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1、摘要柴油機的燃燒過程對柴油機的工作非常重要。燃燒過程的優(yōu)劣,直接影響柴油機的動力性和經濟性。柴油機的動力性和經濟性是衡量柴油機性能好壞的重要指標,而柴油機的燃燒過程能否正確、及時、完全地進行將直接影響柴油機的動力性和經濟性。因此,對柴油機燃燒過程的分析就顯得尤為重要,但影響燃燒過程的有很多,諸如柴油機的燃燒室結構、轉速、負荷、工作溫度、汽缸冷卻的好壞等,本文就從這些著手簡要的對柴油機的燃燒過程進行和分析。:柴油機;動力性;經濟性;燃燒過程;燃燒室;柴油機燃燒過程以及如何提高柴油機動力性和經濟性的探討第 1 章緒論柴油機的燃燒過程對柴油機的工作非常重要。燃燒過程的優(yōu)劣,直接影響柴油機的動力性和經
2、濟性。所謂柴油機的燃燒過程,是指在氣缸中與壓縮空氣中的氧化和燃燒而放出熱能的過程。其過程受柴油機燃燒室結構形狀以及與氣缸相匹配的供氣系統(tǒng)、供油系統(tǒng)、柴油機的運行工況、負荷、冷卻等諸多方面的影響。本就其燃燒過程的主要影響進行淺析,并找尋改善柴油機燃燒過程的方法以提高柴油機的經濟型和動力性。第 2 章柴油機簡介柴油機是一種壓縮發(fā)火的往復式內燃機。常以主要發(fā)明者的名字被稱為引擎。它使用揮發(fā)性較差的柴油或劣質油做, 柴油機在工作時,吸入柴油機氣缸內的空氣,因活塞的運動而受到較高程度的壓縮,達到 500700的高溫。然后燃油以霧狀噴入高溫空氣中,與空氣混合形成可燃混合氣,自動著火燃燒。燃燒中在活塞頂面上
3、,推動活塞并通過連桿和曲軸轉換為旋轉的機械功。的能量作用2.1 柴油機的基本結構圖 1-l 柴油機的基本結構組成l-氣缸蓋;2-活塞;3-氣缸套;4-心活塞銷;5-連桿;6-連桿螺栓;7-曲軸;8-機座;9-主軸承;10-機體;11-凸輪軸; 12-噴油泵;13-頂桿;14-進氣管;15-搖臂;16-閥;17-高壓油管;18-噴油器;19-排氣閥;20-氣閥彈簧;21-排氣管柴油機的基本結構主要有固定部件,運動部件以及各種系統(tǒng)如配氣系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、啟動系統(tǒng)、調速系統(tǒng)等,此外,船舶柴油機還設有換向裝置,并將起動、調速、換向和停車集中控制組成步提高柴油機做功能力1。系統(tǒng)。多數(shù)柴
4、油機還設有增壓系統(tǒng),用于進一2.2 柴油機的分類。柴油機種類繁多:按工作循環(huán)可分為四沖程柴油機,即進氣、壓縮、膨脹、排氣四個沖程;圖 1-2 四沖程柴油機工作原理二沖程柴油機,即進氣與壓縮沖程、膨脹與排氣沖程。圖l-3 二沖程柴油機工作原理示意圖按冷卻方式可分為水冷和風冷柴油機。按進氣方式可分為增壓和非增壓(自然吸氣)柴油機。按轉速可分為高速(大于 1000 轉分)、中速(3501000 轉分)和低速(小于 350轉分)柴油機。按燃燒室可分為直接噴射式、渦流和預燃柴油機。按氣體壓力作用方式可分為單作用式、雙作用式和對置活塞式柴油機等。按氣缸數(shù)目可分為單缸和多缸柴油機。按用途可分為船用柴油機、機
