发动机原理第四章汽油机混合气形成和燃烧

第四章汽油机混杂气形成和燃烧汽油机与柴油机对比主要有以下特色:汽油机柴油机1点燃式。压燃式。2i影响小。i影响大。3进入汽缸的是混杂气，混杂时间长。进入汽缸的是新鲜空气，混合时间短。4T高，热负荷大。pmax高，机械负荷大。max5压缩比低，=6～10。压缩比高，=12～22。6有爆燃问题。有工作粗暴问题。7组织气流运动的目的是为了组织气流运动的目的是为了加快火焰流传，防范爆燃。促使燃油与空气更好地混杂。§4-1汽油机混杂气形成一、混杂气形成过程1喉口流速P雾化成效2节气门开度喉口真空度pn,进气管真空度pi从pnpi到pnpi节气门开度必定,npn,pi4.节气门开度，npn蒸发性进气温度蒸发性二、理想化油器特征与供油系校订（一）理想化油器特征各种工况下满足最正确性能要求的理想混杂比—试验结果。影响要素1）转速n—影响较小。2）负荷—影响大。空气质量2空燃比A/F燃料质量经济混杂气A/F=17功率混杂气A/F=12～14怠速混杂气A/F=10～12.41）常用工况—中等负荷要求供给经济混杂气。2）负荷>90%以及怠速,低速下—加浓。（二）简单化油器特征单纯依靠喉口真空度pn决定供油量的化油器。节气门开度变化A/F变化pnA/F—混杂气浓与理想化油器有差异,不可以满足汽油机要求。（三）主供油系校订渗透空气法：原由：pndmFdmAdtdt改进措施:pnmF,mA（主要方法）加入泡沫管开始工作时—简单化油器。以后,pn泡沫孔起作用。第一排孔—mFA/F第二排孔—mFA/F（四）满负荷加浓与怠速加浓经主供油系统校订后,负荷pnA/F。满负荷时—要求A/F怠速时—要求A/F满负荷加浓加浓装置—机械省油装置和真空省油装置。节气门开度80～85%，pn必定程度开始起作用。怠速加浓怠速加浓系统可使怠速n三燃料调整特征在必定节气门开度和必定转速下,有效功率Ne、有效比油耗ge随发动机燃料耗费量GT或过空气系数的变化关系。调理：化油器主量孔针阀地点或浮子室真空度以改变化油器的供油量。记录：GT和Ne、ge。3得：Nef(GT),gef(GT)曲线曲线：（1）节气门全开A—功率混杂气B—经济混杂气（2）节气门部分开启A做出不一样节气门开度下的Nef1(GT),gef2(GT)曲线。B做两组曲线的包络线—理想负荷特征5主量孔、空肚量孔的调理和确立作不一样主量孔及空肚量孔尺寸的负荷特征试验,选择与理想负荷特征曲线拟合最好的作为主量孔和空肚量孔的定型尺寸（配剂尺寸）。P115图4-12。但转速不一样,该配剂尺寸很难保证化油器在全部转速下均与理想负荷特征拟合好,这是化油器式发动机不可以很好地与车用性能般配的要点所在。四、化油器变工况运行1加快过程（1）急加快节气门突然开大dmAdmFdtdt油量增大滞后,以致,混杂气变稀，Me反而降落，不可以满足车用。所以加设加快系统—加快泵,瞬时向缸内额外喷油。（2）稳固加快—加快泵不起作用。急减速过程节气门突然关闭,混杂气瞬时变浓。设置节气门缓冲器,以减慢节气门关闭速度。起动过程起动需浓混杂气

