柴油机混合气的形成与燃烧.ppt

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1、第五章 柴油机混合气 的形成与燃烧,一、燃烧过程,1)燃烧过程概述,着火延迟期,速燃期,缓燃期,补燃期,燃烧过程,人为划分四个阶段：,A-B段为滞燃期,B-C段为速燃期,C-D段为缓燃期,D-E段为补燃期,1、燃烧过程概述,着火延迟期 从燃油开始喷入燃烧室内(A点)至由于开始燃烧而引起压力升高使压力脱离压缩线开始急剧上升(B点)。特点：温度越高、压力越高、柴油十六烷值越高着火延迟期越短。时间一般为：0.00030.0007秒。,燃烧过程,柴油机低温多级自燃,t1 阶段混合阶段 在压缩过程终了时，燃料喷入汽缸内形成可燃混合气。燃料遇到温度较高的空气，开始氧化，但速度缓慢，示功图上的压缩线没有明显

2、的变化。混合阶段，为着火做准备。t2 阶段第一级反应 燃烧的实质是燃料的氧化反应，当反应速度很快时，火焰就会出现。经过t1时间后，反应加剧，出现冷火焰，缸内压力超过压缩压力。在这一阶段，反应生成醛类、过氧化物和一氧化碳等中间产物。要求混合气较浓，=0.40.5。t3阶段第二级反应 温度、压力升高较大，产生许多化学反应的活性中心，出现蓝火焰。混合气稀得多，略小于1。,柴油机低温多级自燃,t1+t2+t3 时间后第三级反应 活性中心剧增，化学反应加速，热积累剧烈，发生爆炸，出现热火焰。混合气更稀，1。t1+t2+t3 着火延迟期,速燃:从压力脱离压缩线开始急剧上升(B点)至达到最大压力(C点)。特

3、点：速燃期内，在着火延迟期内准备好的混合气几乎同时开始燃烧，使燃烧室内的压力、温度急剧上升。燃浇室内的最大压力(又称为最大爆发压力)有可能达到13MPa以上。汽油机的爆燃现象就是终端混合气的自燃现象,它与柴油机的工作粗暴性,在燃烧本质上是一致的,均是可燃混合气自燃的结果。但两者发生的部位不一致。柴油机工作粗暴发生在速燃期的始点.,1、燃烧过程概述,1、燃烧过程概述,缓燃期:从最大压力点（c点）到最高温度点D点）。特点：一般喷射过程在缓燃期都已结束、随着燃烧过程的进行。空气逐渐减少而燃烧产物不断增多，燃烧的进行也渐趋缓慢。柴油机燃烧室内的最高温度可达2000K左右，一般在上止点后2035曲轴转角

4、处出现。由于不可能形成完全均匀的混合气，所以使柴油机必须在过量空气系数次1的条件下工作，保证基本完全燃烧的最小空气过量系数的大小随燃烧室的不同而异，在分隔室燃烧室中最小可达1.2左右。与汽油机相比，柴油机的空气利用率较低，这也是其升功率和比重量的指标比汽油机差的主要原因。,燃烧过程,1、燃烧过程概述,补燃:从最高温度点(D点)至燃油基本燃烧完(E点)。补燃期内燃油的燃烧可称为后燃，由于燃烧时间短促，混合气又不太均匀，总有少量燃油拖延到膨胀过程中继续燃烧。特别在高速、高负荷工况下，因过量空气系数小，混合气形成和燃烧的时间更短这种后燃现象就更为严重。2)燃烧放热规律 瞬时放热速率：是指在燃烧过程中

5、的某一时刻，单位时间内(或1曲轴转角内)燃烧的燃油所放出的热量。累积放热百分比：是指从燃烧过程开始至某一时刻为止已经燃烧的燃油与循环供油量的比值。瞬时放热速率和累积放热百分比随曲轴转角的变化关系，称为燃烧放热规律,燃烧过程,、燃烧放热规律,燃烧过程,燃 烧 起 点,燃烧放热规律曲线形状,燃 烧 持 续 时 间,燃烧放热规律三要素,、燃烧放热规律,一般来说，较理想的燃烧放热规律要求有一合适的燃烧起点，同时燃烧应该是先缓后急。在开始放热阶段，不希望燃烧放热速率上升得过快，以降低压力升高率，使柴油机的工作粗暴得到控制；然后燃烧应加速进行，使绝大部分燃油在尽可能靠近上止点处完成燃烧，以提高经济性。燃烧

6、持续时间不宜过长。3)柴油机的有害排放物和噪声振动(1)有害排放 柴油机的主要排放物包括：微粒（PM）、氮氧化合物(NOX)、一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)。其中主要的是氮氧化合物和微粒。柴油机排气的黑烟、白烟与蓝烟。,燃烧过程,、柴油机的有害排放物和噪声振动,黑烟：主要在柴油机大负荷和加速时产生，主要因为燃烧室内缺氧，燃烧不充分而产生的。白烟与蓝烟是柴油机冷起动后怠速或低负荷下暖机过程中产生，由于燃烧室内工质温度低，燃油不能完全蒸发燃烧，未燃烧或部分氧化的燃油以液态微粒的形式随废气排出，冷凝形成白烟与蓝烟，白烟与蓝烟主要区别是白烟的微粒直径较大。(2)柴油机的噪声与振动 人可听频率范围