5、車柴油機、汽車柴油機、發(fā)電柴油機、農用柴油機、工程機械用柴油機等2。2.3柴油機的柴油機。主要是柴油,通常高速柴油機用輕柴油;中、低速柴油機用輕柴油或重柴油。柴油機用噴油泵和噴油器將燃油以高壓噴入氣缸,噴入的燃油呈霧狀,與空氣混合燃燒。因此柴油機可用揮發(fā)性較差的重質或劣質,如原油和渣油等。在燃用原油和渣油時,除須濾除雜質和水分外,還要對供油系統(tǒng)進行預熱保溫,降低粘度,以便輸送和噴射。柴油機如采用某種合適的燃燒室也可燃用乙醇、和甲醇等輕質。為了改善輕質的著火性,可加入添加劑提高烷值,或與柴油混合使用。一些氣體,如天然氣、液化石油氣、沼氣和發(fā)生爐煤氣等也可作為柴油機的,但這時通常以氣體為主,以少量
6、柴油引燃,這種發(fā)稱為雙內燃機。2.4 柴油機的優(yōu)點。柴油機具有熱效率高的顯著優(yōu)點,其應用范圍越來越廣。隨著強化程度的提高,柴油機功率的重量也顯著降低,為了節(jié)能,各國都在注重改善燃燒過程,燃用低質燃油和非石油制品。此外,降低摩擦損失、廣泛采用廢氣渦輪增壓并提高增壓度、進一步輕量化、高速化、低油耗、低噪聲和低污染,都是柴油機的重要發(fā)展方向。第 3 章柴油機的燃燒過程柴油機的實際燃燒過程,是一個復雜的物理及化學變化過程,受到諸多的影響,其放熱規(guī)律與理想放熱規(guī)律之間存在著很大的差別。柴油機的燃燒基本上是噴霧的非定常紊流擴散燃燒。即在燃燒室所限制的狹窄空間內的高溫、高壓環(huán)境下,經高壓噴射的高濃度噴霧在空
7、間分配不均的狀態(tài)下,在極短的時間內,進行的一種燃燒形態(tài)。柴油機的燃燒是實際發(fā)中最復雜的一種燃燒。在燃燒過程中期缸內氣體的壓力和溫度不斷變化,這個壓力及溫度是綜合反映燃燒進行情況的最重要的參數(shù),可以用來分析燃燒過程的進展況。燃燒的四個階段根據(jù)油泵供油、噴油器噴油及汽缸壓力溫度變化的特點,可將燃燒過程分為滯燃期、急燃期、緩燃期及后燃期等四個階段。圖 2-1 燃燒過程曲線3.1 滯燃期從噴射時刻(d 點)到著火時刻的時間(或曲柄轉角c 點)間隔稱為著火延遲期:在著火延遲期內噴入到燃燒室高溫、高壓氣體中的進行著霧化、加熱、蒸發(fā)、擴散與空氣混合等物理變化,以及分子的裂化、低溫氧化等化學變化,在此期間,物
8、理過程和化學過程是同時進行的,這種物理與化學準備階段對每一個燃油分子來說,有先有后,它們只能交叉進行。在烷值一定的情況下,決定著火延遲期的主要是燃燒室的溫度和壓力,壓縮比增加和燃燒量顯著增大。進行進氣預熱、增壓等都會使壓縮終了時的溫度、壓力增加,使著火延遲期縮短,最近的表明。即使在著火延遲期內,由于焰前反應或的熱分解也會有少量的H2、H2O 等生成。從目前的技術狀況看,滯燃期過長時柴油機燃燒過程的通病,應力爭縮短柴油機的滯燃期。滯燃期的長短可用滯燃時間或滯燃角(曲柄轉角度)來表示。雖然滯燃期內沒有出現(xiàn)明顯的燃燒,但這段時間過長對以后的燃燒過程有著明顯的影響,特別是它直接影響第二階段(急燃期)的
9、燃燒及相應的放熱規(guī)律。因為在滯燃期內,汽缸內已經積累了一定的油量,這些油經過一定程度的物理和化學準備,在第二階段一起燃燒,是缸內壓力急劇上升。也就是說,在滯燃期內形成的可燃混合氣的數(shù)量決定了下階段速燃氣燃燒的急劇程度。3.2 急燃期從著火點(c 點)開始到缸內氣體壓力最高點(y 點)為止,稱為急燃期,這為燃燒的第二個階段。著火一開始,在著火延遲期內形成的可燃混合氣幾乎同時著火,這期間產生的火焰是不輝焰或半輝焰,是屬于預混合氣的燃燒。而在此時活塞位于上止點附近,汽缸容積變化不大,故可認為是等容燃燒過程,即曲柄轉角的壓力升高值。在評價燃燒過程的主要指標是壓力升高率,著火延遲期的大小直接影響著在這一
