第05章、汽油机混合气的形成与燃烧

1、1电力工程学院电力工程学院主讲主讲 邹正龙邹正龙 25-15-1、汽油机燃料供给系统的组成、汽油机燃料供给系统的组成 5-25-2、汽油机混合气的形成、汽油机混合气的形成 5-35-3、汽油喷射与控制、汽油喷射与控制 5-45-4、汽油机的燃烧、汽油机的燃烧 5-55-5、影响燃烧过程的因素、影响燃烧过程的因素 5-65-6、汽油机的燃烧室、汽油机的燃烧室 3 燃烧过程是影响发动机动力性、经济性、排放污染、噪燃烧过程是影响发动机动力性、经济性、排放污染、噪声及可靠性的主要过程。声及可靠性的主要过程。 燃烧过程是将燃料的化学能转变为热能的过程。燃烧过程是将燃料的化学能转变为热能的过程。 汽油机的

2、燃料供给系由油箱、汽油滤清器、汽油泵和化汽油机的燃料供给系由油箱、汽油滤清器、汽油泵和化油器等组成。油器等组成。 4 汽油机油箱与柴油机油箱基本相同，不同之处在于柴油汽油机油箱与柴油机油箱基本相同，不同之处在于柴油机的油箱盖上仅有通气孔与大气相通，汽油机油箱则因汽机的油箱盖上仅有通气孔与大气相通，汽油机油箱则因汽油易于蒸发而在油箱盖上设一复合阀门与大气相通。油易于蒸发而在油箱盖上设一复合阀门与大气相通。 5 汽油进入汽油泵前需经滤清器除去其中的水分和杂质，汽油进入汽油泵前需经滤清器除去其中的水分和杂质，否则将加速气缸的磨损或使汽油泵、化油器、输油管的否则将加速气缸的磨损或使汽油泵、化油器、输油

3、管的油路阻塞，影响正常供油。油路阻塞，影响正常供油。6 汽油泵的作用是将汽油从油箱中吸汽油泵的作用是将汽油从油箱中吸出，克服滤清器及管路的阻力，将足出，克服滤清器及管路的阻力，将足够的汽油送往化油器。目前常用的有够的汽油送往化油器。目前常用的有机械驱动的膜片式油泵和晶体管电动机械驱动的膜片式油泵和晶体管电动输油泵。输油泵。7 传统化油器式汽油机混合气形成是利用化油器在气缸传统化油器式汽油机混合气形成是利用化油器在气缸外部初步形成可燃混合气；外部初步形成可燃混合气； 汽油喷射系统中混合气形成是利用喷油泵使汽油喷散汽油喷射系统中混合气形成是利用喷油泵使汽油喷散成雾状，并和空气混合；成雾状，并和空气

4、混合； 分层燃烧系统采用的是稀薄的不均匀混合气，由外源分层燃烧系统采用的是稀薄的不均匀混合气，由外源点燃的燃烧方式。点燃的燃烧方式。 8。 汽油机在各种转速下全负荷运行时，节气门全开，化汽油机在各种转速下全负荷运行时，节气门全开，化油器应提供适当加浓的功率混合气，空燃比油器应提供适当加浓的功率混合气，空燃比a=12a=121414；当汽油机按中等负荷运行即节气门部分开度时，应有最当汽油机按中等负荷运行即节气门部分开度时，应有最好的经济性，空燃比好的经济性，空燃比a=17a=17左右；当汽油机怠速运转时，左右；当汽油机怠速运转时，节气门接近全关，为保证稳定运转，需供给更浓的混合节气门接近全关，为

5、保证稳定运转，需供给更浓的混合气，空燃比气，空燃比a=10a=1012.412.4。 9 理想化油器特性是在满足最佳性能要求的前提下，混理想化油器特性是在满足最佳性能要求的前提下，混合气成分随负荷（或充气流量）的变化关系，如图。合气成分随负荷（或充气流量）的变化关系，如图。 可见，理想化油器特性是：随负荷增加混合气逐渐变可见，理想化油器特性是：随负荷增加混合气逐渐变稀，小负荷范围内曲线变化较陡，中等负荷范围内曲线稀，小负荷范围内曲线变化较陡，中等负荷范围内曲线变化较平缓，当接近满负荷时，混合气变浓。变化较平缓，当接近满负荷时，混合气变浓。10 对于结构已定的化油器，对于结构已定的化油器，影响喷

6、管出油量的主要因素影响喷管出油量的主要因素是喉管真空度，而影响喉管是喉管真空度，而影响喉管真空度的因素除节气门开度真空度的因素除节气门开度以外，还有发动机转速。以外，还有发动机转速。 当节气门开度一定时，发当节气门开度一定时，发动机转速愈高，则气缸内真动机转速愈高，则气缸内真空度愈大，喉管中的空气流空度愈大，喉管中的空气流速和真空度也就愈高。因而，速和真空度也就愈高。因而，若发动机用简单化油器，在若发动机用简单化油器，在怠速及小负荷时，混合气太怠速及小负荷时，混合气太稀；在大负荷时混合气过浓，稀；在大负荷时混合气过浓，其特性曲线如图。其特性曲线如图。 111 1）主供油系的校正）主供油系的校正

7、 目前最广泛采用的校正目前最广泛采用的校正措施是抑制燃油流量增长措施是抑制燃油流量增长速率的渗入空气法校正系速率的渗入空气法校正系统。统。 采用空气量孔及泡沫管采用空气量孔及泡沫管的渗入空气法，不仅可达的渗入空气法，不仅可达到化油器校正的目的，而到化油器校正的目的，而且它以油气混合状态喷入且它以油气混合状态喷入喉管，尚可促进燃油的喷喉管，尚可促进燃油的喷散与雾化。散与雾化。 通过主供油系的校正，通过主供油系的校正，化油器可在部分负荷情况化油器可在部分负荷情况下符合要求。下符合要求。12（1 1）满负荷加浓）满负荷加浓 汽油机全负荷运行时，为获得最大功率，化油器需提汽油机全负荷运行时，为获得最大