7、为20Hz20000Hz，噪声的频率就在这一范围中。现代城市中的交通噪声是环境噪声的主要部分，可高达城市噪声的75左右，这里又以汽车为主，汽车的主要噪声源是发动机和轮胎（尤其在高速行驶时）。,燃烧过程,、柴油机的有害排放物和噪声振动,燃烧过程,a、柴油机噪声分类,柴油机振动的危害 发动机的振动会危害到发动机的使用寿命，造成缸套和活塞受到冲击，曲轴、凸轮轴断裂，传动齿轮磨损等。,、柴油机的有害排放物和噪声振动,当声波在弹性介质中运动时，使介质中的压力在稳定压力P附近增加或减小，这个压力的变化量，成为声压，它表示某一声波作用在单位面积上的压力大小。单位时（Pa）。声功率是指声源在单位时间内向外辐射

8、的声压大小，即：,燃烧过程,声强是单位时间内通过垂直于声波传播方向的单位面积上的能量，通常用I表示，其单位是瓦/米2（W/m2），即：,、噪声的度量与分析,（一）声压、声功率和声强,、柴油机的有害排放物和噪声振动,式中S声波的作用面积（m2）。基准声压所对应的声强为1012W/m2，称为听阀声强；痛阀声强声压所对应的声强为1W/m2，称为痛阀声强。（二）声压级、声功率级和声强级声学中普遍使用对数标度来度量声压、声强、和声功率等噪声的客观量度，称为声压级、声强级和声功率级，单位表示为分贝（dB）。声压级定义为：,燃烧过程,、柴油机的有害排放物和噪声振动,式中P为待测声压；P0=210-5Pa，即

9、基准声压（听阀声压）。听阀声压级为0dB,而痛阀的声压级为120dB.声强级定义为：,燃烧过程,式中，I为待测声强;I0=10-12w/m2,即听阀强。听阀的声级为0 dB，而痛阀的声强级为120dB。,声功率级定义为:,、柴油机的有害排放物和噪声振动,式中，W为待测声功率;W0=10-12W，是基准值。在大多数噪声测量现场，噪声源往往不止一个，噪声的声级的合成与分解是经常遇到的问题。应注意的是，声级的单位分贝(dB)是对数单位，因此声级的求和求差不能按一般的自然数直接进行运算，而应按照叠加的关系进行运算。计算方法在此不加讨论。（三）响度和响度级实践证明，人耳对声音的感觉不仅与声压级有关，而且

10、还与频率有关。两个声压相等的声音给人耳的感觉有可能不一样。例如空气压缩机和小轿车的噪声声级都90dB，但就人耳的感觉而言，前者的高频噪声要比后者的低频率噪声响的多。这就说明声音的响亮程度是由声压级和频率两个因素决定的。响度级就是一个能把声压级和频率用一个概念统一起来的量，单位是方(phon)。,燃烧过程,、柴油机的有害排放物和噪声振动,用响度级表示声音的大小，可以直接推算出声响增加或降低的百分数，如某声源经声学处理后，响度级降低10方，则相当与响度降低50%;响度级降低20方，相当于响度降低75%;响度级降低30方，相当于响度降低87.5%等等。显然，用响度级表示声音的变化是很直观的。,燃烧过

11、程,、柴油机的有害排放物和噪声振动,燃烧过程,、柴油机的有害排放物和噪声振动,从图可以看出，人耳最敏感的频率范围是20005000Hz。频率最低时，声压级最高，也不一定能听到。响度与响度级的关系是：,燃烧过程,即：响度级为40方时，其响度级为1宋。,（四）计权声级,声级计是测量声音强弱的仪器，声级计的“输入”是声音的客观存在的物理量度一声压和频率，而它的“输出”不仅要求是对数关系的声压级，而且应该是符合人耳特性的主观量度一响度级。然而声压级没有反映出频率的影响，它具有平直的频率响应。为使声级计的输出,、柴油机的有害排放物和噪声振动,符合人耳的听觉特性，应通过一套电学的滤波器网络，对某些频率成分

12、进行衰减，这种特殊的滤波期叫计权网络。通过计权网络测得的声压级，已不在是客观物理量的声压级，而是经过听感修正的声压级，叫做计权声级。通常，声级计设有A,B,C三种计权网络，它能对不同频率的声音信号进行不同程度的衰减。A计权网络是效仿40方等响曲线而设计，其特点是对低频和中频声有较大的衰减，即测量仪器对高频敏感，对低频不敏感，这与人耳对声音的感觉比较接近;B计权网络是仿效70方等响曲线，使被测的声音通过时，对低频段有一定的衰减;C计权网络是仿效100方等响曲线，任何频率段都没有衰减，可用C计权网络测得的读数代表总声压级。,燃烧过程,、柴油机的有害排放物和噪声振动,c、噪声控制(一)、被动控制:消

13、声控制、隔声控制(二)、主动控制:降低声源的振动能量一、吸声技术 1、吸声材料的分类和吸声特性 1）吸声材料的分类 在噪声控制工程设计中，常用吸声材料和吸声结构来降低室内噪声，尤其在体积较大，混响时间较长的室内空间，应用相当普遍。吸声材料按其吸声机理来分类，可以分成多孔性吸声材料及共振吸声结构两大类。,燃烧过程,、柴油机的有害排放物和噪声振动,多孔吸声材料 多孔性吸声材料的内部有许多微小细孔直通材料表面，或其内部有许多相互连通的气泡，具有一定的通气性能。多孔吸声材料的种类很多，我国目前生产的大体可分为四大类。（1）无机纤维材料，如玻璃棉、岩面及其制品。（2）有机纤维材料，如棉麻植物纤维及木质纤