10、速燃期內的燃燒量,進而決定壓力升高率,壓力升高率又決定了柴油機燃燒過程的柔和性。壓力升高率小的柴油機工作平穩(wěn),燃燒柔和;壓力升高率過大的柴油機,工作3.3 緩燃期,經常發(fā)生敲擊,稱此類敲擊為燃燒敲擊。從汽缸內壓力最高點(y 點)到缸內氣體溫度最高點(z 點)為止,稱為緩燃期,此為燃燒過程的第三階段。在這一階段,燃燒仍以很快的速度進行,放熱量可達循環(huán)總量 60%70%,氣體的溫度迅速上升至最高溫度(約 17002000)。由于燃燒室中充滿燃燒產物溫度很高,燃油一噴入汽缸內即行蒸發(fā)燃燒。同時活塞一離開上止點下行,所以燃油燃燒雖多,但由于汽缸容積增大,汽缸內氣體壓力仍緩慢下降。緩燃期具有擴散燃燒的特
11、征。其混合氣形成的速度控制燃燒速度,若在此燃燒階段內,采取措施使蒸發(fā)的燃油得到足夠的空氣。盡快地形成混合氣,就能保證迅速而完全的燃燒,從而提高柴油機的熱效率和降低排氣煙度。由于在急燃期和緩燃期內總共燃燒掉的燃油占循環(huán)總油量的 80%90%左右,燃燒過程的主要部分,故常將這兩者統(tǒng)稱為燃燒階段。了3.4 后燃期汽缸內氣體溫度最高點(z 點)以后發(fā)生的燃燒過程,稱為后燃期,此為燃燒過程的第四階段。從緩燃期終點起到燃油基本燃燒完止,這一階段的終點較難確定。一般是在噴射終了后,曲軸轉角約為上止點后 1020處,此時火焰的進展逐漸緩慢,局部區(qū)域的燃燒或氧化還在進行,但此期間的放熱率已很低。在柴油機中,由于
12、燃燒的時間短促,燃油與空氣的混合又不均有一些燃油由于遇不到充分的氧分子而未燃或未完全燃燒,而拖延到膨脹過程繼續(xù)燃燒。在后燃期中,因為活塞下行,在較低的膨脹比下放熱,所放出的熱量得不到有效利用,一方面降低了經濟性,另一方面提高了排氣溫度。排氣溫度升高,又使柴油機的熱負荷增加,影響使用3。因此應加強缸內的空氣,改善混合氣的形成,盡量縮短后燃期。第 4 章燃燒過程中存在的主要問題燃燒是柴油機產生動力的來源??梢哉f,內燃機的生存與發(fā)展,各種類型的柴油機在結構與性能上的差異、對環(huán)境的污染等,無不與燃燒的種類和品質有著密切的關系。柴油機的燃燒過程一般理論上可以分為四個階段:滯燃期、速燃期、緩燃期、后燃期。
13、由于柴油機混合氣形成和燃燒特點,柴油機的燃燒過程存在以下幾個主要問題:4.1 燃燒不完全柴油機的混合氣形成和燃燒是在壓縮上止點前后不大的曲軸轉角范圍內完成,如果柴油機的轉速為1500r/min,這相當于只有0056s,在這樣短的時間內要柴油機充分燃燒是非常的。4.2 柴油機敲擊。在燃燒的滯燃期間經物理、化學反應的柴油在速燃期間迅速燃燒,使柴油機產生敲擊,敲擊不僅產生噪聲,而且使機件受到很大的沖擊載荷。為了減輕敲擊,最好使先少噴,著火后再多噴,但這樣一方面由于燃燒推遲而使熱效率降低,另一方面由于大量燃油在緩燃期間噴人高溫氣體而形成大量炭煙。4.3 排氣冒煙由于柴油機中混合氣形成的特點,顯然期間必
