柴油機(jī)的燃燒

1、第六章1、噴射油束的形態(tài)與燃燒2、柴油機(jī)的著火延遲3、柴油機(jī)的敲缸及其控制4、柴油機(jī)的排氣污染與控制5、柴油機(jī)冷起動(dòng)6、柴油機(jī)燃燒系統(tǒng)的發(fā)展1噴射油束的形態(tài)與燃燒1.1、無渦流時(shí)噴射油束的形態(tài)1.2、無渦流噴射油束的燃燒1.3、有進(jìn)氣渦流時(shí)噴射油束形態(tài)與燃燒2H.藤本和土師藤元等人試驗(yàn)用的高壓模型燃燒室31.1、無渦流時(shí)噴射油束的形態(tài)1、在室溫高壓室中噴射的油束形態(tài)主流區(qū)：位于油束中心部分，流動(dòng)速度大，粒度大， 單位體積燃料油滴的粒數(shù)多，動(dòng)量也大，形成密度 高的主流部分?；炝鲄^(qū)：燃料油滴速度小，粒度亦小，單位體積油滴的粒數(shù)也小，構(gòu)成霧狀稍疏的混合流域，位于主流區(qū)的周圍部分。初始部分Ls：在噴孔

2、附近形成明顯的圓錐形部分的油束長度。4混合部分Le：是從初始部分下端到油束邊界成湍流狀態(tài)部分的長度穿透部分p：油束保持圓錐部分長度，即Lp=Ls+Le.稀釋部分d:位于油束頂端，油滴稀疏，并可見到燃料油滴滯留狀態(tài)，又可稱為滯留部分貫穿距離：油束頂端到達(dá)最遠(yuǎn)的距離，又稱穿透長度5用示蹤煙跡法測量油束周圍空氣的流動(dòng)速度us得知：噴射油束把周圍空氣吸入穿透部分油束的稀釋部分將其周圍空氣擠開，兩者的流動(dòng)方向是一致，但是由于油束稀釋部分的成長速度大于其周圍空氣被擠開的速度，結(jié)果是油束稀釋部分也吸進(jìn)空氣空氣流動(dòng)速度與容器內(nèi)介質(zhì)的壓力有關(guān)，壓力升高，流速減小6、在高溫高壓室中噴射的油束2.1與室溫高壓室中的

3、噴射油束比較： 在高溫（400-960K)高壓室中進(jìn)行噴射油束試驗(yàn)，所得油束形狀與在室溫高壓室中的形狀不同其差異是油束側(cè)邊外廓有所縮小初始溫度越高，油束明晰度就越低當(dāng)初始溫度超過750時(shí),就很難區(qū)分油束與它周圍的介質(zhì).在混流區(qū)內(nèi)油滴的速度比主流區(qū)的低,單位容積內(nèi)油滴的數(shù)量比主流區(qū)的少.由于湍流擴(kuò)散及燃油與周圍介質(zhì)的熱交換,油滴與介質(zhì)進(jìn)行混合,因此,促進(jìn)了燃油的蒸發(fā)和同介質(zhì)的混合.另一方面,主油束區(qū)的油滴速度較快,單位容積內(nèi)油滴的數(shù)目也比較多,但是該區(qū)的空氣沒有混流區(qū)那樣多.因此,主油束區(qū)能夠伸延到接近油束的頂端.7高溫高壓介質(zhì)中油束的貫穿距離圖6-3表示了高溫高壓介質(zhì)中初始?jí)毫0=6.28兆

4、帕與初始溫度T0=530-800K的情況下油束的貫穿距離.油束的貫穿距離與時(shí)間的關(guān)系,同室溫高壓介質(zhì)中噴射油束的情況一樣,仍近似成正比關(guān)系.但隨介質(zhì)溫度升高,貫穿距離縮短.8油束初始部分長度Ls，在噴射期間不論初始?jí)毫εc溫度如何，都近似于常數(shù)，并可得下列關(guān)系式 Ls =10毫米。 該式表明，介質(zhì)狀態(tài)對(duì)初始部分長度的影響比噴油系統(tǒng)的影響小。在擴(kuò)散燃燒情況下，混合部分出現(xiàn)的火焰沿著混流區(qū)向油束頂部方向發(fā)展，并達(dá)到頂部。雖然火焰也向噴油嘴方向發(fā)展，但是在噴射期間，火焰決不可能進(jìn)入初始部分。9 在高壓與高溫介質(zhì)中，穿透部分的長度Lp和油束的貫穿距離之間的關(guān)系與從高壓室溫介質(zhì)中得到的關(guān)系式相同，用下式表

