第四章-汽油机混合气形成与燃烧(1)

1、汽车发动机原理汽车发动机原理同学们好汽车发动机原理汽车发动机原理第四章 汽油机混合气形成与燃烧 第四章 汽油机混合气形成与燃烧 概述4. 1 概述 发动机的燃烧过程是将燃料的化学能转变为热能燃烧过程是将燃料的化学能转变为热能的过程的过程。 燃烧过程的基本要求是： （1）燃烧完全。充分利用燃油的化学能；尽量减少有害污染物排放。 （2）时机恰当。在上止点后的10 20CA 达到最大燃烧压力。 （3）稳定正常。保证发动机稳定、可靠地工作。 多数汽油机的燃烧过程为：利用喷嘴或化油器，在进气管内使空气和燃油混合，再进入气缸，到压缩行程接近终了时，以电火花点燃并燃烧。 第四章 汽油机混合气形成与燃烧 概述

2、4. 1 概述 汽油机的燃烧分为正常与不正常燃烧两种汽油机的燃烧分为正常与不正常燃烧两种 当汽油机的燃烧不能按正常燃烧的要求，燃烧不稳定、最高燃烧压力出现过早，则出现不正常燃烧。汽油机的不正常燃烧主要是爆震和表面点火。第四章 汽油机混合气形成与燃烧 汽油机的燃烧过程4. 2 汽油机的燃烧过程汽油机的燃烧过程4.2.1正常燃烧过程正常燃烧过程 以展开示功图研究燃烧过程。压缩线压缩线无燃烧无燃烧膨胀线膨胀线火花塞点火火花塞点火着火着火最高压力最高压力压缩线压缩线无燃烧无燃烧膨胀线膨胀线火花塞点火火花塞点火着火着火最高压力最高压力着火延迟期着火延迟期明显燃烧期明显燃烧期后燃期后燃期点火提前角点火提前

3、角第四章 汽油机混合气形成与燃烧 汽油机的燃烧过程4. 2 汽油机的燃烧过程汽油机的燃烧过程4.2.1正常燃烧过程正常燃烧过程 以展开示功图研究燃烧过程。 展开示功图的气缸压力线上，在1点，火花塞跳火，经过短暂的着火延迟，到2点出现火焰中心和明显燃烧，随之，在3点出现最高燃烧压力。 燃烧过程分为三个阶段： 着火延迟期着火延迟期 即阶段。阶段。 明显燃烧期明显燃烧期 即阶段。阶段。 后燃期后燃期 即阶段。阶段。第四章 汽油机混合气形成与燃烧 汽油机的燃烧过程4. 2 汽油机的燃烧过程汽油机的燃烧过程4.2.1正常燃烧过程正常燃烧过程着火延迟期着火延迟期明显燃烧期明显燃烧期后燃期后燃期第四章 汽油

4、机混合气形成与燃烧 汽油机的燃烧过程4. 2 汽油机的燃烧过程汽油机的燃烧过程4.2.1正常燃烧过程正常燃烧过程1正常燃烧过程的评价正常燃烧过程的评价 A、特点： 火花放电的电压高，局部温度可达3000 K，混合气氧化反应速度逐渐加快；缸内压力无明显升高。 B、评价指标 着火延迟期长度着火延迟期长度Dj12 = j2 -j1着火延迟期着火延迟期（1 1）着火延迟期）着火延迟期第四章 汽油机混合气形成与燃烧 汽油机的燃烧过程4. 2 汽油机的燃烧过程汽油机的燃烧过程4.2.1正常燃烧过程正常燃烧过程1正常燃烧过程的评价正常燃烧过程的评价着火延迟期着火延迟期（1 1）着火延迟期）着火延迟期 混合气

5、成分混合气成分 混合气过量空气系数a 为0.8 0.9时，着火延迟期最短。 点火时的缸内气体状态点火时的缸内气体状态 气体温度和压力越高，着火延迟期越短。 C、影响因素：影响因素：第四章 汽油机混合气形成与燃烧 汽油机的燃烧过程4. 2 汽油机的燃烧过程汽油机的燃烧过程4.2.1正常燃烧过程正常燃烧过程1正常燃烧过程的评价正常燃烧过程的评价着火延迟期着火延迟期（1 1）着火延迟期）着火延迟期C、影响因素：影响因素： 缸内气体流动缸内气体流动 紊流运动强，加快混合气氧化速度，着火延迟期缩短。 火花能量火花能量 火花能量大，着火延迟期缩短。第四章 汽油机混合气形成与燃烧 汽油机的燃烧过程4. 2

6、汽油机的燃烧过程汽油机的燃烧过程4.2.1正常燃烧过程正常燃烧过程1正常燃烧过程的评价正常燃烧过程的评价着火延迟期着火延迟期（1 1）着火延迟期）着火延迟期C、影响因素：影响因素： 残余废气量残余废气量 残余废气多，着火延迟期变长。 第四章 汽油机混合气形成与燃烧 汽油机的燃烧过程4. 2 汽油机的燃烧过程汽油机的燃烧过程4.2.1正常燃烧过程正常燃烧过程1正常燃烧过程的评价正常燃烧过程的评价（1 1）着火延迟期）着火延迟期点火提前角点火提前角 为克服着火延迟期，点火需要提前。 从火花塞跳火到上止点间的曲轴转角称为点火提前角点火提前角，表示点火时刻。第四章 汽油机混合气形成与燃烧 汽油机的燃烧

