1、摘要柴油機(jī)的燃燒過程對(duì)柴油機(jī)的工作非常重要。燃燒過程的優(yōu)劣，直接影響柴油機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。柴油機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性是衡量柴油機(jī)性能好壞的重要指標(biāo)，而柴油機(jī)的燃燒過程能否正確、及時(shí)、完全地進(jìn)行將直接影響柴油機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。因此，對(duì)柴油機(jī)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(jī)的燃燒室結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)速、負(fù)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(duì)柴油機(jī)的燃燒過程進(jìn)行和分析。：柴油機(jī)；動(dòng)力性；經(jīng)濟(jì)性；燃燒過程；燃燒室；柴油機(jī)燃燒過程以及如何提高柴油機(jī)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的探討第 1 章緒論柴油機(jī)的燃燒過程對(duì)柴油機(jī)的工作非常重要。燃燒過程的優(yōu)劣，直接影響柴油機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)

2、濟(jì)性。所謂柴油機(jī)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(jī)燃燒室結(jié)構(gòu)形狀以及與氣缸相匹配的供氣系統(tǒng)、供油系統(tǒng)、柴油機(jī)的運(yùn)行工況、負(fù)荷、冷卻等諸多方面的影響。本就其燃燒過程的主要影響進(jìn)行淺析，并找尋改善柴油機(jī)燃燒過程的方法以提高柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)型和動(dòng)力性。第 2 章柴油機(jī)簡介柴油機(jī)是一種壓縮發(fā)火的往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)。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(zhì)油做， 柴油機(jī)在工作時(shí)，吸入柴油機(jī)氣缸內(nèi)的空氣，因活塞的運(yùn)動(dòng)而受到較高程度的壓縮，達(dá)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(dòng)著火燃燒。燃燒中在活塞頂面上

3、，推動(dòng)活塞并通過連桿和曲軸轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)的機(jī)械功。的能量作用2.1 柴油機(jī)的基本結(jié)構(gòu)圖 1-l 柴油機(jī)的基本結(jié)構(gòu)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(jī)座；9-主軸承；10-機(jī)體；11-凸輪軸； 12-噴油泵；13-頂桿；14-進(jìn)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(jī)的基本結(jié)構(gòu)主要有固定部件，運(yùn)動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)、調(diào)速系統(tǒng)等，此外，船舶柴油機(jī)還設(shè)有換向裝置，并將起動(dòng)、調(diào)速、換向和停車集中控制組成步提高柴油機(jī)做功能力1。系統(tǒng)。多數(shù)柴

4、油機(jī)還設(shè)有增壓系統(tǒng)，用于進(jìn)一2.2 柴油機(jī)的分類。柴油機(jī)種類繁多：按工作循環(huán)可分為四沖程柴油機(jī)，即進(jìn)氣、壓縮、膨脹、排氣四個(gè)沖程；圖 1-2 四沖程柴油機(jī)工作原理二沖程柴油機(jī)，即進(jìn)氣與壓縮沖程、膨脹與排氣沖程。圖l-3 二沖程柴油機(jī)工作原理示意圖按冷卻方式可分為水冷和風(fēng)冷柴油機(jī)。按進(jìn)氣方式可分為增壓和非增壓（自然吸氣）柴油機(jī)。按轉(zhuǎn)速可分為高速(大于 1000 轉(zhuǎn)分)、中速（3501000 轉(zhuǎn)分）和低速（小于 350轉(zhuǎn)分）柴油機(jī)。按燃燒室可分為直接噴射式、渦流和預(yù)燃柴油機(jī)。按氣體壓力作用方式可分為單作用式、雙作用式和對(duì)置活塞式柴油機(jī)等。按氣缸數(shù)目可分為單缸和多缸柴油機(jī)。按用途可分為船用柴油機(jī)、機(jī)

5、車柴油機(jī)、汽車柴油機(jī)、發(fā)電柴油機(jī)、農(nóng)用柴油機(jī)、工程機(jī)械用柴油機(jī)等2。2.3柴油機(jī)的柴油機(jī)。主要是柴油，通常高速柴油機(jī)用輕柴油；中、低速柴油機(jī)用輕柴油或重柴油。柴油機(jī)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(jī)可用揮發(fā)性較差的重質(zhì)或劣質(zhì)，如原油和渣油等。在燃用原油和渣油時(shí)，除須濾除雜質(zhì)和水分外，還要對(duì)供油系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)熱保溫，降低粘度，以便輸送和噴射。柴油機(jī)如采用某種合適的燃燒室也可燃用乙醇、和甲醇等輕質(zhì)。為了改善輕質(zhì)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(jī)的，但這時(shí)通常以氣體為主，以少量

