柴油机燃料的喷射与燃烧影响因素.

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1、1/84 第3章 2/84 柴油机燃油供给系统 3/84 燃油滤清器 低压油管 高压油管 喷油泵 喷油器 回油管 燃油箱 输油泵 油水分离器 调速器 限压阀 喷油提前器 4/84 3.1 燃料的喷射与雾化 柴油机燃油喷射系统包括喷油泵、喷油器 和高压油管，其作用是按柴油机各种工况 的需要，将定量燃料在适当的时刻，以合 理的空间形态喷入燃烧室，即对燃油的数 量或喷油的持续时间、喷油时刻和油束的 空间形态三方面实行有效的控制，这对混 合气形成以及燃烧过程的有效组织有着重 要的作用。 5/84 6/84 柱塞泵的泵油原理 进油 柱塞下行，进油孔开 压油 柱塞上行，进油孔关 回油 柱塞上行，回油孔开

2、7/84 8/84 9/84 3.1.1喷油泵速度特性及其校正 当喷油泵油量控 制机构（拉杆） 位置固定时，每 循环的供油量随 转速变化的关系 称为喷油泵的速 度特性。 柱塞式喷油泵速度特性 10/84 11/84 理论上，当柱塞上端面关闭进油孔时才开 始压油。而实际上当柱塞上端面还未完全 关闭进油孔时，由于流通截面很小而时间 极短，被柱塞挤压的燃油来不及通过油孔 流出，压油已经开始使出油阀提早开启。 供油终了时，在回油孔开启若干开度内， 由于这种节流作用，泵油室中燃油不能立 即流出，仍维持较高压力，油泵继续供油 ，出油口自发延迟关闭。 12/84 转速增高，供油速度加大，使供油开始得更 早而

3、结束得更迟。因此，供油时间随转速上 升而增加，供油量亦随转速上升而增加。这 种油泵特性并不符合发动机转矩曲线的要求 。柴油机的负荷变化是靠改变供油量来实现 的，要求油泵速度特性满足：对一定转速范 围（一般由标定功率时转速起，图中BA段 ），供油量应随转速的降低而较快增加，以 提高柴油机适应阻力变化的能力。 13/84 为使现用柱塞式喷油 泵的速度特性符合上 述要求，必须将其做 适当改进，加装校正 装置。其作用是当发 动机在标定工况下工 作时，如果转速因外 界阻力矩不断增加而 下降，喷油泵能自动 增加循环供油量，以 增大低速时转矩，提 高转矩储备系数。 最佳喷油泵速度特性 14/84 1出油阀校

4、正 1）可变减压容积 柱塞式喷油泵，其供油量 的多少大体上是与柱塞有 效排量和减压容积之差成 正比例的，如果减压容积 能随转速的提高而增加， 则供油速度特性将变得平 坦。右图中，在出油阀的 尾部上开四条锥形槽，油 槽尺寸向阀顶逐渐减小。 校正出油阀 15/84 2）可变的减压作用 利用出油阀减压带凸缘与出油阀座内孔 的不同间隙可以得到各种不同的减压作 用 。根据不同喷油泵的试验得出喷油特 性，在结构上改变间隙大小，这种减压 方法在所有转速范围内出油阀的升程是 一样的。 16/84 在高速时，由于间隙的节流作用较大（亦即 流体的动力阻力大，出油阀的上、下压差大 ），出油阀落座迅速，燃油回流高压油

5、管的 现象不明显，因此基本上完全减压。 在低速时，正好相反，由于节流作用相对较 小，出油阀落座时间相对增长，燃油回流高 压油管的现象比较明显，减压效果削弱，残 余压力升高，因此使每循环的供油量增加。 17/84 可变减压作用在不同间隙时的供油速度特性 随序号加大间隙逐渐变大 18/84 2弹簧校正 1-油量调节拉杆;2-推力盘;3-托板;4-油量调整螺钉; 5-固定螺母;6-挡头;7-校正弹簧座;8-校正弹簧。 弹簧校正器工作原理 19/84 3.1.2燃料喷射过程 1-喷油泵柱塞 2-进回油孔 3-出油阀 4-出油阀弹簧 5-压力传感器 6-高压油管 7-压力传感器 8-针阀弹簧 9-喷油器

