1、1,工程机械内燃机,第四章 柴油机燃料供给系,2,内容提纲,第一节 柴油机燃料供给系的组成和柴油 第二节 柴油机可燃混合气的燃烧过程与燃烧室 第三节 喷油器 第四节 喷油泵 第五节 调速器,3,第一节 柴油机燃料供给系的组成和柴油,一、柴油机燃料供给系的组成,根据柴油机不同工况的要求,在一定时间、一定的燃油压力下,按一定的供油规律和喷雾质量要求,将一定量的清洁柴油喷入燃烧室,并使其与空气迅速而良好地混合燃烧。,1功用,4,第一节 柴油机燃料供给系的组成和柴油,一、柴油机燃料供给系的组成,1)能产生足够高的喷射压力。品质要求 2)对应于柴油机每一工况能精确控制每循环喷入气缸的燃料量。数量要求 3)在柴油机运转的整个工况范围内,尽可能保持最佳的喷油时刻、喷油持续期与理想的喷油规律。时间要求 4)能保证柴油机安全、可靠地工作。可靠性要求,2要求,5,第一节 柴油机燃料供给系的组成和柴油,一、柴油机燃料供给系的组成,典型的柴油机燃料供给系统由柴油箱、柴油滤清器、输油泵、带调速器的喷油泵、喷油器以及高、低压油管等。由于这种系统的核心即高压部分是由喷油泵、高压油管和喷油器组成的,因此在分类中也称为
2、“泵-管-嘴”系统。,3组成,6,第一节 柴油机燃料供给系的组成和柴油,一、柴油机燃料供给系的组成,3组成,7,第一节 柴油机燃料供给系的组成和柴油,喷油泵,柴油滤清器,输油泵,喷油器,柴油箱,8,第一节 柴油机燃料供给系的组成和柴油,二、柴油,柴油是在533623K的温度范围内由石油提炼加工而成的多种炭氢化合物的混合物。柴油的使用性能指标主要是发火性、蒸发性和凝点。,9,第一节 柴油机燃料供给系的组成和柴油,二、柴油,柴油的发火性是指柴油的自燃能力,评定柴油自燃发火性的指标用十六烷值表示。 十六烷值高的柴油,因燃点低,在气缸内温度较低的情况下也能发火自燃,所以起动性能较好。,1发火性,据实验,使用十六烷值为53的柴油,柴油机在3s内即可启动,而十六烷值为38的柴油却需要45s才能启动。,10,第一节 柴油机燃料供给系的组成和柴油,二、柴油,十六烷值过高,如高于6065时,会因喷入的柴油裂化较快,来不及与空气充分混合就着火,使燃料不能及时且完全燃烧,造成在排气时冒黑烟,从而增大耗油量,降低柴油机功率。 十六烷值过低,则将导致柴油机工作粗暴,起动较困难。一般高速柴油机用轻柴油的十六烷值以
3、4055为宜。 国标规定轻柴油的十六烷值不低于45。,1发火性,11,第一节 柴油机燃料供给系的组成和柴油,二、柴油,由燃油的蒸馏实验确定,需要测定的馏程(馏程就是在某一温度下燃油所能蒸发掉的百分数)是50馏出温度、90馏出温度和95馏出温度。同一相对蒸发量的馏出温度越低,表明柴油的蒸发性越好,越有利于可燃混合气的形成和燃烧。,2蒸发性,12,第一节 柴油机燃料供给系的组成和柴油,二、柴油,表示柴油的低温流动性,是指油料遇冷开始凝固而失去流动性的温度。柴油的牌号划分依据是柴油的凝点。根据国标GB252-2000 轻柴油标准,轻柴油的牌号分为10号、5号、0号、-10号、-20号、-35号、-50号七种。,3凝点,13,第一节 柴油机燃料供给系的组成和柴油,14,第一节 柴油机燃料供给系的组成和柴油,二、柴油,表示柴油稀稠程度及流动性的指标,影响柴油的喷雾质量、过滤性及在油道中的流动性。粘度过高,柴油的喷雾质量差,使燃烧过程恶化,柴油机的动力性和经济性降低;粘度过低,又会导致喷油泵和喷油器中的精密偶件间的柴油泄漏增加,使供油量不足,还会造成润滑不良。,4粘度,15,第一节 柴油机燃料供给
