内燃机构造纲要笔记第五章汽油机的混合气形成和燃烧

1、1.第五章 汽油机的混合气形成和燃烧>>A.第一节混合气形成>>1 .不同工况对混合气成分的要求>>a）全负荷功率混合比的混合气（fa = 0.80.9） >>b）中等负荷时 fa = 1.051.15 >>c）小负荷（40%负荷以下）时，由于气缸内残余废气的稀释作用，往往fa <1 >>d）起动和怠速工况时，由于吸气量少，流速小，汽油机温度低，燃油的汽化条件差，同时气缸内残余废气系数大，废气对混合气的稀释作用明显，因此要求提供相当浓的混合气，一般fa = 0.50.8 o >>2 .混合气形成方式>

2、;>a）化油器式>>图5,1化利器庆汽釉机隆油系辘小意圉I一燃冶咤祥2联野$一节门$一主量孔5-浮于室>>1) 燃油在喉管与浮子室油面之间的压差作用下经主量孔4 从喷管 1 喷出,在高速气流撞击下,形成大小不等的细油滴,悬浮在气流中,在进气的路径上不断吸热蒸发, 逐渐形成均匀的可燃混合气。>>b) 汽油喷射式>>(1) 直接或间接的方法测量汽油机吸入的空气量,再根据空气量及该工况所需混合气成分确定燃油量, 经喷油器将一定压力和数量的汽油喷入进气道或进气管>>(2) 电控汽油喷射系统的组成>>1) 进气系统、燃油系统和

3、电子控制系统>>c) 比较 >>(1) 1)汽油机动力性能较高。它在进气系统中没有化油器的喉管,减小了进气系统的阻力损失, 且不需要对进气管加热以促进燃油蒸发,提高了汽油机的充量系数。2)具有较高的热效率。它不加热进气,使压缩始点的温度较低,从爆震燃烧角度考虑就有可能采用较高的压缩比,而汽油机压缩比的提高对改善热效率是显著的; 另外 ,若采用缸内直接喷射, 使汽油机易于实现分层稀薄燃烧, 可以进一步改善经济性, 尤其是可以大幅改善汽油机中小负荷的经济性。3)采用多点汽油喷射系统能够保证各气缸混合气的分配比较均匀，由于各缸混合气在质和量两方面的均匀分配，因此可以使用辛烷值

4、低的燃油、提高压缩比，且在较稀薄的混合气下工作，从而减少排气污染且节省燃油。4）由于供油系统采用正压力输送和喷射燃油，因此高温时没有因燃油蒸发而引起的气阻问题，供油数量不致因位置和运动而影响混 合气成分，而且有良好的雾化特性，改善了燃烧过程，有利于提高 经济性和起动性，同时HC的蒸发排放少。5）由于用电子控制 单元（ECU）控制，计算准确，瞬态响应性好，不存在过渡不圆滑问 题，因此能实现供油量的高精度控制和调节，改善加速减速等运 行性能。6）由于混合气成分容易控制，且与三效催化转化器的 配合，能有效地降低排气中的有害物排放量。>>B.第二节 汽油机燃烧>>1 .正常燃烧

5、>>a）燃烧过程>>（1）第I阶段（图中1-2）称为滞燃期>>i）指从电火花跳火（点1, jig ）到点燃混合气形成火焰中心（点2 ） 为止的一段时间>>（2）第n阶段（图中2-3）称为急燃期（又称明显燃烧期）>>急燃期愈短，愈近似等容燃烧，汽油机的动力性、经济性愈好i）是指火焰由火焰中心传遍整个燃烧室的阶段>> 第田阶段（图中3以后）称为后燃期>>主要是火焰前锋后未及时燃烧的燃油再燃烧，粘附在气缸壁面上的未燃混合气层的继续燃烧，以及高温分解的燃烧产物（H2、CO等）重新氧化i）是指急燃期终点3至燃油基本上完全

6、燃烧完为止期间的燃烧。>>图5.8汽油机的燃烧过程>>b）影响燃烧过程的主要因素 >>（1）点火提前角>>Di)点火提前角太大，较多混合气在压缩过程中燃烧，消耗的压缩负功增加，功率和经济性达不到最佳，且最高燃烧压力升高，易 发生爆燃，导致内燃机零件损坏，排放也将变坏；点火过迟，燃烧过程过迟,后燃增加，最高燃烧压力pZ和温度TZ都13降低,排气温度升高，功率和经济性同样下降。>>(2)混合气成分>>Ci) fa = 0.80.9 时,滞燃期ti最短，火焰传播的平均速度最高,>> fa <1的混合气燃烧以后的

7、工质摩尔数值增大以及由于燃油蒸发量增多使进气温度下降，充量系数fc有所增加，因此pz、Tz、Dp /Dj和Pe均达最高，但同时由于燃烧不完全，be不能 达到最小值，CO排放量较多，且爆燃倾向增大。ii) fa = 1.031.1时，刀e怯最大值,be最低，即汽油机经济性最好>>iii) fa <0.8及fa >1.2时，火焰传播速度较慢，部分燃油燃烧不完全，燃烧过程也拖长，热效率和功率都降低，HC排放量增多，工作不稳定(稀燃除外)>>负荷>>(4) 转速 >>i) 转速增加时,气缸中气体湍流增强,火焰传播速度基本上与转速成正比增加&g

