發(fā)動機原理第七章汽油機燃燒過程演示

（優(yōu)選）發(fā)動機原理第七章汽油機燃燒過程當前第1頁\共有28頁\編于星期五\18點汽油機的燃燒過程汽油機的燃燒過程正常燃燒不正常燃燒表面點火爆震后火早火當前第2頁\共有28頁\編于星期五\18點§7-1正常燃燒

火花塞放電時兩極電壓可達10-35kV，擊穿電極間隙的混合氣，造成電極間電流通過。電火花能量點燃電機附近的混合氣首先形成火焰中心

，而后火焰前鋒以一定的正常速度擴散到整個燃燒室，氣缸內(nèi)溫度和壓力升高。此期間，火焰?zhèn)鞑ニ俣燃盎鹧媲颁h面的形狀沒有急劇變化，該狀況稱為正常燃燒。當前第3頁\共有28頁\編于星期五\18點研究燃燒過程的方法很多，但簡單易行且經(jīng)常使用的方法是P-Ф示功圖，它反映了燃燒過程的綜合效應。汽油機典型示功圖如下圖P-Ф圖所示。當前第4頁\共有28頁\編于星期五\18點一、燃燒過程的分段P-Ф圖，稱為燃燒過程的展開示功圖。按缸內(nèi)壓力變化的特征，將燃燒過程分為三個時期：1）滯燃期（著火延遲期、著火落后期）2）急燃期（明顯燃燒期）3）補燃期（后燃期）當前第5頁\共有28頁\編于星期五\18點滯燃期（Ⅰ段）

從火花塞跳火（1點）到火焰中心出現(xiàn)（2點）的時間或曲軸轉角稱為滯燃期（占整個燃燒時間的15%）。

在最佳點火條件下，一般點火能量只需0.2mJ。對較濃和較稀的混氣，點火能量只需3mJ。當前第6頁\共有28頁\編于星期五\18點為了保證發(fā)動機在各種工況下都能點火成功，實際點火能量一般為30-50mJ，高能點火系統(tǒng)則可達100mJ。

滯燃期每一循環(huán)都可能有變動，有時最大值可達最小值的數(shù)倍。為了提高效率，應盡量縮短滯燃期。為了保證發(fā)動機運轉穩(wěn)定，應盡量保證滯燃期保持穩(wěn)定。點火提前角20o～35o，著火延遲角4o～6o。當前第7頁\共有28頁\編于星期五\18點影響滯燃期的長短的因素1.混合氣成分）2.點火時缸內(nèi)氣體溫度和壓力（壓縮比）3.缸內(nèi)氣體流動4.火花能量5.殘余廢氣量當前第8頁\共有28頁\編于星期五\18點急燃期（II段）

從出現(xiàn)火焰中心（2點）開始到缸內(nèi)出現(xiàn)最高壓力（3點）為止。此時火焰由火焰中心燒遍整個燃燒室，因此也稱之為火焰?zhèn)鞑ルA段。當前第9頁\共有28頁\編于星期五\18點

燃油80-90％在此期間燃燒結束，一般在上止點后10～15°CA出現(xiàn)最高壓力。

曲軸每轉1°時缸內(nèi)壓力升高值ΔΡ/Δφ稱為壓力升高率（一般在）。壓力升高率不能過高，過高則易工作粗暴。

最高壓力點出現(xiàn)的時刻，對發(fā)動機的功率和經(jīng)濟性有重大影響。過早，則引起壓縮負功增加，壓力升高率增加；反之，則膨脹比減小，傳熱面積增大?？赏ㄟ^調整點火提前角來調整最高壓力點出現(xiàn)位置點。當前第10頁\共有28頁\編于星期五\18點影響急燃期的因素1.火焰?zhèn)鞑サ乃俣?.火花塞的位置3.燃燒室形式4.點火提前角燃燒速度即單位時間內(nèi)燃燒的混合氣的數(shù)量?；鹧?zhèn)鞑シ绞礁鶕?jù)混合氣流動狀態(tài)可以分為層流火焰?zhèn)鞑ィㄐ∮?m/s）和湍流火焰?zhèn)鞑ィ?0-80m/s）。當前第11頁\共有28頁\編于星期五\18點補燃期（Ⅲ段）

