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1、本章重点： 1、 汽油机正常燃烧过程 。 2、 爆燃和表面点火 。 3、 影响燃烧的因素 。 了解： 汽油机混合气的形成 有害排放物的生成机理与控制 汽油机燃烧室 。 第五章 汽油机混合气形成与燃烧 引言 燃料 燃烧完全的程度 ，直接影响到热量产生的多少和排出的废气的成分；而 燃烧时机 又关系到热量的利用程度 。 所以 ， 燃烧过程是影响发动机的动力性 、 经济性和排气污染的主要过程 ， 同时与噪声 、 振动 、启动性能和使用寿命也有重大关系 。 1） 燃烧完全 ， 释放出尽可能多的热能 ， 减少废气中的有害物质 。 2） 燃烧及时 ， 使放热集中在上止点附近 ， 提高热功转换能力 。 高速摄
2、影法、 示功图法 第一节 汽油机混合气的形成 1、传统化油器式汽油机混合气形成 一般采用下吸式化油器 混合气形成初始位置： 喉管处 喉管处，空气的流速约为燃油流速的2030倍，燃油被粉碎成直径约 大了空气与燃油的接触面积。 1、汽油喷射式汽油机混合气形成 一般采用多点、间歇燃油喷射 喷射系统的压力一般为： 200300射时间排气终了上止点前： 10100 合气形成初始位置： 进气门处 。 进气门处，喷油器将燃油以雾状喷入，与进入的空气形成均质预混合气。 1、火花塞跳火 2、缸内压力线偏离纯压缩线的始点 3、缸内最高压力点 一、示功图上的关键点 图 5油机的燃烧过程 第二节 汽油机的正常燃烧 汽
3、油机的燃烧过程 ：指从点火开始到燃料基本烧完为止的过程。 二、燃烧过程的几个阶段 1、滞燃期（ 着火落后期 或着火延迟期） 从火花塞开始跳火到火焰中心形成 着火落后期。 或：从火花塞开始跳火到缸内的压力明显脱离压缩线。 火花塞跳火（ 10，氧化反应需要一定时间。 当混合气局部温度升高到一定程度后（ 3000K），形成发光区，即 火焰中心 。 缸内的压力线与压缩线基本重合。 影响着火落后期的因素： 燃料的性质、混合气浓度 (=、火花塞跳火时缸内压力及温度、电火花强度等。另外，与残余废气量、缸内混合气的运动等因素有关。 从火花塞跳火瞬时到活塞行至上止点时的曲轴转角，称为 点火提前角 ，用 表示。一
4、般为 20 35 2、急燃期（明显燃烧期或显燃期） 从火焰中心形成到示功图上的压力达到最高点为止称为 明显燃烧期 。 或：从火焰中心形成到火焰传遍整个燃烧室 火焰前锋扫过整个燃烧室，一般占 20 30 混合气约 80 90%在此期间燃烧完毕。 温度、压力迅速升高，出现最高压力点 ( 5最高温度点。 最高压力点与最高温度点有时重合。 出现最高压力点的时刻对功率和经济性有重大影响。 最高压力在上止点后 12 A15 在均质混合气中，当火焰中心出现后，与其临近的一薄层混合气首先燃烧即形成极薄的火焰层，称为 火焰前锋 。 火焰传播 以火核为中心呈球面波形式向周围扩展。 分： 层流火焰传播、 湍流火焰传
5、播 层流火焰传播速度 火焰前锋相对于未燃混合气向前推进的速度 。（ 火焰层薄， s） 影响 温度、压力、 a、 r、燃料等 (当 n=5000 8000r/烧时间 1 2求速率 30 70m/s) 湍流火焰传播速度 汽油机火焰传播以湍流火焰方式进行 湍流不高时： 1+ 火焰前锋皱折，火焰层厚，湍流火焰传播速度一般 50 80m/s 湍流不高时，与湍流强度成线性；高时成非线性 提高湍流强度可改善燃烧，但太强会出现火焰猝熄 *湍流 是一种高度复杂的三维非稳态、带旋转的不规则流动。在湍流中的流体的速度、压力、温度等都随时间与空间发生随机的变化。从物理结构上，是由各种不同尺度的涡旋叠合而成的，这些漩涡
6、的大小及旋转轴的方向分布是随机的。 压力升高率（ P） ： 即曲轴每转 1度时，缸内气体压力的平均 升高量。 P =dp/ 显燃期内平均压力升高率 衡量发动机工作粗暴程度的指标 发动机的振动和噪声、火焰传播速率与 汽油机 a/ A，工作柔和，性能好。 明显燃烧期内平均压力升高率 ： 燃烧速度： 单位时间燃烧的混合气量。 3、 后燃期（补 燃期 ） 从最高压力点到燃烧结束为 后燃期 。 火焰前锋后面没有燃烧的燃料 ， 以及附在气缸壁上的混合气层继续燃烧 ， 此外 ， 以及部分燃烧及高温分解的燃烧产物 （ 重新氧化放热 。 在膨胀过程中的燃烧 ， 活塞远离上止点 ， 压力下降 。 在膨胀中远离上止
