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　　1.柴油機(jī)燃燒過(guò)程的四個(gè)時(shí)期
　　
　　根據(jù)氣缸中氣體壓力和溫度變化的特點(diǎn)，可將柴油機(jī)的燃燒過(guò)程分為四個(gè)時(shí)期。
　　
　　(1)滯燃期。從開(kāi)始噴油到著火開(kāi)始的這一段時(shí)期稱為滯燃期。這是噴入的燃油進(jìn)行霧化、加熱、蒸發(fā)、擴(kuò)散、與空氣混合等物理準(zhǔn)備及焰前化學(xué)準(zhǔn)備階段。在柴油機(jī)中，一般τi(滯燃期)0.0007~0.003s。
　　
　　滯燃期對(duì)柴油機(jī)的工作有很大的影響。這個(gè)時(shí)期越長(zhǎng)，則在滯燃期內(nèi)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(jīng)濟(jì)性稍許提高，但卻使發(fā)動(dòng)機(jī)工作的粗暴性增加很多，加速了機(jī)件的磨損。因此，一般柴油機(jī)寧愿犧牲一些經(jīng)濟(jì)性，也要讓其工作平穩(wěn)。
　　
　　影響滯燃期的主要因素是燃油的性質(zhì)、壓縮結(jié)束時(shí)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(kāi)始到迅速燃燒出現(xiàn)最高壓力時(shí)為止的這段時(shí)期稱為速燃期。這一時(shí)期的特點(diǎn)是放熱速率(dQ/dч)高、氣缸內(nèi)力壓和溫度升高快。其壓力升高率△p/△ч取決于在滯燃期內(nèi)形成的可燃混合氣體數(shù)量的多少，為使柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，最大壓力升高率(dQ/dч)max不應(yīng)超過(guò)0.40~0.60MPa/℃A。
　　
　　(3)緩燃期。緩燃期是從最高壓力開(kāi)始到出現(xiàn)最高溫度的階段。這一時(shí)期的特點(diǎn)是燃燒在氣缸容積不斷增大的情況下進(jìn)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?xì)鉁囟壬�至最高達(dá)1973~2273K，壓力卻略有下降。緩燃期末，放熱量一般達(dá)到循環(huán)總放熱量的70%~80%。
　　
　　(4)后燃期。后燃躬是從最高溫度點(diǎn)開(kāi)始到燃燒基本結(jié)束為止的一段時(shí)期。這一時(shí)期的特點(diǎn)是燃燒在膨脹線上進(jìn)行，此時(shí)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(jīng)濟(jì)性下降。后燃期末，放熱量已達(dá)循環(huán)總放熱量的96%~98%。柴油機(jī)轉(zhuǎn)速愈高，后燃期愈長(zhǎng)。
　　
　　在后燃朔燃燒速度很慢，而且活塞已遠(yuǎn)離上止點(diǎn)，氣缸容積已增大很多，此時(shí)氣缸內(nèi)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(huì)使零件熱負(fù)荷增加，排氣溫度升高，冷卻熱損失增加，使柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性下降，故要求后燃期愈短愈好。
　　
　　影響燃燒過(guò)程的主要因素有結(jié)構(gòu)因素和運(yùn)轉(zhuǎn)因素。結(jié)構(gòu)因素主要是壓縮比、燃燒室、進(jìn)氣道、噴油泵及噴油器的結(jié)構(gòu)形式以及噴油規(guī)律等。運(yùn)轉(zhuǎn)因素主要是柴油性能、噴油提前角、噴油壓力、負(fù)載及轉(zhuǎn)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(jī)的經(jīng)濟(jì)性，一般柴油機(jī)都采用較高的壓縮比(15~20)。同時(shí)在燃燒室內(nèi)進(jìn)行強(qiáng)烈的空氣運(yùn)動(dòng)，采用先緩后急的噴油規(guī)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(jù)上述對(duì)柴油機(jī)燃燒過(guò)程的分析可知，為了保證柴油機(jī)工作可靠(尤其是冷起動(dòng)的可靠性)，應(yīng)保證燃油有很好的著火條件。為使柴油機(jī)工作柔和、燃燒噪聲小、壽命長(zhǎng)，速燃期的壓力升高率和最高燃燒壓力不超過(guò)一定限度，應(yīng)盡可能縮短滯燃期，減小在滯燃期內(nèi)形成的作好燃燒準(zhǔn)備的混合氣量。為使燃燒完全及時(shí)，提高柴油機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，減少排氣冒煙，應(yīng)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(jī)燃燒過(guò)程的因素
