柴油機(jī)混合氣形成和燃燒PPT課件.ppt

1、作業(yè)三,1）為了便于分析汽油機(jī)的燃燒過程分為幾段？每段的主要影響因素是什么？ 2）汽油機(jī)的主要有害尾氣排放物有哪些？它們的產(chǎn)生條件是什么？ 3）什么是爆震？影響爆震的主要因素有哪些？ 4）試述混合氣的不同濃度對發(fā)動機(jī)性能的影響,1,第六章 柴油機(jī)混合氣形成和燃燒,6-1 柴油機(jī)熱功轉(zhuǎn)換的特點(diǎn)（了解） 6-2 柴油機(jī)的燃燒過程（掌握） 6-3 燃油噴射和霧化（理解） 6-4 混合氣的形成和燃燒室（掌握） 6-5 燃燒過程的影響因素（掌握） 6-6 柴油機(jī)的排放控制技術(shù)（理解）,2,6-1 柴油機(jī)能量轉(zhuǎn)換特點(diǎn),柴油機(jī)以，循環(huán)熱效率。 混合氣形成和燃燒特點(diǎn)： 混合氣形成時間極短； 混合氣空間時間分布

2、極不均勻； 燃料噴射過程和燃燒過程同時存在。 質(zhì)調(diào)節(jié)：為輸出功，噴油量 ；噴射期間，散熱損失； 反之，極短時間內(nèi)快速噴射燃燒粗暴; 發(fā)動機(jī)性能放熱功率噴油規(guī)律混合氣形成,3,6-2 燃燒過程,一、燃燒階段的劃分 由示功圖分為四個階段： 1、著火延遲期（i）：AB = 物理過程+化學(xué)過程 混合氣形成的物理過程： 噴霧分散蒸發(fā)汽化混合 化學(xué)過程：局部可燃混合氣先期化學(xué)反應(yīng)自燃。 i，dp/d，NOx，粗暴,4,影響因素：燃料的十六烷值，i； 溫度、壓力， i； 凡是改善蒸發(fā)霧化條件均使i 2、速燃期：壓力脫離壓縮線最高壓力點(diǎn)pz：BC 在i內(nèi)形成的可燃混合氣同時燃燒預(yù)混合燃燒 特點(diǎn)：p、T ，pz

3、13MPa以上，影響NOx 評價粗暴程度：平均壓力升高率 影響因素：i內(nèi)形成的可燃混合氣量 i內(nèi)噴入量,5,3、緩燃期：最高壓力點(diǎn)最高溫度點(diǎn)；CD 噴射過程結(jié)束，邊噴邊燃燒擴(kuò)散燃燒階段； 主要影響碳煙排放。 特點(diǎn)：空氣量減少，燃燒產(chǎn)物，活塞，燃燒緩慢 不均勻混合氣的燃燒空燃比偏大，才有可能 完全燃燒空氣利用率低 ，PL，比重量汽油機(jī)。 影響因素：混合氣形成速度燃料與空氣的擴(kuò)散速度 燃燒室內(nèi)氣流特性及強(qiáng)度燃燒室。,6,4、補(bǔ)燃期：Tmax基本燃燒完 釋放總放熱量的95%99%時，補(bǔ)燃期結(jié)束。 燃燒時間短促，混合氣不均勻； 膨脹中燃燒后燃； 高速大負(fù)荷時嚴(yán)重。 特點(diǎn)：p,氣缸V 散熱損失，排溫；

4、熱效率 盡可能減小補(bǔ)燃期,7,二、燃燒放熱規(guī)律： 放熱速率隨時間（曲軸轉(zhuǎn)角）變化規(guī)律； 組織燃燒過程的關(guān)鍵影響性能、排放。 瞬時放熱率：燃燒過程中任一時刻，單位時間內(nèi)（每度曲軸轉(zhuǎn)角）燃燒所放出的熱量。 由能量守恒律和熱一定律 ：,瞬時累計(jì)放熱百分比,放熱率,放熱率,工質(zhì) 吸熱率,傳熱率,8,累計(jì)放熱率x： 從燃燒過程開始至任一時刻為止燃燒所放出的累積 熱量與每循環(huán)燃料燃燒總熱量之比。 影響因素：燃燒室結(jié)構(gòu)，及其內(nèi)部氣流狀態(tài)； 噴射方式高壓噴射，先導(dǎo)噴射等,9,工質(zhì)的做功能力： 燃燒期間工質(zhì)質(zhì)量m變化很小，故令,對工質(zhì)的加熱率：,工質(zhì)對活塞做功：,燃燒后氣缸壓力變化率：,dp/d(工質(zhì)做功能力)

