汽車(chē)?yán)碚撝裼蜋C(jī)混合氣形成和燃燒

1、汽車(chē)?yán)碚撝裼蜋C(jī)混合氣形成和燃燒6.1 柴油機(jī)混合氣的形成背景知識(shí)： 1892年，德國(guó)工程師狄塞爾根據(jù)定壓熱功循環(huán)原理，研制出壓燃式柴油機(jī)。6.1.1 柴油機(jī)混合氣的形成特點(diǎn)和方式 1 、混合氣形成特點(diǎn)：1缸內(nèi)進(jìn)行：在壓縮行程接近終了時(shí)柴油由噴射系統(tǒng)直接噴入燃燒室內(nèi)。2混合時(shí)間短：難以形成均勻的混合氣，燃燒室內(nèi)的工質(zhì)成分隨時(shí)間和地點(diǎn)而變化。3采用較大的過(guò)量空氣系數(shù)：柴油本身粘度大，蒸發(fā)性不好。4混合氣在高溫、高壓下多點(diǎn)自燃著火燃燒，且混合過(guò)程、著火過(guò)程和燃燒過(guò)程共存。2、混合氣形成過(guò)程 空間霧化混合 霧化 蒸發(fā) 擴(kuò)散混合 油膜蒸發(fā)混合 蒸發(fā) 擴(kuò)散混合 因此，油膜蒸發(fā)混合必須組織空氣運(yùn)動(dòng)。 柴油

2、機(jī)混合氣形成靠三方面的相互作用： 一是燃燒室的結(jié)構(gòu),二是燃料的噴霧，三是缸內(nèi)適當(dāng)?shù)目諝膺\(yùn)動(dòng)。3、混合氣形成的根本方式1空間霧化混合 將燃油噴向燃燒室空間進(jìn)行霧化，通過(guò)燃油與空氣間的相互運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散，在空間形成可燃混合氣。相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度越高，混合氣越均勻。 采用多孔噴嘴， 燃燒完全，經(jīng)濟(jì)性好。初期空間分布燃料多，燃燒迅速，工作粗暴。2 油膜蒸發(fā)混合 空間霧化混合是將燃料噴在燃燒室空間。油膜蒸發(fā)型混合：將燃料噴在燃燒室壁面上，使之成為薄薄的一層油膜，只有一小局部燃料分布在燃燒室空間。經(jīng)燃燒室壁面和燃燒加熱，邊蒸發(fā)，邊混合，邊燃燒。初期蒸發(fā)、燃燒慢，后期蒸發(fā)、燃燒迅速 先緩后急。采用單、雙孔噴嘴，放熱先

3、緩后急 ,工作柔和，噪聲小，經(jīng)濟(jì)性較好，但冷起動(dòng)困難。， 目前多數(shù)車(chē)用柴油機(jī)仍以空間霧化混合為主。工作柔和工作粗暴滯燃期形成的可燃混合氣數(shù)量少滯燃期形成的可燃混合氣數(shù)量多混合氣是氣相混合氣混合氣是氣液兩相混合氣燃料在壁面上形成油膜燃料在空氣中是細(xì)小油滴大部分燃料涂布到壁面上大部分燃料噴射霧化油膜蒸發(fā)混合空間霧化混合4 、兩種混合方式的比照6.1.2 影響混合氣形成的主要因素 影響混合氣形成的主要因素: 燃料噴霧、氣流運(yùn)動(dòng)、燃燒室結(jié)構(gòu)1、燃料噴霧對(duì)混合氣形成的影響: 燃油噴入燃燒室后被粉碎分散為細(xì)小微粒的過(guò)程，稱(chēng)為燃油的噴霧或霧化。 將燃油噴射霧化，可以大大增加其外表積，加速混合氣形成。當(dāng)燃油高

4、速?gòu)膰娍讎姵?噴出速度為l00一300ms) 便形成如園錐形狀的噴注，也稱(chēng)油束。1油束的形成油束射程L(又稱(chēng)貫穿距離)：反映油束的穿透能力。霧化質(zhì)量：液滴的細(xì)度、均勻度噴霧錐角：反映油束的緊密程度?？资絿娮斓?大，油束松散，顆粒細(xì)小； 軸針式噴嘴的 小，油束緊縮，顆粒較粗大。油束的最大寬度B：反映油束的分布特性。2衡量油束霧化質(zhì)量的三個(gè)因素3影響油束的特性因素A噴油結(jié)構(gòu)： 燃油的霧化質(zhì)量主要由平均直徑?jīng)Q定。平均直徑的影響因素有： 噴射壓力； 噴油嘴噴孔直徑； 油束流速；空氣壓力與密度；燃油粘度。B噴油壓力C缸內(nèi)介質(zhì)反壓力4噴油泵凸輪形狀5發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速升高，散熱損失和活塞環(huán)的漏氣損失減小，壓縮

