烟台汽车工程职业学院 车辆运用工程系 难点 柴油机可燃混合气的形成与燃 烧室 重点 1、掌握柴油机燃料供给系的组成 和作用 2、掌握柴油的种类和特性 3、掌握柴油机可燃混合气的形成 与燃烧室 重点和难点 柴油机燃料供给系的认识柴油机燃料供给系的认识 柴油机燃料供给系的认识 概述 可燃混合气的形成与燃烧室 喷油器 喷油泵 调速器 柴油机燃料供给系辅助装置 电控柴油喷射系统 涡轮增压器 Rudolf Diesel 德国工程师鲁道夫狄塞尔 (Rudolf Diesel)为了解决 内燃机的着火方法，于1892 年提出了一种利用压缩空气 的高温进行点燃的新方案， 并获得专利。1897年狄塞尔 发明了气缸内吸入纯空气后 对其进行压缩，并在高温高 压的空气中将燃油雾化而进 行燃烧的压燃式内燃机 柴油机。 柴油机概述 第一台柴油发动机 当时的目标是等温燃烧，但实际 结果却接近等容燃烧。之后采用 高压喷油泵的喷射方式，使燃烧 成为混合燃烧过程。柴油机以使 用廉价的低级燃料而获得高的热 效率，其热效率高达46，成为 热效率最高的发动机，作为汽车 以及工程机械的主要动力源得到 广泛地应用。 概述 柴油发动机是以柴油作为燃料。 一台四行程柴油发动机的运转与汽油机发动机是相同的。 工作循环：进气行程、压缩行程、燃烧行程、排气行程 柴油发动机与汽油发动机相比较有一个最大优点，就是它的燃 油消耗更好小，因为它的损耗少且压缩比高。 相反，柴油机也有一些缺点，如在运行过程中振动大和噪音高 。 而且尾气的有害物质的数量要比汽油发动机多。 1. 进气行程 在这个过程中只有空气进入气缸。 2. 压缩行程 在这个过程中，活塞压缩吸入的空气，使之升温到燃烧前温度点。 柴油发动机的压缩比要与汽油发动机的高。 压缩比: 汽油发动机： 9-11 柴油发动机： 14-23 3. 燃烧行程 燃油被喷射进入燃烧室。燃油因为与高温的压缩空气混合后， 并且引发自燃着火和燃烧。 4. 排气冲程 在这个过程中，活塞推动燃烧过的气体排除气缸。 柴油机与汽油机的不同 ：1、燃油不同。 2、点火方式不同。 3、供油方式不同。 4、混合气形成时间不同。 5、所需要的过量空气系数不同。 柴油机与汽油机特征值比较 汽油机 柴油机 压缩比 6 11：1 21 30：1 压缩压力 bar 11 18 30 - 60 压缩温度 400-600 700-900 燃烧最高压力bar 40-60 65 - 90 全负荷排气温度 700-1000 500-600 转速（平均值）l/min 5000-6000 4000 低速扭矩 小 大 升功率kW/l 高 低 总效率% 15 30 25 - 40 点火方式 外部点火 自燃 柴油机的特点 ： 1、压缩比高：15-22,压缩压力达3.5-4.5MPa。 2、热效率高：达到30%-40%。 3、燃油消耗低：比汽油机低30%左右，经济性好。 4、没有点火系，油路系统机件精密，故障相对减少，工作 可靠性高。 5、排放污染物少，但易产生碳烟。 6、转速低、质量大、制造维修费用高。 柴油机燃油供给系概述 柴油机燃料供给系的任务是根据柴油机不同工况的要求，定 时、定压、定量地把柴油按一定的规律喷入气缸，使之与空 气迅速地混合和燃烧，并将燃烧后产生的废气排出。 目前，柴油机主要用于长途运输车、中型载货汽车，尤其是 超重型载货汽车。轻型载货汽车和轿车也有装用柴油机的。 柴油机使用的燃料是柴油。由于柴油粘度大、蒸发性差，所 以工作时必须采用高压喷射的方法，在压缩行程活塞接近上 止点时，将柴油以雾状喷入燃烧室，直接在气缸内形成可燃 混合气，并借助气缸内空气的高温自行发火燃烧。 