发动机原理第四章汽油机混合气的形成与燃烧

1、第四章第四章 汽油机混合气的形成和燃烧汽油机混合气的形成和燃烧发动机原理发动机原理汽油机混合气的形成与燃烧2n发动机的燃烧过程是将燃料的化学能转变为热能的过程。n燃烧过程是影响发动机经济性、动力性和排气污染的主要过程，与噪声、振动、起动性能和使用寿命也有重大关系。 第四章第四章 汽油机混合气的形成和燃烧汽油机混合气的形成和燃烧发动机原理发动机原理汽油机混合气的形成与燃烧3汽油机燃烧过程概述n在气缸外部的进气管（进气道）内，利用喷嘴或化油器使空气和燃油混合，形成混合气n混合气进入气缸后，到压缩行程终了时已大致构成均质混合气，再经电火花点火进行燃烧n近年来汽油机发展 ，涌现出一些新型燃烧系统 ：稀

2、薄燃烧系统 、非均质混合气燃烧系统 及缸内喷射技术等。发动机原理发动机原理汽油机混合气的形成与燃烧4第一节第一节 汽油机燃烧过程汽油机燃烧过程一、正常燃烧过程一、正常燃烧过程 n（一）正常燃烧过程进行情况 n（二）燃烧速度 n（三）不规则燃烧 n（四）燃烧室壁面的熄火作用 发动机原理发动机原理汽油机混合气的形成与燃烧5（一）正常燃烧过程进行情况 n着火延迟期 n 明显燃烧期n 后燃期 点燃混合气，形成 火焰中心 着火延迟期长短有变动 希望尽量缩短着火延迟期并保持稳定 火焰传遍整个燃烧室，火焰速度UT 绝大部分燃料在这一阶段燃烧，是汽油机的主燃烧期 汽油机p/在0.2-0.4MPa/()的范围内

3、 燃烧最高压力出现在上止点后1215曲轴转角 火焰前锋后未及燃烧的燃料再燃烧 这种燃烧已远离上止点，应尽量减少发动机原理发动机原理汽油机混合气的形成与燃烧6n综上所述，汽油机正常燃烧过程是唯一地由定时的火花点火开始，且火焰前锋以一定的正常速度传遍整个燃烧室。 发动机原理发动机原理汽油机混合气的形成与燃烧7（二）燃烧速度 n燃烧速度是指单位时间燃烧的混合气量nAT-火焰前锋面积 nT-未燃混合气密度 nUT-火焰速度 n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。现代汽油机转速很高，一般在5000-8000r/min，燃烧时间极短，12ms TTTAUdtdm发动机原理发动机原理

4、汽油机混合气的形成与燃烧8（二）燃烧速度影响因素 n火焰速度UTn火焰前锋相对于未燃混合气向前推进的速度。 气体的紊流运动 混合气成分 混合气初始温度 n 火焰前锋面积AT n 可燃混合气密度T 发动机原理发动机原理汽油机混合气的形成与燃烧9（三）不规则燃烧 n在稳定正常运转的情况下，各循环之间的燃烧变动和各气缸之间的燃烧差异 各循环间的燃烧变动 各缸间燃烧差异 发动机原理发动机原理汽油机混合气的形成与燃烧10 产生循环之间燃烧变动的主要原因是火花塞附近的混合比、紊流的性质和强度有变化，引起有效着火时间变动。发动机原理发动机原理汽油机混合气的形成与燃烧11 缸间燃烧波动主要因素为燃料分配不均匀

5、，另外还有进气量、进气速度、扰动强度、压缩比、燃烧室形状及火花塞位置也有关。发动机原理发动机原理汽油机混合气的形成与燃烧12（四）燃烧室壁面的熄火作用 n产生机理：燃烧室壁附近的火焰不能传播，在熄火区内存在大量未燃烧的烃，它是汽油机排气中HC的主要来源之一n控制措施： 减小熄火厚度 1、增大负荷、提高燃烧室温度和压力、加强气缸内紊流、 减小燃烧室的面容比FV 发动机原理发动机原理汽油机混合气的形成与燃烧13二、不正常燃烧二、不正常燃烧 n（一）爆燃 n（二）表面点火 发动机原理发动机原理汽油机混合气的形成与燃烧14（一）爆燃 n外部特征：特别尖锐的金属敲击声，亦称之敲缸n产生原因：在火焰前锋尚