4、系的组成和柴油,二、柴油,(1)柴油分为轻柴油与重柴油两类。轻柴油是用于1000r/min以上的高速柴油机中的燃料,重柴油是用于1000r/min以下的中低速柴油机中的燃料。汽车和工程机械用柴油机都是高速的,必须使用轻柴油。,5柴油的选用,16,第一节 柴油机燃料供给系的组成和柴油,二、柴油,(2)根据车辆使用地区和季节的不同,选用比较适应气候特点的柴油,是柴油选用的基本原则。一般选用柴油的凝点应比最低气温低36左右,以免柴油在最低气温时凝固或流动性变差,影响使用。,5柴油的选用,17,第一节 柴油机燃料供给系的组成和柴油,二、柴油,(3)目前在我国南方地区汽车加油站的柴油一般是0号柴油,对应的凝点是0摄氏度,一些偏北地区的严冬需要-10号柴油。北方地区汽车加油站的柴油,夏天一般是0号柴油,冬天一般是-10号柴油、-20号柴油或-35号柴油。,5柴油的选用,18,第一节 柴油机燃料供给系的组成和柴油,二、柴油,(4)从经济效益来看,在气温环境许可下,应当尽量使用高凝点柴油,因为一般来说,高凝点柴油的十六烷值高,燃烧性好。相对而言,低凝点柴油的十六烷值低,燃烧性较差,导致柴油机工作粗暴,
5、动力性差且耗油量大,而且油价也贵。,5柴油的选用,2008年9月1日中石化部分加油站10号、+5号、0号、5号、10号、20号柴油价格分别为每升5.83元、 5.95元、 6.07元、6.25元、6.43元、6.73元。,19,内容提纲,第一节 柴油机燃料供给系的组成和柴油 第二节 柴油机可燃混合气的燃烧过程与燃烧室 第三节 喷油器 第四节 喷油泵 第五节 调速器,20,第二节 柴油机可燃混合气的燃烧过程与燃烧室,一、柴油机可燃混合气的形成,(1)柴油是在压缩行程接近终了时借助喷油设备通过高压喷入气缸中,与高温、高压的热空气混合; (2)柴油机可燃混合气形成的时间极短,给柴油和空气的良好混合和完全燃烧带来极大困难; (3)柴油机进入气缸的空气量变化不大,其工况的调节是通过改变喷油量来调节。 (4)可适当组织燃烧室内的空气运动,促进柴油与空气的混合。,1柴油机可燃混合气的形成特点,21,第二节 柴油机可燃混合气的燃烧过程与燃烧室,一、柴油机可燃混合气的形成,1柴油机可燃混合气的形成特点,进气涡流 a)切向气道;b)螺旋气道,挤气涡流 a)无进气涡流或涡流不强时的挤流;b) 进气涡流强时的
6、挤流;c)逆挤流,22,一、柴油机可燃混合气的形成,直接将柴油喷向燃烧室的空间,形成雾状混合物,再在空间蒸发形成混合气。为了充分利用燃烧室内的空气,并使混合迅速而均匀,需采取两种措施: (1)采用雾化质量较好的多孔式喷油器。将雾状柴油尽可能均匀地喷射到整个燃烧室空间去。 (2)适当组织空气运动,促进柴油与空气混合;,2可燃混合气的形成方式,第二节 柴油机可燃混合气的燃烧过程与燃烧室,1)空气雾化混合,23,一、柴油机可燃混合气的形成,将绝大部分柴油喷向球形油膜燃烧室的壁面上,形成一层油膜。 少量油粒(5)悬浮在燃烧室内的空气中,形成着火源。 随着燃烧过程的进行,产生大量热量,辐射到油膜上,使油膜加速蒸发,不断提供新鲜混合气,保证燃烧过程迅速而有效地进行。,2可燃混合气的形成方式,第二节 柴油机可燃混合气的燃烧过程与燃烧室,2)油膜蒸发混合,24,二、柴油机的燃烧过程,(1)柴油机内的燃烧是在密闭的气缸内进行的,因此燃油的燃烧将直接造成气缸内压力、温度的升高; (2)气缸内无事先准备好的可燃混合气,燃油是在接近压缩终点时才喷入气缸与空气混合,而在一般情况下是边喷射边燃烧; (3)燃烧不是
7、借助外源点火,而是自燃的,并且发生第一个火源的部位不固定; (4)在整个燃烧室中,混合气成分在不同区域、不同时刻并不是均匀的,因而火焰向各处传播的条件也不是一致的。,1柴油机燃烧过程的特点,第二节 柴油机可燃混合气的燃烧过程与燃烧室,25,二、柴油机的燃烧过程,2燃烧过程的四个阶段,第二节 柴油机可燃混合气的燃烧过程与燃烧室,供油提前角:喷油泵开始向高压油管供油的时刻,相对于上止点的曲轴转角。 喷油提前角:喷油器开始向燃烧室喷射柴油的时刻,相对于上止点的曲轴转角。 供油提前角总是大于喷油提前角。,喷油延迟主要是由于燃油的可压缩性、高压油管的弹性以及高压油管中的波动现象造成的。,26,二、柴油机的燃烧过程,2燃烧过程的四个阶段,第二节 柴油机可燃混合气的燃烧过程与燃烧室, 滞燃期(着火落后期) 速燃期(急燃期) 缓燃期 IV后燃期(补燃期),将柴油机的燃烧过程分为四个阶段:,27,二、柴油机的燃烧过程,2燃烧过程的四个阶段, 滞燃期(着火落后期),第二节 柴油机可燃混合气的燃烧过程与燃烧室,喷油始点A到压力开始急剧升高时的燃烧始点B。燃油喷入气缸后,并非立即着火燃烧,而需要经历着火前的物
