柴油机的燃料与燃烧过程课件.ppt
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- 柴油机 燃料 燃烧 过程 课件
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1、 第四章 柴油机的燃料与燃烧过程第一节第一节 柴油的使用性能柴油的使用性能第四章第四章 柴油机的燃料与燃烧过程柴油机的燃料与燃烧过程一、柴油的着火性一、柴油的着火性 燃料的着火性,系泛指燃料在燃烧过程中,其着火温燃料的着火性,系泛指燃料在燃烧过程中,其着火温度与着火落后期之间的关系特性。它标志着燃料的自燃能度与着火落后期之间的关系特性。它标志着燃料的自燃能力。评定柴油着火性的指标是十六烷值。十六烷值高,着力。评定柴油着火性的指标是十六烷值。十六烷值高,着火性好。这意味着柴油机在一定的压缩比、转速、进气温火性好。这意味着柴油机在一定的压缩比、转速、进气温度和冷却水温度等条件下,着火落后期短。度和
2、冷却水温度等条件下,着火落后期短。二、柴油的挥发性 柴油的挥发性也用馏程曲线来表示,主要以柴油的挥发性也用馏程曲线来表示,主要以5050馏出温度、馏出温度、9090馏出温度和馏出温度和9595馏出温度作为评价柴油蒸发性的指标。馏出温度作为评价柴油蒸发性的指标。5050馏出温度低,说明这种柴油的挥发性较好,喷入气缸以后能够迅馏出温度低,说明这种柴油的挥发性较好,喷入气缸以后能够迅速蒸发与空气混合,有利于燃烧的进行,并使柴油机的冷起动较速蒸发与空气混合,有利于燃烧的进行,并使柴油机的冷起动较容易。但容易。但5050馏出温度过低的柴油通常也不被采用,因为柴油中馏出温度过低的柴油通常也不被采用,因为柴
3、油中蒸发性好的组成成分其发火性差。蒸发性好的组成成分其发火性差。9090和和9595馏出温度标志柴油馏出温度标志柴油中所含重质成分的数量。中所含重质成分的数量。9090和和9595馏出温度高,说明柴油中重馏出温度高,说明柴油中重质成分较多,其挥发性较差,在气缸内不易蒸发,与空气混合不质成分较多,其挥发性较差,在气缸内不易蒸发,与空气混合不均匀,导致排气冒烟和积炭增加;因此,应对均匀,导致排气冒烟和积炭增加;因此,应对9090和和9595馏出温馏出温度有所控制,要求其值较低。一般要求柴油的度有所控制,要求其值较低。一般要求柴油的5050馏出温度应适馏出温度应适宜,宜,9090馏出温度和馏出温度和
4、9595馏出温度应比较低馏出温度应比较低。三、柴油的粘度 柴油的粘度决定其流动性。粘度是液体分子的内聚柴油的粘度决定其流动性。粘度是液体分子的内聚力,它表现为液体抵抗运动的阻力。柴油的粘度低时,力,它表现为液体抵抗运动的阻力。柴油的粘度低时,流动性好,柴油自喷油器中喷出的燃料容易雾化成细碎流动性好,柴油自喷油器中喷出的燃料容易雾化成细碎的油滴,便于和空气均匀混合。柴油的粘度对高压喷油的油滴,便于和空气均匀混合。柴油的粘度对高压喷油泵柱塞副的润滑和通过柱塞副的漏泄有重要影响。柴油泵柱塞副的润滑和通过柱塞副的漏泄有重要影响。柴油粘度过低时,会失去必要的润滑能力,柱塞副的润滑状粘度过低时,会失去必要
5、的润滑能力,柱塞副的润滑状况变坏,加剧喷油泵和喷油器中精密偶件的磨损,增大况变坏,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,泄漏也增加。粘度过大,流动阻精密运动副的漏油量,泄漏也增加。粘度过大,流动阻力大,滤清困难,喷雾不良。力大,滤清困难,喷雾不良。四、柴油的凝点四、柴油的凝点 温度降低时,柴油开始析出固态石蜡而呈混浊状态的温度称温度降低时,柴油开始析出固态石蜡而呈混浊状态的温度称为浊点。温度继续下降,柴油失去流动性的温度称为凝点。柴油为浊点。温度继续下降,柴油失去流动性的温度称为凝点。柴油达到浊点时,虽然仍具有流动性,但流动性严重下降,石蜡结晶达到浊点时,虽然仍具有流动性