5、示： p0.6L。 隨著初始溫度的提高油束噴霧角測量就愈困難，因?yàn)樵诨炝鲄^(qū)內(nèi)的燃油蒸發(fā)使油束邊界不清楚。所以在高溫高壓介質(zhì)中試驗(yàn)時(shí)將油束噴霧角規(guī)定為在油束照片中能清晰可見的油束外緣之間的夾角，亦稱為可見噴霧角。 初始?jí)毫υ礁?，油束噴霧角顯越大。這種趨勢同在高壓室溫介質(zhì)情況下是類似的。初始溫度對(duì)油束噴霧角的影響很小。10土師藤元等人在噴射油束燃燒研究中采用的定容燃燒室111.2、無渦流噴射油束的燃燒1、放熱率與火焰特性圖65是根據(jù)在定容燃燒室中燃燒試驗(yàn)時(shí)，由測得的壓力時(shí)間圖計(jì)算求得的預(yù)混合燃燒與擴(kuò)散燃燒的典型放熱串d Qd t圖。從圖中可見,當(dāng)初始溫度及初始?jí)毫^低時(shí)，噴射油束的燃燒主要是預(yù)混合

6、燃燒；當(dāng)初始溫度及壓力都比較高時(shí)，則噴射油束的燃燒還有明顯的擴(kuò)散燃燒階段。在預(yù)混合燃燒中，放熱率圖只有一個(gè)波峰值。隨著介質(zhì)初始?jí)毫ι?，首次可見火焰出現(xiàn)的早，著火延遲期短，燃燒后期變?yōu)閿U(kuò)散燃燒，波峰降低，波峰后的放熱率增高，放熱率圖的形狀漸趨緩和。隨著初始?jí)毫M(jìn)一步的提高，放熱率圖出現(xiàn)第二個(gè)波峰。121.2、無渦流噴射油束的燃燒在放熱率圖上第二個(gè)波峰期間，油束主流區(qū)中的燃油以擴(kuò)散火焰的方式燃燒，因此把它叫做“擴(kuò)散火焰燃燒期”。出現(xiàn)第二個(gè)波峰的時(shí)間與噴油終止的時(shí)間幾乎一致，火焰的亮度與范圍也達(dá)到最大位。在柴油機(jī)中擴(kuò)散火焰燃燒期與黑煙生成密切相關(guān)。在介質(zhì)初始?jí)毫Φ偷那闆r下，著火較遲，燃油與其周圍介

7、質(zhì)之間的湍流擴(kuò)散與混合更強(qiáng)烈，所以在預(yù)混火焰燃燒期間放熱率的最大值更高。若增大初始?jí)毫?，則擴(kuò)放火焰燃燒期間的放熱率最大值增高，這是因?yàn)橹鹪纭⒅魅紵軘U(kuò)散火焰燃燒控制。132、影響放熱率圖與火焰特性的因素氧氣濃度影響噴油量影響噴孔數(shù)影響14氧氣濃度影響圖66示出了氧氣濃度對(duì)放熱率的影響。氧氣濃度在0.7l1.0范圍內(nèi)變化。介質(zhì)的初始?jí)毫频扔?.55兆帕，初始溫度為768K。氧氣濃度為0.71時(shí)，幾乎全是預(yù)混燃燒，當(dāng)氧氣濃度大于0.81時(shí)，則有明顯的擴(kuò)散燃燒部分。這是因?yàn)檠鯕鉂舛仍降?，著火延遲期越長，燃油與其周圍空氣之間的擴(kuò)散與混合就越充分，而成為預(yù)混燃燒；與此相反，則成為擴(kuò)散燃燒。15氧氣

8、濃度影響若初始?jí)毫Σ蛔儯鯕鉂舛仍叫?，第一次可見火焰出現(xiàn)前所累積的放熱總量就越大，冷焰與藍(lán)焰就會(huì)更強(qiáng)烈，則預(yù)混火焰燃燒期間放熱率的最大值就增大。若氧氣濃度大子0.81，則在預(yù)混火焰燃燒期之后，放熱率圖出現(xiàn)一個(gè)平坦區(qū)域。在1.0情況下，即在空氣中，放熱率圖出現(xiàn)明顯的擴(kuò)散火焰燃燒期.16噴油量影響噴油量對(duì)放熱率的影響，如圖67所示。噴油量在0.51.73克范國內(nèi)變化，介質(zhì)的初始溫度為736K，初始?jí)毫?.55兆帕。17噴油量影響噴油量雖然不同，但在預(yù)混火焰燃燒期間，所有放熱率圖的形狀幾乎是類似的，放熱率的最大值與其出現(xiàn)的時(shí)間，也幾乎是相同的。這是由于相互之間的噴油量雖然不同，但是每一個(gè)從噴油開始

