影響柴油機(jī)燃燒過程的幾個(gè)因素

李世領(lǐng)

柴油機(jī)燃燒過程包含著互相聯(lián)系的幾個(gè)環(huán)節(jié)，各個(gè)環(huán)節(jié)又受一系列結(jié)構(gòu)因素和運(yùn)用因素的影響，對(duì)于燃燒過程要求的性能也是多方面的。因此對(duì)柴油機(jī)燃燒過程的影響因素進(jìn)行全面分析是非常繁復(fù)的。在此只是主要分析幾個(gè)主要的運(yùn)用調(diào)整因素。

一、燃料性質(zhì)

柴油機(jī)燃料在燃燒過程的最重要性質(zhì)是其自燃著火性能，一般以十六烷值評(píng)價(jià)。十六烷的主要特點(diǎn)是氧化能力強(qiáng)，在高溫空氣中容易著火，把它的十六烷值定為100，作為一種標(biāo)準(zhǔn)燃料。選用另外一種α-甲基萘作為最不容易著火的標(biāo)準(zhǔn)燃料，十六烷值定為0。把這兩種標(biāo)準(zhǔn)燃料按一定比例混合，與被測(cè)柴油進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，當(dāng)它們的著火能力相同時(shí)，則混合物中十六烷的容積百分?jǐn)?shù)就是被測(cè)柴油的十六烷值。在一定范圍內(nèi)十六烷值代表著火性，十六烷值愈高，著火性愈好，著火延遲就縮短，使得隨后的速燃期中燃燒和壓力增長比較平穩(wěn)，工作柔和，燃燒噪聲較小。柴油中不同烴類組成的十六烷值不同，烷烴值最高，環(huán)烷烴值其次，芳烴最低。一般柴油機(jī)所用柴油十六烷值在40～60范圍內(nèi)，這樣可以保證柴油機(jī)及時(shí)著火、迅速燃燒和必要的啟動(dòng)性能。過高的十六烷值（大于65）則使燃料中重餾分增多，燃料蒸發(fā)性變差，容易高溫裂解和燃燒不完全而冒煙，而且低溫流動(dòng)性變壞。

氣缸內(nèi)的柴油是汽化后著火的，因此燃料的蒸發(fā)性將影響滯燃期內(nèi)的蒸發(fā)量和整個(gè)過程混合氣形成快慢與燃燒完全程度。燃料蒸發(fā)性好，有利于冷啟動(dòng)，但會(huì)使速燃期的壓力增長率和燃燒噪聲升高，所以在一定程度上可以認(rèn)為燃料的著火性能與蒸發(fā)性能存在一定矛盾。燃料蒸發(fā)性可由其餾程范圍表征，餾程溫度范圍低表示蒸發(fā)性好；但是燃料餾程范圍也不宜于過寬，因?yàn)檫@會(huì)使燃料易于裂解而冒煙。不同燃燒室對(duì)燃料蒸發(fā)性的要求不同，空間混合要求蒸發(fā)性好，油膜混合燃料蒸發(fā)性要求則可降低，所以不同燃燒室對(duì)燃料的適應(yīng)性是不同的。

柴油機(jī)燃料的黏度也是使用中重要的物理性質(zhì)，它影響到燃料的噴射霧化，黏度過高往往使霧化不好，因而燃燒不完全，排氣冒煙，噴油嘴積碳而堵塞。往往液體燃料在較高溫度時(shí)黏度很快降低，使用多種燃料時(shí)，利用發(fā)動(dòng)機(jī)余熱對(duì)燃料預(yù)熱往往是有效的技術(shù)措施。

二、供油提前角

在實(shí)際調(diào)整柴油機(jī)時(shí)往往制取供油提前角調(diào)整特性以確定最佳供油提前角，在最佳供油提前角時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)都最好。

供油提前角過大，氣缸壓力和溫度都還不夠時(shí)就噴入燃料，著火延遲期就會(huì)加長，在壓縮過程中活塞上行時(shí)燃料就大量燃燒，dp/dφ（p—?dú)飧變?nèi)氣體壓力；φ—曲軸轉(zhuǎn)角）很高，工作粗暴而且壓縮負(fù)功加大，因而降低了有效功率，加大了有效耗油率，發(fā)動(dòng)機(jī)也運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)。供油提前角過小，使大部分燃料在上止點(diǎn)后噴入氣缸，則最大燃燒壓力降低，熱量利用系數(shù)降低，過后燃燒增多，也使動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性降低。