14、维制品(软质纤维板、木丝板等)。（3）泡沫材料，如泡沫塑料和泡沫玻璃、泡沫混凝土等（4）吸声建筑材料，如膨胀珍珠岩、微孔吸声砖等。,燃烧过程,、柴油机的有害排放物和噪声振动,共振吸声结构 由于共振作用，在系统共振频率附近对入射声能具有较大的吸收作用的结构，称为共振吸声结构。常见的有穿孔板吸声结构、微穿孔板吸声结构、薄板和薄膜吸声结构等。2）吸声系数及其测量（1）吸声系数 吸声系数定义为材料吸收的声能与入射到材料上的总声能之比，可用吸声系数来描述吸声材料或吸声结构的吸声特性.计算公式为:,燃烧过程,、柴油机的有害排放物和噪声振动,式中:一入射声能;一被材料或结构吸收的声能;Er一被材料或结构反射

15、的声能;r一反射系数。由上公式可见，当入射声波被完全反射时，a=0，表示无吸声作用;当入射声波完全没有被反射时，a=l，表示完全吸收。一般的材料或结构的吸声系数在0-1之间，值越大，表示吸声性能越好，它是卧前表征吸声性能最常用的参数。为了表示方便，有时还用中心频率125,250,500,1000,2000,4000六个倍频程的吸声系数的平均值，称为平均吸声系数a。各种吸声材料的吸声系数的大小可查阅相关手册。,燃烧过程,、柴油机的有害排放物和噪声振动,（2）多孔吸声材料 多孔吸声材料是目前应用最为厂一泛的吸声材料。最初的多孔吸声材料是以麻、棉、毛发、甘蔗渣等天然动植物纤维为主，目前则以玻璃棉、矿

16、渣棉等无机纤维替代。这些材料可以为松散的，也可以加工成棉絮状或采用适当的粘结剂加工成毡状或板状。a、多孔吸声材料的吸声原理 多孔材料内部具有无数细微孔隙，孔隙间彼此相通，且通过表面与外界相通，当声波入射到材料表面时，一部分在材料表面上反射，一部分则透入到材料内部向一前传播。在传播过程中，引起孔隙中的空气运动，与形成孔壁的固体筋络发生摩擦，由于粘滞性和热传导效应，将声能转变为热能而耗散掉。声波在刚性壁面反射后，经过材料回到其表面时，一部分声,燃烧过程,、柴油机的有害排放物和噪声振动,波透回空气中，一部分又反射回材料内部，声波的这种反复传播的过程，就是能量不断转化耗散的过程，如此反复，直到平衡，这

17、样，材料就吸收了部分声音。由此可见，只有材料的孔隙对表面开口，孔孔相连，且孔隙深入材料内部，才能有效地吸收声能。有些材料内部虽然也有许多微小气孔，但气孔密闭，彼此不相通，当声波入射到材料表面时，很难进入到材料内部，只是使材料作整体振动，其吸声机理和吸声特性与多孔材料不同，不应作为多孔吸声材料来考虑。如聚笨和部分聚氯乙烯泡沫塑料，内部虽然有大量气孔，但多数气孔为单个闭孔，互不相通，它们可以作为隔热材料，但不能作为吸声材料。开孔是吸声材料的基本构造(见图)。,燃烧过程,、柴油机的有害排放物和噪声振动,燃烧过程,、柴油机的有害排放物和噪声振动,在实际工作中，为防止松散的多孔材料飞散，常用透声织物缝制

18、成袋，再内充吸声材料，为保持固定的几何形状并防止对材料的机械损伤，可在材料间加筋条(龙骨)，材料外表面加穿孔护面板，制成多孔吸声结构。（3）共振动吸声结构 a、薄膜与薄板共振吸声结构 薄膜或薄板可与背后封闭的空气形成共振系统。共振频率由单位面积薄膜或薄板的质量、薄膜或薄板后空气层厚度决定。其共振频率可按下式计算:,燃烧过程,、柴油机的有害排放物和噪声振动,式中:M膜的单位面积质量，kg/m2;L膜与刚性壁之间空气层的厚度，cm。薄膜吸声结构的共振频率通常在200-1000Hz范围，最大吸声系数约为，一般把它作为中频范围的吸声材料。当薄膜作为多孔材料的面层时，结构的吸声特性取决于膜和多孔材料的种

19、类以及安装方法。一般说来，在整个频率范围内吸声吸数比没有多孔材料只用薄膜时普遍提高。实用中薄板厚度常取3-6mm，空气层厚度一般取3-10cm，共振频率约在80-300Hz,故通常用于低频率吸声。常用的薄膜、薄板结构的吸声系数可查阅相关手册。,燃烧过程,、柴油机的有害排放物和噪声振动,b、穿孔板共振吸声结构,燃烧过程,在板材上，以一定的孔径和穿孔率打上孔，背后留有一定厚度的空气层，就成为穿孔板共振吸声结构，见上图。这种吸声结构可以看作是由许多单腔共振吸声结构并联而成。其共振频率是:,、柴油机的有害排放物和噪声振动,式中:c一声速，m/s;L一板后空气层厚度，m;t一板厚，m;s一孔口末端修正量

