船舶柴油機燃油噴射與燃燒PPT課件

1、根據(jù)柴油機的工作特點，對噴射系統(tǒng)有如下要求：（1）噴射時間（定時）：在整個負(fù)荷和轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，應(yīng)具有最佳的噴射定時，包括最佳的噴油提前角及噴油持續(xù)角。且應(yīng)能進行總調(diào)和單調(diào)。（2）循環(huán)噴油量（定量）：循環(huán)噴油量應(yīng)根據(jù)柴油機的負(fù)荷變化及時準(zhǔn)確地相應(yīng)變化（總調(diào)）；在柴油機負(fù)荷不變時，各缸循環(huán)噴油量應(yīng)保持均等（即可單調(diào)）。（3）噴射質(zhì)量（定質(zhì)）：噴油壓力應(yīng)足夠高以保證良好的燃油霧化質(zhì)量，以及能與燃燒室形狀、空氣運動相匹配，以利于可燃混合氣形成。另外還應(yīng)有最適宜的噴油規(guī)律以滿足燃燒過程的要求。此外，還要求噴射系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，無泄漏，便于管理等。第1頁/共107頁2、幾種主要噴射系統(tǒng)（1）柱塞泵式噴射系統(tǒng)

2、現(xiàn)代船用柴油機最基本的噴射系統(tǒng)（2）泵-噴油器式噴射系統(tǒng)又稱泵噴嘴式，取消高壓油管，噴油泵和噴油器結(jié)合為一體，采用頂置凸輪控制。優(yōu)點：減小柱塞與噴油孔之間高壓燃油容積，基本上消除了由于燃油的可壓縮性和高壓油管的彈性在噴射過程中所引起的壓力波動，使噴油泵的供油正時與噴油器的噴油正時更接近，消除二次噴射。應(yīng)用：高速小型柴油機。第2頁/共107頁（3）蓄壓式噴射系統(tǒng)系統(tǒng)由普通的噴油泵、高壓油管和蓄壓式噴油器組成。噴油泵經(jīng)高壓油管向噴油器供油時，高壓燃油將單向止回閥壓下，燃油儲存在蓄壓室內(nèi)。噴油泵供油結(jié)束時，高壓油管壓力下降，單向閥復(fù)位。同時，在蓄壓室的燃油壓力作用下，針閥上升，噴射開始。當(dāng)蓄壓室燃油

3、壓力降低到針閥關(guān)閉壓力時，針閥落座，噴射結(jié)束。這樣，柴油機在低速時仍能保持較高的噴射壓力和較短的噴射持續(xù)期。第3頁/共107頁這種噴射系統(tǒng)的噴油設(shè)備有多種形式，但其共同特點是在噴射過程發(fā)生之前，實現(xiàn)噴射能量的積蓄。由噴油泵產(chǎn)生的高壓燃油不直接作用在噴油器上，而是預(yù)先貯存在一個高壓蓄壓器中保持恒定高壓，噴油器的啟閉可由其他控制單元控制。優(yōu)點：噴射壓力高，噴射持續(xù)期短；噴射壓力波動小，有利于消除壓力波動對噴射的不利影響；柴油機的噴射壓力與柴油機轉(zhuǎn)速無關(guān)，在低速運轉(zhuǎn)時，仍能保持較高的噴射壓力和較短的噴射持續(xù)期。（4）電控噴射系統(tǒng)電子控制噴射的本質(zhì)：控制燃油噴射始點、噴射持續(xù)時間和噴射壓力，以實現(xiàn)爆壓

4、的合理控制，降低油耗和有害排放量，改善起動、換向、加速和怠速性能；適應(yīng)燃用多種重質(zhì)燃料和不同環(huán)境的需要。電控噴射的核心：微處理機。轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角作為輸入信號，手控或溫度和壓力作為附加輸入信號；輸出信號用以自動修正噴射正時與噴油壓力，以實現(xiàn)在變工況、變使用條件下的最佳運轉(zhuǎn)。第4頁/共107頁電子噴射系統(tǒng)的主要優(yōu)點：（1）優(yōu)化燃燒質(zhì)量：在調(diào)節(jié)噴油正時的同時，也改變噴射壓力，并使噴射壓力在高負(fù)荷時比傳統(tǒng)噴射系統(tǒng)顯著降低，在低負(fù)荷時則顯著升高，確保燃油有效霧化和燃燒，燃油消耗率降低，也降低排放。（2）可實現(xiàn)預(yù)噴、主噴、后噴，噴油器可實現(xiàn)按不同負(fù)荷投入工作（全部、單獨或輪流），使燃燒室內(nèi)熱負(fù)荷均勻。（3）適

5、用多種燃油通過控制裝置輸入一個簡單信號，對不同品質(zhì)的燃油給出不同的噴射始點和噴射壓力特性，使燃油燃燒時有較好的放熱規(guī)律，以利于降低油耗和減輕磨損。（4）適應(yīng)不同環(huán)境溫度用電子控制噴射始點，可通過提高爆壓來修正環(huán)境溫度的不利影響，使柴油機適應(yīng)不同環(huán)境溫度的能力提高；第5頁/共107頁（5）轉(zhuǎn)速微調(diào)化控制裝置把電子信號直接傳輸?shù)诫娨候?qū)動噴油器中，使轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)迅速而準(zhǔn)確。電控噴射可以使柴油機的最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速降至標(biāo)定轉(zhuǎn)速的1/6。相應(yīng)的最低運轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速隨之降低，有利船舶以微速順利通過困難航道。（6）操縱靈敏化該裝置主要是控制氣缸起動閥和噴油器的動作，起動、停車、正車或倒車均由操縱機構(gòu)的位置來確定，可取消機械式

6、起動、換向機構(gòu)。用操縱桿將名義轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速輸入柴油機，各種動作指令脈沖一觸發(fā)，實際的運轉(zhuǎn)程序便可自動進行。第6頁/共107頁Electronically Controlled EnginesThe ME engine with fully integrated control of（1）Fuel injection timing and pressure profile噴油正時和噴油壓力控制（2）Exhaust valve actuation排氣閥液壓伺服器控制（3）Starting air valves主起動閥控制（4）Start and Reversing sequences起動和換向程序控

7、制（5）Governor function 電子調(diào)速器第7頁/共107頁From MC-C to ME-CThe Mechanical Differences第8頁/共107頁 ME System第9頁/共107頁The system provides:Pressure, timing, rate shaping, main, pre- & post-injection 第10頁/共107頁第11頁/共107頁第12頁/共107頁RT-flex：采用電子控制的共軌式燃油噴射和排氣閥驅(qū)動系統(tǒng)，取消傳統(tǒng)的凸輪、凸輪驅(qū)動機構(gòu)、燃油泵、排氣閥驅(qū)動泵、換向伺服泵，克服了機械驅(qū)動的局限性，具有非常

8、大的靈活性，可保證全工況下的無排煙和低耗油率，更低的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速，更少的維修和運行成本，可適應(yīng)不同品質(zhì)的燃油。第13頁/共107頁主機軸帶伺服油泵和共軌泵，電子控制器獨立控制3個噴油器的供油始點、終點和供油持續(xù)期?？筛鶕?jù)不同工況、不同燃油品質(zhì)調(diào)整各個噴油器和各缸的燃油噴射量，達(dá)到全工況的低油耗、低排放、低維修費和高可靠性。第14頁/共107頁二、燃油的噴射過程1、噴射過程分析1）噴射延遲階段（從供油始點至噴油始點）造成延遲的主要原因：油的可壓縮性、高壓油管的彈性、系統(tǒng)的節(jié)流作用；主要影響因素：（1）高壓油管的特性參數(shù)（長度與直徑）：隨長度增加或直徑減小，延遲時間加長；（2）噴油器啟閥壓力：啟閥

