发动机原理与汽车理论_第四章柴油机的燃料与燃烧(2)

1/18课程内容概述第一章发动机原理基础知识第二章发动机的换气过程第三章汽油机的燃料与燃烧第四章柴油机的燃料与燃烧第五章燃气发动机的燃料与燃烧第六章发动机的特性第七章汽车的动力性第八章汽车的制动性第九章汽车的使用经济性第十章汽车的操纵稳定性第十一章汽车的舒适性第十二章汽车的通过性第十三章汽车性能的合理使用3/18第四章柴油机的燃料与燃烧第一节柴油的使用性能第二节柴油机混合气的形成与燃烧第三节柴油机的排气污染与噪声第四节改善柴油机燃烧过程的措施4/18第四节改善柴油机燃烧过程的措施一、使用措施二、结构措施三、电控技术的应用（略）5/18一、使用措施1.正确选用燃料(发火性和蒸发性要兼顾)：2.合理选择并准确控制喷(供)油提前角：喷油提前角θs、供油提前角θ及两者之间的关系：θ=θs+θx；θx（喷油延迟角）-由高压油管长度和转速决定。1）喷油提前角对发动机性能的影响：过大，工作粗暴；功率下降、油耗增加。过小，工作柔和；传热损失增加、排气温度升高，热效率降低。2）喷油提前角对油耗及排气污染的影响：•对应每一工况，都有一个最佳喷油提前角，此时动力性、经济性最好，但排气污染和燃烧噪声较严重。如图4-3。•喷油提前角范围：15°～35°（CA）。6/18喷油提前角对油耗及排气污染的影响图4-3柴油机全负荷时动态喷油定时图7/183.合理控制转速和负荷：1）转速的影响：转速提高，压缩终了压力提高；雾化质量提高；空气涡流增强，利于混合气的形成与燃烧。但转速不宜过高（充气效率下降，循环供油量增加），使热效率下降、排气污染严重。2）负荷的影响：负荷增加，工作柔和；燃烧过程拉长、不完全燃烧增加，使热效率下降。当负荷过大时，使排气管冒黑烟，热效率急剧下降。怠速（惰转）噪声：一、使用措施8/18柴油机在低速小负荷工况（怠速、起动）时，尽管喷油量不多，由于汽缸温度和压力较低，使着火延迟期较长，压力升高率也较大，产生强烈的燃烧噪声，这种现象称之为怠速（惰转）噪声。怠速（惰转）噪声9/18二、结构措施1.合理选择压缩比：压缩比提高，工作柔和；热效率提高，改善冷起动性能；但压缩比过高，机械负荷过大。在保证冷起动容易和有效燃烧的前提下，尽量降低压缩比。2.合理设计燃烧室：3.保证合适的喷油规律：4.保证良好的油束特性。10/18柴油机的燃烧室按燃烧室结构形式的不同：1）直接喷射式：ω形燃烧室和球形燃烧室2）分隔式：预燃室式燃烧室和涡流室式燃烧室11/18ω形燃烧室-直接喷射式混合气的形成以空间雾化混合方式为主。特点：结构简单，面容比小，相对散热少，经济性好；能形成一定的挤气涡流；压缩终了汽缸温度上升快，冷起动性能好。采用多孔喷油器，对燃油和喷油系统要求较高；涡流强度对转速变化敏感；工作粗暴；排气污染较大。12/18混合气的形成以油膜蒸发混合方式为主。特点：面容比小，相对散热少，经济性好；一般配有螺旋进气道以产生强烈的进气涡流；采用单孔或双孔喷油器，对燃油和喷油系统要求不高；工作柔和；排气污染小。冷起动比较困难；对负荷反应迟缓（空气涡流跟不上，加速时冒黑烟）；高、低速性能差别很大。应用：小型高速柴油机上（高速性能好）。球形燃烧室-直接喷射式13/18预燃室式燃烧室通道方向与预燃室并不相切。特点：混合气的形成主要靠燃烧涡流，可采用轴针式喷油器，对燃油系统要求不高；由于节流作用，工作柔和，燃烧噪声小；排气污染少。面容比大，散热损失较大，流动损失大，所以热效率较低，经济性不如直接喷射式；冷起动困难（需加装起动电热塞）。14/18涡流室式燃烧室通道方向与涡流室相切。特点：混合气的形成主要利用压缩涡流和二次涡流，可采用轴针式喷油器，对燃油系统要求不高；对进气道没有特殊要求；高速性能好；排气污染小。面容比大，散热损失较大，热效率低，经济性不如直接喷射式，冷起动困难（需加装起动电热塞）。15/18喷油规律喷油规律：单位时间（或曲轴转角）内的喷油量随时间（或曲轴转角）的变化关系。理想的喷油规律：先缓后急并尽量缩短喷油时间。即在着火延迟期内喷油速率要低，以控制压力升高率和最高燃烧压力；着火燃烧后喷油速率要高，停油干脆，保证燃烧过程在上止点附近完成。16/18油束特性雾化：燃油以高压经喷孔中喷出时，被分散成大小不等的微粒所形成的圆锥形油束，这一过程称雾化。油束特性：通常用油束形状和雾化质量描述。1）油束射程L：油束前端在压缩空气中的最大喷射距离。如果燃烧室尺寸小而射程大，喷到燃烧室壁上的燃油多；如果射程小，燃油不能分布到燃烧室空间，空气又得不到充分利用。2）油束锥角β：标志油束的紧密程度。β越大，油束越松散，油滴越细。17/18油束特性3）雾化质量（雾化特性）：表示柴油吹散雾化的程度，一般是指雾化时的细度和均匀度。细度用油束中油粒的平均直径表示；均匀度用油粒的最大直径与平均直径之差表示。不同喷油压力时的雾化质量曲线如图4-12。18/18油束形状19/18三、电子技术的应用电控技术在柴油机上的应用，改善了混合气的形成条件和燃烧过程，不仅使柴油机的排气污染降低，同时也使柴油机的动力性、经济性等进一步提高。喷油量控制、喷油正时控制、喷油速率控制、喷油压力控制、怠速转速控制、怠速时各缸均匀性控制、进气节流控制、可变进气涡流控制、可变配气正时控制、增压控制、排放控制、起动控制、巡航控制、故障自诊断及失效保护、与自动变速器综合控制。20/18第四章作业1.为什么柴油机排气中的CO、HC及NOX含量比汽油机少，而碳烟排量远比汽油机高？2.分析喷油提前角大小对柴油机性能有何影响？