5、，與燃燒規(guī)律和膨脹速率有關(guān),10,控制燃燒過程放熱規(guī)律的三要素： 燃燒始點(diǎn)噴射時刻； 放熱規(guī)律曲線形狀噴射規(guī)律； 燃燒持續(xù)時間擴(kuò)散速率,燃燒室內(nèi)部氣流特性，和燃料噴射方式的優(yōu)化匹配是控制柴油機(jī)燃燒放熱規(guī)律的主要手段。,11,三、柴油機(jī)的有害排放物和振動噪聲 CO和HC的生成機(jī)理與汽油機(jī)相同，但a1，縫隙激冷效應(yīng)小，故其排放小。 柴油機(jī)有害排放物：NOx, PM, 且二者矛盾。 CO2 1) NOx的生成機(jī)理: 根據(jù)燃料及其混合氣形成方式分為： 熱力NO(Themal NO)和快速NO（Prompt NO） 熱力NO產(chǎn)生條件：高溫、富氧、滯留時間汽油機(jī),12,快速NO生成條件：濃混合氣燃燒火焰帶

6、內(nèi)化學(xué)平衡濃度的O、OH等活性中心為主的中間生成物、燃料中的碳和氫生成的碳?xì)浠衔铮约癏CN、CN、NH等中間反應(yīng)物參與反應(yīng)的結(jié)果 。 熱力NO是在火焰下游區(qū)產(chǎn)生； 快速NO是在火焰帶前急速生成，對溫度依賴性小，與混合氣濃度直接相關(guān)，快速NO的生成速度比熱力NO快。 危害：1）與HC一起產(chǎn)生光化學(xué)煙霧植物枯死 2）破壞地球大氣層（O3層）,13,2）碳煙的生成機(jī)理 1碳煙的生成過程 碳煙：可溶性有機(jī)成分（SOF）和不可溶成分； 由燃燒時生成的含碳粒子及 其表面上吸附的多種有機(jī)物組成。 生成過程： 高溫環(huán)境下熱分解形成低級 碳?xì)浠衔餂]有與空氣 再接觸的部分最終變成微粒。,14,生成條件：高溫

7、缺氧； 缺氧：空燃比為5.255.65的比較濃的狹窄范圍； 接近火焰高溫缺氧； 部分氧化和熱分解 生成各種低級不飽和烴類 脫氫、聚合成碳核(2nm),凝 聚,粒徑分布,15,高溫：在預(yù)混合火焰溫度20002400K范圍內(nèi)出現(xiàn)峰值； 在擴(kuò)散火焰區(qū)缺氧 未氧化PM。 T2400K時：PM C原子不易凝聚； 已形成的碳煙氧化。,急速加熱到1700K以上時，聚乙炔及碳蒸汽成為中間產(chǎn)物而生成碳煙,危害：致癌物；大氣可見度,16,PM生成特點(diǎn)：,碳煙生成過程早于NO的生成,燃燒初期生成中期和后期氧化； PM排量碳煙生成后被氧化程度,17,18,因此，組織好擴(kuò)散燃燒，是控制碳煙的有效措施。 一般，加速碳煙氧

8、化的措施，使NOx。,具體措施： 促進(jìn)碳煙的氧化過程組織燃燒室內(nèi)的氣流運(yùn)動，促進(jìn)紊流混合； 促進(jìn)噴霧的微?；邏簢娚洹?PM控制的基本原理：由PM和NOx形成領(lǐng)域， 控制火焰領(lǐng)域內(nèi)混合氣的濃度和溫度。,19,具體措施： 電控高壓噴射技術(shù)；噴射規(guī)律控制 噴射時期控制； 縮口燃燒室氣流 EGR：Tz VNT（VGS）；,四、柴油機(jī)排放控制策略 抑制與混合燃燒過程N(yùn)Ox，促進(jìn)擴(kuò)散燃燒PM,20,五、柴油機(jī)的燃燒噪聲,噪聲：彈性體在聲頻（20Hz20kHz）范圍內(nèi)的振動振動與噪聲密切相關(guān)。 產(chǎn)生振動的必要條件激振力： 氣缸內(nèi)壓力變化; 曲柄連桿機(jī)構(gòu)等運(yùn)動付間的相互摩擦、撞擊； 噪聲傳遞的媒體彈性體：機(jī)