7、过程4. 2 汽油机的燃烧过程汽油机的燃烧过程4.2.1正常燃烧过程正常燃烧过程1正常燃烧过程的评价正常燃烧过程的评价（2 2）明显燃烧期）明显燃烧期明显燃烧期明显燃烧期 A、特点： 燃烧速度快，缸内压力急剧升高。 B、评价指标 最高燃烧压力最高燃烧压力（最高爆发压力）pZ 以及出现时刻出现时刻j j3 3 。 希望j3在上止点后15曲轴转角之内。第四章 汽油机混合气形成与燃烧 汽油机的燃烧过程4. 2 汽油机的燃烧过程汽油机的燃烧过程4.2.1正常燃烧过程正常燃烧过程1正常燃烧过程的评价正常燃烧过程的评价（2 2）明显燃烧期）明显燃烧期明显燃烧期明显燃烧期 平均压力升高率平均压力升高率 表示

8、压力变化升高的急剧程度。232jjjDDpppz第四章 汽油机混合气形成与燃烧 汽油机的燃烧过程4. 2 汽油机的燃烧过程汽油机的燃烧过程4.2.1正常燃烧过程正常燃烧过程1正常燃烧过程的评价正常燃烧过程的评价（2 2）明显燃烧期）明显燃烧期明显燃烧期明显燃烧期 C、燃烧过程 燃烧过程为火焰传播。在均质混合气中，当火焰中心形成之后，火焰向四周传播，形成一个近似球面的火焰层，即火焰前锋火焰前锋，从火焰中心开始层层向四周未燃混合气传播，直到连续不断的火焰前锋扫过整个燃烧室。第四章 汽油机混合气形成与燃烧 汽油机的燃烧过程4. 2 汽油机的燃烧过程汽油机的燃烧过程4.2.1正常燃烧过程正常燃烧过程1

9、正常燃烧过程的评价正常燃烧过程的评价（2 2）明显燃烧期）明显燃烧期 火焰前锋的位置随着燃烧的进行而变化。第四章 汽油机混合气形成与燃烧 汽油机的燃烧过程4. 2 汽油机的燃烧过程汽油机的燃烧过程4.2.1正常燃烧过程正常燃烧过程1正常燃烧过程的评价正常燃烧过程的评价（2 2）明显燃烧期）明显燃烧期 火 焰 传 播火 焰 传 播速度速度：火焰前锋相对于未燃混合气向前推进的速度。 汽 油 机 火焰传播速度可达50 80m/s。第四章 汽油机混合气形成与燃烧 汽油机的燃烧过程4. 2 汽油机的燃烧过程汽油机的燃烧过程4.2.1正常燃烧过程正常燃烧过程1正常燃烧过程的评价正常燃烧过程的评价（3 3）

10、后燃期）后燃期后燃期后燃期 特点： 燃烧速度慢，燃烧放热因活塞下行不能利用，反而使排气温度升高。 后燃虽不能绝对消除，但通过完善燃烧过程，可尽量减少。第四章 汽油机混合气形成与燃烧 汽油机的燃烧过程4. 2 汽油机的燃烧过程汽油机的燃烧过程4.2.1正常燃烧过程正常燃烧过程 2正常燃烧过程的定义正常燃烧过程的定义 唯一地由火花定时点火开始，火焰前锋以正常速度传播到整个燃烧室。 3汽油机的不规则燃烧汽油机的不规则燃烧 汽油机的不规则燃烧是指在稳定正常运转时，汽油机存在同一气缸各循环之间的燃烧差异和各缸之间的燃烧差异。第四章 汽油机混合气形成与燃烧 汽油机的燃烧过程4. 2 汽油机的燃烧过程汽油机

11、的燃烧过程4.2.1正常燃烧过程正常燃烧过程 4汽油机的不正常燃烧汽油机的不正常燃烧 当汽油机的燃烧不能按正常燃烧的要求，即并非由火花定时点火开始，或者火焰前锋速度过快；或者不是火焰前锋传播到整个燃烧室，则出现不正常燃烧。汽油机的不正常燃烧主要是爆震和表面点火。第四章 汽油机混合气形成与燃烧 汽油机的燃烧过程4. 2 汽油机的燃烧过程汽油机的燃烧过程4.2.2燃烧速度燃烧速度 衡量汽油机燃烧过程完善程度的指标主要是最高燃烧压力 pZ 及其出现时刻j3 、平均压力升高率、排气温度和排放性能(反映燃料完全燃烧程度)等指标。 从发动机的动力性和经济性角度，主要是最高燃烧压力、最高燃烧压力出现时刻和平

12、均压力升高率，这些指标与燃烧速度燃烧速度有关。 燃烧速度是指单位时间燃烧的混合气量，可以表达为TTTAUdtdm第四章 汽油机混合气形成与燃烧 汽油机的燃烧过程4. 2 汽油机的燃烧过程汽油机的燃烧过程4.2.2燃烧速度燃烧速度TTTAUdtdm式中 T 未燃混合气密度； UT 火焰传播速度， AT 火焰前锋面积。 控制燃烧速度就能控制明显燃烧期的长短及其相对控制燃烧速度就能控制明显燃烧期的长短及其相对曲轴转角的位置，即控制最高燃烧压力、最高燃烧压力曲轴转角的位置，即控制最高燃烧压力、最高燃烧压力出现时刻和平均压力升高率。出现时刻和平均压力升高率。第四章 汽油机混合气形成与燃烧 汽油机的燃烧过