9、壓力（克服彈簧力而使針閥打開的最低燃油壓力）越大，延遲時間加長；（3）柴油機工況（轉(zhuǎn)速越高，延遲時間越長）；（4）泵出油閥和噴油器針閥結(jié)構(gòu)特點（節(jié)流越嚴(yán)重，延遲越厲害）第15頁/共107頁2）主要噴射階段（噴油始點至供油終點）過程的長短取決于柴油機負(fù)荷大小，注意燃油壓力大于啟閥壓力。3）尾噴（燃油滴漏）階段（供油終點至噴油終點）噴油壓力不斷迅速下降，噴油質(zhì)量變差，霧化不良，會產(chǎn)生滴漏等不正常噴射現(xiàn)象，應(yīng)力求使噴油器斷油迅速，使此階段短些。其影響因素與延遲階段相同。第16頁/共107頁2、噴射過程的壓力波原因：高壓系統(tǒng)的壓力劇變；燃油的可壓縮性和慣性；高壓油管的彈性。危害：造成異常噴射；改變噴油

10、規(guī)律。3、噴油提前角和噴油持續(xù)角供油提前角：泵供油始點相對于曲柄上止點的曲柄轉(zhuǎn)角，可調(diào)可檢查，習(xí)慣上稱噴油提前角；噴油提前角：噴油器噴油始點相對于曲柄上止點的曲柄轉(zhuǎn)角，不可調(diào)和不可檢查，但對燃燒過程有直接影響。泵噴油提前角=5-30CA；噴油持續(xù)角=10-35CA；不同的柴油機其 和有最佳值，一般大型低速二沖程機 和都小（因過程時間長），小型高速四沖程機 和都大（因過程時間短）；高增壓機 和都大（多噴油）；部分負(fù)荷與轉(zhuǎn)速下運轉(zhuǎn)時應(yīng)增大 （以提高爆壓），減小（減少供油量）；環(huán)境低溫或采用劣質(zhì)油或技術(shù)狀況惡化時增大；第17頁/共107頁三、供油規(guī)律和噴油規(guī)律1、供油規(guī)律和噴油規(guī)律噴油泵單位凸輪軸轉(zhuǎn)

11、角或單位時間的供油量（供油速率）隨凸輪軸轉(zhuǎn)角的變化規(guī)律，稱供油規(guī)律。噴油器單位凸輪軸轉(zhuǎn)角或單位時間的噴油量（噴油速率）隨凸輪軸轉(zhuǎn)角的變化規(guī)律，稱噴油規(guī)律。直接影響燃油燃燒過程的噴油規(guī)律，從圖中可見，供油提前角大于噴油提前角9；供油持續(xù)角小于噴油持續(xù)角4；曲線形狀不一樣；這是由于油的可壓縮性，高壓油管彈性等所引起。第18頁/共107頁通過噴油規(guī)律曲線可分析判斷：（1）噴油始終點和噴油持續(xù)角是否合適；（2）有無二次噴射、斷續(xù)噴射等不正常噴射現(xiàn)象；（3）噴油規(guī)律是否符合理想燃燒過程和放熱規(guī)律要求。第19頁/共107頁2、噴油規(guī)律的影響因素1）凸輪形線和有效工作段（1）在柱塞有效行程和供油始點相同下，

12、形線陡者油壓上升快，噴油延遲角和噴油持續(xù)角越小；（2）有效工作段不同，柱塞運動速度不同，噴油規(guī)律不同，有效工作段選在高速段以提高噴油速率減少噴油持續(xù)角，提高霧化質(zhì)量。第20頁/共107頁2）柱塞直徑和噴孔直徑（1）在不改變柱塞行程而增大柱塞直徑時，供油速度增大，噴油延遲角和持續(xù)角均減小，使初期噴油速率提高，經(jīng)濟性提高，但燃燒易粗暴；增壓機隨增壓度提高，噴油量增大，為了不使噴油持續(xù)時間延長，加大柱塞直徑，但為了防止工作粗暴又減小供油提前角（柱塞有效行程縮短）。（2）噴孔數(shù)不變時，噴孔直徑減小，節(jié)流作用增強，噴油阻力提高，從而噴油持續(xù)時間延長，噴油速率下降（每度轉(zhuǎn)角噴油量小），油管壓力提高，易引起

13、重復(fù)噴射，但霧化質(zhì)量較好；3）高壓油管尺寸（1）高壓油管越長，噴油延遲角越大，噴油持續(xù)角不變，從而實際噴油提前角變??；（2）高壓油管內(nèi)徑越小，流阻越大，噴油延遲角越大。多缸機各高壓油管應(yīng)按等尺寸原則，以保持噴油規(guī)律一致，不等時越長者供油提前角應(yīng)調(diào)大。第21頁/共107頁4）柴油機負(fù)荷與轉(zhuǎn)速：（1）轉(zhuǎn)速和正時不變時，負(fù)荷越高，噴油始點不變，而終點改變，即柱塞有效行程加長，油量越大；（2）負(fù)荷和正時不變時，轉(zhuǎn)速越高，噴油延遲角和持續(xù)角均增大，噴油速率下降。第22頁/共107頁四、異常噴射及其消除方法正常噴射特點：每循環(huán)中，針閥只啟閉一次，針閥升程曲線呈梯形，高壓油管剩余壓力基本相同。1、重復(fù)（二次

14、）噴射：噴油泵供油結(jié)束，噴油器針閥落座后又重新被油壓抬起，使燃油噴射繼續(xù)進行。大型低速機或高壓油管較短者表現(xiàn)為針閥尚未完全落座而重新開啟。不設(shè)出油閥的噴油泵可防止重復(fù)噴射。出現(xiàn)區(qū)域：高負(fù)荷高轉(zhuǎn)速；根本原因：壓力波的反射第23頁/共107頁危害：噴射持續(xù)角增大，但在壓力低下進行噴射，使霧化質(zhì)量變差，燃燒惡化，后燃嚴(yán)重，機體發(fā)熱，排氣溫度升高，冒黑煙，降低經(jīng)濟性和可靠性。管理上引起的原因：（1）噴油器噴孔部分堵塞；（2）噴油泵出油閥減壓作用削弱；（3）換用內(nèi)徑和長度較大或剛度不夠的高壓油管；（4）噴油器啟閥壓力降低。消除方法：（1）高壓油管、噴孔直徑及孔數(shù)不變時，試用小內(nèi)徑的高壓油管流阻增大，噴油

15、延遲角增大；（2）在不改變高壓油管時，適當(dāng)加大噴孔直徑或孔數(shù)；（3）適當(dāng)增加啟閥壓力；（4）適當(dāng)增加等容卸載出油閥的升程或彈簧剛度或減壓卸載能力；（5）試取消噴油器上的縫隙式濾器。第24頁/共107頁2、斷續(xù)噴射（波動噴射）：在噴油泵一次供油期間，噴油器針閥周期性（斷續(xù)）啟閉；出現(xiàn)區(qū)域：低負(fù)荷低轉(zhuǎn)速下，對燃燒過程無明顯危害，原因：供油泵供油量小于噴油量與充填針閥上升空間油量。3、不穩(wěn)定噴射（不齊噴射）和隔次噴射噴油泵持續(xù)工作，而各循環(huán)噴油量不斷變化（不均），嚴(yán)重時導(dǎo)致隔次（間歇）噴射；出現(xiàn)區(qū)域：低速低負(fù)荷下。危害：柴油機轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定，可能造成自動停車。2、3、管理上的原因：噴油泵與噴油器偶件過度

