汽油機(jī) 燃燒過(guò)程 爆燃 簡(jiǎn)介01

1、汽油機(jī)燃燒過(guò)程汽油機(jī)燃燒過(guò)程 1.燃燒過(guò)程的重要性 燃料燃燒完全的程度，直接影響到熱量產(chǎn)生的多少和排出的廢氣的成分，而燃燒時(shí)機(jī)又關(guān)系到熱量的利用程度。所以燃燒過(guò)程是影響發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排氣污染的主要過(guò)程，同時(shí)與噪聲、振動(dòng)、啟動(dòng)性能和使用壽命也有重大關(guān)系。2.2.對(duì)燃燒過(guò)程的要求對(duì)燃燒過(guò)程的要求 1 1）燃燒完全燃燒完全，釋放出盡可能多的熱能，釋放出盡可能多的熱能，減少?gòu)U氣中的有害物質(zhì)。減少?gòu)U氣中的有害物質(zhì)。 2 2）燃燒及時(shí)燃燒及時(shí)，使放熱集中在上止點(diǎn)附，使放熱集中在上止點(diǎn)附近，提高熱功轉(zhuǎn)換能力。近，提高熱功轉(zhuǎn)換能力。3.3.燃燒過(guò)程的研究方法燃燒過(guò)程的研究方法 高速攝影法、示功圖法高

2、速攝影法、示功圖法1、火花塞跳火2、缸內(nèi)壓力線偏離純壓縮線的始點(diǎn)3、缸內(nèi)最高壓力點(diǎn)-點(diǎn)火提前角一、示功圖上的一、示功圖上的關(guān)鍵點(diǎn)關(guān)鍵點(diǎn) -滯燃期滯燃期 -顯燃期顯燃期 -補(bǔ)燃期補(bǔ)燃期汽油機(jī)的燃燒過(guò)程汽油機(jī)的燃燒過(guò)程汽油機(jī)的燃燒過(guò)程汽油機(jī)的燃燒過(guò)程指從點(diǎn)火開始到燃指從點(diǎn)火開始到燃料基本燒完為止的料基本燒完為止的過(guò)程。過(guò)程。 1、滯燃期（著火延遲期） 從火花塞開始跳火到火焰中心形成滯燃期。 是燃燒的準(zhǔn)備階段，主要進(jìn)行熱量的積累，缸內(nèi)的壓力線與純壓縮線基本重合。 當(dāng)反應(yīng)的混合氣的溫度升高到一定程度后，形成發(fā)火區(qū)，即火焰中心。 從火花塞跳火瞬時(shí)到活塞行至上止點(diǎn)時(shí)的曲軸轉(zhuǎn)角，稱為點(diǎn)火提前角，用表示。一般

3、為2035CA。燃料本身的分子結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性質(zhì)。燃料本身的分子結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性質(zhì)。著火溫度和熱穩(wěn)定性越低，著火延遲期越短。 混合氣成分混合氣成分?；旌线^(guò)量空氣系數(shù)=0.80.9著火延遲期最短。火花塞跳火時(shí)缸內(nèi)壓力及溫度高火花塞跳火時(shí)缸內(nèi)壓力及溫度高，著火延遲期縮短。電火花強(qiáng)度大電火花強(qiáng)度大，著火延遲時(shí)間將減小。另外，與殘余廢氣量、另外，與殘余廢氣量、缸內(nèi)混合氣的運(yùn)動(dòng)等因素有關(guān)。缸內(nèi)混合氣的運(yùn)動(dòng)等因素有關(guān)。1）特點(diǎn)：A.火花放電時(shí)兩極電壓達(dá)1015KV，局部溫度3000K，加快了混合氣的氧化反應(yīng)速度。B.此階段缸內(nèi)壓力無(wú)明顯升高。2）影響滯燃期時(shí)間長(zhǎng)短的因素：*從火焰中心形成到示功圖上的壓力達(dá)

