柴油机的燃烧过程
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柴油机的物理知识点总结一、柴油机的工作原理柴油机的工作原理主要包括四个基本过程:进气、压缩、燃烧和排气。
这些过程也称为柴油机的四冲程,分别对应柴油机的一次循环。
下面我们来逐一介绍这四个过程。
1. 进气:首先是进气过程。
柴油机进气门打开,活塞向下运动,气缸内的压力降低,空气被吸入气缸内。
这时燃油喷射器喷射一定量的柴油,与进入气缸内的空气混合。
2. 压缩:接着是压缩过程。
活塞向上运动,将混合气体压缩至高压。
在高压下,混合气体的温度也会升高,使混合气体更容易燃烧。
3. 燃烧:压缩结束后,喷油嘴向气缸内喷射高压柴油,柴油遇到高温高压气体瞬间着火,产生爆炸。
爆炸产生的高压气体推动活塞向下运动,驱动曲轴旋转,从而传递动力。
4. 排气:最后是排气过程。
气缸内的废气通过排气门排出,为下一个循环的进气过程做准备。
以上四个过程构成了柴油机的一个完整工作循环,也称为柴油机的四冲程。
二、柴油机的原理结构柴油机包括外部部分和内部部分。
外部部分包括机壳、缸盖、气门、进气管、排气管等,主要起到保护和连接的作用。
内部部分主要包括曲轴、连杆、活塞、气缸、燃油喷射器等。
以下我们逐一介绍柴油机的主要部件。
1. 气缸:气缸是柴油机中存放燃气的空间,根据气缸数量不同,柴油机可以分为单缸、多缸等类型。
气缸通常由高强度金属材料制成,具有耐高温、耐磨损的特点。
2. 活塞:活塞是气缸内的活动部件,负责压缩混合气体和转换爆炸能量。
活塞通常由铝合金或铸铁制成,具有良好的导热性能和耐磨损性能。
3. 曲轴:曲轴是柴油机的主要旋转部件,是由几节连杆构成的转轴。
曲轴可将活塞的上下往复运动转换为旋转运动,驱动柴油机的输出轴。
4. 连杆:连杆连接活塞和曲轴,起到传递动力的作用。
连杆承受着来自活塞的冲击力和扭矩,需要具有足够的强度和刚度。
5. 燃油喷射器:燃油喷射器是柴油机的关键部件,负责在适当的时机将高压柴油喷射到气缸内与空气混合。
燃油喷射器的喷油量和喷油时间由电控系统控制,从而控制燃烧的时机和效果。
柴油机的燃烧过程
COMBUSTION IN DIESEL ENGINE
1 滞燃期(AB 段)
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。
◆ 滞燃期过长,压力升高率和最高燃烧压力高,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。
2 急燃期 BC 段
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 CD 段
柴油机的扩散燃烧期
◆ 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。
4 后燃期 DE 段
少量柴油的后续燃烧
◆ 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,使发动机的热负荷增加,经济性下降。
柴油机燃烧缸内p -Φ图 )
()(B C B C p p p ϕϕϕ--=∆∆
滞燃期速燃期缓燃期后燃期
柴油机燃烧放热规律图。
第六章柴油机的着火过程第一节燃烧化学反应动力学的基础理论一.分子运动和碰撞柴油机的着火过程是复杂的物理化学过程,化学过程是激烈的热——链化学反应,要进行化学反应,必须经过它们分子之间的相互碰撞,并且符合碰撞要求才可实现。
燃烧化学反应中分子运动和碰撞的基本理论归纳如下:A.参加化学反应的物质,分子必须相互碰撞。
B.分子的碰撞是杂乱无章的。
C.合适的方向上碰撞才有可能起化学作用。
D.运动能量超过最低能量。
E.最低能量称为活化能。
F.温度越高,化学反应速度越大。
G.压力与密度越大,碰撞频率越高,反应速度加快。