,但此时

v

pn

,可能吸不出油

,加之喉口速度

,雾化差

,油滴堆积严重

,使

,混杂气稀。起动需=0.4～0.5，A/F=3～9的浓混杂气。设置阻风门

—关闭

pn

主油系

,

怠速油系

,加快油系同时供油

混合气变浓。多喉口与多腔化油器多重喉口,多腔化油器—主副腔小喉口—雾化好大喉口—保证进气主腔—小流量主、副腔—大流量五、大气条件对化油器使用的影响海拔高度空气。海拔高度1000m5.6%。大气温度空气经济性,排放多。六、汽油发射（一）化油器式发动机的不足之处:部分负荷节气流损失大不行能在各种工况下均供给最正确混杂比对大气条件和环境适应性差仅供给均质混杂气油膜流动—各缸混杂气分配不均匀（二）分类缸内发射喷咀开启压力3～5[Mpa]进气过程上止以后30～50—开始喷油。压缩冲程上止点—停止喷油。喷油连续近2冲程—火花点火,火焰流传。进气管内发射（1）单点发射大喷咀位于节气门从前的化油器地点,安装空气计量装置和电子控制喷油装置,可以克服1～4的不足,但5仍存在。（2）多点发射小喷咀安装于各个进气歧管之中,可战胜1～5的不足,但结构复杂,成本高。§4-2汽油机的燃烧过程一、汽油机的正常燃烧电火花点燃均匀的可燃混杂气,形成火焰中心,而且火焰今后中心按必定的速率（一般为20～60m/s）连续地流传到整个燃烧室空间,在此时期火焰流传速率,火焰先锋形状均没有急剧的变化,称之为正常燃烧。正常燃烧分三个阶段。（一）着火延缓期i（或着火延缓角i）1－2从电火花跳火形成火焰中心。1点从前为压缩过程,缸内压力高升不大。1—火花塞跳火。2—缸内压力离开压缩线开始急骤增高。点火提早角

—1点

上止点的曲轴转角。为何要提早：因为要使着火在上止点周边达成,压力最高点出此刻上止点后某一角度。火花塞在1点跳火以后,其实不马上形成火焰中心（固然此时着火的物理准备过程已比较充分,但化学准备—氧化反应尚需必定的时间,哪怕这一时间再短）。依据高速拍照表示在1点出现第一次亮点后（火花）,到2’点出第二次亮点（火焰中心已形成,但缸内压力其实不是在此时急骤高升）,烧过程的15%左右。但一般我们是按气缸内的压力线开始与压缩压力线分其余的。2’和2点相差甚微,而且和底片的感光性能与测压仪的敏捷度有关（密度有关）。所以,我们把2’点看做与2点重合,即在2点才形成火焰中心离开压缩线急骤高升。

这一段占整个燃2点来计算与测试手段的精,并马上使压力（二）火焰流传期

（急燃期）

2－3这一阶段为燃烧过程的主要阶段。在此时间内,火焰迅速传遍整个燃烧室,混杂气的绝大部分在此时期内达成燃烧（80%以上），燃料的热能绝大部分在此时间内放出（这与柴油机不一样,柴油机随喷随燃,在上止点此后还在向缸内喷入燃料）。缸内压力、温度迅速高升,pMpa/degCA,p0.2~0.4代表工作粗暴的程度,它与火焰流传速率u有关。spus。ppmax工作粗暴，噪声。但us不正常燃烧趋势。气流运动us所以,在汽油机中,火焰流传速率是一个重要参数,它直接影响不正常燃烧的克制,从而影响发动机的功率、效率和使用寿命。3点为pmax点,3点’为Tmax,常常3’点与3点重合。若取放热效率突然降落的时刻作为急燃期的终点则更合理（3点稍后一点）,但这一点不易确立,故我们平常以使pmax的3点作为急燃期的终点。3点的到来时刻特别重要,太早,则压缩负功t。太迟,则热量利用t。因为汽油机的燃烧与柴油机不一样,可以人为控制,故可用调整点火提早角的方法来调整3点的到达时刻。注意：示功图的上下止点不简单测,目前全球还没有一正确、标准、威望的丈量方法。（三）补燃期3－43点燃料基本燃烧完的4点。3点过后,燃烧速度降落,活塞下行,使p,在3点过后的燃烧主要为在火焰流传期火焰先锋面没有燃烧掉的燃料连续燃烧。粘附在缸壁上的混杂气层连续燃烧。因为汽油机燃烧温度高,高温分解严重。产生的H2,O2,CO,在补燃期内,因为温度降低,重新燃烧生成CO2,H2O,放出热量。补燃t，T排，热负荷,经济性。希望补燃期。但汽油机不象柴油机随喷随燃,燃料在p此后还有喷入，补燃状况max要小得多。总结：为了保证汽油机工作柔和,动力性好,一般应使2点处于上止点前12～15。3p0175.~0.25Mpa/deg。点处于上止点后12～15,二、汽油机的不正常燃烧（一）爆震燃烧爆震燃烧汽油机在运行过程中有时会听到气缸内有显然的金属敲击声。这种声音假如连续较长时间此后,会惹起发动机的功率,冲击载荷,摩擦,热负荷,使用寿命,排气冒烟,经济性。依据对发动机理想循环的分析

