[第五章柴油机的燃烧分析.ppt

一 着火现象(ignition) 燃料喷入燃烧室后，分散成许多细小油摘，这些细小油滴经过加热、蒸发（vaporization）、扩散（diffusion）与空气的混合等物理准备及分解、氧化等化学准备阶段后，一处或几处同时着火，即自行着火燃烧。 着火需要具备两个条件： 1)浓度条件：在形成的可燃混合气中，燃料蒸气与空气的比例要在一定的范围内，这个范围称作着火范围(或着火界限)。着火界限不是一成不变的，随着温度的升高，分子运动速度增加，反应速度加快，将使着火界限扩大。 二 燃烧阶段的划分 燃烧过程的四个阶段： 第1阶段： 着火延迟阶段(AB段)(ignition delay)。从喷油开始(A点)到压力开始急剧升高时(B点)为止，这一段时间又称为滞燃期。 第2阶段： 压力急剧上升的BC段，称为急燃期(rapid pressure rise)。滞燃期内喷入气缸的燃料几乎一起燃烧，而且是在活塞靠近上止点、气缸容积较小的情况下燃烧，因此气缸中压力升高特别快。平均压力升高比不宜超过0.4MPa/o(CA) 第3阶段： 从压力急剧升高的终点(C点)到压力开始急剧下降的D点为止，称为缓燃期(controlled pressure rise)。加强缓燃期内空气运动，加速混合气形成，对保证在上止点附近迅速而完全燃烧有重要作用。 第4阶段： 从缓燃期的终点(D点)到燃料基本上完全燃烧时(E点)为止，称为后燃期(burning on the expansion stroke)。后燃期所放出的热量不能有效利用，并增加了散往冷却水的热损失，使柴油机经济性下降；增加活塞组的热负荷以及使排气温度增高，所以应尽量减少过后燃烧。 三 滞燃期 　　滞燃期越长，则在滞燃期内喷入燃烧室的燃料就越多，在着火前形成的可燃混合气就越多。这些燃料在第2阶段中几乎一起燃烧，使压力升高比和最高燃烧压力较高，运动零件受到强烈的冲击负荷，发动机运转粗暴，影响发动机的使用寿命。 五、燃烧噪声(combustion noise) 燃烧噪声与压力升高比有密切的关系，如果压力升高比过大，则产生强烈的震音，我们称这种现象为柴油机的工作粗暴(或敲缸knock)。降低燃烧噪声的主要途径有： 1．缩短滞燃期（如：十六烷值高的燃料） 2．减小滞燃期内的喷油量；二级喷射pilot injection。 3．减少滞燃期内形成的可燃混合气数量（油膜蒸发混合） 五、燃烧噪声(combustion noise) 怠速敲缸 柴油机冷起动或怠速时，温度较低，滞燃期较长，润滑油粘度较高，摩擦损失较大，尽管无负荷，每循环的喷油量仍相当大，因此压力升高比也较大，产生较强的震音，这种噪声称怠速敲缸；随着转速升高及带负荷运行，怠速噪声即自行消失。 一、浅盆形燃烧室（shallow bowl combustion chambers） 浅盆形燃烧室 1)混合气形成主要靠燃油的喷雾，对喷雾质量要求高，采用多孔喷嘴，6~12个喷孔，直径很小（0.12mm），最高喷油压力高（140MPa），对燃油系统要求较高。 2) 油束与燃烧室形状相配合，燃料要尽可能地分布到整个燃烧室空间。 3)燃烧室中一般不组织空气涡流运动，依靠油束的扩展使燃油与空气混合。 浅盆形燃烧室 4)燃烧室形状简单，结构紧凑。经济性好，容易起动。 5)因均匀的空间混合，在滞燃期内形成的可燃混合气较多，因此最高燃烧压力及压力升高比较高，工作粗暴。 6)对转速和燃料较敏感。（喷雾质量随转速而变） 7)过量空气系数较大。 浅盆形燃烧室一般不组织气流运动，工作过程组织的关键是燃油喷射和燃烧室形状之间的合理配合。 二、深坑形燃烧室(deep bowl combustion chambers) (一)混合气形成特点 小型高速柴油机转速高，为了获得较好的性能指标，就要求在较小的过量空气系数时有较好的燃烧过程。于是出现了有涡流的深坑形燃烧室。燃烧室基本上分成两个空间：活塞中的燃烧室容积VK及活塞顶上的余隙容积V?，采用4~6孔喷油器，喷孔直径较大(0.35mm左右)。混合气形成一方面利用喷雾，一方面组织进气涡流及形成挤流促进混合气形成和燃烧。深坑形燃烧室利用进气涡流加强混合气的形成，使空气利用率大大提高，一般?a＝1.3~1.5，并保持燃油消耗率低和起动容易的优点，所以在小型高速柴油机上获得广泛应用。 （二）燃烧室设计要点 1．广泛采用ω形燃烧室。 2．燃烧室尺寸： VK/Vc要尽可能大，一般VK/Vc =0.75~0.85。主要措施是减小活塞顶隙S0。 dK/D要合适，要与油束射程配合。 三、球形油膜燃烧方式 球形油膜燃烧室是深坑型燃烧室的一种，其混合气形成主要是油膜蒸发混合。 　将燃油顺气流方向沿燃烧室壁面喷射，在