16、磨損一般先出現(xiàn)斷續(xù)噴射，再出現(xiàn)不穩(wěn)定噴射，然后出現(xiàn)隔次噴射，最后可能自動停車。第25頁/共107頁4、滴漏：由于流出速度和壓力均很低，燃油霧化不良，易使燃油集結(jié)在噴孔處形成結(jié)炭，堵塞噴孔。原因：針閥座至噴孔間容積過大，以及出油閥減壓卸載能力不強，使高壓油管中的油壓下降緩慢，造成針閥不能迅速落座。措施：提高出油閥減壓卸載能力或提高針閥落座速度（增大針閥彈簧預(yù)緊力）。五、最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速使各缸都能均勻發(fā)火的最低轉(zhuǎn)速；低速機：不大于30%額定轉(zhuǎn)速；中速機：不大于40%額定轉(zhuǎn)速；高速機：不大于45%額定轉(zhuǎn)速。第26頁/共107頁六、燃油霧化1、霧化過程：燃油在很大的壓差下（幾10MPa）以高速（200m/

17、s）噴入氣缸，由于噴孔的節(jié)流作用以及缸內(nèi)空氣的阻力（背壓）作用，使燃油產(chǎn)生紊流、擾動被分裂成細(xì)小油滴并在燃燒室內(nèi)進一步擴散和細(xì)化形成許多油滴組成，外形似圓錐體（燭焰）的油束（噴注）。霧化可加速油粒吸熱汽化創(chuàng)造發(fā)火和燃燒的必要條件；霧化質(zhì)量和噴油規(guī)律是判斷噴射質(zhì)量好壞的兩大因素。第27頁/共107頁2、油束質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)1）射程L：標(biāo)志油束前端在空氣中的貫穿深度（貫穿距離）；L小，則油束不能布滿燃燒室全部容積，距噴油器遠(yuǎn)處空氣不能充分利用；L大，則部分油噴在燃燒室低溫壁面，使燃燒不完全，易積炭；2）錐角：標(biāo)志油束的緊密（疏密）程度或擴散程度； 大，則擴散能力強，油粒細(xì)，分布散，與空氣接觸面大，有利于混

18、合氣形成； 大小與噴油器結(jié)構(gòu)有關(guān)。第28頁/共107頁3）霧化細(xì)度：油粒平均直徑d，d小，則細(xì)度好；低速機d=20-30m；高速機d=10-20 m。4）霧化均勻度：油粒直徑的變化范圍或油粒直徑的相同程度；（1）最小直徑-平均直徑；越小，則均勻度越好；（2）各種直徑油粒的百分?jǐn)?shù)x：當(dāng)d的油粒為80%為最佳。3、影響霧化質(zhì)量的主要因素（1）噴油壓力：油壓越高，則L越大， 越大，d越小，x越大，霧化質(zhì)量越好；但油壓過高時，L過大，d過小，使燃燒過程粗暴，冒煙和結(jié)炭，同時油管承受不了，噴孔易磨損。（2）噴孔直徑：減小時， 越大，細(xì)度越好，但L越小；增大時， 越小，細(xì)度越差，但L越大；因此要合適，與燃

19、燒室匹配。噴孔長徑比越大，L越小，所以不論是噴孔堵塞或磨損都不好。（3）燃油品質(zhì)：粘度和密度越大， 越小，L越大，霧化質(zhì)量降低；（4）噴射背壓：背壓越高， 越大，細(xì)度越好，但L越小。第29頁/共107頁第三節(jié) 可燃混合氣的形成噴入氣缸的燃油經(jīng)受熱以后蒸發(fā)形成氣態(tài)油氣，并在燃燒室空間擴散與空氣中的氧分子均勻混合并完成燃前的初氧化等一系列物理、化學(xué)過程，稱為可燃混合氣的形成。柴油機的可燃混合氣在氣缸內(nèi)完成屬于內(nèi)部混合，汽油機則屬于外部混合。一、混合理論（可燃混合氣形成方法）1、空間霧化混合1）理論依據(jù)：油霧化后在燃燒室空間進行受熱、汽化、擴散與空氣均勻混合，噴入的油不能接觸燃燒室壁面，一旦附在熾熱

20、的壁面上將造成熱分解和炭化，從而引起冒煙和結(jié)炭。2）分類（1）油霧法：依靠燃油的良好霧化-大中型中低速機（2）渦動法：依靠空氣強烈擾動-中小型高速機第30頁/共107頁3）條件（1）噴射的燃油應(yīng)與燃燒室形狀相適應(yīng)；（2）足夠的空氣壓力、溫度和擾動；（3）不能噴射到燃燒室壁面上大型低速機因氣缸熱負(fù)荷高，氣缸熱狀態(tài)好，又有足夠混合時間，同時采用高壓多孔噴射，霧化質(zhì)量好，因此不依賴空氣的擾動，但進氣口的傾斜加強了空氣擾動，有利于霧化混合。2、油膜蒸發(fā)混合1）依據(jù)：油直接噴射到燃燒室表面（活塞頂），利用空氣強烈渦流作用使表面展開較薄油膜層，然后受熱后層層蒸發(fā)成油氣，進而擴散與空氣混合。其認(rèn)為空間霧化混

21、合一旦發(fā)火，燃燒易粗暴。2）條件：形成薄油膜（先決條件）；壁面溫度高和空氣擾動（必要條件）。應(yīng)用于小型半開式燃燒室的高速機（對空氣渦流要求較高）。第31頁/共107頁3、影響可燃混合氣形成的因素（1）燃油噴射質(zhì)量（霧化質(zhì)量和噴油規(guī)律）；（2）燃燒室型式（空氣是否渦動）；（3）氣缸條件壓縮壓力Pc：非增壓機3-4MPa，增壓機4-9MPa，影響噴射背壓和空氣密度。在壓縮比變小、氣缸漏氣、氣缸蓋漏氣、氣閥漏氣、掃氣或增壓空氣壓力不足及配氣正時不佳時，Pc減小，將影響混合氣形成。壓縮溫度Tc：800-1000K（600-700C），與工況、冷卻條件、換氣質(zhì)量、燃燒質(zhì)量有關(guān)；過低，不利于油粒蒸發(fā)，過高

22、，空氣密度降低，都影響混合氣形成；空氣擾動：二沖程依靠氣口形狀，四沖程依靠燃燒室形狀（產(chǎn)生壓縮渦流）及進氣道的型式（造成進氣渦流，導(dǎo)氣屏或螺旋進氣道）。在氣口、氣閥臟污、氣缸漏氣、燃燒室結(jié)炭時將導(dǎo)致空氣擾動的削弱。第32頁/共107頁二、氣缸內(nèi)空氣渦流的形式與作用氣缸內(nèi)空氣繞氣缸軸線有規(guī)律地流動稱空氣渦流（旋流）。為了形成空氣的渦流，通常必須采取專門措施：1、進氣渦流：在空氣進入氣缸的過程中借助于它所具有的動能形成繞氣缸中心線旋轉(zhuǎn)的運動稱進氣渦流。四沖程機常采用帶導(dǎo)氣屏的進氣閥、切向進氣道、螺旋進氣道；二沖程采用具有切向傾斜角的進氣口。第33頁/共107頁2）擠壓渦流：在壓縮行程中，當(dāng)活塞接近

23、上止點時，活塞頂部環(huán)形空間的空氣被擠入活塞頂中部的凹坑容積中，稱擠壓渦流（擠流）。在活塞下行時凹坑容積內(nèi)的氣體又向外流向環(huán)形空間而產(chǎn)生膨脹流動（逆擠流）。在實際工作中，由于活塞環(huán)漏氣及空氣的粘性、傳熱損失等擠流對混合的作用不明顯，而逆擠流對混合與燃燒的影響則較為明顯。第34頁/共107頁3）壓縮渦流在壓縮行程中，氣缸中空氣被活塞擠壓經(jīng)過通道進入渦流室中，形成強烈的有規(guī)律的旋轉(zhuǎn)運動，稱壓縮渦流。其燃燒室（渦流室式燃燒室）為主、副（渦流室）兩室。第35頁/共107頁4）燃燒渦流利用在預(yù)燃室中部分燃油燃燒產(chǎn)生的能量，使預(yù)燃室中的混合氣高速噴入主燃室造成主燃室空氣的強烈渦動稱燃燒渦流。其燃燒室（預(yù)燃室