8、功率，化油器需提供浓的功率混合气。为此，另设加浓系统。加浓量由加供浓的功率混合气。为此，另设加浓系统。加浓量由加浓阀行程及加浓量孔控制。浓阀行程及加浓量孔控制。 加浓装置有加浓装置有机械式机械式和和真空式真空式两种。两种。13（2 2）怠速加浓）怠速加浓 发动机怠速运转时，节气发动机怠速运转时，节气门开度很小，节气门之后的门开度很小，节气门之后的真空度很大。因此，设置在真空度很大。因此，设置在节气门之后的怠速油孔可保节气门之后的怠速油孔可保证在怠速和小负荷时获得所证在怠速和小负荷时获得所需的浓混合气。需的浓混合气。 为了保证怠速油系供油延为了保证怠速油系供油延长到节气门较大的开度，使长到节气门

9、较大的开度，使之与主油系更好地衔接，在之与主油系更好地衔接，在怠速油孔上还设有过渡喷口，怠速油孔上还设有过渡喷口，如图。如图。 在主供油系上设置加浓装置和怠速油系以后，化油器在主供油系上设置加浓装置和怠速油系以后，化油器便可按理想供油特性在稳态工况下工作。便可按理想供油特性在稳态工况下工作。14 当发动机处于变工况（速、减速、起动）下工作时，由当发动机处于变工况（速、减速、起动）下工作时，由于节气门开度和转速的不断变化，使得化油器进气管压力于节气门开度和转速的不断变化，使得化油器进气管压力及温度、进气管中燃料的汽化条件、混合气数量及成分等及温度、进气管中燃料的汽化条件、混合气数量及成分等发生变

10、化。发生变化。 为保证发动机变工况下正常工作，化油器供给的混合气为保证发动机变工况下正常工作，化油器供给的混合气成分应能适应这种变化。成分应能适应这种变化。 15（1 1）加速过程）加速过程 加速时，节气门突然开大，加速时，节气门突然开大，油量增加滞后于空气量增加，油量增加滞后于空气量增加，加之进气管真空度降低，燃料加之进气管真空度降低，燃料汽化条件变差，使混合气成分汽化条件变差，使混合气成分瞬时变稀，发动机扭矩上升滞瞬时变稀，发动机扭矩上升滞后，各点扭矩值较稳定工况下后，各点扭矩值较稳定工况下降很多。降很多。 为此，设置加速泵向喉管额为此，设置加速泵向喉管额外供应适量的加速油量。外供应适量的

11、加速油量。 当节气门缓开时，加速泵下当节气门缓开时，加速泵下的燃油经进油阀返回浮子室，的燃油经进油阀返回浮子室，不起加浓作用。不起加浓作用。16（2 2）起动过程起动过程 起动时，发动机转速极低，流经起动时，发动机转速极低，流经喉管的气流速度较低，在主喷口处喉管的气流速度较低，在主喷口处油不易被吸出，加之进气管温度较油不易被吸出，加之进气管温度较低，即使吸出油，其蒸发量也很少，低，即使吸出油，其蒸发量也很少，使发动机难以起动。使发动机难以起动。 为此，设置起动系统，以供给更为此，设置起动系统，以供给更多的汽油，使总的混合气成分大大多的汽油，使总的混合气成分大大加浓，保证汽油机在低温下着火。加浓

12、，保证汽油机在低温下着火。 当阻风门关闭后，化油器的喉管、当阻风门关闭后，化油器的喉管、混合室均处于高真空度之下，使主混合室均处于高真空度之下，使主油系、怠速油系、加速油系都可能油系、怠速油系、加速油系都可能供油，以满足起动需要的混合气浓供油，以满足起动需要的混合气浓度。度。17 汽油喷射系统混合气形成与化油器混合气形成方式不汽油喷射系统混合气形成与化油器混合气形成方式不同。其进入气缸的混合气成分既取决于吸入的空气量，同。其进入气缸的混合气成分既取决于吸入的空气量，又取决于喷油泵喷射的燃料量。又取决于喷油泵喷射的燃料量。 汽油喷射方式有向气缸内直接喷射汽油、向进气管喷汽油喷射方式有向气缸内直接

13、喷射汽油、向进气管喷射汽油和向气缸盖的进气道中喷射汽油三种。射汽油和向气缸盖的进气道中喷射汽油三种。 18一、概述一、概述 早在二战期间，汽油喷射技术已应用于飞机发动机上，早在二战期间，汽油喷射技术已应用于飞机发动机上，主要为解决结冰问题，但因成本高，结构复杂，一直未主要为解决结冰问题，但因成本高，结构复杂，一直未应用在汽车发动机中。应用在汽车发动机中。 直到直到7070年代，由于能源一度紧张，环境污染危及人类年代，由于能源一度紧张，环境污染危及人类的生存，迫使人们寻求有效的方法来改善汽车造成的污的生存，迫使人们寻求有效的方法来改善汽车造成的污染。染。 同时也因节能的需要以及电子技术的飞速发展

14、，又有同时也因节能的需要以及电子技术的飞速发展，又有利地椎动了能有效地降低污染和节能的电控汽油喷射技利地椎动了能有效地降低污染和节能的电控汽油喷射技术的发展，并迅速地达到实用化。术的发展，并迅速地达到实用化。 19 （1 1）具有较高的平均有效压力。由于进气系统中不需）具有较高的平均有效压力。由于进气系统中不需要喉管，减少了进气阻力；不需要对进气管加热促进燃要喉管，减少了进气阻力；不需要对进气管加热促进燃油的蒸发，从而提高了充量系数。因此，它具有较高的油的蒸发，从而提高了充量系数。因此，它具有较高的平均有效压力。平均有效压力。 （2 2）在低速时，发动机有较高的扭矩。在化油器发动）在低速时，发

15、动机有较高的扭矩。在化油器发动机上，低速时，由于汽油雾化很差，混合气质量差，燃机上，低速时，由于汽油雾化很差，混合气质量差，燃烧不良，所以扭矩不高。而在汽油喷射发动机上，燃油烧不良，所以扭矩不高。而在汽油喷射发动机上，燃油的雾化是由喷油嘴的特性所决定的，与汽油机转速无关。的雾化是由喷油嘴的特性所决定的，与汽油机转速无关。因此，低速时仍能保持良好的雾化特性，在低速大负荷因此，低速时仍能保持良好的雾化特性，在低速大负荷时，也能输出较大的扭矩，大大改善了汽车的爬坡性能时，也能输出较大的扭矩，大大改善了汽车的爬坡性能和低温起动性能。和低温起动性能。20 （3 3）耗油率低，经济性好。由于不对进气进行加

