汽車動力裝置-0課件3

1、第3章 柴油機混合氣形成和燃燒 第1節(jié) 基礎(chǔ)知識 第2節(jié) 柴油機混合氣形成 第3節(jié) 柴油機燃燒過程 第4節(jié) 柴油機的有害排放物與控制返回第1節(jié) 基礎(chǔ)知識一、燃料與混合氣形成 機理： 1 空間霧化混合 在燃燒室空間中利用燃油與空氣的相對運動來形成混合氣。 2 油膜蒸發(fā)混合 噴在燃燒室壁面上的燃油形成油膜后，利用受熱蒸發(fā)和空氣相對運動的作用形成較均勻的混合氣。 重要參數(shù)：11kg燃油完全燃燒所需的理論空氣量L0 C + O2 = CO2 2H2 + O2 = 2H2O （kg空氣/kg燃油）2空燃比（A/F） 空氣與燃油質(zhì)量的比值。 3過量空氣系數(shù) = L / L0 （A/F）= L0 主要影響因

2、素：1發(fā)動機運轉(zhuǎn)參數(shù) 2燃油性質(zhì)3工質(zhì)的熱力學狀態(tài)和工質(zhì)運動 4. 燃油噴射和霧化 二、預混燃燒與擴散燃燒 預混燃燒 擴散燃燒燃燒前混合氣狀態(tài)：已形成可燃混合氣未形成可燃混合氣決定燃燒速率的主要因素：化學反應速率混合氣形成的快慢柴油機： 前期預混燃燒 + 后期擴散燃燒（主要部分） 汽油機： 預混燃燒三、燃燒放熱規(guī)律 三要素： 燃燒起點 曲線形狀 燃燒持續(xù)時間 合適起點 先緩后急 瞬時放熱速度和累積放熱百分比隨曲軸轉(zhuǎn)角的變化關(guān)系。 返回第2節(jié) 柴油機混合氣形成一、基本特征 混合氣的均勻性較差 要求燃油噴射、空氣運動以及燃燒室形狀三者的良好配合 負荷調(diào)節(jié)為“質(zhì)調(diào)節(jié)” 二、燃油噴射 1對燃油噴射系統(tǒng)

3、的要求 1）避免出現(xiàn)不正常噴射現(xiàn)象和穴蝕破壞； 2）在最佳的噴油時刻，精確提供所需的燃油量; 3）盡可能實現(xiàn)理想的噴油規(guī)律; 4）良好的油束特性能滿足具體燃燒室的要求; 5）其他 進一步的要求 控制的柔性化 + 燃油霧化性能的提高 2燃油的霧化和油束特性 油束特性： 圖3-3 圖3-4 幾何形狀（油束射程（貫穿距離）L和噴霧錐角） 霧化質(zhì)量（油束中液滴的細度和均勻度 ）3. 傳統(tǒng)的燃油噴射系統(tǒng)（噴油泵+高壓油管+噴油器+其他） （自學） 固有缺陷: 周期性的燃油噴射使系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生壓力波動導致難以準確控制噴油規(guī)律4. 電控高壓共軌燃油噴射系統(tǒng) 圖3-8 圖3-95. 泵噴油器 （自學） 貫穿率：油

4、束的貫穿距離與噴孔口沿噴孔軸線到燃燒室壁距離的比值。 三、空氣運動 “紊流” 1進氣渦流（Swirl） 螺旋進氣道 圖3-11 切向進氣道 圖3-12 組合形式 2缸內(nèi)空氣運動 擠壓流動（Squish） 圖3-15 逆擠壓流動 異同？ 1）開式燃燒室 結(jié)構(gòu)、特點及應用范圍 圖3-16 缸徑較大（ 140 mm），轉(zhuǎn)速較低（ 2000 r/min） 2）半開式燃燒室 結(jié)構(gòu)、特點及應用范圍 圖3-17 缸徑80140mm，轉(zhuǎn)速低于6000 r/min 3）直噴式燃燒室柴油機的性能特點（與非直噴比較） 燃燒迅速，經(jīng)濟性好但工作平穩(wěn)性略差； 結(jié)構(gòu)簡單，散熱、流動損失小，冷起動性好； 對噴射系統(tǒng)要求高，

