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1、燃油喷油压力提高对柴油机燃烧的影响分析摘 要柴油机在各种动力机械中之所以占优势的主要原因是经济性好。近些年来，随着柴油机技术的发展，其经济性仍然在不断地提高。为了改善经济性，采取了多种措施，例如：改变喷油压力，提高喷油压力和喷油速率，缩短喷油持续期；优化燃烧室形状，改善换气过程；采用高效率增压器，创造出各种形式的增压系统；采用包括电子调速器，电子喷射系统在内的电子控制系统；减少内摩擦和提高机械效率等。而燃油系统喷油时刻对柴油机的性能和排放起着至关重要的影响。通常对经济性和烟度要求最佳的柴油机所需的喷油压力较大；而大量实践又表明，降低排气中NOx含量最有效的办法是延迟喷油，即减小喷油压力，使燃烧
2、拖后在较低的温度下进行。因此存在最佳喷油提前角的问题。通过AMESim 软件建模, 对高压共轨喷油器进行模块化分析和仿真研究。将模拟结果和实测结果进行对比, 两者变化趋势比较吻合, 从而验证了模型的准确性。然后通过改变关键结构参数, 探讨了该喷油器主要结构参数对喷射过程的影响, 确定了保证系统稳定性的结构参数的选取原则, 对高压共轨电控喷油器的设计具有一定的参考价值。 分析喷油压力变化对柴油燃料发动机排放的影响。试验结果表明:喷油压力提前，柴油燃料的有效燃油消耗率降低。随着喷油压力减小，燃料滞燃期缩短，喷油压力为15CA时，燃料的燃烧持续期最短，增加或减少喷油压力都将延长燃烧持续期。喷油压力变
3、化对柴油燃料发动机的排放有较大影响，推迟供油，燃料的烟度排放和CO排放增加，NOx排放和HC排放降低。关键词:柴油机；喷油压力；排放特性Effect of Fuel Supply Advance Angle on an internal Combustion EnginesAbstractIn various mechanical power of diesel engine is the main reason is the dominant economical. In recent years, along with the development of technology, the
4、diesel engine is still in improving efficiency. To improve the efficiency and adopted various measures. For example: change injection advance, improve the injection pressure injection rate and injection, shorten the duration, Optimized chamber shape, improve ventilation process, Using efficiency, cr
5、eate the supercharger turbo systems of various forms, By including the electronic governor, injection system, electronic control system, Reducing friction and improve mechanical efficiency, etc. And fuel system of diesel injection time of performance and emission plays a crucial influence. Usually t
