汽油機混合氣的形成和燃燒

汽油機混合氣的形成和燃燒第1頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月2第2頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月

燃燒之前，用于燃燒的混合氣是如何形成的？裝置結(jié)構(gòu)——化油器式、汽油噴射式簡單工作原理3第3頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月4化油器式利用空氣流動時在喉管處產(chǎn)生的負壓，把汽油吸向節(jié)流閥上部的進氣通道中。第4頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月5空氣供給系統(tǒng)2.電控汽油噴射系統(tǒng)空氣供給系統(tǒng)燃油供給系統(tǒng)電子控制系統(tǒng)第5頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月6燃料供給系統(tǒng)第6頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月7控制系統(tǒng)第7頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月8傳感器主信號修正信號反饋信號主信號主信號主信號主信號主信號第8頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月9執(zhí)行元件第9頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月10控制單元（ECU）第10頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月不同的工況下，對汽油與空氣的混合氣濃度有何不同要求？11第11頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月12穩(wěn)定工況過渡工況怠速起動小負荷急加速中等負荷急減速大負荷、全負荷第12頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月13如何使汽油與空氣的混合氣比例是合適的？第13頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月14化油器式第14頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月15怠速系統(tǒng)機械加濃系統(tǒng)加速加濃系統(tǒng)第15頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月16控制方式：開環(huán)控制——

只按給定的控制量進行控制，而被控量在整個控制過程中對控制量不產(chǎn)生任何影響，即無反饋。閉環(huán)控制——

將被控量反饋到系統(tǒng)的輸入端與控制量進行比較，得出誤差信號，作為控制執(zhí)行元件動作的依據(jù)，以消除由于各種干擾使被控量偏離期望值的偏差，提高控制精度。2.電控汽油噴射系統(tǒng)第16頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月17噴油器的驅(qū)動方式1）電流驅(qū)動方式2）電壓驅(qū)動方式a）電流驅(qū)動b）電壓驅(qū)動（低阻）C）電壓驅(qū)動（高阻）第17頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月18一、噴油正時的控制

在采用間歇噴射方式的電控燃油噴射系統(tǒng)中，電腦必須控制噴油器噴油的開始時刻，這就是噴油正時控制。其控制目標(biāo)一般是在進氣行程開始前，噴油結(jié)束。

1．同步噴油正時控制

2．異步噴油正時控制第18頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月19（1）同時噴射正時控制（2）分組噴射正時控制（3）順序噴射正時控制1.同步噴油正時控制分為：第19頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月20（1）同時噴射正時控制

特點：所有各缸噴油器由ECU控制同時噴油和停油。工作原理：噴油正時控制是以發(fā)動機最先進入作功行程的缸為基準(zhǔn)，在該缸排氣行程上止點前某一位置，ECU輸出指令信號，接通該組噴油器電磁線圈電路，該組噴油器開始噴油。

第20頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月21同時噴射正時圖第21頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月22（2）分組噴射正時控制

特點：把所有噴油器分成2～4組，由ECU分組控制噴油器。工作原理：以各組最先進入作功的缸為基準(zhǔn)，在該氣缸排氣行程上止點前某一位置，ECU輸出指令信號，接通該組噴油器電磁線圈電路，該組噴油器開始噴油。第22頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月23分組噴射正時圖第23頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月24（3）順序噴射正時控制

工作原理：ECU根據(jù)凸輪軸位置傳感器（G信號）、曲軸位置傳感器（Ne信號）和發(fā)動機的作功順序，確定各氣缸工作位置。當(dāng)確定各缸活塞運行至排氣行程上止點某一位置時，ECU輸出噴油控制信號，接通噴油器電磁線圈電路，該缸開始噴油。特點：噴油器驅(qū)動回路數(shù)與氣缸數(shù)目相等。第24頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月25順序噴射正時圖第25頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月26（1）起動時異步噴油正時控制在同步噴油基礎(chǔ)上，為改善發(fā)動機的起動性能，在增加一次異步噴油。在起動開關(guān)處于接通狀態(tài)時，ECU接受到第一個凸輪軸位置傳感器信號（Ne信號）后，接收到第一個曲軸位置傳感器信號（G信號）時，開始進行起動時的異步噴油。（2）加速時異步噴油正時控制為了改善加速性能，ECU根據(jù)節(jié)氣門位置傳感器中怠速信號從接通到斷開時，增加依次固定量的噴油。