6、柴油引燃，這種發(fā)稱為雙內(nèi)燃機(jī)。2.4 柴油機(jī)的優(yōu)點(diǎn)。柴油機(jī)具有熱效率高的顯著優(yōu)點(diǎn)，其應(yīng)用范圍越來越廣。隨著強(qiáng)化程度的提高，柴油機(jī)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(zhì)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(jìn)一步輕量化、高速化、低油耗、低噪聲和低污染，都是柴油機(jī)的重要發(fā)展方向。第 3 章柴油機(jī)的燃燒過程柴油機(jī)的實(shí)際燃燒過程，是一個(gè)復(fù)雜的物理及化學(xué)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(jī)的燃燒基本上是噴霧的非定常紊流擴(kuò)散燃燒。即在燃燒室所限制的狹窄空間內(nèi)的高溫、高壓環(huán)境下，經(jīng)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(shí)間內(nèi)，進(jìn)行的一種燃燒形態(tài)。柴油機(jī)的燃燒是實(shí)際發(fā)中最復(fù)雜的一種燃燒。在燃燒過程中期缸內(nèi)氣體的壓力和溫度不斷變化，這個(gè)壓力及溫度是綜合反映燃燒進(jìn)行情況的最重要的參數(shù)，可以用來分析燃燒過程的進(jìn)展況。燃燒的四個(gè)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(diǎn)，可將燃燒過程分為滯燃期、急燃期、緩燃期及后燃期等四個(gè)階段。圖 2-1 燃燒過程曲線3.1 滯燃期從噴射時(shí)刻（d 點(diǎn)）到著火時(shí)刻的時(shí)間（或曲柄轉(zhuǎn)角c 點(diǎn)）間隔稱為著火延遲期：在著火延遲期內(nèi)噴入到燃燒室高溫、高壓氣體中的進(jìn)行著霧化、加熱、蒸發(fā)、擴(kuò)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(xué)變化，在此期間，物

8、理過程和化學(xué)過程是同時(shí)進(jìn)行的，這種物理與化學(xué)準(zhǔn)備階段對(duì)每一個(gè)燃油分子來說，有先有后，它們只能交叉進(jìn)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(jìn)行進(jìn)氣預(yù)熱、增壓等都會(huì)使壓縮終了時(shí)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(nèi)，由于焰前反應(yīng)或的熱分解也會(huì)有少量的H2、H2O 等生成。從目前的技術(shù)狀況看，滯燃期過長時(shí)柴油機(jī)燃燒過程的通病，應(yīng)力爭縮短柴油機(jī)的滯燃期。滯燃期的長短可用滯燃時(shí)間或滯燃角（曲柄轉(zhuǎn)角度）來表示。雖然滯燃期內(nèi)沒有出現(xiàn)明顯的燃燒，但這段時(shí)間過長對(duì)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(yīng)的放熱規(guī)律。因?yàn)樵跍计趦?nèi)，汽缸內(nèi)已經(jīng)積累了一定的油量，這些油經(jīng)過一定程度的物理和化學(xué)準(zhǔn)備，在第二階段一起燃燒，是缸內(nèi)壓力急劇上升。也就是說，在滯燃期內(nèi)形成的可燃混合氣的數(shù)量決定了下階段速燃?xì)馊紵募眲〕潭取?.2 急燃期從著火點(diǎn)（c 點(diǎn)）開始到缸內(nèi)氣體壓力最高點(diǎn)（y 點(diǎn)）為止，稱為急燃期，這為燃燒的第二個(gè)階段。著火一開始，在著火延遲期內(nèi)形成的可燃混合氣幾乎同時(shí)著火，這期間產(chǎn)生的火焰是不輝焰或半輝焰，是屬于預(yù)混合氣的燃燒。而在此時(shí)活塞位于上止點(diǎn)附近，汽缸容積變化不大，故可認(rèn)為是等容燃燒過程，即曲柄轉(zhuǎn)角的壓力升高值。在評(píng)價(jià)燃燒過程的主要指標(biāo)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(nèi)的燃燒量，進(jìn)而決定壓力升高率，壓力升高率又決定了柴油機(jī)燃燒過程的柔和性。壓力升高率小的柴油機(jī)工作平穩(wěn)，燃燒柔和；壓力升高率過大的柴油機(jī)，工作3.3 緩燃期，經(jīng)常發(fā)生敲擊，稱此類敲擊為燃燒敲擊。從汽缸內(nèi)壓力最高點(diǎn)（y 點(diǎn)）到缸內(nèi)氣體溫度最高點(diǎn)（z 點(diǎn)）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(jìn)行，放熱量可達(dá)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(chǎn)物溫度很高，燃油一噴入汽缸內(nèi)即行蒸發(fā)燃燒。同時(shí)活塞一離開上止點(diǎn)下行，所以燃油燃燒雖多，但由于汽缸容積增大，汽缸內(nèi)氣體壓力仍緩慢下降。緩燃期具有擴(kuò)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(nèi)，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(jī)的熱效率和降低排氣煙度。由于在急燃期和緩燃期內(nèi)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(nèi)氣體溫度最高點(diǎn)（z 點(diǎn)）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(diǎn)起到燃油基本燃燒完止，這一階段的終點(diǎn)較難確定。一般是在噴射終了后，曲軸轉(zhuǎn)角約為上止點(diǎn)后 1020處，此時(shí)火焰的進(jìn)展逐漸緩慢，局部區(qū)域的燃燒或氧化還在進(jìn)行，但此期間的放熱率已很低。在柴油機(jī)中，由于