13、程4. 2 汽油机的燃烧过程汽油机的燃烧过程4.2.2燃烧速度燃烧速度燃烧速度的影响因素燃烧速度的影响因素火焰传播速度是决定明显燃烧期长短的主要因素。 现代汽油机的UT可高达50 80 m/s。 影响UT的主要因素是：燃烧室中气体的紊流运动、混合气成分和混合气初始温度。1. 火焰传播速度UT第四章 汽油机混合气形成与燃烧 汽油机的燃烧过程4. 2 汽油机的燃烧过程汽油机的燃烧过程4.2.2燃烧速度燃烧速度燃烧速度的影响因素燃烧速度的影响因素1. 火焰传播速度UT（1）紊流运动紊流运动紊流强烈紊流较弱 紊流运动使火焰前锋燃烧区加厚，火焰传播速度加快。（参考第三章）第四章 汽油机混合气形成与燃烧

14、汽油机的燃烧过程4. 2 汽油机的燃烧过程汽油机的燃烧过程4.2.2燃烧速度燃烧速度燃烧速度的影响因素燃烧速度的影响因素1. 火焰传播速度UT a = 0.85 0.95 时，火焰传播速度最大，燃烧速度最快，发动机功率最大，这种混合气称为功率混合气。 a = 1.03 1.1 时，火焰传播速度较大，氧气充足故燃烧完全，发动机经济性最好，这种混合气称为经济混合气。（2）混合气成分混合气成分第四章 汽油机混合气形成与燃烧 汽油机的燃烧过程4. 2 汽油机的燃烧过程汽油机的燃烧过程4.2.2燃烧速度燃烧速度燃烧速度的影响因素燃烧速度的影响因素1. 火焰传播速度UT（2）混合气成分混合气成分 燃烧界限

15、燃烧界限（参考第三章） a 1.3 1.4，混合气过稀，火焰不能传播，为火焰传播下限； a 0.4 0.5，混合气过浓，火焰也不能传播，为火焰传播上限。 汽油机a = 0.6 1.2，即空燃比A / F = 9 18。第四章 汽油机混合气形成与燃烧 汽油机的燃烧过程4. 2 汽油机的燃烧过程汽油机的燃烧过程4.2.2燃烧速度燃烧速度燃烧速度的影响因素燃烧速度的影响因素1. 火焰传播速度UT 混合气初始温度高，火焰传播速度增加。 发动机压缩比大，混合气初始温度高；大气温度高则混合气初始温度也高。 其他引起进气终了温度提高的因素也导致混合气初始温度上升，但会造成充气效率下降。（3）混合气初始温度混

16、合气初始温度第四章 汽油机混合气形成与燃烧 汽油机的燃烧过程4. 2 汽油机的燃烧过程汽油机的燃烧过程4.2.2燃烧速度燃烧速度燃烧速度的影响因素燃烧速度的影响因素 火焰前锋面积与火花塞位置、燃烧室结构及活塞位置有关。利用燃烧室几何形状及其与火花塞位置的配合，可以改变不同时刻火焰前锋扫过的面积，以调整燃烧速度。它直接影响燃烧速度的变化、明显燃烧期相对应的曲轴转角位置以及压力升高率。2. 火焰前锋面积AT第四章 汽油机混合气形成与燃烧 汽油机的燃烧过程4. 2 汽油机的燃烧过程汽油机的燃烧过程4.2.2燃烧速度燃烧速度燃烧速度的影响因素燃烧速度的影响因素2. 火焰前锋面积AT火花塞位置对火焰传播

17、的影响第四章 汽油机混合气形成与燃烧 汽油机的燃烧过程4. 2 汽油机的燃烧过程汽油机的燃烧过程4.2.2燃烧速度燃烧速度燃烧速度的影响因素燃烧速度的影响因素 3. 可燃混合气密度T 增大未燃混合气密度，可以提高燃烧速度。因此增大压缩比、提高进气压力、采用增压技术等，均可加大燃烧速度。第四章 汽油机混合气形成与燃烧 汽油机的燃烧过程4. 2 汽油机的燃烧过程汽油机的燃烧过程4.2.2燃烧速度燃烧速度燃烧速度的影响因素燃烧速度的影响因素3.可燃混合气密度T2. 火焰前锋面积AT1.火焰传播速度UT（1）紊流运动（2）混合气成分（3）混合气初始温度第四章 汽油机混合气形成与燃烧 汽油机的燃烧过程4

18、. 2 汽油机的燃烧过程汽油机的燃烧过程4.2.3汽油机的不规则燃烧汽油机的不规则燃烧1、循环间燃烧变动循环间燃烧变动 同一气缸不同循环之间的燃烧差异称为循环间燃烧变动，是燃烧不稳定性体现，表现为循环的压力波动。 混合气浓度以及混合质量对气缸压力变化情况影响甚大。第四章 汽油机混合气形成与燃烧 汽油机的燃烧过程4. 2 汽油机的燃烧过程汽油机的燃烧过程4.2.3汽油机的不规则燃烧汽油机的不规则燃烧1、循环间燃烧变动循环间燃烧变动 这种循环间的燃烧变动使汽油机空燃比和点火提前角调整对每一循环都不可能处于最佳状态，因而油耗上升，功率下降，不正常燃烧倾向增加，使汽油机性能下降。 产生这种现象的主要原

19、因是：火花塞附近混合气的混合比和气体紊流性质、程度在各循环均有变动，致使火焰中心形成所用的时间不同，即由有效着火时间变动而引起的。第四章 汽油机混合气形成与燃烧 汽油机的燃烧过程4. 2 汽油机的燃烧过程汽油机的燃烧过程4.2.3汽油机的不规则燃烧汽油机的不规则燃烧1、循环间燃烧变动循环间燃烧变动 循环间燃烧变动现象的某些特点 （1）a = 0.8 0.9时循环燃烧变动最小，混合气加浓或减稀变动均增加。 （2）低负荷时变动更为明显。 （3）加强紊流有助于减少变动。 （4）加大点火能量，采用多点点火，情况有所改善。 （5）点火时刻和点火位置对燃烧变动很敏感。 第四章 汽油机混合气形成与燃烧 汽油

