影響柴油機燃燒過程的幾個因素

李世領

柴油機燃燒過程包含著互相聯系的幾個環節，各個環節又受一系列結構因素和運用因素的影響，對于燃燒過程要求的性能也是多方面的。因此對柴油機燃燒過程的影響因素進行全面分析是非常繁復的。在此只是主要分析幾個主要的運用調整因素。

一、燃料性質

柴油機燃料在燃燒過程的最重要性質是其自燃著火性能，一般以十六烷值評價。十六烷的主要特點是氧化能力強，在高溫空氣中容易著火，把它的十六烷值定為100，作為一種標準燃料。選用另外一種α-甲基萘作為最不容易著火的標準燃料，十六烷值定為0。把這兩種標準燃料按一定比例混合，與被測柴油進行對比試驗，當它們的著火能力相同時，則混合物中十六烷的容積百分數就是被測柴油的十六烷值。在一定范圍內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，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，環烷烴值其次，芳烴最低。一般柴油機所用柴油十六烷值在40～60范圍內，這樣可以保證柴油機及時著火、迅速燃燒和必要的啟動性能。過高的十六烷值（大于65）則使燃料中重餾分增多，燃料蒸發性變差，容易高溫裂解和燃燒不完全而冒煙，而且低溫流動性變壞。

氣缸內的柴油是汽化后著火的，因此燃料的蒸發性將影響滯燃期內的蒸發量和整個過程混合氣形成快慢與燃燒完全程度。燃料蒸發性好，有利于冷啟動，但會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為燃料的著火性能與蒸發性能存在一定矛盾。燃料蒸發性可由其餾程范圍表征，餾程溫度范圍低表示蒸發性好；但是燃料餾程范圍也不宜于過寬，因為這會使燃料易于裂解而冒煙。不同燃燒室對燃料蒸發性的要求不同，空間混合要求蒸發性好，油膜混合燃料蒸發性要求則可降低，所以不同燃燒室對燃料的適應性是不同的。

柴油機燃料的黏度也是使用中重要的物理性質，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黏度很快降低，使用多種燃料時，利用發動機余熱對燃料預熱往往是有效的技術措施。

二、供油提前角

在實際調整柴油機時往往制取供油提前角調整特性以確定最佳供油提前角，在最佳供油提前角時，發動機的動力性和經濟都最好。

供油提前角過大，氣缸壓力和溫度都還不夠時就噴入燃料，著火延遲期就會加長，在壓縮過程中活塞上行時燃料就大量燃燒，dp/dφ（p—氣缸內氣體壓力；φ—曲軸轉角）很高，工作粗暴而且壓縮負功加大，因而降低了有效功率，加大了有效耗油率，發動機也運轉不穩。供油提前角過小，使大部分燃料在上止點后噴入氣缸，則最大燃燒壓力降低，熱量利用系數降低，過后燃燒增多，也使動力性和經濟性降低。

三、轉速

柴油機轉速變化時，燃燒過程相應的時間和相應的曲軸轉角、氣缸內空氣的渦流和紊流、燃油的噴射質量、燃燒室的熱狀態等都會發生變化。例如轉速升高時按時間秒數記著火延遲期往往減小，而按曲軸轉角度數計著火延遲期往往加大，促使延遲期內氣缸積油較多，但高轉速時燃燒室熱狀態改善、渦流和紊流加強、燃油霧化得到改善，這樣，對粗暴性的影響還不能肯定，還要聯系其他因素才能判斷。一般認為，怠速時敲缸聲較顯著，而在通常運用的轉速范圍內粗暴性則往往變化不大。高轉速時燃燒過程時間縮短，但所占曲軸轉角往往加大，所以過后燃燒變得嚴重。一般在低速時散熱損失增加，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、負荷

柴油機負荷不同，循環供油量就不同，小負荷時每循環混合氣平均成分變稀，這是一種質調節的方法。在理論循環上，小負荷時預脹比較小，熱效率是提高的。在實際循環上，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，這是柴油機質調節的優點；但負荷過小發動機熱狀態和霧化質量會降低，因而長期高速空轉或怠速時也會微微冒煙；超負荷時則會使燃燒不完全而冒煙，經濟性能惡化。

五、熱狀態

柴油機的熱狀態，尤其是組成燃燒室的各零件壁面溫度，與柴油機的工作狀態有關，也與冷卻方式、冷卻水溫和潤滑油溫度有關。壁面溫度升高時，整個循環的溫度提高，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壓力，工作趨于平穩柔和，燃燒噪聲降低，燃燒變得完全，隨著冷卻水溫和機油溫度升高，工質傳給冷卻介質的熱量減少，因而燃油經濟性改善。所以燃燒室壁面的溫度應該盡量提高為宜，熱狀態比較處于溫度高的情況也適于燃用多種燃料。隨著柴油機負荷和轉速減小，壁面溫度將顯著降低，怠速時的低溫將顯著延長著火延遲，使燃燒顯得粗暴，而且燃料蒸發變慢，混合變差，影響燃燒及時完全，排放污染增多。近年來，研究中的絕熱柴油機和局部冷卻系統都提高了柴油機的熱狀態并回收利用余熱提高了整機的燃料經濟性。發動機熱狀態提高后，機件工作溫度升高，機件材料和機油的工作條件變得嚴酷，對它們的要求相應提高，因而對整機的工作可靠性會有影響，也使進氣過程充量系數減小。