6、未到达之前，末端混合气已经自燃n影响因素： 燃料性质，燃料的抗爆燃能力辛烷值 末端混合气的压力和温度 火焰前锋传播到末端混合气的时间 发动机原理发动机原理汽油机混合气的形成与燃烧15发动机原理发动机原理汽油机混合气的形成与燃烧16（二）表面点火 n产生原因：不靠电火花点火而由燃烧室内炽热表面点燃混合气的现象 n早燃早燃的危害：发动机工作粗暴，压缩功增大，功率下降，火花塞、活塞等零件过热n早燃与爆燃的关系：早燃会诱发爆燃，爆燃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。 发动机原理发动机原理汽油机混合气的形成与燃烧17发动机原理发动机原理汽油机混合气的形成与燃

7、烧18发动机原理发动机原理汽油机混合气的形成与燃烧19三、使用因素对燃烧的影响三、使用因素对燃烧的影响 n（一）混合气浓度 n（二）点火提前角 n（三）转速 n（四）负荷 n（五）大气状况 发动机原理发动机原理汽油机混合气的形成与燃烧20（一）混合气浓度n在=0.8-0.9时 : pz、Tz、p/、pe均达最高值 爆燃倾向增大 不完全燃烧，所以CO排放量明显上升 n在=1.03-1.1时 : 燃料燃烧完全，be最低 缸内温度高且有富裕空气，NOx排放量大 n在1.2时 : 火焰速度缓慢，经济性差 燃料不完全燃烧，HC排放量增多 工作不稳定 发动机原理发动机原理汽油机混合气的形成与燃烧21（二）

8、点火提前角n定义：从发出电火花到上止点间的曲轴转角 n特点：对应于每一工况都存在一个“最佳”点火提前角，这时汽油机功率最大，耗油率最低n点火提前角调整特性：当汽油机保持节气门开度、保持节气门开度、转速以及混合气浓度一定时转速以及混合气浓度一定时，汽油机功率和耗油率随点火提前角改变而变化的关系称为点火提前角调整特性，如图4-14所示发动机原理发动机原理汽油机混合气的形成与燃烧22发动机原理发动机原理汽油机混合气的形成与燃烧23（二）点火提前角 点火角过大，压缩功增加，且最高压力升高，爆燃倾向加大 点火过迟，燃烧最高压力和温度下降，传热损失增多，排温升高，功率、热效率降低，但爆燃倾向减小，NOx排

9、放量降低 随着转速的增加，点火提前随着转速的增加，点火提前角增大；角增大； 随着负荷率的增加，点火提随着负荷率的增加，点火提前角减少前角减少发动机原理发动机原理汽油机混合气的形成与燃烧24（三）转速n转速增加时，气缸中紊流增强，火焰速度大体与转速成正比增加 n转速增加时，爆燃倾向减小 n转速增加时，应该相应加大点火提前角 发动机原理发动机原理汽油机混合气的形成与燃烧25（四）负荷n汽油机负荷调节是量调节 ，n当负荷减小时，残余废气所占比例相对增加 n当负荷减小时，需要增大点火提前角 发动机原理发动机原理汽油机混合气的形成与燃烧26（五）大气状况n大气压力低（高原），气缸充气量减少，经济性和动力

