内燃机原理第4章

1、第四章第四章 汽油机燃烧过程汽油机燃烧过程第一节第一节 汽油机燃烧过程分析汽油机燃烧过程分析第二节第二节 汽油机爆震燃烧和表面点火汽油机爆震燃烧和表面点火第三节第三节 汽油机循环燃烧变动汽油机循环燃烧变动第四节第四节 汽油机排出的有害物及其控制汽油机排出的有害物及其控制第五节第五节 使用、调整因素对汽油机燃烧过程的影响使用、调整因素对汽油机燃烧过程的影响第六节第六节 汽油机燃烧室设计汽油机燃烧室设计第七节第七节 稀燃技术的应用与发展稀燃技术的应用与发展第五节第五节 使用、调整因素对汽油机燃烧过程的影响使用、调整因素对汽油机燃烧过程的影响1.点火提前角的影响点火提前角的影响 汽油机点火提前特性：

2、汽油机点火提前特性： 节气门开度一定，发动机转速一定，混合气浓度一节气门开度一定，发动机转速一定，混合气浓度一定，调整点火正时，功率、燃油消耗率、排气温度定，调整点火正时，功率、燃油消耗率、排气温度随点火提前角的变化关系。随点火提前角的变化关系。点火提前，部分在上止点前燃烧，压缩负功增加，点火提前，部分在上止点前燃烧，压缩负功增加，压力升高率增加，最高爆发压力增大，功率下降，压力升高率增加，最高爆发压力增大，功率下降，比油耗上升，最高压力、温度增加，对末端混合气比油耗上升，最高压力、温度增加，对末端混合气挤压加热增大，爆震倾向增大。挤压加热增大，爆震倾向增大。点火迟后，燃烧不及时，在膨胀中燃烧

3、，热利用率点火迟后，燃烧不及时，在膨胀中燃烧，热利用率下降，功率、比油耗增加。最佳点火提前角由点火下降，功率、比油耗增加。最佳点火提前角由点火提前角调整特性确定。提前角调整特性确定。第五节第五节 使用、调整因素对汽油机燃烧过程的影响使用、调整因素对汽油机燃烧过程的影响节气门开度一定，发动机转速增加，燃烧占曲轴转节气门开度一定，发动机转速增加，燃烧占曲轴转角增加，燃烧不及时，最佳点火提前角角增加，燃烧不及时，最佳点火提前角增大。增大。发动机转速定，负荷下降，残余废气系数增加，火发动机转速定，负荷下降，残余废气系数增加，火焰传播速度增加，燃烧慢，最佳点火提前角增大焰传播速度增加，燃烧慢，最佳点火提

4、前角增大。第五节第五节 使用、调整因素对汽油机燃烧过程的影响使用、调整因素对汽油机燃烧过程的影响第五节第五节 使用、调整因素对汽油机燃烧过程的影响使用、调整因素对汽油机燃烧过程的影响第五节第五节 使用、调整因素对汽油机燃烧过程的影响使用、调整因素对汽油机燃烧过程的影响4.发动机发动机nn增加增加 湍流增加湍流增加燃烧速度增加燃烧速度增加燃烧时间缩短，但燃烧时间缩短，但=6nt燃燃烧占曲轴转角增加烧占曲轴转角增加热量利用率下降热量利用率下降指标热效率下降。指标热效率下降。因此，提前点火（离心提前）。因此，提前点火（离心提前）。 漏气、传热下降漏气、传热下降压缩终了温度增加压缩终了温度增加滞燃期下

5、降。火焰滞燃期下降。火焰传播速度增快。爆震倾向下降。传播速度增快。爆震倾向下降。n下降下降 漏气、传热增加；紊流下降，火焰传播速度下降。指标热漏气、传热增加；紊流下降，火焰传播速度下降。指标热效率下降。效率下降。指标热效率随指标热效率随n变化在中间某转速凸起，两端下降。变化在中间某转速凸起，两端下降。第五节第五节 使用、调整因素对汽油机燃烧过程的影响使用、调整因素对汽油机燃烧过程的影响5.大气状态大气状态P0下降，下降，m1下降，混合气变浓，输出功率下降，比下降，混合气变浓，输出功率下降，比油耗增加，爆震倾向下降油耗增加，爆震倾向下降T0增大增大 m1下降，输出功率下降，比油耗增加，爆下降，输

