第三章 喷射与燃烧VIP专享VIP免费

第三章燃油喷射与燃烧柴油机的燃油喷射系统是柴油机最重要的系统之一，其主要功能是为柴油机缸内混合气的形成与燃烧提供所需的燃料。它对柴油机的燃烧以及柴油机的动力性、经济性、可靠性、排放特性和起动性能等一系列性能指针具有直接的影响。自柴油机诞生以来，柴油机的燃油喷射与燃烧一直受到人们的密切关注，对此进行了大量的研究。现代测试技术与测试手段的发展与使用，把柴油机的燃油喷射与燃烧研究提高到一个崭新的阶段，使人们对柴油机燃烧过程有了更深刻的了解，推动了柴油机开发与制造技术的发展。船舶柴油机目前使用的燃料主要有轻柴油、重柴油、重油及渣油等四类。要使它们在缸内着火并燃烧并不困难，但要使其燃烧过程与活塞运动密切配合并获得较高的柴油机动力性及经济性却不是一件容易的事。对柴油机燃烧的要求可大致概括为及时（在上止点前发火并迅速燃烧）、完全、平稳（燃烧过程柔和，无燃烧敲缸现象）和空气利用率高。由于柴油机燃烧过程的进行时间极为短暂，通常为毫秒量级，而且燃油在燃烧之前必须经历燃油喷射、雾化并与空气混合成可燃混合气等一系列复杂的准备过程，才能最后以气态形式发火燃烧，这就要求燃油雾化、空气运动及燃烧室三者之间的合理匹配才能完成。根据柴油机的压缩发火特点，欲完成一次缸内燃烧必须在压缩行程末期把燃油高压喷入气缸并与缸内的新鲜空气混合成可燃混合气（内部混合），然后在足够高的压缩温度下发火并燃烧。由此可见，影响柴油机燃烧的基本因素有：燃油品质和喷射质量、缸内空气数量和运动状态以及压缩温度。在柴油机设计与管理中为保证柴油机具有良好的燃烧质量，均应保证上述因素最佳匹配。第一节燃油柴油机的燃油大多来自石油产品。天然石油提炼燃油的工艺主要是蒸馏，其次是热裂化、催化裂化和加氢裂化。蒸馏法是根据石油的不同组分有不同的沸点而在不同的温度下分馏出不同的油品。常压蒸馏(称直馏)在360℃～370℃下进行，先后分馏出汽油、煤油、轻柴油和重柴油。剩下的重油（馏分在350℃以上）再送入410℃下减压蒸馏，并先后分馏出重柴油和润滑油。剩下的渣油称减压渣油含有高沸点成分及大量胶质和沥青质，可直接作为锅炉燃料油，也可掺合部分柴油作为内燃机燃料油。各种裂化法都是以重馏分（即常压蒸镏的重油）作为裂化原料，在高温下使大分子裂化为小分子以获取更多的轻质油品。裂化过程剩余的渣油称裂化渣油。一、燃油的化学组成石油是多种有机化合物组成的极为复杂的混合物，已经发现的化合物多达500多种。组成石油的基本元素是碳和氢，按重量计算大约为含碳83%～87%、含氢11%～14%，故称为烃类化合物。石油中尚存在少量的氧、硫、氮等元素，总重量只占0.5%～5%。此外，石油中还含有微量其它元素，如氯、碘、磷、钾、钠、镁、钙、铜、铁、镍、砷、铅、钒等元素，它们也是以化合物形态存在于石油中。以上所含成分皆因产地和提炼方法而异。组成柴油机燃油的烃按其分子结构不同，可分为脂肪烃、环烷烃与芳香烃三类。1．脂肪烃脂肪烃包括烷烃（ＣnＨ2n+2）、烯烃（ＣnＨ2n）和炔烃（ＣnＨ2n-2），其分子结构均为链状结构。其中烷烃是一种饱和的链状结构，其碳原子间以单键相连接；烯烃与炔烃均是不饱和的链状结构，其碳原子间的结合分别有一个双键和三键。链状结构在高温下容易发生破裂，因此含烷烃较多的燃油容易燃烧，自燃温度较低，而且碳原子越多，其自燃性越好；另外由于它是一种饱和烃，所以其性能稳定，不易变质。含烷烃多73船舶柴油机的燃油是柴油机的良好燃油。烯烃和炔烃多存在于热裂法生产的柴油中，由于它们是不饱和烃，所以性能不稳定，存储中易于氧化变质。另外，由于其发火性能较烷烃差，对柴油机燃烧不利。2．环烷烃环烷烃的分子式是ＣnＨ2n，它是一种碳原子间以单键结合的环状饱和烃。其环状结构在高温下不易破裂，所以它的自燃温度高于脂肪烃。3．芳香烃芳香烃的分子式是ＣnＨ2n-6，它是一种不饱和的环状结构。其碳原子间由单键和双键交替连接。芳香烃分子结构坚固，热稳定性比脂肪烃和环烷烃都高，燃烧最为困难。芳香烃中最基本的是苯（Ｃ6Ｈ6），两个苯核并在一起（骈苯环）称萘（Ｃ10Ｈ8）。一甲基...