9、至噴油結(jié)束之前的噴射過程幾乎是相同的。因此，在出現(xiàn)第一次可見火焰前，燃油與其周圍空氣之間的擴(kuò)散與混合情況基本上是類似的。故在預(yù)混火焰燃燒期間，平均空燃比對(duì)放熱率圖沒有什么影響。噴油量對(duì)擴(kuò)散火焰燃燒期是有影響的。在噴油量為0.5克時(shí)，發(fā)光延遲期為4.8毫秒，接近于噴油終止，在出現(xiàn)第一次可見火焰時(shí)，大部分燃油已經(jīng)噴入燃燒室，燃油與其周圍空氣間已進(jìn)行了充分的擴(kuò)散、混合與熱交換，故放熱率圖上沒有擴(kuò)散火焰燃燒期。當(dāng)增加噴油量時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)擴(kuò)散火焰燃燒期，同時(shí)放熱率圖上就有第二個(gè)峰值。18噴孔數(shù)影響在噴孔總面積相同的條件下：噴孔數(shù)越多，孔徑就越小，在混流區(qū)的油滴直徑也就越小，而油滴總數(shù)也就越多，從而油束總面

10、積也越大，則在第一次可見火焰出現(xiàn)之前，燃油的蒸發(fā)就更顯著。結(jié)果，在預(yù)混火焰燃燒期間，噴孔數(shù)多的放熱率的最大值大于噴孔數(shù)少的，如圖68所示。 ：19噴孔數(shù)影響在介質(zhì)初始?jí)毫?.5兆帕、噴孔數(shù)為5時(shí)，放熱率圖上出現(xiàn)第二個(gè)波峰，但在噴孔效為11時(shí)，第二波峰比較平坦。若初始?jí)毫s為4兆帕?xí)r，都出現(xiàn)擴(kuò)散燃燒期。當(dāng)噴孔數(shù)減少時(shí)，擴(kuò)散燃燒期間放熱率的最大值增高，這是因?yàn)樵谥髁鲄^(qū)的燃油較多，而油束的總面積較小之故。在燃燒的后半期，噴孔數(shù)多的完成放熱較早，噴孔數(shù)少的放熱緩慢，延時(shí)較長。203 油束發(fā)展、火焰?zhèn)鞑ヅc放熱率 圖69是在擴(kuò)散燃燒中，油束發(fā)展、火焰?zhèn)鞑ヅc放熱率圖之間互相關(guān)系的模型。圖中還分別繪出從預(yù)混

11、火焰與擴(kuò)散火焰得到的放熱率圖。噴入燃燒室內(nèi)油束周圍的空氣，在油束的穿透部分進(jìn)入油束。在初始部分，油滴速度比空氣進(jìn)入油束的速度大幾十倍。在混合部分，油滴速度減慢，在油束的表層發(fā)生湍流，因而促進(jìn)了油束與其周圍空氣間的熱交換與混合。213 油束發(fā)展、火焰?zhèn)鞑ヅc放熱率在混合部分與稀釋部分的油束表層，首先為預(yù)混燃燒的混合氣作好了準(zhǔn)備，蒸發(fā)、吸收蒸發(fā)熱，故開始時(shí)放熱率減少成負(fù)值。第一次可見火焰在混合部分出現(xiàn)，于是火焰沿著表層的預(yù)混合氣發(fā)展(見圖69中的t2和t3)。當(dāng)燃燒放熱大于蒸發(fā)吸熱時(shí)，放熱率圖的斜率由負(fù)值轉(zhuǎn)變?yōu)檎?。此后，火焰擴(kuò)展的速度大于油束發(fā)展的速度，火焰超過了油束頂部，此時(shí)發(fā)生急速的放熱。在預(yù)

12、混火焰燃燒期，放熱率達(dá)到最大值的時(shí)間正好與火焰到達(dá)油束頂端的時(shí)間一致(圖69中的t4)。于是，從預(yù)混火焰轉(zhuǎn)變?yōu)閿U(kuò)散火焰燃燒，放熱率由于擴(kuò)散火焰而再一次升高(圖69中的t5)。在此期間，火焰表層的夾角大于在室溫下測得的油束噴霧角。223 油束發(fā)展、火焰?zhèn)鞑ヅc放熱率在接近噴油終點(diǎn)，供油量減少，放熱率的增長速度也減少。在噴油終止時(shí)，主油束區(qū)燃油的燃燒放熱率達(dá)到最高值、并且火焰亮度與火焰擴(kuò)散范圍也達(dá)到最大。噴油結(jié)束后，剩余的燃油還在燃燒，但放熱率減低，直到燃燒完成。231.3、有進(jìn)氣渦流時(shí)噴射油束形態(tài)與燃燒1 噴射油束的形態(tài) 圖610是噴入進(jìn)氣渦流中油束形態(tài)示意圖。由于空氣渦流的存在，油束中油滴的濃度