由此可见，柴油机燃料供给系的组成、构造及工作原理与汽 油机燃料供给系有很大不同。 第一节概 述 柴油机供给系同样要完成柴油供给和空气供给以及可燃混合气 的形成、燃烧和废气的排出任务。 一、 功用 二、 组成 燃油供给装置：柴油箱、输油泵、柴油滤清器、喷油泵、喷油器等。 空气供给装置：空气滤清器、进气管道、进气道（增压器及中冷器）。 混合气形成装置：燃烧室。 废气排出装置：排气管道、消音器。 概述 1、柴油机燃料供给系的组成 柴油机燃料供给系的组成 1柴油箱 2输油泵 3调速器 4喷油提前调节装置 5喷油泵 6喷油器 7高压油管 8柴油细滤器 9低压油管 燃油滤清器 低压油管 高压油管 喷油泵 喷油器 回油管 燃油箱 输油泵 油水分离器 调速器 限压阀 喷油提前器 概述 柴油机供油系统图 概述 概述 2、柴油 p 柴油和汽油一样都是石油制品。在石油蒸馏过程中，温度在200 350之间的馏分即为柴油。 (1)发火性 指柴油的自燃能力，用十六烷值评定。柴油的十六烷值越高，发火性 越好，柴油越容易自燃。国家标准规定轻柴油的十六烷值应在4050 之间。 (2)蒸发性 p 指柴油汽化的能力，用柴油馏出某一百分比的温度范围即馏程和 闪点表示。 柴油性能 1、使用性能指标 概述 柴油的蒸发性常由蒸馏试验决定，就是将一定数量的柴油加热，分别测定蒸发出 50%、90%、95%馏分时的温度，并分别定名为50%馏出温度、90%馏出温度和 95%馏出温度。 p 50馏出温度即柴油馏出50的温度，此温度越低，柴油的蒸发性越好。越 有利于可燃混合气的形成与燃烧、越用利于起动，但同时也会使柴油机工作 粗暴。国家标准规定此温度不得高于300，但没有规定最低温度。90%和95% 馏出温度越低，可燃混合气燃烧越完全，油耗越低。 p 为了控制柴油的蒸发性不致过强，标准中规定了闪点的最低数值。柴油的闪 点指在一定的试验条件下，当柴油蒸气与周围空气形成混合气接近火焰时， 开始出现闪火的温度。闪点低，柴油蒸发性好。 (3)低温流动性 p 用柴油的凝点和冷滤点评定低温流动性。 p 凝点是指柴油失去流动性开始凝固时的温度，而冷滤点则是指在特定 p 的试验条件下，在1min内柴油开始不能流过过滤器20mL时的最高温度。 p 一般柴油的冷滤点比其凝点高46。 概述 (4)黏度 p 是评定柴油稀稠度的一项指标，与柴油的流动性有关。 p 粘度随温度而变化，当温度升高时，黏度减小，流动性增强；反之， 当温度降低时，黏度增大，流动性减弱。 粘度过大-流动阻力过大，难以沉淀、滤清、影响喷雾质量； 粘度过小-增加精密偶件工作表面间的柴油漏失量，加剧这些表面的磨损 (5)凝点 p 柴油的凝点（凝固点）是指柴油冷却到开始失去流动性的温度。 p 柴油的凝点应比工作环境的最低温度低35。否则，柴油的凝点 过高会堵塞油路。 柴油的发火性、蒸发性、低温流动性、黏度和凝点等性能对柴油机正常 工作有很大影响。 概述 柴油分为轻柴油和重柴油。轻柴油用于高速柴油机，重柴油用于中、 低速柴油机。汽车柴油机均为高速柴油机，所以使用轻柴油。 p 柴油的牌号数与柴油的凝点有关。国产柴油分为轻柴油和重柴油。 GB252-2000轻柴油中，把柴油按照凝点分为10号、5号、0号、 -10号、-20号、-35号和-50号共7种牌号。数字表示凝点的温度， 如 10号柴油的凝点是零下10 度，10号柴油的凝点则是零上 10 度。 p 选择柴油时，应按照本地当月风险率为10%的最低气温选用轻柴油 牌号。 