4、到最高點(diǎn)為止稱為速燃期。 * *在均質(zhì)混合氣中，當(dāng)火焰中心出現(xiàn)后，與其臨近的一在均質(zhì)混合氣中，當(dāng)火焰中心出現(xiàn)后，與其臨近的一薄層混合氣首先燃燒即形成極薄的火焰層，稱為薄層混合氣首先燃燒即形成極薄的火焰層，稱為火焰前火焰前鋒。鋒。* *火焰前鋒向前推進(jìn)的法向移動(dòng)速度，稱為火焰?zhèn)鞑ニ俣??；鹧媲颁h向前推進(jìn)的法向移動(dòng)速度，稱為火焰?zhèn)鞑ニ俣取? *火焰?zhèn)鞑ニ俣龋很囉靡话慊鹧鎮(zhèn)鞑ニ俣龋很囉靡话?03060m/s60m/s。* *混合氣約混合氣約808090%90%在此期間燃燒完畢，溫度、在此期間燃燒完畢，溫度、壓力迅速升高，最高壓力在上止點(diǎn)后壓力迅速升高，最高壓力在上止點(diǎn)后12A15A12A15A（循環(huán)功

5、最多）一般占（循環(huán)功最多）一般占20203030CACA。缸內(nèi)最高壓力點(diǎn)與最高溫度點(diǎn)重合。缸內(nèi)最高壓力點(diǎn)與最高溫度點(diǎn)重合。* *急燃期越短，愈靠近上止點(diǎn)，汽油機(jī)經(jīng)濟(jì)急燃期越短，愈靠近上止點(diǎn)，汽油機(jī)經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性越好。但可能導(dǎo)致壓力升高率值性、動(dòng)力性越好。但可能導(dǎo)致壓力升高率值過(guò)高，工作粗暴。過(guò)高，工作粗暴。 正常燃燒正常燃燒 * *最高壓力過(guò)早使壓縮功增大，過(guò)遲散熱最高壓力過(guò)早使壓縮功增大，過(guò)遲散熱損失增大；過(guò)大產(chǎn)生振動(dòng)、噪音，過(guò)小使膨損失增大；過(guò)大產(chǎn)生振動(dòng)、噪音，過(guò)小使膨脹功減少。脹功減少。 * *壓力升高率：即曲軸每轉(zhuǎn)壓力升高率：即曲軸每轉(zhuǎn)1 1度時(shí)，缸內(nèi)度時(shí)，缸內(nèi)氣體壓力的平均升高量：氣

6、體壓力的平均升高量：P P = =P/P/P =P =（P3-P2P3-P2）=（3-23-2） *P表征壓力變化的急劇程度： P過(guò)大，發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)和噪聲大，工作粗暴； P在a/A，汽油機(jī)工作柔和，性能好。 點(diǎn)火提前角： 從點(diǎn)火時(shí)刻起到活塞到達(dá)壓縮上止點(diǎn)這段時(shí)間內(nèi)，曲軸轉(zhuǎn)過(guò)的角度稱為點(diǎn)火提前角。 混合可燃?xì)怏w從點(diǎn)燃、燃燒到燒完有一個(gè)時(shí)間過(guò)程，最佳點(diǎn)火提前角的作用就是在各種不同工況下使氣體膨脹趨勢(shì)最大段處于活塞做功下降行程。這樣效率最高，震動(dòng)最小，溫升最低。 *點(diǎn)火過(guò)早，會(huì)造成爆震，活塞上行受阻，效率降低，熱負(fù)荷、機(jī)械負(fù)荷、噪聲和震動(dòng)加劇，這是應(yīng)該防止的。點(diǎn)火過(guò)遲，發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)力，功效率低，油耗大，排

