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1、第一节 柴油机混合气形成第二节 柴油机的燃烧过程第三节 柴油机机械控制燃油喷射系统第四节 柴油机电子控制燃油喷射系统,第三章 柴油机混合气形成和燃烧,本章要求：,掌握柴油机混合气形成过程； 掌握柴油机的燃烧过程及其影响因素； 熟悉柴油机机械控制燃油喷射系统； 掌握柴油机电子控制燃油喷射系统。,第一节 柴油机混合气形成,一、形成混合气的两种基本形式,1.空间雾化混合,在喷油压力较高的条件下，将燃料喷向燃烧室空间，利用喷注与空气的相对运动及空气在压缩过程中产生的热能，实现破碎雾化、吸热蒸发并与空气混合形成可燃混合气。,空间雾化混合主要用于大、中型柴油机。 缸径为 的中、小型高速柴油机亦有发展这种混
2、合气形成方式的趋向。,2.油膜蒸发混合,油膜蒸发混合是将大部分燃油喷到燃烧室壁面上，形成一层油膜，油膜在壁温和热空气的作用下蒸发、汽化并与空气混合形成可燃混合气。,现代中小型高速柴油机以及部分大中型中速柴油机，出现多种雾化油膜混合型的混合气形成方式，多数情况下是以雾化混合为主，兼有一定程度的油膜混合。,二、燃料的喷雾,1.油束的形成及特性,油束形状,油束射程L：表示喷注贯穿深度,喷雾锥角：表示喷注紧密程度,雾化质量,几何形状,细微度：油注中的平均直径,均匀度：油注中最大直径与最小直径之差,2.影响油束特性的因素,1）喷油器构造,喷油器的结构不同，引起油束形成的内部扰动也不同，从而就产生不同形式
3、的油束。,各种喷油器的结构,2）喷油压力,燃油喷射压力越大，则燃油流出的初速度就越大，在喷孔中燃油扰动程度及流出喷孔后所受到的介质阻力也就越大，使雾化的细度和均匀度提高，即雾化质量好。,喷油压力对雾化特性的影响,3）介质反压力,介质密度增大使反压力增加，引起作用在油束上的空气阻力增加，因此燃料雾化有所改善，喷雾锥角增加，射程缩短。,4）喷油泵凸轮外形及转速,凸轮形状较陡或转速较高时，均使喷油泵的柱塞供油速度加快，由于节流作用会使油管中的燃油压力增加，从而使喷油速度增大，因此雾化变好，油束射程和喷雾锥角均有所增加。,三、空气运动对混合气形成的影响,()空气运动可以促使油束分散，增大混合的范围。,
4、()热混合作用对混合气的形成有重要影响。,多孔喷油嘴的混合气形成 ) 静止空气 ) 空气作旋转运动,第二节 柴油机的燃烧过程,一、燃烧过程进行情况,-滞燃期 -速燃期 -缓燃期 -补燃期 h-针阀升程 Q-循环放热量 dq/d-喷油速率dQ/d-放热速率,1)喷油始点 2)缸内压力线偏离纯压缩线始点 3)最高压力点 4)最高温度点,柴油机燃烧过程的展开示功图,柴油机的着火过程一般认为是低温多阶段的着火过程，从喷油到着火要经历一定的物理化学准备阶段。,、滞燃期,从喷油开始到缸内压力线与压缩线偏离的始点阶段，称为滞燃期或着火延迟期。,、速燃期,从气缸压力偏离压缩线开始急剧上升时起，到最高压力点为止
5、。压力升高的急剧程度一般用最大压力升高率( / ) 或平均压力升高率 / 表示。,、缓燃期从缸内压力最高点开始到缸内温度最高点为止。由于速燃期时间较短，喷油较多，大部分燃油来不及形成可燃混合气而留在缓燃期继续混合和燃烧，使放热量不断增加。大部分燃油在此阶段燃烧，燃烧产物增多，氧和燃油浓度下降，燃烧速度缓慢。,、补燃期从温度最高点到燃料燃烧结束。 远离上止点放热，大量的热传给冷却系，使排气温度升高，零件热负荷增加，导致柴油机动力性、经济性下降，故应尽量减少后燃,压缩温度和压力对着火延迟的影响,二、着火延迟的影响因素,1.压缩温度对着火延迟的影响,压缩温度对着火延迟的影响是呈指数函数关系变化的。
