影响柴油机燃烧过程的几个因素
李世领
柴油机燃烧过程包含着互相联系的几个环节，各个环节又受一系列结构因素和运用因素的影响，对于燃烧过程要求的性能也是多方面的。因此对柴油机燃烧过程的影响因素进行全面分析是非常繁复的。在此只是主要分析几个主要的运用调整因素。
一、燃料性质
柴油机燃料在燃烧过程的最重要性质是其自燃着火性能，一般以十六烷值评价。十六烷的主要特点是氧化能力强，在高温空气中容易着火，把它的十六烷值定为100，作为一种标准燃料。选用另外一种α-甲基萘作为最不容易着火的标准燃料，十六烷值定为0。把这两种标准燃料按一定比例混合，与被测柴油进行对比试验，当它们的着火能力相同时，则混合物中十六烷的容积百分数就是被测柴油的十六烷值。在一定范围内十六烷值代表着火性，十六烷值愈高，着火性愈好，着火延迟就缩短，使得随后的速燃期中燃烧和压力增长比较平稳，工作柔和，燃烧噪声较小。柴油中不同烃类组成的十六烷值不同，烷烃值最高，环烷烃值其次，芳烃最低。一般柴油机所用柴油十六烷值在40～60范围内，这样可以保证柴油机及时着火、迅速燃烧和必要的启动性能。过高的十六烷值（大于65）则使燃料中重馏分增多，燃料蒸发性变差，容易高温裂解和燃烧不完全而冒烟，而且低温流动性变坏。
气缸内的柴油是汽化后着火的，因此燃料的蒸发性将影响滞燃期内的蒸发量和整个过程混合气形成快慢与燃烧完全程度。燃料蒸发性好，有利于冷启动，但会使速燃期的压力增长率和燃烧噪声升高，所以在一定程度上可以认为燃料的着火性能与蒸发性能存在一定矛盾。燃料蒸发性可由其馏程范围表征，馏程温度范围低表示蒸发性好；但是燃料馏程范围也不宜于过宽，因为这会使燃料易于裂解而冒烟。不同燃烧室对燃料蒸发性的要求不同，空间混合要求蒸发性好，油膜混合燃料蒸发性要求则可降低，所以不同燃烧室对燃料的适应性是不同的。
柴油机燃料的黏度也是使用中重要的物理性质，它影响到燃料的喷射雾化，黏度过高往往使雾化不好，因而燃烧不完全，排气冒烟，喷油嘴积碳而堵塞。往往液体燃料在较高温度时黏度很快降低，使用多种燃料时，利用发动机余热对燃料预热往往是有效的技术措施。
二、供油提前角
在实际调整柴油机时往往制取供油提前角调整特性以确定最佳供油提前角，在最佳供油提前角时，发动机的动力性和经济都最好。
供油提前角过大，气缸压力和温度都还不够时就喷入燃料，着火延迟期就会加长，在压缩过程中活塞上行时燃料就大量燃烧，dp/dφ（p—气缸内气体压力；φ—曲轴转角）很高，工作粗暴而且压缩负功加大，因而降低了有效功率，加大了有效耗油率，发动机也运转不稳。供油提前角过小，使大部分燃料在上止点后喷入气缸，则最大燃烧压力降低，热量利用系数降低，过后燃烧增多，也使动力性和经济性降低。
三、转速
柴油机转速变化时，燃烧过程相应的时间和相应的曲轴转角、气缸内空气的涡流和紊流、燃油的喷射质量、燃烧室的热状态等都会发生变化。例如转速升高时按时间秒数记着火延迟期往往减小，而按曲轴转角度数计着火延迟期往往加大，促使延迟期内气缸积油较多，但高转速时燃烧室热状态改善、涡流和紊流加强、燃油雾化得到改善，这样，对粗暴性的影响还不能肯定，还要联系其他因素才能判断。一般认为，怠速时敲缸声较显著，而在通常运用的转速范围内粗暴性则往往变化不大。高转速时燃烧过程时间缩短，但所占曲轴转角往往加大，所以过后燃烧变得严重。一般在低速时散热损失增加，在高速则由于过后燃烧而使排气温度提高，排气热损失加多，并且容易冒烟。