6、针阀 喷油过程 a)喷油系统结构 b)喷油过程 20/84 1喷油延迟阶段 从喷油泵压出燃油（供油始点）到喷油 器针阀开始抬起（喷油始点）为止，这 一阶段称为喷油延迟阶段。 从供油始点到喷油始点的时间间隔称为喷 油延迟时间，其相应的曲轴转角称喷油延 迟角，即喷油延迟角等于供油提前角减去 喷油提前角。 一般转速升高，喷油延迟角加大；高压 油管加长，压力波由泵端到喷油器端的 传播时间增加，喷油延迟角亦加大。 21/84 2主喷射阶段 从喷油始点到喷油器端压力开始急剧下降 时为止，这一阶段称为主喷射阶段。 绝大部分燃油是在这一阶段喷入气缸的， 其时间长短主要与柱塞有效行程（即柴油 机负荷）有关，其次

7、，也受高压系统容积 、出油阀减压作用等因素的影响。 22/84 3滴漏阶段 从喷油器端压力开始急剧下降到针阀完全 落座（喷油终点）为止，这一阶段称为滴 漏阶段。 这期间还有少量燃油从喷孔喷出，由于 喷油压力降低，燃油雾化不良，这一阶 段喷射的燃油容易导致燃烧不完全，易 生成积炭并堵塞喷孔，甚至排气冒烟。 23/84 3.1.3供油规律和喷油规律 供油规律是单位时间内（或1喷油泵凸轮 轴转角内）喷油泵的供油量随时间（或喷 油泵凸轮转角）的变化关系。 喷油规律是单位时间内（或1喷油泵凸轮轴 转角内）喷油器喷入燃烧室内的燃油量随时 间（或喷油泵凸轮转角）的变化关系。 24/84 1.供油始点与喷油始

8、点不同； 2.喷油持续时间较供油持续时间长； 3.最大喷油速率较最大供油速率低； 4.曲线形状有一定的变化。 供油规律与喷油规律的区别 ： 25/84 3.1.4喷油的雾化及油束特性 将燃油分散成细粒的过程为燃油的喷雾或雾化 ，可以大大增加燃料蒸发的表面积，增加燃料 与氧接触的机会，以达到迅速混合的目的。 1油束的形成及特性 燃料以很高的压力（1020MPa）和很高的速 度（100300ms）从喷油器的喷孔喷出， 在高速流动时所产生的内部扰动及气缸中空 气阻力的作用下，被粉碎成细小的油粒，这 种大小不同的油粒所组成的圆锥体叫做油束 （或称为喷注）。 26/84 油束本身的特征可用喷雾锥角、射程

9、及雾 化质量来说明。 油束形状 27/84 1）喷雾锥角 喷雾锥角与喷油器结构有很大的关系。对 相同的喷油器结构，一般用 来标志油束 的紧密程度。 大说明油束松散， 小说 明油束紧密。 2）油束射程 即油束的贯穿距离， 大小对燃料在燃烧室中 的分布有很大影响。如果燃烧室尺寸小而射程 大，就有较多的燃油喷到燃烧室壁上；反之， 如果过小，则燃料不能很好地分布到燃烧室空 间，燃烧室中的空气得不到充分利用。 28/84 3）雾化质量 一般是指喷散的细度和喷散的均匀度。燃 料喷散得越细，越均匀，说明雾化质量越 好。 喷散细度可以用油束中油粒的平均直径来表 示，平均直径越小，则喷雾越细。喷散的均 匀度可用

10、油粒的最大直径与平均直径之差来 表示，直径差越小则喷雾越均匀。 29/84 2影响油束特性的因素 1）喷油器结构 喷油器的结构不同，就产生不同形式的油束 。油束要与燃烧系统密切配合，不同的燃烧 方式要求不同形式的油束，因而就需要不同 结构的喷油器。 30/84 a)多孔喷油器;b)顺型轴针式喷油器; c) 倒锥型的轴针式喷油器;d)圆柱型的轴针式喷油器 多孔喷油器，用于对雾化质量要求较高的直接喷 射式柴油机。轴针式喷油器，其针阀头部升入喷 孔中，而且针阀头部截面是变化的，可以由针阀 头部的锥角大小来控制喷雾锥角。 31/84 在喷油压力和介质反 压力不变及喷孔总截 面积不变的条件下， 增加喷孔

11、数目，则每 个喷孔的直径减小， 燃料流出喷孔时将受 到更大的节流，在喷 孔内扰动也就增加， 因此雾化质量提高 。 1-喷孔直径40.4mm; 2-喷孔直径20.57mm; 3-喷孔直径10.57mm; 喷孔直径对雾化特性影响 32/84 2）喷油压力 燃油的喷射压力越大，则燃油喷出的初速 度就越大，在喷孔中燃油扰动程度及喷出 喷孔后所受到的介质阻力也越大，从而使 雾化的细度和均匀度提高，即雾化质量好 。喷油压力增加时，也使射程增加，喷油 压力过高，则高压油管容易涨裂，喷油器 容易磨损，对喷油管制造要求也越高。 33/84 3）介质反压力 反压力增加，使介质密度增大，引起作用在 油束上的空气阻力