2.異步噴油正時控制

第26頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月27

噴油時間的計算T—噴射時間，ms；Tp—基本噴射時間，ms；Fc—基本噴射時間修正系數(shù)，包括FET、FAD、FO、

FL、FH

等各項；Tu—無效噴射時間，ms。式（3-2）二、噴油量的控制第27頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月28（一）基本噴射時間的確定（一）基本噴射時間的確定Tp只與每循環(huán)吸入的空氣量有關(guān)，空氣量測量方法不同，其計算方法也各有不同。質(zhì)量法體積法第28頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月291.質(zhì)量法K—由噴油器尺寸/性能、發(fā)動機氣缸數(shù)、空燃比等確定的常數(shù)；G—空氣流量計測出的質(zhì)量空氣流量，kg/s；n—發(fā)動機轉(zhuǎn)速，r/min。式（3-4）第29頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月30（1）大氣標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的基本噴射時間2.體積法K1—由噴油器尺寸/性能、發(fā)動機氣缸數(shù)、空燃比等確定的常數(shù)；Q—空氣體積流量，m3/s；n—發(fā)動機轉(zhuǎn)速，1/s；Q/n—一個進氣行程中填充氣缸的空氣量，m3；A/F—目標(biāo)空燃比；（US/UB）——翼片式空氣流量計輸出信號。式（3-5）第30頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月31（2）基本噴油時間t—實際進氣溫度，℃；p—實際大氣壓力，kPa。式（3-6）第31頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月32（二）與發(fā)動機溫度有關(guān)的修正系數(shù)FET1.啟動后的修正初期值衰減系數(shù)第32頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月332.暖機時的修正3.高溫時的修正第33頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月34（三）加減速時的修正系數(shù)FAD1.加速時的修正系數(shù)FAC負荷變化量修正系數(shù)（加速時）冷卻水溫度修正系數(shù)（加速時）第34頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月352.減速時的修正系數(shù)FDC負荷變化量修正系數(shù)（減速時）冷卻水溫度修正系數(shù)（減速時）第35頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月36（四）急加速的異步噴射第36頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月37第37頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月381.控制條件

只在怠速和部分負荷工況范圍，且結(jié)束暖機后，才激活空燃比閉環(huán)控制。（五）理論空燃比的反饋修正FO第38頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月392.控制過程

第39頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月401.必要性2.方法和步驟（六）空燃比學(xué)習(xí)控制產(chǎn)生的修正FL第40頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月412.方法和步驟第41頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月42（七）大負荷、高轉(zhuǎn)速時的修正FH扭矩、排氣溫度與空燃比的關(guān)系第42頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月431.減速時（八）燃油停供減速時燃油停供與復(fù)供特性1-停供轉(zhuǎn)速；2-復(fù)供轉(zhuǎn)速VG30E發(fā)動機減速停供示意圖第43頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月442.超速時第44頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月45啟動時的噴油時間計算實現(xiàn)方式：——冷啟動噴油器——微機控制噴油器式（4-7）啟動時噴射時間特性第45頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月46汽油機缸內(nèi)是如何著火的？第46頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月發(fā)動機混合氣的燃燒，本質(zhì)上是燃油激烈的氧化反應(yīng)。根據(jù)氧化反應(yīng)進行的激烈程度不同，燃燒分為兩個階段：著火與燃燒。

著火是燃燒的物理和化學(xué)準(zhǔn)備階段。物理準(zhǔn)備：燃料的霧化、蒸發(fā)、與空氣形成可燃混合氣等化學(xué)準(zhǔn)備：焰前的緩慢氧化反應(yīng)。速度很低，壓力和溫度無明顯升高。此過程逐漸積累熱量或形成活化中心。活化中心：在壓縮終了高溫作用下，燃油分子分裂成大量自由原子或自由基（如H、O、CH、OH等），它們具有很強的反應(yīng)能力。

47燃燒的基本理論第47頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月燃燒是氧化反應(yīng)加速至激化的結(jié)果。進入燃燒有兩種方法：點燃—利用點火系向可燃混合氣增加能量，在局部混合氣內(nèi)進行。自燃—利用自身積累的熱量或活化中心著火，在全部混合氣內(nèi)同時發(fā)生的。發(fā)動機內(nèi)的燃燒過程經(jīng)歷三個基本步驟：（1）燃油與空氣形成可燃混合氣（2）點燃可燃混合氣，或可燃混合氣發(fā)生自燃。（3）火源擴大到整個可燃混合氣，形成全面燃燒。48第48頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月一、著火機理按化學(xué)動力學(xué)的觀點分：熱自燃和鏈鎖自燃機理1.熱自燃（或熱爆）定義：若化學(xué)反應(yīng)所釋放的熱量大于散失的熱量，混合氣的溫度升高，進而促使混合氣的反應(yīng)速率和放熱速率增大，最終導(dǎo)致極快的反應(yīng)速率而著火。氣體分子要進行化學(xué)反應(yīng)需要相互碰撞，碰撞分子所具備一定大小的能量，稱為反應(yīng)活化能。

