任务3.2燃油喷射过程与可燃气的形成(精)

任务3.2燃油喷射过程与可燃混合气形成分析【项目介绍】介绍柴油机中燃油喷射的基本过程及其主要特征、可燃混合气体的形成方法及其主要影响因素；各种燃烧室的结构形式及其对可燃混合气形成的影响。知识目标能力目标具备常见燃油异常喷射现象的分析与处理能力；掌握柴油机燃油喷射的基本规律；熟悉柴油机可燃混合气的形成方法；理解燃烧室的基本类型及其对可燃混合气形成质量的影响。任务3.2燃油喷射过程与可燃混合气形成分析任务3.2燃油喷射过程与可燃混合气形成过程分析知识陈述一、燃油的喷射过程任务3.2燃油喷射过程与可燃混合气形成过程分析知识陈述1、喷射过程分析pmax喷油泵出油阀出口端燃油压力曲线喷油器入口端燃油压力变化曲线喷油器针阀升程曲线I——喷射延迟阶段II——主要喷射阶段III——尾喷（滴漏）阶段喷射过程示波图任务3.2燃油喷射过程与可燃混合气形成过程分析知识陈述喷射延迟角——喷油器喷出的始点滞后于喷油泵供油始点的曲轴转角供油提前角——喷油泵开始供油时，对应的曲柄离上死点的转角；喷油提前角——喷油器开始喷油时，对应的曲柄离上死点的转角；注意：①供油提前角＝喷油提前角+喷射延迟角（燃油从喷油器喷出的始点滞后于喷油泵供油始点的曲轴转角）；②能够检查和调整的是供油提前角；而对燃烧时刻产生影响的是喷油提前角。影响喷射延迟阶段长短的因素：①高压油管特性参数；②喷油器针阀的启阀压力；③柴油机工况；④喷油泵出油阀和针阀的结构等（1）喷射延迟阶段I——几何供油点OH到喷油始点Ou任务3.2燃油喷射过程与可燃混合气形成过程分析知识陈述起始点——从喷油始点开始→供油终点，即柱塞斜槽打开回油口。特点：①喷油器中的压力较高，大部分燃油在此阶段喷入气缸；②在压力不断增高下喷入气缸，其雾化效果较理想；③该阶段时间长短取决于柴油机负荷，负荷愈大，此阶段愈长主要喷射阶段过长→使燃烧过程延长，降低了柴油机的热效率，甚至产生燃烧不良而冒黑烟。主要喷射阶段过短→在发火瞬间气缸内积累了过多的燃油，使气缸内的压力升高速度过高而使柴油机工作“粗暴”，甚至发生“敲击”（2）主要喷射阶段II——从喷油始点Ou到供油终点KH任务3.2燃油喷射过程与可燃混合气形成过程分析知识陈述起始点——从供油终点到针阀落座，喷油终点。喷油持续角——从喷油始点Ou到喷油终点Ku曲轴所转过的角度Δφn特征——①喷油泵回油孔刚打开时，因回油孔的节流作用及燃油、高压油管波的传递，使得喷油器中压力下降较迟缓，针阀仍保持开启。②燃油在不断下降的压力下喷入气缸，燃油雾化不良，甚至产生滴漏现象。要求——针阀断油迅速，将该阶段缩短到最小限度（3）尾喷阶段III——从供油终点KH到喷油终点Ku任务3.2燃油喷射过程与可燃混合气形成过程分析知识陈述2、喷射过程的压力波产生的原因高压油管内瞬时高压燃油流动惯性高压油管的弹性造成高压油管中出现压力波危害可能引起喷油器异常喷射或造成喷油元件损坏在燃油系统内部产生穴蚀传播速度约为1450m/s左右任务3.2燃油喷射过程与可燃混合气形成过程分析知识陈述任务3.2燃油喷射过程与可燃混合气形成过程分析知识陈述3、供油规律与喷射规律（1）供油规律与喷油规律喷射质量可从燃油雾化质量及喷油规律两个方面来评价，喷油规律主要由供油规律来控制。供油规律——供油过程中每度曲轴转角喷油泵的供油量dgP/dφ随曲柄转角的变化曲线喷油规律——喷油过程中每度曲轴转角喷油器的喷油量dgn/dφ随曲柄转角的变化曲线先慢（柔和）；后快（利用率高，排温低）任务3.2燃油喷射过程与可燃混合气形成过程分析知识陈述任务3.2燃油喷射过程与可燃混合气形成过程分析知识陈述（2）影响喷油规律的因素凸轮形线和有效工作段凸轮外形越陡，油压上升越快，供油速度越大，喷油延迟角和喷油持续角就越小。