柴油发动机燃烧知识介绍1

燃烧知识
4、影响燃烧关键重要因素： ●燃烧室： 由于柴油机的混合气形成和燃烧是在燃烧室内进 行的，所以其燃烧室结构型式直接影响到所形成的 混合气的品质和燃烧状况。 燃烧室的分类： 一般按结构型式分为直喷式燃烧室和分隔式 燃烧室。分隔式又分涡流室和预燃室。
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直喷式
预燃室
涡流式
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●喷油器：
喷油器的功用是将来自喷油泵的高压柴油喷 射雾化，并按一定的要求（如：一定的射程和喷 雾锥角、雾化良好、喷入燃烧室的相应位置等） 将柴油喷射到燃烧室中。 喷油器常见的型式有铀针式与孔式两种。 ▼孔式： 主要用于直接喷射的燃烧室。喷孔数目 的范围一般为1～8个。喷孔直径0.1－0.5之间。 喷孔数目与喷射方向要根据燃烧室的形状、空气 涡流的情况及对喷雾质量的要求来确定。
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（2）喷射压力必须足够高，以利于柴油雾化。 （3）柴油喷射系统的喷油规律应与燃烧过程相对应。控制 前期喷油量，加快中期喷射量，尽快结束后期喷射。也就是 所说的先缓后急。 （4）在燃烧室内组织较强的空气涡流运动,促进空气与柴油 的均匀混合。
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Ⅰ:着火延迟期 Ⅱ:速燃期 Ⅲ:缓燃期 Ⅳ:后燃期
●粘度。评定柴油稀稠度的指标，与柴油的流动性
有关。柴油的流动性同温度有关。
由于柴油的这些特性，因此柴油机不能像汽油 机那样在气缸内形成可燃混合气。柴油机的混合气 只能在气缸内部形成。
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即在接近压缩行程终点时，通过喷油器把柴油 喷入气缸内，柴油油滴在炽热的空气中受热，蒸 发，扩散，并与空气混合形成可燃混合气。最终 自然发火燃烧。 为了改善柴油机混合气形成及燃烧，燃油系 统、燃烧室以及它们之间的相互匹配起着重要的 作用。不同型式的燃烧室对喷油始点、喷油持续 角，喷油压力、喷油规律、喷注雾化质量及其在 燃烧室内的分布等都有不同的要求。这些参数的 变化对柴油机的经济性、动力性、排放性和噪声 水平都有直接的影响。
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6、采用高压共轨技术后的排放优化原则
高压共轨燃油喷射系统与传统柴油机燃油喷射系统的 分缸供油原理不同，它采用一个具有较大容器的共轨管将 高压燃油蓄积起来实现了恒压供油，基本消除了压力波动 的影响，并且通过控制喷油器上的电磁阀实现喷油的开始 和终止。系统具有突出的优点： （1）可实现高压喷射，喷射压力最高可达到180MPa； （2）喷射压力独立于发动机转速，可以改善发动机低速、 低负荷时的性能； （3）可以实现预喷射，调节喷油速率，获得理想的喷油规 律； （4）喷射定时和喷射压力可自由选定； （5）具有良好的喷射特性，可获得理想的柴油机扭矩； （6）结构简单、可靠性好、适应性强。
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●速燃期：从柴油开始着火点（B）到迅速燃烧出现最高压
力点（C）时为止的这段时期称为速燃期。进入这一时期， 由于已喷入气缸中的大部分柴油已与空气形成了可燃混合气， 一旦着火后，就有大量的燃料迅速参与燃烧，并且燃烧在多 点同时进行，火焰自由向四周扩展。热量迅速的放出，气缸 内压力和稳定急剧上升，最高压力点一般在上止点后6°～ 10°CA时出现。过高的压力升高率会引起柴油机工作粗暴 和燃烧噪音等问题。 ●缓燃期：从燃气最高压力点（C）开始到燃气最高温度点 （D）止对应的曲轴转角称为缓燃期。燃气最高温度点一般 在上止点后20°～35°曲轴转角处出现。缓燃期开始时，喷 油器可能还在继续向气缸喷油(大负荷)，速燃期留下大量的 燃烧产物，氧气减少，气缸内的温度很高。在这一时期，