13、與其中心軸不對(duì)稱，且隨著渦流的增強(qiáng)。不對(duì)稱越顯著。小油滴被空氣帶走，形成油束前緣，其濃度最小，油束后緣有相當(dāng)?shù)臐舛龋辉谟褪静繚舛茸畲?，且距油嘴噴孔越近濃度也越大?42、油束的燃燒根據(jù)燃油和空氣的分布以及燃燒機(jī)理，可將空氣渦流時(shí)的油束分成稀火焰區(qū)、稀熄火區(qū)、油束芯部、油束尾部和噴在避面上的燃油部分。252、油束的燃燒稀火焰區(qū) 位于油束芯部和前線之間。稀熄火區(qū) 該區(qū)在油束前緣的最外層，其特點(diǎn)是混合氣過稀，以至不能著火和維持燃燒。油芯區(qū) 在稀火焰區(qū)著火和燃燒后，火焰向油芯區(qū)傳播。油末尾部 噴射過程在將近結(jié)束時(shí)，噴射壓力減低，使噴射油束的最后部分通常形成較大的油滴。壁面上燃油 壁面上燃油的燃燒取決

14、于蒸發(fā)速率以及和氧的混合速率。262柴油機(jī)的著火延遲2.1概述2.2柴油機(jī)的著火延遲2.3影響著火延遲的因素2.4著火延遲期的計(jì)算公式272.1、概述著火延遲期P定義為點(diǎn)火時(shí)刻到燃燒放出1熱量的曲軸轉(zhuǎn)角。28 2.2、柴油機(jī)的著火延遲（1）加熱時(shí)間 燃料的比熱 燃料的比重 空氣溫度 油滴初始溫度 油滴沸點(diǎn)溫度 空氣導(dǎo)熱系數(shù) 油滴直徑著火前的物理過程292、著火前的化學(xué)過程柴油機(jī)的壓縮壓力較高，而壓縮溫度達(dá)不到實(shí)現(xiàn)高溫單階段著火所要求的溫度。壓縮終點(diǎn)的氣體狀態(tài)位于圖613中網(wǎng)狀處，是屬于低溫多階段著火區(qū)。因此柴油機(jī)著火是多階段著火。30（2）多階段著火過程在中、低溫區(qū)內(nèi)是多階段著火區(qū)。在這樣溫度

15、范圍內(nèi)，經(jīng)冷焰、藍(lán)焰最后形成熱焰而著火。圖614表示多階段著火過程的壓力、火焰強(qiáng)度與時(shí)間的關(guān)系。615給出了冷餡過程中典型的冷焰輻射情形。31圖片323、著火延遲期332.3影響著火延遲的因素影響著火延遲的因素很多，如柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)、工質(zhì)狀態(tài)、運(yùn)轉(zhuǎn)因素及燃料品質(zhì)等。這里討論幾個(gè)主要因素：1、溫度對(duì)著火延遲期的影響 各種柴油機(jī)試驗(yàn)表明，著火延遲期總是隨著溫度升高而縮短。溫度是影響著火延遲期的主要因素。對(duì)物理延遲期，溫度的影響一般表現(xiàn)為斜率不大的線形關(guān)系；對(duì)化學(xué)延遲期，溫度的影響近似于指數(shù)關(guān)系。341、溫度對(duì)著火延遲期的影響35壓力對(duì)著火延遲的影響理論和實(shí)踐表明，著火延遲期與壓力間具有下述關(guān)系：