,我们知道

t

。但

,则爆震偏向

,限制了的提升。所以,

战胜爆燃现象

,是汽油机的重要议题之一。2产生的原由

—终端混杂气自燃电火花点火后,火焰以正常的流传速度20~60m向前推动,未燃混杂气遇到激烈的压缩和热幅射。处于最后燃烧地点上的那部分终燃混杂气（Endgas）,因为热幅射作用,使先期反应加快进行,并放出部分热量,又使自己的温度不停高升,以致在正常火焰还没有到达时,终端混杂气最适于生气的部位已经形成了一个或几个火焰中心。以远大于正常燃烧火焰先锋面推动的速度向四周流传。

促稍微爆燃—us=100~300[m/s]激烈爆燃—us=800~2000[m/s]爆燃使终端混杂气迅速燃烧达成。因为爆燃使局部压力突然增添,而形成激烈的压力冲击波：冲击波撞击到燃烧室壁面上就会发生金属敲击声。激烈时会惹起发动机振动。若自燃区占整个燃烧室容积的5%,则为激烈爆燃。示功图的比较（1）正常燃烧与爆震燃烧的比较dp在上止点周边为最高,过上止点后,压力升骄横（因为V）,d固然dpd2p<0（曲线向下）,到了3点,p,dp>0,但d2max=0ddbpmax已高于正常燃烧的pmax,在3点后,p颠簸很大,使dpd忽正忽负。破坏了正常的示功图,使Pe2）汽油机爆燃与柴油机工作粗暴性的比较汽油机的爆燃现象就是终端混杂气的自燃现象,它与柴油机的工作粗暴性,在燃烧实质上是一致的,均是可燃混杂气自燃的结果。但二者发生的部位不一致。柴油机工作粗暴发生在急燃期的始点,dp使pmax。而汽油机的爆燃是发d生在急燃期的终点,故pmax不是特别大。气缸内压力有冲击现象。就这一点而言,A优异的柴油,十六烷值自燃性dpp,i,dmax但对汽油机：因为早期燃烧不激烈,使us爆燃趋势,B优良的汽油,使usdppmax。爆燃趋势,对柴油机,d所以,对汽油机而言的优异燃料,对柴油机就是最差的,反之亦然。造成的危害爆燃出现后,使正惯例则的火焰先锋面发生急骤的歪曲。（1）压力脉冲p正常—02.~04.[Mpa/degCA]dp爆燃—d