7、点放热 ， 热能不能充分利用 ， 使 ， ， 且排气温度 ， 散热量 。 过长 ， 会造成发动机过热 ， 排气管 “ 放炮 ” 。 希望后燃期尽可能短 ， 后燃放热量尽可能少 。 第三节 汽油机的不正常燃烧 (一 )现象 机件磨损加剧； 冷却系过热 ， 排温增加； 严重时排气冒黑烟； 图 5燃时的示功图 常见的不正常燃烧 :爆震燃烧和 表面点火 。 一、 爆震燃烧 （二）原因 在火焰前锋到达之前 ,末端混合气受压缩和辐射的作用使温度 、 压力超过其临界温度 、 压力 ， 产生 自燃 。 末端混合气自燃 ， 形成新的火焰中心 ,火焰传播速度可达 800 1000m/s,缸内局部压力 、 温度急剧
8、升高 ,压力来不及平衡 ,形成冲击波 （ 激波 ） ,冲击波反复撞击缸壁 （ 频率可达 30005000， 发出尖锐的敲缸声 。 激波来回反射 ， 在示功图上形成锯齿形 。 大于 5%的混合气自燃 ， 足以引起激烈的爆燃 。 重载爬坡 、 急加速时易爆震 ， 换低挡以提高发动机转速可消除爆震 。 （三）危害 1、机件过载 冲击负荷大 ， 机件的机械负荷增加 ， 使机件变形损坏 ， 噪声增大 。 2、机件烧损 汽油机燃烧终了的温度为 2000 2500 ， 由于冷却水和 气体附面层 的作用 ， 活塞顶 、 燃烧室壁和缸壁的温度保持在 200 300 。 爆燃 冲击波破坏燃烧室内附面层和局部高温
9、， 使活塞头和气门等烧损 ， 同时会引起发动机过热 。 3、润滑变差 发动机过热 ， 使润滑效果变差 ， 使磨损加剧 。 4、积碳增多 高温裂解产生的碳粒形成积炭 5、 另外 ， 高温裂解使燃烧产物分解为 多 ， 排气冒烟严重 。 使排 温增高 。 （四）影响爆燃的因素 有 燃料因素 、 使用因素 、 结构因素 等 。 为便于分析 ， 假定： 从火焰中心形成起到火焰前锋传到末端混合气为止的时间 。 从火焰中心形成起到末端混合气自行着火的时间 。 所以： 当 t1 爆燃 。 1、 燃料因素 汽油机的压缩比 ， 应适应汽油辛烷值的要求 。 2、 使用因素 转速 ， 进气速度 ， 压缩终了气体紊流度
10、 ， 火焰传播速度 ， 爆燃程度减弱； 残余废气 ， 混合气自燃温度 ， 着火延迟期 爆燃减弱； 过量空气系数 ， 在 自燃温度低 ， 着火延迟期短 爆燃最严重 点火提前角 （ ， 混合气的温度和压力 易爆燃； 缸内积碳 ， 使热阻加大 ， 壁面温度升高 ， 实际压缩比增加 爆燃加重 （五）减轻爆燃的措施 降低水温和进气温度 降低末温 降低压缩比 推迟点火 增加残余废气 3、结构因素 燃烧室结构 能使压缩终了气体紊流速度提高 ， 火焰传播速度加快 ， 能避免爆燃； 火花塞的位置和数目 使火焰行程缩短 ， 可减少爆燃； 使 末端气体 接触的燃烧室壁强 冷却 ， 可减少爆燃； 采用 小直径的气缸
11、， 不易爆燃 。 二、 表面点火 或热面点火 定义： 在火花点火式汽油机中 ， 凡是不依靠火花塞点火 ， 而是由燃烧室内炽热表面 （ 如过热的火花塞电极 、 排气门 、 积碳 ） 点燃混合气的现象 。 早燃或早火 在火花塞跳火 之前 后燃或后火 在火花塞跳火 之后 分 非爆燃性表面点火 爆燃性表面点火 1、 非爆燃性表面点火 1）后燃 点火后或不点火 ， 炽热表面在火焰到达前点燃混合气； 断火后发动机续转就是这种现象 。 2）早燃 炽热表面温度较高 ， 在点火前 ， 点燃混合气 。 点燃区域较大 ， 火焰传播速度快 ， 发动机易过热 。 早燃的危害 压缩负功 ， 缸内温度 ， 与缸壁接触面积
12、, 散热量 , 有效功率 。 活塞连杆组的机械负荷 、 热负荷 ,使用寿命 。 图 5燃时的示功图 早燃 与爆燃的区别 沉闷的 “ 敲缸声 ” 。 被炽热表面点燃 ， 无压力波产生 ， 而爆燃时为自燃 ， 有压力波产生 。 另外 : 爆燃 早燃 缸内炽热表面产生 缸内温度、压力升高 非爆燃性表面点火大体是发动机长时间高负荷运转引起的 。 2、 爆燃性表面点火 （ 激爆 ） 热面点火后火焰以爆燃速度传播 由燃烧室 沉积物 引起的 压力升高率高 5倍 ， 最高压力高 150% 原因： 发动机低速 、 低负荷运转时 ， 燃烧室表面极易形成导热性很差的沉积物 。 高速 、 大负荷时 ， 沉积物被高温火焰包围 ， 急剧氧化而白炽化 ， 将混合气点燃 。 加速时 ， 气流吹起已着火的碳粒产生多点着火 ， 使混合气激烈燃烧 。 3、影响热面点火的因素及预防措施 凡是能使缸内的 T、 可预防热面点火 选用低沸点汽油和含胶质少的机油。 在燃料中加抑制热面点火的添加剂。 适当降低压缩比。 选用合格的火花塞、排气门。 4、小结： 爆燃 表面点火 末端混合气自燃 炽热表面点燃 火花塞跳火之后 火花塞跳火之前、后 有压力冲击波 无压力冲击波 敲击声较清脆
