1.柴油機燃燒過程的四個時期
根據氣缸中氣體壓力和溫度變化的特點，可將柴油機的燃燒過程分為四個時期。
(1)滯燃期。從開始噴油到著火開始的這一段時期稱為滯燃期。這是噴入的燃油進行霧化、加熱、蒸發、擴散、與空氣混合等物理準備及焰前化學準備階段。在柴油機中，一般τi(滯燃期)0.0007~0.003s。
滯燃期對柴油機的工作有很大的影響。這個時期越長，則在滯燃期內噴入燃燒室的燃油越多。氣缸中的壓力升高就越迅速。這樣雖可使經濟性稍許提高，但卻使發動機工作的粗暴性增加很多，加速了機件的磨損。因此，一般柴油機寧愿犧牲一些經濟性，也要讓其工作平穩。
影響滯燃期的主要因素是燃油的性質、壓縮結束時的溫度和壓力以及燃燒室中的空氣渦流等。
(2)速燃期。從燃油著火開始到迅速燃燒出現最高壓力時為止的這段時期稱為速燃期。這一時期的特點是放熱速率(dQ/dч)高、氣缸內力壓和溫度升高快。其壓力升高率△p/△ч取決于在滯燃期內形成的可燃混合氣體數量的多少，為使柴油機運轉平穩，最大壓力升高率(dQ/dч)max不應超過0.40~0.60MPa/℃A。
(3)緩燃期。緩燃期是從最高壓力開始到出現最高溫度的階段。這一時期的特點是燃燒在氣缸容積不斷增大的情況下進行，主要受混合氣體形成速度的控制，燃燒速度較速燃期慢，燃氣溫度升至最高達1973~2273K，壓力卻略有下降。緩燃期末，放熱量一般達到循環總放熱量的70%~80%。
(4)后燃期。后燃躬是從最高溫度點開始到燃燒基本結束為止的一段時期。這一時期的特點是燃燒在膨脹線上進行，此時氧氣大量減少，放熱速率降低，燃油放出的熱量不能有效地利用，因而使排氣溫度升高，經濟性下降。后燃期末，放熱量已達循環總放熱量的96%~98%。柴油機轉速愈高，后燃期愈長。
在后燃朔燃燒速度很慢，而且活塞已遠離上止點，氣缸容積已增大很多，此時氣缸內的溫度和壓力均迅速下降。因此，后燃期放出的熱量不僅難于利用，而且會使零件熱負荷增加，排氣溫度升高，冷卻熱損失增加，使柴油機的經濟性下降，故要求后燃期愈短愈好。
影響燃燒過程的主要因素有結構因素和運轉因素。結構因素主要是壓縮比、燃燒室、進氣道、噴油泵及噴油器的結構形式以及噴油規律等。運轉因素主要是柴油性能、噴油提前角、噴油壓力、負載及轉速等。
為了改善可燃混合氣體的形成條件，采用合理燃燒，縮短后燃期，提高柴油機的經濟性，一般柴油機都采用較高的壓縮比(15~20)。同時在燃燒室內進行強烈的空氣運動，采用先緩后急的噴油規律，保證足夠高的噴油壓力(一般在10MPa以上)并選用十六烷值較高的柴油。
根據上述對柴油機燃燒過程的分析可知，為了保證柴油機工作可靠(尤其是冷起動的可靠性)，應保證燃油有很好的著火條件。為使柴油機工作柔和、燃燒噪聲小、壽命長，速燃期的壓力升高率和最高燃燒壓力不超過一定限度，應盡可能縮短滯燃期，減小在滯燃期內形成的作好燃燒準備的混合氣量。為使燃燒完全及時，提高柴油機的動力性和經濟性，減少排氣冒煙，應改善和加速緩燃期中燃油與空氣的混合，提高后期的燃燒速率，減少后燃。
2.影響柴油機燃燒過程的因素
(1)運轉因素對燃燒過程的影響。影響燃燒過程的運轉因素有燃油的性質、噴油提前角、轉速和負載、冷卻強度等。
1)燃油性質的影響。柴油的發火性能影響滯燃期的長短，因而也對發動機工作的粗暴性發生直接的影響。柴油的十六烷值愈高，自燃的能力就愈強，因而滯燃期愈短，發動機的工作就比較柔和。目前高速柴油機所用柴油的十六烷值為40~50左右。
2)噴油提前角的影響。噴油提前角是指壓縮過程中開始噴油(以噴油器針閥升起光標志)到活塞行至上止點時的曲軸轉角。增大噴油提前角，由于燃油將噴入壓力和溫度都不高的空氣中，物理化學準備的條件較差，滯燃期延長，導致速燃朔的壓力升高率增大，發動機工作粗暴。減小噴油提前角，也就是燃油更接近于壓縮終點時噴入燃燒室，由于燃燒室內空氣的壓力和溫度較高，因而滯燃期縮短，發動機工作比較柔和，而且可降低排氣中的NOx濃度。但噴油過遲，燃燒就會在膨脹過程中進行，導致壓力升高率降低，最高燃燒壓力下降，排氣溫度和散熱損失增加，熱效率顯著下降。因此，對于每一種柴油機，均有一個最佳的噴油提前角。但對任何一臺柴油機，最佳噴油提前角都不是常數，而是隨供油量和發動機的使用轉速而變化的。供油量愈大，轉速愈高，則最佳噴油提前角也愈大。此外，它還與發動機的結構有關。例如采用直接噴射式燃燒室時，最佳噴油提前角獻出采用分開式燃燒室要大些。