5、終點(diǎn)的溫度、壓力升高；轉(zhuǎn)速升高也會(huì)使噴油壓力升高，改善燃油的霧化。因而以秒記的著火延遲期會(huì)縮短以曲軸轉(zhuǎn)角記的延遲期可能縮短、可能延長(zhǎng)。6燃油粘度2、空氣運(yùn)動(dòng)對(duì)混合氣形成的影響內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)氣體運(yùn)動(dòng)方式渦流擠流滾流湍流進(jìn)氣渦流壓縮渦流進(jìn)氣渦流：在氣缸蓋上采用特殊形狀的進(jìn)氣道,使空氣進(jìn)入氣缸時(shí),形成繞氣缸軸線旋轉(zhuǎn)的有組織的氣流運(yùn)動(dòng)。產(chǎn)生進(jìn)氣渦流運(yùn)動(dòng)的方法有:切向進(jìn)氣道、螺旋進(jìn)氣道、組合進(jìn)氣系統(tǒng)。1渦流包括進(jìn)氣渦流和壓縮渦流2壓縮渦流： 在渦流室式燃燒室中，氣體在進(jìn)氣過(guò)程中并不產(chǎn)生渦流，而在壓縮過(guò)程中由主燃燒室經(jīng)連通道進(jìn)入渦流室時(shí)，形成強(qiáng)烈的壓縮渦流。雖然這種產(chǎn)生渦流的方式不會(huì)使進(jìn)氣阻力增大和進(jìn)氣充量下

6、降，但形成壓縮渦流時(shí)會(huì)伴隨著不同程度的能量損失，使循環(huán)熱效率降低。2擠流在壓縮過(guò)程后期，活塞外表的某一局部和氣缸蓋彼此靠近時(shí)所產(chǎn)生的徑向或橫向氣流運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為擠壓流動(dòng)，又稱(chēng)擠流。擠流強(qiáng)度主要由擠氣面積和擠氣間隙的大小決定。 渦流強(qiáng)度較進(jìn)氣渦流小，只起輔助作用。6.2 柴油機(jī)燃燒過(guò)程及影響因素 柴油機(jī)燃燒過(guò)程的特點(diǎn)： 一、高壓噴油在汽缸內(nèi)部形成可燃混合氣。 二、 通過(guò)壓縮使燃料自燃柴油機(jī)燃燒方式-油滴擴(kuò)散燃燒 柴油機(jī)是在壓縮過(guò)程中活塞接近上止點(diǎn)時(shí),借助噴油設(shè)備將燃油在高壓下成霧狀噴入燃燒室,以便與空氣形成可燃混合氣。6.2.1 柴油機(jī)燃燒過(guò)程 一、燃燒過(guò)程柴油機(jī)燃燒過(guò)程非常復(fù)雜，為了便于分析和揭示燃

7、燒過(guò)程的規(guī)律，通常將這一連續(xù)的燃燒過(guò)程分為四個(gè)階段.A噴油開(kāi)始B著火開(kāi)始著火延燃期C最大壓力速燃期緩燃期D最高溫度E燃料燃燒完畢補(bǔ)燃期供油提前角：噴油泵的出油閥開(kāi)始升起到活塞運(yùn)行至上止點(diǎn)曲軸轉(zhuǎn)過(guò)的角度稱(chēng)為供油提前角。噴油提前角：噴油器開(kāi)始噴油到活塞到達(dá)上止點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角為噴油提前角。1、著火延遲期滯燃期 從A點(diǎn)到B點(diǎn)-自開(kāi)始噴油到開(kāi)始著火的這一段時(shí)期。在壓縮終點(diǎn),溫度到達(dá)450-800,大于柴油的自燃溫度330-350,但不會(huì)立即著火,進(jìn)行著火前的準(zhǔn)備。著火延遲期一般著火延遲時(shí)間i，對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角稱(chēng)為著火延遲角。滯燃期：是控制燃燒過(guò)程的關(guān)鍵參數(shù)，影響發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。包含了物理滯燃期和化學(xué)滯燃

8、期。 著火前的物理化學(xué)過(guò)程： 物理過(guò)程從開(kāi)始噴油到形成可燃混合氣為止，涉及了燃料的噴射、霧化、分布于燃燒室中、吸熱、汽化、擴(kuò)散、混合、升溫等一系列過(guò)程。 化學(xué)過(guò)程燃料的重?zé)N成分裂解為輕烴成分、與氧氣反響形成中間物；經(jīng)冷焰、藍(lán)焰和熱誘導(dǎo)期而著火過(guò)程。兩過(guò)程相互重疊交叉進(jìn)行。2、速燃期速燃期: B點(diǎn)到C點(diǎn)。從開(kāi)始著火到出現(xiàn)最高壓力。特點(diǎn)：形成多個(gè)火焰中心，持續(xù)噴油，即隨噴隨燃。壓力急劇上升而到達(dá)最高有可能到達(dá)13MPa以上。速燃期壓力升高率大，燃燒迅速，柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性會(huì)較好；壓力升高率過(guò)大，那么柴油機(jī)工作粗暴，燃燒噪音大；同時(shí)運(yùn)動(dòng)零件承受較大的沖擊負(fù)荷，影響其工作可靠性和使用壽命等。為此，