6、在其他条件一定时，压缩温度与t 的关系为:,2.压缩压力对着火延迟的影响,在其他条件相同时，燃烧室的压力增加，则着火延迟期t 缩短。,滞燃期随压力的变化 -试验值 -计算值,3.喷油提前角对着火延迟的影响,喷油提前角 对着火延迟期t 的影响实际是温度、压力和反应物焰前反应时间(诱导期)对着火延迟的综合影响。,滞燃期随喷油提前角和压缩比的关系,4.转速对着火延迟的影响,转速 对着火延迟期t 的影响有双重性。它对以时间计的t 和对以曲轴转角计的着火延迟角 的影响是不同的。,滞燃期t 随转速 的变化关系,5.油品对着火延迟的影响,柴油是由正烷烃、异烷烃、环烷烃、烯烃和芳烃等组成的。柴油中含烷烃量愈多
7、，含芳烃量越少，则着火延迟期越短。反之含烷烃量少，含芳烃量多，则t 长。,滞燃期随柴油十六烷值 的变化,三、着火延迟对燃烧过程和柴油机性能的影响,1. 着火延迟对燃烧过程的影响,)对最高燃烧压力和最大压力升高率的影响,着火延迟期越长，则着火延迟期内喷入缸内的油越多，以致汽缸内积累起来的、达到可燃程度的燃料量也越多，从而使在速燃期一爆而起的预混合燃烧的燃油量增多，放热量增加，放热速度和加速度增加，放热峰值加高，最后导致最高燃烧压力 和最高燃烧温度 以及最大压升率( / )随 的增加而增大。,2)对示功图图形的影响,滞燃期对示功图图形的影响,当燃料相同而喷油提前角不同时，喷油提前角 大时，t 长，
8、功图图形大，、 和( / )高，有时甚至会发生燃烧压力振荡。,3)对放热规律影响,滞燃期对放热规律的影响,滞燃期较长，从而在滞燃期内积存的可燃混合气量较多，导致预混合燃烧的放热峰值较高，而其扩散燃烧时的放热曲线稍低。,2. 着火延迟对柴油机性能的影响,)对平均有效压力和功率的影响,各种柴油机均有自己的最佳着火延迟期T，着火延迟偏离t值，平均有效压力均降低。,滞燃期对平均有效压力的影响,2)对燃油消耗率的影响,滞燃期对燃油消耗率的影响,如果单位时间内柴油机的耗油量一定，则功率增大就使燃油消耗率下降。,3)对烟度和排气温度的影响,滞燃期对烟度、排气温度和指示燃油消耗率的影响,着火延迟期对烟度和排气
9、温度有明显的影响。 着火延迟期过短，则预混合燃烧阶段烧掉的燃料量减少，而扩散燃烧阶段燃烧的燃油量增多，后燃增加，故烟度升高。,第三节 柴油机机械控制燃油喷射系统,一、燃油喷射,1. 喷射过程,2. 几何供油规律和喷油规律,几何供油规律是指从几何关系求出的油泵凸轮每转(或每秒)喷油泵供入高压系统的燃油量( / 泵轴或 / )随凸轮转角(或时间)的变化关系。,喷油规律是指在喷油过程中每秒或每度泵轴转角从喷油器喷出的燃油量 随时间或泵轴转角的变化关系。,二、喷油泵速度特性及其校正,1. 喷油泵速度特性,当喷油泵油量控制机构(齿条或拉杆)位置不变时，每循环供油量随转速的变化特性称为喷油泵的速度特性。,
10、喷油泵的速度特性,2. 喷油泵速度特性校正,1） 可变减压容积,可变减压容积就是使减压容积能随转速发生变化，从而改变喷油泵的速度特性。,可变减压容积就是使减压容积能随转速发生变化，从而改变喷油泵的速度特性。,校正出油阀,2） 可变的减压作用,利用出油阀减压带凸肩与出油阀座内孔之间的不同配合间隙可以得到不同的减压作用。,可变减压作用出油阀在不同间隙时的供油速度特性,二次喷油的针阀升程图,三、不正常喷射现象,1. 二次喷射,针阀落座后，过大的反射波（高压油管内）使针阀再次升起而喷油的现象。,2. 低速不稳定喷油,不齐喷油、间断喷油和波动喷油(双波喷油)等发生在发动机低速、低负荷或怠速运转时，因此可
11、统称为低速不稳定喷油。,各种低速不稳定喷油波形的比较 )正常喷油 )不齐喷油 c)间断喷油 )波动喷油,第四节 柴油机电子控制燃油喷射系统,一、基本要求,()高的燃油喷射压力； ()喷射速率可变控制； ()预喷射，第二次喷射的应用； ()喷油量、增压压力、喷油起始时刻的变化与工作条件相适应； ()起动时有随温度变化的过量燃油供给量； ()不随柴油机负荷变化的怠速控制； ()可控的废气再循环； ()巡航控制； ()喷射过程和喷油量具有微小补偿，并在整个寿命期内保持高精度。,二、电控柴油喷射系统的基本类型,1. 位置控制系统,第一代柴油机电控燃油喷射系统采用的是位置控制。,特点: ()电脑数字控制
