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1、目的:燃烧过程是将燃料的化学能转变为热能的过程。燃烧完全的程度影响热量产生的多少和排出废气的成分,而燃烧时间和时刻又关系到气缸压力变化和热功转换的程度,所以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。 传统汽油机的特点是形成均质混合气,燃烧过程是由定时的火花塞点火,火焰以正常的速度传遍整个燃烧室。燃烧过程要避免不规则燃烧和不正常燃烧。 要求:本章要求掌握汽油机的燃烧过程,学会分析影响汽油机燃烧过程的因素,掌握汽油机不正常燃烧的的原因和对策。了解燃烧室设计要求及特点。,第七章 汽油机的燃烧过程,汽油机的燃烧过程,汽油机的燃烧过程,正常燃烧,不正常燃烧,表面点火,爆震,后火,早火,7-
2、1正常燃烧 火花塞放电时两极电压可达10-35kV,击穿电极间隙的混合气,造成电极间电流通过。电火花能量点燃电机附近的混合气首先形成火焰中心 ,而后火焰前锋以一定的正常速度扩散到整个燃烧室,气缸内温度和压力升高。此期间,火焰传播速度及火焰前锋面的形状没有急剧变化,该状况称为正常燃烧。,研究燃烧过程的方法很多,但简单易行且经常使用的方法是P-示功图,它反映了燃烧过程的综合效应。汽油机典型示功图如下图P-图所示。,一、燃烧过程的分段,P-图,称为燃烧过程的展开示功图。按缸内压力变化 的特征,将燃 烧过程分为三 个时期: 1)滞燃期 (着火延迟期、 着火落后期) 2)急燃期 (明显燃烧期) 3)补燃
3、期 (后燃期),滞燃期(段),从火花塞跳火( 1点)到火焰中心出现( 2点)的时间或曲轴转角称为滞燃期(占整个燃烧时间的15%)。 在最佳点火条件下,一般点火能量只需0.2mJ。对较浓和较稀的混气,点火能量只需3mJ。,为了保证发动机在各种工况下都能点火成功,实际点火能量一般为30-50mJ,高能点火系统则可达100mJ。 滞燃期每一循环都可能有变动,有时最大值可达最小值的数倍。 为了提高效率,应尽量缩短滞燃期。 为了保证发动机运转稳定,应尽量保证滞燃期保持稳定。 点火提前角2035,着火延迟角46。,影响滞燃期的长短的因素,1.混合气成分(a=0.8-0.9) 2.点火时缸内气体温度和压力(
4、压缩比) 3.缸内气体流动 4.火花能量 5.残余废气量,急燃期(II段),从出现火焰中心(2点)开始到缸内出现最高压力(3点)为止。此时火焰 由火焰中心烧 遍整个燃烧室, 因此也称之为 火焰传播阶段。,燃油80-90在此期间燃烧结束,一般在上止点后1015CA出现最高压力。 曲轴每转1时缸内压力升高值/称为压力升高率(一般在0.2-0.4MPa)。压力升高率不能过高,过高则易工作粗暴。 最高压力点出现的时刻,对发动机的功率和经济性有重大影响。过早,则引起压缩负功增加,压力升高率增加;反之,则膨胀比减小,传热面积增大。可通过调整点火提前角来调整最高压力点出现位置点。,影响急燃期的因素,1.火焰
5、传播的速度 2.火花塞的位置 3.燃烧室形式 4.点火提前角 燃烧速度即单位时间内燃烧的混合气的数量。 火焰传播方式根据混合气流动状态可以分为层流火焰传播(小于1m/s)和湍流火焰传播(50-80m/s)。,补燃期(段),缸内出现最高压力(3点)以后到燃烧完全结束这段时间称为补燃期,因少量燃料未充分氧化、燃烧室边缘和汽缸壁上的燃料等继续燃烧,而使 燃烧推迟。补燃使 热负荷增加 、热效 率减小、功率下降, 若持续时间过长至 排气门打开时还在 燃烧,则会产生排 气管 “放炮”现象, 应加强涡流,使后 燃期尽可能缩短。,影响补燃期长短的因素,1.火焰前锋过后未来得及燃烧的燃料 2.贴附在汽缸壁上未燃
6、烧的燃料 3.燃烧产物CO2和H2O的分解现象 补燃期内活塞已远离上止点,燃烧条件差,放热量得不到充分利用,所以补燃期越短越好。,二、不规则燃烧,汽油机不规则燃烧是指稳定正常运转情况下,各循环之间的燃烧变动和各气缸之间的燃烧差异。前者称为循环间的燃烧变动(或循环波动),后者称为各缸间的燃烧差异(或各缸工作不均匀)。,1.循环间的燃烧变动 是点燃式发动机的一大特征,指发动机以某一工况运行时,这一循环和下一循环燃烧过程的进行情况不断变化,具体表现在压力曲线、火焰传播情况及发动机输出功率均不相同。,稀混合气,浓混合气,影响循环间的燃烧变动的因素,1)气缸内气体运动状况 2)每循环气缸内的混合气成分