9、體振動。 激振力的變化缸體表面振動對外輻射噪聲。 發(fā)動機(jī)的噪聲源：燃燒噪聲、機(jī)械噪聲、進(jìn)氣噪聲、排氣噪聲等。,21,燃燒噪聲：與氣缸壓力升高率成正比，且直接與NOx排放有關(guān)。 燃燒噪聲大氣缸壓力升高率，預(yù)混合燃燒的混合氣量多，氣缸內(nèi)溫度，NOx排放量。 機(jī)械噪聲：運(yùn)動副的相對摩擦撞擊速度及強(qiáng)度n 進(jìn)氣噪聲：進(jìn)氣脈動及n、發(fā)火頻率 排氣噪聲：排氣脈動及n、發(fā)火頻率,22,壓燃式發(fā)動機(jī)起動過程取決于低溫下混合氣的形成和著火條件。壓縮溫度、霧化條件； 冷起動時溫度和n最低霧化不良冷起動困難。即 T0低Tc低，傳熱損失大，噴霧霧化差； n低，漏氣，造成Tc、pc降低，不利于自燃。,六、冷起動特性,低溫

10、冷起動(怠速)時，燃料未完全蒸發(fā)，以液體狀態(tài)排出形成白煙和藍(lán)煙 HC和CO排放。 液滴直徑不同，光照射下產(chǎn)生不同顏色。,23,6-3 燃油噴射和霧化,一、對燃料噴射系統(tǒng)的要求,機(jī)械/電控泵-管-噴嘴位置式控制方法：三者相互間受限制,不能有效地控制放熱規(guī)律,噴油器、噴油泵、ECU 相互獨(dú)立構(gòu)成: 控制自由度,24,柴油機(jī)噴射系統(tǒng)的發(fā)展： 機(jī)械式位置式電控時間控制式高壓電控 機(jī)械式：直列泵、 V形分配泵 位置式電控：TICS、VE 高壓電控：高壓共軌（C-R）噴射壓力200MPa 泵噴嘴 單體泵,噴射壓力：1826MPa,25,現(xiàn)代車用柴油機(jī)噴射系統(tǒng)的要求 1噴射壓力高壓化，且可任意調(diào)控保證燃料快

11、速、良好霧化。 2噴油器響應(yīng)特性足夠快在極短時間內(nèi)，噴油規(guī)律的自由控制達(dá)到最佳噴油時刻和理想噴油規(guī)律。 3噴霧特性與燃燒室內(nèi)氣流特性的最佳匹配。,適應(yīng)高效率低排放燃燒方式的要求,26,噴霧(油束)特性取決于噴油器的結(jié)構(gòu)、噴射壓力和背壓，是影響混合氣形成的主要因素 油束特性：用幾何形狀和霧化質(zhì)量評價,二、噴射霧化和油束特性,核心部分液滴密集，速度高,油束外側(cè)液滴稀少，速度低,幾何形狀：貫穿距離L ；貫穿率和噴霧錐角或B,貫穿率：油束射程與噴孔出口沿噴孔軸線到達(dá)燃燒室壁面的距離的比值表征燃油噴到燃燒室壁面的程度,貫穿距離,27,貫穿率1: 表示油束已噴到燃燒室壁面。 噴射壓力越高、噴孔長度直徑比越

12、大、噴射環(huán)境密度越小貫穿率越大，噴霧錐角越小。,油束射程短：貫穿距離L，噴注穿透不足； 空間霧化氣流強(qiáng)粗暴，NOx 油束射程過長：噴注穿透過度，噴注著壁； 燃燒室壁面或擠氣面很難形成混合氣冒煙,28,油束的霧化質(zhì)量：液滴的細(xì)度和均勻度表示。,均勻度是表示油束中液滴大小相同程度及直徑分布的均勻程度。,細(xì)度用油束中液滴的平均直徑表示，該值越小霧化質(zhì)量越好,29,1）位置式噴射系統(tǒng) 1. 位置式噴射系統(tǒng) 油泵速度特性：供油量隨n增加而增加 調(diào)速器的必要性： 防止高速飛車，低速熄火 噴射過程：取決于噴射壓力； 噴射壓力與供油壓力有關(guān); 但非線性關(guān)系，不可控。,三、噴射系統(tǒng),30,直列泵,供油量控制：通