12、燃燒的時(shí)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?yàn)榛钊滦校谳^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(jīng)濟(jì)性，另一方面提高了排氣溫度。排氣溫度升高，又使柴油機(jī)的熱負(fù)荷增加，影響使用3。因此應(yīng)加強(qiáng)缸內(nèi)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(jī)產(chǎn)生動(dòng)力的來源。可以說，內(nèi)燃機(jī)的生存與發(fā)展，各種類型的柴油機(jī)在結(jié)構(gòu)與性能上的差異、對(duì)環(huán)境的污染等，無不與燃燒的種類和品質(zhì)有著密切的關(guān)系。柴油機(jī)的燃燒過程一般理論上可以分為四個(gè)階段：滯燃期、速燃期、緩燃期、后燃期。

13、由于柴油機(jī)混合氣形成和燃燒特點(diǎn)，柴油機(jī)的燃燒過程存在以下幾個(gè)主要問題:4.1 燃燒不完全柴油機(jī)的混合氣形成和燃燒是在壓縮上止點(diǎn)前后不大的曲軸轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)完成，如果柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速為1500r/min，這相當(dāng)于只有0056s，在這樣短的時(shí)間內(nèi)要柴油機(jī)充分燃燒是非常的。4.2 柴油機(jī)敲擊。在燃燒的滯燃期間經(jīng)物理、化學(xué)反應(yīng)的柴油在速燃期間迅速燃燒，使柴油機(jī)產(chǎn)生敲擊，敲擊不僅產(chǎn)生噪聲，而且使機(jī)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(jī)中混合氣形成的特點(diǎn)，顯然期間必