14、然要產生較多的炭煙,問題在于如何減少其產生量和如何使氣缸內保持一定的條件,使其在后期燒掉。要減少炭煙的形成,應提高混合氣形成的速率和燃燒速率,減少緩燃期間的噴油量,但這些措施都會使速燃期間的壓力增長率加大。4.4 廢氣中有有害成分內燃機排氣中的主要有害成分是CO、H2和NO。對柴油機來說,主要是NO,它是氮和氧在高溫條件下反應生成的。要減少NO,就要注意: O2的濃度不要太大,充氣系數(shù)太大會使燃燒過程中有的氧和氮反應生成NO;燃燒的溫度不能太高;燃燒室內高溫持續(xù)時間不能太長。由此可見,為了改善柴油機的燃燒過程,盡量減少柴油機燃燒過程的不完全燃燒,這需要使燃油和空氣很好的混合,目前主要依靠兩方面
15、來滿足這種要求,一是燃油的噴射與霧化,一是空氣。第 5 章影響柴油機燃燒過程的在柴油機氣缸中的燃燒過程,就是與空氣中的氧發(fā)生劇烈氧化反應,并產生大量熱的過程。為了使能夠充分燃燒,必須要有足夠的空氣。理論土講,1 公斤柴油完全燃燒需要空氣 14.3 公斤,故柴油機空燃比為 14.3 的可燃混合氣為理論混合氣,若可燃混合氣的空燃比小于 14.3,則意味著其中柴油含量有余,空氣含量不足,可稱為濃混合氣,同理空燃比大于 14.3 的可燃混合氣則可稱為稀混合氣。對于不同的,其理論空燃比的數(shù)值是不同的。一般柴油機的燃燒過程也包括混合氣的形成過程,這是因為在燃燒室內混合氣的形成過程與燃燒過程是交織在一起的,
16、無法將這兩個過程截然分開。柴油機的燃燒過程是:當壓縮沖程接近終了時(一般在上止點前 1030),柴油開始噴人氣缸,從噴油開始到噴油結束有一段延續(xù)時間(約為 15s 一 35s),每個油粒都依次經過噴射霧化、受熱蒸發(fā)、與空氣混合、氧化燃燒這一過程。影響燃燒過程的很多,可以對柴油機溫度和壓縮比、噴油時間、噴油質量、供油規(guī)律、轉速、負荷進行分析,以便了解它們對燃燒過程的影響,正確使用和柴油機。5.1 燃燒室結構及進氣系統(tǒng)的影響燃燒室的優(yōu)劣對柴油機的燃燒性能有決定性的作用,因此是柴油機設計的關鍵。燃燒室分為直噴式和分隔式兩大類,直噴式包括開式和半開式,而分隔式有渦流室和預燃室兩種。燃燒室由氣缸蓋底面和
17、活塞頂面形成,具有一定形狀的整體空間。多孔噴油器(610 孔)能使燃油霧化良好,并均勻分布在燃燒室空間。燃燒室的形狀對燃燒過程有著重要影響??s口燃燒室具有較大的擠流強度,較長的渦流持續(xù)期,較合理的渦流分布,更有利于混合氣的形成,可以進一步擴散燃燒,產生較高的缸內壓力和溫度,具有最好的燃燒性能。直口燃燒室燃燒性能相對較差,敞口燃燒室的。但是縮口燃燒室的熱應力較大,殘余廢氣不易排除,實現(xiàn)增壓比較。柴油機的燃燒室結構有兩種形式,一種為直噴式燃燒室,一種為分隔式燃燒室。直噴式燃燒室由于燃燒室結構簡單,難以形成較強氣體擾流,必須配以能形成較強氣體擾流的進氣系統(tǒng),如切向進氣道,螺旋進氣道,扭切進氣道等,以