6、,但流动性严重下降,石蜡结晶颗粒容易堵塞滤清器和油路会导致供油困难甚至供油中断,柴油颗粒容易堵塞滤清器和油路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,凝点与浊点的温差小。选用柴油时,一求柴油应有较低的凝点,凝点与浊点的温差小。选用柴油时,一般要求凝点比最低工作温度低般要求凝点比最低工作温度低3 355以上,浊点不得高出凝点以上,浊点不得高出凝点77。我国的柴油规格就是以凝点编号的;例如:国产。我国的柴油规格就是以凝点编号的;例如:国产0 0号柴油,号柴油,它的凝固点为它的
7、凝固点为00,适合于夏季使用。,适合于夏季使用。2020号柴油凝固点为号柴油凝固点为2020,适合于冬季或寒冷地区使用。,适合于冬季或寒冷地区使用。第二节第二节 柴油机混合气的形成柴油机混合气的形成化学能化学能热能热能燃烧燃烧机械能机械能膨胀做功膨胀做功一、混合气形成的特点一、混合气形成的特点 与汽油机相比,柴油机的混合气形成有如下的特点。首先是柴与汽油机相比,柴油机的混合气形成有如下的特点。首先是柴油机的混合气形成只能在气缸内部进行;其次是混合气形成所占时油机的混合气形成只能在气缸内部进行;其次是混合气形成所占时间甚短,一般占间甚短,一般占15153535曲轴转角,在曲轴转角,在0.0007
8、0.00070.0030.003秒的时间秒的时间内燃油经历破碎雾化、吸热、汽化、扩散与空气混合等过程,因而内燃油经历破碎雾化、吸热、汽化、扩散与空气混合等过程,因而混合气成分在燃烧室各处很不均匀,而且随着燃油的不断喷入在不混合气成分在燃烧室各处很不均匀,而且随着燃油的不断喷入在不断改变。这就迫使柴油机的过量空气系数远大于汽油机。断改变。这就迫使柴油机的过量空气系数远大于汽油机。柴油机的柴油机的过量空气系数一般为过量空气系数一般为1.21.21.51.5,致使气缸工作容积利用率降低,致使气缸工作容积利用率降低。二、柴油机混合气形成方式二、柴油机混合气形成方式1.空间雾化混合空间雾化混合較高噴油压
9、力較高噴油压力破碎雾化破碎雾化燃料燃料燃燒室燃燒室吸热蒸发吸热蒸发混合混合混合气混合气无进气涡流,简化进气道,充量系数较高。无进气涡流,简化进气道,充量系数较高。缺点缺点:供油设备的:供油设备的制造制造和和调试调试水平水平要求高要求高;最高;最高燃烧燃烧压力压力和最大和最大压力升高率压力升高率较较高高,内燃机工作,内燃机工作粗粗暴暴;热应力热应力和和机械应力机械应力较较大大;最高燃烧温度较高,最高燃烧温度较高,NOX排放率较高。排放率较高。大、中型大、中型柴油机:缸径大,燃燒室体积大,柴油机:缸径大,燃燒室体积大,可在无涡流或弱涡流下,依靠喷油系统提供良可在无涡流或弱涡流下,依靠喷油系统提供良
10、好的喷雾条件来实现好的喷雾条件来实现直喷式直喷式燃烧室;燃烧室;中、小型中、小型柴油机:除依靠喷雾条件的改进,柴油机:除依靠喷雾条件的改进,还必须依靠强烈的涡流运动还必须依靠强烈的涡流运动分隔式分隔式燃烧室;燃烧室;2.油膜蒸发混合油膜蒸发混合大部分燃油大部分燃油燃燒室壁燃燒室壁油膜油膜蒸发蒸发汽化汽化混合气混合气混合混合热分层效应热分层效应进气涡流进气涡流压缩涡流压缩涡流有效利用空气有效利用空气1)2)少部分燃油少部分燃油以以油雾油雾形式分散在燃烧室空间,形式分散在燃烧室空间,完成着火准备,形成完成着火准备,形成火源火源,点燃,点燃油膜蒸发混油膜蒸发混合合形成的可燃混合气。形成的可燃混合气。