一般将凸轮的有效工作段选在柱塞运动的高速部分，以减小喷油持续角，提高雾化质量任务3.2燃油喷射过程与可燃混合气形成过程分析知识陈述任务3.2燃油喷射过程与可燃混合气形成过程分析知识陈述柱塞的直径D与喷孔直径d柱塞行程S不变时:D↑→供油量↑→供油速度↑→喷油延迟角和持续角均↓;喷油器喷孔数不变时:d↓（如堵塞）→喷油阻力↑→喷油持续角↑（每度凸轮转角的喷油量↓）。此时因高压油管中压力过高，易产生重复喷射。高压油管尺寸油管长度：长度↑→压缩体积↑→喷射延迟角↑→实际喷油提前角↓。若各缸高压油管长度不同，则各缸喷油规律会不同。为使各缸喷油规律一致，应尽可能使各缸的高压油管长度相同。油管内径：内径↓→燃油流动阻力↑→喷油延迟角↑→喷油提前角↓。任务3.2燃油喷射过程与可燃混合气形成过程分析知识陈述任务3.2燃油喷射过程与可燃混合气形成过程分析知识陈述柴油机负荷pi与转速n★当转速n和喷油定时不变时（喷油始点基本不变）：负荷pi↑→喷油终点延后→后半期喷油量↑。★当柴油机负荷及喷油定时不变时：n↑→每度凸轮转角的时间↓→供油速度↑→油液流阻↑→每度凸轮转角的喷油量↓→喷油延迟角和喷油持续角均↑。此时实际喷油提前角↓。二、异常喷射的原因及处理任务3.2燃油喷射过程与可燃混合气形成过程分析知识陈述1、二次喷射异常喷射的类型二次喷射断续喷射不稳定喷射异常喷射的根本原因：高压系统中的压力波动现象定义：高压油管内的压力波动使喷油泵针阀重复开启，引起二次喷射。易发生工况：在柴油机高转速大负荷的工况下最易产生。原因：内因是压力波动过大，剩余压力p0与启阀压力pφ过于接近；外因包括喷油器喷孔部分堵塞，p0过高；排油阀卸载容积不足p0过高；换用了内径和长度较大或刚性较小的高压油管p0过高，压力波动过大；喷油器启阀压力较低（与启阀压力pφ过于接近）危害：使喷油持续角变大，由于后期在低压下喷油，雾化质量降低，致使燃烧恶化、后燃严重、排温升高、机件过热、燃烧室结碳、排气冒黑烟等，降低了柴油机的经济性和可靠性。2、断续喷射定义：在喷油泵的一次供油期间，喷油器针阀断续启闭（频繁地起落），而且升起不足、喷射不力，这种现象称为断续喷射。何时易发生：此现象多发生在柴油机低负荷、低转速工况。原因：喷油泵的供油量小于喷油器的喷油量危害：针阀撞击次数增多、磨损加大、寿命降低任务3.2燃油喷射过程与可燃混合气形成过程分析知识陈述3、不稳定喷射定义：指喷油泵虽能持续工作，但各循环喷油量在喷射时不断变动的情况何时发生：多发生在柴油机低负荷运转或喷油设备偶件过度磨损时。危害：转速不稳或自动停车三、燃油喷射质量及影响因素任务3.2燃油喷射过程与可燃混合气形成过程分析知识陈述1、燃油雾化质量燃油的喷射质量包括燃油的雾化质量和喷油规律两项评估指标。燃油的雾化表明了油粒细碎、均匀的程度和油束在燃烧室中的分布情况；喷油规律表明了细微油滴在喷油期间的数量分布情况。若油粒细碎、均匀程度高，油束与燃烧室形状相配合，且喷油规律接近理想的喷油规律，则燃油的喷射质量高2、燃油雾化定义：燃油在很大压差作用下，高速流经喷孔，由于喷孔的扰动作用及缸内压缩空气的阻力作用，使喷出的燃油分裂成由细小的油粒组成的圆锥形油束，这些油粒在燃烧室内进一步分散与细化的过程称为雾化。任务3.2燃油喷射过程与可燃混合气形成过程分析知识陈述3、油束质量标准射程L：标志油束前端在空气中的贯穿深度（贯穿距离）；L小，则油束不能布满燃烧室全部容积，距喷油器远处空气不能充分利用；L大，则部分油喷在燃烧室低温壁面，使燃烧不完全，易积炭。锥角β：标志油束的紧密（疏密）程度或扩散程度；β大，则扩散能力强，油粒细，分布散，与空气接触面大，有利于混合气形成；β大小与喷油器结构有关。雾化细度：油粒平均直径δ，δ小，则细度好；低速机δ=20-30μm；高速机δ=10-20μm。雾化均匀度：油粒直径的变化范围或油粒直径的相同程度；①最小直径—（平均直径）越小，则均匀度越好；②各种直径油粒的百分数x：当平均直径δ的油粒为80%为最佳。