20、机的燃烧过程4. 2 汽油机的燃烧过程汽油机的燃烧过程4.2.3汽油机的不规则燃烧汽油机的不规则燃烧 多缸发动机各个气缸之间的燃烧存在差异，称为缸间燃烧差异，是燃烧不均衡性体现，表现为各气缸的工作循环变化。2、缸间燃烧差异缸间燃烧差异第四章 汽油机混合气形成与燃烧 汽油机的燃烧过程4. 2 汽油机的燃烧过程汽油机的燃烧过程4.2.3汽油机的不规则燃烧汽油机的不规则燃烧2、缸间燃烧差异缸间燃烧差异 各缸间燃烧差异主要原因有：由于燃料分配不均，使各缸空燃比不一致；各缸进气量分配不均匀；各缸内空气运动不相同以及燃烧室结构的微小差异等等。第四章 汽油机混合气形成与燃烧 汽油机的燃烧过程4. 2 汽油机

21、的燃烧过程汽油机的燃烧过程4.2.3汽油机的不规则燃烧汽油机的不规则燃烧2、缸间燃烧差异缸间燃烧差异 这些原因各自又包含若干复杂因素。 其中，最主要的影响方面是混合气浓度以及分配。一般地说，所有影响到混合气形成，影响到气缸进气的因素都会发生作用。 这种气缸间的燃烧差异使汽油机各气缸的空燃比和点火提前角调整不可能处于最佳状态，因而整机油耗上升，功率下降，不正常燃烧倾向增加，排放性能变差，整个汽油机性能达不到最佳状态。第四章 汽油机混合气形成与燃烧 汽油机的不正常燃烧4. 3 汽油机的不正常燃烧汽油机的不正常燃烧 A、爆震的外部特征 气缸内发出特别尖锐的金属敲击声，亦称为敲缸。 严重时会产生冷却水

22、过热。 功率下降，油耗上升。 排放污染增加（主要是排气冒黑烟）。1 1、爆震（爆燃）、爆震（爆燃）第四章 汽油机混合气形成与燃烧 汽油机的不正常燃烧4. 3 汽油机的不正常燃烧汽油机的不正常燃烧 B、爆震产生的原因 远端混合气在火焰前锋尚未到达，受已燃气体的高温辐射和压缩作用，未燃混合气的温度达到其自燃温度而着火燃烧（多点燃烧）。 这种燃烧的速度极快，几乎是爆炸。1 1、爆震（爆燃）、爆震（爆燃）第四章 汽油机混合气形成与燃烧 汽油机的不正常燃烧4. 3 汽油机的不正常燃烧汽油机的不正常燃烧 C、爆震与正常燃烧的区别1 1、爆震（爆燃）、爆震（爆燃） 正常燃烧：有明显的单一火焰前锋，逐层向外传

23、播，速度正常，直至燃烧完毕。 爆震：无明显的火焰前锋或多个火焰前锋，几乎无传播过程，燃烧速度极快。第四章 汽油机混合气形成与燃烧 汽油机的不正常燃烧4. 3 汽油机的不正常燃烧汽油机的不正常燃烧 C、爆震与正常燃烧的区别1 1、爆震（爆燃）、爆震（爆燃） 正常燃烧火焰传播速度为50 80 m/s，无压力波，压力升高率在200 400 kPa/(CA)的范围内。 爆震火焰传播速度：轻微爆震的火焰传播速度约为100 300 m/s，强烈爆震时可高达800 1000 m/s。未燃混合气瞬时燃烧完毕，局部压力、温度很高，压力升高率特大，形成强烈的压力冲击波。 冲击波反复撞击燃烧室壁，发出尖锐的敲缸声。

24、第四章 汽油机混合气形成与燃烧 汽油机的不正常燃烧4. 3 汽油机的不正常燃烧汽油机的不正常燃烧 C、爆震与正常燃烧的区别1 1、爆震（爆燃）、爆震（爆燃） 爆震与正常燃烧示功图的差异轻微爆震时，发动机功率上升，油耗下降。第四章 汽油机混合气形成与燃烧 汽油机的不正常燃烧4. 3 汽油机的不正常燃烧汽油机的不正常燃烧D、爆震的危害1 1、爆震（爆燃）、爆震（爆燃） 机件过载机件过载 强烈爆震的冲击波能使缸壁、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。 性能恶化性能恶化 严重爆震时，气体向缸壁的传热量增加，热效率下降，功率降低，耗油率增加。爆震容易形成积碳，破坏发动机零件的

25、正常工作，使发动机可靠性下降。 发动机磨损加剧发动机磨损加剧 润滑效果变差，零件磨损加剧。严重爆震的磨损比正常燃烧时大27倍。第四章 汽油机混合气形成与燃烧 汽油机的不正常燃烧4. 3 汽油机的不正常燃烧汽油机的不正常燃烧D、爆震的危害1 1、爆震（爆震）、爆震（爆震） 机件烧损机件烧损 汽油机最高燃烧温度可达到2000 2500, 而活塞顶、燃烧室壁及缸壁的温度仅为200 300，除了冷却的作用外，还由于在这些壁面上形成了气体的附面层，起到隔热的作用，所以能够维持如此低温度。强烈爆震的冲击波会破坏这一附面层，使机件直接与高温燃气接触。严重爆震的局部燃气温度可高达4000以上，会使活塞头部和气

