第4章 柴油机的雾化与燃烧

▪ 几何供油规律完全由柱塞的直径和凸轮形 线的运动规律决定。
▪ 喷油规律：是指在喷油过程中，单位凸轮转角 φ （或单位时间）从喷油器喷入气缸中的燃油 量随凸轮转角（或时间t）的变化关系。
▪ 如图3－5供油规律与喷油规律比较
▪ 借助喷油规律曲线可以分析、判断：
▪ （1）喷油始点、终点和喷油持续角是否合适；
五、最低稳定转速
▪ 能使船用主柴油机各缸均匀发火的最低转速， 称为～。
▪ GB1833-99规定：最低工作稳定转速指柴油机 油门在出厂的标定功率位置上带负荷运转所达 到的稳定转速。船用主机则指按推进特性运转 时的最低稳定转速。
▪ 按我国有关规定，船用低速主柴油机的最低稳 定转速不高于标定转速nb的30％，中速柴油机 不高于标定转速nb的40％，高速机不高于标定 转速nb的45％。
▪ 在喷油泵供油期间，喷油器针阀断续启 闭，而且开启压力不足、喷射无力，这 种现象称为～。
▪ 危害：针阀和阀座撞击次数增多，磨损 增大，降低针阀的使用寿命。
▪ 多发生在低负荷、低转速工况。
▪ 3、不稳定喷射和隔次喷射
▪ 喷油泵每循环供油量不均的喷射过程称为不 稳定喷射。其极端情况是隔次喷射。
▪ 危害：柴油机转速不稳定，甚至停车；可 能造成燃烧粗暴。
▪ 危害：
▪ 若压力波的峰值超过启阀压力pn，将再度开启针阀， 造成异常喷射并引起燃烧恶化。
▪ 喷射过程中的压力波将改变喷油泵的供油规律和喷 油器的喷油规律，并使二者产生较大的差异。
三、供油规律和喷油规律
▪ 1、几何供油规律和喷油规律
▪ 几何供油规律：是从几何关系上求出的单 位凸轮转角φ （或单位时间）喷油泵供入 高压油路中的燃油量随凸轮转角φ （或时 间t）的变化关系。

R
2
]
dbD dr

0
bT bTW
bD

bDW

WW

g g
dbT dr
W

WW g Dg
dbD dr
W
bT bD

bT bD
0 0
方程的求解
求解二阶常微分方程需要两个条件，另外还有界面传质速
度和温度两个未知量，需要四个边界条件，前面的边界条
件提供了三个，另外一个可以从液面处气液两相平衡的热
力学关系得出，即利用饱和蒸汽压和温度的函数关系给出
补充条件
假设Le=1，即 g DF ，对求坐标下的蒸发能量方程式
（7-30）进行积分，得：
ggr 2
db dr
[WWR2 ]b

cons(与r无关的常数）
利用壁面处的边界条件求出该常数
下面的这些关于热气体中液滴蒸发的假设经常会 用到，因为它们能极大的简化问题，主要原因是 排除了处理质量传递的必要，而且仍与实验结果 符合得很好。
1、液滴在静止、无穷大的介质中蒸发。 2、蒸发过程是准稳态的。这意味着蒸发过程在任一 时 刻都可以认为是稳态的。这一假设去掉了处理偏 微分方程的必要。 3、燃料是单成份液体，且其气体溶解度为零。
B cg (T TW ) (wF wFW ) l cl (TW TR ) (wFW wFR )
1
1
0
Nu

h0d kg

2

0.6
ud vg
2

vg
g
3
s R
h0d 2 kg
h0 kg s

课题柴油（2）柴油的基本特性教学目的：掌握柴油的质量要求，并了解汽油机和柴油机的差别教学重点：柴油的质量要求教学时数：2 节课程范型：讲授教学方法：讲授和练习。

教学进程：一．课前检查二．新课三、柴油的雾化性能柴油在各种条件使用时，要保证不间断的供油，雾化良好，才能给正常燃烧提供良好的条件，与雾化密切相关的柴油性质是粘度和表面张力。