20、，m;P一穿孔率，即穿孔面积与总面积之比。由上式可知，板的穿孔面积越大，吸声频率越高;空腔越深或板越厚，吸声的频率越低。一般穿孔板吸声结构主要用于吸收低中频噪声的峰值。吸声系数约为。工程上一般取板厚2-5mm，孔径2-4mm，穿孔率1%-10%，空腔深(即板后空气层厚度)以10-25cm为宜。尺寸超过以上范围，多有不良影响，例如穿孔率在20%以上时，几乎没有共振吸声作用，而仅仅成为护面板了。,燃烧过程,、柴油机的有害排放物和噪声振动,在确定穿孔板共振吸声结构的主要尺寸后，可根据主要尺寸查阅手册，选择近似或相近结构的吸声系数，再按实际需要的减噪量，计算应铺设吸声结构的面积。由于穿孔板自身的声阻很

21、小，这种结构的吸声频带较窄，如在穿孔板背后填充一些多孔的材料或敷上声阻较大的纺织物等材料，便可改进其吸声特征。填充吸声材料时，可以把空腔填满，也可以只填一部分，关键在于控制适当的声阻率。下图是填充多孔材料前后吸声特性的比较。由下图可见，填充多孔材料后，不仅提高了穿孔板的吸声系数，而且展宽了有效吸声频带宽度。为扩展吸声频带，还可以采用不同穿孔率、不同腔深的多孔板吸声结构的组合。,燃烧过程,、柴油机的有害排放物和噪声振动,燃烧过程,(1)背后空气层内填充50厚玻璃棉吸声材料(2)背后空气层内填充25厚玻璃棉吸声材料(3)背后空气层50，不填吸声材料(4)背后空气层25，不填吸声材料,、柴油机的有害

22、排放物和噪声振动,二、隔声技术 隔声是在噪声控制中最常用的技术之一。声波在空气中传播时，使声能在传播途径中受到阻挡而不能直接通过的措施，称为隔声。隔声的具体形式有隔声墙、隔声罩、隔声间等。1、隔声墙 隔声技术中，常把板状或墙状的隔声构件称为隔板或隔墙，简称墙。仅有一层隔板的称单层墙;有两层或多层，层间有空气或其它材料的，称为双层墙或多层墙。通过理论计算可以推出，对于一般的固体材料，如砖墙、木板、钢板、玻璃等单层 隔声材料，隔声量为:TL 20 lgmf-42.5，其中，m是指单位面积,燃烧过程,、柴油机的有害排放物和噪声振动,们墙体的质量，f是指声波的频率。这就是关于隔声的质量定律。它表明，m

23、和f每增加1倍，隔声量都增加6dB。由质量定律可知，增加墙的厚度，从而可增加单位面积的质量，即可增加隔声量，但是仅依靠增加墙的厚度来提高隔声量是不经济的，在这种情况下通常采用双层墙。例如，单层墙的隔声量为30 dB，如果隔墙厚度增加一倍时，隔声量为36dB，即提高了6dB.如果作为完全分离的双层墙，在理想的情况下，总隔声量可达60dB。当然，在实际上双层墙相互不可能离的很远，中间空气层的祸合作用必须加以考虑，因此总隔声量并不是两层墙板隔声量的简叠加。但作为实用的双层墙，即使是10cm厚的空气层，也大致能使隔声量增加8-12dB。如果达到与单层墙同样的隔声量，则双层墙的总重量仅为单层墙的三分之一

24、左右。,燃烧过程,、柴油机的有害排放物和噪声振动,有时，把多层结构组成一个整体，成为一种复合墙，比较切合实用要求。从整体来说，它可看成是单层复合墙板。为了提高复合板的隔声效果，一般地说，应遵照下列设计原则:相邻两层材料间声阻抗之比尽可能大些，使界面上的声反射系数提高，从而可以提高隔声效果。对于双层复合板，宜使其中一层较为柔顺，并具有较大的损耗因子，可用来减弱弯曲振动，使临界频率以上隔声量提高。另一层具有足够大的刚性和强度，使能满足机械性能上的要求。对于多层复合板，宜采用“夹心”结构，即在外层用刚性较好、强度较大的薄层材料，在心层采用柔软的厚层吸声或阻尼材料。,燃烧过程,、柴油机的有害排放物和噪

25、声振动,2、隔声罩 隔声罩是噪声控制中常被采用的设备，用它把声源封闭在罩内，以减少向周围的声辐射。隔声罩的技术措施简单，降噪效果好，在噪声控制工程中广为应用，在设计和选用隔声罩时应注意以下几个方面:罩壁必须有足够的隔声量，且为了便于制造安装维修，宜采用0.5-2mm厚的钢板或铝板等轻薄密实的材料制作。用钢板或铝板等轻薄型材料作罩壁时，须在壁面上加筋，涂贴阻尼层，以抑制与减弱共振和吻合效应的产生。罩体与声源设备及其机座之间不能有钢性接 触，以避免形成“声桥”，导致隔声量降低。,燃烧过程,、柴油机的有害排放物和噪声振动,隔声罩周围要采取减振和密封措施。罩内要加吸声处理，使用多孔松散材料时，应有较牢