26、门等机件烧损。同时热量传给冷却水引起发动机过热。第四章 汽油机混合气形成与燃烧 汽油机的不正常燃烧4. 3 汽油机的不正常燃烧汽油机的不正常燃烧D、爆震的危害1 1、爆震（爆震）、爆震（爆震） 排气温度高，冒黑烟排气温度高，冒黑烟 汽油机爆震时局部高温引起热分解现象严重，使燃烧产物分解为HC、CO、H2、O2、NO及游离碳，排气冒烟严重。HC、H2和CO等在膨胀过程中重新燃烧，使后燃增加，排气温度增高。第四章 汽油机混合气形成与燃烧 汽油机的不正常燃烧4. 3 汽油机的不正常燃烧汽油机的不正常燃烧E、爆震的影响因素爆震的影响因素 1 1、爆震（爆震）、爆震（爆震） 燃料的品质燃料的品质 辛烷值

27、高的燃料抗爆震能力强。 末端混合气的温度末端混合气的温度 末端混合气的温度高，爆震倾向大。气缸盖、活塞采用轻金属材料，由于其导热性好，末端混合气的温度低，爆震倾向小，可提高压缩比0.4 0.7单位。 火焰传播时间火焰传播时间 缩短火焰传播时间，有利于避免爆震。气缸直径加大，爆震倾向增加。 第四章 汽油机混合气形成与燃烧 汽油机的不正常燃烧4. 3 汽油机的不正常燃烧汽油机的不正常燃烧 凡是不靠电火花点火而由燃烧室内炽热表面（如排气门头部、火花塞绝缘体或零件表面炽热的沉积物等）点燃混合气的现象，统称表面点火。 表面点火的特征在于点火时刻不可控制。 压缩比较高（ e 9）的汽油机容易出现表面点火。

28、2 2、表面点火、表面点火第四章 汽油机混合气形成与燃烧 汽油机的不正常燃烧4. 3 汽油机的不正常燃烧汽油机的不正常燃烧 A、表面点火类型2 2、表面点火、表面点火 后火后火 在火花塞不跳火时，混合气仍能着火，并且形成的火焰前锋仍以正常火焰传播速度向未燃气体推进，这种表面点火称为后火。 这种现象在发动机断火后出现。发动机仍像有电火花一样，继续运转，直到炽热点温度下降到不能点燃混合气为止，发动机才停转。第四章 汽油机混合气形成与燃烧 汽油机的不正常燃烧4. 3 汽油机的不正常燃烧汽油机的不正常燃烧 A、表面点火类型2 2、表面点火、表面点火 早燃早燃 在火花塞点火之前，炽热表面就点燃混合气的表

29、面点火称为早燃。 由于早燃提前点火而且热点表面比火花大，燃烧速率快，气缸压力温度增高快，发动机工作粗暴；压缩功增大，缸壁传热增加，功率下降，发动机过热。 早燃会诱发爆震，爆震又会让更多的炽热表面温度升高，促使更剧烈的表面点火，两者互相促进，危害可能更大。第四章 汽油机混合气形成与燃烧 汽油机的不正常燃烧4. 3 汽油机的不正常燃烧汽油机的不正常燃烧 B、表面点火与爆震的区别2 2、表面点火、表面点火 （1）爆震出现在火花塞跳火后，是末端混合气的自燃；表面点火出现在火花塞跳火前，不依赖火花塞跳火，是炽热物点燃混合气。 （2）爆震时有强烈的压力冲击波，有尖锐的金属敲击声；表面点火没有压力冲击波，敲

30、缸声比较沉闷。第四章 汽油机混合气形成与燃烧 汽油机的不正常燃烧4. 3 汽油机的不正常燃烧汽油机的不正常燃烧 B、表面点火与爆震的区别2 2、表面点火、表面点火 （3）爆震可以通过推迟点火提前角消除，表面点火则不能。 C、影响表面点火的因素 凡是能降低燃烧室温度和压力升高率、减少积碳等炽热点形成的因素都有助于防止表面点火。 第四章 汽油机混合气形成与燃烧 燃烧过程的影响因素4. 4 燃烧过程的影响因素燃烧过程的影响因素内因方面内因方面 1、汽油的品质 汽油的蒸发性与抗爆性直接影响燃烧过程。 2、混合气成分 功率混合气的燃烧速度快，最高燃烧压力和温度、压力升高率都达最大值，但爆震倾向也最大。

31、经济混合气的空气富裕，可以燃烧完全，油耗低，但有害物NOX排放多。 浓混合气必然产生不完全燃烧，所以CO和HC排放量大。 混合气过浓或过稀则火焰传播速度缓慢，燃料不能完全燃烧，因而经济性差，发动机工作不稳定。第四章 汽油机混合气形成与燃烧 燃烧过程的影响因素4. 4 燃烧过程的影响因素燃烧过程的影响因素内因方面内因方面第四章 汽油机混合气形成与燃烧 燃烧过程的影响因素4. 4 燃烧过程的影响因素燃烧过程的影响因素外因方面外因方面 3、燃烧室结构型式 汽油机燃烧室结构型式是燃烧过程最重要的外部条件。 4、点火提前角 点火提前角过大，则在压缩过程中燃烧的混合气增多，活塞上行的压缩功增加，发动机容易