14、然要產(chǎn)生較多的炭煙，問題在于如何減少其產(chǎn)生量和如何使氣缸內(nèi)保持一定的條件，使其在后期燒掉。要減少炭煙的形成，應(yīng)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(huì)使速燃期間的壓力增長率加大。4.4 廢氣中有有害成分內(nèi)燃機(jī)排氣中的主要有害成分是CO、H2和NO。對(duì)柴油機(jī)來說，主要是NO，它是氮和氧在高溫條件下反應(yīng)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(huì)使燃燒過程中有的氧和氮反應(yīng)生成NO；燃燒的溫度不能太高；燃燒室內(nèi)高溫持續(xù)時(shí)間不能太長。由此可見，為了改善柴油機(jī)的燃燒過程，盡量減少柴油機(jī)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(jī)燃燒過程的在柴油機(jī)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(yīng)，并產(chǎn)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(jī)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(duì)于不同的，其理論空燃比的數(shù)值是不同的。一般柴油機(jī)的燃燒過程也包括混合氣的形成過程，這是因?yàn)樵谌紵覂?nèi)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(gè)過程截然分開。柴油機(jī)的燃燒過程是:當(dāng)壓縮沖程接近終了時(shí)(一般在上止點(diǎn)前 1030)，柴油開始噴人氣缸，從噴油開始到噴油結(jié)束有一段延續(xù)時(shí)間(約為 15s 一 35s)，每個(gè)油粒都依次經(jīng)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(duì)柴油機(jī)溫度和壓縮比、噴油時(shí)間、噴油質(zhì)量、供油規(guī)律、轉(zhuǎn)速、負(fù)荷進(jìn)行分析，以便了解它們對(duì)燃燒過程的影響，正確使用和柴油機(jī)。5.1 燃燒室結(jié)構(gòu)及進(jìn)氣系統(tǒng)的影響燃燒室的優(yōu)劣對(duì)柴油機(jī)的燃燒性能有決定性的作用，因此是柴油機(jī)設(shè)計(jì)的關(guān)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(yù)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(duì)燃燒過程有著重要影響。縮口燃燒室具有較大的擠流強(qiáng)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(jìn)一步擴(kuò)散燃燒，產(chǎn)生較高的缸內(nèi)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(duì)較差，敞口燃燒室的。但是縮口燃燒室的熱應(yīng)力較大，殘余廢氣不易排除，實(shí)現(xiàn)增壓比較。柴油機(jī)的燃燒室結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)簡單，難以形成較強(qiáng)氣體擾流，必須配以能形成較強(qiáng)氣體擾流的進(jìn)氣系統(tǒng)，如切向進(jìn)氣道，螺旋進(jìn)氣道，扭切進(jìn)氣道等，以

18、便形成良好的可燃混合氣，利于柴油機(jī)燃燒得及時(shí)、完全。分隔式燃燒室由于其自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，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(qiáng)的擾流，故配以簡單的進(jìn)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(jī)的溫度與壓縮比的影響當(dāng)柴油機(jī)溫度較高時(shí)，由于的蒸發(fā)和氧化反應(yīng)進(jìn)行得較快，則著火延遲時(shí)期就縮短，柴油機(jī)工作比較柔和，經(jīng)濟(jì)性得到了提高；反之，如果柴油機(jī)燃燒室溫度過低，由于蒸發(fā)較差，氧化反應(yīng)進(jìn)行得緩慢，則會(huì)使著火延遲時(shí)間增長，柴油機(jī)工作，經(jīng)濟(jì)性下降，甚至不能著火，因此，柴油機(jī)工作中應(yīng)保證正常溫度，柴油機(jī)采取較高的壓縮比，是提高壓縮終了時(shí)氣體的溫度和壓力，以便縮短著火延遲時(shí)間，使柴

19、油機(jī)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(zhì)量與供油規(guī)律的影響噴油質(zhì)量好的標(biāo)志是噴出的油粒細(xì)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(jìn)行得較快，縮短著火延遲時(shí)期，有利于柴油機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)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(zhuǎn)角的關(guān)系。對(duì)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(shí)期噴人過多的柴油，而造成柴油機(jī)工作，同時(shí)，供油持續(xù)時(shí)間不宜過長，以免造成后燃嚴(yán)重，這樣就要要求有合適的供油提前角，對(duì)于直噴式柴油機(jī)而言，理想的噴有規(guī)律應(yīng)該是“先緩后急”，即當(dāng)噴油開始時(shí)噴油率要小，且

20、著火后噴油率要很快上上升，緊接著就結(jié)束，這是一種比較理想的噴油規(guī)律。影響供油規(guī)律的當(dāng)凸輪磨損后將會(huì)改變供油規(guī)律，從而影響柴油機(jī)的燃燒過程。很多，如噴油泵凸輪，此外噴油壓力影響噴霧質(zhì)量、噴注的形狀和射程。其壓力過大或過小，都會(huì)改變噴霧細(xì)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(duì)于渦流室燃燒室來說，其空間分布柴油量相對(duì)減少，壁面油膜相對(duì)增多，燃燒持續(xù)期和后燃期延長。對(duì)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)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(zhì)量。5.4 柴油機(jī)轉(zhuǎn)速與負(fù)荷的影響柴油機(jī)轉(zhuǎn)速的變化，將引起柴油噴霧質(zhì)量、空氣的吸入量和進(jìn)入氣缸的空氣運(yùn)動(dòng)等的變化，并對(duì)