16、热，）耗油率低，经济性好。由于不对进气进行加热，使压缩行程开始的温度较低，从爆震角度来考虑就有可使压缩行程开始的温度较低，从爆震角度来考虑就有可能采用较高的压缩比，而提高汽油机压缩比对热效率的能采用较高的压缩比，而提高汽油机压缩比对热效率的改善是显著的。因为汽油是在一定的压力下喷出的，燃改善是显著的。因为汽油是在一定的压力下喷出的，燃油雾化质量好，喷油量可精确控制，使混合气的空燃比油雾化质量好，喷油量可精确控制，使混合气的空燃比为最佳值且各缸分配较均匀，下坡时又可以完全不喷油，为最佳值且各缸分配较均匀，下坡时又可以完全不喷油，发动机只对空气进行压缩，所以可降低燃油消耗量，一发动机只对空气进行压

17、缩，所以可降低燃油消耗量，一般能节约汽油般能节约汽油5%5%20%20%。 （4 4）减少排放污染。因为汽油喷射可以分别控制汽油）减少排放污染。因为汽油喷射可以分别控制汽油量与空气量，控制精度很高，能始终保持所需的最佳空量与空气量，控制精度很高，能始终保持所需的最佳空燃比，使废气中的燃比，使废气中的COCO、HCHC和和NONOx x控制在最低范围。控制在最低范围。 21 （5 5）使汽车的加速性能提高。由于汽油是直接喷射到）使汽车的加速性能提高。由于汽油是直接喷射到发动机进气阀处，混合气经过的路程短，因此反应灵敏，发动机进气阀处，混合气经过的路程短，因此反应灵敏，减少滞后现象，加速性能得到改

18、善。减少滞后现象，加速性能得到改善。 （6 6）整个燃油系统都在一定的压力下处于密封状态，）整个燃油系统都在一定的压力下处于密封状态，因此在高温时没有因燃料蒸发而引起的气阻等现象。因此在高温时没有因燃料蒸发而引起的气阻等现象。 （7 7）在海拔高度、温度变化时，它对燃油系统的校正）在海拔高度、温度变化时，它对燃油系统的校正也是比较容易实现的。也是比较容易实现的。 （8 8）供油系统单独布置，整个装置体积小，安装灵活）供油系统单独布置，整个装置体积小，安装灵活方便，可不布置在进气管上端，因此汽油机的全高可以方便，可不布置在进气管上端，因此汽油机的全高可以降低，有利于采用低矮的机罩。降低，有利于采

19、用低矮的机罩。22 通常的汽油喷射都是低压喷射。所供给的混合比按不同通常的汽油喷射都是低压喷射。所供给的混合比按不同工况仍需保持在狭小的范围内，这一点与柴油机的供油系工况仍需保持在狭小的范围内，这一点与柴油机的供油系统仍有本质的区别。因此，在进气管还需有节气门节流，统仍有本质的区别。因此，在进气管还需有节气门节流，仍属量调节。仍属量调节。 汽油喷射系统按喷射方式可分为间歇喷射与连续喷射两汽油喷射系统按喷射方式可分为间歇喷射与连续喷射两种；按控制系统可分为机械控制式与电子控制式两类；按种；按控制系统可分为机械控制式与电子控制式两类；按其工作原理可分为缸内喷射及进气管、进气道内喷射三种；其工作原理

20、可分为缸内喷射及进气管、进气道内喷射三种；按喷嘴数分为单点喷射及多点喷射。按喷嘴数分为单点喷射及多点喷射。 23 喷射到进气歧管的汽油量，由喷嘴的断面面积、汽油的喷射到进气歧管的汽油量，由喷嘴的断面面积、汽油的喷射压力和喷油的持续时间来决定。喷射压力和喷油的持续时间来决定。 为了便于控制，实际的喷油控制系统中，喷嘴的横断面为了便于控制，实际的喷油控制系统中，喷嘴的横断面面积和喷油压力都是恒定的，汽油喷射量只取决于喷射延面积和喷油压力都是恒定的，汽油喷射量只取决于喷射延续时间。续时间。 汽油喷射的时刻及延续时间的长短，是由发动机的各种汽油喷射的时刻及延续时间的长短，是由发动机的各种参数确定。参数

21、确定。 电子控制汽油喷射的作电子控制汽油喷射的作用，就是准确地计算燃油用，就是准确地计算燃油量，保证发动机在各种工量，保证发动机在各种工况下的混合气空燃比在规况下的混合气空燃比在规定的范围之内。定的范围之内。241 1、按检测进气量的方式分、按检测进气量的方式分类类1 1）压力型）压力型 在节气门后面装压力传在节气门后面装压力传感器，以测量进气管内的感器，以测量进气管内的压力。压力。 因该处的压力（真空度）因该处的压力（真空度）随节气门开度变化，它反随节气门开度变化，它反映了发动机负荷的大小，映了发动机负荷的大小，故可作为电子控制系统确故可作为电子控制系统确定喷油量的信息。定喷油量的信息。25

22、2 2）流量型）流量型 流量型控制系统是在发流量型控制系统是在发动机进气管处安装空气流动机进气管处安装空气流量传感器，直接测定进入量传感器，直接测定进入发动机的空气量。发动机的空气量。 电子控制器则根据进气电子控制器则根据进气量信息确定其喷油量，从量信息确定其喷油量，从而可得到较准确的空燃比。而可得到较准确的空燃比。261 1）单点喷射）单点喷射 单点喷射是在节气门后方用一个喷嘴集中喷射，为了单点喷射是在节气门后方用一个喷嘴集中喷射，为了将燃油喷入节气门与管壁之间的空间，使燃油雾化得更将燃油喷入节气门与管壁之间的空间，使燃油雾化得更好，燃油应喷射成锥状。好，燃油应喷射成锥状。 单点喷射结构简单

23、，控制较容易，故现在仍有应用。单点喷射结构简单，控制较容易，故现在仍有应用。 272 2）多点喷射）多点喷射 多点喷射也称气门口喷射系统，即在每个进气门前方都多点喷射也称气门口喷射系统，即在每个进气门前方都设一个喷嘴，因此，使燃油有更好的分配，而且与进气歧设一个喷嘴，因此，使燃油有更好的分配，而且与进气歧管的结构无关，避免了壁温影响，这样，不论发动机工作管的结构无关，避免了壁温影响，这样，不论发动机工作在热态或冷态，其过渡特性都是最佳的。在热态或冷态，其过渡特性都是最佳的。 同时，由于进气歧管中只有空气，故可设计得使发动机同时，由于进气歧管中只有空气，故可设计得使发动机达到最大的充气量，这将进