32、过热，有效功率下降，工作粗暴程度增加。同时，爆震倾向加大。 点火提前角过小，则后燃严重，最高燃烧压力和温度下降，传热损失增多，排气温度升高，功率下降，耗油量增多。第四章 汽油机混合气形成与燃烧 燃烧过程的影响因素4. 4 燃烧过程的影响因素燃烧过程的影响因素外因方面外因方面第四章 汽油机混合气形成与燃烧 燃烧过程的影响因素4. 4 燃烧过程的影响因素燃烧过程的影响因素外因方面外因方面 5、冷却水温度 冷却水温度应控制在合适范围内。水温过高、过低均影响混合气的燃烧和发动机的正常使用。 水温过高，燃烧室壁面温度高，爆震及表面点火倾向增加。混合气温度升高，气缸充量减少，发动机动力性、经济性下降。 因

33、此，存在一个最佳点火提前角。发动机在最佳点火提前角工作时，压力升高率不会太高，最高爆发压力出现在上止点后的最佳角度，示功图面积最大，发动机的动力性、经济性最好。 第四章 汽油机混合气形成与燃烧 燃烧过程的影响因素4. 4 燃烧过程的影响因素燃烧过程的影响因素外因方面外因方面 冷却水温过低，散热量增多，发动机热效率降低，功率下降，耗油率增加；润滑油粘度增大，润滑效果变差，摩擦损失及机件磨损加剧；燃烧不良易形成积碳，燃气中容易生成酸类物质，使气缸腐蚀磨损增加；不完全燃烧现象严重。 6、压缩比 压缩比高，压缩行程终了混合气的温度和压力高，加快火焰传播速度，燃烧在更小的容积下进行，燃烧终了的温度、压力

34、高，因此，燃气膨胀充分，热效率高，发动机功率、扭矩大，有效油率降低。但压缩比高，容易产生爆震。 第四章 汽油机混合气形成与燃烧 燃烧过程的影响因素4. 4 燃烧过程的影响因素燃烧过程的影响因素外因方面外因方面 发动机转速 转速增加，气缸中紊流增强，火焰传播速度加快，燃烧过程缩短。由于循环时间也缩短，燃烧过程相对应的曲轴转角增加，应当相应加大点火提前角。以保证燃烧过程在上止点附近完成。 转速增加时，火焰传播速度加快，爆震倾向减小。 7、工况第四章 汽油机混合气形成与燃烧 燃烧过程的影响因素4. 4 燃烧过程的影响因素燃烧过程的影响因素外因方面外因方面 发动机负荷 转速一定，负荷减小，进入气缸的新

35、鲜混合气量减小，而残余废气量不变，所占比例相对增加。残余废气对燃烧反应起阻碍作用，使燃烧速度减慢。为保证燃烧过程在上止点附近完成，需增大点火提前角。7、工况第四章 汽油机混合气形成与燃烧 燃烧过程的影响因素4. 4 燃烧过程的影响因素燃烧过程的影响因素外因方面外因方面 反之，转速一定，负荷增加，进入气缸的新鲜混合气量多，残余废气量所占比例相对减少，到大负荷时混合气为功率混合气，燃烧速度快，需减小点火提前角。 低负荷时，爆震倾向较小。7、工况第四章 汽油机混合气形成与燃烧 燃烧过程的影响因素4. 4 燃烧过程的影响因素燃烧过程的影响因素外因方面外因方面7、工况第四章 汽油机混合气形成与燃烧 燃烧

36、过程的影响因素4. 4 燃烧过程的影响因素燃烧过程的影响因素外因方面外因方面 燃烧室积碳 积碳不易传热，本身占有体积，减小了燃烧室体积，因而提高了压缩比，使爆震倾向增加；积碳表面温度很高，易引起表面点火。 气缸直径 气缸直径大，火焰传播距离增加，爆震倾向大。 气缸盖和活塞材料 气缸盖和活塞采用铝合金材料，可使燃烧室表面温度降低，减小了爆震倾向。 此外，大气状态对燃烧也有影响。 8、其它第四章 汽油机混合气形成与燃烧 燃烧过程的影响因素4. 4 燃烧过程的影响因素燃烧过程的影响因素内因方面内因方面1、汽油的品质2、混合气成分外因方面外因方面 3、燃烧室结构型式 4、点火提前角 5、冷却水温度 6

37、、压缩比 7、工况： 转速、负荷 8、其它 燃烧室积碳、气缸直径、气缸盖和活塞材料和大气状态第四章 汽油机混合气形成与燃烧 汽油机混合气的形成4. 5 汽油机混合气的形成汽油机混合气的形成 汽油机混合气形成方式主要是两类： 化油器式和汽油喷射式第四章 汽油机混合气形成与燃烧 汽油机混合气的形成4. 5 汽油机混合气的形成汽油机混合气的形成 相应地，汽油机采用的燃料供给系统主要有化油器式燃料供给系统和汽油喷射燃料供给系统。燃料供给系统主要由燃油箱、燃油滤清器和化油器或电控喷油泵、喷油器等零部件组成。 汽油喷射燃料供给系统通常采取微电子控制，电控汽油喷射燃料供给系统又可分为进气道内喷射和向气缸内喷

38、射两种工作方式。第四章 汽油机混合气形成与燃烧 汽油机混合气的形成4. 5 汽油机混合气的形成汽油机混合气的形成 4. 5. 1 化油器方式化油器方式 化油器式燃料供给系统由化油器、油气分离器、汽油泵、燃油滤清器、燃油箱、油管和燃油表等组成。第四章 汽油机混合气形成与燃烧 汽油机混合气的形成4. 5 汽油机混合气的形成汽油机混合气的形成 4. 5. 1 化油器方式化油器方式 化油器方式形成混合气的原理第四章 汽油机混合气形成与燃烧 汽油机混合气的形成4. 5 汽油机混合气的形成汽油机混合气的形成 4. 5. 1 化油器方式化油器方式 理想化油器特性理想化油器特性 化油器特性 混合气浓度随负荷的

