04第四章 汽油机混合气形成及燃烧.pdf

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1、发动机原理武汉理工大学汽车工程学院罗马吉第四章汽油机混合气的形成和燃烧•发动机的燃烧过程是影响发动机动力性、经济性和排气污染的主要过程，对噪声、振动、起动性能和使用寿命也有重大影响。•4.1汽油机正常燃烧过程•4.2汽油机不规则及不正常燃烧•4.3影响燃烧过程的因素•4.4常用典型燃烧室结构2012-10-26发动机原理24.1汽油机正常燃烧过程•汽油机的混合气的形成和燃烧过程是：¾先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，形成可燃混合气；¾混合气进入气缸后，到压缩行程终了时形成均匀混合气，再经电火花点火进行燃烧。•汽油机的正常燃烧过程是

2、由火花塞点火开始，火焰前锋以一定的速度传遍整个燃烧室的过程。汽油机着火和燃烧的火焰传播过程火核形成特点：均质透明火焰，前锋面皱褶•对汽油机燃烧过程的分析主要根据展开示功图P-φ进行。•根据缸内压力变化的特征，汽油机的燃烧过程可分为三个阶段：Ⅰ-着火落后期Ⅱ-明显燃烧期Ⅲ-补燃期•对在燃烧压力线上:¾1点为火花塞跳火点；¾2点为燃烧压力线脱离压缩压力线点；¾3点为最高压力点。•右图中虚线表示只压缩不点火的压缩线；1.着火落后期（φ～φ）AB•现象：¾在φA点开始火花点火，高温单阶段着火；¾在φB点产生稳定的火核，开始火焰传播；¾φB点也可用CA05表示，即累计放热5

3、%的相位。•特性参数：着火落后期φi¾10°～20°CA¾注意区别点火提前角θig¾φi相对稳定（相对柴油机），因此θig对pmax相位有重要影响2.明显燃烧期（φB～φC）•现象：¾由明显火核产生～火焰充满燃烧室；¾90％燃料在此期间被燃烧。也称为速燃期•Δp/Δφ在0.2--0.4MPa/CA•放热速率特征值CA50：累计放热50%的相位，0～10CAATDC•主要控制参数1：最高爆发压力pmax¾pmax↑，ηi↑，Wi↑，NOx↑，机械负荷及热负荷↑；¾pmax位置，φc＝10～15CA（ATDC）3.后燃期（φC～φD)•现象燃烧剩余约10％燃料，主要存

4、在于火焰前锋面扫过后尚未完全燃烧区域、壁面附近未燃混合气•要求：¾燃期短—后燃期↑，ηi↓，排↑，甚至“放炮”¾燃烧净—否则，HC↑，CO燃烧速度•燃烧速度是指单位时间燃烧的混合气量dm=ρUATTTdt¾A--火焰前锋面积T¾ρ--未燃混合气密度T¾U--火焰速度T•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，1-2ms2012-10-26发动机原理9燃烧速度－影响因素•火焰速度UT¾火焰前锋相对于未混合气向前推进的度。•气体的紊流运动•混合气成分•混合气初始温度¢火焰前锋面

5、积AT¢可燃混合气密度ρT2012-10-26发动机原理104.2汽油机不规则及不正常燃烧（一）、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。•循环变动：各循环间的燃烧变动•各缸工作不均匀：各缸间燃烧差异•对于各缸和各循环而言，混合气温度等都可能互不相同，点火提前角和空燃比的调节不可能都处在最佳值，这就影响各缸和各循环初始火焰形成时刻的稳定性，导致各缸和各循环最大燃烧压力和平均指示压力的变化。2012-10-26发动机原理11循环变动原因•混合气成分波动•气体运动状态波动2012-10-26发动机原理12•影响循环变动的因素较多

6、。如混合气浓度、发动机负荷、发动机转速、点火时刻、燃烧室的形状、火花塞位置、压缩比、配气定时等。•为提高发动机功率、减少油耗、降低排放污染与噪声,应使燃烧变动降低到最小限度。•可适当提高发动机转速及负荷、增大点火提前角、过量空气系数φ控制在0.8～0.9at左右、加强气体紊流、增加点火能量、采用多点点火等。各缸工作不均匀原因•各缸进气充量不均匀•进气空气量、进气速度、气流扰动强度、燃烧室形状、压•混合气成分不均匀缩比、火花塞位置的差异也有影响。2012-10-26发动机原理14从燃烧示功图也可看出各缸燃烧的差异，图5-3为CA6102发动机节气门开度75%，转速n

7、=1400(r/min)和3000（r/min)时各缸燃烧示功图。（二）不正常燃烧•在汽油机正常燃烧情况下，提高压缩比可以提高汽油机的动力性和燃油经济性。•而当出现不正常燃烧时，热效率及功率均要下降。•同时，由于不正常燃烧使零件磨损加剧，使用寿命下降，发动机振动及噪声增大，排放污染严重，发动机过热。•汽油机的不正常燃烧主要有爆燃和表面点火。2012-10-26发动机原理171.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

8、末端混合气