21、燃燒過程產(chǎn)生極其復(fù)雜的影響。其綜合表現(xiàn)為:當(dāng)轉(zhuǎn)速升高而供油量不變時(shí)，燃燒準(zhǔn)備期和持續(xù)期以秒計(jì)都將縮短，即燃燒過程變得迅速；但若以曲軸轉(zhuǎn)角計(jì)，準(zhǔn)備期和延續(xù)期都將增加。所以，柴油機(jī)轉(zhuǎn)速越高，供油提前角則大。但一般柴油機(jī)的供油提前角是按標(biāo)定轉(zhuǎn)速試驗(yàn)調(diào)整的，并不隨轉(zhuǎn)速變化而變化，故柴油機(jī)在怠速時(shí)的供油提前角就偏大，容易出現(xiàn)敲缸。同時(shí)，柴油機(jī)的有效功率與其輸出扭矩和轉(zhuǎn)速的乘積成正比，若轉(zhuǎn)速降低，則柴油機(jī)的功率也要降低。這時(shí)，若不相應(yīng)地減少負(fù)荷，則此油機(jī)將超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，結(jié)果造成供油量過大，燃燒不完全，油耗升高，柴油機(jī)冒煙、過熱及急劇磨損。當(dāng)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速不變而負(fù)荷減少時(shí)，供油量也減少，但進(jìn)入氣缸的空氣量并不減少

22、，因此，由于氧氣量相對(duì)增加，使燃燒就較完全。但負(fù)荷太小、供油量太少時(shí)， 柴油機(jī)達(dá)不到正常溫度，對(duì)燃燒不利。當(dāng)負(fù)荷太大時(shí)，供油量增加，因后期噴入的柴油不能完全燃燒而導(dǎo)致冒黑煙。此時(shí)，不但油耗升高，而且功率受影響；同時(shí)零件由于受到大的載荷而磨損。可見，柴油機(jī)長時(shí)間的超負(fù)荷、低轉(zhuǎn)速大負(fù)荷及空轉(zhuǎn)都是不利的，最好經(jīng)常處于接近標(biāo)定功率的工況下工作，才是最好的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。此外，由于使用中氣門下陷量達(dá)大、活塞頂凹坑方向裝反、空氣濾清器或進(jìn)、排氣管道堵塞、柴油品質(zhì)的好壞等原因，都會(huì)破壞柴油機(jī)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(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，同樣也必須引起應(yīng)有的重視。5.5 柴油機(jī)冷卻效

23、果的影響柴油機(jī)溫度不僅與負(fù)荷和轉(zhuǎn)速有關(guān)，而且與冷卻水及周圍空氣的溫度有關(guān)，特別是冷卻水溫度的影響。在柴油機(jī)中燃燒放出的熱量不是全部用于做功，不少的一部分要經(jīng)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(zhì)強(qiáng)制連續(xù)流經(jīng)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(shí)間超負(fù)荷作業(yè)或噴油時(shí)間過遲等原因，都能引起柴油機(jī)溫度過高。高溫運(yùn)轉(zhuǎn)，將造成進(jìn)氣不足、燃燒過程變壞、機(jī)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(yùn)轉(zhuǎn)，也造成燃燒不良和熱損失增多，并和經(jīng)濟(jì)性。柴油機(jī)的磨損。因此，柴油機(jī)溫度過高或過低，都

24、會(huì)嚴(yán)重影響其動(dòng)力性汽缸密封性的影響在柴油機(jī)的工作過程中，由于空氣中的塵埃及柴油機(jī)中的機(jī)械雜質(zhì)和水分，以及燃?xì)馑岣g等原因，使氣缸套、活塞環(huán)、活塞產(chǎn)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(guān)閉不嚴(yán)；因氣缸蓋變形、裂紋，氣缸墊燒損；因安裝時(shí)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?xì)饴┤肭S箱和機(jī)油竄入燃燒室。同時(shí)使壓縮終了的氣缸溫度、壓力偏低，空氣運(yùn)動(dòng)變?nèi)酰瑢?dǎo)致可燃混合氣的形成燃燒不良和燃燒不完全。結(jié)果使柴油機(jī)的燃燒過程嚴(yán)重受到影響，功率下降，油耗上升，甚至使柴油機(jī)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(huì)使霧化不良