24、一步提高发动机的扭矩和工作达到最大的充气量，这将进一步提高发动机的扭矩和工作性能。性能。281 1）开环系统）开环系统 开环系统是不带有氧传感器的反馈控制系统。开环系统是不带有氧传感器的反馈控制系统。2）闭环系统）闭环系统 为了获得高的经为了获得高的经济性和减少排放污染，济性和减少排放污染，目前许多系统使用三目前许多系统使用三元催化装置，同时处元催化装置，同时处理发动机废气中的理发动机废气中的CO、HC和和NOx三种有害气三种有害气体，降低排污量。体，降低排污量。29 但三元催化剂的净化能力与混合气的空燃比有关，在理但三元催化剂的净化能力与混合气的空燃比有关，在理论空燃比附近，三种有害气体才能

25、同时净化。论空燃比附近，三种有害气体才能同时净化。 一般电子控制喷射装置中增添一个氧传感器安置在排气一般电子控制喷射装置中增添一个氧传感器安置在排气管内，输出一个氧含量信号，反馈给控制器，随时修正喷管内，输出一个氧含量信号，反馈给控制器，随时修正喷入发动机的燃油量，维持混合气的平均值在理论空燃比范入发动机的燃油量，维持混合气的平均值在理论空燃比范围内。围内。 30 电子控制电子控制汽油喷射系汽油喷射系统主要由燃统主要由燃料供给系统、料供给系统、进气系统、进气系统、控制系统和控制系统和各种传感器各种传感器等几部分组等几部分组成。成。 31 燃料供给系统包括汽油箱、电动汽油泵、压力调节器、燃料供给

26、系统包括汽油箱、电动汽油泵、压力调节器、汽油滤清器、喷嘴和冷起动喷嘴等部件汽油滤清器、喷嘴和冷起动喷嘴等部件 32 进气系统包括空气滤清器、进气歧管、节气门等部件进气系统包括空气滤清器、进气歧管、节气门等部件组成。组成。 节气门由加速踏板操纵。节气门由加速踏板操纵。33 控制系统主要由控制器及各种传感器组成。其作用是控制系统主要由控制器及各种传感器组成。其作用是根据反映发动机工况的各种信息，确定喷嘴针阀的开启根据反映发动机工况的各种信息，确定喷嘴针阀的开启时间，以确保供给发动机的最佳可燃混合气。时间，以确保供给发动机的最佳可燃混合气。 空气流量传感器是燃油喷射系统的关键部件。空气流量传感器是燃

27、油喷射系统的关键部件。 控制器是电子控制汽油喷射系统的心脏，它实际上就控制器是电子控制汽油喷射系统的心脏，它实际上就是一个微型计算机。它通过各种传感器将发动机各工况是一个微型计算机。它通过各种传感器将发动机各工况的信息收集起来，经过处理，最后送出一个脉冲信号，的信息收集起来，经过处理，最后送出一个脉冲信号，去操纵电磁喷嘴针阀的开启时刻和延续时间长短。去操纵电磁喷嘴针阀的开启时刻和延续时间长短。 34 1 1）冷车起动时混合气的加浓及热车时混合气的调节）冷车起动时混合气的加浓及热车时混合气的调节 2 2）加速时混合气的加浓装置）加速时混合气的加浓装置 在电子控制汽油喷射系统中，则通过节流阀开关，

28、供给在电子控制汽油喷射系统中，则通过节流阀开关，供给发动机加速时的汽油需要量。同时，节流阀开关还具有在发动机加速时的汽油需要量。同时，节流阀开关还具有在发动机全负荷时增加混合气浓度的功能。发动机全负荷时增加混合气浓度的功能。 35 3 3）进气温度修正）进气温度修正 4 4）附加空气阀）附加空气阀 发动机怠速时，节气门接近全闭，怠速运转所需的空气发动机怠速时，节气门接近全闭，怠速运转所需的空气量，经过节气门侧面的旁通道进入进气歧管，其进气量由量，经过节气门侧面的旁通道进入进气歧管，其进气量由怠速调节螺钉控制。为了保证发动机低温怠速期间运转平怠速调节螺钉控制。为了保证发动机低温怠速期间运转平稳，

29、所需增加的空气量，可通过辅助进气管进入气缸，其稳，所需增加的空气量，可通过辅助进气管进入气缸，其进气量由附加空气阀控制。进气量由附加空气阀控制。36 传统的汽油机燃烧方式为电火花点火燃烧。传统的汽油机燃烧方式为电火花点火燃烧。 随着汽油机全面节油及限制排放的要求的逐渐提高，迫随着汽油机全面节油及限制排放的要求的逐渐提高，迫切需要设计新型燃烧系统及改善混合气形成的质量。切需要设计新型燃烧系统及改善混合气形成的质量。 目前越来越多地出现了汽油喷射、分层燃烧等新型燃烧目前越来越多地出现了汽油喷射、分层燃烧等新型燃烧系统。系统。 37 火花塞跳火点燃可燃混合气，形成火焰中心，火焰按一火花塞跳火点燃可燃

30、混合气，形成火焰中心，火焰按一定速度连续地传播到整个燃烧室的空间。在此期间，火焰定速度连续地传播到整个燃烧室的空间。在此期间，火焰传播速度及火焰前锋的形状均没有急剧变化，这种状况称传播速度及火焰前锋的形状均没有急剧变化，这种状况称为正常燃烧。为正常燃烧。38 着火落后期的长短与燃料本身的分子结构和物理化学性着火落后期的长短与燃料本身的分子结构和物理化学性质、过量空气系数、开始点火时气缸内温度和压力、残余质、过量空气系数、开始点火时气缸内温度和压力、残余废气量、气缸内混合气的运动、火花能量大小等因素有关。废气量、气缸内混合气的运动、火花能量大小等因素有关。 从火花塞跳火开始从火花塞跳火开始到形成