缸內(nèi)出現(xiàn)最高壓力（3點）以后到燃燒完全結束這段時間稱為補燃期，因少量燃料未充分氧化、燃燒室邊緣和汽缸壁上的燃料等繼續(xù)燃燒，而使燃燒推遲。補燃使熱負荷增加、熱效率減小、功率下降，若持續(xù)時間過長至排氣門打開時還在燃燒，則會產(chǎn)生排氣管“放炮”現(xiàn)象，應加強渦流，使后燃期盡可能縮短。當前第12頁\共有28頁\編于星期五\18點影響補燃期長短的因素1.火焰前鋒過后未來得及燃燒的燃料2.貼附在汽缸壁上未燃燒的燃料3.燃燒產(chǎn)物CO2和H2O的分解現(xiàn)象補燃期內(nèi)活塞已遠離上止點，燃燒條件差，放熱量得不到充分利用，所以補燃期越短越好。當前第13頁\共有28頁\編于星期五\18點二、不規(guī)則燃燒汽油機不規(guī)則燃燒是指穩(wěn)定正常運轉情況下，各循環(huán)之間的燃燒變動和各氣缸之間的燃燒差異。前者稱為循環(huán)間的燃燒變動（或循環(huán)波動），后者稱為各缸間的燃燒差異（或各缸工作不均勻）。當前第14頁\共有28頁\編于星期五\18點1.循環(huán)間的燃燒變動是點燃式發(fā)動機的一大特征，指發(fā)動機以某一工況運行時，這一循環(huán)和下一循環(huán)燃燒過程的進行情況不斷變化，具體表現(xiàn)在壓力曲線、火焰?zhèn)鞑デ闆r及發(fā)動機輸出功率均不相同。稀混合氣濃混合氣當前第15頁\共有28頁\編于星期五\18點影響循環(huán)間的燃燒變動的因素1）氣缸內(nèi)氣體運動狀況2）每循環(huán)氣缸內(nèi)的混合氣成分降低循環(huán)間波動的措施1）多點點火2）組織進氣渦流3）提高發(fā)動機轉速4）采用化學計量空燃比5）采用燃油電控噴射技術6）采用快速、速然燃燒技術7）加大點火能量當前第16頁\共有28頁\編于星期五\18點2.各缸間的燃燒差異各缸工作不均勻是針對多缸發(fā)動機而言的。產(chǎn)生燃燒差異的因素：進氣量的差別、混合氣成分不均勻等。各缸工作不均勻性的存在，使得難以找到對各缸都是最佳的點火提前角和過量空氣系數(shù)，動力性、經(jīng)濟性、排放性等整機指標難以優(yōu)化，振動及噪聲也會增加。當前第17頁\共有28頁\編于星期五\18點汽油機的不正常燃燒是指設計不當或控制不當，使之偏離正常點火時間及地點，由此引起燃燒速率急劇上升，壓力急劇增大等異?，F(xiàn)象。不正常燃燒可分為爆震（或爆燃）和表面點火兩類?！?-2不正常燃燒（異常燃燒）當前第18頁\共有28頁\編于星期五\18點一、爆震