6、he economy and to meet the requirements for the best diesel injection advance greatly, But a lot of practice and suggests that reducing exhaust in the most effective way to content NOx injection, which is the delay reduced injection advance, burning up under the low temperature. Therefore there are
7、best injection Angle.Through the analysis of test, diesel injection advance changes of diesel fuel combustion emissions. Test results show that the injection advance in advance, With fuel injection advance, fuel injection advance to shorten, 15 CA, fuel burning shortest duration, increase or decreas
8、e of injection advance will extend combustion duration. Injection advance changes on diesel fuel emissions have great influence on the fuel supply, delay, meet emission and CO emissions, NOx emissions and HC emissions reduction.Key words: Diesel engine；Fuel supply advance angle；Emissions characteris
9、tic；Bench test.39 / 40目 录摘 要IAbstractII第一章 绪 论51.1 本课题研究的目的及意义51.2 柴油机喷油压力简介51.2.1 调整柴油机喷油压力的作用61.2.2 柴油机喷油压力的检查方法61.2.3 柴油机喷油压力的调整方法61.3 本文研究的内容8第二章 试验仪器及方案的选择92.1 试验仪器及装置92.1.1 试验仪器92.1.2 试验装置92.2 试验方案确定10第三章 喷油压力对柴油机性能的试验研究123.1 具体试验过程123.2 试验结果和分析123.2.1 喷油压力对经济性、动力性的影响143.2.2 燃烧特性的分析153.2.3 排放特
10、性的分析183.2.4 喷油压力对排气温度的影响223.2.5 喷油压力对最大压力升高比的影响223.2.6 喷油压力对噪声的影响23第四章 试验结论25致 谢26参考文献：27附录A 外文翻译原文部分28附录B 外文翻译译文部分33附录C 试验相关图片37第一章 绪 论1.1 本课题研究的目的及意义柴油机在各种动力机械中之所以占优势的主要原因是经济性好。近些年来，随着柴油机技术的发展，其经济性仍然在不断地提高。为改善经济性，采取了多种措施。例如： 改变喷油压力，提高喷油压力和喷油速率，缩短喷油持续期；优化燃烧室形状；改善换气过程；采用高效率增压器；创造出各种形式的增压系统；采用包括电子调速器
11、、电子喷射系统在内的电子控制系统；减少内摩擦和提高机械效率等。上世纪70 年代，一般机车中速柴油机的燃油消耗率150g/( Kwh)以上。目前，国内外的机车柴油机将燃油消耗率定在200g/( Kwh)左右，而一些先进的柴油机燃油消耗率已下降到190g/( Kwh)。如： 16V396TB94 型柴油机油耗率200g/( Kwh)，怠速耗油率5.0kg/h；MTU 4000系列柴油机在使用功率较小时，例如机车或发电机组，有时燃料消耗率可低于190g/( Kwh)。MTU公司新开发的通用型8000系列柴油机具有低达195g/( Kwh)的燃油消耗率。就16V280ZJB 型柴油机而言，其燃油消耗率
