【检修知识】第三章 柴油机混杂气构成和焚烧

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第三章柴油机混合气的形成和燃烧 3-1柴油发动机混合气的形成 一两种基本形式 (1)空间原子化 将燃油喷入燃烧室空间使其雾化，然后利用空气运动实现充分混合。 特点: 1.燃油喷雾要求高(使用多孔喷嘴)& reg容易完全燃烧，经济性好。 2对空气流动的要求不高& reg后期燃料容易被早期燃烧产物包围，在高温下发生裂解。 & reg冒烟了。 然而，在初始阶段，有许多燃料分布在太空中，它们燃烧迅速& reg害羞，& shy& reg粗糙的工作。 (2)油膜蒸发(M过程) 空间雾化式混合气蒸发法要求燃油尽可能喷入燃烧室空间，而油膜蒸发式混合气蒸发法是有意将燃油喷在燃烧室壁上，使燃烧室壁上附着一层薄薄的油膜，只有少量燃油分布在燃烧室空间。被燃烧室壁加热燃烧后，蒸发，混合，燃烧。蒸发燃烧初期慢，后期快(先慢后急)。 特点: 1.对燃油喷雾要求不高(使用单双孔喷嘴)，对空气流动要求高。 2.放热先慢后急& reg& macr，& macr& reg工作柔和，噪音低，经济性好。 但是低速性能不好，冷启动困难。比较了进气口、供油系统和燃烧室的结构参数。 之间的配合要求很高，制造工艺严格。 燃料喷射II (一)喷雾的作用 只有当燃料与空气充分接触形成可燃混合物时，它才能燃烧。接触面积越大，可燃混合物越多，燃烧越完全。 1毫升油滴:1，d = 9.7毫米，s = 245毫米 雾化:一，d = 40 mm，s = mm 如果面积增加5090倍，燃烧反应的几率会大大增加。 (2)喷雾的形成 1个油梁 燃油喷射-高压、高速。 初级雾化-气缸内空气的动力作用撕裂油束。 油滴分裂成碎片、条带、气泡或大颗粒。 两级雾化-空气动力作用将使片状，条状，气泡或大 油滴的颗粒随后被压碎成细小的油滴。 油束中心速度高，但浓度也高，油滴集中。 大颗粒。边缘有松散的油滴和小颗粒。但是也有一种说法。 相反，中心的油滴速度高，颗粒小，边缘的颗粒大。 2点火条件 浓度和温度是点火的必要条件。 中油颗粒大，浓度高。 外部混合气体形成快，物理准备快，但初始温度不快 高，化学准备没跟上。当温度适合火灾时，油颗粒 太发散了，不会着火。来控制浓度和温度。 程，让它只要配合，就能着火。 (3)喷雾特性 1油束范围l 并不一定是越大越好，要根据混合气形成的机理和燃烧室的形状来分析。 l & shy害羞& reg更多的燃料喷在墙上& reg空间混合物过于稀薄。 l & macr& macr& reg集中式燃料& reg混合气分布不均匀，空气利用率和macr。 2喷雾锥角b 反映油束的紧密程度。 孔板喷嘴-b & shy；& reg油捆松散，颗粒细腻。 针式喷嘴——B& MacR:& reg油束紧，颗粒粗。 3雾化质量(雾化特性) 细度-细小的油滴平均直径:雾化良好。 均匀性-油滴最大直径-油滴平均直径:雾化良好。 罚款& reg均匀性好，晶粒粗& reg均匀性差。 (4)燃油喷射规则 单位时间喷油量(或曲轴转角)随时间(或曲轴转角)的变化规律。 喷油规律影响放热规律，放热规律影响动力性、经济性和排放性。 1燃油喷射延迟角 喷射提前角q-开始喷射& reg上止点的曲轴角度。 q '-上止点& reg停止燃油喷射的曲轴角度。 喷油延迟角& frac12q & frac12+& frac 12；q '和frac12—开始燃油喷射& reg停止燃油喷射的曲轴角度。 2喷油延迟角对性能的影响 & frac12q & frac12+& frac 12；q '和frac12害羞害羞& reg喷油持续时间长，工作柔和，但油耗增加，排放变差。 & frac12q & frac12+& frac 12；q '和frac12& macr& macr& reg喷油持续时间短，油耗降低，排放好，但做工粗糙。 3燃油喷射延迟角的比较 a.& frac12q & frac12+& frac 12；q '和frac12& macr& macr& reg油耗& macr，放电不错，但是做工粗糙。 