　　
　　(1)運(yùn)轉(zhuǎn)因素對(duì)燃燒過(guò)程的影響。影響燃燒過(guò)程的運(yùn)轉(zhuǎn)因素有燃油的性質(zhì)、噴油提前角、轉(zhuǎn)速和負(fù)載、冷卻強(qiáng)度等。
　　
　　1)燃油性質(zhì)的影響。柴油的發(fā)火性能影響滯燃期的長(zhǎng)短，因而也對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作的粗暴性發(fā)生直接的影響。柴油的十六烷值愈高，自燃的能力就愈強(qiáng)，因而滯燃期愈短，發(fā)動(dòng)機(jī)的工作就比較柔和。目前高速柴油機(jī)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(guò)程中開(kāi)始噴油(以噴油器針閥升起光標(biāo)志)到活塞行至上止點(diǎn)時(shí)的曲軸轉(zhuǎn)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(xué)準(zhǔn)備的條件較差，滯燃期延長(zhǎng)，導(dǎo)致速燃朔的壓力升高率增大，發(fā)動(dòng)機(jī)工作粗暴。減小噴油提前角，也就是燃油更接近于壓縮終點(diǎn)時(shí)噴入燃燒室，由于燃燒室內(nèi)空氣的壓力和溫度較高，因而滯燃期縮短，發(fā)動(dòng)機(jī)工作比較柔和，而且可降低排氣中的NOx濃度。但噴油過(guò)遲，燃燒就會(huì)在膨脹過(guò)程中進(jìn)行，導(dǎo)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(duì)于每一種柴油機(jī)，均有一個(gè)最佳的噴油提前角。但對(duì)任何一臺(tái)柴油機(jī)，最佳噴油提前角都不是常數(shù)，而是隨供油量和發(fā)動(dòng)機(jī)的使用轉(zhuǎn)速而變化的。供油量愈大，轉(zhuǎn)速愈高，則最佳噴油提前角也愈大。此外，它還與發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)有關(guān)。例如采用直接噴射式燃燒室時(shí)，最佳噴油提前角獻(xiàn)出采用分開(kāi)式燃燒室要大些。

　　
　　3)轉(zhuǎn)速的影響。當(dāng)轉(zhuǎn)速增加時(shí)，燃燒室內(nèi)的氣流運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，同時(shí)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(shí)間計(jì)算的滯燃期τi隨著轉(zhuǎn)速增加而縮短，不過(guò)，由于每循環(huán)所占的時(shí)間縮短更多，使以曲軸轉(zhuǎn)角計(jì)的滯燃期чi卻可能有所增加。在轉(zhuǎn)速變化范圍較大的柴油機(jī)上，經(jīng)常裝有離心式噴油提前角自動(dòng)調(diào)節(jié)器。
　　
　　在渦流室柴油機(jī)中，隨著轉(zhuǎn)速的升高，空氣渦流大大加強(qiáng)，以曲軸轉(zhuǎn)角計(jì)的滯燃期變化不大，燃燒過(guò)程就可能不致太延后。因此，渦流室柴油機(jī)相對(duì)直接噴射式柴油機(jī)來(lái)說(shuō)，對(duì)噴油提前角較不敏感。
　　
　　4)負(fù)載的影響。在柴油機(jī)中，如轉(zhuǎn)速保持不變，當(dāng)負(fù)載增大時(shí)，每循環(huán)的供油量也隨著增大。由于充氣量基本不變，因而過(guò)量空氣系數(shù)α減小，使單位氣缸工作容積內(nèi)混合氣燃燒放出的熱量增加，引起氣缸內(nèi)溫度上升，縮短了滯燃期，使柴油機(jī)工作柔和。但是，由于每循環(huán)供油量增加，使噴油持續(xù)時(shí)間延長(zhǎng)，會(huì)導(dǎo)致后燃嚴(yán)重;而且α減小，不完全燃燒現(xiàn)象會(huì)增加，這會(huì)引起經(jīng)濟(jì)性下降以及排氣污染增加。
　　