12、为204g/( Kwh)，比16V280ZJA 型柴油机降低4g/( Kwh)，在其部分负荷时也有较低的燃油消耗率。机油消耗率为燃油消耗率的0.5%。燃油系统喷油时刻对柴油机的性能和排放起着至关重要的影响。通常对经济性和烟度要求最佳的柴油机所需的喷油压力较大；而大量实践又表明，降低排气中NOx含量最有效的办法是延迟喷油，即减小喷油压力，使燃烧拖后在较低的温度下进行。因此存在最佳喷油提前角的问题。柴油机的喷油压力是影响燃烧性能的主要参数之一。以往研究表明：直喷式柴油机的喷油压力对燃油经济性、动力性、排放性能等的影响比其他参数更为显著，柴油机的喷油压力过早或过迟，将直接影响到柴油机的输出功率，增加
13、燃油消耗，导致工作粗暴，燃烧室温度过高，运转不稳。当负荷过高时会出现拉缸、敲缸、断活塞环、气动式倒转和加速缸套气蚀等一系列不良后果。因此内燃机工作者正致力于追求柴油机最佳的综合性能，其中，喷油压力最优化的研究已成为越来越重要的课题。本课题的意义也就在于，喷油压力是柴油机的一个重要参数，对柴油机机油耗、排放和烟度影响极大，以节能为目的和以排放为目的其提前角是不同的。因此，我们希望通试验找出4110Z-15柴油机在不同要求下的最佳喷油压力，以满足不同用户的要求。通过改变喷油压力的角度，找出影响该柴油机性能的最佳角度，并做一些力所能及的实验研究，为进一步改进提供科学依据。本课题实验样机为4110Z-
14、15柴油机，研究对其它小缸径柴油机也具有一定的参考意义。1.2 柴油机喷油压力简介柴油机的喷油压力，指喷油泵出油阀开启向高压油管供油即供油始角时，活塞在压缩冲程上止点前的曲轴转角。它反映的是喷油泵供油始角和活塞的位置关系。提前角过大喷油过早，气缸内温度较低，可燃混合气形成条件较差，滞燃期较长，可能导致柴油机工作粗暴、怠速不良和启动困难等故障；提前角过小喷油过晚，使气缸中的可燃混合气燃烧迟后，可能导致柴油机功率下降、温度升高、油耗上升和排气冒烟等故障。因此，喷油压力必须及时调整。调整方法一般是改变喷油泵凸轮轴和发动机曲轴的相对转角。注意不能用改变供油始角或柱塞预行程的方法调整喷油压力，否则会破坏
15、供油规律。柴油机的喷油压力对柴油机性能影响很大，最佳喷油压力都是在调试过程中由试验选定。因此，喷油压力的试验是每一个产品在开发过程中不可回避又极其重要的内容。以往喷油压力的选定，大多以燃油消耗率的高低做为选择的依据。实际上，对于柴油机燃油消耗率的最佳喷油压力并不是排气烟度的最佳喷油压力。因此，喷油压力的选择不能仅仅以燃油消耗率为依据，必需同时兼顾排气烟度，甚至其它更多因素。1.2.1 调整柴油机喷油压力的作用喷油压力的合理选择是降低柴油机有害排放物常用的措施之一。喷油压力决定燃油喷入气缸的时刻，不同的喷油压力度造成喷油时的空气压力、温度、流动状态及活塞位置的不同，并通过影响燃油的滞燃期来影响燃
16、料燃烧的时刻及燃烧时的燃料量，从而影响到整个燃烧过程，最终关系到柴油机的排放性能和经济性能。又由于喷油压力的改变方便易行，因此控制排放措施首先应考虑喷油压力。本文在12、15、18 CA三种不同喷油压力条件下，燃用柴油燃料，通过对各工况下燃烧和排放的试验分析，研究了喷油压力变化对柴油燃料发动机排放的影响。1.2.2 柴油机喷油压力的检查方法在使用过程中，由于有关零件的磨损或相对位置改变等原因，喷油提前角会发生改变，如滚轮体总成磨损0.2mm，喷油角将延迟约1，直接影响柴油机工作性能，因此，必须定期地对其进行检查。而在汽车上检查喷油提前角比检查喷油压力要复杂些，而检查喷油压力较为方便。喷油压力检
17、查具体步骤如下：1、为便于准确地观察到供油的脉动，先自制一条定时管。其方法是找一根高压油管，套上一小段直径合适的透明塑料胶管即可。若不自制定时管，也可直接观察出油阀紧座出油口油面，但不够清楚，也不准确。2、拆下第一缸高压油管，在喷油泵出油阀紧座接头装上自制的定时管，并使定时管管口向上。用手油泵泵油，排除喷油泵内的空气，使之充满柴油。3、将油门置于最大供油位置，在减压状态下，按工作转向摇转曲轴，直到定时管充满不带气泡的柴油为止。晃动定时管倾出一点柴油，以便观察油面。4、再缓慢摇转曲轴，同时密切观察定时管油面情况。当看到油面刚开始上升的瞬间即油面刚一脉动，立即停止摇转曲轴，此时为第一缸开始供油位置