26、固的护面层。罩壳形状恰当，尽量少用方形平行罩壁，以防止仗内空气声的驻波效应，同时，罩壁与设备之间应留有较大的空间，一般为设备所占空间的1/3以上。三、隔振技术及阻尼减振 声波起源于物体的振动，物体的振动除了向周围空间辐射在空气中传播的声(称“空气声”)外，还通过与其相连的固体结构传播声波，简称“固体声”，固体声在传播的过程中又会向周围空气辐射噪声，特别是引起物体共振时，会辐射很强的噪声。,燃烧过程,、柴油机的有害排放物和噪声振动,对于振动的控制应从以下两个方面采取措施:一是对振动源进行改进以减弱振动强度;二是在振动传播途径上采取隔振措施，或用阻尼材料消耗振动的能量并减弱振动向空间的辐射。从而直

27、接或间接地使噪声降低。隔振措施是在振动部件和基础之间安装隔振器或隔振材料，使振动部件和基础之间的刚性联结变成弹性支撑。工程中广泛使用的有钢弹簧、橡胶、玻璃棉粘、软木和空气弹簧等。它们的隔振特点见下表:,燃烧过程,、柴油机的有害排放物和噪声振动,燃烧过程,、柴油机的有害排放物和噪声振动,有很多噪声是因为金属薄板受激发振动而产生，金属薄板本身阻尼很小，而声辐射效率很高。降低这种振动和噪声，普遍采用的方法是在金属薄板构件上喷涂或粘贴一层高内阻的粘弹性材料，如沥青、橡胶或高分子材料。当金属板振动时，由于阻尼作用，一部分振动能量转变为热能，而使振动和噪声降低。,燃烧过程,、柴油机的有害排放物和噪声振动,

28、（3）噪声与振动的控制措施a、控制燃烧过程来降低燃烧噪声；b、改进机体等有关零部件，提高刚度，降低结构振动的振幅和提高共振频率；c、减小各部件间的间隙，为减小惯性力，降低活塞平均速度；d、采用吸振减振材料制造零件；e、改进消音器结构材料，改进空气滤清器、风扇的设计，以降低气体动力噪声；f、遮屏蔽噪声源，破坏噪声传播途径。,燃烧过程,二、燃油喷射和雾化,1）供油系统和喷射过程概述（1）供油系分类,工作原理,柱塞式泵供油系统,分配泵式供油系统,PT燃油系统,柴油机供油系统,1、供油系统和喷射过程概述,a、柱塞泵供油系统 柱塞泵供油系统使用最广，包含三套偶件（针阀偶件、柱塞、出油阀偶件），最大喷射压

29、力较高。泵喷嘴是柱塞式供油系统的变型。b、分配泵供油系统 分配泵供油系统结构紧凑，体积小，质量轻，供油压力稍低。以旋转形式供油。c、PT供油系统 PT供油系统是美国专利技术，我国已引进专利生产，高压产生在喷嘴，而没有高压泵。（2）供油系统组成 油箱、输油泵、滤清器、喷油泵、喷油器、调整器、供油提前角装置。喷油器、喷油泵、高压油管组成高压油路，称喷射系统。,燃油喷射和雾化,1、供油系统和喷射过程概述,燃油喷射和雾化,1、供油系统和喷射过程概述,a、喷油泵 作用：喷油泵作用是定时、定量地经高压油管向各缸地喷油器周期性供给高压油。分类：常见的有直列式和分配式两种类型。直列式喷油泵：以柱塞行程、泵缸中

30、心距和结构待征为基础成为系列，每个系列可以改变柱塞直径和缸数，以适应不同柴油机的需要。分配式喷油泵：应用于轿车和轻型车中，具有结构紧凑，体积小，质量轻，工作转速高，但难达到较高的供油压力，对燃油的质量要求较高。b、喷油器 作用：喷油器作用是将喷油泵供给地高压油喷入柴油机的燃烧室，使燃油雾化成微细的油粒，并按一定要求分布在燃烧室内。,燃油喷射和雾化,1、供油系统和喷射过程概述,分类：分为孔式喷油器和轴针式喷油器。,燃油喷射和雾化,1、供油系统和喷射过程概述,燃油喷射和雾化,1、供油系统和喷射过程概述,孔式喷油器 孔式喷油器用于直喷式燃烧室中，喷孔的数目、直径及角度与具体的燃烧室形状和空气运动等因

31、素有关。同一喷油器各喷孔直径及角度也不一定相同。较小的喷孔，一方面易引起积炭堵塞等故障，另一方面对加工要求高难度增大，最小孔径目前可达0.15mm.,燃油喷射和雾化,高压油腔,1、供油系统和喷射过程概述,轴针式喷油器 轴针式喷油器用于分隔式燃烧室中，针阀喷孔头部的轴针有圆锥体和圆柱体等不同的形状，轴针在喷孔内上下运动(其间的环状间隙约为0.050.25mm)，可起到自洁作用。,燃油喷射和雾化,轴针,高压油腔,受压锥面,1、供油系统和喷射过程概述,（3）喷油泵速度特性及其校正 喷油泵油量控制机构位置固定，循环供油量随喷油泵转速变化的关系称为喷油泵速度特性。,燃油喷射和雾化,柱塞套,柱塞,进油孔,