爆震時，缸內(nèi)壓力曲線出現(xiàn)高頻大幅度波動（鋸齒波），同時發(fā)動機會產(chǎn)生一種高頻金屬敲擊聲，因此也稱爆震為敲缸。

爆震類似于柴油機，低溫多階段自然。當前第19頁\共有28頁\編于星期五\18點現(xiàn)象：敲缸（缸內(nèi)出現(xiàn)尖銳的金屬敲擊聲），燃燒室和冷卻系統(tǒng)過熱，排溫上升，有效燃油消耗率ge上升，有效功率Pe下降，氣缸壓力線出現(xiàn)鋸齒波。原因：在火焰前鋒到達之前，末端混合氣的溫度、壓力超過其臨界溫度、壓力而自燃，形成新的火焰中心，火焰?zhèn)鞑ニ俣燃哟?，使得缸?nèi)局部壓力、溫度急劇升高，壓力來不及平衡，形成沖擊波，沖擊波反復撞擊缸壁，發(fā)出尖銳的敲缸聲。當前第20頁\共有28頁\編于星期五\18點危害：ΔΡ/Δφ可達65MPa，缸壁油膜破壞，軸瓦減磨層破壞，連桿彎曲，曲軸裂紋，有效燃油消耗率ge上升，有效功率Pe下降。影響因素：1、燃料：用抗爆性好的燃料或加抗暴劑。2、結構：改進燃室結構，加強渦流;合適的火花塞位置，縮短火焰行程；減小缸徑，加強冷卻，用鋁缸蓋散熱。3、運用：提高轉速，加強紊流；減小節(jié)氣門，增大廢氣系數(shù)；減小點火提前角；減小壓縮比；加裝爆震控制裝置。當前第21頁\共有28頁\編于星期五\18點二、表面點火汽油機中，凡是不靠電火花點火而由燃燒室內(nèi)熾熱表面（如排氣門頭部、火花塞絕緣體或零件表面熾熱的沉積物等）點燃混合氣而引起的不正常燃燒稱表面點火。表面點火時間是不可控制的。在電火花出現(xiàn)以前的點火稱早燃（早火）。在電火花出現(xiàn)以后的點火稱后燃（后火）。

當前第22頁\共有28頁\編于星期五\18點影響表面點火的因素：1.凡是能夠使缸內(nèi)T、P降低的因素，都可預防表面點火。2.選用低沸點汽油和含膠質少的機油。3.在燃料中添加抑制表面點火的添加劑。4.適當降低壓縮比。5.選用合格的火花塞和排氣門。與爆燃的區(qū)別：1.被熾熱表面點燃，無壓力波產(chǎn)生，爆燃時為自燃，有壓力波。2.沉悶的敲缸聲（主要是活塞、連桿、曲軸等的運動件受到?jīng)_擊負荷產(chǎn)生振動產(chǎn)生的）。當前第23頁\共有28頁\編于星期五\18點爆燃當前第24頁\共有28頁\編于星期五\18點§7-3：影響燃燒的因素一、汽油的性質：1、蒸發(fā)性：蒸發(fā)性強，易汽化，混合均勻，燃速快，完全燃燒，動力性經(jīng)濟性好。但蒸發(fā)性太強易產(chǎn)生氣阻。2、抗暴性：辛烷值越高抗暴性越強。

二、點火提前角：過大，滯燃期長，易爆燃，早燃；過小，補燃嚴重，過熱，都使ge上升，Pe下降。最佳點火提前角隨負荷和轉速變化，故設提前點火調節(jié)裝置（開環(huán)控制、閉環(huán)控制和混合控制）。當前第25頁\共有28頁\編于星期五\18點三、混合氣成分

一般α＝0.8～0.9，缸內(nèi)燃燒溫度最高，火焰?zhèn)鞑ニ俣茸畲螅?Ρ∕?Φ、Pz、Tz最大，易爆燃；α＝1.05～1.15，傳播速度降低，氧氣充足，燃燒完全，經(jīng)濟性好。四、轉速n增加，氣流速度上升，渦流加強，火傳播速度增加，燃燒過程縮短，

爆燃傾向下降。當前第26頁\共有28頁\編于星期五\18點五、負荷：負荷減小，節(jié)氣門開度減小，進氣量減小，殘余廢氣量增多，火焰?zhèn)鞑ニ俣葴p小，燃燒惡化，經(jīng)濟性降低。

轉速一定，負荷減小時，應增大點火提前角。