　　當(dāng)柴油機(jī)冷起動(dòng)或怠速動(dòng)轉(zhuǎn)時(shí)，氣缸內(nèi)溫度較低，柴油的滯燃期較長(zhǎng);而此時(shí)的潤(rùn)滑油粘度較大，柴油機(jī)的摩擦損失較大，盡管這時(shí)無(wú)負(fù)載，但每循環(huán)的供油量仍相對(duì)較大，因此壓力升高率也較大，會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的震音，即所謂柴油機(jī)的惰轉(zhuǎn)噪聲。隨著轉(zhuǎn)速升高及負(fù)載增大，柴油機(jī)熱狀態(tài)正常后，惰轉(zhuǎn)噪聲即會(huì)自行消失。
　　
　　5)冷卻強(qiáng)度的影響。在發(fā)動(dòng)機(jī)中，和氣體相接觸的機(jī)件的溫度是變化的，這些機(jī)件的溫度不僅隨發(fā)動(dòng)機(jī)的工作情況而定，而且隨冷卻水或空氣的溫度而定。當(dāng)這些機(jī)件的溫度增高時(shí)，燃油的滯燃期縮短，發(fā)動(dòng)機(jī)的工作比較柔和。但溫度過(guò)高時(shí)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作也不利。
　　
　　(2)構(gòu)造因素對(duì)燃燒過(guò)程的影響。在構(gòu)造方面，影響燃燒過(guò)程的主要因素是壓縮比、燃燒室形式、空氣渦流運(yùn)動(dòng)、噴油壓力、噴油規(guī)律以及活塞材料等。
　　
　　1)壓縮比的影響。壓縮比較大時(shí)，壓縮終點(diǎn)的溫度和壓力都比較高，使燃油的滯燃期縮短而發(fā)動(dòng)機(jī)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(nèi)逐漸增大時(shí)，可使燃油的霧化質(zhì)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(zhǔn)備燃燒的條件，使滯燃期縮短。但在噴油壓力已相當(dāng)高的情況下，即已有足夠數(shù)量的細(xì)小油滴供開(kāi)始著火之用，此后再繼續(xù)增大噴油壓力，對(duì)滯燃期將不發(fā)生顯著的影響。但高壓噴射對(duì)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(shí)，采用鑄鐵活塞的柴油機(jī)工作比較柔和。
　　
　　4)噴油規(guī)律的影響。噴入燃燒室內(nèi)的燃油量(或單位曲軸轉(zhuǎn)角內(nèi)的噴油量)隨曲軸轉(zhuǎn)角(或噴油泵凸輪軸轉(zhuǎn)角)而變化，這種變化關(guān)系稱為噴油規(guī)律。噴油規(guī)律與噴油泵的凸輪外形、桂塞直徑、噴油器的構(gòu)造和調(diào)整以及高壓油管的尺寸等有關(guān)。
　　
　　滯燃期的長(zhǎng)短，實(shí)際上不受噴油規(guī)律的影響。但噴油規(guī)律要影響隨曲軸轉(zhuǎn)角進(jìn)行燃燒反應(yīng)的燃油分量，亦即影響到燃燒過(guò)程的進(jìn)行。
　　
　　5)燃燒室形式的影響。燃燒室形式對(duì)燃燒過(guò)程的影響主要與混合氣體形成的過(guò)程、空氣渦流的形成以及氣體與燃燒室壁面的傳熱有關(guān)。它直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、工作平穩(wěn)性以及排氣品質(zhì)、噪聲等。
　　
　　6)空氣渦流的影響。燃燒室內(nèi)空氣渦流的強(qiáng)弱對(duì)混合氣體形成和燃燒也有很大的影響。渦流強(qiáng)度的增加促進(jìn)了空氣對(duì)燃油的傳熱并增加燃油分子和氧氣接觸的機(jī)會(huì)，因而加速了燃油的揮發(fā)，促進(jìn)了燃油和空氣在燃燒室內(nèi)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(yùn)動(dòng)等配合得當(dāng)，則可使滯燃期縮短。渦流運(yùn)動(dòng)對(duì)空氣的利用程度有很大關(guān)系，當(dāng)燃燒同樣多的燃油時(shí)，隨著渦流的加強(qiáng)，獲得正常及完善燃燒所必需的空氣量就可減少，這樣發(fā)動(dòng)機(jī)可做得緊湊些。但過(guò)度提高渦流強(qiáng)度，就會(huì)增加對(duì)壁面的散熱及氣體流動(dòng)的能量損失，而使經(jīng)濟(jì)性降低。
　　
　　目前形成氣缸中空氣渦流運(yùn)動(dòng)的主要形式包括:在迸氣過(guò)程中，利用螺旋進(jìn)氣道或切向進(jìn)氣道，使充入氣缸的空氣產(chǎn)生繞氣缸中心線高速旋轉(zhuǎn)的進(jìn)氣渦流;在壓縮行程中使空氣在燃燒室中產(chǎn)生強(qiáng)烈旋轉(zhuǎn)的擠壓渦流。
　　
　　責(zé)任編輯：Honey