13、過駕駛員/調(diào)速器調(diào)節(jié)油量控制環(huán)套位置來完成,機(jī)械式噴油泵,VE型分配泵： 一個柱塞，與固定在一起的端面凸輪盤一同旋轉(zhuǎn),31,VE型電控分配泵： 消除機(jī)械式調(diào)速器； 增設(shè)：轉(zhuǎn)速傳感器2； 滑套位置傳感器5； 噴射定時器位置傳感器3； 比例電磁閥1； 電磁閥4等,控制油量環(huán)套位置,滑套位置傳感器,噴射定時傳感器,控制噴射定時電磁閥,32,電控直列泵TICS（Timer Injection Control System）：在P型泵基礎(chǔ)上改進(jìn)。,結(jié)構(gòu)：保留P型泵油量控制齒桿機(jī)構(gòu)在柱塞偶件上增加控制滑套，取代P型泵的倒掛形柱塞套。 控制：滑套相對柱塞的位移改變供油始點(diǎn)供油預(yù)行程在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)供油時刻的

14、任意控制,33,TICS泵的泵油原理 油量控制桿位置由電子調(diào)速器控制油門開度通過傳感器傳送到ECU判定工況控制MAP圖反饋控制控制桿位置噴油量控制精度。,34,供油規(guī)律影響噴油規(guī)律，但不同 缺點(diǎn)：噴油規(guī)律不可控,噴油過程,位置式泵-管-噴嘴型特點(diǎn)：供油特性和噴油器的實(shí)際噴油特性不一致。電控化后有所改善。,噴油過程劃分為等三個階段： 噴射延遲期：供油開始噴油開始,高壓油管內(nèi)以 1400m/s聲速傳播建立噴油器端油壓 缺點(diǎn)：供油與噴油不同步,主噴射期：噴油開始噴嘴端壓力 開始急劇下降,35,噴油結(jié)束階段：從噴油器端壓力開始急劇降低噴油器針閥落座停止噴油。 因，通過噴油泵的回油降低噴油器端油壓針閥落

15、座。 所以，針閥落座速度 噴嘴端壓力降低速率。 此時，噴射壓力降低霧化特性變差。,36,供油規(guī)律,噴油規(guī)律,存在的問題： 供油規(guī)律與噴油規(guī)律不同； 出現(xiàn)不正常噴射現(xiàn)象： 二次噴射；噴油壓力波動 滴油現(xiàn)象；高壓密封 斷續(xù)噴射；針閥周期跳動 隔次噴射；2循環(huán)噴1次,37,機(jī)械式與電控式的區(qū)別： 調(diào)速器： 機(jī)械式機(jī)械； 電控式數(shù)據(jù)調(diào)速 供油規(guī)律： 機(jī)械式不可調(diào)； 電控式可調(diào) 噴油壓力： 機(jī)械式不可調(diào)； 電控式可調(diào),38,圖4-55 ECDU2系統(tǒng)示意圖,2）時間-壓力式電控噴射系統(tǒng) 特點(diǎn)：不斷高壓化 典型類型：高壓共軌系統(tǒng)、泵噴嘴和單體泵三種,1. 高壓共軌系統(tǒng),39,高壓共軌系統(tǒng)特點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)上：把

16、泵-管-噴嘴三個單元，按各自功能相互獨(dú)立起來充分提高控制自由度。 功能上：實(shí)現(xiàn)高壓噴射；噴射壓力、噴射時刻、噴油規(guī)律達(dá)到可直接調(diào)控放熱規(guī)律可控制。,各單元的作用： 高壓泵：按一定速率向共軌供油，保證軌壓恒定 供油原理：多山凸輪每轉(zhuǎn)供三每次供油頻率 與噴射頻率一致,40,吸油過程：柱塞下行PCV閥開泵室進(jìn)油,柱塞上行PCV閥開回油軌壓不變,共軌壓力設(shè)定值時，ECU接通PCV閥關(guān)閉出油閥開迅速供油補(bǔ)充軌壓,高壓泵供油原理：,三山凸輪,PCV閥,出油閥,41,高壓泵供油量： 取決于PCV閥關(guān)閉后柱塞的有效行程； 通過改變PCV電磁閥的關(guān)閉時刻 控制凸輪的有效行程 改變供油量 控制共壓。 特點(diǎn)：減小功