=0.2[Mpa/degCA]max可见压力颠簸之巨。压力的突变产生在容积的某一局部,汽缸内压力来不及均衡,也就是说这时的化学反应速率远远大于气体膨胀的速率,从而形成激烈的压力脉冲,并以极高的速度（1000m/s左右）向四周推动。噪声压力脉冲在汽缸壁面、活塞顶面及缸盖底面之间往返反射,逼迫气缸壁等部件振动而产生高频噪声,其频率在5000Hz以上。B部件寿命爆燃使缸内压力增添,活塞,气缸壁,气缸盖等各部件机械荷,若爆燃时间长,则部件寿命。压力脉冲破坏了壁面上的层流界限层。层流界限层有隔热作用，缸内温度可达2000℃（爆燃时,T会更高）,而壁面温度只有200～300℃,之所以这样,主若是层流界限层在起作用。但层流界限层被破坏,使导热量,则热应力部件寿命热损失t冷却水,机油温度润滑部件磨损磨耗量可达正常燃烧的27倍。（2）高温分解按提升循环热效率的热力学看法看,爆燃凑近于等容燃烧,热利用好,是人们所希望的,事实上也是这样,当稍微爆燃,发动机的热效率可以有所提升,均匀有效压力亦有所增添。但在激烈爆燃时,会使局部温度,出现高温分解,生成CO,H2,O2,NO等,严重时析出游离炭粒，这就是爆震时可能排气冒烟的原由。使油耗,且热效率反而会降落。产生出的炭粒又会形成积累,破坏活塞,活塞环,火花塞平易阀的正常工作。爆燃还会促使表面点火的发生。（二）表面点火在火花点火式发动机中,凡是不依靠电火花点火,而是因为火热表面（如过热的绝缘体电极、排气阀,特别是燃烧室表面火热的堆积物）点燃混杂气的不正常燃烧现象,均称为表面点火或火热门火。这种表面点火现象许多在出此刻9的增强汽油机上,目前因为控制排放等要求,汽油机多半降到9以下,所以对表面点火的重视程度已降落。非爆燃性表面点火（1）后火在火花塞点燃混杂气此后,火热表面才点燃混杂气的现象。形成火焰中心,但火焰流传速度正常,虽有时可使补燃,但影响不大,发动机后火,则在断火的下,仍连续运行。（2）早火dp发生在火花塞点火从前,火焰流传速度很高,，pmax（颇似柴油机工d作粗暴）。早火太早,则使压缩末期负功增大,热效率,功率损失,功率。单缸早火,往往会以致泊车。多缸早火,会使Ne,工作粗暴,寿命。非爆燃性表面点火,大体是在发动机按高速、高负荷长时间运行此后,火花塞绝缘体,电极或排气阀高温所惹起（不包含积炭）。2爆燃性表面点火（激爆）dp可比正常值高5倍,pmax可比正早火积炭惹起,常常是多点早火,危害很大,d常高150%。总结：由上所述,爆燃与表面点火是两种完整不一样的不正常燃烧现象,爆燃是在电火花点火此后,终端混杂气的自燃现象,而表面点火则是火热表面点燃混杂气所致。可是,它们之间存在着某种相互促使的内在关系。爆燃促使此后循环的火热表面易点火，而表面点火亦促使循环的爆燃偏向增加。dp1早火,,pdmax正常后火pmax,且出现晚、补燃（三）续走发动机在断火和节气门关闭后仍连续运行。断火、并关闭节气门后,n,进气少,废气回流使T。怠速时,冷却水又冷却不良,使缸内T,从而使混杂气自燃。三种不正常燃烧,主若是爆震燃烧。三使用要素对燃烧过程的影响（一）点火提早角点火提早角的有效调整可以使我们获取较为完满的示功图,对燃烧过程影响很大,可以通过人为进行控制。p－图,在节气门全开,标定转速,混杂气成份不变时,调整,获取三条曲线。在1下得曲线1在2下得曲线2在3下得曲线311,较大。这时,点火提早许多。pmax出此刻上止点周边。压缩负功损失t压缩负功损失单缸汽油机易熄火。dp早期放热pmax部件机械负荷。d因为此时缸内p,T较高,使其终端混杂气较为具备着火条件,到必定程度时,爆燃出现,所以,爆燃趋势。22,较小。点火提早少。pmax值出现较晚。dpdpmaxNe膨胀功损失补燃t，热负荷，排放差。所以,有一最正确值。

t33，适合。实践证明,当3dp=12～15，(0.07~0.24)Mpa/degCA时,dpmax出此刻上止点后=12～15时，p－图曲线下的面积最大，实用功最多。（二）混杂气浓度（过分空气系数值）对i的影响（1）不一样燃料—不一样曲线曲线1—加铅芳香族，抗爆性好，长。曲线2—加铅烷族，抗爆性较好，较长。曲线3—正庚烷，抗爆性差，i短。2）同一种燃料—一条曲线，i对示功图的影响这是不一样下的最正确示功图。1—

=0.84；2

—

=0.65；3

—

=1.01；4

—

=1.18。可以看出，

=0.84

的示功图曲线下的面最大。，

燃烧激烈程度

爆燃趋势

。3对火焰流传速度

us的影响=0.85～0.95

s,max；

，

s值的范围0.4～0.5—冷起动混杂气；0.85～0.95—功率混杂气；1.05～1.15—经济混杂气。（三）转速1n紊流混杂气混杂好i散热Tc、pcii降落不显然。n易吹散已形成的火焰中心in每循环所用时间,i相对于缩短了的循环时间降落不显然。2n离心式点火提早角调理装置使。3n紊流强度us爆燃趋势。（四）负荷1负荷节气门开度进入气缸的混杂气废气的比率相对每循环时间传热损失（一定）2负荷缸内p，T爆燃趋势。（五）大气状