9、壓力升高率應(yīng)限制在一定的范圍之內(nèi)：柴油機(jī)0.40.5 MPaCA。 汽油機(jī)的壓力升高率為0.1750.25Mpa/CA。控制壓力升高率的措施：1 控制燃燒前期的放熱，促進(jìn)后期放熱-減少著火延遲期內(nèi)噴入的燃油或可能形成可燃混合氣的燃油渦流室式燃燒室；2 縮短著火延遲期。 。3、 緩燃期緩燃期為圖中的CD段，即從最大壓力點(diǎn)至最高溫度點(diǎn)。 當(dāng)緩燃期開(kāi)始時(shí)，雖然氣缸內(nèi)已形成燃燒產(chǎn)物，但仍有大量混合氣正在燃燒。 緩燃期 4、補(bǔ)燃期 從最高溫度點(diǎn)起到燃油根本燒完時(shí)為止稱(chēng)為補(bǔ)燃期，即圖中DE段。補(bǔ)燃期的終點(diǎn)很難準(zhǔn)確地確定，一般當(dāng)放熱量到達(dá)循環(huán)總放熱量的9599時(shí)，可認(rèn)為補(bǔ)燃期結(jié)束。即整個(gè)燃燒過(guò)程結(jié)束。應(yīng)盡量

10、縮短補(bǔ)燃期，減少補(bǔ)燃期內(nèi)燃燒的燃油量。 補(bǔ)燃期補(bǔ)燃產(chǎn)生的負(fù)面影響：在補(bǔ)燃期內(nèi)，燃料在較低的膨脹比下放熱，所放出的熱量難于有效地利用，使柴油機(jī)零件的熱負(fù)荷增加，排氣溫度升高，傳給冷卻水的熱損失也增加，柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性下降。所以補(bǔ)燃期應(yīng)盡可能地縮短。 縮短補(bǔ)燃的措施：加強(qiáng)燃燒室內(nèi)的氣流運(yùn)動(dòng)，改善混合氣的形成，減少緩燃期內(nèi)的噴油量，并提高緩燃階段的燃燒速度，使燃燒盡可能在上止點(diǎn)附近完成。 6.2.2 影響燃燒過(guò)程的主要因素 柴油機(jī)的燃燒過(guò)程定義 是指燃料的汽缸中與壓縮空氣中的氧化而放出熱能的過(guò)程。1、 燃油性質(zhì)的影響1柴油的著火性 是指柴油噴入汽缸后能否迅速著火燃燒的能力。 用十六烷值表示。十六烷值高

11、，著火性好，滯燃期短，P/較小，工作柔和。起動(dòng)性也好。十六烷值過(guò)高，使燃油來(lái)不及混合就燃燒，會(huì)產(chǎn)生排氣冒煙。 車(chē)用柴油機(jī)的十六烷值，一般為4050。2柴油的蒸發(fā)性 蒸發(fā)性要適中，蒸發(fā)性過(guò)強(qiáng)，工作粗暴。 蒸發(fā)性差，啟動(dòng)性不好、燃燒不完全。3柴油的黏度粘度大:霧化質(zhì)量差,冒煙,但潤(rùn)滑性好(柱塞,針閥)。粘度小:霧化質(zhì)量好,不冒煙,但潤(rùn)滑性差(柱塞，針閥易磨損)4柴油的凝點(diǎn)柴油冷卻到失去流動(dòng)性的溫度點(diǎn)。注意：選用柴油時(shí)，牌號(hào)應(yīng)比當(dāng)?shù)刈畹铜h(huán)境溫度高出凝點(diǎn)C。例如：的柴油應(yīng)在C的環(huán)境條件下應(yīng)用。柴油規(guī)格按凝點(diǎn)分為10、0、-10、-20、-35和-50六個(gè)牌號(hào)，分別表示凝點(diǎn)不高于10、0、-10、-20

12、、-35和-50；牌號(hào)越高，凝點(diǎn)越低。2、噴油泵結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響1供、噴油提前角的影響 過(guò)大，噴油時(shí)缸內(nèi)壓力、溫度較低，著火延遲期長(zhǎng)，導(dǎo)致工作粗暴，過(guò)早燃燒還會(huì)增加壓縮負(fù)功，降低柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性；過(guò)小，那么燃油不能在上止點(diǎn)附近及時(shí)燃燒，對(duì)柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性也不利。2柱塞直徑的影響 過(guò)大，噴油持續(xù)時(shí)間小。3噴油泵凸輪輪廓的影響：噴油泵凸輪輪廓柱塞的運(yùn)動(dòng)規(guī)律3、噴油器結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響作用：將噴油泵供給的柴油，以一定的壓力，呈霧狀噴入燃燒室。噴油器有孔式和軸針式兩種。噴孔、壓力室、針閥升程和式和噴射壓力的影響。4、燃燒室結(jié)構(gòu)及進(jìn)氣系統(tǒng)的影響燃油噴射、氣流運(yùn)動(dòng)和燃燒室形狀的配合：三者的良好配合是滿意的混合氣形成和燃燒過(guò)程的根本保證；直接噴射式分隔式淺盆形深坑形球形油