18、便形成良好的可燃混合氣,利于柴油機燃燒得及時、完全。分隔式燃燒室由于其自身結構特點,其燃燒室由主燃室和輔助燃燒室組成,就決定了氣體易于形成較強的擾流,故配以簡單的進氣系統(tǒng)便可形成良好的可燃混合氣,利于燃燒4。5.2 柴油機的溫度與壓縮比的影響當柴油機溫度較高時,由于的蒸發(fā)和氧化反應進行得較快,則著火延遲時期就縮短,柴油機工作比較柔和,經濟性得到了提高;反之,如果柴油機燃燒室溫度過低,由于蒸發(fā)較差,氧化反應進行得緩慢,則會使著火延遲時間增長,柴油機工作,經濟性下降,甚至不能著火,因此,柴油機工作中應保證正常溫度,柴油機采取較高的壓縮比,是提高壓縮終了時氣體的溫度和壓力,以便縮短著火延遲時間,使柴
19、油機工作柔和。另外,由于空氣中氧氣密度增加,燃燒也比較迅速、安全。5.3 噴油質量與供油規(guī)律的影響噴油質量好的標志是噴出的油粒細小均勻,這樣可增大油粒與空氣接觸的總面積,使蒸發(fā)和氧化進行得較快,縮短著火延遲時期,有利于柴油機的動力性和經濟性。供油規(guī)律指的是噴人燃燒室的迅速、完全地燃燒,提高了量與曲軸轉角的關系。對供油規(guī)律的要求是:開始供油量不宜過多,在中期和末期要求供油量多些,這樣可避免在著火延遲時期噴人過多的柴油,而造成柴油機工作,同時,供油持續(xù)時間不宜過長,以免造成后燃嚴重,這樣就要要求有合適的供油提前角,對于直噴式柴油機而言,理想的噴有規(guī)律應該是“先緩后急”,即當噴油開始時噴油率要小,且
20、著火后噴油率要很快上上升,緊接著就結束,這是一種比較理想的噴油規(guī)律。影響供油規(guī)律的當凸輪磨損后將會改變供油規(guī)律,從而影響柴油機的燃燒過程。很多,如噴油泵凸輪,此外噴油壓力影響噴霧質量、噴注的形狀和射程。其壓力過大或過小,都會改變噴霧細粒度和均勻度及油束的錐角和射程,直接影響燃燒過程。噴油壓力過高,對于渦流室燃燒室來說,其空間分布柴油量相對減少,壁面油膜相對增多,燃燒持續(xù)期和后燃期延長。對動力性、經濟性、排放均不利。噴油壓力過低,燃油霧化不良,同樣不利于可燃混合氣形成,影響燃燒質量。5.4 柴油機轉速與負荷的影響柴油機轉速的變化,將引起柴油噴霧質量、空氣的吸入量和進入氣缸的空氣運動等的變化,并對
21、燃燒過程產生極其復雜的影響。其綜合表現(xiàn)為:當轉速升高而供油量不變時,燃燒準備期和持續(xù)期以秒計都將縮短,即燃燒過程變得迅速;但若以曲軸轉角計,準備期和延續(xù)期都將增加。所以,柴油機轉速越高,供油提前角則大。但一般柴油機的供油提前角是按標定轉速試驗調整的,并不隨轉速變化而變化,故柴油機在怠速時的供油提前角就偏大,容易出現(xiàn)敲缸。同時,柴油機的有效功率與其輸出扭矩和轉速的乘積成正比,若轉速降低,則柴油機的功率也要降低。這時,若不相應地減少負荷,則此油機將超負荷運轉,結果造成供油量過大,燃燒不完全,油耗升高,柴油機冒煙、過熱及急劇磨損。當柴油機轉速不變而負荷減少時,供油量也減少,但進入氣缸的空氣量并不減少
22、,因此,由于氧氣量相對增加,使燃燒就較完全。但負荷太小、供油量太少時, 柴油機達不到正常溫度,對燃燒不利。當負荷太大時,供油量增加,因后期噴入的柴油不能完全燃燒而導致冒黑煙。此時,不但油耗升高,而且功率受影響;同時零件由于受到大的載荷而磨損。可見,柴油機長時間的超負荷、低轉速大負荷及空轉都是不利的,最好經常處于接近標定功率的工況下工作,才是最好的動力性和經濟性。此外,由于使用中氣門下陷量達大、活塞頂凹坑方向裝反、空氣濾清器或進、排氣管道堵塞、柴油品質的好壞等原因,都會破壞柴油機正常燃燒的條件,造成柴油燃燒不完全而冒黑煙,影響柴油機的動力性和經濟性,同樣也必須引起應有的重視。5.5 柴油機冷卻效