12、增加，因此燃料雾化有所 改善，喷雾锥角增加，并使射程减小。 不同喷油压力和反压力油束射程随时间的变化 34/84 4）喷油泵凸轮外形及转速 当凸轮形状较陡或凸轮转速较高时，均使 喷油泵的柱塞供油速度加快。由于喷油器 喷孔的节流，燃油不能迅速流出，结果使 油管中燃油压力增加，燃油从喷孔流出的 速度也随之增大，因此雾化变好，油束射 程和喷雾锥角均有所增加。 注意：上述试验结果是在冷空气中进行喷 射实验得到的。 35/84 3.4 影响柴油机燃烧过程的因素 3.4.1影响燃烧过程的使用因素 1燃料性质的影响 影响燃烧过程的主要指标是柴油的发火性、 蒸发性、粘度和凝点等指标，它们主要取决 于柴油的组成

13、成分。 1）柴油的发火性 发火性是指柴油的自燃能力，用十六烷值 表示。 36/84 十六烷值越高，发火性越好。十六烷值过高的 柴油中，含不易蒸发的重质馏分多，蒸发性较 差，容易高温裂解，会导致排气冒黑烟，经济 性下降。车用柴油机十六烷值一般在4060范 围内。 2）柴油的蒸发性 直接影响可燃混合气形成，对燃烧过程也 有一定的影响。 37/84 柴油的蒸发性通常也用馏程表示，主要以50 馏出温度、90馏出温度和95馏出温度 作为评价柴油蒸发性的指标。同一相对蒸发 量的馏出温度越低，表明柴油蒸发性越好， 越有利于可燃混合气的形成和燃烧。 50馏出温度低的柴油蒸发性好，有利于混 合气的形成和燃烧的进

14、行，对发动机的冷起 动也有利，但柴油中蒸发性好的组成成分其 发火性差。90馏出温度和95馏出温度越 高，说明柴油中不易蒸发的成分越多，燃烧 后容易导致排气冒烟和产生积炭。 38/84 要求：柴油的50馏出温度应适宜，90馏 出温度和95馏出温度应比较低。 3）柴油的粘度 柴油的粘度决定其流动性。粘度越低，其流 动性越好，柴油从喷油器喷出时就容易雾化 。但粘度过低会失去必要的润滑能力，会加 剧喷油泵和喷油器中精密偶件的磨损，增大 精密运动副的漏油量，喷油压力降低。粘度 过大，流动阻力大，滤清困难，加剧喷油泵 和喷油器的磨损，喷雾不良。 39/84 4）柴油的凝点 柴油的凝点是指其失去流动性的温度

15、。柴油 在接近凝点时，由于柴油中的石蜡结晶颗粒 数量增加，流动性严重下降，会导致供油困 难甚至供油中断，柴油机无法正常工作。为 保证柴油机在较低的温度下能正常工作，要 求柴油应有较低的凝点。国产轻柴油按凝点 编号，一般有10号、5号、0号、10号、20 号、35号和50号。 40/84 柴油的使用性能主要取决于其组成，碳原子 数较多、分子量较大的烃类，十六烷值较高 ，但蒸发性较差；碳原子数较少、分子量较 小的烃类，蒸发性较好，但十六烷值较低。 在燃烧过程中，发火性好但蒸发性差的柴油 ，容易在高温、高压下裂解形成炭烟，导致 热效率下降，排放污染加剧；蒸发性好但十 六烷值低的柴油，会在着火延迟期内

16、形成更 多的混合气，使柴油机工作粗暴，燃烧噪声 增大。 41/84 2负荷的影响 柴油机是通过混合气浓度调节来适应负荷的变 化。随负荷增加，每循环供油量增加，但空气 量基本不变，过量空气系数减小，单位容积内 混合气燃烧放热量增加，使缸内温度上升，缩 短着火延迟期，使柴油机工作柔和。但随负荷 增加，每循环供油量增加，使喷油持续角增加 ，燃烧过程延长，燃烧不完全程度增加，热效 率下降。负荷过大时，因混合气过浓，过量空 气系数太小，使燃烧急剧恶化，不完全燃烧显 著增加，将导致柴油排气冒黑烟，经济性急剧 下降。 42/84 负荷对着火延迟期的影响 柴油机在低速、小负荷工 况下运转时，由于缸内温 度和压力低，使着火延迟 期延长，尽管喷油量不多 ，也会使压力