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分的柴油雾化较差，油粒密集，直径较大；在油 束的外部则油粒直径小，油粒分布分散。 油束的评价： 喷雾质量，用喷注油粒的细度和均匀度来表示。 喷雾锥角，油束包络面直线的夹角 。 射程，喷出的油束在燃烧室内部贯穿的距离。 影响油束的几个因素： →喷射压力。
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→喷油嘴的构造。 →喷油泵凸轮轴转速和凸轮轮廓形状。 →柴油的粘度。 →气缸内工作压力。 ●喷油泵： 喷油器要实现对柴油的喷射雾化，输入 的柴油必须有较高的压力。喷油泵的主要功用就 是提高柴油的压力并能满足要求： （1）各缸的供油次序符合发动机各缸的工作顺序； （2）按照一定的供油规律，定时供油和迅速停供， 各缸的供油提前角和供油延续时间相等； （3）能根据柴油机负荷的大小，与调速器配合供给 所需的柴油量，且各缸的供应量均匀。
缩口活塞
烟度(Rb)
260
燃油消耗率 (g/kW.h)
扭矩(N.m)
245 230 215 200
360 345 330 315 300 285 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800
转速(r/min)
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通过曲线对比，敞口活塞总体性能好于缩口活 塞，尤其中、高速的烟度表现特别明，而在此区域正 是排放的控制区，烟度较低将使排放物中的PT得到 下 降。 喷油器优化：介绍两种孔径的喷油器对比。 其一：6孔，孔径0.222mm。喷射角度150度。 其二：7孔，孔径0.18mm。喷射角度150度。
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气量越来越少，燃烧很缓慢。燃烧所放出的热量不能充分利 用来作功，但会导致排气温度升高，使柴油机燃料经济性变 差。 从上述燃烧过程的分析可以看出，为了提高柴油机的动 力性、经济性和工作平顺性，着火延迟期不能太长，要控制 速燃期的压力增长率和最高的燃烧压力，要缩短缓燃期，尽 量消除后燃期。为此，必须选用十六烷值较高的柴油，要采 用较高压缩比（15～20）的燃烧室。除此之外，还对柴油机 燃油供给系统提出了如下要求： （1）可燃混合气浓度适中 。
直喷燃烧室优缺点： 形状较简单，加工容易，结构紧凑，散热面积较小，热效率 高，经济性较好。由于总有一部分燃油在空间先形成混合气，因 此柴油机的低温起动性能较好。其缺点是要求较高的燃油喷射压 力，对喷油泵和喷油器配合偶件的加工精度要求高。 分隔式燃烧室优缺点： 因有强烈的涡流运动，对空气的利用率高，过量空气系数α可 较小（α=1.1~1.3）；燃烧是在两部分燃烧室内先后进行的，主燃 室内的压力增长比较缓慢，发动机工作柔和，对转速变化不敏感； 燃烧完全，排气污染小。缺点：散热面积较大、热损失较多；气 体两次经过通道被节流，则流动损失较大。因此，与直喷燃烧室 比较经济性差些，耗油率较高，冷起动较困难。
●发火性：柴油的自燃能力。用十六烷值评定。柴
油的十六烷值大，发火性好，容易自燃。
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国家标准规定轻柴油的十六烷值不小于45。
●蒸发性。柴油蒸发汽化的能力。
●低温流动性。用柴油的凝点和冷滤点评定。凝点
指柴油失去流动性开始凝固的温度。冷滤点指特定 的试验条件下，在1分钟内柴油开始不能流过过滤 器20ml的最高温度。