23、果的影響柴油機溫度不僅與負荷和轉速有關,而且與冷卻水及周圍空氣的溫度有關,特別是冷卻水溫度的影響。在柴油機中燃燒放出的熱量不是全部用于做功,不少的一部分要經過汽缸、汽缸蓋、活塞等部件散向外界。為了能散出這些熱量,需要有足夠數(shù)量的冷卻介質強制連續(xù)流經受熱部件,通過冷卻保證這些受熱部件的正常穩(wěn)定溫度。若工作中,由于冷卻水不足,散熱不良,長時間超負荷作業(yè)或噴油時間過遲等原因,都能引起柴油機溫度過高。高溫運轉,將造成進氣不足、燃燒過程變壞、機油變稀、零件磨損加劇、活塞與曲軸因過度膨脹而卡死,或造成零件的燒損。低溫運轉,也造成燃燒不良和熱損失增多,并和經濟性。柴油機的磨損。因此,柴油機溫度過高或過低,都
24、會嚴重影響其動力性汽缸密封性的影響在柴油機的工作過程中,由于空氣中的塵埃及柴油機中的機械雜質和水分,以及燃氣酸腐蝕等原因,使氣缸套、活塞環(huán)、活塞產生不正常磨損;因氣門彈簧折斷或彈力喪失,以及因氣門磨損或積碳使氣門關閉不嚴;因氣缸蓋變形、裂紋,氣缸墊燒損;因安裝時活塞環(huán)開口方向及活塞環(huán)的間隙過大或環(huán)膠等原因,都可能使氣缸密封性變差,造成燃氣漏入曲軸箱和機油竄入燃燒室。同時使壓縮終了的氣缸溫度、壓力偏低,空氣運動變弱,導致可燃混合氣的形成燃燒不良和燃燒不完全。結果使柴油機的燃燒過程嚴重受到影響,功率下降,油耗上升,甚至使柴油機無法工作。三大精密偶件的影響5.7.1噴油器針閥偶件磨損后,會使霧化不良
25、,滴油;導向部分磨損后使噴油器回漏增加。此時,將因燃氣竄入噴孔帶入炭渣、針閥偶件溫度升高,使針閥偶件燒損或卡死。若針閥卡死在關閉位置,則因噴油器不能噴油而造成柴油機“斷缸”現(xiàn)象;若針閥卡死在開啟位置,則柴油不能完全霧化和燃燒,柴油機冒白煙(間有黑煙),且高壓油管回氣。5.7.2出油閥和閥座的密封錐面磨損后,在噴油泵供油量和供油時間正常的情況下,將使供油量減少、供油時間變遲,造成柴油機排氣冒煙、過熱和功能不足。在減壓環(huán)帶和內孔磨損后,其減壓作用失效,使噴油器停油不干脆、有后滴現(xiàn)象和霧化不良,并使供油量相對增加和供油時間提前,從而造成柴油機工作、有嚴重的敲擊聲、功率下降、起動性能不良、冒黑煙或因缺
26、水而斷續(xù)冒白煙。如果出油閥卡住或彈簧折斷,則噴油泵不供油,柴油機不能啟動。5.7.3和套磨損后,將造成供油時間落后、供油量減少及供油不均勻性增加,導致柴油機燃澆不良、起動、功能下降、以及怠速不穩(wěn)定甚至自動停車。第 6 章改善柴油機燃燒過程提高其動力性和經濟性的措施有上面的分析可知,燃燒過程的能否正常運行直接關系到柴油機的經濟性與動力性。所以根據(jù)柴油機燃燒過程的特征,以及影響柴油機燃燒過程的程的措施可以歸納為以下幾條:6.1 選用合理的燃燒室,則改善柴油機燃燒過改善柴油機燃燒過程首要的技術措施是,選用燃燒室結構合理的柴油機。分割形(預及渦流)燃燒室的柴油機,其消耗率一般為 230290g/ (k