18、，从飞轮上或皮带轮上指示的刻度可确定喷油压力是否合适。1.2.3 柴油机喷油压力的调整方法目前柴油机上改变喷油压力的机构虽不相同，但都基于改变喷油泵柱塞副和喷油泵凸轮的相对位置，使柱塞顶部边缘封闭柱塞套进油口时间早晚来改变柴油机喷油压力的，其常见的办法有如下3种：1 、移动整个泵体如195型柴油机的1号单体泵，它的喷油泵凸轮是和配气凸轮轴自成一体的，在泵体和柴油机正时齿轮间装有垫片，靠增减垫片来调整其供油提前角，增加垫片喷油压力就会减小，减少垫片喷油压力应会增大。2 、喷油泵凸轮轴不动，转动泵体如459型柴油机的1号泵，喷油泵的三角形接盘上有3个长圆弧形孔，固定螺钉穿在孔内，使喷油泵固定在发动
19、机齿轮室上，若要改变供油时间，只要放松3个螺钉，转动喷油泵壳体，柱塞副和喷油泵凸轮的相对位置就会发生变化，从而改变喷油压力的大小。泵体逆着喷油泵凸轮轴旋转方向转动，喷油压力就会增大，顺着其方向转动，喷油压力就会减小。毕业设计论文代做平台 580毕业设计网 是专业代做团队 也有大量毕业设计成品提供参考 QQ34496499743 、喷油泵体不动，转动喷油泵凸轮轴如4118A型柴油机喷油泵，当泵体固定到发动机上以后，泵体不能再转动，喷油压力的调整是靠转动喷油泵轴来实现的(曲轴保持静止)。在喷油泵驱动齿轮的轮毅上有两组共14个螺孔，为防止错装180CA，两组孔的圆心分布在两个不同的半径上，两孔中心线
20、夹角为2.5CA；而在带动喷油泵凸轮轴转动的花键盘上有相应的两组14个光孔，其夹角为15CA，两者相差1.5CA，通过两个联接螺钉使花键接盘和驱动齿轮联接，喷油泵便能随驱动齿轮一起转动.将两个联接螺钉由一配对孔移人另一配对孔，花键盘连同喷油泵轮轴一起拨转1.5CA，从而使喷油压力变动，顺着喷油泵轮轴旋转方向拨动花键盘，喷油压力就会增大，反之则减小，共有6个等级180CA的调节范围。还有用联轴器结构方式来调整喷油压力，联轴器的主动盘和驱动齿轮轴相接，其被动部分和喷油泵凸轮轴相接，松开联轴器上弧形孔中的螺钉，使联轴器被动部分相对于主动盘拨转，即能改变其喷油压力的大小。此外，有的柴油机用直接调节柱塞
21、伸入柱塞套位置的方法来调节其喷油压力的大小如图1-1所示。喷油压力调整完毕，应按规定的力矩拧紧螺钉，并启动发动机，从其启动、声响、排气等现象来检验其喷油压力是否合适。 图1-1 喷油压力的的调整1.3 本文研究的内容为深入分析喷油压力对4110Z-15柴油机工作过程的影响，利用缸内压力传感器及燃烧分析仪对发动机在两个转速1450r/min、1850r/min，以及在三个喷油压力12、15、18 CA下的负荷特性对柴油机的性能和排放进行了测试。本文研究的具体内容如下：1、开展喷油压力对4110Z-15柴油在负荷特性下的排放和燃烧试验的研究；2、对该柴油机在不同喷油压力下的噪声以及排气温度进行测定
22、；3、完成对4110Z-15柴油机在试验台架上的相关数据进行采集；4、利用ORIGIN 7.5软件画出燃油经济性图、燃烧特性图、排放特性图等，并对其进行相关的分析和讨论；5、在此基础上讨论了柴油机在不同工况下的最佳喷油压力的问题。第二章 试验仪器及方案的选择2.1 试验仪器及装置2.1.1 试验仪器本文试验对象是一直列四行程增压直喷中冷柴油机。该柴油机缸径为110mm，行程为130 mm，总排量为4.914L，压缩比为12，标定功率为65Kw时的转速为1500 r/min，最大扭矩为928Nm时的转速为1400r/min，怠速转速为700r/min。主要测试仪器如表2-1所示。其中，AVL40
