第3章 燃油喷射与燃烧.doc

第三章燃油的喷射与燃烧
燃油喷射系统的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油。燃烧过程是柴油机的主要动力过程,燃烧质量的好坏直接影响柴油机的动力性、经济性、可靠性、排放特性以及起动性能等一系列性能指标。保证柴油机始终有一个完善的燃烧过程是极其重要的。
柴油机中的燃油是靠压缩发火燃烧的。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形成可燃混合气(内部混合),然后在足够高的压缩温度下发火并燃烧。燃烧过程发生在压缩过程的终点和活塞在上止点附近的一定曲柄转角内。假如燃烧所占的曲柄角度为30°CA,那么转速为100rpm的低速柴油机,;。由此可见,燃烧时间是非常短暂的。燃油在燃烧之前必须经历燃油喷射、雾化并与空气混合形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,因而完全满足上述要求存在很大困难。
影响柴油机燃烧的基本因素有:燃油品质、燃油喷射质量、气缸内的涡动、换气质量和压缩温度等。对柴油机燃烧的要求可大致概括为及时(在上止点前后发火并燃烧完毕)、完全、平稳(燃烧过程柔和无燃烧敲缸现象)和空气利用率高。
第一节燃油
船用柴油机使用的燃油基本上有三种:轻柴油、重柴油和燃料油。柴油机的燃油大多来自石油产品,少量的来自页岩产品。石油和页岩都是天然产物,人造石油是极少量的。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具有不同的沸点而在不同的温度下分馏出不同的油品。蒸馏分为常压蒸馏和减压蒸馏,常压蒸馏(又称直馏)通常是在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,通常称为重馏分)再送入410℃下的减压蒸馏装置,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,粘度太大,不能直接用于柴油机,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(即常压蒸馏后剩下的重油)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,颜色为黄绿色至黑色的浓稠液体。组
成石油的基本元素是碳和氢,按重量计算大约为83%~87%C、11%~14%H,故称为烃类化合物。石油中尚存在少量的氧、硫、氮等元素,%~5%。此外,石油中还含有微量其它元素,如***、碘、磷、钾、钠、镁、钙、铜、铁、镍、***、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的不同而异。
组成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。

H2n+2)、H2n)H2n—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,烯烃的碳原子间的结合有一个双键,炔烃的碳原子间的结合有一个三键。
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,其发火性能较烷烃差,而且由于它们是不饱和烃,所以性能不稳定,易于氧化变质。

H2n,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。

H2n-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联结,受热后最不容易破裂,因此芳香烃的自燃温度最高。柴油中若含较多的芳香烃,则不容易发火,同时燃烧不完全,易结炭。
芳香烃中最基本的是苯(C6H6),两个苯核并在一起(骈苯环)称为萘(C10H8)。一***萘又叫α-***萘,其发火性能最差,通常作为柴油发火性能试验的标准试验燃料之一。
二、燃油的理化性能指标
燃油的质量以其理化性能指标来衡量,这些指标根据其对柴油机工作的影响大致可分为三类:
(1)影响燃油燃烧性能的指标:十六烷值、苯***点、柴油指数、馏程、热值和粘度等;
(2)影响燃烧产物成分的指标:硫分、灰分、沥青分、残炭值、钒和钠含量等;
(3)影响燃油管理工作的指标:闪点、密度、凝点、倾点、浊点、水分和机械杂质、粘度等。

十六烷值是表示燃油自燃性能的指标。它在数值上等于燃油自燃性相等的标准燃料(由相当于十六烷值为100的正十六烷与相当于十六烷值为零的α-***萘混合而成)中,所含正十六烷的体积百分