文档介绍：第6章柴油机混合气的形成和燃烧
学习目标
本章属于发动机原理的基本内容,包括柴油机混合气的形成和燃烧室、燃油喷射和雾化、柴油机的燃烧过程、柴油机燃烧过程的影响因素和柴油机电控等五节。
通过本章学习,要求掌握柴油机两种混合气的形成方式及特点,掌握直接喷射式和分隔式两大类柴油机燃烧室的结构及性能特点,掌握柴油机的燃烧过程及影响因素。
了解柴油机供油系统的组成和喷射过程,了解电控柴油喷射系统的组成、分类、工作原理和控制功能,并在学习过程中随时注意对柴油机和汽油机进行比较。
柴油机混合气的形成
由于柴油的蒸发性差,因此柴油机是采用高压喷射的方法,即在压缩冲程接近终了时,借助喷油器将柴油喷入燃烧室,与气缸中高温、高压的空气混合形成可燃混合气。
经过一系列物理化学准备后,着火燃烧,随后,混合气的形成和燃烧便重叠进行,即一边喷油,一边混合和燃烧。
柴油机混合气形成依靠两方面作用:一是燃料喷雾;二是组织空气运动。组织必要的空气运动可以促使柴油很快在整个燃烧室空间得到均匀分布,加速混合气形成。
柴油机混合气的形成
柴油机的混合气形成与汽油机相比有两个显著特点。其一是混合气的形成在气缸内部进行,其二是混合气形成时间较短,从喷油到结束,约占15°~30°曲轴转角。
在如此短的时间内,混合气的形成是极不充分的,也极不均匀。为使喷入气缸中的柴油尽可能燃烧完全,柴油机不得不采用较大的过量空气系数,使喷入燃烧室内的柴油能够燃烧得比较完全。
理想的柴油机混合气形成过程应该是燃料喷入燃烧室后在尽可能短的时间内与周围空气均匀雾化、混合,形成可燃混合气;着火后继续喷入的燃料应及时得到足够的空气和混合能量,以便迅速混合,力求避免燃料直接进入高温缺氧区域,引起裂化。
空间雾化混合方式
柴油机可燃混合气的形成,按其形成原理可分为空间雾化混合和油膜蒸发混合两种方式。
空间雾化混合方式直接将柴油喷射到燃烧室空间,经雾化、蒸发与空气混合,形成雾状混合物。
为了使混合迅速而均匀,要求采用雾化质量较好的多孔喷油器,并使喷射油束与燃烧室形状相配合,在燃烧室内组织适当的空气运动,燃油与空气的相对运动速度是形成较均匀的混合气的主要因素。
空间雾化混合方式
空间雾化混合气的优点是混合气形成速度快,燃烧过程比较稳定,对转速范围的适应性强。其缺点是燃料在着火以前形成的混合气量较多,使燃烧过程较为粗暴,并生成较多的NOX,混合气在这一过程中混有尚未蒸发汽化的液态油粒,不完全是气相的。若油滴蒸发、雾化速度不及燃烧速度快,将产生不完全燃烧。
在中低速柴油机中,几乎都是采用空间雾化方式组织混合气;中小型高速柴油机中,无论用何种燃烧系统组织混合气,空间雾化方式也占有一定的比例。
油膜蒸发混合方式
该方式是将绝大部分柴油喷射到较高温度的燃烧室壁面上,形成一层油膜,只有5%左右的柴油直接喷射在燃烧室空间的空气中,这一小部分柴油在空间雾化与蒸发,与空气混合而首先着火。着火后使燃烧室的温度迅速升高,使燃烧室壁面上的油膜在强烈的旋转气流作用下,以越来越快的速度蒸发并与空气形成均匀的可燃混合气。
影响这种混合气质量的主要因素是燃烧室壁温、油膜厚度和空气与油膜相对运动的速度。燃烧室壁温过低,油膜蒸发缓慢;壁温过高会引起燃料裂化。油膜越薄、越均匀,混合气形成速度越快;空气运动速度越高,则混合气形成的速度越快。
油膜蒸发混合方式
油膜蒸发混合方式比空间雾化混合方式所得到的混合气更均匀。混合气在这一过程中完全是气相的。通过油膜的蒸发和气流的旋转运动还可以实现分层燃烧,做到既减少冒烟又可控制燃烧速度,防止工作粗暴。因此,用这种方式形成的混合气比例越高,燃烧越柔和,排气中NOX含量也越低。
其缺点是油膜蒸发的速度受壁温、油膜厚度和气流运动的影响很大,燃烧不及空间雾化稳定。当燃烧室壁温较低时,混合气形成慢,冷起动困难,怠速及小负荷时HC排放高。
两种混合方式的对比
空间雾化混合
油膜蒸发混合
绝大部分燃料以较高的压力被喷射到燃烧室空间中,散布于空气中
利用强烈的空气旋流将大部分燃料涂布到燃烧室壁面上
燃料在空气中呈细小油粒状
燃料在壁面上形成油膜
细小油滴以液相与空气混合,形成不均匀混合气(液相混合)
油膜蒸发,燃油蒸气与空气混合,形成相对均匀的混合气(气相混合)
大量细小油滴受热汽化,在着火延迟期内形成的可燃混合气数量较多,多点大面积同时着火
散布在空间的少量燃油,在着火延迟期内形成少量可燃混合气,着火面积小
初期燃烧的放热速率很高,以后逐渐减慢
受油膜蒸发速率的影响,燃烧放热速率呈前低后高的规律
柴油机中混合气形成和燃烧的复杂性
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中、小型车用直喷式柴油机在以空间雾化混合为主的