31、火焰中心为止到形成火焰中心为止这段时间，称为着火这段时间，称为着火落后期。落后期。 从火花塞跳火开始从火花塞跳火开始到上止点的曲轴转角到上止点的曲轴转角称为点火提前角。称为点火提前角。39 从火焰中心形成到气缸内出现从火焰中心形成到气缸内出现最高压力为止，这段时间称为明最高压力为止，这段时间称为明显燃烧期。显燃烧期。 当火焰中心当火焰中心形成后，火焰前形成后，火焰前锋以锋以 20m/s30m/s 的速度从的速度从火焰中心开始逐火焰中心开始逐层向四周的未燃层向四周的未燃混合气传播，直混合气传播，直到连续不断地扫到连续不断地扫过整个燃烧室。过整个燃烧室。40 最高压力点出现的时刻对发动机功率、燃油

32、消耗有很最高压力点出现的时刻对发动机功率、燃油消耗有很大影响。过早，使压缩功增加，热效率下降；过迟，燃大影响。过早，使压缩功增加，热效率下降；过迟，燃烧产物的膨胀比减小，燃烧在较大容积下进行，散热损烧产物的膨胀比减小，燃烧在较大容积下进行，散热损失增加，热效率也下降。失增加，热效率也下降。 实践证明，最高压力出现在上止点后曲轴转角时，示实践证明，最高压力出现在上止点后曲轴转角时，示功图面积最大，循环功最多。此时对应的点火提前角为功图面积最大，循环功最多。此时对应的点火提前角为最佳点火提前角。因而，可以通过调整点火提前角，使最佳点火提前角。因而，可以通过调整点火提前角，使最高燃烧压力出现在适宜的

33、位置。最高燃烧压力出现在适宜的位置。 常用压力升高率常用压力升高率表示汽油机工作粗暴的程度：表示汽油机工作粗暴的程度：)/(/0CAkPapp 41 从最高压力点开始到燃料基本燃烧完为止称为补燃期。从最高压力点开始到燃料基本燃烧完为止称为补燃期。 由于活塞下行，压力降低，散热面积增大，使补燃期内由于活塞下行，压力降低，散热面积增大，使补燃期内燃烧放出的热量不能有效地转变为功。同时排气温度增加，燃烧放出的热量不能有效地转变为功。同时排气温度增加，热效率下降，影响发动机动力性和经济性。因此，应尽量热效率下降，影响发动机动力性和经济性。因此，应尽量减少补燃。减少补燃。 42 为了充分地利用燃料热能，

34、就应该尽量缩短燃烧过程中为了充分地利用燃料热能，就应该尽量缩短燃烧过程中的补燃期，使绝大多数的可燃混合气在上止点附近完全而的补燃期，使绝大多数的可燃混合气在上止点附近完全而及时地燃烧。为了达到这个目的，有必要将点火时刻提前及时地燃烧。为了达到这个目的，有必要将点火时刻提前到上止点之前进行，这就是点火提前角。到上止点之前进行，这就是点火提前角。 点火提前角的数值随汽油机的使用情况而不同，它与燃点火提前角的数值随汽油机的使用情况而不同，它与燃料的性质、汽油机转速、可燃混合气的成分及汽油机的负料的性质、汽油机转速、可燃混合气的成分及汽油机的负荷有关。荷有关。43 汽油机的不规则燃烧是指在稳定正常运转

35、情况下，各汽油机的不规则燃烧是指在稳定正常运转情况下，各循环之间的燃烧差异和各缸之间的燃烧差异。循环之间的燃烧差异和各缸之间的燃烧差异。 在发动机设计中，应尽量保证不同工况时，每缸的不在发动机设计中，应尽量保证不同工况时，每缸的不同循环之间的波动及不同缸之间的燃烧差异最小，从而同循环之间的波动及不同缸之间的燃烧差异最小，从而保证发动机处于最佳工作状况。保证发动机处于最佳工作状况。 但是，影响发动机工作的因素很多。对于各缸和各循但是，影响发动机工作的因素很多。对于各缸和各循环而言，混合气温度存在差异，点火提前角和化油器的环而言，混合气温度存在差异，点火提前角和化油器的调节不可能都处在最佳值，这就

36、影响各缸和各循环初始调节不可能都处在最佳值，这就影响各缸和各循环初始火焰形成时刻的稳定性，导致各缸和各循环最大燃烧压火焰形成时刻的稳定性，导致各缸和各循环最大燃烧压力和平均指示压力的变化。力和平均指示压力的变化。44 汽油机各循环间的燃烧差异主要是燃烧的不稳定性，汽油机各循环间的燃烧差异主要是燃烧的不稳定性，表现为循环的压力波动。表现为循环的压力波动。 这种波动幅度越大，燃烧越不稳定，最高燃烧压力对这种波动幅度越大，燃烧越不稳定，最高燃烧压力对曲轴转角的分布离散性越大。曲轴转角的分布离散性越大。 影响循环变动的因素较多。如混合气浓度、发动机负影响循环变动的因素较多。如混合气浓度、发动机负荷、发

37、动机转速、点火时刻、燃烧室的形状、火花塞位荷、发动机转速、点火时刻、燃烧室的形状、火花塞位置、压缩比、配气定时等。置、压缩比、配气定时等。45 各缸间燃烧差异主要是由各缸间燃烧差异主要是由于燃料分配不均使空燃比不于燃料分配不均使空燃比不一致所造成的。一致所造成的。 进气量、进气速度、气流进气量、进气速度、气流扰动强度、燃烧室形状、压扰动强度、燃烧室形状、压缩比、火花塞位置对各缸间缩比、火花塞位置对各缸间的燃烧差异也有影响。的燃烧差异也有影响。 46 汽油机的不正常燃烧主要是爆燃和热面点火（表面点汽油机的不正常燃烧主要是爆燃和热面点火（表面点火）。火）。 汽油机不正常燃烧时，热效率及功率均要下降

38、。同时，汽油机不正常燃烧时，热效率及功率均要下降。同时，由于不正常燃烧使零件磨损加剧、使用寿命下降、发动由于不正常燃烧使零件磨损加剧、使用寿命下降、发动机振动及噪声增大、排放污染严重、发动机过热。机振动及噪声增大、排放污染严重、发动机过热。47 汽油机燃烧过程中，火焰前锋以正常的传播速度向前推汽油机燃烧过程中，火焰前锋以正常的传播速度向前推进，使得火焰前方未燃的混合气（末端混合气）受到已燃进，使得火焰前方未燃的混合气（末端混合气）受到已燃混合气强烈的压缩和热幅射作用，加速其先期反应，并放混合气强烈的压缩和热幅射作用，加速其先期反应，并放出部分热量，使本身的温度急剧升高。出部分热量，使本身的温度