27、Wh )。而形( 形、球形、U 形、四角形等)燃燒室,因其燃燒室集中在一個空間里,面容比小,散熱面積小,熱量損失少,熱效率高,其消耗率一般為 210270 g/ (kWh )。兩者相差20 g/ (kWh )5。因此,機械及工程機械一般優(yōu)選形燃燒室柴油機。在此基礎上,根據(jù)使用條件,選擇性能符合要求、質量一乘的柴油機。近年來,國內外已研制出陶瓷發(fā),利用耐高溫高強度的工業(yè)陶瓷燒結在氣缸蓋燃燒室的表面上,減少散熱損失,提高熱效率(達 45%),改善了燃燒過程,降低消耗率,明顯地提高了使用經濟性。6.2 選用與柴油機燃燒室相匹配的燃油柴油烷值是表示柴油在發(fā)中發(fā)火性能的一個約定量指標,所以在選用合適的燃
28、油時就不得不考慮柴油的油。烷值,應該綜合各方面的要求選用一個烷值適合的柴柴油發(fā)是壓燃式發(fā),沒有其它點火設備,是由噴入氣缸的柴油與壓縮空氣相混合,在壓縮行程氣缸達到高溫高壓條件下發(fā)火燃燒起來。一般情況下,柴油的烷值愈高,柴油的發(fā)火延遲時間愈短,自燃的溫度要求愈低,柴油的燃燒性能也就越好,發(fā)動機的工作也愈平穩(wěn)。但烷烴值高的柴油凝點也隨之增高,加上烷烴熱安定性較差在燃燒初期將分解出大量的碳,這種碳的燃燒需要較長時間,來不及燃燒的碳就以煙的形態(tài)從排氣管中排出、污染空氣,并引起耗油量增大。所以柴油的烷值并不是愈高愈好。在確保柴油的均勻燃燒和耗油量不必要增大的情況下,一般輕柴油的烷值在 4050 之間就足
29、夠了。通常轉速在 10001500r/min 之間的柴油機需要烷值在 4050 之間。而轉速高于1500r/min,要求柴油的求,就可引起柴油在發(fā)烷值為 4560。如使用柴油的烷值太低,不符合發(fā)要氣缸中延遲點火,以致燃燒不完全。同時,由于氣缸內壓力劇烈增長使發(fā)工作不平穩(wěn),而引起過早的磨損,以致毀壞曲軸的軸承。烷值對發(fā)動機的啟動,特別是在低溫時啟動有較大影響,當冷卻液和進入空氣的溫度過低時,需要增加發(fā)壓縮比及柴油的烷值才能保證發(fā)正常啟動6。另外隨著現(xiàn)代柴油有機綜合指標的提高,單純的考慮烷值合適的燃油以難以滿足要求,必須在燃油中添加一些化學物質,來改善燃油的某些性質,例如油泥分散劑、防腐添加劑、燃
30、燒促進劑、疏水劑等等。雖然這些添加劑的添加量都比較小,一般都為消耗量的千分之幾,而對于節(jié)約能源費用,船舶效。及設備等方面卻有一定的功6.3 提高做功氣體的膨脹程度及保證汽缸的氣密性在柴油機中整個燃燒氣體的更換是通過換氣過程來實現(xiàn)的。由于燃燒后殘留在汽缸內的是高溫并且大于大氣壓的廢氣,單純靠機械力無法使廢氣全部排除,如果殘留的太多會嚴重影響下一次發(fā)火。換氣過程如果完善,壓縮過程開始時殘留廢棄量少,存留在汽缸中的新鮮空氣量多,就為燃油的完全及時的燃燒創(chuàng)造了良好的條件。燃油的完全及時的燃燒,不但使柴油機發(fā)出更大的功率提高其動力性;使柴油機有高的熱效率,提高其經濟性;而且,完全的燃燒還意味著結碳減少,
31、改善了排氣的污染;及時的燃燒還意味著較低的循環(huán)平均溫度,從而提高柴油機的可靠性。因此,換氣質量的好壞是柴油機工作優(yōu)劣的先決條件。目前,在柴油機上采取長行程或增壓等技術措施,提高做功沖程中的氣體膨脹程度,不僅改善柴油機的動力性、使用經濟性,還可以使壓縮比適當減小、柴油機工作平穩(wěn)。例如柴油機采取廢氣渦輪增壓技術措施后,可以使消耗率降低 310%7。良好的氣缸密封性,可保證柴油機在壓縮沖程終了氣缸內氣體的壓力和溫度,進而可提高可燃混合氣燃燒的最高溫度,改善柴油機的燃燒過程即提高柴油機動力性及經濟性。使用所以針對以上情況,應該根據(jù)情況及時保養(yǎng)空氣濾清器,清除進、排氣管道、氣門等處的積炭,保證柴油機進氣