二.活化络合物理论活化络合物理论(过渡态理论)的基本内容是:进行化学反应时候,分子不仅需要相互撞击,还需要适当能量,在适当的方位上撞击,以便获得形成一个不稳定,过度的,瞬态活化络合物。
活化能E就是把初态反应物提高到络合物所需能量。
反应关系表达为:反应物——活化络合物——终产物三.键能及其在化学反应中的作用。
物质内部相邻原子间或离子间产生的相互结合或相互作用的称为化学键。
可分为离子键,共价键,和金属键等几种类型。
正负离子通过静电引力形成的化学键为离子键。
物质内部相邻原子或者原子团通过共用电子对形成的称为共价键。
由自由电子及排列成晶格状的金属离子之间的静电吸引力组合而成金属键。
物质起化学变化时,需要从外界吸收能量,达到破坏原子间或者离子间所必须吸收的能量,这种能量称为键能。
第二节着火前燃料的物理——化学过程(焰前反应)一。
着火的分类和含义按照火源性质,分为压缩自然和外源点火。
按化学反应性质分为热式着火,链式着火,和热—链式着火。
链式着火通过支链反应而自身积累活性中心并积聚能量。
按着火阶段分,有高温单阶段着火和中低温多阶段着火。
多阶段着火指历经冷焰,蓝焰到热焰的几个阶段着火。
二.着火前的物理过程必须先将反应物质(空气和烃类)能互相充分气相混合,并相互撞击,同时,需要一定的初始能量。
这就需要有进气过程,喷射过程,喷注的破碎和雾化过程,以至形成可燃混合气,并达到足够温度和压力的过程。
柴油火车头的工作原理柴油机的工作原理与汽油机类似,都是内燃机的一种。
柴油机的主要工作过程包括进气、压缩、燃烧和排气四个过程。
进气过程:柴油机通过进气门吸入空气,空气经过滤清除杂质后进入缸体。
压缩过程:柴油机的活塞在运动过程中,将进入缸体的空气压缩至较高的压力和温度。
燃烧过程:当活塞接近顶死点时,喷油器向气缸内喷射燃油,燃油与高温高压的压缩空气混合,发生自燃燃烧。
燃烧产生的高温高压气体推动活塞向下运动。
排气过程:活塞下行推出废气,同时打开排气门将燃烧产物排出缸体。
柴油机的燃烧过程是按照一定的时间先后顺序依次在各个缸内进行的,可以实现连续的工作。
柴油机的工作节奏由喷油系统和气门控制系统控制。
柴油机产生的旋转动力需要通过传动系统传递给驱动轴,进而将火车推动前进。
传动系统包括离合器、变速器和传动轴。
变速器可以根据运行状态和列车需要选择合适的档位和转向方式。
转向系统主要是通过转向齿轮通过链条或万向节来驱动轮轴进行转向。
转向系统能够实现火车头的转弯和转向,进而调整车轴与轨道之间的角度,使火车能够顺利行驶通过曲线轨道。
制动系统是为了保证列车行驶的安全性。
柴油火车头的制动系统主要包括气压制动和手动制动两种方式。
气压制动通过压缩空气驱动制动器夹紧车轮,提供制动效果。
手动制动则需要操作员手动控制刹车装置实现制动。
制动系统在列车减速和停车过程中发挥重要作用。
总结:柴油火车头工作原理是通过柴油机将燃料的化学能转化为机械能,然后通过传动系统将机械能传递给驱动轴,推动列车行驶。
同时,转向系统和制动系统的运行保证了列车的转向和安全性。
柴油火车头以其高效可靠的性能,在铁路运输中发挥着重要的作用。
第六章柴油机燃烧由于能源短缺和人类对环境保护的日益关切,使得内燃机技术工作者对柴油机燃烧、经济性以及排放产生极大的兴趣。
然而,柴油机的燃烧过程是相当复杂的,它的详细机理还不十分清楚。
柴油与空气的可燃混合气在燃烧室内若干部位产生自燃,而与此同时,一些其他地方燃油可能仍处于液态。
许多发动机在运行条件下,着火开始而燃油仍在继续向燃烧室内喷射。
此时燃烧室内的燃油同全部喷射油量之比对燃烧过程有相当大的影响。
而燃油在燃烧室内的分布规律对燃烧的组织及其形态、对排放的形成都有重要影响。
本章就柴油机燃烧的基本内容及其目前发展做一分析论述。
§ 1 燃料的喷射与蒸发1.1 喷射油束的形态燃料在高压下经喷油器孔口射入燃烧室内,随着时间进展,燃料油束向前伸展和扩张。
为了解喷雾发展过程,人们通过等容模型燃烧室对单个油束的观察,得到有关喷射特性的认识。
1.高压、室温条件下喷射的油束日本学者藤本等人用高压等容模型燃烧室在室温条件下做试验。