7、氣聲大。不論點(diǎn)火過(guò)早或過(guò)遲，都會(huì)影響轉(zhuǎn)速的提升。 *最佳點(diǎn)火角受很多因素影響，如果要發(fā)動(dòng)機(jī)工作在理想狀態(tài)下，以下因素必須考慮： 1)缸溫缸壓。越高燃燒越快，點(diǎn)火提前角要越小。影響缸溫缸壓的因素有：發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比、氣溫、缸溫、負(fù)荷。大家的車在氣溫變化的季節(jié)有不同表現(xiàn)正緣于此。 2)汽油辛烷值。也就是汽油牌號(hào)，越高抗爆震能力越強(qiáng)，相應(yīng)允許更大的點(diǎn)火提前角。 3)燃?xì)饣旌媳?。過(guò)濃過(guò)稀燃燒速度皆慢，需增加點(diǎn)火提前角。這個(gè)主要看節(jié)氣門開度、海拔高度。 對(duì)于難以預(yù)料的情況，有些車還加裝了爆震傳感器，發(fā)生爆震時(shí)自動(dòng)降低點(diǎn)火提前角。 顯然，要完成如此復(fù)雜的運(yùn)算，靠傳統(tǒng)的模擬點(diǎn)火器是難以勝任的。只有微電腦點(diǎn)火器，

8、才能高速、精確、穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)最佳點(diǎn)火提前角。 *從最高壓力點(diǎn)到燃燒結(jié)束為補(bǔ)燃期：指明顯燃燒期以后在膨脹過(guò)程中的燃燒。 *此階段參加燃燒的燃料主要有：火焰前鋒面過(guò)后，后面未及燃燒的燃料（燃燒室邊緣和縫隙）再燃燒。貼附在缸壁未燃混合氣層的部分燃燒。壁面溫度低，對(duì)火焰具有熄火作用，這樣在壁面存在大量未燃烴，在隨后的膨脹中部分未燃烴繼續(xù)燃燒。高溫分解的燃燒產(chǎn)物（H2、O2、CO）等重新氧化。 在膨脹中遠(yuǎn)離上止點(diǎn)放熱，熱能不能充分利用，使i，Me，ge，且排氣溫度，散熱量。過(guò)長(zhǎng)會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)熱，排氣管“放炮”。 希望補(bǔ)燃期盡可能短，后燃放熱量盡可能少。1.上述三個(gè)階段中,火焰?zhèn)鞑テ谒俣葘?duì)i起決定性的作用。

9、要在工作柔和的條件下，盡可能地提高火焰?zhèn)鞑ニ俣取?衡量發(fā)動(dòng)機(jī)工作粗暴程度的指標(biāo)明顯燃燒期內(nèi)的平均壓力升高率P/， 即曲軸每轉(zhuǎn)1度時(shí)，缸內(nèi)氣體壓力的平均升高量： P/=（P3-P2)/(3-2） kPa/0CA 一般使火焰中心形成點(diǎn)出現(xiàn)在TDC前12-150CA，缸內(nèi)最高壓力點(diǎn)出現(xiàn)在TDC后12-150CA。 P/=175 245kPa/0CA3影響火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊囊蛩兀?混合氣濃度、缸內(nèi)氣體的紊流強(qiáng)度、殘余廢氣系數(shù)等。1. 屬于預(yù)混合燃燒,具有定容燃燒的形式。燃燒持續(xù)期約為2540A(柴油機(jī)約為5070A)。2壓縮比小，一般為79， (柴油機(jī)約為1222)。熱效率低，排溫高（膨脹不充分）。3最高

10、燃燒溫度高（接近定容燃燒）。4易燃燒不完全（過(guò)量空氣系數(shù)小，防止爆燃燃燒室內(nèi)的激冷區(qū)），CO、HC、NOx排放高。5揮發(fā)損失大（汽油的揮發(fā)性好）。(一)現(xiàn)象1.缸內(nèi)出現(xiàn)尖銳的金屬敲擊聲2.油膜破壞,機(jī)件磨損加??；3.燃燒室、冷卻系過(guò)熱，排溫增加；4.Ne下降、ge升高；5.排污增加，嚴(yán)重時(shí)排氣冒黑煙；6.壓力線出現(xiàn)爆震波。圖圖5-3 爆燃時(shí)的示功圖爆燃時(shí)的示功圖常見的不正常燃燒常見的不正常燃燒:爆燃爆燃和和表表面點(diǎn)火面點(diǎn)火。一、爆燃一、爆燃 *正常燃燒：有火焰前鋒，且逐層向外傳，直至燃燒完畢。 *爆燃：在火焰前鋒到達(dá)之前,末端混合氣的溫度、壓力超過(guò)其臨界溫度、壓力而自燃，形成新的火焰中心,火焰