任务3.2燃油喷射过程与可燃混合气形成过程分析知识陈述4、影响雾化质量的因素喷油压力：油压越高，则L越大，β越大，δ越小，x越大，雾化质量越好；但油压过高时，L过大，δ过小，使燃烧过程粗暴，冒烟和结炭，同时油管承受不了，喷孔易磨损。喷孔直径：减小时，β越大，细度越好，但L越小；增大时，â越小，细度越差，但L越大；因此要合适，与燃烧室匹配。喷孔长径比越大，L越小，不论是喷孔堵塞或磨损都不好。燃油品质：粘度和密度越大，β越小，L越大，雾化质量降低；喷射背压：背压越高，β越大，细度越好，但L越小。任务3.2燃油喷射过程与可燃混合气形成过程分析知识陈述4、影响雾化质量的因素定义：柴油机各缸能够均匀发火的最低转速nmin低，表明各缸喷油量均匀，性能好要求：低速机≯30%nb中速机≯40％nb高速机≯45％nb四、可燃混合气的形成任务3.2燃油喷射过程与可燃混合气形成过程分析知识陈述1、可燃混合气形成方法空间雾化混合——燃油喷向燃烧室空间，形成雾状，雾状油滴从高温空气中吸热蒸发并扩散，与空气形成混合气。要求喷出的燃油与燃烧室形状配合油膜蒸发混合——大部分燃油喷到燃烧室壁面上，形成一层油膜，油膜受热汽化蒸发，在燃烧室中强烈的涡流作用下，燃油蒸气与空气形成均匀的可燃混合气。起主要作用的因素是燃烧室壁面温度、空气相对运动速度和油膜厚度。空间雾化混合：大、中型机主要依赖燃油的雾化质量，较少依赖空气的扰动；要求高压喷射，喷油器多孔。某些中、小型机采用涡流室或扰动，预燃室较多依赖空气扰动，较少依赖燃油喷雾。采用较低的喷油压力的单孔喷油器油膜蒸发混合：仅用于球形燃烧室复合法：上述两种混合方法兼而有之。应用在一些高速小型机上。目前，绝大多数船用柴油机采用空间雾化混合任务3.2燃油喷射过程与可燃混合气形成过程分析知识陈述2、影响混合气形成的因素燃油喷射质量——喷入汽缸的应雾化良好，并具有一定的射程。即油粒微小并充满整个燃烧室空间，船用大中型和低速主机多采用油雾法。燃料的喷射形状应与燃烧室形状相适应，以形成良好的混合气。燃烧室内空气的涡动状态——在燃烧室造成强烈的空气涡流促使在燃烧室间形成良好混合。对任何一种混合方法均有利，对采用涡动法的中、小型和高速机尤其重要。气缸状态——缸内压缩终点的温度与压力。任务3.2燃油喷射过程与可燃混合气形成过程分析知识陈述任务3.2燃油喷射过程与可燃混合气形成过程分析知识陈述3、缸内涡流空气涡流——气缸内空气绕气缸轴线有规则地流动进气涡流——借助进气动能形成绕气缸中心线旋转的运动挤压涡流——借助特殊的活塞顶部形状在压缩过程中形成涡流燃烧涡流——燃烧过程形成的涡流任务3.2燃油喷射过程与可燃混合气形成过程分析知识陈述任务3.2燃油喷射过程与可燃混合气形成过程分析知识陈述4、燃烧室燃烧室的分类——按混合气形成及燃烧室结构特点不同燃烧室直喷式分隔式半开式开式涡流式预燃式任务3.2燃油喷射过程与可燃混合气形成过程分析知识陈述任务3.2燃油喷射过程与可燃混合气形成过程分析知识陈述（1）开式(统一式）燃烧室优点：结构紧凑、形状简单、相对散热面积小、热损失少、无气流流动损失，起动性、经济性好。缺点：燃烧室机械负荷、热负荷高，工作较粗暴，排烟有害成分多。应用：适用于缸径D≥160mm的柴油机，船舶主机、发电副机均采用这种燃烧室。直接喷射式燃烧室（4种）任务3.2燃油喷射过程与可燃混合气形成过程分析知识陈述任务3.2燃油喷射过程与可燃混合气形成过程分析知识陈述（2）半开式燃烧室特点：分成两部分——较深的凹坑、活塞顶部余隙。但没有明显分开。优点：靠喷雾质量及压缩过程中空气在深凹坑内产生挤压涡流两方面作用促使燃油与空气均匀混合；燃油消耗率低、起动方便。应用：适用于缸径D＝100～150mm的高速柴油机任务3.2燃油喷射过程与可燃混合气形成过程分析知识陈述任务3.2燃油喷射过程与可燃混合气形成过程分析知识陈述（3）球形油膜式燃烧室特点：属于半分开式的一种优缺点：工作柔和，噪