三、轉(zhuǎn)速

柴油機(jī)轉(zhuǎn)速變化時(shí)，燃燒過程相應(yīng)的時(shí)間和相應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角、氣缸內(nèi)空氣的渦流和紊流、燃油的噴射質(zhì)量、燃燒室的熱狀態(tài)等都會(huì)發(fā)生變化。例如轉(zhuǎn)速升高時(shí)按時(shí)間秒數(shù)記著火延遲期往往減小，而按曲軸轉(zhuǎn)角度數(shù)計(jì)著火延遲期往往加大，促使延遲期內(nèi)氣缸積油較多，但高轉(zhuǎn)速時(shí)燃燒室熱狀態(tài)改善、渦流和紊流加強(qiáng)、燃油霧化得到改善，這樣，對(duì)粗暴性的影響還不能肯定，還要聯(lián)系其他因素才能判斷。一般認(rèn)為，怠速時(shí)敲缸聲較顯著，而在通常運(yùn)用的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)粗暴性則往往變化不大。高轉(zhuǎn)速時(shí)燃燒過程時(shí)間縮短，但所占曲軸轉(zhuǎn)角往往加大，所以過后燃燒變得嚴(yán)重。一般在低速時(shí)散熱損失增加，在高速則由于過后燃燒而使排氣溫度提高，排氣熱損失加多，并且容易冒煙。

四、負(fù)荷

柴油機(jī)負(fù)荷不同，循環(huán)供油量就不同，小負(fù)荷時(shí)每循環(huán)混合氣平均成分變稀，這是一種質(zhì)調(diào)節(jié)的方法。在理論循環(huán)上，小負(fù)荷時(shí)預(yù)脹比較小，熱效率是提高的。在實(shí)際循環(huán)上，混合氣變稀使燃燒較完全、過后燃燒減少，可以提高熱量利用系數(shù)，這是柴油機(jī)質(zhì)調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)；但負(fù)荷過小發(fā)動(dòng)機(jī)熱狀態(tài)和霧化質(zhì)量會(huì)降低，因而長期高速空轉(zhuǎn)或怠速時(shí)也會(huì)微微冒煙；超負(fù)荷時(shí)則會(huì)使燃燒不完全而冒煙，經(jīng)濟(jì)性能惡化。

五、熱狀態(tài)

柴油機(jī)的熱狀態(tài)，尤其是組成燃燒室的各零件壁面溫度，與柴油機(jī)的工作狀態(tài)有關(guān)，也與冷卻方式、冷卻水溫和潤滑油溫度有關(guān)。壁面溫度升高時(shí)，整個(gè)循環(huán)的溫度提高，壓縮終了溫度和壓力較高，著火延遲縮短，降低了壓力增長率和最高爆發(fā)壓力，工作趨于平穩(wěn)柔和，燃燒噪聲降低，燃燒變得完全，隨著冷卻水溫和機(jī)油溫度升高，工質(zhì)傳給冷卻介質(zhì)的熱量減少，因而燃油經(jīng)濟(jì)性改善。所以燃燒室壁面的溫度應(yīng)該盡量提高為宜，熱狀態(tài)比較處于溫度高的情況也適于燃用多種燃料。隨著柴油機(jī)負(fù)荷和轉(zhuǎn)速減小，壁面溫度將顯著降低，怠速時(shí)的低溫將顯著延長著火延遲，使燃燒顯得粗暴，而且燃料蒸發(fā)變慢，混合變差，影響燃燒及時(shí)完全，排放污染增多。近年來，研究中的絕熱柴油機(jī)和局部冷卻系統(tǒng)都提高了柴油機(jī)的熱狀態(tài)并回收利用余熱提高了整機(jī)的燃料經(jīng)濟(jì)性。發(fā)動(dòng)機(jī)熱狀態(tài)提高后，機(jī)件工作溫度升高，機(jī)件材料和機(jī)油的工作條件變得嚴(yán)酷，對(duì)它們的要求相應(yīng)提高，因而對(duì)整機(jī)的工作可靠性會(huì)有影響，也使進(jìn)氣過程充量系數(shù)減小。