四、负荷
柴油机负荷不同，循环供油量就不同，小负荷时每循环混合气平均成分变稀，这是一种质调节的方法。在理论循环上，小负荷时预胀比较小，热效率是提高的。在实际循环上，混合气变稀使燃烧较完全、过后燃烧减少，可以提高热量利用系数，这是柴油机质调节的优点；但负荷过小发动机热状态和雾化质量会降低，因而长期高速空转或怠速时也会微微冒烟；超负荷时则会使燃烧不完全而冒烟，经济性能恶化。
五、热状态
柴油机的热状态，尤其是组成燃烧室的各零件壁面温度，与柴油机的工作状态有关，也与冷却方式、冷却水温和润滑油温度有关。壁面温度升高时，整个循环的温度提高，压缩终了温度和压力较高，着火延迟缩短，降低了压力增长率和最高爆发压力，工作趋于平稳柔和，燃烧噪声降低，燃烧变得完全，随着冷却水温和机油温度升高，工质传给冷却介质的热量减少，因而燃油经济性改善。所以燃烧室壁面的温度应该尽量提高为宜，热状态比较处于温度高的情况也适于燃用多种燃料。随着柴油机负荷和转速减小，壁面温度将显著降低，怠速时的低温将显著延长着火延迟，使燃烧显得粗暴，而且燃料蒸发变慢，混合变差，影响燃烧及时完全，排放污染增多。近年来，研究中的绝热柴油机和局部冷却系统都提高了柴油机的热状态并回收利用余热提高了整机的燃料经济性。发动机热状态提高后，机件工作温度升高，机件材料和机油的工作条件变得严酷，对它们的要求相应提高，因而对整机的工作可靠性会有影响，也使进气过程充量系数减小。
柴油机燃烧过程包含着互相联系的几个环节，各个环节又受一系列结构因素和运用因素的影响，对于燃烧过程要求的性能也是多方面的。因此对柴油机燃烧过程的影响因素进行全面分析是非常繁复的。在此只是主要分析几个主要的运用调整因素。
一、燃料性质
柴油机燃料在燃烧过程的最重要性质是其自燃着火性能，一般以十六烷值评价。十六烷的主要特点是氧化能力强，在高温空气中容易着火，把它的十六烷值定为100，作为一种标准燃料。选用另外一种α-甲基萘作为最不容易着火的标准燃料，十六烷值定为0。把这两种标准燃料按一定比例混合，与被测柴油进行对比试验，当它们的着火能力相同时，则混合物中十六烷的容积百分数就是被测柴油的十六烷值。在一定范围内十六烷值代表着火性，十六烷值愈高，着火性愈好，着火延迟就缩短，使得随后的速燃期中燃烧和压力增长比较平稳，工作柔和，燃烧噪声较小。柴油中不同烃类组成的十六烷值不同，烷烃值最高，环烷烃值其次，芳烃最低。一般柴油机所用柴油十六烷值在40～60范围内，这样可以保证柴油机及时着火、迅速燃烧和必要的启动性能。过高的十六烷值（大于65）则使燃料中重馏分增多，燃料蒸发性变差，容易高温裂解和燃烧不完全而冒烟，而且低温流动性变坏。
气缸内的柴油是汽化后着火的，因此燃料的蒸发性将影响滞燃期内的蒸发量和整个过程混合气形成快慢与燃烧完全程度。燃料蒸发性好，有利于冷启动，但会使速燃期的压力增长率和燃烧噪声升高，所以在一定程度上可以认为燃料的着火性能与蒸发性能存在一定矛盾。燃料蒸发性可由其馏程范围表征，馏程温度范围低表示蒸发性好；但是燃料馏程范围也不宜于过宽，因为这会使燃料易于裂解而冒烟。不同燃烧室对燃料蒸发性的要求不同，空间混合要求蒸发性好，油膜混合燃料蒸发性要求则可降低，所以不同燃烧室对燃料的适应性是不同的。
