汽油机溷合气的形成与燃烧

汽油机溷合气的形成与燃烧第1页/共104页2发动机的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。

第四章汽油机混合气的形成和燃烧第2页/共104页3汽油机燃烧过程概述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近年来汽油机发展，涌现出一些新型燃烧系统：稀薄燃烧系统、非均质混合气燃烧系统及缸内喷射技术等。第3页/共104页4第一节

汽油机燃烧过程

一、正常燃烧过程

（一）正常燃烧过程进行情况

（二）燃烧速度

（三）不规则燃烧

（四）燃烧室壁面的熄火作用

第4页/共104页5（一）正常燃烧过程进行情况

着火延迟期

明显燃烧期

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Δp/Δφ在0.2--0.4MPa/(°)的范围内•燃烧最高压力出现在上止点后12°～15°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，应尽量减少第5页/共104页6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。

第6页/共104页7（二）燃烧速度

燃烧速度是指单位时间燃烧的混合气量AT--火焰前锋面积ρT--未燃混合气密度UT--火焰速度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，1—2ms第7页/共104页8（二）燃烧速度－影响因素火焰速度UT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

火焰前锋面积AT

可燃混合气密度ρT

第8页/共104页9（三）不规则燃烧

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

第9页/共104页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。第10页/共104页11

缸间燃烧波动主要因素为燃料分配不均匀，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。第11页/共104页12（四）燃烧室壁面的熄火作用

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F／V

第12页/共104页13二、不正常燃烧

（一）爆燃

（二）表面点火

第13页/共104页14（一）爆燃

外部特征：特别尖锐的金属敲击声，亦称之敲缸产生原因：在火焰前锋尚未到达之前，末端混合气已经自燃影响因素：

•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

第14页/共104页15第15页/共104页16（二）表面点火

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。第16页/共104页17第17页/共104页18第18页/共104页19三、使用因素对燃烧的影响

（一）混合气浓度

（二）点火提前角

（三）转速

（四）负荷

（五）大气状况

第19页/共104页20（一）混合气浓度在α=0.8--0.9时

:

•

pz、Tz、Δp/Δφ、pe均达最高值

•爆燃倾向增大

•不完全燃烧，所以CO排放量明显上升在α=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排放量大在α<0.8及α>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

第20页/共104页21（二）点火提前角定义：从发出电火花到上止点间的曲轴转角

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，耗油率最低点火提前角调整特性：当汽油机保持节气门开度、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所示第21页/共104页22第22页/共104页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排放量降低

随着转速的增加，点火提前角应变大；随着负荷率的增加，点火提前角应变小。第23页/共104页24（三）转速转速增加时，气缸中紊流增强，火焰速度大体与转速成正比增加

转速增加时，爆燃倾向减小

转速增加时，应该相应加大点火提前角

第24页/共104页25（四）负荷汽油机负荷调节是量调节，当负荷减小时，残余废气所占比例相对增加

当负荷减小时，需要增大点火提前角

第25页/共104页26（五）大气状况大气压力低（高原），气缸充气量减少，经济性和动力性下降，爆燃倾向减小大气温度高，同样气缸充气量下降，容易发生爆燃和气阻

第26页/共104页27第二节

汽油机混合气的形成

第27页/共104页28汽油机混合气形成的方式

化油器式

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

第28页/共104页29

一、化油器式混合气的形成

第29页/共104页30

理想化油器特性第30页/共104页31真空度第31页/共104页32

简单化油器特征

第32页/共104页33简单化油器的校正

主供油系的校正第33页/共104页34

满负荷加浓的校正

第34页/共104页35

怠速加浓的校正

第35页/共104页36化油器变工况运行的校正加速过程

第36页/共104页37

急减速过程

缓冲阀壳、膜片、推杆、节气门臂、节气门第37页/共104页38

起动过程

第38页/共104页39第39页/共104页40第40页/共104页41第41页/共104页42第42页/共104页43第43页/共104页44第44页/共104页45第45页/共104页46电控汽油喷射系统简图

第46页/共104页47系统的基本构成图第47页/共104页48第48页/共104页49第49页/共104页50第50页/共104页51第51页/共104页52第52页/共104页53第53页/共104页54第54页/共104页55第55页/共104页56第56页/共104页57第57页/共104页58第58页/共104页59第59页/共104页60第60页/共104页61第61页/共104页62第62页/共104页63第63页/共104页64第64页/共104页65第65页/共104页66第66页/共104页67第67页/共104页68第68页/共104页69第69页/共104页70第70页/共104页71第71页/共104页72第72页/共104页73第73页/共104页74第74页/共104页75第75页/共104页76第76页/共104页77空气系统主要零件第77页/共104页78燃料系统主要零件第78页/共104页79燃料系统主要零件第79页/共104页80控制系统主要零件第80页/共104页81汽油喷射系统的优点

汽油喷射系统油量计量与控制的精度高

供油系统雾化质量好，改善了燃烧过程电控技术的应用有利于改养瞬态响应性能

多点顺序喷射，改善了各缸分配的均匀性

取消了化油器喉管，提高了充气效率

第81页/共104页82第三节

燃烧室

第82页/共104页83对燃烧室的要求

1.结构紧凑－小A/V值

火焰传播距离小，不易爆燃，可提高压缩比

相对散热损失小，热效率高熄火面积小，HC排量少

第83页/共104页842.具有良好的充气性能

第84页/共104页853.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第85页/共104页864.燃烧室形状合理分布

第86页/共104页875.组织适当的紊流运动

6.防止爆燃和早燃

末端要适当冷却第87页/共104页88常用典型燃烧室

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

第88页/共104页89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

第89页/共104页90•结构紧凑，A／V值小转速适应性好•压缩比高•动力性、经济性高•工作粗暴•HC排出量多而NOx较少

多球形燃烧室第90页/共104页91其它汽油机燃烧室一、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9.8~11.2.第91页/共104页92一、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，可使用稀混合气第92页/共104页93二、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.第93页/共104页94二、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高第94页/共104页95作业一1、国产汽油以（）来划分牌号，国产柴油以（）来划分牌号，柴油的十六烷值表示柴油（）。2、汽油机的点火提前角应随转速的增加而（），随负荷的增加而（），柴油机的供油提前角应随转速的增加而（），随负荷的增加而（）。3、根据汽油和柴油的物性差异，分析汽油机和柴油机在混合气形成、着火和燃烧上的差异。4、某汽油机在3000r/min时测得其转矩为