11内燃机学第五章4节燃烧2学时.ppt

3、不同放热规律对柴油机性能的影响 柴油机实际放热规律是很复杂的，为了便于分析，用四个简单的放热规律进行分析计算，计算结果如下图所示。 假设：四种放热规律都在上止点开始放热，在上止点后40°CA结束，燃烧持续时间为40°CA。分析： 前直角曲线a初期放热多， 压力迅速上升，最高燃烧压力 为8MPa，此时热效率为52.9%； 后直角曲线d初期放热少， 在容积不断增大的情况下放热， 放热使气体压力升高小于膨胀 使气体压力下降，所以压力反 而下降，此时热效率最小，为 45.4%； 曲线b、c则介于两者之间。 其它分析： 假设放热规律相同、放热开始时刻或放热持续时间不同，也可进行分析计算。 计算表明：放热开始时刻、放热持续时间对工作过程的参数有较大影响。 假设燃烧持续时间不变，如为40°(CA)，则不论放热规律如何，只要都在最有利时刻放热，则热效率差别很小，但Δp/Δ 变化较大。 4、燃烧过程三要素 放热时刻、放热规律和放热持续时间是燃烧过程的三个主要要素，它们对发动机性能的影响主要表现在循环热效率和最高燃烧压力两个方面。 从减少燃烧噪声、降低机械负荷角度出发，希望降低压力升高比Δp/Δ （意味着较多的燃料不在上止点附近燃烧，结果燃烧过程拉长，热效率下降，燃油消耗率增加。）和最高燃烧压力； 从提高柴油机热效率出发，希望燃料在上止点附近燃烧完毕，结果使燃烧压力升高比增加。 因此，降低燃烧噪声（工作平稳性）与提高经济性（经济运行）之间往往发生矛盾。 如何解决这个矛盾，保证柴油机运转既平稳又经济，是组织柴油机燃烧过程所要解决的主要问题之一。 理想放热规律： 比较理想的放热规律是-先缓后急，即 开始放热要适中，压力升高比不超过0.4MPa/[°CA，以满足运转柔和的要求； 随后燃烧要加快，使燃料尽量接近上止点附近燃烧，一般燃烧持续时间不应超过上止点后40°CA，以满足经济运转的要求。 这个原则说起来是容易的，定量解决有许多困难。因为合适的放热规律要求合适的喷油规律与之配合，即喷油要先少后多。目前，在高速柴油机中用喷油规律来控制燃烧规律是难以做到的。所以，必须研制开发新的燃油喷射系统。 不过放热开始时刻、放热持续时间可由喷油时刻和喷油持续时间在一定程度上予以控制。 三、燃烧噪声 因燃料的滞燃期随当时当地压力和温度不同而变化，所以，在滞燃期内喷入缸内的每一部分柴油，滞燃期各不相同。 先喷入的燃料滞燃期较长，随后喷入的燃料滞燃期较短（因气缸中空气压力、温度不断升高）。因此，属于多处着火，一旦着火，就有较多的燃料参加燃烧。 所以，柴油机燃烧是冲击性的，使燃烧初期压力急剧升高。急剧升高的压力直接使燃烧室壁面及活塞曲轴零件产生强烈振动，并通过气缸壁面传至外部，从而形成燃烧噪声。 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，则产生强烈震音，称这种现象为柴油机工作粗暴（或敲缸）。 一般压力升高比在0.5MPa/°CA以上，就明显感到有强烈的震音。 为了保证柴油机稳静运转，压力升高比应控制在0.4 Mpa /° CA以下。 此外，过大的压力升高比会使柴油机运动零件受到强烈冲击负荷，降低发动机使用寿命。 下图给出了一台车用柴油机噪声实测值的例子。由图可知， 1）对中等排量（5L）涡流式车用柴油机（左图）：燃烧噪声所占的比例显著地表现在低速范围，在高速范围主要是机械噪声的影响， 2）对较大排量（13.5L）直喷式柴油机（右图）：燃烧噪声在整个转速范围内的影响都是很大的。 降低燃烧噪声的根本措施是-适当降低压力升高比，而压力升高比取决于滞燃期和在滞燃期内形成的可燃混合气数量。 因此降低燃烧噪声的主要途径有：---从滞燃期、喷油量、混合气量着手。 1、缩短滞燃期 选用十六烷值高的燃料或 在燃烧室内造成着火热区等方 法，可以缩短滞燃期。 右图是在相同喷油提前角 下，燃烧不同十六烷值燃料时 的示功图。 由图可见，高十六烷值的 燃料，压力升高平缓，最高燃 烧压力也低。 2、减小滞燃期内的喷油量 若