7、降低循环间波动的措施 1)多点点火 2)组织进气涡流 3)提高发动机转速 4)采用化学计量空燃比 5)采用燃油电控喷射技术 6)采用快速、速然燃烧技术 7)加大点火能量,2.各缸间的燃烧差异,各缸工作不均匀是针对多缸发动机而言的。 产生燃烧差异的因素:进气量的差别、混合气成分不均匀等。 各缸工作不均匀性的存在,使得难以找到对各缸都是最佳的点火提前角和过量空气系数,动力性、经济性、排放性等整机指标难以优化,振动及噪声也会增加。,汽油机的不正常燃烧是指设计不当或控制不当,使之偏离正常点火时间及地点,由此引起燃烧速率急剧上升,压力急剧增大等异常现象。 不正常燃烧可分为爆震(或爆燃)和表面点火两类。,
8、7-2 不正常燃烧(异常燃烧),一、爆震 爆震时,缸内压力曲线出现高频大幅度波动(锯齿波),同时发动机会产生一种高频金属敲击声,因此也称爆震为敲缸。 爆震类似于柴油机,低温多阶段自然。,现象:敲缸(缸内出现尖锐的金属敲击声),燃烧室和冷却系统过热,排温上升,有效燃油消耗率ge上升, 有效功率Pe下降,气缸压力线出现锯齿波。 原因:在火焰前锋到达之前,末端混合气的温度、压力超过其临界温度、压力而自燃,形成新的火焰中心,火焰传播速度加大,使得缸内局部压力、温度急剧升高,压力来不及平衡,形成冲击波,冲击波反复撞击缸壁,发出尖锐的敲缸声。,危害:/可达65MPa,缸壁油膜破坏,轴瓦减磨层破坏,连杆弯曲
9、,曲轴裂纹,有效燃油消耗率ge上升, 有效功率Pe下降 。 影响因素: 1、燃料:用抗爆性好的燃料或加抗暴剂。 2、结构:改进燃室结构,加强涡流;合适的火花塞位置,缩短火焰行程; 减小缸径,加强冷却,用铝缸盖散热。 3、运用:提高转速,加强紊流;减小节气门,增大废气系数;减小点火提前角;减小压缩比;加装 爆震控制装置。,二、表面点火,汽油机中,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)点燃混合气而引起的不正常燃烧称表面点火。 表面点火时 间是不可控 制的。 在电火花出 现以前的点 火称早燃 (早火)。 在电火花出 现以后的点 火称后燃 (后火)
10、。,影响表面点火的因素: 1.凡是能够使缸内T、P降低的因素,都可预防表面点火。 2.选用低沸点汽油和含胶质少的机油。 3.在燃料中添加抑制表面点火的添加剂。 4.适当降低压缩比。 5.选用合格的火花塞和排气门。 与爆燃的区别: 1.被炽热表面点燃,无压力波产生,爆燃时为自燃,有压力波。 2.沉闷的敲缸声(主要是活塞、连杆、曲轴等的运动件受到冲击负荷产生振动产生的)。,爆燃,7-3:影响燃烧的因素,一、汽油的性质: 1、蒸发性:蒸发性强,易汽化,混合均匀,燃速快,完全燃烧,动力性经济性好。但蒸发性太强易产生气阻。 2、抗暴性:辛烷值越高抗暴性越强。 二、点火提前角: 过大,滞燃期长, 易爆燃,
11、早燃; 过小, 补燃严重,过热,都使ge 上升,Pe下降。最佳点火 提前角随负荷和转速变化, 故设提前点火调节装置 (开环控制、闭环控制和 混合控制)。,三、混合气成分,一般0.80.9,缸内燃烧温度最高,火焰传播速度最大,、Pz、Tz最大,易爆燃; 1.051.15,传播速度降低,氧气充足,燃烧完全,经济性好。 四、转速 n增加,气流速度上升, 涡流加强, 火传播速度增加,燃烧过程缩短, 爆燃倾向下降。,五、负荷: 负荷减小,节气门开度减小,进气量减小,残余废气量增多,火焰传播速度减小,燃烧恶化,经济性降低。 转速一定,负荷减小时,应增大点火提前角。,六、燃烧室,燃烧室应满足:有利于换气和充气效率v的提高, 有利气体流速、燃速的提高,热损失少,避免局部过热, 抗爆性好,低排放。 结构:半球形,楔形,锥形,浴盆形,L形,碗形等。 燃烧室形状和火花塞位置决定传播距离,半球形、浴盆形传距短,不易爆燃;L形、楔形,形成强涡流,火传播速度快,爆燃少。,