2、分类 3、牌号 概述 轻柴油牌号的选择 轻柴油牌号适用于风险率为10%的最低气温在下列范围内的地区 10号适用于装有预热设备的高速柴油机 5号8以上 0号4以上 -10号-5以上 -20号-5-14 -35号-14-29 -50号-29-44 可燃混合气的形成与燃烧室 1、可燃混合气形成的特点与过程 p 柴油机可燃混合气的形成和燃烧条件与汽油机有很大的不同。 柴油蒸发性和流动性都比汽油差，不能在汽缸外部形成混合气。 燃料与空气的混合是在气缸内进行的。 p 柴油机工作时，进气行程进入气缸的是纯空气，只是在压缩行程 接近终了时，才将高压柴油喷入燃烧室。受热、蒸发、扩散，与空 气混合。柴油粘度大，不易挥发，必须用高压以雾状喷入喷油持续 时间只占1535曲轴转角，。 可燃混合气形成的时间很短，形成的可燃混合气很不均匀，在燃烧 室的不同区域以及不同时期，可燃混合气的浓度相差都很大。 可燃混合气的形成和燃烧过程是同时、连续重叠进行的，即边喷射 、边混合、边燃烧（扩散燃烧）。 根据气缸中压力和温度的变化特点，可将混合气的形成与燃烧过程 按曲轴转角分为四个阶段，即备燃期、速燃期、缓燃期和后燃期备燃期、速燃期、缓燃期和后燃期。 喷油提前角：是指从喷油器喷油开始，到活塞运行至上始点时曲轴转过 的角度。 柴油喷入汽缸后，要经过一定时间的物理化学过程后才能着火燃烧。要 在上止点附近着火，就要在上止点之前喷油。 气缸内柴油着火前的物理化学过程准备时间基本不变，但转速越高，同 样时间所占曲轴转角就越大。所以，喷油提前角应随发动机转速增高而加大 。 A 喷油始点 B 燃烧始点 可燃混合气的形成与燃烧室 (1)备燃期 p 指喷油始点到燃烧始点之间的曲轴转角。 p 活塞达到上止点前某一个角度，燃料开始喷入燃烧室，此时由于燃料温度 低（约 60 左右），又来不及与热空气混合反应，因此不能立即着火燃 烧。 从喷油开始开始着火燃烧为止 喷入气缸中的雾状柴油并不能马上着火燃烧，气缸中的气体温度，虽然已 高于柴油的自燃点，但柴油的温度不能马上升高到自燃点，要经过一段物 理和化学的准备过程。也就是说，柴油在高温空气的影响下，吸收热量， 温度升高，逐层蒸发而形成油气，向四周扩散并与空气均匀混合（物理变 化）。 随着柴油温度升高，少量的柴油分子首先分解，并与空气中的氧分子进行 化学反映，具备着火条件而着火，形成了火源中心，为燃烧作好了准备。 这一时期很短，一般仅为0.00070.003 秒。 p 备燃期内，由于化学反应速度比较慢，放热量不多，以致气缸内压力和温 度的变化很小。 气缸内压力与曲轴转角关系 后燃期 缓燃期 速燃期 备燃期 可燃混合气的形成与燃烧室 (2)速燃期 p 从燃烧始点到气缸内压力达到最高点之间的曲轴转角。 从燃烧开始气缸内出现 时为止 p 速燃期的特点是：火源迅速形成，由于备燃期所积存起来的燃料 和速燃期正在喷入的燃料同时进行燃烧，使燃烧速度迅速加快， 在这一阶段由于喷入的柴油几乎同时着火燃烧，而且是在活塞接 近上止点，气缸工作容积很小的情况下进行燃烧的，因此，气缸 内温度和压力急剧上升，最高压力可达69MPa 。对于高速柴油机 ，最高压力点一般出现在上止点后 615曲轴转角处。 p 这一时期的放热量为每循环放热量的30%左右。 气缸内压力与曲轴转角关系 后燃期 缓燃期 速燃期 备燃期 可燃混合气的形成与燃烧室 (3)缓燃期 从出现 出现 为止 p 缓燃期是从最高压力点到最高温度点的之间的曲轴转角 。 p 缓燃期的特点是：开始阶段燃烧仍以很快的速度进行，气体温度仍在升高 ，达到最高温度点时气体温度最高（约 1700 2000 ），最高温度点 一般在上止点后 20 50（曲轴转角）出现。 缓燃期后期，由于废气增多，氧气和燃