3.1、粘度3.1.1粘度是液体流动时，内部分子间的内摩擦系数。

粘度的大小说明液体流动的难易，柴油必须具备良好的雾化性和供油性能，以保证形成必要的可燃混合气。

3.1.2对供油量的影响会使泵油量减少。

同时，粘度是随温度变化而变化，温度升高，粘度变小，温度降低，粘度变大。

反之，粘度过小，虽然容易流动和过滤，但通过高压油泵的柱塞与泵筒之间间隙的漏油量增多，也使喷入汽缸的燃料减少，造成发动机的功率下降。

3.1.3对雾化的影响柴油的雾化过程是：柴油以高速经由喷孔喷入汽缸，由于汽缸内压缩比空气阻力和流经喷孔时内部的扰动作用，喷入的柴油被分散成细小的油滴并在汽缸内散布开来，就形成了一团由无数细粒组成，外形与火炬相象的油雾。

雾化过程中，油雾要求要细，分布要匀。

柴油雾化好坏，对燃烧有很大影响。

雾化好，既能缩短滞燃期，也容易燃烧完全，否则回使后燃严重，甚至发生排气冒黑烟的现象。

3.1.4对磨损的影响，柴油机供油系统中的高压油泵和喷油都是配合紧密的紧密部件，它们的高速运动部件是由柴油本身润滑的。

3.2、表面张力3.2．1柴油表面张力愈高，其雾化性能就愈差，而雾化时雾粒的平均直径与表面张力成正比。

3.2．2 柴油表面张力随温度的降低、馏分组成的变重和密度的增大而增大。

四、油的低温流动性柴油的低温性能是指在温下，柴油在发动机燃料系统中能否顺利地泵送和通过油滤，从而保证发动机正常供油的性能。

如果燃料的低温性能不好，在低温下使用时失去流动性，或产生蜡结晶，会防碍燃料在导管和油滤中顺利通过，使供油量减少甚至中断供油严重影响发动机的工作。

2）重柴油（国家标准GB445-77 规定）
等级：按凝点分为10号、20号及30号三个牌号，代号为RC-10、RC-20和RC-30。 特点：凝点高，价格低廉；使用时应预热。
选用：一般500～1000r／min中速机， 选RC-10 ； 300～700r／min的柴油机，选 RC-20； 300r／min左右的柴油机，选RC-30 。
十六烷值↑——发火过快而高温分解成游离炭，排气冒黑烟，经济性 下降。
十六烷值↓——燃烧粗暴，起动困难。
十六烷值应适当。
通常高速柴油机使用的燃油十六烷值在40～60之间，中速柴油机在 35～50之间，而低速机只要其十六烷值不低于25即可。
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二、燃油的理化指标
2、粘度——评定燃油流动性的指标。 ISO规定，以50℃时的运动粘度（mm2/s）作为燃油的粘度
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四、燃油燃烧的热化学
• 1、燃烧1kg燃油所需的理论空气量L0
• 按燃油的化学成分（C、H、O）与氧（O2）在充分的时间内完全燃烧理论 上所需的空气量（空气中含氧21％）。
•
L0 ＝14.3 kg/kg燃料
• 2、燃烧过量空气系数α
• 实际充入气缸的空气量L与进入气缸内的燃油完全燃烧所需的理论空气量 L0的比值为空气过量系数α。
原理：
• 高压油泵将燃油输送到公共供油管， 油压大小与发动机转速无关，实现精 确控制，从而减少传统喷油方式的缺 陷。
• ECU控制高速电磁开关，喷油器的喷 油量大小，取决于燃油轨道(Common rail )的压力和电磁阀开启时间的长短。
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2、电控共轨喷射系统
特点：
(1)先进电子控制装置并配高速电磁开关阀，使喷油过程控制方便， 且可控参数多，利于柴油机燃烧过程的全程优化。