6、出功率下降，比油耗增加，爆震倾向增大震倾向增大第六节第六节 汽油机燃烧室设计汽油机燃烧室设计一、燃烧室设计的一般要求一、燃烧室设计的一般要求（1）经济性高；）经济性高；（2）燃烧放热率曲线等容度高；）燃烧放热率曲线等容度高；（3）对大气的污染小；）对大气的污染小；（4）动力性要好；）动力性要好；（5）不出现爆震与表面点火等不正常燃烧；）不出现爆震与表面点火等不正常燃烧；（6）燃烧变动小；）燃烧变动小；（7）工作柔和，燃烧噪声小；）工作柔和，燃烧噪声小；（8）满足速燃要求；）满足速燃要求；（9）稀燃能力强；）稀燃能力强；（10）起动性好；）起动性好；（11）瞬态特性好；）瞬态特性好；（12）EG

7、R的承受能力强。的承受能力强。第六节第六节 汽油机燃烧室设计汽油机燃烧室设计二、燃烧室的设计要点二、燃烧室的设计要点1.压缩比压缩比 影响影响汽油机性能最重要的参数。汽油机性能最重要的参数。增加增加功率输出及经济性功率输出及经济性提高；提高； 增加增加爆震、压力升高比、噪声与振动、排放增加。爆震、压力升高比、噪声与振动、排放增加。燃烧室的狭缝、润滑油膜和沉积物处生成的未燃燃烧室的狭缝、润滑油膜和沉积物处生成的未燃HC增加增加面容比增加，激冷面积相对增加，面容比增加，激冷面积相对增加，HC增加；增加；膨胀比增加，膨胀后期燃气温度下降，膨胀比增加，膨胀后期燃气温度下降，HC氧化速率下降，更多氧化速

8、率下降，更多的燃料以未燃的燃料以未燃HC的形式排出；的形式排出；排温降低，粘附在壁面上的液态燃料难以汽化，增加了排温降低，粘附在壁面上的液态燃料难以汽化，增加了HC排放排放;过高过高的壁面温度会使终燃混合气温度增高，对减少爆震不利；的壁面温度会使终燃混合气温度增高，对减少爆震不利；最高燃烧温度增加，最高燃烧温度增加，NOx排放增加。排放增加。第六节第六节 汽油机燃烧室设计汽油机燃烧室设计2.燃烧室面容比燃烧室面容比表示燃烧室的紧凑性，与燃烧室形式以及汽油机的主要结构表示燃烧室的紧凑性，与燃烧室形式以及汽油机的主要结构参数有关。燃烧室面容比增加，火焰传播距离增大，容易爆参数有关。燃烧室面容比增加

9、，火焰传播距离增大，容易爆震，震，HC排放高，相对散热面积大，热损失增加。排放高，相对散热面积大，热损失增加。（1）火焰传播距离小，不易爆燃，可提高压缩比。）火焰传播距离小，不易爆燃，可提高压缩比。（2）相对散热损失小，热效率高。）相对散热损失小，热效率高。（3）熄火面积小，）熄火面积小，HC排放少。排放少。第六节第六节 汽油机燃烧室设计汽油机燃烧室设计3.火花塞位置及其性能火花塞位置及其性能影响火焰传播距离的长短，从而影响抗爆性，也影响火焰面影响火焰传播距离的长短，从而影响抗爆性，也影响火焰面积扩展速率和燃烧速率。积扩展速率和燃烧速率。火花塞应靠近排气门处，使受炽热表面加热的混合气能及早燃烧

10、，火花塞应靠近排气门处，使受炽热表面加热的混合气能及早燃烧，从而不致发生爆燃。从而不致发生爆燃。火花塞间隙处的残余废气应能充分清扫，使混合气容易着火，对火花塞间隙处的残余废气应能充分清扫，使混合气容易着火，对暖机和低负荷性能作用较大。但不希望有过强的气流在点火瞬间暖机和低负荷性能作用较大。但不希望有过强的气流在点火瞬间直接吹向火花塞间隙，从而吹散火核，增加缸内压力的循直接吹向火花塞间隙，从而吹散火核，增加缸内压力的循不变动不变动率，甚至导致失火率，甚至导致失火。 应应使由火花塞传播开的火焰面变化分配合理，确保运转平稳使由火花塞传播开的火焰面变化分配合理，确保运转平稳。 火焰传播火焰传播距离应尽

