运行条件对柴油发动机燃 烧的影响

1.5 运 行 条 件 对 柴 油 机 燃 烧 的 影 响

柴油机燃烧速率，即压力上升的速率，主要取为于燃烧 室和喷射系统的设让。事实上，这些零部件的计算与实际出 人很大，因此要总结出这种类型发动机的发展趋势，比总结 火花点火发动机要困难得多。火花点火发动机在设计上变化 较少。因此，下面所述的影响，只能作一般性的指导。 

1.5.1 喷油正时 

对柴油机运行来说，燃烧过程的适时十分重要。实际 上，要获得最大平均指示有效压力 (IMEP) 和最大效率， 应该把喷油正时调整到使高峰压力在上止点后15°左右。

些上止点包括到延迟期以内，则有最短的发火延迟一— 提早或稍迟的喷射，都将增长发火延迟。 

提前喷射将使压力上升速率急剧增高，此时，伴随着活 塞的同心运动，出现较长的发火延迟。继之，在上止点前、 上止点或上止点稍后的位置发生速燃期(长延迟使速燃期的 出现，由上止点前的一种正常情况，增变为上止点附近的三 种情况—校注)。 

迟喷射也将使速燃期的压力上升速率删增—这也是由 于长延迟造成的。此时，既使紧跟若出现速燃，速燃期也要 随活塞快速下降，离开上止点较长一段距离后才发生。 

1.5.2 发动机速度 发火延迟时间(指燃烧第一阶段——校注)与发动机速 度无关。但发火延退角则随速度而变化，囚此发动机速度对 压力一曲柄转角特性可能有明显的影响。然而，其他的因素 也随发动机速度而变化。例如：容积效率，喷射特性等等。因此发动机速度的单值效应受到这些因素的影响。 

在多数情况下，速度增加将使压力上升的速率和最大压 力增高，这样也就对高速柴油机的发展造成了困难。为了避 免发火延迟角变得太大，在高速发动机上规定使用发火质量 高的燃料(减少发火延迟期)。

1.5.3 燃空比 

除了在燃空比很低的情况下，压力上升的最大速率才稍 有降低外，最大压力将随燃空比的减少而平稳地下降。 

在全部的燃空比中没有低限，似乎是受燃烧性能的影 响 — — 图为当局部燃空比在通常的可燃范围内(7:1到 21:1)时，燃烧将在一些小单元中进行。当总的燃空比非 常低时，也就是用少量燃料来维持良好的喷射特性，实际上 是困难的。 

然而最大燃空比的实际限度是根据不完全燃烧而产生的 排烟来规定的——称为(排气)烟度极限。这是因为相当一 部分的燃料馏分由于不能获得形成燃烧所必须的氧，流过气 缸而未燃烧——即混合不良。测量柴油机燃烧系统质量的最 好办法之一就是在相应燃空比情况下，通过烟度作出判断。 燃料一空气比值越高，混合过程就越好，平均有效压力也就 越高。

下.5.4 压缩比 (C.R.) 

图1-10所示为当喷射时间、速度和燃料质量不变时，压 结比对压力-曲柄角的典型影响。发火延迟期随压缩比的提 高丽减少。 

实际上，压缩比越高，发动机的摩擦、泄漏和起动时要 求的扭矩越大。因此柴油机设计者们往往采用能满足起动和 现有燃料运行相一致的最低压缩比。

1.5.5 发火延迟期的计算和控制 

就压力上升的速率和由此而产生的燃烧噪声而论，发火 延迟期是一个重要的囚素，因此在多数情况下，试验的目的 是直接针对减少发火延迟时期。如果汽化的速率保持恒定， 那么压力上升的速率与发火延迟期成线性关系(即：当发火 延迟期变长时，压力上升的速率将增加)。 

设 I.d.= 发火延迟时期=F (十六烷值CN, 指数式温 度 t, 压 力p, 速 度x 以及混合比和燃料性能等)。 希平斯基 (Shipinski)[18] 提出了下列关系：

沃尔弗 (Wolfer[1,287 提供了另一种算法：

上式中p 是指大气压力，而：是指在发火点上的开式绝 对温度。根据限定的试验数据来看，二者之间是近似的关 系。下面指出减少发火延迟期的方法：

(i) 使用一个废气涡轮增压器，迫使更多的空气进入气 缸，这就减少了发火延迟(并增加了输出功率)而且发动机 运转平稳，不过，从另一方面来看，热应力和机械应力可能 大大增加。 (ii) 另一种方法是用一个空气压缩机把一些石腊馏分压 榨脱蜡油或气体油(粗柴油)喷射(或喷雾)到进气管内， 以达到减少发火延迟期的目的——亦称为“熏”。 

(iii) 压力上升的速率与延迟时期所喷射的燃料量有关。 在延迟期间，最好是喷射少量的燃料，这样才可能获得准时 的“引燃喷射”。 

(iv) 对进气歧管设置在排气歧管上方的特殊布置形式： 可能导致整体的进气温度上升1℃,相应压缩终了温度上 升2.7℃。所增加的进气温度的极限是根据容积效率来确定 的