32、1、供油系统和喷射过程概述,燃油喷射和雾化,齿杆式油量调节机构,拨叉拉杆式油量调节机构,1、供油系统和喷射过程概述,油孔节流作用：对于柱塞式喷油泵，当喷油泵柱塞向上运动中柱塞上端面还未完全关闭油孔时，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，泵油就已经开始，结果使出油阀相对提早开启；同样，在油孔刚刚开启时，柱塞上部的燃油不能立即通过油孔流出，使出油阀相对滞后关闭，这就是油孔处的节流作用。a、喷油泵速度特性 通过油孔流出，使出油阀相对滞后关闭，这就是油孔处的节流作用。转速越高，油孔处节流作用的影响也越大，因此，一段随着转速的上升，循环供油量呈略有增大的趋势(AB和CD段)。

33、,燃油喷射和雾化,1、供油系统和喷射过程概述,燃油喷射和雾化,b、喷油泵速度校正,喷油泵所固有的速度特性通常并不理想，特别对于车用柴油机，因此需要对其进行必要的校正。在较高的转速范围内，一般柴油机的充气效率随转速的上,1、供油系统和喷射过程概述,升而下降，而循环供油量随转速的上升而增大，使空气量与供油量不相匹配。若在低速n1固定供油量，则会造成高速供油量过多(图中 的AB段)，使柴油机燃烧不完全而冒黑烟若在高速n2下固定供油量，则会造成低速供油量不足(图中的CD段)，使柴油机的潜力得不到充分发挥。通过校正可以得到较理想的喷油泵速度特性(图中的AD段)。这样也将有利于提高车用柴油机适应阻力变化的

34、能力，得到较理想的转矩特性。（4）燃油喷射过程 喷射过程是指从喷油泵开始供油直至喷油器停止喷油的过程。整个喷射过程在全负荷工况下约占1540度曲轴转角。喷射过程分为三个阶段：喷射延迟阶段、主喷射阶段和喷射结束阶段。,燃油喷射和雾化,1、供油系统和喷射过程概述,燃油喷射和雾化,1、供油系统和喷射过程概述,燃油喷射和雾化,喷射延迟阶段 该阶段从喷油泵上的出油阀开始升起(供油始点)到喷油器的针阀开始升起(喷油始点)为止。出油阀升起后，受压缩的燃油进入高压油管，使喷油泵端的压力上升，压力波以声速(约1400ms)沿高压油管向喷油器端传播。当传播到喷油器端的压力超过针阀开启压力(又称喷射压力)时，针阀即

35、升起，开始喷油。主喷射阶段 该阶段从喷油始点到喷油器端的压力开始急剧下降为止。在针阀升起过程中，由于针阀上升让出容积以及一部分燃油喷入燃烧室内，喷油器端的压力有一短暂下降。当油孔刚刚开启时，最初因开度小有节流作用，喷油泵端压力并不立即下降；随着油孔逐渐打开，并由于出油阀落座过程中出油阀减压容积的作用，压力才急剧下降。由于压力波传播的原因，喷油器端压力的下降有一滞后。,1、供油系统和喷射过程概述,喷射结束阶段 该阶段从喷油器端的压力开始急剧下降到喷油器的针阀完全落座停止喷油为止。这一阶段内还有少量燃油从喷孔喷出。由于压力下降，燃油雾化变差，故应尽可能地缩短这一阶段，即喷射过程的结束应干脆迅速。（

36、5）供油规律和喷油规律 供油规律：单位时间内（或1度喷油泵凸轮轴转角）喷油泵供油量随时间（或喷油泵凸轮转角）的变化关系。它纯粹是由喷油泵柱塞的几何尺寸和运动规律确定的。喷油规律：喷油规律则是单位时间内喷油器喷入燃烧室内的燃油量随时间的变化关系。,燃油喷射和雾化,1、供油系统和喷射过程概述,（6）不正常喷射现象和喷射系统中的穴蚀破坏 喷射系统内的压力高变化快，在高速和强化程度高时尤为突出，产生了出现一些不正常喷射现象的可能性。不正常喷射现象主要包括二次喷射、滴油现象、断续喷射、不规则喷射和隔次喷射。a、二次喷射 喷油器针阀落座以后，在压力波动的影响下再次升起喷油的现象。由于二次喷射是在燃油压力较

37、低的情况下喷射的，燃油雾化不良，燃烧不完全，碳烟增多、引起喷孔积炭堵塞。二次喷射使喷射待续时间拉长，使燃烧过程不能及时进行，经济性下降，零部件过热。发生在高速、大负荷工况。,燃油喷射和雾化,1、供油系统和喷射过程概述,b、滴油现象 在喷油器针阀密封正常的情况下，喷射终了时由于系统内的压力下降过慢使针阀不能迅速落座，出现仍有燃油流出的现象。这种在喷射终了时流出的燃油速度及压力极低，难以雾化，易生成积炭并使喷孔堵塞。c、断续喷射 由于在某一瞬间喷油泵的供油量小于从喷油器喷出的油量和填充针阀上升空出空间的油量之和，造成针阀在喷射过程中周期性跳动的现象。这时喷油泵端压力及针阀的运动方向不断变化，易导致