5、且空氣利用率相對低； 對轉(zhuǎn)速變化較敏感； 四、燃燒室 直噴式與非直噴式燃燒室五、燃油噴射、空氣運動以及燃燒室形狀間的配合返回第3節(jié) 柴油機燃燒過程一、正常燃燒過程 圖3-21 1著火延遲期 2速燃期 3緩燃期 4補燃期前期控制燃燒導致的工作粗暴 后期加速混合氣形成二、燃燒過程的影響因素 1噴油提前角 圖3-23 圖3-24 定工況 變工況2. 噴油規(guī)律的控制 圖3-25 3柴油機轉(zhuǎn)速4柴油機負荷 5燃油性質(zhì) （自燃性能 蒸發(fā)性能）三、發(fā)動機振動、噪聲的控制 燃燒噪聲 氣體動力噪聲 機械噪聲 控制噪聲與振動的措施 降低噪聲源自身的聲輻射 屏蔽、吸收噪聲源的聲輻射 返回返回圖3-3 油束的幾何形狀

6、返回 圖3-4 油束的霧化質(zhì)量1 噴射壓力為34MPa 2 噴射壓力為15MPa圖3-8 高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)返回圖 高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)實物返回圖3-9 高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)的發(fā)展（德Bosch公司）圖3-11 螺旋進氣道返回圖3-12 切向進氣道返回 圖3-15 擠流和逆擠流a) 無進氣渦流或渦流不強時的擠流 b) 進氣渦流強時的擠流 c) 逆擠流返回返回圖3-16 開式燃燒室圖3-17 半開式燃燒室圖3-18 典型的四氣門半開式燃燒室返回圖3-21 柴油機的燃燒過程 返回圖5-32 噴油提前角的影響 返回噴油提前角 圖3-24 最佳噴油提前角 返回圖3-25 多次噴射返回第4節(jié) 柴油機的

7、有害排放物與控制一、柴油機有害排放物的生成機理 1氮氧化合物 （NOx） 2顆粒物 （PM） 二、柴油機有害排放物與工況的關(guān)系圖3-31 有害排放物的濃度隨過量空氣系數(shù)的變化規(guī)律 圖3-32 柴油機隨工況變化的排放特性三、柴油機有害排放物的控制措施 1機內(nèi)凈化（1）Nox 控制最高燃燒溫度 適當減小噴油提前角和采用廢氣再循環(huán)（EGR）（2）微粒 改善混合氣均勻性 通過高壓、多噴孔等措施使燃油噴射更趨均勻化和細化 2機外凈化（1）氧化催化轉(zhuǎn)化器 （DOC） （2）還原型催化轉(zhuǎn)化器 選擇性催化 / 儲存型后處理技術(shù)（3）顆粒物過濾器（DPF） 圖3-36 圖3-37 圖3-38四、柴油機污染物控制

8、技術(shù)的應用 圖3-39圖3-33 圖3-34返回返回習題與思考題： 1簡述高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)的工作原理及特點。2柴油機的燃燒過程可劃分為幾個階段？是如何劃分的（要求畫圖說明）？小結(jié)各階段對性能的影響及其原因。 3理想的放熱規(guī)律是什么？如何去實現(xiàn)？4分析柴油機混合氣形成與燃燒中如何解決動力性、經(jīng)濟性與工作平穩(wěn)性之間的矛盾。5分析柴油機混合氣形成與燃燒中如何解決動力性、經(jīng)濟性與控制有害排放之間的矛盾。6柴油機性能測試中，分別出現(xiàn) (1) 缸內(nèi)最大爆發(fā)壓力過高；(2) 排氣溫度過高的問題，試分析其原因，并提出可能的改善措施。7分析圖3-43中柴油機電控噴射控制策略的原理并總結(jié)其規(guī)律性。（圖中A+B+C表示，A：先導噴射；B：主噴射；C：后噴射）返回氮氧化物選擇性催化還原技術(shù)(SCR)返回氮氧化物儲存型后處理技術(shù)（NSR）氧化：2 NO + O2 2NO2儲存：2BaCO3 + 4NO2 + O22Ba (NO 3) 2+2CO 2上述化學反應可合成為：2BaCO3 + 4NO + 3O22Ba (NO 3) 2+2CO 2分解與釋出：2Ba (NO 3)2 2BaO + 4NO2 + O 2還原： CO + 0.5NO2 CO2 + 0.25N2 C3H6 + 7.5NO2 3CO2 + 3H2O