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柴油机的燃烧分析

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

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