16、式中K為常數(shù)，與溫度、燃料品質(zhì)有關(guān)。n值在0.41.8之間變化。由此可知，在不同溫度范圍內(nèi)壓力對(duì)著火延遲期的影響不同。363、噴油提前角對(duì)著火延遲期的影響噴油提前角對(duì)著火延遲期的影響有一個(gè)最低值 ，它一般發(fā)生在520度噴油提前角。其原因是：噴油提前角 大于這個(gè)值時(shí)，缸內(nèi)溫度和壓力均較低，使混合七著火前的物理過程，特別是化學(xué)過程進(jìn)行得很慢，著火延遲期增長；當(dāng)噴油提前角小于這個(gè)值時(shí)，噴油始點(diǎn)距上止點(diǎn)較近，盡管此時(shí)缸內(nèi)壓力和溫度較高，但在噴油持續(xù)期內(nèi)缸內(nèi)溫度因蒸發(fā)吸熱而稍下降，而壓力因容積壓縮很小增加的也不大，這樣會(huì)使著火點(diǎn)延遲到上止點(diǎn)，反而使著火延遲期增加。37384、轉(zhuǎn)速對(duì)著火延遲期的影響提高轉(zhuǎn)

17、速能減少工質(zhì)的泄漏量和散熱時(shí)間，使缸內(nèi)溫度和壓力升高，按時(shí)間計(jì)的著火延遲期縮短，按曲軸轉(zhuǎn)角計(jì)的著火延遲期增長，入圖619所示。著火延遲期隨轉(zhuǎn)速增大而增大。395、渦流速度對(duì)著火延遲期的影響在低速運(yùn)轉(zhuǎn)和壓縮溫度較低的情況下，當(dāng)氣流運(yùn)動(dòng)不太強(qiáng)烈，渦流速度對(duì)著火延遲期有較大的影響。在轉(zhuǎn)速和壓縮溫度均較高時(shí)，渦流速度對(duì)著火延遲期的影響較小。渦流速度過大，著火延遲期縮短并不明顯，甚至可能延長。406、空燃比對(duì)著火延遲期的影響著火延遲期隨空燃比的增加而縮短。但如果排除缸內(nèi)溫度的影響，即對(duì)溫度進(jìn)行校正后，則空燃比對(duì)著火延遲期的影響很小。在空燃比一定時(shí)，霧化油滴的細(xì)度及均勻度對(duì)著火延遲期都有很大的影響。417

18、、燃料及添加劑對(duì)著火延遲期的影響燃料中含直鏈分子結(jié)構(gòu)成分越多，直鏈越長，其化學(xué)穩(wěn)定性越弱，則著活延遲期越短；支鏈結(jié)構(gòu)分子多，其化學(xué)穩(wěn)定性最強(qiáng)，則著火延遲期長。著火溫度低的烴類比著火溫度高的烴類著火延遲期短。柴油的十六烷值越高，著火延遲期越短427、燃料及添加劑對(duì)著火延遲期的影響試驗(yàn)表明，不同的添加劑對(duì)著火延遲期有著不同影響。其分為抑制劑和促進(jìn)劑。添加劑對(duì)著火延遲期的影響，主要表現(xiàn)在對(duì)化學(xué)延遲期的影響上。起影響的本質(zhì)在于著火過程中鏈反應(yīng)受到激發(fā)還是抑制。432.4著火延遲期的計(jì)算公式氣缸壓力線脫離開純壓縮線而突然升起的瞬時(shí)終點(diǎn)的稱為壓升延遲期。沃爾弗壓力延遲期經(jīng)驗(yàn)公式：p噴油時(shí)缸內(nèi)空氣壓力T噴油

19、時(shí)缸內(nèi)空氣溫度44曹克誠溫升延遲期經(jīng)驗(yàn)公式席特凱柴油機(jī)發(fā)光延遲期經(jīng)驗(yàn)公式：T壓縮終點(diǎn)缸內(nèi)溫度p壓縮終點(diǎn)缸內(nèi)壓力R=29.345深澤正經(jīng)驗(yàn)公式適用于高噴式柴油機(jī)的著火延遲期公式為：適用于預(yù)燃式柴油機(jī)的著火延遲期公式為： 為壓縮比式中 46謝苗若夫在阿累尼烏斯定律的基礎(chǔ)上首先提出了計(jì)算著火延遲期的原則性公式：47顧宏中教授在1980年試驗(yàn)的基礎(chǔ)上總結(jié)出的經(jīng)驗(yàn)公式 483、柴油機(jī)的敲缸及其控制3.1柴油機(jī)的敲缸 “敲缸”及爆燃，是由于火焰前鋒前面被稱為末端氣體的自燃。末端氣體是由燃料、空氣和殘余廢氣組成的，敲缸時(shí)末端氣體以極高的速率放出熱量，產(chǎn)生很大的壓力升高，并以壓力波的形式在燃燒室內(nèi)來回傳播，并