39、急剧升高。 如果火焰前锋及时到达将其引燃，直到燃烧完为止，属如果火焰前锋及时到达将其引燃，直到燃烧完为止，属正常燃烧。正常燃烧。 如果火焰前锋未到达前，末端混合气温度达到了自燃温如果火焰前锋未到达前，末端混合气温度达到了自燃温度，形成新的火焰中心，产生新的火焰快速传播，这种现度，形成新的火焰中心，产生新的火焰快速传播，这种现象称为爆燃。象称为爆燃。48 1 1）燃料因素：辛烷值高的燃料，抗爆燃能力强，故压）燃料因素：辛烷值高的燃料，抗爆燃能力强，故压缩比高的汽油机都要求使用高标号汽油。缩比高的汽油机都要求使用高标号汽油。 2 2）结构因素：汽缸直径、燃烧室形状、火花塞位置等）结构因素：汽缸直径

40、、燃烧室形状、火花塞位置等结构因素都对爆燃的产生有较大的影响。结构因素都对爆燃的产生有较大的影响。 3 3）使用因素：汽油机转速、负荷、混合气浓度及点火）使用因素：汽油机转速、负荷、混合气浓度及点火提前角等都是爆燃产生的影响因素。提前角等都是爆燃产生的影响因素。49501 1）机件过载）机件过载 强烈爆燃时的冲击波能使缸壁、缸盖、活塞、连杆、强烈爆燃时的冲击波能使缸壁、缸盖、活塞、连杆、曲轴等机件的机械负荷增加，使机件变形甚至损坏。曲轴等机件的机械负荷增加，使机件变形甚至损坏。2 2）机件烧损）机件烧损 强烈爆燃时的冲击波会破坏壁面上形成的气体的附面强烈爆燃时的冲击波会破坏壁面上形成的气体的附

41、面层这一附面层，使机件直接与高温燃气接触。这样会使层这一附面层，使机件直接与高温燃气接触。这样会使活塞头部和气门等机件烧损。同时热量传给冷却水引起活塞头部和气门等机件烧损。同时热量传给冷却水引起发动机过热。发动机过热。 513 3）性能指标下降）性能指标下降 严重爆燃时的局部高温及强烈的压力冲击波，破坏了严重爆燃时的局部高温及强烈的压力冲击波，破坏了附面层，气体向缸壁的传热量大大增加，使热效率下降，附面层，气体向缸壁的传热量大大增加，使热效率下降，功率降低，耗油率增加。功率降低，耗油率增加。 爆燃限制了压缩比的提高，进而限制了热效率的提高。爆燃限制了压缩比的提高，进而限制了热效率的提高。52

42、1 1）使用抗爆性高的燃料；）使用抗爆性高的燃料； 2 2）降低末端混合气的温度和压力；）降低末端混合气的温度和压力； 3 3）缩短火焰前锋传播到末端混合气的时间；）缩短火焰前锋传播到末端混合气的时间； 4 4）使用中，负荷减小或转速提高时有利于减少爆燃倾）使用中，负荷减小或转速提高时有利于减少爆燃倾向；向； 5 5）点火提前角过大，在活塞到达上止点时，汽缸中的）点火提前角过大，在活塞到达上止点时，汽缸中的压力与温度都上升得较高了，这种条件容易引起爆燃。压力与温度都上升得较高了，这种条件容易引起爆燃。 531 1、热面点火现象、热面点火现象 在汽油机中，凡是不靠电火花点火而由燃烧室炽热表在汽油

43、机中，凡是不靠电火花点火而由燃烧室炽热表面（如过热的火花塞绝缘体和电极、排气门、炽热的积面（如过热的火花塞绝缘体和电极、排气门、炽热的积炭等）点燃混合气而引起的不正常燃烧现象，称为热面炭等）点燃混合气而引起的不正常燃烧现象，称为热面点火。点火。 根据被炽热表面点火的火焰是否始终以正常速度进行根据被炽热表面点火的火焰是否始终以正常速度进行传播，热面点火可分为非爆燃性热面点火和爆燃性热面传播，热面点火可分为非爆燃性热面点火和爆燃性热面点火。点火。541 1）非爆燃性热面点火）非爆燃性热面点火 如果热面点火发生在如果热面点火发生在正常点火时刻之前称正常点火时刻之前称为早火，发生在正常为早火，发生在正

44、常点火时刻之后称为后点火时刻之后称为后火。火。55（1 1）后火）后火 火花塞跳火点燃混合气后，在火花塞跳火点燃混合气后，在火焰传播过程中，由于炽热表面火焰传播过程中，由于炽热表面使火焰前锋未扫过区域的混合气使火焰前锋未扫过区域的混合气被点燃，但形成的火焰前锋仍以被点燃，但形成的火焰前锋仍以正常的火焰传播速度向未燃气体正常的火焰传播速度向未燃气体推进，称为后火。推进，称为后火。 （2 2）早火（早燃）早火（早燃） 高温炽热表面在火花塞跳火前点燃混合气的现象称为早高温炽热表面在火花塞跳火前点燃混合气的现象称为早火。火。56 激爆是一种热面点火现象，它是由燃烧室沉积物引起激爆是一种热面点火现象，它

45、是由燃烧室沉积物引起的爆燃性热面点火，是一种危害最大的热面点火现象。的爆燃性热面点火，是一种危害最大的热面点火现象。 发动机低速低负荷（水平路上，汽车行驶速度低于发动机低速低负荷（水平路上，汽车行驶速度低于 20km/h20km/h）运转时，燃烧室表面极易形成导热性很差的沉）运转时，燃烧室表面极易形成导热性很差的沉积物。积物。 此外，沉积物颗粒被高温火焰包围，使其急剧氧化而此外，沉积物颗粒被高温火焰包围，使其急剧氧化而白炽化，将混合气点燃。在发动机加速时，气流吹起已白炽化，将混合气点燃。在发动机加速时，气流吹起已着火的碳粒，使混合气产生多火点燃的着火现象，致使着火的碳粒，使混合气产生多火点燃的