柴油机燃料的黏度也是使用中重要的物理性质，它影响到燃料的喷射雾化，黏度过高往往使雾化不好，因而燃烧不完全，排气冒烟，喷油嘴积碳而堵塞。往往液体燃料在较高温度时黏度很快降低，使用多种燃料时，利用发动机余热对燃料预热往往是有效的技术措施。
二、供油提前角
在实际调整柴油机时往往制取供油提前角调整特性以确定最佳供油提前角，在最佳供油提前角时，发动机的动力性和经济都最好。
供油提前角过大，气缸压力和温度都还不够时就喷入燃料，着火延迟期就会加长，在压缩过程中活塞上行时燃料就大量燃烧，dp/dφ（p—气缸内气体压力；φ—曲轴转角）很高，工作粗暴而且压缩负功加大，因而降低了有效功率，加大了有效耗油率，发动机也运转不稳。供油提前角过小，使大部分燃料在上止点后喷入气缸，则最大燃烧压力降低，热量利用系数降低，过后燃烧增多，也使动力性和经济性降低。
三、转速
柴油机转速变化时，燃烧过程相应的时间和相应的曲轴转角、气缸内空气的涡流和紊流、燃油的喷射质量、燃烧室的热状态等都会发生变化。例如转速升高时按时间秒数记着火延迟期往往减小，而按曲轴转角度数计着火延迟期往往加大，促使延迟期内气缸积油较多，但高转速时燃烧室热状态改善、涡流和紊流加强、燃油雾化得到改善，这样，对粗暴性的影响还不能肯定，还要联系其他因素才能判断。一般认为，怠速时敲缸声较显著，而在通常运用的转速范围内粗暴性则往往变化不大。高转速时燃烧过程时间缩短，但所占曲轴转角往往加大，所以过后燃烧变得严重。一般在低速时散热损失增加，在高速则由于过后燃烧而使排气温度提高，排气热损失加多，并且容易冒烟。
四、负荷
柴油机负荷不同，循环供油量就不同，小负荷时每循环混合气平均成分变稀，这是一种质调节的方法。在理论循环上，小负荷时预胀比较小，热效率是提高的。在实际循环上，混合气变稀使燃烧较完全、过后燃烧减少，可以提高热量利用系数，这是柴油机质调节的优点；但负荷过小发动机热状态和雾化质量会降低，因而长期高速空转或怠速时也会微微冒烟；超负荷时则会使燃烧不完全而冒烟，经济性能恶化。
五、热状态
柴油机的热状态，尤其是组成燃烧室的各零件壁面温度，与柴油机的工作状态有关，也与冷却方式、冷却水温和润滑油温度有关。壁面温度升高时，整个循环的温度提高，压缩终了温度和压力较高，着火延迟缩短，降低了压力增长率和最高爆发压力，工作趋于平稳柔和，燃烧噪声降低，燃烧变得完全，随着冷却水温和机油温度升高，工质传给冷却介质的热量减少，因而燃油经济性改善。所以燃烧室壁面的温度应该尽量提高为宜，热状态比较处于温度高的情况也适于燃用多种燃料。随着柴油机负荷和转速减小，壁面温度将显著降低，怠速时的低温将显著延长着火延迟，使燃烧显得粗暴，而且燃料蒸发变慢，混合变差，影响燃烧及时完全，排放污染增多。近年来，研究中的绝热柴油机和局部冷却系统都提高了柴油机的热状态并回收利用余热提高了整机的燃料经济性。发动机热状态提高后，机件工作温度升高，机件材料和机油的工作条件变得严酷，对它们的要求相应提高，因而对整机的工作可靠性会有影响，也使进气过程充量系数减小。