11、控制燃烧室的控制燃烧室的壁温和油量壁温和油量,可抑制燃烧,可抑制燃烧前期的反应,控制燃烧过程的进展。前期的反应,控制燃烧过程的进展。优点:优点:着火延迟期中的可燃混合气数量少,压着火延迟期中的可燃混合气数量少,压力升高比较低,柴油机工作柔和、噪声小;抑力升高比较低,柴油机工作柔和、噪声小;抑制燃油在燃烧前的热裂解,减少碳烟形成。制燃油在燃烧前的热裂解,减少碳烟形成。油膜蒸发混合方式对油膜蒸发混合方式对供油系统供油系统及其设备及其设备和和喷油压力喷油压力要求较低;喷孔数量少、孔径较大,要求较低;喷孔数量少、孔径较大,喷油系统喷油系统故障故障较少;最高燃烧压力和最高燃烧较少;最高燃烧压力和最高燃烧
12、温度不太高,热应力和机械应力较低;温度不太高,热应力和机械应力较低;NOX排排放少;热分层效应,有利于空气的有效利用。放少;热分层效应,有利于空气的有效利用。1)对供油系统及进气系统的变化较敏感,因)对供油系统及进气系统的变化较敏感,因而燃烧过程的稳定性差;而燃烧过程的稳定性差;2)冷起动较困难,)冷起动较困难,HC排放率较高;排放率较高;3)由于需要强涡流匹配,螺旋进气道使充量)由于需要强涡流匹配,螺旋进气道使充量系数下降,因而转速不能太高;系数下降,因而转速不能太高;4)可增压性较差。)可增压性较差。三、燃油的喷雾三、燃油的喷雾目的:目的:增加增加蒸发表面积蒸发表面积,增加燃料与氧气接,增
13、加燃料与氧气接触机会,达到迅速混合。触机会,达到迅速混合。油束(油束(喷注喷注)的形成及特性)的形成及特性 燃料以很燃料以很高高的的压压力和力和速度速度从喷油器的喷从喷油器的喷孔喷出,形成孔喷出,形成圆锥状圆锥状的的油束油束。缺点:缺点:3)雾化质量)雾化质量 喷雾细度:用油束中油粒的喷雾细度:用油束中油粒的平均直径平均直径表示。表示。均匀度:油粒均匀度:油粒直径相同直径相同的程度。的程度。多油束多油束在燃烧室空间的在燃烧室空间的分布分布对整个燃烧室对整个燃烧室内内混合气形成混合气形成的影响与喷油器的影响与喷油器喷孔喷孔的的数目数目、分布分布、喷油器的安装位置喷油器的安装位置等因素有关。等因素
14、有关。油束特性的因素油束特性的因素1)喷油嘴构造)喷油嘴构造结构结构不同,引起油束形成的不同,引起油束形成的内部扰动内部扰动不同。不同。(1)多孔)多孔喷油嘴:对雾化质量要求高的喷油嘴:对雾化质量要求高的直直接接喷喷射式柴油机;射式柴油机;喷油压力、介质反压力、喷孔总面积喷油压力、介质反压力、喷孔总面积不变时,不变时,增加喷孔增加喷孔的数目,每个喷孔的的数目,每个喷孔的直直径减小径减小,节流作用节流作用增大,在喷孔内的扰动增大,在喷孔内的扰动增加,因此增加,因此雾化雾化质量提质量提高高;如果加大喷孔直径,则油束如果加大喷孔直径,则油束核心核心稠稠密密,射程射程加大。加大。(2)轴针式)轴针式喷
15、油嘴:针阀头部伸入喷孔中,喷油嘴:针阀头部伸入喷孔中,形状为锥形或柱形;形状为锥形或柱形;2)喷油压力)喷油压力 喷油喷油压力压力越越大大,燃油初,燃油初速度速度越越大大,在喷孔,在喷孔中燃油的中燃油的扰动程度扰动程度及流出喷孔后受到的及流出喷孔后受到的介质阻介质阻力力也越也越大大,使,使雾化的细度雾化的细度和和均匀度均匀度提提高高,雾化雾化质量质量提提高高。喷油压力大,高压油管容易涨裂,喷油器喷油压力大,高压油管容易涨裂,喷油器容易磨损,对喷油管的制造要求越高。容易磨损,对喷油管的制造要求越高。喷油器喷油器说明书说明书上的压力为上的压力为针阀的开启针阀的开启压力,压力,一般为一般为1020M
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