20、通過機(jī)體向外傳遞噪聲?！扒酶住本褪侵高@種特定的噪聲。49汽油機(jī)爆燃和柴油機(jī)敲缸的比較 在汽油機(jī)內(nèi)正常燃燒和爆燃，是兩種完全不同的現(xiàn)象，正常燃燒是由火花或火焰點(diǎn)燃，而爆燃是自燃引起。 柴油機(jī)內(nèi)正常燃燒和敲缸之間沒有本質(zhì)的區(qū)別，都是由自燃產(chǎn)生，只是著火時(shí)噴入燃油量的不同，而引起壓力升高的猛烈程度上的差別。壓力升高率較低，屈正常燃燒；過高會(huì)引起敲缸(見圖1)。汽油機(jī)的爆燃通常產(chǎn)生在燃燒后期(見圖1a)、而柴油機(jī)放缸則產(chǎn)生在燃燒的初期(見圖1b)50汽油機(jī)爆燃和柴油機(jī)敲缸的比較汽油機(jī)爆燃是由于著火延遲期太短而引起；柴油機(jī)敲缸是由于著火延遲期太長造成。 51壓升率、放熱率與敲缸柴油機(jī)敲缸是由于燃燒過程中

21、壓力率和初期放熱率過大所引起的。著火延遲期與其有密切關(guān)系。著火延遲期長，著火前形成可燃混合氣量就多，著火后的燃燒造成壓力上升，不能平穩(wěn)地運(yùn)轉(zhuǎn)，發(fā)生振動(dòng)和敲擊的噪音。但是，較長的著火延遲內(nèi)燃料的蒸發(fā)和擴(kuò)散進(jìn)行得較充分，使其后的燃燒較完全。著火延遲期短，速燃期內(nèi)急劇燃燒的混合氣量少，壓力升高率低。但是，在其后的燃燒中，由于后噴的燃料向火焰中噴射，油滴初速度較低，使貫穿距離短而易在油嘴附近燃燒，造成局部氧氣不足和油束與氧氣擴(kuò)散，混合條件不佳所以很難完全燃燒。523.4、防止敲缸的措施增大油滴直徑和減少油滴數(shù)目，使總油滴表面積減少，因而蒸發(fā)和反應(yīng)面減少。在進(jìn)氣行程中吸入一定量霧化的燃料，在壓縮行程中進(jìn)

22、行焰前反應(yīng)，可縮短著火延遲期，防止發(fā)生敲缸。采用輔助噴射系統(tǒng)，可降低高增壓柴油機(jī)所產(chǎn)生的很大的壓力升高率和最高燃燒壓力。采用膨脹室排氣節(jié)流外源點(diǎn)火控制燃料噴射率534柴油機(jī)的排氣污染與控制4.1柴油機(jī)排氣中的有害物質(zhì)以及控制 柴油機(jī)主要有害排放物是NOx和微粒，除低負(fù)荷工況外，CO和HC排放均很小。 柴油機(jī)尾氣中含有大量有害成分，主要為CO、各種碳?xì)浠衔颒C、氮氧化合物NOx(NO與N02)等。此外還有各種顆粒(如碳煙、油霧、潤滑油和油料添加劑粒子)和少量硫化物。這些有害成分不僅污染環(huán)境，而且嚴(yán)重危害人體健康，特別是碳煙顆粒表面常附著S02及其它一些致癌物質(zhì)，因此應(yīng)對(duì)柴油機(jī)排氣進(jìn)行嚴(yán)格控制。

23、544.2、排煙的組成與特征柴油機(jī)的排煙包括白煙（白色蒸汽云）、藍(lán)煙（藍(lán)色煙霧）和碳煙（黑煙）。其中白煙和藍(lán)煙類似油狀物質(zhì)。白煙是在低溫條件下柴油機(jī)起動(dòng)和怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由燃油微粒形成的。這些微粒幾乎未經(jīng)燃燒就被排山。當(dāng)柴油機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)就不會(huì)產(chǎn)生這種白色蒸氣云。藍(lán)煙是由未燃燒或部分燃燒，以及熱分解的燃油和竄入缸內(nèi)而又未燃燒的潤滑油微粒組成。白、藍(lán)煙都是液體微粒，兩者之間沒有成分上的差異，只是由于粒子直徑不同，在光散射作用下產(chǎn)生的顏色不同而已。碳煙通常在高負(fù)荷時(shí)發(fā)生，其中含有比重大，顆粒細(xì)微的碳粒。碳煙中還含有被含碳物凝聚和吸附的有機(jī)物。55碳煙的生成機(jī)理碳煙生成的主要原因是燃燒時(shí)燃料和空氣混合不均

