搜索
•第六章柴油机混合气形成与燃烧•6.2柴油机燃烧过程•一、燃烧过程•示功图分析。画图•第1阶段AB着火延迟期，A点开始喷油，压力急剧上升，B点燃烧。AB段为着火准备阶段。•第2阶段BC速燃期，•用平均压力升高率•Δp/Δφ=（pc-pB）/（φc-φB）•表示压力急剧升高的程度。压力升高率太大，工作粗暴，冲击大，噪声大。•第3阶段CD缓燃期•燃料喷到高温废气区，得不到氧气，裂解成碳烟。•燃料喷到有氧区，气缸内温度高，很快燃烧。希望在上止点附近迅速完全燃烧。•第4阶段DE后燃期，后燃期放出的热量不能被有效利用，增加了冷却水散热损失，增加了活塞组的热负荷，使排气温度升高，希望减少后燃期。（°）（）上止点•二、燃烧放热规律•单位曲轴转角的放热量随曲轴转角的变化关系，称为放热规律。Q/CA。画图•1.ab段预混合燃烧阶段，放热率高，速燃期。•2.bc段扩散燃烧阶段，热效率下降，主要放热阶段，可达80%缓燃期。•3.cd段尾巴，延长至整个膨胀过程，放热低，占20%，少，后燃期。（）（°）放热率（/）•开始放热时刻、放热规律和持续放热时间是燃烧过程的三个主要因素，主要影响是循环热效率和最高燃烧压力两方面。•减噪，降低机械负荷，降低压力升高率，最高燃烧压力。要使经济性好，上止点附近燃烧，就要提高压力升高率。两者矛盾。•希望放热规律，先缓后急。开始放热要适中，满足运转柔和要求，随后燃烧要加快，使燃料在上止点附近燃烧。•6.3可燃混合气的形成与燃烧室•内部混合，油滴雾化，液滴1x10-3~50x10-3mm，喷油时间极短，0.002~0.004s，燃烧必须在上止点附近迅速完成，及时形成可以迅速燃烧的可燃混合气。混合气形成方式：•1.空间雾化混合•燃料喷向燃烧室，形成雾状混合物，为使混合均匀，喷出的燃油要与燃烧室形状相配合，利用燃烧室中的空气运动。•2.油膜蒸发混合，在燃烧室壁面上形成•燃油喷到燃烧室壁面上，形成油膜，油膜受热蒸发，在燃烧室强烈旋转气流作用下，燃料与空气形成均匀可燃混合气。•有以下类型燃烧室•一、直喷式燃烧室•整个燃烧室在由气缸盖底面、活塞顶面及气缸壁面所形成的统一空间内。•活塞顶上有深浅不同的凹坑，按凹坑深浅，分为•开式（燃烧室喉口直径dk/D=0.8）•开式，混合气形成依靠喷油与燃烧室形状配合，无空气运动。空气利用率低，经济性好，大中型柴油机上。目前汽车柴油机多用半开式燃烧室。•半开式（燃烧室喉口直径dk/D=0.35~0.65）•（一）半开式空气涡流运动•必须组织空气涡流运动。产生涡流方法：•1.进气涡流•气缸盖上采用特殊形状的进气道，使空气进入汽缸时，绕气缸中心线，作旋转运动，产生进气涡流。•（1）切向气道，气道母线与气缸相切，气道形状平直，渐缩，气流速度越来越快，绕气缸中心线气流旋转。结构简单，阻力小。但对气口位置敏感。•（2）螺旋气道，气道做成螺旋形，气流沿螺旋线推进的涡流运动，绕气缸中心线气流旋转。涡流强，应用在高速柴油机上。制造工艺要求高。进气涡流强，进气阻力大，充气系数下降，试验确定。•2.挤流活塞在上止点时，活塞顶平面上的环形空间的空气被挤入燃烧室凹坑内，形成涡流，不影响充气效率，但涡流强度小，维持时间短，配合进气涡流作用。（二）以ω型为代表的半开式燃烧室dk/D=0.4~0.65,活塞顶部凹坑形状像ω字母。•混合气形成特点是，一方面依靠燃油在空气中的雾化和推进实现，另一方面组织进气涡流，加速混合气形成。•燃烧室在一个空间内，结构简单，散热面积小，经济性高，低温起动性好，应用广泛。但工作粗暴，喷孔易堵塞，油泵、喷油器易磨损。•（三）其他形式半开式燃烧室•1.球形油膜•dk/D=0.4~0.45，活塞顶上有较深的球形坑，螺旋气道，油膜蒸发，与空气混合，少部分油引燃，利用壁面改善和控制燃烧过程。•Δp/Δφ小，工作柔和，噪声小，抑制燃油热裂解，减少黑烟。•缺点：对突变负荷及增压的适应能力较差，低速性能不好，冷烟多。低速时，壁面温度低，涡流弱。•2.复合燃烧室•dk/D=0.4，中等强度进气涡流及1,2个孔喷油器，喷油在壁面附近形成混合气，为空间油膜混合。转速高，涡流运动强，燃料增多，油膜燃烧特点。转速低，涡流减弱，空间分布燃料多，改善冷起动。•二、分隔式燃烧室•燃烧室分隔在两个空间，主燃烧室在活塞顶上，副燃烧室在气缸盖内。•（一）涡流燃烧室•副占50%，副还是涡流室。涡流室与主燃烧室有通道相连。•1.混合气形成•热混合，强烈涡流作用下，热空气流向中央，冷空气向四周运动，形成混合气，流到主燃烧室。•二次涡流，主燃烧室内活塞有凹坑，再次混合，形成涡流。•2.结构特点•涡流室，两部分构成，上部分与气缸盖铸成一体，下部分由耐热钢制成，称为保温镶块，便于空气加热，减少散热损失，导流槽、凹坑引导气流形成涡流。•3.优缺点•涡流强，空气得到充分利用。•减少喷油器堵塞。单孔喷油器，直径大。•对转速变化不敏感•压力升高率低，运转平稳•散热损失大，油耗大，冷起动困难。•（二）预燃室燃烧室•预燃室+主燃室，副占30%~40%•1.混合气形成无组织紊流。少部分燃油先在预燃室燃烧，加热燃油蒸发雾化，配合主燃烧室形状，形成燃烧涡流，使大部分燃油在主燃烧室中迅速混合燃烧。•2.优缺点•工作柔和，噪声小。•混合气形成依靠燃烧涡流，对转速，燃油品质不敏感，用轴针式单孔喷嘴。燃油系统工作可靠，喷油器寿命长。•燃烧室散热面积大，散热损失大，故耗油率高。燃烧需要预燃预热，冷起动困难。•6.4影响燃烧过程运转因素分析•一、燃料特性影响•发火性，指自燃能力，发火性好的柴油，工作柔和，可以在较低温度下着火，有利于起动。车用柴油十六烷值，40~50蒸发性。•二、负荷影响•负荷增加，循环供油量增加，空气量不变，过量空气系数变小，放热增加，缸内温度上升，缩短着火延迟期，柴油机工作柔和。但负荷过大，过量空气系数过小，燃烧恶化，冒黑烟。•三、转速影响•转速升高，涡流加强，有利于燃油蒸发、雾化和空气混合。但转速过高，充气效率下降，循环供油量增加，过量空气系数太小，热效率下降。•四、供油提前角•过大，压力升高率加大，工作粗暴。过小，不在上止点燃烧，热效率下降，有最佳值。