10、性下降，爆燃倾向减小 n大气温度高，同样气缸充气量下降，容易发生爆燃和气阻 发动机原理发动机原理汽油机混合气的形成与燃烧27第二节第二节 汽油机混合气的形成汽油机混合气的形成 发动机原理发动机原理汽油机混合气的形成与燃烧28汽油机混合气形成的方式 n化油器式 n汽油喷射式 它们都属于在气缸外部形成混合气，都是依靠控制节气门开闭来调节混合气数量 发动机原理发动机原理汽油机混合气的形成与燃烧29 一、化油器式混合气的形成一、化油器式混合气的形成 发动机原理发动机原理汽油机混合气的形成与燃烧30 理想化油器特性发动机原理发动机原理汽油机混合气的形成与燃烧31真空度发动机原理发动机原理汽油机混合气的形

11、成与燃烧32 简单化油器特征 发动机原理发动机原理汽油机混合气的形成与燃烧33简单化油器的校正 n 主供油系的校正发动机原理发动机原理汽油机混合气的形成与燃烧34n 满负荷加浓的校正 发动机原理发动机原理汽油机混合气的形成与燃烧35n 怠速加浓的校正 发动机原理发动机原理汽油机混合气的形成与燃烧36化油器变工况运行的校正n加速过程 发动机原理发动机原理汽油机混合气的形成与燃烧37n 急减速过程 缓冲阀壳、膜片、推杆、节气门臂、节气门发动机原理发动机原理汽油机混合气的形成与燃烧38n 起动过程 发动机原理发动机原理汽油机混合气的形成与燃烧39发动机原理发动机原理汽油机混合气的形成与燃烧40发动机

12、原理发动机原理汽油机混合气的形成与燃烧41发动机原理发动机原理汽油机混合气的形成与燃烧42发动机原理发动机原理汽油机混合气的形成与燃烧43发动机原理发动机原理汽油机混合气的形成与燃烧44发动机原理发动机原理汽油机混合气的形成与燃烧45发动机原理发动机原理汽油机混合气的形成与燃烧46电控汽油喷射系统简图 发动机原理发动机原理汽油机混合气的形成与燃烧47系统的基本构成图发动机原理发动机原理汽油机混合气的形成与燃烧48发动机原理发动机原理汽油机混合气的形成与燃烧49发动机原理发动机原理汽油机混合气的形成与燃烧50发动机原理发动机原理汽油机混合气的形成与燃烧51发动机原理发动机原理汽油机混合气的形成与

13、燃烧52发动机原理发动机原理汽油机混合气的形成与燃烧53发动机原理发动机原理汽油机混合气的形成与燃烧54发动机原理发动机原理汽油机混合气的形成与燃烧55发动机原理发动机原理汽油机混合气的形成与燃烧56发动机原理发动机原理汽油机混合气的形成与燃烧57发动机原理发动机原理汽油机混合气的形成与燃烧58发动机原理发动机原理汽油机混合气的形成与燃烧59发动机原理发动机原理汽油机混合气的形成与燃烧60发动机原理发动机原理汽油机混合气的形成与燃烧61发动机原理发动机原理汽油机混合气的形成与燃烧62发动机原理发动机原理汽油机混合气的形成与燃烧63发动机原理发动机原理汽油机混合气的形成与燃烧64发动机原理发动机

14、原理汽油机混合气的形成与燃烧65发动机原理发动机原理汽油机混合气的形成与燃烧66发动机原理发动机原理汽油机混合气的形成与燃烧67发动机原理发动机原理汽油机混合气的形成与燃烧68发动机原理发动机原理汽油机混合气的形成与燃烧69发动机原理发动机原理汽油机混合气的形成与燃烧70发动机原理发动机原理汽油机混合气的形成与燃烧71发动机原理发动机原理汽油机混合气的形成与燃烧72发动机原理发动机原理汽油机混合气的形成与燃烧73发动机原理发动机原理汽油机混合气的形成与燃烧74发动机原理发动机原理汽油机混合气的形成与燃烧75发动机原理发动机原理汽油机混合气的形成与燃烧76发动机原理发动机原理汽油机混合气的形成与