17、率損耗。但控制系統(tǒng)復(fù)雜。,42,BOSCH-CR型三缸徑向柱塞式高壓泵：,結(jié)構(gòu)：泵體、泵蓋、氣門組件、柱塞泵組件、柱塞彈簧、凸輪軸組成。,特點(diǎn)： 三缸柱塞泵隔120度均勻分布保證供油頻率和供油量； 偏心輪驅(qū)動片面三角環(huán)三個柱塞泵,43,共軌的作用：將高壓泵提供的高壓油蓄壓按恒定壓力均勻分配到各缸噴油器。,共軌容積的確定： 兼顧高壓泵供油壓力波動和每個噴油器噴油而引起的壓力波動共軌壓力波動控制在0.5MPa以內(nèi)； 為保證共軌壓力響應(yīng)速度快速響應(yīng)柴油機(jī)工況的變化，其容積又不能太大。 ECD-U2共軌系統(tǒng)： 高壓泵最大循環(huán)供油量 為600mm3，共軌容積 約為94000mm3。,44, 噴油器的主要

18、作用：根據(jù)ECU的控制指令完成定量、霧化及噴油規(guī)律的控制。 噴油量：噴油器開啟持續(xù)時間（通電脈寬）來控 制；噴油器的開啟時刻控制噴油時刻。 噴霧質(zhì)量：取決于噴射壓力和噴孔總截面積以及、 燃燒室內(nèi)氣流狀態(tài)。 噴油規(guī)律控制精度：取決于噴油器的響應(yīng)特性。 噴油器響應(yīng)特性：取決于電磁閥特性和針閥慣性 質(zhì)量。,45,三向電磁閥式噴油器特點(diǎn)： 由針閥偶件、液壓柱塞、 節(jié)流閥以及三向電磁閥（TWV）等組成。 通電時刻噴射時刻； 通電持續(xù)時間噴油量。,ECD-U2系統(tǒng)：,46,高壓共軌系統(tǒng)的工作原理,發(fā)動機(jī)高壓泵工作； ECU檢測軌壓： 當(dāng)軌壓設(shè)定值：控制高壓泵PCV閥關(guān)閉供油； 當(dāng)軌壓設(shè)定值時開PCV閥回油

19、狀態(tài)。,泵及軌壓控制：,發(fā)動機(jī)噴油控制：,檢測發(fā)動機(jī)工況； 控制噴油器TWV的接通和斷開時刻； 控制噴射時刻和噴射量。,標(biāo)定控制MAP圖,47,TWV閥式噴油器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 由內(nèi)閥、外閥和閥體組成。,內(nèi)閥: 自由活塞,外閥:與銜鐵做成一體由線圈通電方式控制其上下運(yùn)動,閥體: 支承外閥,泄油孔,內(nèi)、外閥及閥座間形成A、B密封面。,A密封面控制柱塞頂部與共軌連通,柱塞,B密封面控制柱塞頂部與泄油孔連通,48,TWV噴油器的控制原理：在ECU控制下 TWV閥ON線圈產(chǎn)生磁場力外閥上移關(guān)閉密封面A共軌高壓油無法進(jìn)入柱塞頂控制室。 此時，密封面B打開，柱塞頂控制室內(nèi)高壓油，經(jīng)密封面B泄油油壓迅速降低噴油器