11、傳播速度加大(高達(dá)8001000m/s),使得缸內(nèi)局部壓力、溫度急劇升高,壓力來(lái)不及平衡,形成沖擊波（激波）,沖擊波反復(fù)撞擊缸壁,（激波來(lái)回反射，在示功圖上形成鋸齒形）發(fā)出尖銳的敲缸聲。 *重載爬坡、急加速時(shí)易爆震，換低擋以提高發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速可消除爆震。1、機(jī)件過(guò)載沖擊負(fù)荷大，機(jī)件的機(jī)械負(fù)荷增加，使機(jī)件變形損壞。噪聲增大。2、機(jī)件燒損汽油機(jī)燃燒終了的溫度為20002500，由于冷卻水和氣體附面層的作用，活塞頂、燃燒室壁和缸壁的溫度保持在200300 。爆燃沖擊波破壞燃燒室內(nèi)附面層和局部高溫，使活塞頭和氣門等燒損，同時(shí)會(huì)引起發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)熱。3、潤(rùn)滑變差發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)熱，使?jié)櫥Ч儾睿鼓p加劇。4、積碳增多

12、高溫裂解產(chǎn)生的碳粒形成積炭，5、Me下降、ge上升另外，高溫裂解使燃燒產(chǎn)物分解為CO、H2、O2、NO及游離碳增多，排氣冒煙嚴(yán)重。 CO、H2、O2等膨脹過(guò)程中重新燃燒，使排溫增高。 有燃料因素、使用因素、結(jié)構(gòu)因素等。為便于分析，假定： t1 -從火焰中心形成起到火焰前鋒傳到末端混合氣為止的時(shí)間。 t2 -從火焰中心形成起到末端混合氣自行著火的時(shí)間。 所以： 當(dāng)t1 t2 ，爆燃。1、燃料因素 汽油機(jī)的壓縮比，應(yīng)適應(yīng)汽油辛烷值的要求。2、使用因素 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增加，進(jìn)氣速度加快，壓縮終了氣體的紊流度提高，火焰?zhèn)鞑ニ俣燃涌欤汲潭葴p弱；氣缸殘余廢氣多，會(huì)使混合氣自燃溫度提高，著火延遲期加長(zhǎng)，可減

13、弱爆燃； 過(guò)量空氣系數(shù)在0.850.95時(shí)，自燃溫度低，著火延遲期短，爆燃最嚴(yán)重；BTDC大，易爆燃；缸內(nèi)積碳使熱阻加大，壁面溫度升高，實(shí)際壓縮比增加，爆燃加重。影響混合氣的溫度和壓力3、結(jié)構(gòu)因素 燃燒室結(jié)構(gòu)能使壓縮終了氣體紊流速度提高，火焰?zhèn)鞑ニ俣燃涌欤鼙苊獗迹换鸹ㄈ奈恢煤蛿?shù)目使火焰行程縮短，可減少爆燃；使末端氣體接觸的燃燒室壁強(qiáng)冷卻，可減少爆燃；采用小直徑的氣缸，不易爆燃。降低水溫和進(jìn)氣溫度降低末溫降低壓縮比推遲點(diǎn)火增多殘余廢氣定義：在火花點(diǎn)火式汽油機(jī)中，凡是不依靠火花塞點(diǎn)火，而是由燃燒室內(nèi)熾熱表面（如過(guò)熱的火花塞電極、排氣門、積碳）點(diǎn)燃混合氣的現(xiàn)象。早燃或早火早燃或早火在火花塞跳火