46、着火现象，致使混合气剧烈燃烧，压力升高率和最高燃烧压力急剧增加。混合气剧烈燃烧，压力升高率和最高燃烧压力急剧增加。57 凡是能降低燃烧室温度和压力升高率，减小积炭等炽凡是能降低燃烧室温度和压力升高率，减小积炭等炽热点形成的因素都有助于防止热面点火。热点形成的因素都有助于防止热面点火。 （1 1）选用低沸点的汽油（高沸点馏分尤其是重芳香烃）选用低沸点的汽油（高沸点馏分尤其是重芳香烃含量要少）和成焦性小的润滑油（高分子量、低挥发性含量要少）和成焦性小的润滑油（高分子量、低挥发性的成分要少）。的成分要少）。 （2 2）降低压缩比。）降低压缩比。 （3 3）避免长时间低负荷运行和汽车频繁加减速行驶。）

47、避免长时间低负荷运行和汽车频繁加减速行驶。 （4 4）在燃料中加入抑制热面点火的添加剂，如添加磷）在燃料中加入抑制热面点火的添加剂，如添加磷化物可改变沉积物的物理化学性质，降低其着火能力。化物可改变沉积物的物理化学性质，降低其着火能力。58 爆燃和热面点火均属不正爆燃和热面点火均属不正常燃烧现象，但两者是完全常燃烧现象，但两者是完全不同的不正常燃烧现象。不同的不正常燃烧现象。 爆燃是火花塞跳火后末端爆燃是火花塞跳火后末端混合气的自然现象；混合气的自然现象； 热面点火是火花塞跳火以热面点火是火花塞跳火以前或跳火以后由炽热表面或前或跳火以后由炽热表面或沉积物点燃混合气所致。沉积物点燃混合气所致。

48、爆燃时火焰以冲击波的速度传播，有尖锐的敲击声；热爆燃时火焰以冲击波的速度传播，有尖锐的敲击声；热面点火时火焰传播速度正常，敲缸声比较沉闷。面点火时火焰传播速度正常，敲缸声比较沉闷。59 爆燃和热面点火之间又存在某种内在联系，严重爆燃和热面点火之间又存在某种内在联系，严重的爆燃增加向缸壁的传热，促使燃烧室内炽热点的的爆燃增加向缸壁的传热，促使燃烧室内炽热点的形成，导致热面点火。形成，导致热面点火。 而早燃促使压力升高率和最高燃烧压力增大，使而早燃促使压力升高率和最高燃烧压力增大，使末端混合气受已燃混合气的热幅射，又促使爆燃的末端混合气受已燃混合气的热幅射，又促使爆燃的发生。发生。60 影响汽油机

49、燃烧过程的因素主要有：汽油的使用性影响汽油机燃烧过程的因素主要有：汽油的使用性能、混合气成分、点火提前角、发动机转速、发动机负能、混合气成分、点火提前角、发动机转速、发动机负荷、冷却水温度、燃烧室积炭、压缩比、气缸直径、气荷、冷却水温度、燃烧室积炭、压缩比、气缸直径、气缸盖和活塞材料等。缸盖和活塞材料等。61 汽油的蒸发性与抗爆性是影响汽油机燃烧过程的主要汽油的蒸发性与抗爆性是影响汽油机燃烧过程的主要因素。因素。1 1、汽油的蒸发性、汽油的蒸发性 液态汽油汽化的难易程度称为汽油的蒸发性。液态汽油汽化的难易程度称为汽油的蒸发性。 在汽油机中，汽油必须蒸发成蒸气，与一定量的空气在汽油机中，汽油必须

50、蒸发成蒸气，与一定量的空气混合成可燃混合气才能着火燃烧。混合成可燃混合气才能着火燃烧。 在现代车用汽油机中，形成可燃混合气的时间是极其在现代车用汽油机中，形成可燃混合气的时间是极其短暂的，大约在短暂的，大约在1 1l00l00秒左右，因此汽油蒸发性的好坏秒左右，因此汽油蒸发性的好坏就是极其重要的了。就是极其重要的了。 62 汽油是多种化学成分的混合物，它没有一个恒定的沸点，汽油是多种化学成分的混合物，它没有一个恒定的沸点，它的沸腾温度是一个温度范围，这个温度范围称为汽油的它的沸腾温度是一个温度范围，这个温度范围称为汽油的馏程。馏程。 汽油的馏程用三个温度值来表示：汽油的馏程用三个温度值来表示：

51、1010馏出温度、馏出温度、5050馏出温度和馏出温度和9090馏出温度。馏出温度。63汽油的各种馏出温度对内燃机的影响：汽油的各种馏出温度对内燃机的影响： 1010馏出温度主要影响内燃机的冷起动性能。此温度越馏出温度主要影响内燃机的冷起动性能。此温度越低，内燃机越容易起动。低，内燃机越容易起动。 5050馏出温度主要影响内燃机的加速性能和暖机时间。馏出温度主要影响内燃机的加速性能和暖机时间。此温度越低，暖机时间越短，使低速运转较稳定，不致因此温度越低，暖机时间越短，使低速运转较稳定，不致因温度不高而导致熄火。此温度值低，使内燃机起动后能较温度不高而导致熄火。此温度值低，使内燃机起动后能较快地

52、进入工作状态。快地进入工作状态。 9090馏出温度主要影响内燃机的耗油率。此温度值越馏出温度主要影响内燃机的耗油率。此温度值越高，则汽油中蒸发不完全的成分增多，这部分未蒸发的成高，则汽油中蒸发不完全的成分增多，这部分未蒸发的成分不能参加燃烧，使燃油消耗率上升，内燃机的经济性变分不能参加燃烧，使燃油消耗率上升，内燃机的经济性变坏。坏。64 另外，汽油中未蒸发的成分附着在汽缸和进气管壁上，另外，汽油中未蒸发的成分附着在汽缸和进气管壁上，甚至流入曲轴箱，稀释了油底壳内的机油，而且也破坏甚至流入曲轴箱，稀释了油底壳内的机油，而且也破坏了汽缸壁上的机油油膜，使润滑条件变坏。了汽缸壁上的机油油膜，使润滑条