20、針閥克服彈力升起噴油開始。 當(dāng)TWV閥OFF時，磁場消失，外閥在彈力作用下下移關(guān)閉密封面B，同時打開密封面A； 共軌高壓油同時進(jìn)入噴油器針閥承壓錐面室和柱塞頂部控制室。柱塞在高壓油和彈力作用下下移針閥落座，停止噴油。,49,C-R系統(tǒng)對燃燒速率的精確控制：由噴油規(guī)律的柔性控制實(shí)現(xiàn) “Multijet” (多脈沖)噴射方式精確控制燃燒室內(nèi)的溫度和壓力高效率低排放,先導(dǎo)噴射,預(yù)噴射,主噴射1,主噴射2,后噴射,遲后噴射,控制Tzmax NOx,壓縮T和p，起動暖車時間，惰轉(zhuǎn)噪聲 高壓高壓泵驅(qū)動損失， 需耐高壓和高壓密封。,51,2. 泵噴嘴： 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 泵噴嘴體、控 制閥及電磁閥等組成； 柱塞偶

21、件和噴油器偶件集成在一個殼體內(nèi)。,噴油正時和噴油量：由電磁閥控制進(jìn)油閥開啟時刻和持續(xù)時間來控制,高壓系統(tǒng)容積很小易高壓化(200MPa)可靠性好；但復(fù)雜,取消了高壓油管彌補(bǔ)高壓共軌耐高壓及高壓密封缺陷。,52,3. 單體泵,結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：一種模塊式結(jié)構(gòu)； 各缸柱塞泵獨(dú)立； 噴油器和噴油泵間用短高壓油管連接,工作方式：ECU控制電磁閥,組成：由滾輪式挺柱、柱塞、回位彈簧、泵體、ECU控制及電磁閥等。,當(dāng)電磁閥開啟時，高壓油經(jīng)短高壓管傳到噴油器建立油壓噴射； 當(dāng)電磁閥OFF時，泵油室內(nèi)油和高壓管內(nèi)燃油回油，噴油器油壓迅速降低停止噴油。,53,CR：泵噴嘴獨(dú)立控制直接控制噴射規(guī)律；響應(yīng)性 噴射壓力控制不

22、受n、負(fù)荷影響，自由度高。 UIS：泵噴嘴一體高壓化；噴油規(guī)律供油規(guī)律 ； 噴射壓力供油速率凸輪型線和n； 噴射壓力控制自由度受限。 UP：結(jié)構(gòu)上，改善CR的高壓密封及可靠性問題， UIS的體積大結(jié)構(gòu)復(fù)雜的缺點(diǎn)。 控制方法：用供油特性間接控制噴油規(guī)律； 噴油規(guī)律控制精度及高速響應(yīng)特性較差。,4. 三種高壓噴射系統(tǒng)（CR、UIS及UP）的比較：,54,6-4 混合氣的形成與燃燒室,一、柴油機(jī)混合氣形成方式 1）空間霧化： 多孔式噴油器強(qiáng)制霧化+與空氣的相對運(yùn)動 影響油氣相對速度的因素：p噴，T，氣流特性 即 噴霧特性與燃燒室內(nèi)氣流特性的匹配。,影響柴油機(jī)混合氣形成的因素：燃料的霧化特性， 燃燒室

23、內(nèi)氣流特性,55,傳統(tǒng)的直噴燃燒室：主要靠空間霧化形成混合氣 缺陷：燃燒室內(nèi)氣流組織不當(dāng)，噴射壓力低； 混合氣形成速率隨n適應(yīng)性差淘汰,NOx已淘汰,56,2）油膜蒸發(fā)： 燃燒室壁面形成油膜后，利用受熱蒸發(fā)和空氣流動作用形成混合氣。蒸發(fā)速度 燃燒室壁面溫度、和燃燒室內(nèi)氣流速度的控制,渦流室式,對預(yù)燃室,壓縮過程 渦流室內(nèi)形 成強(qiáng)烈壓縮渦流壁面油膜蒸發(fā)混合噴入主燃室二次渦流n適應(yīng)性,壓縮過程 預(yù)燃室內(nèi)形成 強(qiáng)烈紊流部分空間混合噴入主燃室燃燒渦流n適應(yīng)性,57,3）傳統(tǒng)直噴式和分隔式燃燒室特點(diǎn)： 直噴式：燃燒等容度高； 散熱面積??； 經(jīng)濟(jì)性好 冷起動性好； =1418 對噴射系統(tǒng)要求高； 對高速敏

