第章 燃烧和燃烧室.ppt

此图中可见在小负荷时尽管φ很大，CO排放量反而上升，类似情况也发生在柴油发动机起动后的暖机阶段和怠速工况中。 第2章 燃烧和燃烧室 本章主要内容： 1、柴油发动机的燃烧过程 2、柴油发动机爆燃 3、柴油发动机的排放尾气 4、柴油发动机的燃烧室  2.1 柴油发动机的燃烧过程 柴油发动机是在燃油的颗粒和蒸气、空气和燃烧后的气体不均匀的混合状态下，自行着火燃烧的。着火后燃烧室内的温度和压力急剧上升，促进了剩余燃油的蒸发和混合可燃混合气的生成，从而达到急速燃烧。 燃烧过程分成4个阶段：着火延迟期、速燃期、缓燃期和后燃期，如图2.1所示。 柴油发动机的燃烧过程 1、着火延迟期（燃烧准备期A→ B ） 是燃油在A点被喷射到气缸内，在B点开始着火的期间。在该期间内汽缸内的压力几乎是不可升高的，但是期间的长短会直接影响到其后的燃烧。 2、速燃期（定容燃烧期B→ C ） 在此期间着火延迟期内准备的可燃混合气体几乎是同时爆发燃烧，汽缸内的压力和温度瞬间上升。 3、缓燃期（定压燃烧期C→ D ） 在此期间内可以通过燃油喷射量的多少来控制燃烧，因此该期间也被称作控制燃烧期。 4、后燃期（后燃烧期D→ E ） 在D点没有完全燃烧的大颗粒燃油和颗粒密集在一起没有与空气充分混合的部分燃油会在D→ E 的膨胀行程内与空气混合燃烧。后燃期变长，排气温度会变高，热效率下降。 总结： 着火延迟期和速燃期是缓燃期的准备期。为了使具有柴油发动机特征的缓燃期（定压燃烧期）有效地进行，需要避免速燃期的压力急剧升高。 2.2 柴油发动机爆燃 在着火延迟期中蓄积的混合气体在速燃期内瞬间燃烧，使气缸内的压力急剧升高。过快的压力升高会使柴油发动机爆燃。 图2.2（a）是着火延迟期短，着火后压力升高较小的情况；图2.2（b）是着火延迟期厂，着火后压力升高较大的情况。 根据在自燃着火开始点只有压缩压力的切线T和着火后的压力切线T’所产生的角α来判断柴油发动机爆燃程度的变化。 α的角度越大，爆燃越大。 2.2.2防止柴油发动机爆燃的方法 缩短着火延迟期，避免急剧的压力升高。 引起柴油发动机爆燃的相关因素： 1、燃油 需要选择十六烷值高的燃油。柴油十六烷值低于工作条件要求，会使燃烧延迟和不完全，以至于发生爆震，降低发动机功率，增加柴油消耗量。但十六烷值过高，也会使燃烧不完全而发生冒烟现象，并增加柴油消耗量。高速柴油发动机燃料的十六烷值约为40-56。大多数的柴油发动机可采用的十六烷值为40-45。 2、压缩比 压缩比增大，汽缸内的压力和温度就会变高，这样可以防止柴油发动机爆燃。但压缩比过大，起动时的起动转矩就会变大，并且发动机内部的摩擦和辅助设备等的驱动损失就和增加，造成机械效率下降。 3、燃油喷射量 喷射开始时的燃油喷射量越多，着火延迟期内生成的可燃混合气体的量就越大，越易引起柴油发动机爆燃。因此调节喷射开始时的喷射量，在着火后喷射大量的燃油会达到减少柴油发动机爆燃并且得到高输出功率的效果。 4、喷射期 如果喷射期过早，即向温度还没有达到要求的空气中喷射燃油，会使着火延迟期增长，容易使柴油发动机爆燃。 5、燃烧室的形状 低速柴油发动机和部分中、高速柴油发动机主要用无涡流的开式燃烧室，小型高速柴油发动机大多采用有涡流的半开式燃烧室。 6、其他 因为喷雾的状态不佳，燃油和空气的混合不充分，发动机温度过低造成压缩温度下降等情况都会造成着火延迟期增长，从而使柴油发动机容易发生爆燃。 2.2.3柴油发动机和汽油发动机的爆燃 2.3柴油发动机的排放尾气 柴油发动机排放尾气的成分中大部分是N2（氮气）、H2O（水蒸气）、CO2（二氧化碳），此外还含有微量的大气污染物质，例如CO（一氧化碳）、HC（碳氢化合物）、NOx（氮氧化物），以及PM等。 2.3.1大气污染物质的产生 1、CO CO的产生是由于燃油在汽缸中燃烧不充分所致，是氧气不足而产生的中间产物。柴油机在普通运行状态时在充分的空气下进行燃烧，产生的CO极少。只有在大负荷接近冒烟界限（ ）时，CO的排放量才急剧增加。 2.HC 一般来讲，柴油发动机的HC排放较低。如在喷油初期的滞燃期内，可能因为油气混合太快使混合气过稀，造成未燃HC。在喷油后期的高温燃气气氛中，可能因为油气混合不足使混合气过浓，或者由于燃烧淬熄产生不完全燃烧产物随排气排出，但这时较重的HC多被碳烟微粒吸附，构成微粒的一部分。柴油发动机未燃HC的排放主要来自柴油喷注的外缘混合过度造成的过稀混合气地区，结果造成柴油发动机怠速或小负荷运转时的HC排放高于全负荷工况