活化分子—能量超過活化能的分子。49第49頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月能保證著火的缸內(nèi)最低溫度、壓力稱為著火臨界溫度和著火臨界壓力。著火臨界線在一定P0下，只要外界溫度低于T0，混合氣不會發(fā)生熱爆；在一定T0下，只要壓力低于P0，也不會發(fā)生熱爆。著火臨界溫度和著火臨界壓力著火臨界線50第50頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月

發(fā)動機能否著火，取決于著火階段有無熱量積累，氧化反應(yīng)能否自動加速。2.鏈鎖反應(yīng)(鏈爆炸)反應(yīng)自動加速不一定要依靠熱量的積累使大量分子活化，通過鏈鎖反應(yīng)逐漸積累活化中心的方法也能使反應(yīng)自動加速，直至著火。鏈鎖反應(yīng)：其中一個活化作用能引起很多基本反應(yīng)，即反應(yīng)鏈。鏈鎖反應(yīng)的過程：鏈引發(fā)→鏈傳播→鏈中斷51第51頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月鏈引發(fā)：反應(yīng)物分子分解為自由原子或自由基，形成活化中心。鏈傳播：反應(yīng)進一步推進，生成新的自由原子或自由基。直鏈反應(yīng)—一個活化中心與反應(yīng)物作用產(chǎn)生一個新的活化中心，反應(yīng)以恒速進行。支鏈反應(yīng)—一個活化中心引起的反應(yīng)，同時生成兩個以上的活化中心，反應(yīng)速度急劇增長。鏈中斷:具有反應(yīng)能力的自由原子或自由基與冷的壁面或惰性氣體碰撞,使反應(yīng)能力減小。52第52頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月實際過程是：鏈引發(fā)：H2→2H鏈傳播(鏈爆炸)：H+O2→OH+O

O+H2→OH+H2OH+H2→2H2O+2H鏈中斷：H+H+M→H2+M（M是惰性氣體分子）H+OH+M→H2O+MH+O+M→OH+M混合氣的著火往往不是單一機理進行，二者機理同時存在相互促進。一般說，在高溫下以熱自燃為主，在低溫下以鏈鎖反應(yīng)為主。例如：氫的燃燒化學(xué)方程：2H2+O2→2H2O53第53頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月均勻可燃混合氣在燃燒室內(nèi)的燃燒，燃燒前后一瞬間，燃燒室內(nèi)只有一個相。燃燒前的可燃混合氣相和燃燒后的燃燒產(chǎn)物相。2.預(yù)混合燃燒

過量空氣系數(shù)是一個常數(shù)。燃燒傳播到整個燃燒室內(nèi)，燃燒室內(nèi)壓力基本一致，而溫度各不相同。燃燒其間，燃燒室存在未然混合氣和燃燒產(chǎn)物兩個相。1.同時爆炸燃燒發(fā)動機的燃燒方式54第54頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月汽油機的著火過程燃油與空氣的均勻混合氣受到壓縮，由于壓縮比較小，壓縮終了的溫度、壓力較低不能自行著火，需要借助于火花塞點火來實現(xiàn)著火。汽油機在壓縮過程已進行一定的化學(xué)反應(yīng)，火花塞跳火，其電極附近混合氣溫度急劇上升，同時馬上出現(xiàn)好多活化中心（OH、CH），并迅速開展自行加速的鏈反應(yīng)，在很短時間內(nèi)出現(xiàn)桔黃色熱火焰。在出現(xiàn)熱火焰之前，看不到明顯的幾個不同級的化學(xué)反應(yīng)

汽油機的著火為點燃式的高溫單級著火過程。第55頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月56著火后的火焰是如何傳播的？第56頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月57火焰前鋒面積FL

利用燃燒室?guī)缀涡螤罴捌渑c火花塞位置的配合，可以改變不同時期火焰前鋒掃過的面積，從而調(diào)整燃燒速度。它直接影響到明顯燃燒期相當(dāng)曲軸轉(zhuǎn)角的位置及燃燒速度變化的情況，與壓力上升密切相關(guān)。第57頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月58

火焰?zhèn)鞑ニ俣龋夯鹧媲颁h相對于未燃混合氣向前推進的速度。車用汽油機，燃燒室的火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤蛇_50-80m/s。汽油機正常燃燒時火焰前鋒的瞬時位置第58頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月59