燃烧室内压力为p0=0.098~9.91MPa,喷孔直径为0.27mm,喷油量取0.09g,喷油器开启压力p j=33.7MPa。
试验表明,从喷射开始后约0.5ms 至喷射结束时,油束形态有类似模式,如图6-1所示。
一个充分发展的油束,可将其分成各具特征的若干部分。
主流区:位于油束核心部分,单位体积内油滴量多,粒度大,流速大,动量大,为高密度的主流部分。
混流区:燃料油滴数量少,粒度也小,流速低,在油滴间卷吸入大量空气形成浓度减小的混合流域,它处于主流区的周围。
初始部分l s:油束刚离喷口具有较明显的圆锥形部分的长度。
混合部分l c:从初始部分末端至油束边界成湍流状态部分的长度。
穿透部分l p:为l s+l c,即基本保持圆锥形部分的长度。
稀释部分l d:油束的顶端,燃油稀疏部分。
通过观察和测量得知,喷射油束卷吸周围空气进入穿透部分。
而油束顶端在向前伸展中一方面排开周围空气,同时也卷吸进一些空气形成不断增长的逐渐稀薄的可燃混合气。
柴油机燃烧过程分哪几个阶段?各阶段有什么特点?一. 进气冲程第一冲程——进气,它的任务是使气缸内充满新鲜空气。
当进气冲程开始时,活塞位于上止点,气缸内的燃烧室中还留有一些废气。
当曲轴旋转肘,连杆使活塞由上止点向下止点移动,同时,利用与曲轴相联的传动机构使进气阀打开。
随着活塞的向下运动,气缸内活塞上面的容积逐渐增大:造成气缸内的空气压力低于进气管内的压力,因此外面空气就不断地充入气缸。
进气过程中气缸内气体压力随着气缸的容积变化的情况如动画所示。
图中纵坐标表示气体压力P,横坐标表示气缸容积Vh(或活塞的冲S),这个图形称为示功图。
图中的压力曲线表示柴油机工作时,气缸内气体压力的变化规律。
从土中我们可以看出进气开始,由于存在残余废气,所以稍高于大气压力P0。
在进气过程中由于空气通过进气管和进气阀时产生流动阻力,所以进气冲程的气体压力低于大气压力,其值为0.085~0.095MPa,在整个进气过程中,气缸内气体压力大致保持不变。
当活塞向下运动接近下止点时,冲进气缸的气流仍具有很高的速度,惯性很大,为了利用气流的惯性来提高充气量,进气阀在活塞过了下止点以后才关闭。
虽然此时活塞上行,但由于气流的惯性,气体仍能充人气缸。
二. 压缩冲程第二冲程——压缩。
压缩时活塞从下止点间上止点运动,这个冲程的功用有二,一是提高空气的温度,为燃料自行发火作准备:二是为气体膨胀作功创造条件。
当活塞上行,进气阀关闭以后,气缸内的空气受到压缩,随着容积的不断细小,空气的压力和温度也就不断升高,压缩终点的压力和湿度与空气的压缩程度有关,即与压缩比有关,一般压缩终点的压力和温度为:Pc=4~8MPa,Tc=750~950K。
柴油的自燃温度约为543—563K,压缩终点的温度要比柴油自燃的温度高很多,足以保证喷入气缸的燃油自行发火燃烧。
喷入气缸的柴油,并不是立即发火的,而且经过物理化学变化之后才发火,这段时间大约有0.001~0.005秒,称为发火延迟期。
简述柴油机的燃烧过程
柴油机是一种内燃机,其燃烧过程可以分为四个阶段:进气、压缩、燃烧和排气。
1. 进气阶段
在进气阶段,柴油机的活塞向下移动,吸入空气。
空气经过空气滤清器和进气道进入气缸。
同时,燃油喷嘴将燃油喷入气缸中,燃油雾化后与空气混合,形成可燃混合气。
2. 压缩阶段
在压缩阶段,活塞向上移动,将可燃混合气压缩至极高的压力和温度。
在这个过程中,燃油的分子被压缩,形成高压高温的燃油蒸气。
3. 燃烧阶段
在燃烧阶段,燃油蒸气被点火,燃烧产生高温高压的燃烧气体。
这些气体推动活塞向下运动,驱动发动机工作。
同时,燃烧产生的热能也被传递到发动机的冷却系统中,以保持发动机的工作温度。
4. 排气阶段
在排气阶段,活塞再次向上移动,将燃烧产生的废气排出气缸。
废气通过排气门排出发动机,并经过排气系统排放到大气中。
总之,柴油机的燃烧过程是一个复杂的物理过程,需要精确的控制和调整,以确保发动机的高效工作。