8、理准备过程和化学准备过程。,28,二、柴油机的燃烧过程,2燃烧过程的四个阶段,第二节 柴油机可燃混合气的燃烧过程与燃烧室,滞燃期太长,则在滞燃期内喷入燃烧室中的燃料就多,在着火前形成的可燃混合气也多,燃烧时的压力升高率和最高燃烧压力会很高,运动零件受到强烈的冲击负荷,发动机运转粗暴,影响使用寿命。因此,为了能控制燃烧过程,降低柴油机的机械负荷并使之运转平稳,应设法缩短滞燃期。 滞燃期过短,又对混合气形成不利,反过来又使柴油机性能恶化。,29,二、柴油机的燃烧过程,从燃烧始点B到气缸内的最大压力点C。从燃烧始点开始,火焰自火源迅速向各处传播,使燃烧速度迅速增加,急剧放热,导致燃烧室中温度和压力迅速上升,直至压力最大点为止 。,2燃烧过程的四个阶段,速燃期(急燃期),第二节 柴油机可燃混合气的燃烧过程与燃烧室,30,二、柴油机的燃烧过程,一般用平均压力升高率p/来表示气缸内压力升高的急剧程度,即,2燃烧过程的四个阶段,平均压力升高率,第二节 柴油机可燃混合气的燃烧过程与燃烧室,(MPa/CA),压力升高率决定了柴油机燃烧过程的柔和性。压力升高率小,燃烧柔和工作平稳,但太低会导致热效率降低,
9、油耗增加。压力升高率过大,柴油机工作粗暴,运动零件受到很大的冲击载荷,缩短发动机寿命。,31,二、柴油机的燃烧过程,2燃烧过程的四个阶段, 缓燃期,第二节 柴油机可燃混合气的燃烧过程与燃烧室,从最高压力点C起到最高温度点D为止。此阶段燃烧仍以较快速度进行,燃气温度继续升高到18002200K。由于活塞已开始离开上止点下行,气缸容积增大,压力下降。如果所喷入的燃油得不到必须的氧气,则容易裂解而形成炭烟。,适当加强燃烧室内的空气运动,加速均匀混合气的形成,对保证缓燃期中燃油迅速而完全地燃烧具有重要作用。,32,二、柴油机的燃烧过程,从最高燃烧温度点D起到燃烧过程结束点E为止。由于燃烧时间短促,燃料和空气的混合又不均匀,总有一些燃料不能及时烧完,拖到膨胀行程中继续燃烧。在此期间,压力和温度均降低。,2燃烧过程的四个阶段,IV后燃期(补燃期),第二节 柴油机可燃混合气的燃烧过程与燃烧室,后燃使柴油机经济性下降,并增加了活塞组的热负荷,使排气温度增高。应尽量减少后燃。,33,二、柴油机的燃烧过程,3影响燃烧过程的主要因素,第二节 柴油机可燃混合气的燃烧过程与燃烧室,燃料性质的影响 喷油规律的影响 喷油提前角的影响 负荷的影响 转速的影响,34,二、柴油机的燃烧过程,3影响燃烧过程的主要因素,第二节 柴油机可燃混合气的燃烧过程与燃烧室,1)燃料性质的影响,十六烷值越高,其自燃性能越好,相应的滞燃期就越短,则柴油机运转较平稳,容易起动。 十六烷值过高,则柴油的热稳定性变差,喷入缸内的柴油还来不及与空气充分混合就可能着火燃烧,这将导致柴油在高温下裂解成炭烟的现象加剧,经济性也随之下降。,柴油的十六烷值是影响燃烧的重要因素。,35,二、柴油机的燃烧过程,3影响燃烧过程的主要因素,第二节 柴油机可燃混合气的燃烧过程与燃烧室,2)喷油规律的影响,在滞燃期内喷入气缸的燃油量不宜过多,以控制速燃期内的压力升高率,保证柴油机平稳运转; 而当着火燃烧以后,则应使燃油在较短时间内尽快喷入气缸,以缩短燃油喷射的持续时间,使燃料尽量在活塞接近上止点附近燃烧。,燃烧过程的放热规律在很大程度上取决于燃料供给系的喷油规律,较为理想的喷油规律是“先缓
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