燃燒速率是指單位時間燃燒的混合氣量，可以表達為：式中ρm—未燃混合氣密度

vL—火焰?zhèn)鞑ニ俣?/p>

FL—火焰前鋒面積控制燃燒速度就能控制明顯燃燒期的長短及其相對曲軸轉(zhuǎn)角的位置。第59頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月60哪些因素會影響火焰?zhèn)鞑?？?0頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月61

1.火焰?zhèn)鞑ニ俣葀L

火焰?zhèn)鞑ニ俣仁菦Q定明顯燃燒期長短的主要因素。影響FL的主要因素是：燃燒室中氣體的紊流運動、混合氣成分和混合氣初始溫度。(1)紊流運動：紊流運動是由渦流和無規(guī)則的氣體脈動所組成。渦流運動可使火焰前鋒表面扭曲，甚至分隔成許多火焰中心，使火焰前鋒燃燒區(qū)加厚，火焰?zhèn)鞑ニ俣燃涌臁Ｓ绊懭紵俣鹊囊蛩赜校旱?1頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月62

(2)混合氣成分混合氣濃度不同，火焰?zhèn)鞑ニ俣纫裁黠@不同。火焰?zhèn)鞑ハ孪蓿害?gt;1.3~1.4時，火焰?zhèn)鞑ニ俣冉档停踔敛荒軅鞑??；鹧鎮(zhèn)鞑ド舷蓿害?lt;0.4~0.5時，混合氣過濃，也使火焰不能傳播。為了保證可靠的工作，汽油機的α在0.6~1.2范圍，即空燃比A/F=9~18。(3)混合氣初始溫度混合氣初始溫度高，火焰?zhèn)鞑ニ俣仍黾印５?2頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月63汽油機燃燒會經(jīng)歷哪些階段？每個階段是如何劃分的？有什么特點？第63頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月64正常燃燒過程第64頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月65第65頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月66

汽油機的燃燒過程指從點火開始到燃料基本燒完為止的過程。

通常測取燃燒過程的展開示功圖研究燃燒過程。在燃燒壓力線上，1點為火花塞跳火點，2點為出現(xiàn)火焰中心，3點為最高壓力點。將燃燒過程分為三個階段：滯燃期、急燃期和補燃期。汽油機燃燒過程示功圖第66頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月67滯燃期（著火落后期）

從火花塞開始跳火到火焰中心形成的階段。它是燃燒的準(zhǔn)備階段，主要進行熱量的積累，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，缸內(nèi)壓力開始脫離壓縮線。汽油機燃燒過程示功圖第67頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月68(1)混合氣成分(2)開始點火時的缸內(nèi)氣體溫度和壓力(3)缸內(nèi)氣體流動(4)火花能量

(5)殘余廢氣量(6)燃料性質(zhì)Φa=0.8~0.9時，著火落后期最短。

開始點火時缸內(nèi)氣體溫度和壓力越高，著火落后期越短。加強紊流運動，會加快混合氣的氧化反應(yīng)速度，著火落后期縮短。加大火花能量，著火落后期縮短。

殘余廢氣對燃燒反應(yīng)起阻礙作用，使著火延遲期變長，所以應(yīng)盡量減少殘余廢氣。著火落后期的長短與以下因素有關(guān)：第68頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月69

點火提前角：是指從火花塞跳火到上止點間的曲軸轉(zhuǎn)角?？捎闷浔硎军c火時刻。第69頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月70急燃期（明顯燃燒期）

從形成火焰中心到最高壓力出現(xiàn)的階段?；鹧?zhèn)鞑テ蜋C燃燒過程示功圖第70頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月71補燃期（后燃期）

從最高壓力點開始到燃料基本燃燒完為止的階段。汽油機燃燒過程示功圖第71頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月72

(1)火焰前鋒后未及燃燒的燃料再燃燒。

(2)貼附在缸壁未燃混合氣層的部分燃燒。壁面溫度低，對火焰具有熄火作用，這樣在熄火存在大量未燃烴，在隨后的膨脹中部分未燃烴繼續(xù)燃燒。

(3)高溫分解的燃燒產(chǎn)物(H2、O2、CO等)重新氧化。燃燒產(chǎn)物CO2、H2O中，有少部分在高溫的作用下，分解成H2、O2、CO等產(chǎn)物，在膨脹過程中，因工質(zhì)溫度下降，熱分解產(chǎn)物又繼續(xù)燃燒、放熱。這種燃燒已遠離上止點，應(yīng)盡量減少補燃。在補燃階段參加燃燒的燃料主要有：第72頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月73汽油機正常運轉(zhuǎn)時是否燃燒就一定是穩(wěn)定不變的？（循環(huán)還有哪些變動現(xiàn)象？）第73頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月74燃燒差異