B.先急后缓 q & macr& reg粗糙的工作。 q ' & shy& reg油耗& shy，排放差。 C.先慢下来再冲 q & shy& reg温柔地工作。 q '和macr& reg油耗& macr，好排放，尝试使用，但很难做到。 (5)燃油喷射器 单孔喷嘴 主要用于直喷式燃烧室。 孔数:1 ~ 5，f = 0.25~0.8毫米 很好，但是容易堵塞。孔数越小，雾化越好，但也容易堵塞。 2针喷嘴 主要用于分离式燃烧室。 F = 1~3毫米，通道间隙d = 0.025~0.05毫米 雾化差，但有自洁效果，不易堵塞。 三流运动对混合物形成的影响 (一)气流运动的作用 (2)气流运动 组织气流运动，加速混合气体的形成。 1进气涡流 使进气流产生一个相对于气缸中心的力，形成涡流。 (1)切线气道 特点:气道母线与气缸相切。 优点:结构简单，气流阻力小& reg害羞 缺点:涡流强度对进气口位置敏感。 (2)螺旋气道 特点:进气口呈螺旋状。 优点:能产生强烈的进气涡流。 缺点:工艺要求高，制造调试难度大。 2挤压涡流 上行活塞:活塞顶部间隙的气体被挤出流入燃烧室，形成空气挤压涡流。 活塞向下运动:燃烧室内的气体流向活塞顶部间隙，形成反向涡流。 挤压间隙& macr& reg挤压涡旋强度& shy 挤压区& shy& reg挤压涡旋强度& shy 虽然压缩涡流不如进气涡流强烈，但它的形成正好在压缩冲程末期。这个时候进气涡已经减弱得很弱了，所以挤压涡就很重要了。 3燃烧涡流 燃烧在燃烧室中产生压力差，形成燃烧涡流。 尤其是一种分离涡流室式燃烧室 二燃室内的燃料燃烧后，高压混合气流和火焰高。 喷射到活塞顶部的主燃烧室，因为主燃烧室的导向 起作用，形成燃烧涡流，或二次涡流。 (3)热混合 1刚性涡流 涡流中心粒子速度为零，向边缘速度增大。 2潜在涡流 涡流中心粒子速度最大，压力最小。朝向边缘的速度越小，压力越大，在壁上的速度为零。 通常，涡流被认为是潜在涡流。 3.热混合(主要在涡流室燃烧室的涡流室内产生) 涡流中的粒子受到两种力的作用，离心力使粒子向外运动，压差力使粒子向中心运动。 式中r '-粒子密度，r-空气密度。 当r' = r时，质点做圆周运动。 当r' >: R时，-离心力占优势，粒子呈螺旋状向外运动。 当r' < R时，-压差力占优势，颗粒向中心螺旋运动。 液态油和燃油蒸气:r' >: 400 r，向外移动。 燃烧产物:r' < 0.3 r，向中心移动。 燃烧产物将新鲜空气挤压到外围与燃料混合，并使混合物与燃烧产物分离，火焰螺旋运动到中心，这就是热混合效应。 3-2柴油机的燃烧过程 柴油机燃烧过程的特点及主要研究方向 (一)燃烧过程的特点 1高压燃油喷射在气缸内形成可燃混合物。 2压缩自燃。 (2)柴油机燃烧的主要研究方向 1喷雾雾化 2喷油规律 3气流运动 4燃烧室结构 好好配合。 二.燃烧过程 P-J示功图曲线下的面积表示有用功的量。 (1)点火延迟期或点火延迟期1-2 (点火延迟角) 1—喷油器的针阀打开，以高压将燃油喷入气缸。 此时，虽然缸内温度已经远远超过了柴油的自燃温度(高达400 ~ 800℃)，但是 不要马上着火。 燃烧需求: 物理准备-雾化、吸热、蒸发、扩散和混合 化学准备-分解、氧化(火焰前反应) 2缸内压力在脱离压缩线时开始迅速增加。 一般:= 0.0007 ~ 0.003[s]；相应的曲轴转角称为点火延迟角。 点火延迟期虽然很短，但对燃烧过程，尤其是柴油机的燃烧过程影响很大，所以很重要。 (2)快速燃烧期2-3年 2点开始着火，压力突然增大，接近定容燃烧。连续燃油喷射，即带喷射的燃烧。 3—最大压力点。。 为了表达2-3阶段压力上升的迅速程度，引入了这个概念。 压力上升速率:[千帕/摄氏度] 害羞害羞，& shy害羞& regImpact & shy、做工粗糙、柴油机寿命& macr & macr& macr，& macr& macr& reg不利工作，柴油机性能& macr (3)慢燃期3-4 4—最高温度点。1700~2000 ℃,放热率为70-80%。 