39、变化关系 理想化油器特性 根据汽车运行情况对混合气浓度的要求而假想的化油器特性。第四章 汽油机混合气形成与燃烧 汽油机混合气的形成4. 5 汽油机混合气的形成汽油机混合气的形成 4. 5. 1 化油器方式化油器方式 混合气浓度随负荷的增加而变浓，呈现出抛物线趋势。 因此简单化油器的特性必须校正。 简单化油器的缺陷第四章 汽油机混合气形成与燃烧 汽油机混合气的形成4. 5 汽油机混合气的形成汽油机混合气的形成 4. 5. 1 化油器方式化油器方式 简单化油器的校正 主供油系校正（1）： 部分负荷增加空气，减少供油。第四章 汽油机混合气形成与燃烧 汽油机混合气的形成4. 5 汽油机混合气的形成汽油

40、机混合气的形成 4. 5. 1 化油器方式化油器方式 主供油系校正（2）： 大负荷加浓 简单化油器的校正第四章 汽油机混合气形成与燃烧 汽油机混合气的形成4. 5 汽油机混合气的形成汽油机混合气的形成 4. 5. 1 化油器方式化油器方式 增加怠速系统： 无负荷加浓 简单化油器的校正第四章 汽油机混合气形成与燃烧 汽油机混合气的形成4. 5 汽油机混合气的形成汽油机混合气的形成 4. 5. 1 化油器方式化油器方式 增加加速装置： 急加速加油 简单化油器的校正第四章 汽油机混合气形成与燃烧 汽油机混合气的形成4. 5 汽油机混合气的形成汽油机混合气的形成 4. 5. 1 化油器方式化油器方式

41、增加减速缓冲装置 增加起动装置 简单化油器的校正第四章 汽油机混合气形成与燃烧 汽油机混合气的形成4. 5 汽油机混合气的形成汽油机混合气的形成 4. 5. 1 化油器方式化油器方式发动机的调整特性第四章 汽油机混合气形成与燃烧 汽油机混合气的形成4. 5 汽油机混合气的形成汽油机混合气的形成 4. 5. 2 汽油喷射方式汽油喷射方式汽油喷射具有下列优点： （1）充气效率高充气效率高。进气系统不需设置节流喉管，减少了进气系统的阻力损失；不需要对进气加热，因此可以提高发动机的充气效率。 （2）可采用较高的压缩比可采用较高的压缩比。不加热进气，压缩开始的温度较低，可采用较高的压缩比，从而提高热效率

42、。 （3）起动性能好起动性能好。燃油雾化由喷油器决定，与汽油机转速无关。因此，起动时能保持良好的雾化特性。 （4）没有气阻没有气阻。整个燃料系统都处于一定压力下的密封状态。在高温时没有气阻问题，使用方便。第四章 汽油机混合气形成与燃烧 汽油机混合气的形成4. 5 汽油机混合气的形成汽油机混合气的形成 4. 5. 2 汽油喷射方式汽油喷射方式汽油喷射具有下列优点： （5）混合气质量好混合气质量好。高压喷射使燃油的雾化，燃油颗粒细小，蒸发快，混合均匀。 （6）加速性好加速性好。混合气质量好，燃烧快，改善发动机加速性。 （7）整机性能提高整机性能提高。充气效率高，可采用较高的压缩比，混合气质量好等为

43、改善发动机燃烧，提高整机的动力性和经济性创造条件，燃烧完全，排放性能好。 第四章 汽油机混合气形成与燃烧 汽油机混合气的形成4. 5 汽油机混合气的形成汽油机混合气的形成 4. 5. 2 汽油喷射方式汽油喷射方式汽油喷射结合微电脑控制优点更加突出： 可以按各种工况的要求对燃油量进行校正，其废气排放指标比化油器式汽油机好；发动机工况适应性好。 在电控多点喷射系统中，每缸单独供油，提高各缸空燃比的均匀性和喷油量的精确性。 可以实现加负荷、加速时加油，小负荷、减速时减油，碰撞断油，汽车安全性和经济性提高。第四章 汽油机混合气形成与燃烧 汽油机混合气的形成4. 5 汽油机混合气的形成汽油机混合气的形成

44、 4. 5. 2 汽油喷射方式汽油喷射方式1、系统简介 汽油喷射系统按控制方式可分为机械式机械式电控式电控式；按燃油喷射方式可分为连续喷射式连续喷射式间歇喷射式间歇喷射式(或脉或脉冲喷射式冲喷射式)；按喷油嘴数量可分为多点喷射式多点喷射式单点喷单点喷射式射式，其中多点式喷射系统按喷射时间可分为顺序喷射、顺序喷射、分组喷射和同时喷射分组喷射和同时喷射三种形式；按喷油位置可分为进气进气道喷射道喷射和缸内喷射缸内喷射（GDI）。 电子控制汽油喷射系统由空气系统、燃料系统和控制系统等三个子系统组成。第四章 汽油机混合气形成与燃烧 汽油机混合气的形成4. 5 汽油机混合气的形成汽油机混合气的形成 4.

