷油持续期（低速15～35oCA；高速20～60oCA）柴油机着火延迟期（4.2～18)*n/1000；很大一部分油在着火延迟期已经喷入T、P很高，喷入很快就燃，τi影响大？第一节柴油机燃烧过程2020/1/2821三.影响着火延迟期的因素1.着火延迟期-----可控、可调整（难！----供油提前角、喷油规律）2.由研究公式：CN为十六烷值第一节柴油机燃烧过程注意τi高与工作粗暴（预混量多）关系很大,但非直接因素.barKmsTpi,,2100exp52.302.1psiRmsTpCNi,,8360exp400271.0386.069.02020/1/2822三.影响着火延迟期的因素3.具体因素分析注意τi短与爆燃低（预混量少）无必然关系第一节柴油机燃烧过程1）燃料（十六烷值高化学稳定差、热分解严重。物理稳定性影响蒸发性。粗暴★如果喷油提前角不变，燃油蒸发性变好τi，但爆燃？a)缸内温度早期低、化学准备不够；b)蒸发吸热；但依然希望蒸发性好，燃烧、经济性、排放，粗暴2020/1/2823三.影响着火延迟期的因素3.具体因素分析第一节柴油机燃烧过程2）转速n↑（φi↑）τi↓粗暴度↓；所以n↑，发动机要增加喷油提前角。有没有可能n↑φi↑喷油提前角?冷起动时3）负荷高壁温高τi↓粗暴度↓；冷起动时的粗暴。2020/1/2824三.影响着火延迟期的因素3.具体因素分析4）密度与压比、增压度；密度大对雾化有利；低增压柴油机相对非增压工作柔和(缸内TP也高)。5）喷油提前角第一节柴油机燃烧过程2020/1/2825三.影响着火延迟期的因素3.具体因素分析6）喷油规律(T6-12)：喷射速率低，初期可燃混合气少，粗暴性小；但喷射期长，经济性差；第一节柴油机燃烧过程★能否利用初期喷射率低，粗暴性低这一优点？柴油机设计好后，一个重要任务是根据最常用或要求工况调节喷油提前角到最佳态。先进的方法是电控自动调节，但调节规律一般也要通过试验得到（理论指导、过渡）最佳喷油提前角=f(CZ,T0,P0,ε,ρ,负荷,冷却强度,燃烧室形式,喷油规律,增压比、…)2020/1/2826四.柴油机放热规律1.燃烧是如何进行的？能否定量地反映燃烧过程？放热规律dQ/dt；dQ/dφ；累计放热量Q=f(φ)2.燃烧：燃料通过氧化将化学能转换成热能的过程。因此，缸内热量的变化直接反映了燃烧进行情况。如图清楚地反映了燃烧的进行。何时快、何时慢、放热量变化；喷油量与放热量的变化规律差别很大；而且放热规律明显分成两段（预混+扩散）。第一节柴油机燃烧过程2020/1/2827四.柴油机放热规律3.如何得到放热规律（dQ/dφ）？1)直接测量——难！2)间接测量。缸内工质参数中测量相对最容易、最成熟的是缸内压力P=f(V)；P=f(φ)；P=f(φ)求解dQ/dφ第一节柴油机燃烧过程传热作功内能放热ddQddWddUddQWB////(2)解法：a)零维假设b)微分方程的数值解：（最简单、误差高）时间差分段内用均值代替，由初值逐步推出其它时刻的值。(1)能量平衡(3)推导：(与三段论类似)a)将燃烧过程（曲轴转角）用m个点离散成m-1段，当燃烧初始点参数已知时，假设n-1点参数已知，如能推出n点的参数，那么整个过程的参数均能得知。b)这里的推导作了大量简化（许多问题在工作过程计算章节详细讲）c）如果初始参数难于估计，可进行循环计算，通过初终点应重合来调整计算初值。2020/1/2828四.柴油机放热规律——间接计算第一节柴油机燃烧过程ddQddWddUddQWB////(1)能量平衡11kpVTMCkRCMRTpV(2)气体状态方程)(1nnnTMCdU在p-示功图上，对于微元曲轴转角，又可写出：nnnnnnnnnkVpVpkpVdTMCdU111111)()(在微元期间WBQWUQ差分表达式)sin2cos1(44222DVSDVVcncn气缸容积)(211nnnnnVVppW在微元期间作功，利用梯形法31)(21600winingnWnTTFnQ微元期间散热量2020/1/2829四.柴油机放热规律4.不同燃烧室发动机的放热规律不同。直喷式发动机初期放热率很高（图中的喷油提前角应减小）5.放热规律对示功图（效率）的影响（上止点起燃、燃烧持续期40oCA）。初期放热率越高，压力升高率、最大爆压、效率均变高第一节柴油机燃烧过程2020/1/2830★能不能压力升高率、最大爆压均较低，而效率又高呢？1.矛盾的解决：分析两种极限放热规律。2.先快后慢。多数为此，比较易实现（初期喷压高），效率高，但是由于早期放热量大，爆压高3.先慢后快。压力升高率、最大爆压均较低，但效率也低，但效率低并不完全是因为初期放热率低，而是大量的热在远离上止点处释放，可以通过缩短燃烧持续期（提高喷压，缩短供油持续期来实现）。4.如何实现？1)控制喷油；2)采用预喷技术（介绍高压共轨供油系统时介绍）第一节柴油机燃烧过程2020/1/2831五.燃烧计算模型1.设计初期，无样机，无P=f(φ)，用计算模型预测整机性能时需要放热规律2.“单韦伯模型”3.目前可采用燃烧计算，直接计算出放热规律第一节柴油机燃烧过程zyyexm0908.611燃烧放热百分率1908.61906.6mym