24、式燃燒室）分為主、副（預(yù)燃室）兩室。2、空氣擾動的作用（1）燃前促進油束分散，擴大混合范圍；（2）燃后因燃?xì)馀c油氣的溫差和密度差而對流，起促進熱混合作用，消除富油區(qū)和貧油區(qū)。第36頁/共107頁三、燃燒室分類：直接噴射式（開式和半開式）；分隔（開）式（渦流室式和預(yù)燃室式）要求：有利于油氣混合；能量損失??；起動性能好；工作平穩(wěn)。1、開式燃燒室-中低速機缸蓋或活塞頂可以是平頂、凸頂或凹頂，主要考慮有利于霧化，圖中b、c、d為淺坑式活塞頂A-適用于二沖程彎流掃氣；B-淺盅形，適用于二沖程直流掃氣；C-淺盤形，適用于大中型四沖程；D-淺w型，適用于大中型四沖程及多排氣閥二沖程直流掃氣。第37頁/共10

25、7頁1）特點（混合氣形成特點）（1）基于空間霧化混合；（2）以霧化為主，對噴射系統(tǒng)要求高，采用多孔小孔徑噴油器，噴油壓力高，因孔徑小，對燃油凈化處理要求高。2）優(yōu)點（1）經(jīng)濟性和起動性好，因形狀簡單，結(jié)構(gòu)緊湊，相對散熱面積小，散熱損失??；（2）無需組織氣流運動，能量損失??；3）缺點；（1）壓力升高速度和Pz高，工作易粗暴；（2）燃燒室熱負(fù)荷和機械負(fù)荷高；（3）為降低熱負(fù)荷，過量空氣系數(shù)大（1.6-2.2）；（4）排煙中NOx較多（5）對轉(zhuǎn)速和油品質(zhì)量敏感。第38頁/共107頁2、半開式燃燒室-高速機，由余隙容積和凹坑容積組成。1）深坑型：w、倒w、半球型、形等特點及優(yōu)點：（1）混合氣形成一方面

26、利用一定的噴霧質(zhì)量，同時又利用中強度的進氣渦流及擠壓渦流和壓縮渦流，也屬空間霧化混合，也可能存在油膜混合；（2）與開式相比，對噴射系統(tǒng)要求有所降低，常采用3-4孔的多孔噴油器，噴孔直徑稍大；（3）由于利用進氣渦流加強混合氣形成，從而使空氣利用率大大提高，過量空氣系數(shù)可稍?。唬?）保持了較好的經(jīng)濟性和起動性；缺點：Pz較高、噪音較大，煙色稍差。第39頁/共107頁2）M型（球型）-以油膜蒸發(fā)混合為主，同時利用了強進氣渦流和壓縮渦流，即燃油大部分噴在壁面上，小部分（5%）在空間作為引燃火源?？看嘶鹪袋c燃從壁上蒸發(fā)的而形成的可燃混合氣。其燃燒過程稱M燃燒過程。第40頁/共107頁（1）特點：對噴射系

27、統(tǒng)要求稍低，可用單孔或雙孔噴油咀；（2）優(yōu)點：工作柔和、輕聲、無煙、性能指標(biāo)好；空氣利用率最好、過量空氣系數(shù)最?。?.1）、經(jīng)濟性也較好。（3）缺點：冷起動比較困難，因為空間霧化燃油少，起動時燃燒室壁溫低，壁面上蒸發(fā)混合的燃油少，對起動不利；對增壓適應(yīng)性差，因增壓后，供油量增加，油膜變厚，影響混合氣形成速度；大缸徑應(yīng)用困難，因缸徑增大后，供油量也需增加，F(xiàn)/V小，使油膜變厚，也影響混合氣形成速度。第41頁/共107頁3、渦流室式燃燒室燃燒室分隔成主室、副室；渦流室在氣缸蓋上，兩者切向通道連接。空氣在壓縮形成中，進入渦流室形成渦流，油噴入部分著火燃燒，經(jīng)小孔進入主室完全燃燒。第42頁/共107頁

28、1）特點：（1）對噴射系統(tǒng)要求不高，因為主要靠空氣擾動（壓縮渦流）形成可燃混合氣（空間霧化渦動法）；（2）噴油咀單孔且孔徑較大（軸針式），啟閥壓力較低（12-15MPa）；（3）過量空氣系數(shù)較?。?.2-1.3）；（4）壓縮渦流隨轉(zhuǎn)速增加而強烈；2）優(yōu)點：燃燒柔和，工作平穩(wěn)，排氣中有害氣體少；對燃油及霧化要求不敏感。3）缺點：起動困難，油耗大，熱損失和節(jié)流損失大，因此需設(shè)電熱塞，保溫塊。第43頁/共107頁4、預(yù)燃室式燃燒室燃燒室分隔為主室、副室（形成燃?xì)鉁u動），單孔或多孔聯(lián)接，也采用單孔噴油器，也是空間霧化渦動法。部分燃?xì)庠陬A(yù)燃室燃燒后帶著混合氣經(jīng)小孔噴霧進入燃燒室形成燃燒渦流，不需要壓縮渦

29、流。優(yōu)缺點同渦流室式燃燒室。第44頁/共107頁第4節(jié) 燃油的燃燒一、發(fā)火機理燃油燃燒理論：熱爆說、鏈鎖反應(yīng)說、鏈鎖反應(yīng)熱爆說（謝苗偌夫）。根據(jù)化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)及鏈鎖反應(yīng)理論：燃油發(fā)火燃燒是從低溫（Tc小于1200K）開始，燃燒后才產(chǎn)生高溫的。而且發(fā)火燃燒過程是一系列化學(xué)反應(yīng)的鏈鎖過程，發(fā)生著一系列的相變，即發(fā)火時處于低溫多相著火區(qū)。在鏈鎖反應(yīng)過程（烴的多階段發(fā)火過程）：1、燃油CH基在Tc下與O2接觸產(chǎn)生不完全的氧化過程，先產(chǎn)生活性較大的碳?xì)浠鵕過氧基ROO 過氧化物ROOH和甲醛HCHO；此不完全氧化過程中積累大量發(fā)光的、活動的甲醛而產(chǎn)生微光，形同火舌，不灼手也不引起可燃混合物燃燒稱之為冷焰

30、，此階段P不變，T略上升。第45頁/共107頁2、冷焰過程中產(chǎn)生大量的甲醛、乙醛，一氧化碳、過氧化物以及自由基（分子）等，使鏈反應(yīng)繼續(xù)進行，又產(chǎn)生新的過氧化物。當(dāng)過氧化物達(dá)到一定的臨界濃度時產(chǎn)生爆炸性分裂而產(chǎn)生一種蘭色火焰稱之為蘭焰。蘭焰是自燃過程第二階段，此階段中燃油分子氧化程度已較深并發(fā)出較多的熱量，但仍未形成氧化的最終產(chǎn)物（CO2和H2O）。3、蘭焰在工質(zhì)中傳播，氧化反應(yīng)繼續(xù)進行，醛類氧化產(chǎn)生一些新的活性核心和CO。這些生成物積累到一定濃度并上升到一定溫度時，CO+O2成為爆炸性火焰，稱之為熱焰。熱焰產(chǎn)生大量熱量，形成燃燒的火焰以后由一個或幾個這種著火點起，燃燒向整個燃燒室空間的可燃混合

