发动机原理课件-第六章柴油机混合气形成与燃烧概要.ppt

第六章 柴油机混合气形成与燃烧 本章要求： 掌握：柴油机燃烧过程；柴油机混合气的形成；柴油机的喷射与雾化。 理解：影响燃烧的因素和措施。 了解：柴油机燃烧室的分类、特点和对燃烧的影响；柴油机有害排放物的生成机理。 柴油机的燃烧过程与汽油机的有所不同： 1、混合气形成的方法： 汽油机：缸外，较均匀一致。 　柴油机：缸内, 不均匀。 2、着火和燃烧的方式： 　汽油机：点燃式，着火后靠火焰传播燃烧，着 火时机、地点均能控制。 　柴油机：压燃式,油滴扩散燃烧,着火时机、地 点不能控制。 第一节 柴油机燃烧过程 在压缩过程中活塞接近上止点时,借助喷油设备将燃油在高压下成雾状喷入燃烧室。 油滴的着火要满足两个条件： （1）混合气的温度要高于着火临界温度。 （2）混合气的浓度要适当，即混合气的浓度要在 着火界限之内。 **着火时机、地点不固定，着火点位于喷注外围与核心之间。 直径：5~150um (中间较大) Tc-热空气温度 Tw-油滴周围混合气温度 Cu-油滴周围混合气浓度 W-化学反应速度 二、燃烧过程 Ⅰ、滞燃期（着火延迟期）（1-2） 从喷油开始到缸内压力线与压缩线偏离的始点（或着火）阶段。 (图6-2) *压缩终点,Tc=450-800℃,柴油的自燃温度（330- 350℃）,但不会立即着火,进行着火前的准备。 * 物理准备：雾化，加热，蒸发，扩散和混合。 * 化学准备：裂化，着火前的氧化反应。 *一般着火延迟时间τi≈0.7-3ms，φi≈8-12℃A *喷油时缸内温度、压力及燃料性质是影响τi的主要因素 *τi的长短会影响预混合气量,对柴油机性能有很大影响 Ⅱ、速燃期（2-3） （图6-2） 从着火(压力脱离压缩线)到缸内压力最高阶段 *滞燃期内形成的非均质混合气同时燃烧，称预混合燃烧 *活塞在上止点附近，气缸容积变化小，接近于等容燃烧 *ΔP/ΔΦ=(P3-P2)/(Φ3-Φ2) 升高快，放热率dQ/dΦ大 *柴油机ΔP/ΔΦ一般0.4 ～ 0.6MPa/℃A *出现最高压力点，理想位置：上止点后10°～15℃A *放热量为20% ～ 30% *同时，喷油持续进行，形成燃烧与喷油的重叠。 ☆☆影响压力升高率的因素：滞燃期喷油量、滞燃期长短、燃料蒸发混合速度、空气运动、燃烧室形状、燃料性质等—预混合气量 Ⅲ、缓燃期（3-4） （图6-2） 从缸内压力最高到温度最高阶段 *着火后，混合是在边燃烧、边喷油的情况下进行的扩散混合， *扩散混合阶段的燃烧称为扩散燃烧。 *扩散燃烧的特点：既存在预混合燃烧的形式，又存在单油滴的扩散燃烧形式，是一种气、液双相混合的燃烧过程。 ☆☆扩散混合(着火后的混合)：边燃烧、边喷油的混合。包括：均相（气相）混合，气、液双相混合；未燃区的低温混合，已燃区的高温混合；燃油与空气的混合，燃油、空气、燃烧产物等多种物质的瞬态混杂。 缓燃期特点： *新鲜空气愈来愈少，温度愈来愈高，燃烧产物愈来愈多，燃烧速度缓慢，同时活塞已下行，压力近似不变，近于等压燃烧。 *速燃期内喷入的燃油在此阶段燃烧，占总放热量的70～80%。 *放热率比速燃期小 *一般在上止点后20～35°CA，出现最高温度，达1600～2000℃。 *温度虽升高，由于混合时间短，高温缺氧下易形成碳烟，要求加强空气运动，φα1。 ☆☆缓燃期应越快越好—关键是加快混合气的形成。 Ⅳ、后燃期（补燃期）（4--） 从温度最高到燃料燃烧结束。 *远离上止点放热 *大量的热传给冷却系—热量不能充分利用 *过长，使排气温度升高，零件热负荷增加，导致柴油机动力性、经济性下降。 *应尽量减少后燃 ☆☆加快缸内气体运动，可缩短后燃期，减少碳烟。 三、燃烧过程中存在的问题 1.混合气形成困难，且极不均匀 *混合气形成时间短，边喷油、边混合、边燃烧。 改进措施： ①促进混合气的形成。 结构上，促进缸内的涡流运动。 ②供给较多的空气。 Фa大于1 ☆☆ 一般取1.3。但是至少30%的空气未被利用，使气缸工作容积的利用程度降低，使升功率、平均有效压力降低，这与提高其动力性相矛盾。 2.工作粗暴，燃烧噪音较大。 *燃烧噪音与速燃期内的ΔP/ΔΦ有很大关系 *为使工作柔和，要求ΔP/ΔΦ≤400kpa/°CA *ΔP/ΔΦ的大小主要与滞燃期中形成的可燃混合气的数量有关 措施： （1）缩短着火延迟时间τi （2）减少滞燃期内的喷油量 但与提高动力性相矛盾 ☆☆燃烧噪音：速燃期内,急剧升高的压力直接使燃烧室壁面及活塞、曲轴等机件产生强烈的振动,并通过气缸壁传到外部。 3.排气冒黑烟 *主要发生在