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第9章 柴油机混合气的形成和燃烧 9.1柴油机燃烧过程 1.着火延迟期 着火延迟期又称为滞燃期、着火落后期，从燃油开始喷入燃烧室内(A点)至由于开始燃烧而引起压力升高使压力线明显脱离压缩线开始急剧上升(B点) 图9.2 温度与压力对着火延迟期的影响 着火延迟期长短会明显影响该阶段喷油量和预制混合气量的多少，从而影响柴油机的燃烧特性、动力性、经济性、排改特性以及噪声振动，必须精确控制。 2.速燃期 压力升高率 从提高动力性和经济性的角度，希望dp／dφ大一些 dp／dφ过大会使柴油机工作粗暴，运动零部件受到过大冲击载荷， 过急的压力升高会导致温度明显升高，使氮氧化物生成量明显增加。 为兼顾柴油机运转平稳性，dp／dφ不宜超过0.4MPa／(°)，而为了抑制氮氧化物的生成，dp／dφ还应更低。 3.缓燃期 特点：采取措施使后期喷入的燃油能及时得到足够的空气，尽可能地加速混合气的形成，保证迅速而完全的燃烧，从而提高柴油机的经济性和动力性。柴油机燃烧室内的最高温度可达2000K左右，一般在上止点后20°～35°曲轴转角处出现。 缓燃期不缓 9.1.2 柴油机燃烧放热规律 1.燃烧放热规律的定义 瞬时放热速率是指在燃烧过程中的某一时刻，单位时间内(或l°曲轴转角内)燃烧的燃油所放出的热量； 累积放热百分比，是指从燃烧过程开始至某一时刻为止已经燃烧的燃油与循环供油量的比值。 瞬时放热速率和累积放热百分比随曲轴转角的变化关系，称为燃烧放热规律 图9.3 燃烧放热规律 2. 柴油机合理的燃烧放热规律 1)放热规律三要素 一般将燃烧放热始点(相位)、放热持续期和放热率曲线的形状称为放热规律三要素 2)理想的燃烧放热规律及其控制 放热始点的位置要能保证最大燃烧压力出现在上止点后12°～15°。柴油机通过喷油提前角的变化以及着火落后期长短来加以调控。 柴油机的喷油提前的调节规律是：要求转速及负荷都提前 放热持续期首先取决于喷油持续角的大小 影响放热规律曲线形状的因素比较复杂 9.2柴油机混合气的形成原理 9.2.1燃油的喷射与雾化 图9.8 分配式喷油泵燃油供给系 喷油器 孔式喷油器 轴针式喷油器 图9.12 不同喷油嘴的流通特性 2.喷射与雾化 1) 喷射过程 (1)喷射延迟阶段 (2)主喷射阶段 (3)喷油结束阶段 2)供油规律与喷油规律 单位凸轮轴转角(或单位时间)由喷油泵供入高压油路中的燃油量称供油速率；单位凸轮轴转角(或单位时间)由喷油器喷入燃烧室内的燃油量称为喷油速率 两者的差别主要原因 ： (1) 燃油的可压缩性 (2) 压力波传播滞后 (3) 压力波动 (4) 高压容积变化 3) 异常喷射与穴蚀 a)正常喷射 b)二次喷射 c)断续喷射 d)隔次喷射 4) 喷雾特性与雾化质量 油束射程(又称为贯穿距离)L 喷雾锥角 油束的最大宽度 油束的雾化质量指油束中液滴的细度和均匀度 平均粒径、索特粒径和粒径分布 粒径分布则既表示了油粒大小又表示了其均匀程度 1表示油粒细而匀；3为粗而匀；2则不均匀 喷油压力、喷射背压和喷孔直径对喷雾特性的影响 9.2.2燃烧室与混合气形成 1.柴油机的混合气形成特点和方式 3) 两种混合方式的对比 空间雾化混合中，燃油的喷雾特性对混合起决定性的作用 喷雾细、均匀。较多的油滴受热蒸发，着火延迟期内形成大量的可燃混合气，燃烧初期放热率过大，压力急剧升高，工作粗暴，NOx排放高。 如果减小着火延迟期内混合气生成量，则势必造成大量燃油在着火后的高温高压下蒸发混合，容易因空气不足而裂解成炭烟。 空间雾化混合方式有较高的热效率，但炭烟、NOx和燃烧噪声均较高。 油膜蒸发混合的指导思想是利用燃油蒸发速率控制混合气生成速率，燃烧室壁面温度和空气旋流起了主要作用。 油膜受热蒸发所需时间要比细小油滴长得多，加之燃烧室壁温控制较低，使油膜蒸发混合方式在期内生成的混合气量远小于空间雾化方式。 随燃烧进行，在高温和火焰辐射作用下，油膜蒸发加速，使混合气生成速度加快。 大部分燃料是在蒸发后以气体状态与空气或高温燃气接触，可以避免空间雾化混合时常有的液态燃油高温裂解问题，使炭烟特别是大颗粒炭烟排放降低。 2.缸内气流运动 1) 涡流 (1) 进气涡流 (2)压缩涡流 2)挤流 3) 湍流 4) 滚流 图9.22切向气道、螺旋气道的进气门出口处的速度分布 (a)切向气道； (b)纯螺旋气道 涡流转速与发动机转速之比称为涡流比 图9.23 挤流的形成 a)无进气涡流或涡流不强时的挤流