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喷油 器嘴头喷 射角度对 排放的影 响。另外 喷油器的 突出高度 也是良好 燃烧的一 个因素。
排放知识介绍
供油压力的升高，供油规律的变化，喷油器应该 采用小孔径喷油器，这样才能获得比较满意的的排 放值。 涡流比的影响： 主要是缸盖进气道 的形式是涡流比变化的 关键。两种涡流比的对 比：2.0和2.4。
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2、燃油系统功用及组成 ●适当的时刻将一定数量的洁净柴油增压后以适当 的规律喷入燃烧室。 ●每个工作循环，各气缸均喷油一次，喷油顺序同 气缸工作顺序一致。 ●根据柴油机负荷的变化自动调节循环供油量。 柴油供油系统包括喷油泵、喷油器和调速器等 主要部件及柴油箱、输油泵、油水分离器、柴油滤 清器、喷油提前器和高低压油管等辅助装置。 由于技术的发展进步，目前电控系统已经没有 了调速器和喷油提前器。
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燃烧进行的速度受混合气形成速度的控制，柴油边喷入、 边蒸发、边混合、边燃烧，属于扩散燃烧。随之燃烧的进 行，废气不断增多，氧气不断减少，使后期燃烧越来越慢。 在这一时期，同时活塞已向下运动，燃气压力有所下降。 影响缓燃期的主要因素有：燃烧开始后的柴油喷入量、雾化 质量及气缸内空气涡流强度。一般而言，在小负荷时，缓燃 期很短；大负荷时，缓燃期加长。 ●后燃期：从燃气最高温度点（D）开始直到燃烧过程结束 点（E），称为补燃期。补燃期的终点一般难以确定。由于 柴油机可燃混合气形成时间较短，又受到柴油蒸发性的限 制，使得柴油难以在燃烧前实现与空气完全均匀混合。总有 少量柴油直到膨胀过程中才能燃烧，甚至要延续到排气过 程。这一时期，气缸燃气不断膨胀，压力迅速下降，由于氧
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▼轴针式：轴针式喷油器通常用于涡流式燃烧室和
预燃式燃烧室，复合式燃烧室也采用这种喷油器。 一般轴针式喷油器只有一个喷孔，喷孔直径一般为 1～3mm。由于喷孔直径较大，轴针在喷孔内上下 运动，具有自洁作用，喷孔不易积碳。 ▼燃油的雾化：将柴油分散成细小颗粒的过程称为 喷雾或雾化。柴油以很高的压力和速度从喷油嘴的 喷孔喷出时，在气缸中压缩空气的阻力和高速旋转 的涡流的扰动作用下，被分裂成细小的油粒并形成 圆锥形的油束（或喷注）。一般，在油束的中间部
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留在压力室中燃油的很大一部分在燃烧结束后 才蒸发，没有燃烧就被排出气缸，所以压力室容 积越小越好。
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◆喷油定时对排放的影响
适时的喷油定时可以降低柴油机中的NOX的排放。由 于采用机械式喷油定时的不精确性，在70年代设计时，一般 喷油定时选在上止点前20°曲轴转角，喷油持续期相应为 40°曲轴转角。到80年代设计时，喷油定时一般推迟到上止 点前10°曲轴转角，喷油持续期为25°曲轴转角。到90年代 设计时，采用电控高压喷射，喷射定时已推迟到上止点前 5°曲轴转角左右，而对增压型的电控喷射柴油机来说，喷 油持续期则已减少到20°曲轴转角。由于喷油定时的改变， 相应燃烧室内的空气运动组织方面也都发生了明显的变化。 在刚刚喷油的瞬间，气缸内的空气运动由原来的从周围向中 间流动到后来的从中间向外部流动，使燃油与空气更充分的 混合，从而更有利于燃油的充分燃烧与传播，降低了排放。
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试验结果 分析，低的涡 流比对排放有 一定的影响， 从降低排放的 角度，喷射压 力提高后，涡 流比应该降低， 可以获得好的 排放效果。