24、感； 排放、高速性差 粗暴，NOx排放高。 分隔式：空氣利用率好； n適應(yīng)性好 噴霧要求低、成本低； 散熱面積大；通道節(jié)流損失大； 熱效率低；冷起動性差。 =2024,58,二、高速直噴燃燒室結(jié)構(gòu)及其混合氣形成特點(diǎn) 柴油機(jī)燃燒放熱規(guī)律及NOx和PM生成預(yù)混合燃燒過程和擴(kuò)散燃燒過程。 預(yù)混合燃燒過程缸內(nèi)氣流特性和噴霧質(zhì)量； 擴(kuò)散燃燒過程后噴射的噴霧質(zhì)量和氣流特性;,缸內(nèi)氣流特性：燃燒室結(jié)構(gòu)形狀,噴霧質(zhì)量：高壓噴射,59,三、燃燒室內(nèi)氣流特性及其評價方法,目的：有效控制預(yù)混合燃燒和擴(kuò)散燃燒期間的氣流特性。,評價指標(biāo)滾流強(qiáng)度保持性,評價方法： 基于CFD軟件，對燃燒室三維空間瞬態(tài)流場進(jìn)行模擬計(jì)算；,

25、燃燒室斷面,三維計(jì)算模型,計(jì)算斷面,60,SW,不同燃燒室結(jié)構(gòu)對燃燒室內(nèi)氣流特性的影響：,縮口比D2/D1一定時，燃燒室底部凸起形狀對滾流強(qiáng)度保持性的影響,擴(kuò)散燃燒期,61,燃燒室底部形狀對排放特性的影響：在擴(kuò)散燃燒期間，因氣流分布及保持性不同對CO、HC及煙度影響明顯。,62,6.5 燃燒過程的影響因素,一、噴霧特性與燃燒室形狀匹配 1）噴射夾角(位置)： 噴射夾角不同，噴霧在燃燒室位置不同,過大：更多燃料飛濺到擠氣面 過?。嚎臻g混合，預(yù)混合燃燒,噴射夾角:=152 =156 =160,63,噴孔直徑,噴孔直徑影響噴射 總面積。 噴孔直徑?。荷涑?夾角變小霧化 油束著壁傾向 煙度。 直徑過大

26、：小負(fù)荷/大 負(fù)荷區(qū)，噴霧質(zhì)量差 存在最佳噴控直徑,64,噴孔數(shù)和進(jìn)氣渦流,噴孔數(shù)和渦流強(qiáng)度影響噴注與燃燒室空間的匹配,孔數(shù)過多或渦流強(qiáng)度過強(qiáng)噴注相互干涉,適當(dāng)減小渦流比,進(jìn)氣阻力,v,65,噴孔數(shù)過多，燃燒室內(nèi)橫向渦流過強(qiáng) 噴注之間干涉； 縱向渦流：預(yù)混合階段適當(dāng)； 擴(kuò)散燃燒階段有足夠強(qiáng)度保持性,66,噴孔直徑及噴孔數(shù)的確定,確定噴孔直徑時，一般考慮最大噴射面積 ； 一定噴射壓力，影響噴射速率及噴霧質(zhì)量 噴孔數(shù)：根據(jù)燃燒室空間大小來確定,Vb：最大循環(huán)噴油量 n：轉(zhuǎn)速 ：噴控流量系數(shù) j：噴油持續(xù)角 j：噴孔處平均噴油速率,噴孔數(shù)=i 時：,噴油器面容比：,67,噴嘴結(jié)構(gòu),傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)： HC的

27、工況 排放值100%,小壓力室,無壓力室,HC工況排放值/%,噴油器壓力室對HC排放的影響,噴后壓力室內(nèi)油進(jìn)入氣缸霧化不良HC； 無壓力室針閥升程很小因節(jié)流效應(yīng)射程不均,68,噴射壓力（軌壓）,軌壓，噴射速率，噴射持續(xù)時間，初期放熱速率，NOx，PM,NOx,軌壓,軌壓,軌壓,軌壓,HC,be,CO,69,不同轉(zhuǎn)速下，軌壓對發(fā)動機(jī)性能的影響：,70,二、影響燃燒過程的運(yùn)轉(zhuǎn)因素 1. 負(fù)荷 質(zhì)調(diào)節(jié)：進(jìn)入氣缸的空氣量基本保持不變，只調(diào)節(jié)循環(huán)噴油量。 負(fù)荷,=噴油量，a； 單位Vh混合氣燃燒放熱量, Tz，i，粗暴； 但 大負(fù)荷時，燃燒過程延長e 2、轉(zhuǎn)速 n 散熱/漏氣損失pc Tc ； i著火落