14、在火花塞跳火 之前之前后燃或后火后燃或后火在火花塞跳火在火花塞跳火 之后之后分分非爆燃性表面點(diǎn)火非爆燃性表面點(diǎn)火爆燃性表面點(diǎn)火爆燃性表面點(diǎn)火1、非爆燃性表面點(diǎn)火-火焰以正常速度傳播1）后燃）后燃點(diǎn)火后，在火焰?zhèn)鞑c(diǎn)火后，在火焰?zhèn)鞑ミ^(guò)程中，熾熱表面在過(guò)程中，熾熱表面在火焰到達(dá)前點(diǎn)燃混合火焰到達(dá)前點(diǎn)燃混合氣，其火焰以正常速氣，其火焰以正常速度向未燃?xì)怏w推進(jìn)。度向未燃?xì)怏w推進(jìn)。斷火后發(fā)動(dòng)機(jī)續(xù)轉(zhuǎn)就斷火后發(fā)動(dòng)機(jī)續(xù)轉(zhuǎn)就是這種現(xiàn)象。是這種現(xiàn)象。2）早燃 熾熱表面溫度較高，在點(diǎn)熾熱表面溫度較高，在點(diǎn)火前，點(diǎn)燃混合氣。由于火前，點(diǎn)燃混合氣。由于點(diǎn)燃區(qū)域較大，火焰?zhèn)鞑c(diǎn)燃區(qū)域較大，火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤?，速度快，P和和P

15、較大，發(fā)動(dòng)較大，發(fā)動(dòng)機(jī)易過(guò)熱。機(jī)易過(guò)熱。壓縮負(fù)功，缸內(nèi)溫度，與缸壁接觸面積,散熱量, 有效功率。另外高溫、高壓加重了活塞連桿組的機(jī)械負(fù)荷、熱負(fù)荷,使用壽命。 早燃時(shí)的示功圖早燃時(shí)的示功圖 與爆燃的區(qū)別沉悶的“敲缸聲”。被熾熱表面點(diǎn)燃，無(wú)壓力波產(chǎn)生，而爆燃時(shí)為自燃，有壓力波產(chǎn)生。 另外:爆燃爆燃早燃缸內(nèi)熾熱表面產(chǎn)生缸內(nèi)熾熱表面產(chǎn)生缸內(nèi)溫度、壓力升高缸內(nèi)溫度、壓力升高 非爆燃性表面點(diǎn)火大體是發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)引起的。2、爆燃性表面點(diǎn)火（激爆） 熱面點(diǎn)火后火焰以爆燃速度傳播。由燃燒室沉積物引起的發(fā)動(dòng)機(jī)低速、低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，燃燒室表面極易形成導(dǎo)熱性很差的沉積物。沉積物被高溫火焰包圍，急劇氧化而白熾化

16、，將混合氣點(diǎn)燃。壓力升高率高5倍，最高壓力高150%*影響表面點(diǎn)火的因素及預(yù)防措施：影響表面點(diǎn)火的因素及預(yù)防措施： 凡是能使缸內(nèi)的溫度、壓力降低的因素，都凡是能使缸內(nèi)的溫度、壓力降低的因素，都可預(yù)防表面點(diǎn)火?？深A(yù)防表面點(diǎn)火。選用低沸點(diǎn)汽油和含膠質(zhì)少的機(jī)油。選用低沸點(diǎn)汽油和含膠質(zhì)少的機(jī)油。 在燃料中加抑制熱面點(diǎn)火的添加劑。在燃料中加抑制熱面點(diǎn)火的添加劑。 適當(dāng)降低壓縮比。適當(dāng)降低壓縮比。 選用合格的火花塞、排氣門。選用合格的火花塞、排氣門。小結(jié)：小結(jié)：爆燃爆燃 表面點(diǎn)火表面點(diǎn)火 末端混合氣自燃末端混合氣自燃 熾熱表面點(diǎn)燃熾熱表面點(diǎn)燃 火花塞跳火之后火花塞跳火之后 火花塞跳火之前、后火花塞跳火之前、后 有壓力沖擊波有壓力沖擊波 無(wú)壓力沖擊波無(wú)壓力沖擊波 敲擊聲較清脆敲擊聲較清脆 敲擊聲較沉悶敲擊聲較沉悶 二者又相互聯(lián)系，相互促進(jìn)。二者又相互聯(lián)系，相互促進(jìn)。一、概念1.空燃比：可燃混合氣中，空氣與燃料的質(zhì)量比。理論空燃比：空燃比