38、针阀副的过度磨损。,燃油喷射和雾化,1、供油系统和喷射过程概述,d、不规则喷射和隔次喷射 供油量过小时，循环喷油量不断变动甚至出现有的循环不喷油的现象。不规则喷射和隔次喷射易发生在柴油机怠速工况下，造成怠速运转不稳定、工作粗暴限制了柴油机的最低稳定转速。避免不正常喷射的措施：缩短高压油管长度、减小高压容积、降低压力波动、合理选择喷射系统的参数：如：喷油泵柱塞的直径、凸轮廓线、出油阀形式及尺寸、出油阀减压容积、高压油管内径、喷油器喷孔尺寸、针阀开启压力等。,燃油喷射和雾化,1、供油系统和喷射过程概述,e、穴蚀破坏 在高压容积内产生压力波动时，由于出现极低的压力而形成气泡，压力迅速升高使气泡爆裂而

39、产生冲击波，这种冲击波多次作用于金属表面则引起穴蚀。穴蚀破坏会影响到喷射系统的工作可靠性和使用寿命。2）燃油的雾化和油束特性（1）燃油雾化：是指燃油喷入燃烧室后被粉碎分散成细小液滴的过程。雾化好可形成较理想的混合气。燃油的雾化增加与空气接触的蒸发表面积、加速从空气中的吸热过程和液滴的汽化过程，有利于混合气的形成。例如，假设1mL的燃油为一球体，则其表面积约为483.6mm2，若雾化为直径40m的均匀球状油滴，可产生油滴约3107个，其总的表面积约1.5105mm2，约增加为原来的310倍。,燃油喷射和雾化,2、燃油的雾化和油束特性,（2）油束 组成：燃油在喷油泵中被压缩后，经高压油管在极高压力

40、(20160MPa)的作用下以极大的速度(100400m/s)及在高度紊流状态下从喷油器的喷孔喷射入燃烧室内。燃油在高速流动中，在与燃烧室内高压空气的相对运动中及紊流的作用下。被逐步粉碎分散为直径约250m的液滴。由大小不同的液滴组成了油束。结构：下图为在静止的高压空气中喷射过程某一时刻的油束结构示意图。油束核心部分液滴非常密集且液滴直径较大，液滴运动速度较高，空气极少，油束外围部分则与之相反，液滴稀少且液滴直径较小，液滴运动速度也较低.,燃油喷射和雾化,2、燃油的雾化和油束特性,特性描述：从几何形状和雾化质量两个方面来描述。a、几何形状油束的几何形状主要包括油束射程(又称为贯穿距离)L和喷射

41、锥角或油束的最大宽度B。此外，贯穿率是常用的参数之一。贯穿率为相对值，是指油束的贯穿距离与喷孔口沿喷孔轴线到燃烧室壁距离的比值。贯穿率苦大于1，则意味着有一部分燃油喷射到了燃烧室的壁面上。影响油束几何形状的主要因素有：喷射压力，喷油器喷孔的长度直径比和空气与燃油密度比等。b、雾化质量它是指油束中液滴的细度和均匀度。细度可以用液滴平均直径来表示。液滴平均直径越小，油束雾化得越细。减小喷油器喷孔直径，增大燃油喷入时的流,燃油喷射和雾化,2、燃油的雾化和油束特性,速、空气密度的增大以及燃油粘度和表面张力的减小，都会使平均油滴直径减小。,燃油喷射和雾化,图表示了不同喷射压力时油束的雾化质量。由图可见，

42、喷射压力较高时，油束雾化得较细，比较均匀。各种不同的燃烧室对油束的几何形状和雾化质量的具体要求有所不同。,、对喷射系统的要求,喷射系统对柴油机混合气形成和燃烧的质量，进而对柴油机性能的好坏有着重要的作用。,燃油喷射和雾化,要求,、对喷射系统的要求,（）避免出现不正常喷射现象和穴蚀破坏这是对喷射系统最基本的要求。车用柴油机在很大的转速和负荷工况范围内工作，要保证在任一工况下都不出现不正常喷射现象往往是较为困难的，而且值得注意的是，一些消除不正常喷射现象的措施往往会促成穴蚀破坏的产生。这就需要在喷射系统的调整和匹配过中，考虑到各种工况，同时兼顾各方面的要求。（）实现喷油提前角可随转速和负荷调整可以

43、根据不同转速和负荷的工况要求，在最佳的喷油时刻，精确提供所需要的燃油量。为此，需要实现喷油提前角随不同转速和负荷进行调整。对多缸柴油机，应保证各缸的均匀一致性，为此希望各缸的高压油管长度尽可能地一致。,燃油喷射和雾化,、对喷射系统的要求,（）尽可能实现理想的喷油规律一方面，更高的喷射压力和喷油速率以及更短的喷油持续时间已是发展趋势。另一方面，为避免柴油机工作过于粗暴、又希望实现“先缓后急”的喷油规律。为保证“先缓后急”的喷油规律，已开发了所谓的“分级喷射”的方法即实现第一次喷入少量燃油，第二次再喷入其余大部分燃油。总结1、高的喷射压力，并在发动机的全工况范围内实时可调；2、喷油定时灵活可调；3

44、、实现可控制喷油率的形状，可进行多段喷射的喷油速率柔性控制；4、高精度的油量控制，包括预喷射和后喷射的控制精,燃油喷射和雾化,、对喷射系统的要求,度；5、快速的瞬间响应；6、低的均衡驱动转矩）电子喷射控制系统在柴油机的电子控制系统中，最早研究并实现产业化的是电子控制的柴油喷射系统。随着排放法规的逐步严格以及机械加工、电子制造技术的进步，在原有机械式喷油系统的基础上先后出现了位置控制式电控燃油系统、时间控制式电控燃油系统和压力-时间控制式电控燃油系统等三代电控燃油喷射系统，而机械式喷油系统主要有柱塞泵、分配泵、泵喷嘴和单体泵等几种，这几代电控喷油系统是在不同的机械式喷油系统上应用，从而形成了多种