燃油喷射在此阶段停止。 v & shy，p & macr，接近等压燃烧。废气量& shy、氧气、燃料量& macr& reg燃烧和macr。 (4)后燃期4-5 5—放热达到95 ~ 97%。 后燃期处于扩张过程中。 加力期& shy& reg& macr，& shy、power & macr，冷却水温度& shy，排气温度& shy，排放差。 因此，应尽量减少二次燃烧。由于柴油机是喷射燃烧，混合时间短，补燃比汽油发动机严重。 影响点火延迟期的三个因素 (1)压缩温度和压力-直接影响因素 害羞，& shy& reg& macr & frac12ln & frac12害羞& reg& macr (2)压缩比E e & shy& reg害羞，& shy& reg& macr (3)喷射提前角Q-最有影响的因素 q & macr& macr& reg虽然喷油时压力高，但点火时间延迟，造成燃烧& macr & reg& macr，& macr& reg害羞 q & shy害羞& reg& macr，& macr& reg害羞 因此，存在一个最小化的q。 高速:10 ~ 15 [Degca] 低速:5 ~ 10 [Degca] 常规:q = 5~10 [degca] (4)转速n n & shy&荆棘；漏风散热损失& shy& reg害羞，& shy； 注射压力& shy& reg雾化& shy；空气流动& shy& reg蒸发&害羞； &荆棘；混合物形成得到改善& reg& macr。 但是n & shy&荆棘；点火角度& shy (5)十六烷值 十六烷值& shy&荆棘；柴油的天然性& shy& reg 当缸内P和T较大时，影响不大； 缸内p，t小时数& reg& macr。 (6)加压 Boost & reg害羞，& shy& reg& macr 四种点火延迟期对柴油机性能的影响 害羞& reg期间喷射到气缸中的燃油量& shy& reg点燃前的可燃空气混合物& shy & reg害羞，& shy。 害羞害羞& reg害羞害羞，& shy害羞& regImpact & shy、做工粗糙、柴油机寿命& macr。 & macr& macr& reg不良混合物形成& reg柴油机性能和macr 五个放热定律 燃烧放热率与曲轴转角j的关系。 由计算机根据喷油规律和测得的示功图计算得出。 (1)放热规律 第一阶段——在快速燃烧阶段，约占3摄氏度。害羞害羞。 第二阶段-放热约为80%，约占40摄氏度。& macr。 第三阶段-在膨胀过程中，热量释放约为20%。 (2)燃烧过程的三要素 1放热开始时间 2放热规律 3放热持续时间 (C)希望——先慢后急。 软功，经济动力好，排放少，加力少。上死点 3-3柴油机供油系统的工作特性及其对燃烧过程的影响 燃料喷射 (1)供油系统的组成 Tank & reg输油泵& reg机油滤清器& reg低压油管& reg 喷油泵& reg高压油管& reg燃料喷射器(燃料喷射器) (二)燃油喷射过程 柱塞式喷油泵应用广泛。 柱塞向上移动，增加喷油泵中的压力。当压力增加时 当它达到一定值时，它克服喷油泵上方出油阀弹簧的预紧力 高压油管中的残余油压推开出油阀，穿过高压油。 向管式喷射器供油。 4点2点后，打开回油口使泵内 油压下降。当泵中的油压小于出油阀弹簧的预紧力和高时 当油管中的残余油压被压下时，出油阀落座，喷油停止。 2点后4点，回油停止，重新供油。 (3)燃油喷射延迟时间 从喷油泵中的燃油推动出油阀进入高压油管到油压推动喷油嘴针阀打开的时间。 原因-燃油压缩+高压油管中的节流 (4)几何供油定律 泵凸轮每旋转一度(或每秒)由燃料喷射泵供应到高压燃料管中的燃料量[ml/degpa或ml/s]与从几何关系获得的曲柄角j(或时间t)之间的关系。 [毫升/秒] [毫升/千帕斯卡] 式中——柱塞面积[mm]；； —柱塞速度[ml/degpa]。 几何供油规律不同于喷油规律。 第二喷油泵的速度特性及其修正 (1)节流效应 1理论上(没有节流) 上行——3点和5点重合时，供油开始。 