内燃机学教学课件作者周龙保52课件

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1、第二节点燃式内燃机的燃烧正常燃烧不正常燃烧火花点火过程SIENGINECOMBUSTION主要学习内容火花点火SPARKIGNITION击穿阶段电弧阶段形成电流通道后,电压较低,但电流仍很高(50~100A),中心区温度下降到6000K。一般认为,在电弧阶段火焰传播开始发生辉光放电阶段电流低于200mA,阴极上有大的电压降(300~500V)且温度较高,离子化程度很低(低于0.01%)绝大部分的点火能量在此时放出,能量损失比电弧阶段更大。火花塞电极在电压(10~15kV)作用下击穿电极间隙内的混合气,间隙内阻抗降低,形成电流通道,(峰值200A

2、)一、火花点火过程二、最小点火能量电极间隙d由最小变大,存在一个间隙值d0,使得形成火核的最低火花放电能量最小;汽油化学计量比的混合气点火能量约0.2mJ;较稀或较浓混合气,以及电极处的混合气有较高流速时,点火能量为3mJ;发动机常规点火系统供给的能量一般为30~50mJ。dddmin(Emin)minEmind0火焰传播FLAMEPROPAGATION一、定容弹中的预混燃烧燃烧部分的膨胀产生对已燃、未燃部分压缩PREMIXEDCOMBUSTIONINBOMB燃料的理化特性混合气成分混合气空燃比混合气温度、压力混合气的流动状态二、火焰传播主要影

3、响因素EffectsonFlamePropagation三、火焰传播和燃烧速率FLAMEPROPAGATION&BURNINGRATE层流火焰传播速度湍流火焰传播速度火焰前锋速度1.层流火焰传播(laminarflamepropagation)h火焰前锋相对于未燃混合气的传播速率。导温系数(Thermaldiffusivity)Splading方程:计算经验公式p压力(kPa)燃空当量比未燃气体温度(K)燃料ΦMBMB甲醇丙烷异辛烷汽油1.111.081.131.2136.9234.2226.3227.58-140.51-138.65-84.

4、72-78.34不同燃料ΦM、B和BM值2.湍流火焰速率(turbulentflamepropagation)弱湍流皱褶火焰前锋面缸内湍流强度不高时,可用经验关系式3.火焰传播速率(flamespeed)火焰前锋相对壁面的绝对传播速率。123412341234Se已燃区膨胀速率汽油机缸内火焰前锋运动速度已燃区在活塞顶的投影面积已燃区体积V气缸容积曲轴角速度未燃已燃边界层火焰前锋面rfRrf(b)火焰前锋面的几何关系(a)混合气燃烧活塞运动速度四、着火界限FLAMIBILITY过浓的混合气燃烧不完全,放热量少,过稀的混合气因其热值低,燃烧放出的

5、热量少,因而均不能形成火焰传播,这两个界限的混合气浓度称为着火界限。甲烷混合气层流燃烧火焰厚度与熄火距离影响因素:所有影响混合气初期放热和散热速率的因素如:初始温度残余废气系数等汽油机的燃烧COMBUSTIONINSIENGINE一、汽油机燃烧CombustioninSIEngine二、点燃式发动机的燃烧过程SIEngineCombustionPhases火焰核心形成跳火倒拖压力示功图θθ1θ2θ3ⅠⅡⅢ122’34压力曲线分离滞燃期第I阶段,着火阶段。火花塞跳火至形成火焰中心(压力脱离倒拖线)。急燃期第II阶段,火焰传播阶段。火焰由火焰中心烧

6、遍整个燃烧室的阶段。(至缸内最高压力或温度处)后燃期第III阶段,剩余未燃气体的燃烧。汽油机燃烧的3个阶段:燃料本身的物化性能残余废气系数缸内混合气运动状态过量空气系数火花点火能量1.滞燃期(FLAMEDEVELOPMENTPHASE)滞燃期的影响因素点火时刻缸内混合气压力温度水平混合气成分火花塞位置燃烧室形状湍流状态影响因素2、急燃期(FASTBURNINGPHASE)点火过早,压缩负功增加,压力升高率增加,Pmax过大膨胀比小,高温期传热表面积增加最高燃烧压力点过早过迟压力升高率:dp/dφ=0.2~0.4MPa/CA最高爆发压力:pma

7、x及其发生位置燃烧持续期:火焰传遍燃烧室的时间和曲轴转角放热率重心位置发动机的热效率湍流火焰前锋后面没有完全燃烧掉的燃料。狭缝容积、壁面油膜和积碳层释放的燃料。离温热解的复合反应放热。活塞向下止点加速移动,气缸中压力快速下降。火焰已传遍燃烧室,燃料基本耗尽。3、后燃期LATEBURNINGPHASE三、按质量分数划分的燃烧过程燃烧放热面心越小,燃烧定容度和热效率越高四、燃烧的循环变动(CyclicVariation)1、燃烧循环变动现象Observation发动机以某一工况稳定运行时,不同循环和气缸之间燃烧过程的压力曲线、火焰传播及功率输出等

8、均不相同的现象。2、燃烧循环变动的原因Mechanism缸内气体运动状况的循环变动缸内混合气成分的循环变动缸内混合气充量的循环变动基于缸内压力循环变动

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