11、可能短。距离应尽可能短。第六节第六节 汽油机燃烧室设计汽油机燃烧室设计4.燃烧室内的气流运动燃烧室内的气流运动 作用：作用：冷却末端混合气冷却末端混合气区区；增加火焰传播速度；增加火焰传播速度；扩大混合气的着火界限，可以燃烧更稀的混合气；扩大混合气的着火界限，可以燃烧更稀的混合气；降低循环变动率；降低循环变动率；降低降低HC排放。排放。减小熄火层厚度，降低减小熄火层厚度，降低HC的排放量。的排放量。过强的气流将使损失增加，还可能吹熄火核而失火，使过强的气流将使损失增加，还可能吹熄火核而失火，使HC排放增排放增加加。第六节第六节 汽油机燃烧室设计汽油机燃烧室设计5.燃烧室的优化途径燃烧室的优化途

12、径 设计要点：设计要点：缩短火焰传播距离，与燃烧室结构及火花塞位置有关；缩短火焰传播距离，与燃烧室结构及火花塞位置有关；利用适当强度的湍流，加快火焰传播速度；利用适当强度的湍流，加快火焰传播速度；离火花塞较远区域设适当冷却面积，降低边缘区域可燃混合离火花塞较远区域设适当冷却面积，降低边缘区域可燃混合气温度；气温度；燃烧室内没有受高温影响而产生的热点和表面沉积物。燃烧室内没有受高温影响而产生的热点和表面沉积物。 设计原则：设计原则：在最大火焰前锋面积、最小面容比、最大气门尺寸等设计参在最大火焰前锋面积、最小面容比、最大气门尺寸等设计参数限制范围内，优化燃烧室几何形状。数限制范围内，优化燃烧室几何

13、形状。改善混合气的分布和均匀性，减少燃烧循环变动率，减少各改善混合气的分布和均匀性，减少燃烧循环变动率，减少各缸的不均匀性。缸的不均匀性。第六节第六节 汽油机燃烧室设计汽油机燃烧室设计三、典型燃烧室三、典型燃烧室1.楔型燃烧室楔型燃烧室布置在缸盖上，火花塞在楔形高处进、排气门之间，火焰距布置在缸盖上，火花塞在楔形高处进、排气门之间，火焰距离较长。有挤气面积，气门倾斜离较长。有挤气面积，气门倾斜630度，气道转弯较小，度，气道转弯较小，进气阻力下降，充量系数提高，压缩比可以较高达进气阻力下降，充量系数提高，压缩比可以较高达910。有较高的动力性与燃油经济性，初期燃烧速率和压力升高比有较高的动力性

14、与燃油经济性，初期燃烧速率和压力升高比大，工作显得粗暴一些。大，工作显得粗暴一些。第六节第六节 汽油机燃烧室设计汽油机燃烧室设计2.浴盆形燃烧室浴盆形燃烧室高度相同，允许宽度略超出气缸范围来加大气门直径。气门高度相同，允许宽度略超出气缸范围来加大气门直径。气门头部外径与燃烧室壁面之间保持头部外径与燃烧室壁面之间保持56.5mm。有挤气面积，。有挤气面积，挤气效果比较差，火焰传播距离也较长，燃烧速率比较低，挤气效果比较差，火焰传播距离也较长，燃烧速率比较低，燃烧时间长，压力升高比低。燃烧时间长，压力升高比低。面容比较大，对面容比较大，对HC排放不利，但压力升高比低，工作柔和，排放不利，但压力升高

