汽油机溷合气的形成与燃烧课件

1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2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。3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

4（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5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。

6（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—2ms7（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

结构紧凑－小A/V值多点顺序喷射，改善了各缸分配的均匀性•减小燃烧室的面容比F／V一、均质稀混合气的燃烧室•结构紧凑，A／V值小•各循环间的燃烧变动•各循环间的燃烧变动•气体的紊流运动（一）正常燃烧过程进行情况•燃料不完全燃烧，HC排放量增多汽油机混合气形成的方式•火焰速度缓慢，经济性差德士古公司TCCS可控燃烧系统•燃料燃烧完全，be最低•火花塞尽量布置在排气门附近第一节汽油机燃烧过程第四章汽油机混合气的形成和燃烧•减小燃烧室的面容比F／V•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AT--火焰前锋面积8（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

9

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。10

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。11（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

12二、不正常燃烧

（一）爆燃

（二）表面点火

13（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

1415（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。16当负荷减小时，残余废气所占比例相对增加近年来汽油机发展，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。≈1、增大负荷、提高燃烧室温度和压力、加强气缸内紊流、•火焰传播距离应尽可能短4、某汽油机在3000r/min时测得其转矩为55N.≈1、增大负荷、提高燃烧室温度和压力、加强气缸内紊流、•pz、Tz、Δp/Δφ、pe均达最高值德士古公司TCCS可控燃烧系统综上所述，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。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•结构紧凑，A／V值小•燃料燃烧完全，be最低•火花塞尽量布置在排气门附近汽油机混合气形成的方式•各循环间的燃烧变动•HC排出量多而NOx较少•汽油机Δp/Δφ在0.•爆燃倾向增大•动力性、经济性高全负荷情况下省油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•扫除火花塞周围的残余废气1718三、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

现代汽油机转速很高，一般在5000--8000r/min，燃烧时间极短，1—2ms•扫除火花塞周围的残余废气•燃料燃烧完全，be最低电控技术的应用有利于改养瞬态响应性能•pz、Tz、Δp/Δφ、pe均达最高值•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（二）燃烧速度－影响因素•减小燃烧室的面容比F／V•气体的紊流运动近年来汽油机发展，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。汽油喷射系统油量计量与控制的精度高（四）燃烧室壁面的熄火作用二、分层燃烧及其燃烧室大气压力低（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。•气体的紊流运动第四章汽油机混合气的形成和燃烧•减小燃烧室的面容比F／V•各循环间的燃烧变动结构紧凑－小A/V值一、均质稀混合气的燃烧室19（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

20（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2122（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。23（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

24（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

25（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

26第二节

汽油机混合气的形成

•减小燃烧室的面容比F／V德士古公司TCCS可控燃烧系统近年来汽油机发展，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。三、使用因素对燃烧的影响汽油喷射系统油量计量与控制的精度高•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•燃烧室较紧凑全负荷情况下省油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。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.（四）燃烧室壁面的熄火作用全负荷情况下省油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汽油机负荷调节是量调节，•各循环间的燃烧变动•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•燃料不完全燃烧，HC排放量增多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.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27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

28

一、化油器式混合气的形成

•曾经用于载货汽车、轻型车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。外部特征：特别尖锐的金属敲击声，亦称之敲缸•减小燃烧室的面容比F／V可燃混合气密度ρT•燃烧最高压力出现在上止点后12°～15°曲轴转角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当负荷减小时，残余废气所占比例相对增加•pz、Tz、Δp/Δφ、pe均达最高值•减小熄火厚度•减小燃烧室的面容比F／V•混合气初始温度一、均质稀混合气的燃烧室火焰传播距离小，不易爆燃，可提高压缩比•结构紧凑，A／V值小汽油喷射系统油量计量与控制的精度高•HC、NOx排出量多转速增加时，应该相应加大点火提前角三、使用因素对燃烧的影响第二节汽油机混合气的形成•混合气初始温度•气体的紊流运动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转速增加时，爆燃倾向减小早燃与爆燃的关系：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。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.随着负荷率的增加，点火提前角应变小。•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熄火面积小，HC排量少•点火角过大，压缩功增加，且最高压力升高，爆燃倾向加大二、分层燃烧及其燃烧室汽油机负荷调节是量调节，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。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。•气体的紊流运动电控汽油喷射系统简图燃烧速度是指单位时间燃烧的混合气量m，在该工况下燃烧50mL的汽油需要的时间是25.•减小燃烧室的面容比F／V•结构紧凑，A／V值小•各缸间燃烧差异29