24、勻造成的；尤其是在高溫缺氧的情況下，最容易形成碳煙。碳煙形成受以下幾個(gè)因素影響：1、過量空氣系數(shù)2、混合氣均勻程度3、氣缸內(nèi)溫度4、燃料成分56碳煙的生成機(jī)理有關(guān)碳煙形成的機(jī)理目前正在研究之中，當(dāng)前已有多種論述，主要有：（1）燃料分子以脫氫的形式發(fā)生分解，生成碳微粒而凝集成固體碳；（2）與此相反，認(rèn)為在火焰中最初有些燃料分子聚合成大的分子或是油滴，它們起脫氫反應(yīng)而變成碳粒子，（3）折中前兩種說法，認(rèn)為在高溫火焰下，能產(chǎn)生部分分解及脫氫反應(yīng)的一些中間生成物，而這些中間產(chǎn)物邊聚合邊進(jìn)一步脫氫逐漸變成固體碳?！，F(xiàn)在都還不能圓滿地解釋生成碳粒的這一復(fù)雜過程，但多數(shù)人認(rèn)為第(3)種論述“乙炔學(xué)說”能較正

25、確解釋碳粒的形成。574.4、柴油機(jī)排氣中的有害物質(zhì)的控制柴油機(jī)排氣有害成分中NOx為最多，碳煙又是柴油機(jī)具有代表性的、危害權(quán)很大的燃燒產(chǎn)物。因此，降低排氣有害物質(zhì)，對(duì)柴油機(jī)來說主要是對(duì)碳煙和氮氧化物進(jìn)行控制。通?？刹捎煤芏喾椒?，然而這些方法在不同程度上會(huì)影響燃燒性能；并且要同時(shí)降低碳煙和氮氧化物的措施往往是相互矛盾的，故應(yīng)權(quán)衡利弊，綜合考慮，合理采用。584.4、柴油機(jī)排氣中的有害物質(zhì)的控制（1）燃油品質(zhì) 提高燃料的十六烷值，使著火延遲期縮短，在高溫火焰中直接接觸液態(tài)燃料的機(jī)會(huì)增多，從而加快脫氫反應(yīng)，碳煙有增加的傾向。當(dāng)十六烷值相同時(shí)，芳香烴燃料比烷烴燃料更容易產(chǎn)生碳姻，高沸點(diǎn)的雙環(huán)芳香烴更

26、甚。這是因?yàn)榉枷銦N在高溫缺氧區(qū)更容易產(chǎn)生脫氫反應(yīng)，使碳煙生成量增加。 與此相反，十六烷值較高的燃料，可獲得鉸低的NO生成量。圖633是十六烷值分別為40、52和56三種燃料實(shí)測的結(jié)果。十六烷值低的燃料著火延遲期較長，所以在循環(huán)早期燃燒時(shí)，能產(chǎn)生較高的氣體溫度，使稀火焰區(qū)形成較多的一氧化氮。 59十六烷值對(duì)一氧化氮的影響含鋇燃料的平均有效壓力與碳煙的關(guān)系604.4、柴油機(jī)排氣中的有害物質(zhì)的控制（2）燃料添加劑燃料添加劑對(duì)減少碳煙具有顯著效果。特別是可油溶的含有鋇族之類金屬的添加劑更為有效。 （3）燃油滲水柴油滲水并通過微量乳化劑，形成暫時(shí)穩(wěn)定的水油乳化液，對(duì)降低NO和碳姻的排放有明顯的效果。燃料

27、中含水對(duì)排氣煙度也有很大影響。614.4、柴油機(jī)排氣中的有害物質(zhì)的控制（4）噴射正時(shí)遲后噴油正時(shí)降低了初始放熱率，使燃燒最高溫度降低和縮短者火延遲期，因而減少了NO的生成量。這是當(dāng)前柴油機(jī)對(duì)N Ox凈化的主要措施。但是在直接噴射式柴油機(jī)中會(huì)增加煙度，因此為了抑制碳煙等不利影響，可通過提高噴油率和采用促進(jìn)燃料蒸發(fā)及與空氣混合的措施。624.4、柴油機(jī)排氣中的有害物質(zhì)的控制（5）廢氣在循環(huán)將柴油機(jī)排出的部分廢氣再返回到缸內(nèi)，對(duì)降低NOx有明顯效果。NO濃度下降幾乎與廢氣再循環(huán)百分?jǐn)?shù)成比例，當(dāng)廢氣再循環(huán)量達(dá)到15%時(shí)，NO則減半。對(duì)于碳煙，因廢氣再循環(huán)降低了燃燒室中氧氣的濃度，造成局部缺氧的燃燒，使