3)轉速的影響。當轉速增加時，燃燒室內的氣流運動加強，同時還提高了噴油壓力，使燃油與空氣的混合得到改善，所以，按時間計算的滯燃期τi隨著轉速增加而縮短，不過，由于每循環所占的時間縮短更多，使以曲軸轉角計的滯燃期чi卻可能有所增加。在轉速變化范圍較大的柴油機上，經常裝有離心式噴油提前角自動調節器。
在渦流室柴油機中，隨著轉速的升高，空氣渦流大大加強，以曲軸轉角計的滯燃期變化不大，燃燒過程就可能不致太延后。因此，渦流室柴油機相對直接噴射式柴油機來說，對噴油提前角較不敏感。
4)負載的影響。在柴油機中，如轉速保持不變，當負載增大時，每循環的供油量也隨著增大。由于充氣量基本不變，因而過量空氣系數α減小，使單位氣缸工作容積內混合氣燃燒放出的熱量增加，引起氣缸內溫度上升，縮短了滯燃期，使柴油機工作柔和。但是，由于每循環供油量增加，使噴油持續時間延長，會導致后燃嚴重;而且α減小，不完全燃燒現象會增加，這會引起經濟性下降以及排氣污染增加。
當柴油機冷起動或怠速動轉時，氣缸內溫度較低，柴油的滯燃期較長;而此時的潤滑油粘度較大，柴油機的摩擦損失較大，盡管這時無負載，但每循環的供油量仍相對較大，因此壓力升高率也較大，會產生較強的震音，即所謂柴油機的惰轉噪聲。隨著轉速升高及負載增大，柴油機熱狀態正常后，惰轉噪聲即會自行消失。
5)冷卻強度的影響。在發動機中，和氣體相接觸的機件的溫度是變化的，這些機件的溫度不僅隨發動機的工作情況而定，而且隨冷卻水或空氣的溫度而定。當這些機件的溫度增高時，燃油的滯燃期縮短，發動機的工作比較柔和。但溫度過高時，對發動機的工作也不利。
(2)構造因素對燃燒過程的影響。在構造方面，影響燃燒過程的主要因素是壓縮比、燃燒室形式、空氣渦流運動、噴油壓力、噴油規律以及活塞材料等。
1)壓縮比的影響。壓縮比較大時，壓縮終點的溫度和壓力都比較高，使燃油的滯燃期縮短而發動機工作比較柔和。
2)噴油壓力的影響。噴油壓力在低的范圍(14MPa)內逐漸增大時，可使燃油的霧化質量改善，因而增加了燃油與空氣的接觸面積，改善了燃油燃燒與準備燃燒的條件，使滯燃期縮短。但在噴油壓力已相當高的情況下，即已有足夠數量的細小油滴供開始著火之用，此后再繼續增大噴油壓力，對滯燃期將不發生顯著的影響。但高壓噴射對排氣凈化是有利的。
3)活塞材料的影響。鑄鐵活塞與鋁合金活塞相比其溫度較高，這樣可以縮短滯燃期，因此在其他條件相同時，采用鑄鐵活塞的柴油機工作比較柔和。
4)噴油規律的影響。噴入燃燒室內的燃油量(或單位曲軸轉角內的噴油量)隨曲軸轉角(或噴油泵凸輪軸轉角)而變化，這種變化關系稱為噴油規律。噴油規律與噴油泵的凸輪外形、桂塞直徑、噴油器的構造和調整以及高壓油管的尺寸等有關。
滯燃期的長短，實際上不受噴油規律的影響。但噴油規律要影響隨曲軸轉角進行燃燒反應的燃油分量，亦即影響到燃燒過程的進行。
5)燃燒室形式的影響。燃燒室形式對燃燒過程的影響主要與混合氣體形成的過程、空氣渦流的形成以及氣體與燃燒室壁面的傳熱有關。它直接影響發動機的動力性、經濟性、工作平穩性以及排氣品質、噪聲等。
6)空氣渦流的影響。燃燒室內空氣渦流的強弱對混合氣體形成和燃燒也有很大的影響。渦流強度的增加促進了空氣對燃油的傳熱并增加燃油分子和氧氣接觸的機會，因而加速了燃油的揮發，促進了燃油和空氣在燃燒室內的均勻分布，使炭煙的生成量減少。假如渦流的方向和速度與噴油情況，活塞運動等配合得當，則可使滯燃期縮短。渦流運動對空氣的利用程度有很大關系，當燃燒同樣多的燃油時，隨著渦流的加強，獲得正常及完善燃燒所必需的空氣量就可減少，這樣發動機可做得緊湊些。但過度提高渦流強度，就會增加對壁面的散熱及氣體流動的能量損失，而使經濟性降低。
目前形成氣缸中空氣渦流運動的主要形式包括:在迸氣過程中，利用螺旋進氣道或切向進氣道，使充入氣缸的空氣產生繞氣缸中心線高速旋轉的進氣渦流;在壓縮行程中使空氣在燃燒室中產生強烈旋轉的擠壓渦流。
責任編輯：Honey
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