23、00气体排放分析仪用于测量排气中CO、HC、NOx的体积分数，FDQ-102型排气烟度计用于测量微粒排放及烟度，D480B水力测功器用于测量发动机扭矩和转速。试验柴油为“0”号轻柴油，润滑油为15W/40CD机油。柴油机性能试验按柴油机台架试验考核方法JB/T977311999进行。表2-1 主要测试仪器名 称型 号 规 格精 度制 造 厂 家水力测功器D480B1%江苏启东农机厂转速油耗仪SYZZ-1A0.5%上海内燃机研究所排气烟度计FDQ-1021.5%温州仪表厂排气表WXMT-1011%无锡江南测试仪器厂油温表WXMT数字显示仪1%无锡江南测试仪器厂油压表WXMT数字显示仪2.5%无锡
24、江南测试仪器厂水温表WXMT数字显示仪1%无锡江南测试仪器厂大气压力计定槽式0.5%长春气象仪表厂排放分析仪AVL4000厦门海腾发动机测试设备有限 公司颗粒排放仪AVLSPC4720.5%长春气象仪表厂声级计ND20.5%温州仪表厂2.1.2 试验装置试验用发动机为四缸水冷、四冲程、直喷式柴油机，其基本参数下表2-2所示。压力传感器为瑞士Kistler公司产品，使用AVL4000排气分析仪和FDQ-102排气烟度计测量燃烧产生的排放物。试验台架布置见图2-1。表2-2 试验用柴油机主要参数项 目原机技术规格型号4110Z-15燃烧室形式型缸径/行程mm/mm110/130续表2-2排量/ L
25、4.914压缩比12标定功率/ Kw65标定转速 r/min1500喷油提前角/ CA15启喷压力/ MPa18NC411O-15柴油机压力传感器排气温度表排放分析仪烟度计废气油温表油压表水力测功器湿度计大气压力计油耗仪水温表声级计图2-1 试验装置图2.2 试验方案确定试验使用柴油(国标0号轻柴油)，是在凯马南昌柴油机有限公司4110Z-15柴油机试验平台EIM0301D测控仪上进行的。1、首先按照4110Z-15型柴油机使用说明书规定，将各调整参数调整至标准值。2、进行标准喷油压力的发动机试验(本文在12、15、18 CA三种不同喷油压力条件下)，并且在两个转速(即1450r/min 、1
26、850r/min)下进行比较，以柴油机的负荷为变量即平均有效压力。3、内燃机性能的主要标志有有效扭矩，有效功率表明了动力性，燃油消耗率表明了动力性。在试验中有效功率的测定采用水力测功器，然后根据公式=n/9550(Kw)，可知，在测定有效扭矩（Nm）及输出轴的转速n（r/min），即可得出有效功率。4、燃油消耗率的测定是通过测定在某一功率下消耗一定量燃油所经历的时间，经计算后得到。该试验采用称量法，它是测定消耗一定质量的燃油所经历的时间，试验中以天平来称量油杯中油量m（g），用秒表测定消耗m（g）燃油所经历的时间t（s），输出的有效功率，前面已经测好了根据公式= g/(Kwh)。5、改变喷油压
27、力试验：改变喷油压力的方案根据标准提前角15士3 CA值考虑，初步确定每间隔3CA设置一个点，即提前角分别设定为12、15、18 CA，并且先测发动机在1450r/min下各个试验数据，然后再测1850r/min下的数据。6、根据试验室提供的相关的仪器，分别测出试验所需的数据，如用排气烟度计测出发动机在各工况下的排气烟度，并做好记录。第三章 喷油压力对柴油机性能的试验研究3.1 具体试验过程1、检查仪器、仪表工作正常，接通燃油、冷却水通断阀。2、根据柴油机说明书规定的喷油压力，选择几个比最佳喷油压力大和小的角度作为自变参数。试验可选取（12、15、18CA），启动前，将喷油压力调节为最小角度，
28、即12 CA。3、启动柴油机，改变调速手柄使转速升高，待达到稳定的热状态后，逐步调节水力测功器，以增加负荷，使柴油机在标定功率、标定转速下稳定运转。4、测量消耗一定质量燃油的时间、排气温度、烟度计以及排气分析仪的数值。5、记录在该喷油压力下的转速、水力测功器的读数以及上述各参数，从而完成一个角度的调整过程。6、依次按选取的角度调整喷油压力重复上述试验；等到三个喷油压力都测完后，将发动机的转速调高到1850r/min，再从上面第4步开始测定直到测完三个喷油压力。7、在坐标纸上以平均有效压力为横坐标，分别以耗油率、排气温度以及烟度等参数的值为纵坐标且将他们画在同一个转速下的三个不同喷油压力的坐标系