31、氣傳播擴散，使全部燃油發(fā)生燃燒并放出全部熱能，燃燒速度取決于可燃混合氣質(zhì)量。柴油機中的燃燒過程必須經(jīng)歷可燃混合氣自行著火（自燃）和穩(wěn)定燃燒（火焰的傳播）兩個階段。自行著火是一個復(fù)雜的物理（燃油的噴射、霧化、蒸發(fā)和混合）與化學(xué)（焰前氧化反應(yīng)）變化過程。第46頁/共107頁4、發(fā)火條件合適的溫度和油氣濃度，一定的空氣擾動。燃油噴入氣缸后分散成大小不同的油粒，油粒與空氣有相對運動；各點處的溫度也不同，各油粒具備的物理與化學(xué)條件不同；相鄰油粒形成的混合氣相互干擾、滲透；在油束外圍直徑很小的油粒附近，雖因其蒸發(fā)快而使?jié)舛冗m當(dāng)，但其溫度較低或化學(xué)準(zhǔn)備不足而不會著火；油束核心處又因濃度太大也不會首先著火。首

32、先著火的部位是在油束核心與外圍之間混合氣濃度適當(dāng)（通常該局部1）和溫度適當(dāng)處。由于在缸內(nèi)符合此要求的部位不止一處，可能是多點同時著火，而且各循環(huán)的著火也不盡相同。當(dāng)火核形成之后，火焰既向四周傳播形成穩(wěn)定的燃燒。傳播路徑與速度仍然取決于可燃混合氣形成的狀態(tài)以及空氣的擾動。如果個別火焰中心在傳播途中遇到不合適的可燃混合氣（如濃度過濃或過?。?，則火焰?zhèn)鞑ブ袛?，同時其他部分的混合氣可能形成火焰核心并向四周傳播。第47頁/共107頁二、燃燒過程分析（分段燃燒理論）研究燃燒過程最簡便、最實用的方法是p-和T- 。1、滯燃期（噴油始點A-著火點B）在此階段燃油噴入（低速機15-30%，高速機80-100%）

33、，進行發(fā)火前的物理和化學(xué)準(zhǔn)備，初氧化的放熱量和物理過程的吸熱量相等，P、T不變與壓縮線重合，無明顯燃燒，但此過程中形成可燃混合氣的數(shù)量影響著速燃期的質(zhì)量。第48頁/共107頁此階段長短用i、i度量， i= i/6n一般隨轉(zhuǎn)速提高，滯燃時間縮短，滯燃角延長。滯燃時間內(nèi)形成的可燃混合氣的數(shù)量決定了后續(xù)速燃期燃燒的急劇程度，因此滯燃時間對燃燒過程起決定性影響。滯燃時間越長，積累的可燃混合氣越多，一旦發(fā)火，則壓力急劇上升，工作粗暴，嚴(yán)重時出現(xiàn)燃油敲缸，軸承受沖擊負(fù)荷，可靠性和壽命下降，應(yīng)力求減小滯燃時間。但滯燃時間也不能過短，否則油噴入未能貫穿燃燒室而集中在噴孔附近燃燒，易造成不完全燃燒，嚴(yán)重時部分油

34、分子高溫?zé)崃旬a(chǎn)生炭煙。 i= 0.001-0.005s第49頁/共107頁2、速燃期（發(fā)火點B-Pz點C）由滯燃期準(zhǔn)備好的燃油發(fā)火燃燒，同時在此階段噴入的部分已完成燃前準(zhǔn)備的油也燃燒，發(fā)火點在TDC附近，Pz點在ATDC10-15CA，因容積變化小，接近等容過程，由于空氣量充足而激烈燃燒，壓力急劇升高到Pz。第50頁/共107頁評價燃油燃燒是否柔和（粗暴）的重要參數(shù)-平均壓力增長率P/ （1） P/ 小的柴油機工作柔和，燃燒平穩(wěn)，無敲擊聲；（2）P/ 過大，易粗暴，燃油敲缸（原因滯燃時間過長，滯燃期內(nèi)噴入油量過大，可燃?xì)怏w過多）。評價速燃期的重要參數(shù)：（1）壓力升高率-單位曲軸轉(zhuǎn)角的壓力升高值

35、dp/d；（2）某一段曲軸轉(zhuǎn)角內(nèi)的平均壓力升高率P/ （3）整個速燃期的平均壓力升高率m=pz-pc/z-bm最常用，其決定了燃燒過程的柔和性； m大者，爆燃，工作粗暴，常伴有敲擊聲，但經(jīng)濟性較好。理想的燃燒過程應(yīng)使平均壓力升高率不超過0.4MPa/CA，最高爆發(fā)壓力發(fā)生在上止點后1015CA。第51頁/共107頁高速機因滯燃油量大，形成無控制燃燒狀態(tài)，易粗暴，造成敲缸；速燃期的燃燒速率無法控制，因混合氣形成速度無法控制，稱不可控燃燒期。由于速燃期的可燃混合氣主要是滯燃期內(nèi)噴入氣缸的燃油所準(zhǔn)備的，為了使柴油機工作平穩(wěn)，應(yīng)通過滯燃期來影響速燃期，力求縮短滯燃期、減少滯燃量、控制可燃混合氣的形成量

36、。滯燃期對燃燒質(zhì)量起決定性作用，控制滯燃期是影響燃燒過程的重要手段。速燃期也稱預(yù)混合燃燒階段。第52頁/共107頁3、緩燃期（C-Tz點D）燃燒室內(nèi)充滿著燃燒產(chǎn)物和燃燒火焰，油一旦噴入（約40-60%），低速機即蒸發(fā)燃燒，但活塞已越過TDC，燃?xì)馀蛎洠谷莘e急劇增大，壓力下降， P/ 下降，燃燒速率降低，同時因氧氣減少，接觸機會降低，易發(fā)生不完全燃燒（油分子熱裂）而冒黑煙，影響經(jīng)濟性和排氣污染。最高溫度一般出現(xiàn)在上止點后2035CA。第53頁/共107頁緩燃期也稱擴散燃燒階段，緩燃期的主要矛盾是油氣得到氧分子的速度趕不上燃燒速度的需要而發(fā)生不完全燃燒。為使之完全燃燒，就應(yīng)加強空氣運動來加強接觸

37、機會，此過程取決于負(fù)荷大小，稱可控燃燒期，其質(zhì)量對柴油機的危害是不完全燃燒。速燃期和緩燃期燃燒掉的燃油總量占8090%，構(gòu)成燃燒的主要部分，常將其稱為主（顯）燃期。第54頁/共107頁4、后燃期（D點-E，ATDC80100CA）是燃燒過程在膨脹過程中延續(xù)，因氧氣不足，由氣缸內(nèi)溫度低，使得燃燒不完全，熱效率下降，排氣溫度上升。熱負(fù)荷大，但后燃不一定冒黑煙，應(yīng)力求減少后燃。措施：加強空氣擾動；柴油機低負(fù)荷時后燃期短，低速機后燃期短于高速機（因燃燒時間長）。燃油霧化不良、噴油器滴漏、氣缸漏氣、換氣不良、噴油過晚等，均使后燃加劇。第55頁/共107頁三、燃燒過程的影響因素1、燃油品質(zhì)1）十六烷值：對

