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1、第四节 压燃式内燃机的燃烧,着火与燃烧,柴油机的燃烧,燃油喷射与雾化,冷起动,COMBUSTION IN CI ENGINE,主要学习内容,燃料喷射与雾化 FUEL SPRAY & ATOMIZATION,一、 燃油喷射 FUEL INJECTION,小孔喷射示意图,柴油机的多孔喷嘴,1、燃油喷射出口速度,2、燃油喷射出口流量,A 小孔流通(总)面积 Cd流量系数，0.7左右，与小孔形状、加工质量等有关。,二、 燃油雾化 SPRAY ATOMIZATION,1、油束射程 SPRAY PENETRATION,当 t tbreak时,当 ttbreak时,当有进气涡流时,Ambient Press
2、ure:30bar(N2) 7 holes HFR(Hydraulic Flow Rate): Injected fuel amount(mm3) at 100bar during 30s,2、喷雾锥角 CONICAL ANGLE,以（）计，常数C可以取为0.05,3、油滴平均直径 SAUTER MEAN DIAMETER,索特平均直径(SMD)：整个油束的液滴总体积与总表面积的比,4、雾化机理 ATOMIZATION MECHANISM,着火与燃烧过程 AUTOIGNITION & COMBUSTION,一、单油滴燃烧 Combustion of single droplet,图6-1 单个
3、油滴的着火区域,直径：5150um (中间较大) Tc-热空气温度； Tw-油滴周围混合气温度； Cu-油滴周围混合气浓度； W-化学反应速度。,正庚烷液滴燃烧计算与实验结果,二、液滴燃烧的基本条件,形成的燃料蒸气与空气的混合气空燃比要在着火界限内。混合气过浓，氧分子少，混合气过稀，则燃料分子少，这两种情况的氧化反应速率都不够高，不能形成燃烧。当然，一种燃料的着火界限不是一成不变的，而是随着温度的升高，分子运动速率增加，反应速率加快，着火界限也有所扩大。 可燃混合气必须被加热到自燃温度以上才能着火，低于这一温度，燃料就不能着火。不同燃料的自燃温度是不同的，它反映燃料的自燃性能，但燃料的自燃温度
4、还与介质压力、加热条件及测试方法等因素有关。,三、油束燃烧,油束燃烧特点,着火地点在油束核心与外围之间混合气浓度和温度适当的地方。 混合气浓度温度条件适合的地方不止一个，因此可以是多点同时着火。 不同循环的火核形成点也不一定相同，但由于多点着火，循环变动小。 混合气过浓或过稀火焰传播将中断，与此同时新的火核和火焰前锋不断形成。,柴油机的燃烧过程 COMBUSTION IN CI ENGINE,喷入气缸的燃料不是立刻着火，而是经过一段时间的延迟，期间形成一定量的可燃混合气，这部分燃料的燃烧称为预混燃烧。 预混燃烧量对缸内最高燃烧压力、压力升高率和燃烧噪声等有重要的影响。 对柴油机的NOx的生产与
5、排放影响最大。,一、 预混燃烧 PREMIXED COMBUSTION,油束（滴）边蒸发，边扩散，在与周围空气形成可燃混合后燃烧，扩散混合速率控制了燃烧速率。 扩散燃烧过程的长短取决于空气运动的组织和燃料的喷射雾化，对燃油经济性有重要的影响。 扩散燃烧对柴油机碳烟/颗粒生成与排放影响最大。,二、扩散燃烧 diffusion combustion,三、柴油机的燃烧 COMBUSTION IN DIESEL ENGINE,1 滞燃期(AB段),2 急燃期 BC段,3 缓燃期 CD段,4 后燃期 DE段,柴油机燃烧放热规律,TDC,1、滞燃期 IGNITION DELAY,滞燃期过长，压力升高率和最
6、高燃烧压力高，柴油机工作粗暴。 滞燃期过短，扩散燃烧增加，易恶化柴油机性能和颗粒排放。,从燃料喷入气缸到压力线脱离压缩压力线开始急剧升高这一段燃前准备时间。,滞燃期的影响因素,燃料理化特性 缸内温度和压力,供(喷)油提前角 起喷压力 燃油雾化 空气运动 负荷、转速 进气增压 发动机冷却,运转参数,压缩温度和压力对滞燃期的影响,喷油正时对滞燃期的影响,存在使滞燃期最 短的喷油提前角。,通常最佳喷油提前角是根据功率和经济性能来调的,它要大于滞燃期最短的喷油提前。,直接喷射(无涡流) - 涡流室,柴油机转速对滞燃期的影响,(n、 及循环供油量不变),增压使滞燃期缩短，减缓初期燃烧速度，使压力升高率有
7、所降低。,增压压力对滞燃期的影响,2、急燃期 RAPID/premixed BURNING PHASE,柴油机的预混燃烧期,在上止点附近快速进行，压力升高率大。 形成第一峰放热。,平均压力升高率不宜超过0.6 MPa/CA,3、缓燃期 DIFFUSION BURNING PHASE,缸内温度和压力高，扩散燃烧速度快。 气缸工作容积不断增加，缸压变化缓。 缓燃期对应于放热规律曲线的第二峰。,柴油机的扩散燃烧期,4、后燃期 LATE BURNING PHASE,过浓混合气未燃烧的燃料、尾喷燃料、碳烟等的燃烧。 膨胀行程的中后期，膨胀比低，做功能力小。 增加排温和向冷却水的散热损失，使发动机的热负荷
8、增加，经济性下降。,少量柴油的后续燃烧,相同的机理：混合气自燃造成压力升高率过大。 不同的时刻： 柴油机的急燃期，预混燃烧过量。 汽油机的速燃后期，末端混合自燃。,四、柴油机的工作粗暴与汽油机的爆震燃烧 DIESEL ROUGHNESS AND SI ENGINE KNOCKING,1、一般概念,急燃期压力升高率过高而造成的气体冲击。,柴油机平均压力升高率0.6MPa/CA， 否则就是工作粗暴。,降低柴油机的燃烧噪声合适的压力升高率滞燃期内形成 的可燃混合气适量。,控制因素：滞燃期 滞燃期内的喷油量,2、柴油机燃烧噪声,降噪具体措施,选用十六烷值高的燃料，缩短滞燃期。,减小滞燃期内的喷油量，控制压力升高率和最 高爆发压力。,引导喷射,柴油机的冷起动性能 COLD START,冷起动的难易也是柴油机的一个重要性能指标 。,柴油机冷起动困难主要原因：,气缸内压缩始点温度下降，气缸壁传热增大以及由于起动转 速低而引起漏气量增加，从而使压缩终点温度、压力下降。 在低温时燃料粘度增大以及起动转速低从而使燃料的蒸发和雾化恶化，影响混合气的形成。 润滑油粘度增加，蓄电池性能下降等。,柴油机顺利起动条件 ：,压缩温 度必须足够高, ,为在气缸内某种燃料有可能开始着火的最低临界温度。,压缩终点温度。,必须形成易于着火的混合气,