45、5. 2 汽油喷射方式汽油喷射方式1、系统简介 电控燃油喷射系统以电子控制单元(ECU)为中心，用安装在发动机不同部位上的各种传感器测定发动机的各种工作参数，如进气量、转速、温度等，将它们传送给ECU；ECU对输入信号作运算、处理、分析判断后，向执行器发出指令控制喷射系统的工作，通过喷油器定时、定量地把汽油喷入进气道或气缸，同时控制发动机的点火提前角，使发动机在各种工况下都能获得最佳浓度的混合气。第四章 汽油机混合气形成与燃烧 汽油机混合气的形成4. 5 汽油机混合气的形成汽油机混合气的形成 4. 5. 2 汽油喷射方式汽油喷射方式2、空气系统 空气系统的作用是： 计量空气，由进气流量计担任；

46、 控制怠速运转时空气量，由怠速装置实现。 进气流量测量有两种方式，直接测量和间接测量，前者称为质量流量测量法，后者称为密度流速测量法。 进气流量计目前主要采用叶片式、热线式和卡门涡街式。它们的工作原理各有特色。 怠速装置目前主要是受控式，自动式（即空气阀）曾经有一定范围的使用。受控式怠速装置按ECU指令工作，有步进电机式和电磁阀式两种。第四章 汽油机混合气形成与燃烧 汽油机混合气的形成4. 5 汽油机混合气的形成汽油机混合气的形成 4. 5. 2 汽油喷射方式汽油喷射方式2、空气系统受控电磁阀式怠速装置第四章 汽油机混合气形成与燃烧 汽油机混合气的形成4. 5 汽油机混合气的形成汽油机混合气的

47、形成 4. 5. 2 汽油喷射方式汽油喷射方式3、燃料系统 燃料系统的作用是： 按ECU的指令，将燃料从油箱输送到喷油器，多余燃料回送到油箱，由油泵、油轨和油管完成； 按ECU的指令，定时、定量地喷射汽油并雾化，由喷油器实现； 控制汽油喷射压力，由燃油压力调节器担任。 燃料系统的压力受油泵的单向阀和安全阀控制。 油泵是一体式电动油泵，是直流电机和汽油泵连结一体的结构，内有单向阀和安全阀，分内置式和外置式两种。第四章 汽油机混合气形成与燃烧 汽油机混合气的形成4. 5 汽油机混合气的形成汽油机混合气的形成 4. 5. 2 汽油喷射方式汽油喷射方式3、燃料系统 燃油压力调节器是一个自动阀门，根据进

48、气管压力调节汽油喷射压力，使汽油喷射压力与进气管压力之差保持恒定。 喷油器的结构如图。 喷嘴根据其结构可分为轴针型和孔型两种。轴针型喷嘴不易堵塞而孔型喷嘴喷出的燃油雾化好。近年来，出现了双孔喷油器，其特点是可向四气门发动机的两个进气门等量均匀地喷射燃料。 3、燃料系统 4. 5. 2 汽油喷射方式汽油喷射方式第四章 汽油机混合气形成与燃烧 汽油机混合气的形成4. 5 汽油机混合气的形成汽油机混合气的形成第四章 汽油机混合气形成与燃烧 汽油机混合气的形成4. 5 汽油机混合气的形成汽油机混合气的形成 4. 5. 2 汽油喷射方式汽油喷射方式4、控制系统 控制系统的作用是根据发动机工作时的各种信号

49、，确定发动机的供油量和点火时刻。控制系统由电子控制单元(ECU)、各种传感器和执行器组成。ECU输入量输入量控制信号控制信号输入量输入量信号信号执行器执行器输出量输出量信号信号反馈量反馈量信号信号传感器传感器 包括控制系统的发动机示意如下控制系统反应物输 入发动机气 缸动力输出扭矩输出转速输出燃料输入空气输入生成物输 出二氧化碳输 出污染物质输 出残余氧气输 出 氮 气输 出冷却水输 出反馈信号第四章 汽油机混合气形成与燃烧 汽油机混合气的形成4. 5 汽油机混合气的形成汽油机混合气的形成 4. 5. 2 汽油喷射方式汽油喷射方式5、典型系统 电控单点汽油喷射系统 单点汽油喷射系统又称节气门体

50、喷射系统(简称TBI)或中央喷射系统(简称CFl)。这种汽油喷射系统在结构布置上与化油器式发动机相似，即在多缸发动机上只用一个喷油器，直接将汽油喷入节气门上方的节气门体中，燃油与空气混合后，形成的混合气通过进气歧管分配至各个气缸。第四章 汽油机混合气形成与燃烧 汽油机混合气的形成4. 5 汽油机混合气的形成汽油机混合气的形成 4. 5. 2 汽油喷射方式汽油喷射方式5、典型系统 电控多点汽油喷射系统 电控多点汽油喷射系统中，对应于每一个气缸设置一个或多个喷油器，喷油器可安装在进气道或气缸内。现在多数多点汽油喷射系统，喷油器安装在进气门前。桑塔纳(Santana)2000型轿车上的电控多点喷射系

51、统的布置简图如下。第四章 汽油机混合气形成与燃烧 汽油机混合气的形成4. 5 汽油机混合气的形成汽油机混合气的形成 4. 5. 3 汽油喷射的控制汽油喷射的控制 汽汽油喷射是汽油喷射系统的主要控制对象之一，包括喷油时刻控制和喷油量控制。 1、喷油时刻控制 对不同喷射时间方式，设置ECU不同的喷射时刻控制计算方式。第四章 汽油机混合气形成与燃烧 汽油机混合气的形成4. 5 汽油机混合气的形成汽油机混合气的形成 4. 5. 3 汽油喷射的控制汽油喷射的控制 2喷油量控制 ECU根据各种传感器测得的发动机运行参数，如进气量、转速、节气门开度等，按设定的程序进行计算，然后向喷油器发出信号。喷油器通电时间越长，喷射时间越长，所喷射的汽油量越大。通过改变喷油器通电时间，实现喷油量控制。 发动机在不同工况下运转时，对混合气浓度的要求也不同。ECU根据有关传感器的信号，按不