12、器通过伺服机构的连续位置控制，对喷射过程实现间接调节，故执行响应较慢、控制频率较低、控制精度不稳定。 ()不能改变传统喷射系统固有的喷射特性，虽能对喷油速率起到一定的调节作用，但使直列泵机构变得复杂。 ()几乎无需对柴油机本身结构进行改动，即可实现位置控制喷射，故生产继承性好，便于对现有机型进行升级改造。,2. 时间控制系统,时间控制系统是第二代柴油机电控燃油喷射系统。,特点: ()属直接数字电控喷射系统，脉动式高压燃油与开关式电磁控制阀直接接口。 ()采用高速强力电磁阀的溢流控制实现喷油量和喷油定时的控制，喷射特性得到改善，适合于高压喷射。 ()燃油量的计量是一种时间计量方式，用两个连续的开
13、关脉冲来设定有效供油行程，要保持喷射的有效行程较为困难。 ()电磁阀的响应时间对喷油过程的影响较大，需通过对电磁阀的合理设计尽量缩短响应时间，以提高控制精度。,3. 电控高压共轨系统,电控高压共轨系统是第三代电控燃油喷射系统。,-()型电控些油喷射系统,优点: ()共轨系统中的喷油压力柔性可调，对不同工况可确定所需的最佳喷射压力，从而优化柴油机综合性能。 ()可独立地柔性控制喷油正时，配合高的喷射压力，可将 和微粒排放同时控制在较小的数值范围内。 ()柔性控制喷油速率，实现理想喷油规律，容易实现预喷射和多次喷射。 ()由电磁阀控制喷油，其控制精度较高。在柴油机运转范围内，循环喷油量变动小，各缸
14、供油不均匀性得到改善，从而减轻柴油机的工作粗暴并降低排放。,三、电控柴油喷射系统的控制功能,为了使柴油机的各种工况始终处于最理想的燃烧状态下运行，要求 对所有工况都能精确地计算出最理想的喷油量和喷油时刻。,1. 起动供油量,在起动工况下，喷油量是由冷却液温度和曲轴转速确定的。起动开关转动到起动挡控制单元即可获得起动信号，在给定的最小转速达到前，驾驶员不能影响起动供油量。,在车辆被正常驱动时，喷油量由加速踏板位置和柴油机转速确定。计算时考虑其他的影响(例如燃油和进气温度)，这使得柴油机的输出尽可能与驾驶员的期望一致。,2. 驱动模式,3. 怠速控制,当加速踏板没有被操作时，怠速控制()功能工作，
15、设定转速可以依据柴油机特殊的工作模式变化。,在调整规定的怠速时，怠速控制必须应对严重的柴油机转速波动。为了得到理想的怠速，控制器必须持续地调节喷油量直到实际的柴油机转速与目标转速一致。,最高转速控制保证柴油机不会超速运行，为了避免柴油机损坏，柴油机制造厂规定了仅可以在非常短的时间内超过的最高转速。,4. 最高转速控制,5. 中间转速控制,中间转速控制()用于速有功率取力(例如起重机)的商用汽车和轻型货车或特殊车辆。 在这种操作的控制下，柴油机被调节到与负荷无关的中间转速。,6. 车速控制器,巡航控制器允许车辆以一个恒速被驱动，它将车辆速度控制到由驾驶员选择的车速，不再需要驾驶员踩加速踏板来调整
16、车速。 驾驶员可以通过操纵一个手柄或按压转向盘的按钮设定车速，喷油量自动增加或减少，直到达到并维护预设车速。,7 车速限制器,()可变车速的限制。即使驾驶员继续踩下加速踏板，车速限制器(，也称限速器)可将车速限制到一设定值。 当听到柴油机粗暴声时，车速限制器将帮助驾驶员控制车速而不超过速度限制。()固定速度限制器。 在许多国家，对于一定级别的车辆(如重型载货汽车)，强制限制一定的最高车速。车辆制造厂通过安装不能被激活的固定速度限制器，来限制重型载货汽车的最高速度。,8. 主动喘振抑制,)主动喘振抑制()驾驶员在车辆加速时感觉到，突然的柴油机转矩变化将会引起车辆的传动装置振动，这就叫喘振。 主动喘振抑制()用于减小加速过程中的这些振动。 )主动喘振抑制的方法 ()在驾驶员要求的转矩急剧变化时，ECU接到此输入信号后，输出相应驱动信号驱动喷油器等执行器动作以满足需求。 ()利用转速信号判断传动装置的振动，然后通过主动控制来抑制传动装置的振动。,