38、燃燒過程影響最大（主要影響化學(xué)準(zhǔn)備時間）CN大，滯燃時間短，燃燒平穩(wěn)，但CN過大時，游離炭多，工作粗暴； CN小，自燃性能差，滯燃期長，燃燒過程粗暴（燃燒敲缸）。2）餾程-揮發(fā)性：主要影響物理準(zhǔn)備時間，揮發(fā)性好，滯燃時間短，既有利于縮短著火前的物理準(zhǔn)備時間，也有利于著火前的化學(xué)準(zhǔn)備。對于CN過小者可采用適量添加劑以改善燃燒性能，如助燃劑、十六烷值增長劑。2、缸內(nèi)工質(zhì)狀態(tài)（Pc、Tc、空氣擾動）其中Tc影響最大，Tc高則滯燃時間短，工作平穩(wěn)。Pc、Tc取決于進氣壓力溫度、氣缸密封、傳熱條件、壓縮比等；擾動對燃前燃后混合氣形成起促進作用。第56頁/共107頁3、噴油正時噴油提前角過大時，噴油過早，

39、使滯燃時間延長，一旦燃燒發(fā)生于堆積油量多處，則易粗暴；噴油提前角過小，噴油過晚，使滯燃時間延長，工作粗暴，但由于發(fā)火點發(fā)生在TDC之后，因氣缸容積增加而使Pz變小，Tz變小，又因后燃嚴(yán)重可能冒黑煙。因此，噴油正時有最佳值。第57頁/共107頁4、霧化質(zhì)量：霧化質(zhì)量差時，滯燃時間長，工作易粗暴；在啟閥壓力太低，滴漏、噴孔部分堵塞時，可能引起不完全燃燒。5、換氣質(zhì)量：換氣質(zhì)量好則滯燃時間短，可促進燃燒完全。當(dāng)配氣正時不好、氣口氣閥臟污、漏氣（包括氣缸密封不好）、掃氣壓力低等原因而使換氣質(zhì)量變差時，將使滯燃時間延長，燃燒不完全。6、運轉(zhuǎn)工況（轉(zhuǎn)速與負(fù)荷）：轉(zhuǎn)速高時，相對漏氣量及散熱損失減少，Pc、T

40、c增大，噴油壓力升高，霧化質(zhì)量好，空氣擾動強，從而使滯燃時間縮短，但滯燃角增大；當(dāng)滯燃角增大速率大于滯燃時間減小速率時，將使P/ 增大，同時噴油持續(xù)角增大，加重后燃。第58頁/共107頁負(fù)荷（間接影響）大時，循環(huán)供油量增大，燃燒室溫度升高，Tc上升，滯燃時間縮短，但燃燒持續(xù)期延長，后燃加劇，高增壓二沖程機P/ 增大，低增壓四沖程機P/ 降低。四、改善燃燒質(zhì)量的措施通過對放熱規(guī)律的計算和理論分析，可以認(rèn)為較理想的燃燒過程是先緩后急，避免出現(xiàn)預(yù)混合燃燒階段的放熱高峰。因為放熱高峰的出現(xiàn)，一方面會引起壓力平均升高速度的增大導(dǎo)致較大的沖擊負(fù)荷和燃燒噪聲；另一方面由于放熱率高導(dǎo)致溫度升高，在有過量空氣存

41、在的情況下，排氣中的氧化氮含量增多。但降低預(yù)混合階段的放熱率，可能引起燃油消耗率的升高。為解決這一矛盾，必須加速擴散燃燒階段的放熱率，使上止點后的放熱越來越快，并快速終止燃燒，盡可能縮短燃燒周期。此外，應(yīng)盡量減少尾部燃燒（后燃）階段，因后燃對于柴油機冒黑煙和耗油率升高有明顯的影響。第59頁/共107頁開始放熱時刻、放熱規(guī)律和放熱持續(xù)時間是燃燒過程中三個重要因素，對柴油機性能的影響主要表現(xiàn)在熱效率和最高燃燒壓力兩方面。著火點越提前，熱效率越高，熱負(fù)荷越低，而機械負(fù)荷較高。但著火點提高到某一角度后，熱效率反而降低，不同類型柴油機均存在一個最佳著火時刻。燃燒持續(xù)時間越短，熱效率越高，機械負(fù)荷也高，一

42、般燃燒持續(xù)角為40較合適。先緩后急的理想燃燒過程使開始燃燒時放熱適中，以達(dá)到柔和運轉(zhuǎn)的目的，隨后的燃燒要加快使燃油盡量在上止點附近燃燒，以滿足經(jīng)濟運轉(zhuǎn)的要求。為了使柴油機的工作性能良好，應(yīng)該很好地控制燃燒過程。合適的燃燒放熱規(guī)律要求合適的噴油規(guī)律與之配合，即噴油也要先少后多。但是在柴油機中用噴油規(guī)律來控制燃燒規(guī)律較難實現(xiàn)，不過放熱開始時刻和放熱持續(xù)時間可由噴油時刻和噴油持續(xù)時間在一定程度上予以控制。第60頁/共107頁為了保證柔和燃燒和減少污染要求降低P/ 和Pz，但為了提高熱效率則要求燃燒壓力盡可能快的升高到Pz并保持定壓燃燒。因此，常是矛盾的。例如：為了降低機械負(fù)荷，要求在上止點以前少燃燒

43、燃油，但這樣做會引起燃燒過程后延，后燃加重，熱負(fù)荷增加，經(jīng)濟性變差。1、從設(shè)計方面：1）采用特殊形狀燃油凸輪，保證初期噴射速度低，后期噴射速度快并在短時間內(nèi)完成噴射；2）采用油膜蒸發(fā)燃燒方式的燃燒室，以保證燃燒柔和；3）采用分段噴射（同一缸有兩個油泵），先是一個噴油后二個同時噴油；4）采用變壓縮比活塞；5）采用可變噴油正時。第61頁/共107頁2、管理方面1）保證換氣質(zhì)量：增壓系統(tǒng)、配氣正時、活塞狀態(tài)等；2）燃油品質(zhì)：購買時保證品質(zhì)，使用前預(yù)處理；3）氣缸熱狀態(tài)：活塞環(huán)密封、閥密封、冷卻度；4）確保噴射系統(tǒng)正常工作：定時、定質(zhì)、定量；5）注意排氣煙色、排氣溫度、定期測Pz和示功圖分析計算調(diào)整；

44、排氣溫度及排氣煙度均可用來評價燃燒過程，排氣溫度高著重表示后燃增加；煙度增大著重表示不完全燃燒加劇。排氣煙色：淡灰色（1）黑煙：燃油分子在高溫缺氧下發(fā)生熱裂分解后發(fā)生脫氫反應(yīng)所致，由此產(chǎn)生的炭粒若能遇到含氧充足的空氣且能燃燒便會消失，否則與其它燃燒產(chǎn)物或炭粒接觸發(fā)生凝集，最后排出缸外；第62頁/共107頁冒黑煙主要原因：燃燒不完全（1）超負(fù)荷或變工況時，缸內(nèi)燃燒缺氧時；（2）霧化不良、燃油滴漏時或燃油質(zhì)量不好或過好時；燃油質(zhì)量不好時，粗大油粒外圍受熱汽化而燃燒，未能汽化的油粒被火焰包圍發(fā)生熱裂分解形成炭粒。（3）換氣質(zhì)量差時；（4）噴油過遲或后燃嚴(yán)重時；后燃主要原因：（1）霧化不好；（2）噴油

45、過晚；（3）超負(fù)荷；（4）換氣質(zhì)量差。2、蘭煙：大量潤滑油燃燒；柴油機尚未預(yù)熱或低負(fù)荷時燃燒室溫度偏低，燃燒條件惡劣，燃油未經(jīng)燃燒的極微小氣體顆粒隨排煙排出；3、白煙：水蒸汽（燃燒室漏水或油中有水）；未經(jīng)燃燒的滑油或燃油液體微粒。在冷起動時發(fā)火不良使燃油液體微粒排出或缸套過度磨損造成滑油上竄所致。第63頁/共107頁六、柴油機熱平衡燃油總熱量=有效功相當(dāng)熱量（30-55%）+排氣損失熱量（25-40%）+冷卻損失熱量（10-30%）+其它熱損失（熱輻射損失、不完全燃燒損失、機械損失等，2-10%）可回收利用的是排氣熱量和冷卻水熱量。此外，現(xiàn)代高增壓柴油機壓氣機后空冷器前空氣溫度超過180，空冷