45、类型的电控燃油喷射系统。,燃油喷射和雾化,、电子喷射控制系统,（）电控柴油喷射系统发展分为三代：第一代：传统泵管嘴燃油喷射系统的电子控制；第二代：泵喷嘴燃油喷射系统的电子控制；第三代：蓄压式（或共轨式）高压燃油喷射系统的电子控制。a、第一代:传统泵管嘴燃油喷射系统的电子控制 结构组成:主要由传感器、电控单元、执行器等3部分组成。,燃油喷射和雾化,、电子喷射控制系统,b、第二代：泵喷嘴燃油喷射系统的电子控制,燃油喷射和雾化,结构组成:主要由传感器、电控单元、执行器等3部分组成。,、电子喷射控制系统,c、第三代：蓄压式（或共轨式）高压燃油喷射系统的电子控制 结构组成:主要由传感器、电控单元、执行器

46、等3部分组成。,燃油喷射和雾化,1,、电子喷射控制系统,电控柴油喷射系统的特点：与传统的柴油供油系统相比，电控柴油喷射系统有下列优点：控制精确、灵敏；无控制系统的磨损等问题；控制方式可根据要求在程序中修改完成，不必修改零部件。下面以泵-管-嘴燃油喷射的电子控制系统为例来说明：结构组成：由传感器、电控单元（ECU）、执行器、不带供油提前器和调速器的高压油泵等部分组成。如下图所示。,燃油喷射和雾化,、电子喷射控制系统,燃油喷射和雾化,、电子喷射控制系统,传感器的作用是：适时检测发动机的运行状态，以及驾驶员的操作意向和操作信息，并将其输入给电控单元；ECU核心部分是计算机，它与系统软件一起负责信息的

47、采集、处理、计算、和执行程序，并将运行结果作为指令输出到执行器；执行器按照电控单元送来的指令，调节供油量和供油定时等。,燃油喷射和雾化,、电子喷射控制系统,ECD系统的传感器及控制项目,燃油喷射和雾化,、电子喷射控制系统,供油量的控制与修正 ECU根据加速踏板位置传感器和柴油机的转速传感器输入的信号，计算出基本供油量；然后根据冷却水温度、进气温度、进气压力等信号以及起动机信号对基本油量进行修正；再按供油量调节套筒位置传感器信号进行反馈修正之后，确定最佳供油量。,燃油喷射和雾化,、电子喷射控制系统,供油量的控制与修正-工作原理：如图5-43（P209）控制是通过移动分配泵的的供油量调节套筒进行的

48、。根据ECU的指令，计算机通过改变电磁阀1的通电电流，使供油量调节套筒移动。控制信号电流愈大，磁场强度越强。在磁力作用下可动铁心克服弹簧力向左移动，使供油量调节套筒向右移动，供油量增加。传感器2将供油量调节套筒的位置反馈给计算机。,燃油喷射和雾化,、电子喷射控制系统,燃油喷射和雾化,ECU,图5-43（P209）控制,、电子喷射控制系统,供油定时的控制-1 ECU根据加速踏板位置传感器和柴油机的转速传感器输入的信号，计算出基本供油量；然后根据冷却水温度、进气压力等信号以及起动机信号对基本油量进行修正；再按喷油提前器活塞位置传感器信号进行反馈修正之后，确定最佳供油定时。,燃油喷射和雾化,、电子喷

49、射控制系统,供油定时的控制-2 与机械式供油提前调节原理相同，利用喷油提前器活塞左右两侧的压差改变活塞的位置，使喷油提前发生改变。结构不同点在于在活塞的两压力室之间加了一个由供油定时控制电磁阀控制的油路，电磁阀的开闭使喷油提前器活塞的高、低压腔导通和断开，导通时低压腔压力升高，活塞右移；关闭时，低压腔压力恢复低压，活塞左移。,燃油喷射和雾化,ECU,、电子喷射控制系统,供油定时的控制-3 计算机给供油定时控制电磁阀的信号是一个周期不变而高低电平比例可调的方波信号，人们将高电平（有效电平）占信号周期的比叫占空比，改变信号的占空比就可改变电磁阀的开闭时间，从而改变喷油提前器活塞两侧的压力差，达到改

50、变供油定时的目的。,燃油喷射和雾化,ECU,、电子喷射控制系统,控制滑套式 如图所示，在循环喷油量“位置控制”的电控直列泵的柱塞偶件上增加一个控制滑套，由控制滑套的上下移动改变供油始点，即改变柱塞预行程的方法来实现对喷油速率的控制，而柱塞有效行程不变，即循环供油量不变，其工作原理如图所示。,燃油喷射和雾化,三、混合气的形成和燃烧室,1）柴油机混合气形成特点和方式 特点：柴油机在进气过程中进入燃烧室的是纯空气，在压缩过程接近终了时柴油才被喷入，经一定准备后即自行着火燃烧。形成特点：由于柴油机的混合气形成的时间比汽油机短促得多，而且柴油的蒸发性和流动性都较汽油差，使得柴油难以在燃烧前彻底雾化蒸发并