29、中，以便进行比较。8、测定完成后，减小柴油机油门，关闭水力测功器水门。使柴油机空转约30min，然后停车。3.2 试验结果和分析排放物的生成和发动机的燃烧过程有着紧密的关联。柴油燃料发动机燃烧过程是柴油压燃燃烧，燃烧过程受到很多因素的影响，如喷油提前角、引燃供油量、着火落后期、燃烧气室等。同时燃烧定时对发动机的燃烧及其排放有着重要的意义，燃烧定时是由引燃燃料的喷射定时、着火落后期确定的，并且它也受混合气的空燃比及燃料的火焰传播速度等的影响。本试验利用便于调整的喷油压力，对柴油燃料发动机排放特性及其变化趋势进行研究，探究燃料燃烧的规律。试验测得的数据如，表3-1、表3-2、表3-3、表3-4所示
30、，其中表3-1是燃油消耗量是直接由测试台读出的值，表3-2是排气烟度R的值是由排气烟度计测出的，表3-3是最大放热率、滞燃期、燃烧持续期的相关数据，表3-4是燃烧排放的数据，是以单位排气体积中排放污染物的体积来表示的，通常以%和10-6（百万分比，即ppm）表示。表3-1 试验燃油消耗量/g.(Kw.h)情况数据转速r/min喷油压力CA平均有效压力 MPa0.150.280.420.580.72733229428529728418565185233531633831518514361311314307表3-2 试验排气烟度R/BOSCH情况数据转速r/min供油提前角CA平均有效压力 MPa
31、0.150.280.420.580.721450120.491.141.391.892.75150.390.380.861.672.46180.120.680.861.421.531850120.421.261.381.502.74150.420.530.691.152.48180.310.670.731.292.37表3-3 试验燃烧情况数据转速r/min供油提前角CA平均有效压力 MPa试验项目0.150.280.420.580.721450 1282.491.2124.5131.3135.4最大放热率1591.2115.6132.8142.5124.41891.9115.7124.413
32、6.3163.3126.36.15.85.75.3滞燃期/CA156.86.56.35.95.6187.57.27.16.96.81242.645.649.353.454.1燃烧持续期/ CA1541.344.345.748.550.11843.647.348.149.551.618501262.482.4105.5118.3133.4最大放热率1571.297.4131.2137.3148.91862.6103.4128.3134.7136.7127.37.06.76.46.2滞燃期/ CA157.57.27.06.76.5188.27.97.67.47.11242.646.347.148.
33、952.2燃烧持续期/ CA1541.244.145.746.551.21845.746.948.151.454.2表3-4 试验燃烧排放情况数据转速r/min供油提前角CA平均有效压力 MPa试验项目0.150.280.420.580.721450 1216720NOx的排放/10-6013241560816701910120.0230.0680.1110.2370.516CO的排放/ %150.0180.0420.0520.1550.456180.0270.0450.0520.1830.412129482746379HC的排放/10-6811814411510891951850121137
34、NOx的排放/10-6113513571816536291815371215120.0320.0940.1540.1550.536CO的排放/ %150.0330.0770.0850.1540.456180.0350.0680.0780.1260.3621294.5101.4109.0110.5113.6HC的排放/10-615106.3108.9115.4112.4118.218198.7132.3142.2136.7148.8根据上述试验获得的数据画出，燃油经济性及动力特性图、燃烧特性图和排放特性图等，并且对图表进行相关的分析。3.2.1 喷油压力对经济性、动力性的影响喷油压力对柴油机的燃