46、器冷卻水熱量應(yīng)考慮回收。第64頁/共107頁第五節(jié) 柴油機的排氣污染與凈化我國船用柴油機排放限制規(guī)定（GBn267-87）：當(dāng)Pe300KPa時，ge214g/KWh，NOx 29g/KWh；ge=214268 g/KWh，NOx =2514g/KWh；ge 268 g/KWh，NOx 11g/KWh；MARPOL73/78公約附則VI-防止船舶造成大氣污染規(guī)則n130r/min時， NOx 17g/KWh；130 n 2000時， NOx 179.84g/KWh；NOx 45n*(-0.2）n2000r/min時, NOx 9.84g/KWh;（9.8）燃油中含硫量S%4.5%(m/m)，特

47、殊保護區(qū)域（波羅地海）1.5%，排放率小于6g/KWh.第65頁/共107頁一、柴油機排氣污染物及其危害1、廢氣中有害成分：無害成分：CO2（溫室氣體）、H2O、過量空氣及N2；有害成分：氣態(tài)排放物（CO、NOx、HC、SOx）和微粒物質(zhì)PM（炭煙、油霧等）一次污染物：上述由柴油機直接排出的污染物；二次污染物： 一次污染物NOx、HC排入大氣后經(jīng)光化學(xué)反應(yīng)等化學(xué)變化生成的新污染物，如：光化學(xué)煙霧中的臭氧O3、過氧?；跛猁}（PAN）等。有些污染物，如NO2、醛，既可在柴油機排氣中找到，也可由光化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生，因此既可歸入一次污染物，也可作為二次污染物看待。我國有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中把廢氣中有害成分及CO2和

48、炭煙等統(tǒng)稱為排放物，簡稱排放。第66頁/共107頁2、柴油機排放物的危害1）微粒物質(zhì)：主要有黑煙、藍(lán)煙和白煙?！拔⒘！币辉~被定義為除純水以外，單個顆粒直徑大于0.002m的任何固態(tài)或液態(tài)微顆粒或亞微顆粒。柴油機排氣中所含微粒物質(zhì)主要由碳、碳?xì)浠衔?、鉛化物和含金屬元素的灰分等組成。含金屬元素的微粒主要來自燃油和潤滑油的添加劑以及運動件摩擦所產(chǎn)生的磨屑等。以未燃燃油和潤滑油為主的液態(tài)顆粒，常在冷起動時在排氣管內(nèi)凝聚，當(dāng)直徑較大時表現(xiàn)為白煙，直徑較小時為藍(lán)煙；柴油機排出的固態(tài)微粒主要成分為碳，常稱為碳煙或碳粒，表現(xiàn)為黑煙。PM對人類健康的危害性與微粒大小及其組成有關(guān)。微粒越小，停滯于人體肺部、支氣

49、管的比例越大，對人體的危害越大，其中直徑小于0.1m的微粒對人類健康危害最大，0.11m的微粒對能見度危害最大。例如，直徑小于0.1m的微粒在空氣中做隨機運動，它可以通過呼吸器官達(dá)到肺部并附在肺細(xì)胞組織中，某些還會被血液吸收。第67頁/共107頁直徑介于0.11m的微粒有兼做隨機運動和沉降運動的特點，它能經(jīng)呼吸道深入肺葉并粘附在肺葉表面的粘液中，隨后在幾小時內(nèi)被絨毛所清除。較大的微粒（ 大于0.5m）不能深入呼吸道，常到鼻、喉處被阻住。柴油機排氣微粒粒徑分布的峰值通常在0.1m左右，處于能在大氣中長期懸浮的尺寸范圍內(nèi)，對人體健康造成很大威脅。柴油機的微粒排放量比汽油機高的多，約高出3050倍。

50、碳煙（黑煙）是燃油不完全燃燒生成的炭煙，主要由直徑為1.110 m的多孔性碳粒構(gòu)成，并在其表面凝結(jié)或吸附含氫成分-未燃烴和SO2，其影響視線，對人的呼吸系統(tǒng)產(chǎn)生危害，吸附SO2和多環(huán)芳香烴時有致癌危險。含氫成分大多可用有機熔劑萃取，稱可溶性有機物，萃取后剩下的碳煙稱干碳煙。我國用煙度計量炭煙。藍(lán)煙和白煙發(fā)生于柴油機起動和低負(fù)荷運轉(zhuǎn)之時，為燃油或滑油微粒，但粒度不同；藍(lán)煙粒徑在0.5m以下，而白煙粒徑在1 m以上，它們排出時由于燃燒中間生成物（如甲醛等）排出，有刺激性與臭味。第68頁/共107頁2）NOx：NO和NO2。高濃度的NO能造成人體和動物中樞神經(jīng)系統(tǒng)障礙，NO2為棕色刺激性劇毒氣體，吸

51、入人體后與血蛋白作用成為變性血紅蛋白，使血液輸氧能力下降。人在100-150ppmNO2環(huán)境中0.5-1h,就會因肺氣腫而死亡。在光化學(xué)反應(yīng) 產(chǎn)生臭氧、醛和PAN（過氧化酰基硝酸鹽）等，臭氧具有極強的氧化力，使植物變黑，橡膠發(fā)裂，人體肺氣腫，而醛對眼睛、上呼吸道、中樞神經(jīng)有危害。PAN的毒性介于NO和NO2之間。3）HC：其中所含的醛類和多環(huán)芳香烴（3、4苯并芘等）為致癌物質(zhì)，HC是光化學(xué)煙霧的重要物質(zhì)，在陽光下與NOx進行化學(xué)反應(yīng)生成較毒的淺藍(lán)色光化學(xué)煙霧，其生成的O3對人體和生物有害。第69頁/共107頁4）CO：無色無味有毒氣體，在低負(fù)荷和滿負(fù)荷時排出較多。吸入后能與血紅蛋白結(jié)合成碳氧血

52、紅蛋白，導(dǎo)致人體組織缺氧，發(fā)生惡心、頭暈，嚴(yán)重時窒息死亡。5）SO2：具有刺激性，直接危害人的眼鼻和喉粘膜，引起呼吸器官炎癥。SO3與水分作用生成硫酸形成酸雨，影響生態(tài)平衡。6）臭氣：由O3、NO2及不完全燃燒產(chǎn)物（甲醛、丙烯醛等）組成。二、柴油機排氣污染物生成機理及控制1、排氣污染物生成機理柴油機燃料中一般含氮量不到0.02%，排氣中的NOx主要是空氣中的氮在高溫下氧化而成，可用Zeldovich機理說明。第70頁/共107頁1）NOx：O+N2NO +N（1） N+O2 NO+O（2） N+OH NO+H（3）氧原子是氧氣在高溫分解時產(chǎn)生的，氧原子的存在誘發(fā)NO生成的連鎖反應(yīng)。真?zhèn)€連鎖反應(yīng)

53、過程中，式（1）起決定作用，因此氧原子濃度及反應(yīng)溫度對NO生成最為重要。 NO生成還與反應(yīng)時間有關(guān)。如果燃?xì)庠诟谎鹾透邷貤l件下停留時間長， NO的生成量必然增加。隨著膨脹沖程缸內(nèi)溫度下降， NO生成率也迅速下降。但因逆反應(yīng)速率低， NO不能很快達(dá)到相應(yīng)的平衡濃度，因此其排放濃度大大高于平衡濃度。溫度、氧濃度、高溫下停留時間是NO生成的三大要素。在柴油機中，預(yù)混合燃燒速度很快，又發(fā)生在上止點附近，有最長的焰后反應(yīng)時間和最高的氣體溫度，對NO生成極為有利。擴散燃燒速率受混合速率或燃油氣化速率限制，又發(fā)生在上止點后，活塞已下行，不論氣體溫度還是焰后反應(yīng)時間均不如預(yù)混合火焰。柴油機中的NO生成量與參加