32、暢通。有氣閥的柴油機應確保有正確的氣閥正時,增壓柴油機還要維持增壓器有良好的工作性能,使進入汽缸內的空氣得以保證。此外還要注意活塞環(huán)和氣缸套的磨損情況,以保證進入汽缸內的空氣不至于泄露過多,在空氣方面為燃燒過程創(chuàng)造有利條件。6.4 在一定轉速和負荷下運轉由柴油機速度特性可知,柴油機的工作轉速偏高和偏低時,其消耗率均增入,柴油機的燃燒過程均必能達到最優(yōu)化,因此應該使柴油機在標定轉速下運轉。這樣不僅使柴油機具有良好的使用經濟性,而且也兼顧了柴油機的動力性及機械效率。根據(jù)柴油機負荷特性,使柴油機在中等偏大的負荷下運轉,柴油機動力性、使用經濟性好,而機械損失也不大。使用中,要保證柴油機處于最佳工作狀態(tài)
33、,避免長期低速運轉,更速、超負荷作業(yè),應以最低的消耗,發(fā)揮柴油機的最大功率。6.5 理想的噴油規(guī)律并設定合適的供油提前角燃油的噴射過程是柴油機燃燒過程中極為重要的一個組成部分。噴射過程組織好壞將直接影響油束與空氣在燃燒室中的混合,進而影響燃燒過程的組織,最終決定柴油機的整體性能。雖然現(xiàn)在理想的共有規(guī)律只是理想中存在,不過可以采取必要的措施使實際中的供油規(guī)律的接近理想過程,例如優(yōu)化凸輪的線性,使其有效工作在運動的高速部分以減少噴油持續(xù)角,提高霧化質量;也要定期的清除噴油器的噴孔,防止被污油堵塞,減少噴油量,甚至防止斷續(xù)噴射和重復噴射的發(fā)生;噴油泵與噴油器之間的高壓油管也要定期檢查,防止由于長時間
34、受到高壓油的作用,形成不可恢復的機械變形,造成噴油規(guī)律的紊亂。良好的燃燒過程的保證,正確的供油正時非常必要,為實現(xiàn)有效的燃燒過程,一般均在上止點前就將燃油噴入汽缸。在最佳供油提前角下,柴油機能達到最大功率和最低消耗率。在轉速、負荷變化的情況下,也應該使柴油機始終具有最佳供油提前角。因此,對轉速變化比較敏感的直接噴射式燃燒室柴油機,特別是球形燃燒室柴油機應設置供油提前角自動調節(jié)器。利用同側雙斜槽的噴油泵及負荷調節(jié)機構,使柴油機隨負荷變化而自動調節(jié)供油提前角。另外可以對噴油器進行改進,采彈簧噴油器,其與常規(guī)噴油器的最大不同點是針閥升程有兩個階段組成,有兩個彈簧控制。一級針閥升程階段由一個彈簧控制,一級開啟壓力 PS1 較低;二級升程則有兩個彈簧共同控制,其承受噴油器的標定開啟壓力 PS 。這種彈簧噴油器能實現(xiàn)先緩后急的噴油規(guī)律,以改善 NOX 排放和燃燒噪音,尤其是在低速低負荷時,可改善低速穩(wěn)定性,降低低速和怠速工況時的燃燒噪音,改善燃燒過程8。6.6 保證柴油機正常的工作溫度加強汽缸的冷卻保持柴油機正常工作溫度(冷卻水溫 8095),可保證柴油機可燃混合氣的質量和正常燃燒;保證
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