马宁 李本正 周国印

摘 要：高原环境对柴油机起动过程产生重要影响，使得柴油机起动过程出现转速波动幅度大、燃烧不稳定、甚至失火等问题。本文通过对柴油机起动过程燃烧形态分析发现，起动过程交替出现三种燃烧形态，分别为“Y”型、“W”型以及“V”型，其中“Y”型多出现于加速阶段，“V”多出现于怠速阶段;高原起动出现了更大比例“W”型燃烧，“W”型燃烧对应着火始点均在上止点之后，随着滞燃期增大，第二峰值出现偏晚，对应峰值偏小，燃烧形态从“W-1”型过渡到“W-3”型，甚至“V”型。

关键词：柴油机;起动过程;燃烧形态

1 引言

柴油机起动过程转速变化规律与各循环对应的缸内做功情况相关，从柴油机起动过程燃烧形态可以分析起动过程中非稳态燃烧的内部特征[1-4]。在对柴油机起动过程燃烧形态进行描述的研究中，国外学者Akio[5]最先通过对一台直喷式柴油机的起动测试发现燃烧出现大量双峰形式的燃烧，Akio根据燃烧第一个峰值与第二个峰值的压力差定义了A、B、C、D、E五种燃烧形态;而国内学者李德桃[6]通过对涡流室式柴油机的起动测试也发现了类似的燃烧形态，根据起动测试所得到的燃烧形态在倒看时的形态特点，将其总结并命名为“Y”、“W”和“V”三种典型燃烧形态。

2 高原环境柴油机起动过程燃烧形态分析

本文在Akio和李德桃研究基础上，基于测试高原柴油机起动过程出现的燃烧形态[1]，通过对起动过程逐循环归纳发现，起动过程既出现了“Y”、“W”和“V”等三种经典燃烧形态，如图1所示，同时在“W”型燃烧形态基础上，根据前后峰值的大小关系，又细分出三种不同形态，分别将其命名为“W-1”、 “W-2”和“W-3”型燃烧，如图2所示。

“Y”型燃烧，其形状相似于正常的燃烧形态，倒看时缸压曲线形状相似字母“Y”，缸内爆发压力高，以曲轴转角计的滞燃期较短，燃烧室内出现多个火核，着火发生之后火焰快速覆盖全部燃烧室，做功能力良好;“V”型燃烧，其形状相似于缸内纯压缩压力曲线，倒看时曲线形状相似字母“V”，缸内爆发压力没有明显的升高，燃烧室内火焰形状呈现纤维状，做功能力非常弱;“W”型燃烧在压力变化过程中出现两次峰值，倒看时曲线形状相似字母“W”，以曲轴转角计的滞燃期偏大，着火时刻推迟到上止点之后，后燃现象严重，缸内最大爆发压力低于“Y”型燃烧，做功能力偏弱。“W”型燃烧是“Y”型燃烧与“V”型燃烧之间的过渡形态，当滞燃期缩短，着火时刻提前，则“W”型转化成“Y”型，当滞燃期延长，着火时刻推迟，则“W”型恶化成“V”型。

“W”型燃烧较为特殊，高原环境起动过程出现了更大比例的“W”型燃烧，图3为“W-1”、“W-2”和“W-3”型燃烧形态对应的放热率曲线，这三种燃烧形态对应的着火始点均在上止点之后，随着着火滞燃期增大，着火始点进一步后移，第二个峰值出现时间越来越晚，峰值也越来越小，燃烧形态逐渐从“W-1”型过渡到“W-3”型，甚至“V”型。“W”型燃烧对相邻前一循环的对应转速异常敏感，一旦转速上升幅度突然增大，以角度计的滞燃期相应延长，极易导致“W-1”型向“W-2”、“W-3”甚至“V”型恶化，造成循环失火。

3 结语

通过对高原环境柴油机起动过程燃烧形态分析发现，起动过程交替出现三种燃烧形态，分别为“Y”型、“W”型以及“V”型，高原环境起动过程出现了更多“W”型燃烧，随着着火滞燃期增大，燃烧形态逐渐从“W-1”型过渡到“W-3”型，甚至“V”型，尤其在加速以及过渡阶段，这说明高原环境起动过程滞燃期严重偏长，使得柴油机缸内着火多发生在上止点后，燃烧劣化。

参考文献：

[1]马宁，李若亭，赵文柱等.高原环境条件下的柴油机起动过程试验研究[J].兵工学报，2016，15（08）：52-58.

[2]Sever Alexandru Haba，Gheorghe Oancea.Studies on thermal contraction of crankshaft bearing under extreme low temperatures[J].Journal of thermal science，2015，24（05）：496-501.

[3]游维华.滞燃期对柴油机性能影响的试验研究[J].柴油机， 2014，36（06）：6-8.

[4]楼狄明，阚泽超，曹志义等.重型柴油机高原低温起动升速稳定性试验[J].长安大学学报，2017，37（01）：120-126.

[5]Akio Kobayashi，Akira Kurashima，Shin Endo.Analysis of cold start combustion in a direct injection diesel engine[C].SAE Paper.1984，840106.

[6]李德桃，何曉阳.涡流室式柴油机在冷起动条件下非稳态燃烧过程研究[J].内燃机学报，1987，5（03）：193-204.