15、燃烧77空气系统主要零件发动机原理发动机原理汽油机混合气的形成与燃烧78燃料系统主要零件发动机原理发动机原理汽油机混合气的形成与燃烧79燃料系统主要零件发动机原理发动机原理汽油机混合气的形成与燃烧80控制系统主要零件发动机原理发动机原理汽油机混合气的形成与燃烧81汽油喷射系统的优点 n汽油喷射系统油量计量与控制的精度高 n供油系统雾化质量好，改善了燃烧过程 n电控技术的应用有利于改养瞬态响应性能 n多点顺序喷射，改善了各缸分配的均匀性 n取消了化油器喉管，提高了充气效率 发动机原理发动机原理汽油机混合气的形成与燃烧82第三节第三节 燃烧室燃烧室 发动机原理发动机原理汽油机混合气的形成与燃烧83

16、对燃烧室的要求对燃烧室的要求 n1.1.结构紧凑小结构紧凑小A/VA/V值值 n火焰传播距离小，不易爆燃，可提高压缩比 n相对散热损失小，热效率高 n熄火面积小，HC排量少 发动机原理发动机原理汽油机混合气的形成与燃烧84n2.2.具有良好的充气性能具有良好的充气性能 发动机原理发动机原理汽油机混合气的形成与燃烧85n3.3.火花塞位置安排适当火花塞位置安排适当 扫除火花塞周围的残余废气 火花塞尽量布置在排气门附近 火焰面变化分配合理 火焰传播距离应尽可能短 发动机原理发动机原理汽油机混合气的形成与燃烧86n4.4.燃烧室形状合理分布燃烧室形状合理分布 发动机原理发动机原理汽油机混合气的形成与

17、燃烧87n5.5.组织适当的紊流运动组织适当的紊流运动 n6.6.防止爆燃和早燃防止爆燃和早燃 n末端要适当冷却发动机原理发动机原理汽油机混合气的形成与燃烧88常用典型燃烧室常用典型燃烧室 n浴盆形燃烧室 A/V较大 压缩比一般不高 动力性、经济性不高 HC排出量多而NOx较少 曾经用于载货汽车、轻型车 发动机原理发动机原理汽油机混合气的形成与燃烧89n楔形燃烧室 燃烧室较紧凑 压缩比高 动力性、经济性高 工作粗暴 HC、NOx排出量多 曾广泛用于车用汽油机，但进排气门只能单行排列，难采用多气门机构 发动机原理发动机原理汽油机混合气的形成与燃烧90 结构紧凑，AV值小 转速适应性好 压缩比高

18、动力性、经济性高 工作粗暴 HC排出量多而NOx较少 n 多球形燃烧室 发动机原理发动机原理汽油机混合气的形成与燃烧91其它汽油机燃烧室n一、均质稀混合气的燃烧室一、均质稀混合气的燃烧室1.射流型燃烧室带有收口的倒盆型燃烧室，其挤流面积较大，达60%，还有一个斜通道，燃烧时火焰将从燃烧室口部和斜通道一起喷入活塞顶上部，避免自燃。压缩比可达9.811.2.发动机原理发动机原理汽油机混合气的形成与燃烧92n一、均质稀混合气的燃烧室一、均质稀混合气的燃烧室2.碗型燃烧室燃烧室设在活塞顶内，结构紧凑、形成紊流、火焰传播速度和燃烧速度均较高，压缩比可提高到11，可使用稀混合气发动机原理发动机原理汽油机混合气的形成与燃烧93二、分层燃烧及其燃烧室二、分层燃烧及其燃烧室1.德士古公司TCCS可控燃烧系统一种汽油喷射统一式燃烧室，组织进气涡流，单孔喷嘴、缸内喷射，可用于增压汽油机.发动机原理发动机原理汽油机混合气的形成与燃烧94二、分层燃烧及其燃烧室二、分层燃烧及其燃烧室2.波尔协SKS燃烧系统汽油喷射具有副燃烧室系统，火花塞也设置在副室中，压缩比可达12.5。全负荷情况下省油5%，小负荷情况下耗油率下降达30%，在整个转速范围内经济性能得到明显提