28、后期；噴油壓力高壓化可改善霧化 n過低：霧化熱效率； n過高：燃燒過程遲后，充氣效率熱效率,71,3. 噴油時刻pt 決定噴注相對燃燒室空間的噴射位置。 一般：pt過大， 缸內(nèi)p、Ti；壓縮負(fù)功； pz、Tz工作粗暴；NOx ； 動力性，經(jīng)濟(jì)性 pt過?。喝紵患皶r，散熱損失，排溫； 動力性，經(jīng)濟(jì)性 最佳pt0：動力性經(jīng)濟(jì)性不變的前提下，NOx 。 推遲pt是NOx的主要措施 。 pt0隨負(fù)荷、轉(zhuǎn)速而變化。,72,縮口燃燒室，噴射壓力=24MPa，機(jī)械噴射系統(tǒng)：相對傳統(tǒng) 靜態(tài)供油提前角由1114CA68 CA NOx,而傳統(tǒng)直噴柴油機(jī)gt0=1130CA。,gt0范圍 =8 14CA,73,4

29、. 燃油特性,十六烷值,過低：自燃性差，不易著火。 i，工作粗暴，NOx,冷態(tài)正常燃燒條件,易著火,壓縮比和十六烷值匹配： 從1614 但 過高冒煙。,74,5. EGR EGR作用：降低燃燒溫度；降低氧濃度NOx 但EGR率過大燃燒滯后、不完全，經(jīng)濟(jì)性； 排煙 各工況存在最佳EGR率。,EGR作用在柴油機(jī)和汽油機(jī)上的區(qū)別： 汽油機(jī)：量調(diào)，EGR后，A/F基本不變； 反應(yīng)及燃燒溫度NOx 柴油機(jī)：質(zhì)調(diào)，EGR后，A/F,Tz， NOx 效果明顯。,75,m0：無EGR時進(jìn)氣量；m：有GR時的進(jìn)氣量,柴油機(jī)EGR降低NOx效果：,EGR流量=有無EGR時的進(jìn)氣流量之差,EGR抑制燃燒效果與氧氮含

30、量效果各50%,76,6-6 柴油機(jī)的排放控制技術(shù),77,表6-1 不同技術(shù)措施對排放及性能的影響效果,：明顯改善，：改善，：惡化，：無效果。,78,一、機(jī)內(nèi)措施,1噴射系統(tǒng)的控制 目的：良好噴霧特性、噴注與燃燒室良好匹配； 控制噴油規(guī)律控制放熱規(guī)律節(jié)能又低排放,措施：噴射壓力高壓化；且噴射時期/噴油量/噴油率可變控制；響應(yīng)特性 。,相對UP和UIS：C-R直接控制噴油器控制響應(yīng)特性，高速柴油機(jī)上普遍采用。,噴油器的要求： 噴射壓力高壓化：200MPa霧化，噴射速率 多段脈沖噴射：響應(yīng)特性噴射規(guī)律放熱規(guī)律,79,2新的燃燒方式, 低溫燃燒技術(shù) MK燃燒： 特點(diǎn)：低溫燃燒和 預(yù)混合燃燒相組合 同

31、時NOx 同時采用MK(可調(diào))高壓噴射縮短噴射時間+冷EGR+提前噴i PCIPM,by EGR,高壓噴射,冷EGR,MK燃燒,預(yù)混合燃燒,80, HCCI技術(shù)：,EGR=30%,早噴 =17,早噴，=17 EGR=30%, :1714,早噴 低壓縮比,早噴 =14 EGR=30%,EGR,放熱率,壓縮過程中噴射，i，形成稀薄預(yù)混合氣壓燃PCCI,混合氣 均勻化,81,3. 不同階段柴油機(jī)的控制技術(shù),對應(yīng)2005年前排放法規(guī)的主要技術(shù)措施：歐IV前 軌壓=160MPa、冷EGR、VNT/VGS、預(yù)噴射燃燒、進(jìn)氣渦流可變系統(tǒng)、燃料含硫量50ppm；采用DOC（Diesel Oxidation Catalyst）、DPF后處理。,針對2005年實(shí)施的歐洲排放法規(guī)：歐IV