53、件变坏。 但是从另一方面来看，汽油馏出温度过低，在油管内但是从另一方面来看，汽油馏出温度过低，在油管内由于大量蒸发的汽油蒸气堵塞而形成由于大量蒸发的汽油蒸气堵塞而形成“气阻气阻”，这对内，这对内燃机的工作也是极其不利的。燃机的工作也是极其不利的。 但蒸发性也不能太强，因为蒸发性过强的汽油在炎热但蒸发性也不能太强，因为蒸发性过强的汽油在炎热夏季、高原山区使用时，易形成供油系夏季、高原山区使用时，易形成供油系“气阻气阻”，甚至，甚至发生供油中断现象。发生供油中断现象。65 汽油的抗爆性是指汽油在发动机气缸内燃烧时抵抗爆汽油的抗爆性是指汽油在发动机气缸内燃烧时抵抗爆燃的能力，用辛烷值评定。燃的能力，

54、用辛烷值评定。 把异辛烷（抗爆性最好，规定辛烷值为把异辛烷（抗爆性最好，规定辛烷值为100100）与正庚烷）与正庚烷（抗爆性最差，规定辛烷值为（抗爆性最差，规定辛烷值为0 0），按不同容积比混合，），按不同容积比混合，可获得各种不同抗爆性的标准燃料。可获得各种不同抗爆性的标准燃料。 汽油的辛烷值越高，其抗爆性越好。汽油的辛烷值越高，其抗爆性越好。 选择汽油辛烷值的依据是汽油机的压缩比，压缩比高选择汽油辛烷值的依据是汽油机的压缩比，压缩比高的汽油机，应选用辛烷值高的汽油，否则发动机容易发的汽油机，应选用辛烷值高的汽油，否则发动机容易发生爆燃。生爆燃。66 汽油的胶质用每汽油的胶质用每100mL1

55、00mL汽油中含有的胶质的毫克量来汽油中含有的胶质的毫克量来表示。表示。 汽油在使用和贮存过程中，由于氧化而生成胶质，此汽油在使用和贮存过程中，由于氧化而生成胶质，此胶质沉积在进油管及贮存容器的内壁上，影响汽油流通，胶质沉积在进油管及贮存容器的内壁上，影响汽油流通，若胶质沉积太多，有可能中断燃料的供应；若胶质进入若胶质沉积太多，有可能中断燃料的供应；若胶质进入燃烧室，黏结于气门或火花塞上，就会破坏气门的密封燃烧室，黏结于气门或火花塞上，就会破坏气门的密封和火花塞的跳火。和火花塞的跳火。 为了减少胶质的生成，汽油在使用和贮存过程中应尽为了减少胶质的生成，汽油在使用和贮存过程中应尽量避免光和热的影

56、响，并按规定使用期限使用。量避免光和热的影响，并按规定使用期限使用。67 改变化油器主量孔的大小或改变通过断面可以改变混改变化油器主量孔的大小或改变通过断面可以改变混合气成分。若使用不当也很容易造成混合气成分改变。合气成分。若使用不当也很容易造成混合气成分改变。 混合气成分改变时发动机的动力性、燃油经济性及爆混合气成分改变时发动机的动力性、燃油经济性及爆燃倾向有很大影响。燃倾向有很大影响。 燃料能否及时燃烧，取决于火焰传播速度。影响火焰燃料能否及时燃烧，取决于火焰传播速度。影响火焰传播速度的主要因素是混合气成分。传播速度的主要因素是混合气成分。68 当过量空气系数当过量空气系数 atat=0.

57、85=0.850.950.95时，火焰传播速度时，火焰传播速度最大，此时燃烧速度最快，可在短时间内使气缸压力和最大，此时燃烧速度最快，可在短时间内使气缸压力和温度达到最大值，散热损失小，作功最多。这种混合气温度达到最大值，散热损失小，作功最多。这种混合气为为。 69 当过量空气系数当过量空气系数 atat0.85 1.151.15时，称为过稀混合气。此时火焰传播速度降低时，称为过稀混合气。此时火焰传播速度降低很多，燃烧缓慢，使燃烧过程进行到排气行程终了，补然增很多，燃烧缓慢，使燃烧过程进行到排气行程终了，补然增多，使发动机功率下降，油耗增多。多，使发动机功率下降，油耗增多。 由于燃烧过程的时间

58、延长，在排气行程终了进气门已开启，由于燃烧过程的时间延长，在排气行程终了进气门已开启，含氧过剩的高温废气可以点燃进气管内新气，造成化油器回含氧过剩的高温废气可以点燃进气管内新气，造成化油器回火。火。 当当atat=1.3=1.31.41.4时，由于燃料热值过低，混合气不能传播，时，由于燃料热值过低，混合气不能传播，造成缺火或停车现象。此混合气浓度为火焰传播的下限。造成缺火或停车现象。此混合气浓度为火焰传播的下限。 72 点火提前角过大（点火过早），使经过着火落后期后，点火提前角过大（点火过早），使经过着火落后期后，最高燃烧压力出现在压缩行程的上止点以前，最高压力及最高燃烧压力出现在压缩行程的上

59、止点以前，最高压力及压力升高率过大，活塞上行消耗的压缩功增加，发动机容压力升高率过大，活塞上行消耗的压缩功增加，发动机容易过热，有效功率下降，工作粗暴程度增加。同时由于混易过热，有效功率下降，工作粗暴程度增加。同时由于混合气的压力、温度过高，爆燃倾向增加。合气的压力、温度过高，爆燃倾向增加。 73 点火提前角过小（点火过迟）。经过着火落后期后，燃点火提前角过小（点火过迟）。经过着火落后期后，燃烧开始时活塞已向下止点移动相当距离，使混合气的燃烧烧开始时活塞已向下止点移动相当距离，使混合气的燃烧在较大容积下进行，炽热的燃气与缸壁接触面积大，散热在较大容积下进行，炽热的燃气与缸壁接触面积大，散热损失

60、增多，最高压力降低，且膨胀不充分，使排气温度过损失增多，最高压力降低，且膨胀不充分，使排气温度过高，发动机过热，功率下降，耗油量增多。高，发动机过热，功率下降，耗油量增多。74 点火提前角比较适当时，压力升高率不是过高，最高压点火提前角比较适当时，压力升高率不是过高，最高压力出现在上止点后合适的角度内。从图的比较也可以看出，力出现在上止点后合适的角度内。从图的比较也可以看出，示功图示功图1 1比示功图比示功图3 3多作了一部分压缩功又减少了一部分膨多作了一部分压缩功又减少了一部分膨胀功。示功图胀功。示功图2 2的膨胀线虽然比示功图的膨胀线虽然比示功图3 3的高些，但最高的高些，但最高压力点低，