35、烧过程影响很大，对某一工况，从动力性和经济性考虑有一个最佳值。不同的发动机特性对应有不同的最佳喷油压力。因此，柴油机的最佳喷油压力都是在调试过程中，权衡各种性能优劣，经过试验对比来确定的。衡量发动机经济性能的重要指标是有效燃油消耗率。有效燃油消耗率是指单位有效功率的耗油量。在输出相同的功率的情况下，所需消耗的燃油越少，有效燃油消耗率就越低，经济性自燃就越好。 (a) n=1450r/min下的燃油消耗率 (b) n=1850r/min下的燃油消耗率图3-1 不同喷油压力和经济性、动力性的关系图3-1为经济性及动力性的比较。在输出功率相同的情况下，燃油消耗量的值即代表着有效燃油消耗率的大小。如图
36、所示为柴油燃料在不同喷油压力下的燃油消耗率。喷油压力为18CA时，柴油机燃用柴油燃料的燃油消耗率最低。在低转速下(1 450 rmin)，喷油压力为15CA时燃料的燃油消耗率略小于12CA时的燃油消耗率；在高转速下(1 850 rmin)，燃油消耗率随喷油压力的减小而增加。大负荷时，不同喷油压力下的燃油消耗率相差不大。平均有效压力是衡量发动机动力性能的一个很重要的参数。它和输出功率成正比，而和转速成反比。因此，当转速一定时，输出功率即代表了平均有效压力的大小，体现着发动机的动力性能。3.2.2 燃烧特性的分析1、在不同喷油压力下，图3-2所示是发动机示功图，其是气缸内工作介质的压力随气缸容积或
37、曲轴转角变化的图形，也是分析燃烧过程的基本手段。从图中可知，随着喷油压力的增大，最高燃烧压力增大，所对应的曲轴转角提前。这是因为喷油压力增大，滞燃期延长，在滞燃期内形成的可燃混合气量增多，同时在着火燃烧后，使压力升高率和最高爆发压力都较高，对应的曲轴转角提前，发动机工作粗暴。当发动机转速由1450r/min升高1850r/min时，最高燃烧压力减小，喷油延迟角增大以及燃烧过程所占的曲轴转角可能增大，为保证燃料在上止点附近及时燃烧，需适当加大喷油压力。所以在喷油压力不变的情况下，转速升高会导致最高燃烧压力降低。 (a) n=1450r/min 下燃烧压力 (b) n=1850r/min 下燃烧压
38、力图3-2 不同喷油压力下的燃烧压力2、喷油压力过小会对燃烧过程产生不利的影响，不同转速下最大放热率相差较大，但在高转速时对应的曲轴转角明显后移。喷油压力过大时会使滞燃期形成的混合气量增多，最大燃烧放热率增大。 (a) n=1450r/min 平均有效压力下的最大放热率 (b) n=1850r/min 平均有效压力下的最大放热率图3-3 不同喷油压力下的最大放热率图3-3所示为不同喷油压力下柴油机的最大放热率。由图可知：适当推迟供油(喷油压力从18CA到15CA)，对最大放热率数值影响不大，但过多推迟供油(12CA )将使最大放热率数值下降。这表明了过小的喷油压力对燃烧过程产生不利影响。在喷油
39、压力相同的情况下，转速越高则其最大放热率有所降低。3、滞燃期的定义为从喷油始点到燃烧始点之间的时间间隔。滞燃期是燃烧过程的一个重要参数，滞燃期虽短，但对燃烧过程有极大影响，特别是对柴油机影响更大。滞燃期越长，则在滞燃期内喷入燃烧室的燃料就越多，在着火前形成的可燃混合气就越多。不过这些燃料在急燃期内几乎一起燃烧，使压力升高比和最高燃烧压力较高，运动零件受到强烈的冲击负荷，发动机运转粗暴，影响发动机的使用寿命。但是，若滞燃期极短，对混合气形成不利，反过来又使柴油机性能恶化。影响滞燃期的因素很多，在正常运转情况下，压缩温度和压力是影响滞燃期的主要因素。由于压缩温度和压力随曲轴转角而变化，所以喷油定时