25、，滴油；導(dǎo)向部分磨損后使噴油器回漏增加。此時(shí)，將因燃?xì)飧Z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(guān)閉位置，則因噴油器不能噴油而造成柴油機(jī)“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(jī)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(shí)間正常的情況下，將使供油量減少、供油時(shí)間變遲，造成柴油機(jī)排氣冒煙、過熱和功能不足。在減壓環(huán)帶和內(nèi)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(duì)增加和供油時(shí)間提前，從而造成柴油機(jī)工作、有嚴(yán)重的敲擊聲、功率下降、起動(dòng)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(jī)不能啟動(dòng)。5.7.3和套磨損后，將造成供油時(shí)間落后、供油量減少及供油不均勻性增加，導(dǎo)致柴油機(jī)燃澆不良、起動(dòng)、功能下降、以及怠速不穩(wěn)定甚至自動(dòng)停車。第 6 章改善柴油機(jī)燃燒過程提高其動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的措施有上面的分析可知，燃燒過程的能否正常運(yùn)行直接關(guān)系到柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性與動(dòng)力性。所以根據(jù)柴油機(jī)燃燒過程的特征，以及影響柴油機(jī)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(jī)燃燒過改善柴油機(jī)燃燒過程首要的技術(shù)措施是，選用燃燒室結(jié)構(gòu)合理的柴油機(jī)。分割形（預(yù)及渦流）燃燒室的柴油機(jī)，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(gè)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(jī)械及工程機(jī)械一般優(yōu)選形燃燒室柴油機(jī)。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)使用條件，選擇性能符合要求、質(zhì)量一乘的柴油機(jī)。近年來，國內(nèi)外已研制出陶瓷發(fā)，利用耐高溫高強(qiáng)度的工業(yè)陶瓷燒結(jié)在氣缸蓋燃燒室的表面上，減少散熱損失，提高熱效率（達(dá) 45%)，改善了燃燒過程，降低消耗率，明顯地提高了使用經(jīng)濟(jì)性。6.2 選用與柴油機(jī)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(gè)約定量指標(biāo)，所以在選用合適的燃

28、油時(shí)就不得不考慮柴油的油。烷值，應(yīng)該綜合各方面的要求選用一個(gè)烷值適合的柴柴油發(fā)是壓燃式發(fā)，沒有其它點(diǎn)火設(shè)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(dá)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(shí)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(dòng)機(jī)的工作也愈平穩(wěn)。但烷烴值高的柴油凝點(diǎn)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(shí)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(zhuǎn)速在 10001500r/min 之間的柴油機(jī)需要烷值在 4050 之間。而轉(zhuǎn)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?dú)飧字醒舆t點(diǎn)火，以致燃燒不完全。同時(shí)，由于氣缸內(nèi)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(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)，特別是在低溫時(shí)啟動(dòng)有較大影響，當(dāng)冷卻液和進(jìn)入空氣的溫度過低時(shí)，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(dòng)6。另外隨著現(xiàn)代柴油有機(jī)綜合指標(biāo)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(xué)物質(zhì)，來改善燃油的某些性質(zhì)，例如油泥分散劑、防腐添加劑、燃

30、燒促進(jìn)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(duì)于節(jié)約能源費(fèi)用，船舶效。及設(shè)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(jī)中整個(gè)燃燒氣體的更換是通過換氣過程來實(shí)現(xiàn)的。由于燃燒后殘留在汽缸內(nèi)的是高溫并且大于大氣壓的廢氣，單純靠機(jī)械力無法使廢氣全部排除，如果殘留的太多會(huì)嚴(yán)重影響下一次發(fā)火。換氣過程如果完善，壓縮過程開始時(shí)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(shí)的燃燒創(chuàng)造了良好的條件。燃油的完全及時(shí)的燃燒，不但使柴油機(jī)發(fā)出更大的功率提高其動(dòng)力性；使柴油機(jī)有高的熱效率，提高其經(jīng)濟(jì)性；而且，完全的燃燒還意味著結(jié)碳減少，