8、t;>ii) 以秒计的滞燃期缩短,但循环时间的减少却使按曲轴转角计的滞燃期延长,因此 ,为使 pz 在最佳位置,汽油机上均设有离心式点火提前角调节器,使在转速增加时,自动加大点火提前角 >>c) 不规则燃烧>>2. 不正常燃烧>>a) 爆震燃烧>>(1) 爆燃产生的原因: 终燃混合气自燃>>(2) 汽油机爆燃时敲缸 冷却系统过热严重时功率下降，工作不稳定，转速下降排放恶化，破坏机体正常工作轻微爆震功率上升 >>(3) 影响爆燃的因素>>i) (1)燃油性质:辛烷值高的燃油,抗爆燃性好。>>ii

9、) (2) 结构设计因素: >>(a)气缸直径增大，火焰的传播距离增加，爆燃倾向将增大>>(b)减小压缩比，缸内压力和温度降低，不易产生爆燃>>(c)采用铝合金制造气缸盖和活塞，由于导热性好>>iii) (3)使用运转因素：>>(a)加大点火提前角，缸内最高压力、温度增加，使终燃混合气 在火焰到达前的压力和温度升高，自燃所需的时间缩短，容 易发生爆燃>>(b)混合气成分对爆燃影响很大，一般fa =0.80.9时爆燃倾向 最大>>(c)转速增加时，进气气流速度加快，压缩终点气体湍流增强，火 焰传播速度加快，爆燃趋

10、势减弱>>(d)燃烧室壁面的沉积物使热阻增加，壁面温度升高，对终燃混 合气起加热作用，会加重爆燃；进气压力和温度升高，爆燃倾 向增大>>b) 表面点火>>表面点火是指不依靠电火花点火，由炽热表面(如过热的火花塞电 极、排气门和燃烧室表面的沉积物等)点燃混合气而引起的不正 常燃烧现象。后燃»(2)早燃»c)表面点火会诱发爆燃，而爆燃又会导致表面点火»304H3lx_28 o o o o O 2 5 0 5 04 4 3 35Vmf/(kgA)图5.10汽油机燃料调整特性C.>>(2)D.105如756055相25 cm

11、图5.9汽油机点火提前角调整特性a)节气门全开 b) rt = 1600 r/ min5550U 40 3 o5 3020020406080 100负荷()图5.11最佳点火提前角随负荷的变化(3)F.第三节汽汕机燃烧室»1. 设计要求>>a) 表面积与其容积之比F/V >>(1) F/V 值小 ,燃烧室紧凑,其优点是相对散热面积小,热损失小;火焰传播距离短,不易爆燃;熄火面积小,HC 排放量少。>>b) 火花塞在燃烧室中的位置>>(1) 火花塞应靠近排气门处,使终燃混合气位于受热少的位置, 以免爆燃发生; 使火花塞传播开的火焰面变化分

12、配合理, 保证汽油机运转平稳>>c) 燃烧室内的气体运动>>(1) 形成适当强度的气体流动,有利于增加火焰传播速度>>(2) 但过强的气流会增大热损失,使点火困难,HC 排放增加>>d) 燃烧室形状>>(1) 燃烧室的形状对充量系数有较大影响,应有较大的进气门直径或进气流通面积,尽可能提高流通特性。>>2. 典型燃烧室>>a) 楔形燃烧室>>(1)车用汽油机比较广泛地采用图5.15楔形燃烧室b)浴盆形燃烧室»图516浴盆形燃烧室>>(2)工作较柔和，HC排放量较多而NOx排放较

13、少。>> c)半球形燃烧室>>(1)火焰传播距离短，燃烧速度高，热损失小，汽油机高速动力性能最好，且经济性好,HC排放低>>(2)容易在低速大负荷时引起爆燃>>图5J7半球形燃烧室>>（4）半球形燃烧室由于其弧形气缸盖，因此目前二行程汽油机都采用之，四行程汽油机采用半球形燃烧室的也越来越多。>>d）碗形燃烧室>>图518碗形燃烧室>>(2)压缩比可以高达11 >>G.分层燃烧系统>>1.分层燃烧>>a)分层燃烧是指通过合理组织燃烧室内的混合气成分分布，即在火花塞附近具有良好着火条件的较浓的可燃混合气，其空燃比在1213.4左右;在燃烧室的其余大部分区域具有较稀的混合气>>b)分层燃烧的特点>>(1)可以燃烧比较稀的混合气；可以采用比较高的压27缩比；可以改变汽油机负荷的调节方式，由量调节改为质调节，取消节气门装置>>2.分层燃烧系统简介>>a)进气道喷射分层燃烧系统>>(1)轴向分层燃烧系统>>i