54、預(yù)混合燃燒的燃油比例有很大關(guān)系。第71頁/共107頁參與預(yù)混合燃燒的燃油量多， NO生成量越多。直噴式燃燒室生成的NO濃度明顯大于分開式燃燒室。2）HC：未燃燃油、分解的燃油分子或燃油燃燒的中間產(chǎn)物（醛、醇）組成，少部分產(chǎn)生于滑油。是由混合氣形成條件和燃燒不良所引起的燃油不完全燃燒形成的（如噴油設(shè)備工作不正常，噴油器結(jié)構(gòu)不合理）。3）SO2：燃油中硫分的燃燒產(chǎn)物。4）CO：燃油不完全燃燒的產(chǎn)物，主要是在缺氧或低溫度下形成的。柴油機過量空氣系數(shù)大，在預(yù)混合燃燒中產(chǎn)生的CO可在擴散燃燒中進一步氧化成CO2。所以柴油機中的CO比汽油機少。第72頁/共107頁5）微粒物質(zhì)：黑煙由炭粒子構(gòu)成，主要成分是

55、碳元素，排氣中的黑煙是燃油在燃燒過程中經(jīng)歷一系列物理化學(xué)變化后形成的。一般認(rèn)為是燃油在高溫缺氧熱裂成炭煙核心，此炭煙核心經(jīng)歷表面增長的凝聚過程最后形成炭煙粒子。白煙是未經(jīng)燃燒的燃油和滑油以液滴狀態(tài)組成，直徑在1m以上，多在低負(fù)荷及低溫起動時出現(xiàn)，因此時缸內(nèi)溫度較低，燃燒不好。藍(lán)煙是燃燒不完全的燃油和滑油凝結(jié)呈微粒狀態(tài)而形成，其微粒直徑在0.5 m以下，在藍(lán)色光折射成藍(lán)煙。多在低負(fù)荷運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生，因缸內(nèi)溫度較低，燃燒不好。第73頁/共107頁2、排氣污染物的凈化措施1）前處理：脫硫、減少芳香烴含量、精細(xì)過濾、乳化、磁化、采用添加劑、進氣噴水、廢氣再循環(huán)（EGR）。2）后處理：炭煙等微粒后處理（水洗

56、滌、靜電除塵、微粒過濾），催化處理技術(shù)（使用氧化催化劑和還原劑使NOx還原（SCR）為N2，CO氧化為CO2、HC氧化為H2O和CO2）。3）機內(nèi)處理（1）推遲噴油并適當(dāng)提高噴油速率。減小噴油提前角使燃燒溫度降低，縮短氮、氧高溫停留時間，可抑制NO生成，但排氣中黑煙及HC增加，經(jīng)濟性、動力性降低，適當(dāng)提高噴油速率可使噴油終點大致不變。（2）研制和使用低污染燃燒室。分開式燃燒室因副室最高溫度低、主室存在強烈氣體渦流，使NOx、HC、炭煙等排量均較低，但經(jīng)濟性較差。第74頁/共107頁（3）增壓中冷。（4）提高噴射質(zhì)量，保證良好混合。采用高壓多孔噴射（100140MPa，目前已達(dá)18MPa）；采用

57、二級噴射以控制預(yù)混燃燒。（5）采用可變控制機構(gòu)和微機進行最佳控制（噴油正式、氣閥正時、噴油速率、EGR、可變掃氣口、可變渦輪噴咀截面等）。（6）采用共軌噴射系統(tǒng)、采用電子噴射系統(tǒng)。（7）采用廢氣再燃技術(shù)（在廢氣鍋爐或燃油鍋爐）。第75頁/共107頁第六節(jié) 噴油設(shè)備一、噴油泵海船上采用柱塞式泵。其作用除了產(chǎn)生噴射高壓外，還有對供油的定時與定量。其定時供油凸輪軸上的凸輪安裝位置控制，凸輪軸與柴油機曲軸的傳動相位確定整機各噴油泵的供油定時。噴油泵的定量供油取決于柱塞上行時有效供油行程的大小。油量調(diào)節(jié)有三種方式：始點調(diào)節(jié)式、終點調(diào)節(jié)式、始終點調(diào)節(jié)式。第76頁/共107頁1、回油孔調(diào)節(jié)式噴油泵1）結(jié)構(gòu)特

58、點主要部件：柱塞和套筒、油量調(diào)節(jié)機構(gòu)（齒條S和齒套R）出油閥等。柱塞上有直槽（停油）、斜槽（調(diào)油）、環(huán)槽（卸油）；套筒上有進油孔、回油孔（B）；柱塞通過橫銷套在齒套中。第77頁/共107頁2）工作原理柱塞上行當(dāng)進回油孔被關(guān)閉時，為幾何供油始點，當(dāng)油壓上升至大于出油閥彈簧力與高壓油管剩余壓力之和時，為實際供油始點。當(dāng)斜槽打開回油孔時，為幾何供油終點。從供油始點到供油終點的供油行程為柱塞的有效行程。油量調(diào)節(jié)（柱塞斜槽）終點調(diào)節(jié)式：斜槽在下，始點調(diào)節(jié)式：斜槽在上，始終點調(diào)節(jié)式：上下斜槽第78頁/共107頁第79頁/共107頁混合調(diào)節(jié)：MAN B&W公司的LGB/GBE、LMC主柴油機上曾使用

59、：078%負(fù)荷為一種始終點調(diào)節(jié)式（負(fù)荷增大，供油提前角增大），78100%負(fù)荷為另一種始終點調(diào)節(jié)式（負(fù)荷增大，供油提前角減?。２糠重?fù)荷下，Pmax高，熱效率高，經(jīng)濟性好，高負(fù)荷時限制Pmax，滿足減功率運行要求。第80頁/共107頁三種油量調(diào)節(jié)方式比較終點式：發(fā)電機常用，供油初期柱塞速度小，中后期快，滿足噴油規(guī)律，但部分負(fù)荷下易粗暴；始點式：部分負(fù)荷下，供油提前角過小，燃燒過晚，易惡化；高負(fù)荷下，供油提前角過大，易粗暴；始終點式：部分負(fù)荷下，經(jīng)濟性差。其它型式：為避免偏磨，柱塞中心小孔與斜槽徑向孔相同代替直槽；對稱斜槽；斜槽尖角處鉆有與直槽正交徑向微孔。優(yōu)點：構(gòu)造簡單緊湊、零件少，造價低，用

60、于各種機型缺點：柱塞單向受力，易偏磨，使密封性降低；不能滿足減功率運行要求。第81頁/共107頁3）典型結(jié)構(gòu)介紹終點調(diào)節(jié)式，套筒上為圓孔和長孔（回油孔），在進油腔處有放氣螺釘。油量總調(diào)：靠油門拉桿；油量單調(diào)：改變齒條與拉桿相對位置。第82頁/共107頁4）出油閥偶件作用：蓄壓、止回和減壓（卸載）。蓄壓：供油行程中使供油壓力逐漸累進。止回：吸油行程中防止高壓油管內(nèi)燃油倒流，縮短噴射延遲階段，也有利于排除系統(tǒng)中空氣。減壓：通過出油閥的卸載容積可有效控制噴射結(jié)束后高壓油管中的剩余壓力，可防止因高壓油管剩余壓力過高而引起的重復(fù)噴射和減少燃油的滴漏。第83頁/共107頁（1）等容卸載：閥在落座前下行h距離，使高壓油管壓力下降