15、比低，工作柔和，NOx排放低，动力性经济性不高，工艺性好，便于维修。排放低，动力性经济性不高，工艺性好，便于维修。第六节第六节 汽油机燃烧室设计汽油机燃烧室设计3.碗形燃烧室碗形燃烧室碗形燃烧室，布置在活塞中的一个回转体，采用平底气缸盖，碗形燃烧室，布置在活塞中的一个回转体，采用平底气缸盖，工艺性好。燃烧室完全机械加工，有精确的形状和容积，燃工艺性好。燃烧室完全机械加工，有精确的形状和容积，燃烧室表面光滑，紧凑，挤流效果好，压缩比可达烧室表面光滑，紧凑，挤流效果好，压缩比可达11。燃烧。燃烧室在活塞顶，使活塞的高度与质量增加。面容较大，散热增室在活塞顶，使活塞的高度与质量增加。面容较大，散热增

16、加。加。采用紧凑的活塞顶凹坑，火焰传播距离缩短，挤气面积大，采用紧凑的活塞顶凹坑，火焰传播距离缩短，挤气面积大，紊流强，火花塞位于凹坑内。压缩比增大，紊流较强，火焰紊流强，火花塞位于凹坑内。压缩比增大，紊流较强，火焰传播速度增加，点火提前角可以减小，爆震倾向下降，可以传播速度增加，点火提前角可以减小，爆震倾向下降，可以使用稀混合气。使用稀混合气。第六节第六节 汽油机燃烧室设计汽油机燃烧室设计4.半球形燃烧室半球形燃烧室形状呈球型，可以全部机械加工，结构紧凑，面容比下降，形状呈球型，可以全部机械加工，结构紧凑，面容比下降，火焰传播距离下降，气门倾斜布置，容许较大气门直径，进火焰传播距离下降，气门

17、倾斜布置，容许较大气门直径，进气道圆滑，充量系数增加，动力性经济性好，气道圆滑，充量系数增加，动力性经济性好，HC低，高速低，高速适应性强，适应性强，6000r/min以上的发动机用，紊流弱，在低速大以上的发动机用，紊流弱，在低速大负荷易爆震，压力升高率大，粗暴，配气机构复杂。负荷易爆震，压力升高率大，粗暴，配气机构复杂。第六节第六节 汽油机燃烧室设计汽油机燃烧室设计5.其它类型燃烧室其它类型燃烧室第七节第七节 稀燃技术的应用与发展稀燃技术的应用与发展一、均质燃烧系统的缺点一、均质燃烧系统的缺点量调，低功率时，泵气损失增加，残余废气系数增加，比油耗量调，低功率时，泵气损失增加，残余废气系数增加

18、，比油耗增加。增加。容易爆震。容易爆震。空燃比在空燃比在12.617，比油耗增加，比油耗增加，CO增加增加排气排气污染严重。污染严重。第七节第七节 稀燃技术的应用与发展稀燃技术的应用与发展二、分层燃烧二、分层燃烧1、进气道喷射的分层燃烧方式、进气道喷射的分层燃烧方式（1）轴向分层燃烧系统）轴向分层燃烧系统（2）横向分层燃烧系统）横向分层燃烧系统第七节第七节 稀燃技术的应用与发展稀燃技术的应用与发展2、缸内直喷分层燃烧方式、缸内直喷分层燃烧方式 燃烧系统燃烧系统分类：分类：壁面引导方式壁面引导方式气流引导方式气流引导方式喷雾控制方式喷雾控制方式第七节第七节 稀燃技术的应用与发展稀燃技术的应用与发

19、展壁面引导方式壁面引导方式 喷油器和火花塞的距离较远；喷油器和火花塞的距离较远； 燃烧室壁面形状复杂；燃烧室壁面形状复杂； 对燃油喷射、气流运动和活塞顶形状之间的配合要求很高；对燃油喷射、气流运动和活塞顶形状之间的配合要求很高； 燃烧室面积比较大；燃烧室面积比较大； HCHC排放也较多排放也较多 。第七节第七节 稀燃技术的应用与发展稀燃技术的应用与发展喷雾引导喷雾引导方式方式比较比较稳定；稳定；稀稀燃能力很强；燃能力很强；影响影响火花塞的寿命；火花塞的寿命；冷冷起动和产生碳烟问题比较多；起动和产生碳烟问题比较多；使使气门布置受到很多限制。气门布置受到很多限制。第七节第七节 稀燃技术的应用与发展稀燃技术的应用与发展气流引导气流引导利用利用气流运动将混合气送往火花塞；气流运动将混合气送往火花塞；燃