40、对滞燃期的影响通过压缩温度和压力而起作用。如果喷油早，即燃料进入气缸时的空气温度和压力较低，使滞燃期长；如果喷油迟，虽然初始温度和压力升高，但作用的时间缩短，可能着火前活塞已经开始下行，使空气温度和压力降低，也使滞燃期增加。滞燃期为燃烧始点和喷油始点之差。转速和负荷一定时，供油提前器的影响及压力波从泵端传递到喷油器嘴端的时间就应该相同，因此静态喷油压力和喷油始点之间的差值应是一定的。故转速、负荷一定时，静态喷油压力和燃烧始点之差=+亦可间接地反映出滞燃期的长短。 (a) n=1450r/min 平均有效压力下的滞燃期 (b) n=1850r/min 平均有效压力下的滞燃期图3-4 不同喷油压力
41、下的滞燃期图3-4可看出：随着喷油压力的减小，燃料的滞燃期也随之缩短。滞燃期过长过短都对燃烧产生不利影响，从图中可知最佳的喷油压力是15CA。这是因为滞燃期和缸内温度密切相关，喷油压力减小，供油时缸内温度升高，燃油雾化越快，着火前的物理化学准备过程缩短，滞燃期也就减小。并且从上述两幅图中可知随着转速的提高滞燃期也随之增加。4、燃烧持续期首先取决于喷油持续角的大小，喷油时间愈长则扩散燃烧期愈长；其次，取决于扩散燃烧期内混合气形成的快慢和完善成度。在不同的喷油压力以及转速下，燃烧持续期会有很大的不同。并且随转速的增大可加大缸内气体的扰动；提高喷油压力时，利于柴油雾化和混合气形成，但由于曲轴转角所对
42、应的时间相应减小，因此，随转速加快，导致滞燃期延长，燃烧始点推迟，燃烧持续期延长。 (a) n=1450r/min 平均有效压力下的燃烧持续期 (b) n=1850r/min 平均有效压力下的燃烧持续期图3-5 不同喷油压力下的燃烧持续期如图3-5是三种不同喷油压力下柴油燃料的燃烧持续期。由图可见：喷油压力为15CA时，燃烧持续期最短，增加或减少喷油压力都会导致燃烧持续期变长。这是由于在15CA的供油和在12CA的供油相比，缸内温度增加幅度较大，使柴油微爆效应增强，改善了燃烧过程，使燃烧持续期减小；在18CA供油，燃烧主要在膨胀冲程内完成，燃烧持续期较长。但不同转速对燃烧持续期的影响不是很明显
43、。3.2.3 排放特性的分析1、对排气烟度的影响：碳烟主要是柴油机在高压燃烧条件下，局部高温、缺氧、裂解并脱氢而成的以碳为主的固态微小颗粒。柴油机的不均质、异相燃烧、特别是燃烧时燃料分子往往被高温火焰或燃烧产物包围这一特点，决定了碳烟生成的必然性。碳烟对环境和人体健康极为有害，尤其是小于2m的碳烟，吸入人体后，会在肺和气管内沉积起来，危害健康。碳烟含有苯并芘的硝化物和含氧衍生物，是直接的致癌物。因此必需采取各种措施来降低柴油机碳烟的排放量。 (a) n=1450r/min 平均有效压力下的排气烟度 (b) n=1850r/min 平均有效压力下的排气烟度图3-6 不同喷油压力下的排气烟度图3-
44、6给出了喷油压力变化对柴油燃料烟度排放的影响。由图可知：随着喷油压力的减少，燃料的排气烟度增加。其原因在于随着喷油压力的减小，燃料滞燃期缩短，预混合燃烧的燃油量占循环供油量的比例降低，相应的扩散燃烧的燃油量所占比例增加，碳烟生成主要在扩散燃烧中发生，因此烟度随喷油压力减小而增加。2、对NOx排放的影响：NOx是NO、NO2、N2O3、N2O5、N2O4以及NO3的统称。一般在内燃机排气中，NO和N02是主要的氮氧化物，其中N02的浓度比NO低得多，所以，所谓的NOx实际上主要是指NO。谢尔多维奇、拉伏也等人研究NOx的反应机理后发现：柴油机燃烧过程中NO的生成率在很大程度上取决于火焰温度（含局部温度）。另外，氧的浓度对NOx的生成率亦有相当大的影响。所以，高温、富氧和氧和氮在高温中的滞留时间长，是柴油机燃烧过程中NOx生成率大的三要素。 (a) n=1450r/min 平均有效压力下的氮的氧化物 (b) n=1850r/min 平均有效压力下的氮的氧化物图3-7 不同喷油压力下的NOx的排放从图3-7中可以看出，喷油压力对NOx排放有明显的影响。在转速、负荷相同的工况下，NOx排放值随着喷油压力的减小而大幅降低。其原因是，如前所述，喷油提前角增加，则滞燃期延长，使滞燃期内的喷油量占循环喷油量的分量增