理想化油器特性30真空度31

简单化油器特征

32简单化油器的校正

主供油系的校正33

满负荷加浓的校正

34

怠速加浓的校正

35化油器变工况运行的校正加速过程

36

急减速过程

缓冲阀壳、膜片、推杆、节气门臂、节气门37

起动过程

383940414243•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德士古公司TCCS可控燃烧系统•HC、NOx排出量多•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、活塞等零件过热二、分层燃烧及其燃烧室相对散热损失小，热效率高•减小熄火厚度汽油机混合气形成的方式•减小燃烧室的面容比F／V•HC排出量多而NOx较少（四）燃烧室壁面的熄火作用4、某汽油机在3000r/min时测得其转矩为55N.燃烧速度是指单位时间燃烧的混合气量（一）正常燃烧过程进行情况化油器变工况运行的校正火焰传播距离小，不易爆燃，可提高压缩比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12.三、使用因素对燃烧的影响缓冲阀壳、膜片、推杆、节气门臂、节气门近年来汽油机发展，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。4445电控汽油喷射系统简图

46系统的基本构成图4748495051525354（二）燃烧速度－影响因素•动力性、经济性高•HC排出量多而NOx较少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，形成混合气一、均质稀混合气的燃烧室汽油机负荷调节是量调节，ρT--未燃混合气密度•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•各循环间的燃烧变动当负荷减小时，残余废气所占比例相对增加•结构紧凑，A／V值小转速增加时，爆燃倾向减小ρT--未燃混合气密度（四）燃烧室壁面的熄火作用综上所述，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。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。（二）燃烧速度－影响因素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12.7s，试计算有效功率Pe（kW）、每小时耗油量B（kg/h）和比油耗be（g/kW.•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•火焰速度缓慢，经济性差•HC排出量多而NOx较少5556575859606162636465•扫除火花塞周围的残余废气近年来汽油机发展，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。（四）燃烧室壁面的熄火作用熄火面积小，HC排量少化油器变工况运行的校正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，可使用稀混合气汽油喷射系统油量计量与控制的精度高全负荷情况下省油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汽油机混合气形成的方式（二）燃烧速度－影响因素•各循环间的燃烧变动•火花塞尽量布置在排气门附近多点顺序喷射，改善了各缸分配的均匀性•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排放量降低汽油机负荷调节是量调节，汽油机负荷调节是量调节，•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当负荷减小时，残余废气所占比例相对增加•这种燃烧已远离上止点，应尽量减少•点火角过大，压缩功增加，且最高压力升高，爆燃倾向加大随着负荷率的增加，点火提前角应变小。666768多点顺序喷射，改善了各缸分配的均匀性•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。•着火延迟期长短有变动•气体的紊流运动•HC、NOx排出量多德士古公司TCCS可控燃烧系统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•pz、Tz、Δp/Δφ、pe均达最高值随着转速的增加，点火提前角应变大；•结构紧凑，A／V值小•绝大部分燃料在这一阶段燃烧，是汽油机的主燃烧期•结构紧凑，A／V值小多点顺序喷射，改善了各缸分配的均匀性•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≈1、增大负荷、提高燃烧室温度和压力、加强气缸内紊流、•燃料性质，燃料的抗爆燃能力－辛烷值第一节汽油机燃烧过程第二节汽油机混合气的形成6970717273747576空气系统主要零件77燃料系统主要零件78燃料系统主要零件79控制系统主要零件80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

81第三节

燃烧室

82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

832.具有良好的充气性能

843.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854.燃烧室形状合理分布

865.组织适当的紊流运动

6.防止爆燃和早燃

末端要适当冷却87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

88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

•绝大部分燃料在这一阶段燃烧，是汽油机的主燃烧期转速增加时，气缸中紊流增强，火焰速度大体与转速成正比增加•减小燃烧室的面容比F／V•HC排出量多而NOx较少汽油喷射系统油量计量与控制的精度高早燃与爆燃的关系：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。•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。产生原因：在火焰前锋尚未到达之前，末端混合气已经自燃混合气进入气缸后，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汽油机负荷调节是量调节，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。•气体的紊流运动≈1、增大负荷、提高燃烧室温度和压力、加强气缸内紊流、•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电控汽油喷射系统简图•点火角过大，压缩功增加，且最高压力升高，爆燃倾向加大汽油机负荷调节是量调节，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。•燃料燃烧完全，be最低89•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90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9.8~11.2.91一、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92二、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.93二、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94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