当2点与4点重合时，开始回油，停止供油。 2实际上(节流阀存在) 上行——3:00不到5: 00时，由于通道小，节流，已经开始供油。 当进油口关闭时，供油提前。 2点过4点，通道小，节流，然后开始回油，停止供油。 当回油口打开时-供油继续。 所以实际供油时间比理论供油时间长，供油量更大。 (2)喷油泵的速度特性 每循环供油量与转速n的关系。 n & shy& reg节流& shy& reg循环供油时间& shy & reg循环供油dg & shy (C)车辆的适应性 car-Hope n & shy；& regdg & macr& regme & macr (例如，低速和重载条件) 喷油速度特性-N & shy；& regdg & shy& regme & shy 因此，喷油泵的速度特性不适合车辆，必须进行修正。 (4)修正 1出油阀校准 减压量可变，减压效果可变。 n & shy& reg节流& shy& regdg & macr& regme & macr 可以平滑循环供油曲线，但如果适合车辆，就需要调速器。 更正一下。 2调速器校准 n & shy& regdg & macr& macr& regme & macr& macr 它在第六章中介绍了发动机的特点。 三种异常注射现象 ㈠二次注射 由高压油管中的压力波引起。 注射时间& shy& reg雾化差，燃烧不完全，加力严重，排污& shy，炭烟& shy，零件过热。 (2)间歇注射 进入喷油器的燃油量不稳定，这是由压力波动引起的。 喷油时间正常，但针阀动作次数& shy，喷油器容易磨损。 (3)每隔一次注射 低速时，尤其是怠速时，油压不足以打开针阀。在下一个循环中，油压将足够，针阀将打开以进行喷射。 怠速不稳定。 3-4柴油机燃烧室 燃烧室的分类 (1)直喷式 1.敞开式-发电用中、大、中、低速船舶和柴油机。 无进气涡流，空间雾化式混合气蒸发模式。 2 .半开式-中、小、中、高速车用柴油机 (1) w型 (2)球形 (3)复合(U形) (2)分离型 1涡流室式-小型高速车用柴油机 2预燃室式-小型、中型、大型、中型和高速车用柴油机 双喷射半开式燃烧室 (1) W型 1.应用:黄河jn151、6135q柴油机；日野ed100、6128柴油机等。 2.混合气体的形成方式:空间雾化。 3主要结构参数 (1) 0.4~0.6 式中——燃烧室的喉部直径；d-气缸直径。 害羞害羞，油束范围& macr& macr& reg燃烧室局部空间喷油量、空气利用率和macr。 & macr& macr，油束范围& shy害羞气流运动& macr& reg喷在燃烧室壁上的燃油雾化不良。 (2) 0.75~0.85 其中-燃烧室容积；——活塞在上止点时的压缩容积。 害羞& reg空气利用率& shy，散热面积& macr& reg好吧，烧吧。 所以，希望越大越好。 4个主要特征 (1)长多孔喷嘴(3 ~ 5个喷嘴)，孔径d = 0.25~0.4 [mm]。 针阀开启压力19.6 [mpa]，喷雾角度140° ~ 160°。 (2)& shy；& reg粗糙的工作。 (3)a & gt；1.3，一个大& reg空气利用率& macr & reg空气停留时间& shy& reg害羞 (4)结构简单，散热面积大；，冷启动性能好，经济性好。 (二)w的改良版。 1四边形类型 由日本五十铃公司开发。 主要特点: (1)四孔喷油器，燃油在四个角之前喷射。 (2)油束下游沿气流方向有许多燃料分布， 上游燃料分布较少，因此整个燃烧室 雾化均匀。 2挤压模类型 由英国珀金斯公司开发。 主要特点: 挤压区& shy& reg挤压强度& shy& rega & macr (3)球形 1.应用:黄河jn150、6120q-1柴油机等。 2混合气体的形成方式:油膜蒸发(M过程) 3主要结构参数 ，对球形燃烧室的影响见W型燃烧室。 4个主要特征 (1)具有强进气涡流的螺旋进气道。 (2)单孔喷嘴f = 0.5~0.7毫米，或双孔喷嘴f = 0.3~0.4毫米 与喷嘴缸盖平面成70度夹角，顺气流方向喷射。 (3)由于油膜的隔热作用，汽缸壁温度适宜，200 ~ 350℃。 (4) a值小，a = 1.1左右，空气利用率& shy。 (5)& macr；，& macr，柔软顺滑，噪音低。良好的经济性和动力性。 (6)冷启动差，转速低，排污严重。 (7)限制圆柱体直径D不要太大，一般在140 mm以内 d & shy害羞& regdg & shy& reg油膜厚度& shy& reg不完全蒸发和燃烧恶化。 (4)复合(U形) 由天津大学的史开发。 应用:新105系列、延安6130柴油机等。 2.混合气体形成模式:空间雾化+油膜蒸发 3主要结构参数:参照W型燃烧室。 4个主要特征 (1)燃油喷射基本垂直于空气流动方向(沿7)& reg；好吧。雾化。 (2)采用螺旋进气口和针式注射器。 (3)低速时气流弱——空间分布燃油多& reg冷启动性能和低速性能得到改善。 高速时，气流强劲——有更多的燃油分布在壁面上& reg& macr，& macr，作品柔软顺滑， 低噪音。 空气流动起着重要的作用。 (4)高速性能差，对增压的适应性差。 (5)喉部热负荷高。对空气入口和空气挤压间隙敏感。 三室燃烧室 主要用于高速柴油机。 结构特征: 整个燃烧室被分成两个空间， 主燃烧室设置在活塞的顶部，副燃烧室 位于气缸盖内，中间由通道连接。 (1)涡流室型 1.用途:bj130、495q柴油机等。 2气体混合物的形成方式:热混合 3主要结构参数 50~80 % 1~3.5 % 该通道与涡流室相切，产生压缩涡流。喷油器安装在涡流室内，沿气流方向喷射。 4工作原理 压缩过程-活塞迫使空气通过通道流入涡流室，形成一个强大的，现有的 涡流的速度随着转速的增加而增加。 燃烧-燃油在涡流室中喷射后，由于离心力的作用，燃油被带到燃烧室的周围。 副燃料附着在壁面上，首先在通道开口附近着火。在强涡流中工作 接下来，燃烧产物(密度小于空气)被卷到涡流室的中心，新的燃烧产物被放入涡流室。 新鲜空气被挤压到涡流室的外围，形成良好的热混合。涡流室内的混合 火灾发生后，涡流室内的压力和温度迅速升高，燃料、空气、混合气体和 火焰通过通道一起以高速喷向主燃烧室，富混合气先靠近壁面 从涡流室中弹出。 活塞顶部有浅的导流槽，形成强烈的燃烧涡流，即二次涡流。 流，加速混合气的形成和燃烧。 5个主要特征 (1)针式喷嘴f = 1 mm，针阀开启压力9.8 ~ 12 [MPa]。 (2)涡流强度& reg空气利用率& shy& rega & macr(a = 1.1~1.3). (3)n & shy；& reg涡流强度& shy& reg高速&害羞； (4)压缩涡和燃烧涡使后期放热更大& reg工作轻柔流畅，噪音低。 (5)相对散热面积& shy，节流损& shy& reg经济& macr、冷启动性& macr。 (2)预燃室类型 用途:195-2柴油机等。 2主要结构参数 20~40 % 0.25~0.7 % 通道数量多，横截面积小，导致压缩湍流。燃料喷射器安装在预流室中，燃料逆着进入预流室的空气流动方向喷射。 3工作原理 压缩的过程——活塞迫使空气通过通道流入预燃室，在预燃室形成强大的压缩。 湍流，转速越高，湍流越强。 燃烧-压缩湍流将一部分小颗粒燃料吹到预燃室的上部，在那里首先 火。混合气点火后，预燃室的压力和温度迅速上升。下面部分 预热的燃料、空气、混合气体和火焰通过通道高速喷向主燃烧。 房间。 在主燃烧室内形成强烈的燃烧湍流，加速了燃油和混合气的雾化。 形成和燃烧。 低速时，通过通道进入预燃室的气流不足以吹起燃油，还有一部分燃油 穿透气流喷向主燃烧室，增加了主燃烧室初始阶段燃烧的机油量。 力的增长率增加，工作粗糙，噪音增加。 4个主要特征 (1)采用针式喷嘴，针阀开启压力7.8~12.8 [mpa]。 (2)强湍流& reg混合物形成的改进& rega & macr& macr。 (3)大节流效应& reg在高速下，工作更柔和，更流畅，噪音更小。 (4)低速容易工作粗暴，噪音大。 (5)相对散热面积& shy害羞，节流损& shy害羞& reg经济& macr& macr。