31、改善了排氣的污染；及時(shí)的燃燒還意味著較低的循環(huán)平均溫度，從而提高柴油機(jī)的可靠性。因此，換氣質(zhì)量的好壞是柴油機(jī)工作優(yōu)劣的先決條件。目前，在柴油機(jī)上采取長行程或增壓等技術(shù)措施，提高做功沖程中的氣體膨脹程度，不僅改善柴油機(jī)的動(dòng)力性、使用經(jīng)濟(jì)性，還可以使壓縮比適當(dāng)減小、柴油機(jī)工作平穩(wěn)。例如柴油機(jī)采取廢氣渦輪增壓技術(shù)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(jī)在壓縮沖程終了氣缸內(nèi)氣體的壓力和溫度，進(jìn)而可提高可燃混合氣燃燒的最高溫度，改善柴油機(jī)的燃燒過程即提高柴油機(jī)動(dòng)力性及經(jīng)濟(jì)性。使用所以針對(duì)以上情況，應(yīng)該根據(jù)情況及時(shí)保養(yǎng)空氣濾清器，清除進(jìn)、排氣管道、氣門等處的積炭，保證柴油機(jī)進(jìn)氣

32、暢通。有氣閥的柴油機(jī)應(yīng)確保有正確的氣閥正時(shí)，增壓柴油機(jī)還要維持增壓器有良好的工作性能，使進(jìn)入汽缸內(nèi)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(jìn)入汽缸內(nèi)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(zhuǎn)速和負(fù)荷下運(yùn)轉(zhuǎn)由柴油機(jī)速度特性可知，柴油機(jī)的工作轉(zhuǎn)速偏高和偏低時(shí)，其消耗率均增入，柴油機(jī)的燃燒過程均必能達(dá)到最優(yōu)化，因此應(yīng)該使柴油機(jī)在標(biāo)定轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)。這樣不僅使柴油機(jī)具有良好的使用經(jīng)濟(jì)性，而且也兼顧了柴油機(jī)的動(dòng)力性及機(jī)械效率。根據(jù)柴油機(jī)負(fù)荷特性，使柴油機(jī)在中等偏大的負(fù)荷下運(yùn)轉(zhuǎn)，柴油機(jī)動(dòng)力性、使用經(jīng)濟(jì)性好，而機(jī)械損失也不大。使用中，要保證柴油機(jī)處于最佳工作狀態(tài)

33、，避免長期低速運(yùn)轉(zhuǎn)，更速、超負(fù)荷作業(yè)，應(yīng)以最低的消耗，發(fā)揮柴油機(jī)的最大功率。6.5 理想的噴油規(guī)律并設(shè)定合適的供油提前角燃油的噴射過程是柴油機(jī)燃燒過程中極為重要的一個(gè)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(jìn)而影響燃燒過程的組織，最終決定柴油機(jī)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(shí)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(yùn)動(dòng)的高速部分以減少噴油持續(xù)角，提高霧化質(zhì)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(fù)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(shí)間

34、受到高壓油的作用，形成不可恢復(fù)的機(jī)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(shí)非常必要，為實(shí)現(xiàn)有效的燃燒過程，一般均在上止點(diǎn)前就將燃油噴入汽缸。在最佳供油提前角下，柴油機(jī)能達(dá)到最大功率和最低消耗率。在轉(zhuǎn)速、負(fù)荷變化的情況下，也應(yīng)該使柴油機(jī)始終具有最佳供油提前角。因此，對(duì)轉(zhuǎn)速變化比較敏感的直接噴射式燃燒室柴油機(jī)，特別是球形燃燒室柴油機(jī)應(yīng)設(shè)置供油提前角自動(dòng)調(diào)節(jié)器。利用同側(cè)雙斜槽的噴油泵及負(fù)荷調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，使柴油機(jī)隨負(fù)荷變化而自動(dòng)調(diào)節(jié)供油提前角。另外可以對(duì)噴油器進(jìn)行改進(jìn)，采彈簧噴油器，其與常規(guī)噴油器的最大不同點(diǎn)是針閥升程有兩個(gè)階段組成，有兩個(gè)彈簧控制。一級(jí)針閥升程階段由一個(gè)彈簧控制，一級(jí)開啟壓力 PS1 較低；二級(jí)升程則有兩個(gè)彈簧共同控制，其承受噴油器的標(biāo)定開啟壓力 PS 。這種彈簧噴油器能實(shí)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(fù)荷時(shí)，可改善低速穩(wěn)定性，降低低速和怠速工況時(shí)的燃燒噪音，改善燃燒過程8。6.6 保證柴油機(jī)正常的工作溫度加強(qiáng)汽缸的冷卻保持柴油機(jī)正常工作溫度（冷卻水溫 8095)，可保證柴油機(jī)可燃混合氣的質(zhì)量和正常燃燒；保證