28、碳煙幾乎成倍的增長。634.4、柴油機(jī)排氣中的有害物質(zhì)的控制6、燃燒方式645、柴油機(jī)冷起動(dòng)柴油機(jī)冷起動(dòng)時(shí)混合氣形成和著火冷起動(dòng)過程大致分為三個(gè)階段；即首次著火前的運(yùn)轉(zhuǎn)；從首次著火至柴油機(jī)升速階段的運(yùn)轉(zhuǎn)；至溫度大致保持不變的暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。651、首次著火前的運(yùn)轉(zhuǎn)在低溫下決定柴油機(jī)起動(dòng)的主要因素有兩個(gè)：一是要有足夠高的壓縮溫度，二是有易燃的混合氣（包括空氣與燃油的混合和先期反應(yīng)）。662、首次著火至柴油機(jī)升速階段的運(yùn)轉(zhuǎn)除了在起動(dòng)過程中引起著火的只是噴油量中一部分外，還有另一個(gè)重要因素，即在起動(dòng)過程中，噴油器的抖動(dòng)對(duì)混合氣形成質(zhì)量有著不可忽視的影響。這兩個(gè)因素使分布在燃燒空間的燃油大大減少，并惡化了混

29、合氣的著火質(zhì)量。673、暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)如上所述，低溫冷起動(dòng)必然伴隨有熄火現(xiàn)象。因此，從起動(dòng)直接轉(zhuǎn)入空負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)是不適當(dāng)?shù)摹Ｒ簿褪钦f，在穩(wěn)定的空負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)前首先應(yīng)加速到某一轉(zhuǎn)速(通常為標(biāo)定轉(zhuǎn)速)，在該轉(zhuǎn)速下進(jìn)行穩(wěn)定的空負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，即為暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的開始(第三階段)。隨柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間增加，燃燒室壁溫較快也增加到一個(gè)固定值。從而，一氧化碳、甲烷、乙烯和總的碳?xì)浔群衔餄舛冉档侥扯ㄖ担藭r(shí)便完成了暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)階段685.2、柴油機(jī)工作參數(shù)與冷起動(dòng)性能之間的關(guān)系1、轉(zhuǎn)速與冷起動(dòng)性之間的關(guān)系增加拖動(dòng)柴油機(jī)的平均轉(zhuǎn)速，通常會(huì)使壓縮壓力及壓縮溫度提高。拖動(dòng)轉(zhuǎn)速過高，有時(shí)起動(dòng)性反倒會(huì)變壞。拖動(dòng)轉(zhuǎn)速越快，壓縮溫度越高，著火可利用的時(shí)間

30、也越短，所以有時(shí)出現(xiàn)不著火現(xiàn)象。691、轉(zhuǎn)速與冷起動(dòng)性之間的關(guān)系當(dāng)要求的壓縮溫度和實(shí)際的壓縮溫度、可利用的著火延遲時(shí)間和要求著火延遲時(shí)間一致時(shí)，就能立即著火。否則，對(duì)于低拖動(dòng)轉(zhuǎn)速就需經(jīng)過相當(dāng)長的連續(xù)拖動(dòng)時(shí)間，使壓縮溫度升高到所要求的值時(shí)才能著火；而在高拖動(dòng)轉(zhuǎn)速時(shí)，著火可利用的時(shí)間小于需要的著火延遲時(shí)間，則不能實(shí)現(xiàn)著火。70712、噴油定時(shí)與冷起動(dòng)性的關(guān)系起動(dòng)性最佳的噴油定時(shí)的著火延遲期也最小。噴油定時(shí)過遲或過早，則難以起動(dòng)或起動(dòng)后又熄火。實(shí)踐證明，正常運(yùn)行的最佳噴油定時(shí)對(duì)于最佳冷起動(dòng)來說一般都偏早。723、噴油量與冷起動(dòng)性能之間的關(guān)系最有利起動(dòng)噴油量，通常為全負(fù)荷的1.52倍。 起動(dòng)時(shí)增加噴油量，可使氣缸內(nèi)相繼循環(huán)的燃料積存量增多，改善了活塞和氣缸之間的氣密性，這就提高了實(shí)際壓縮比。此外，氣缸內(nèi)積存的燃料增加，被壓縮時(shí)會(huì)引起焰前反應(yīng)而促進(jìn)噴射燃料的著火。在起動(dòng)期間如果先多量噴射幾次后再減少噴油量、著火就更容易。這表明噴油量過多后會(huì)使噴霧的汽化潛熱增加，這將對(duì)起動(dòng)性能有不利的影響。73744、低溫與起動(dòng)性能的關(guān)系在低溫下柴油機(jī)