正文课件第五章内燃机系统与装置.ppt

（二）柴油机的燃烧 实验表明，柴油机的燃烧着火需要具备二个基本条件： 1) 在形成的混合气中，燃料蒸气与空气的比例要在一定的范围内。我们把这个范围称作着火界限。着火界限可用混合气的浓度，即过量空气系数值表示。如果混合气过浓或过稀而超出着火界限，就不能着火。但着火界限不是一成不变的，随着温度升高，分子运动速度增加，反应速度大大加快，将使着火界限扩大。 2) 混合气必须加热到某一临界温度。低于这个温度，燃料也不能着火。着火温度与燃料成分、介质压力、加热条件及测试方法等因素有关。 由于柴油机燃烧室内各处的着火条件并不相同，其着火情况有以下特点： 1) 首先着火的地点是在油束核心与外围之间混合气浓度适当的地方。 2) 由于形成合适浓度的混合气及温度条件相同的地方不止一处，因此往往是几处同时着火。 3) 由于每循环的喷油情况与温度状况不可能完全相同，从而使每循环的着火地点也不一定相同。 4) 火焰传播的路线和速度取决于混合气形成的情况及空气扰动等因素。如果火焰中心在传播的过程中遇不到合适浓度的混合气，则火焰传播中断。同时由于其它地点混合气形成的发展及准备阶段完成，又会有新的着火核心产生。 气缸中工质的压力和温度变化是反映燃烧过程进展情况的重要参数，故可以利用示功图将柴油机的燃烧过程划分为四个阶段来分析柴油机燃烧过程，如下图5-48所示。 第Ⅰ阶段——滞燃期（又称着火延迟期） 着火滞燃期是指从喷油开始（A点）到柴油开始着火（B点）的时期（图5-47的I ）。 这个时期主要进行柴油着火前的物理化学准备过程（雾化、吸热、扩散、蒸发、氧化、分解）；同时，燃料不断喷入，约占循环喷油量的30%-40%。 着火滞燃期时间虽短（约0.0007-0.003s），但对整个燃烧过程影响很大。若着火滞燃期长，则喷出的油量多，导致速燃期压力急剧升高，柴油机工作粗暴；但着火滞燃期过短，又会导致可燃混气形成困难，柴油机动力经济性能恶化。 第Ⅱ阶段——速燃期 速燃期指从柴油开始着火（B点）到气缸内最高压力点（C点）的时期（图5-47中的II ）。 在速燃期，燃料燃烧非常迅速，气缸压力和温度急剧增加，是对外做功的关键时期。在这个时期，针阀仍然开启，燃料继续喷入，燃烧条件变差，所以要控制该时期的喷油量和加强气缸内气体的流动。 第Ⅲ阶段——缓燃期 缓燃期指从最高压力点（C点）到最高温度点（D点）的时期（图5-47的Ⅲ ）。 在缓燃期时，由于活塞下行，气缸容积变大，氧气变少，废气增多，所以混合气燃烧速度减缓，气缸内压力增加不显著，而温度却继续上升；若此时喷油还在继续，由于燃烧恶化，燃料易裂解成黑烟排出。 第Ⅳ阶段——后燃期 后燃期指从缓燃期终点（D点）到燃料基本燃烧完为止（E点）的时期（图5-47的Ⅳ ）。 在后燃期，气缸内未燃的油料继续燃烧，由于燃烧条件恶化，使燃烧不完全，排气冒黑烟，放出的热无法通过做功传给机体，而使发动机过热，所以应尽量减少后燃，并加强这个时期气缸内气体流动。 从燃烧放热规律出发，对柴油机燃烧过程的要求可概括为以下几点： a)改善燃料与空气的混合，在尽可能小的过量空气系数下，使燃料完善地燃烧。 b)有较理想的放热规律（燃料的发热量随曲轴转角的变化规律），即希望燃烧先缓后急。开始放热要适中，以控制压力增长率和最高燃烧压力，随后燃烧要加快，使燃烧尽量在活塞接近上止点附近燃烧。 c)在燃烧过程中应尽量减少产生有害排放物和噪 声。 5.5 内燃机的排放与净化 5.5.1 有害排放物的生成机理及影响因素 汽车发动机在燃烧过程中产生的有害成分主要为一氧化碳（CO）、碳氧化合物（HC）、氮氧化物（NOX ）、硫氧化物（SOX ）、铅化合物和微粒等，这些排放物对人类与生态环境的危害极其严重，必须进行控制和限制。其中，硫氧化物和铅化合物可以通过降低燃料中的含硫量以及采用无铅汽油来有效控制。目前排放法规限制的是CO、HC、 NOX和微粒，还有一些目前各国法规尚未限制的排气有害成分，如甲醛、乙醛、苯、乙酰甲醛、丁二烯和柴油机臭味等。 以下简述主要3种有害排放物的形成机理和影响其生成的主要因素： （一）氮氧化物（ NOX ） 内燃机燃烧过程中主要生成NO ，另有少量NO2 ，统称为NOX 。其中NO占绝大部分， NO2的生成量随过量空气系数而变。对于汽油机，其过量空气系数小，一般NO2/NOX=1 %-10 %；而对于柴油机，由于其过量空气系数较大，一般NO2/NOX=5%-15%。燃烧过程中产生的NO经排气管排至大气中，在大气条件下缓慢与O2反应，最终生成NO2 ，因而，在讨论NOX在燃烧中的生成机理时，一般只讨论NO 。