汽油機的燃燒差異是指在穩(wěn)定正常運轉(zhuǎn)情況下，各循環(huán)之間的燃燒變動和各缸之間的燃燒差異。前者稱為循環(huán)變動，后者稱為各缸工作不均勻。第74頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月75

各循環(huán)之間的燃燒差異主要是燃燒的不穩(wěn)定性，表現(xiàn)為循環(huán)的壓力波動。如圖示出不同循環(huán)的氣缸壓力變化情況。從中可以看到變化較大，低負荷時情況更嚴(yán)重。稀混合氣濃混合氣

1.循環(huán)變動第75頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月76主要原因：火花塞附近混合氣的混合比和氣體紊流性質(zhì)、程度在各循環(huán)均有變動，致使火焰中心形成所用的時間不同，即由有效著火時間變動而引起的。危害：這種循環(huán)間的燃燒變動使汽油機空燃比和點火提前角調(diào)整對每一循環(huán)都不可能處于最佳狀態(tài)，因而油耗上升，功率下降，不正常燃燒傾向增加，使汽油機性能下降，嚴(yán)重時出現(xiàn)隨機性斷火現(xiàn)象。76第76頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月77(1)混合氣濃度

α=0.8-0.9時循環(huán)燃燒變動最小，混合氣加濃或減稀變動均增加，這成為用稀混合氣的障礙。(2)負荷在中等負荷以上變動較小，低負荷時，殘余廢氣量相對增多，變動更為明顯。(3)加強紊流有助于減少變動，因此轉(zhuǎn)速增加，一般變動減小。(4)加大點火能量，采用多點點火，情況有所改善。(5)點火時刻和點火位置對燃燒循環(huán)變動很敏感。影響因素和改善措施：第77頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月78

各缸之間的燃燒差異主要是由于燃料分配不均使空燃比不一致造成的?；旌蠚夥峙洳痪鶆蛑饕c進氣系統(tǒng)所有零件的設(shè)計和安裝位置都有關(guān)系，任何不對稱和流動阻力不同的情況都會破壞均勻分配，其中影響最大的是進氣管的設(shè)計。2.各缸工作不均勻第78頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月79

改善分配不均的措施采用雙歧管進氣結(jié)構(gòu)(DualManifoldSystem)

雙歧管系統(tǒng)；采用汽油噴射技術(shù)，如多點噴射；利用廢氣或冷卻水熱量預(yù)熱進氣管，改善燃料蒸發(fā)。(但要限制加熱，避免影響進氣量)雙歧管結(jié)構(gòu)第79頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月80汽油機有時會出現(xiàn)一些不正常燃燒情況。不正常燃燒時的現(xiàn)象是怎樣的？什么樣的原因會引起不正常燃燒？第80頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月81不正常燃燒

由于設(shè)計或控制不當(dāng)，汽油機偏離正常點火的時間及地點，而引起的燃燒速率急劇上升，壓力急劇增大等異常現(xiàn)象。可分為爆燃和表面點火兩類。1.爆燃火焰前鋒未到，而末端未燃混合氣的溫度達到其自燃溫度而著火燃燒，形成新的火焰中心，產(chǎn)生新的火焰?zhèn)鞑?。?1頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月82第82頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月83地點：遠離火花塞的末端混合氣；時間：正?；鹧?zhèn)鞑サ竭_之前；燃燒方式：自燃著火(為低溫多階段的著火過程)；外部特征：

產(chǎn)生壓力沖擊波，約3000~5000Hz，氣缸內(nèi)發(fā)出特別尖銳的金屬敲擊聲，亦稱為敲缸。輕微敲缸時，發(fā)動機功率上升，油耗下降；嚴(yán)重時會產(chǎn)生冷卻水過熱，功率下降，油耗上升，發(fā)動機磨損加劇，排放污染增加(主要是排氣冒黑煙)。爆燃的特點：第83頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月84機件過載沖擊負荷大，機件的機械負荷增加，使機件變形損壞。噪聲增大。機件燒損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，同時會引起發(fā)動機過熱。磨損加劇發(fā)動機過熱，使?jié)櫥Ч儾?，使磨損加劇。爆燃的危害：第84頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月85正常燃燒后爆燃后第85頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月86排氣冒黑煙，補燃增加，排氣溫度增加高溫裂解產(chǎn)生的碳粒形成積炭，并使燃燒產(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等膨脹過程中重新燃燒，使排溫增高。性能指標(biāo)下降嚴(yán)重爆燃時的局部高溫及強烈的壓力沖擊波，破壞了附面層，氣體向缸壁的傳熱量大大增加，使熱效率下降，功率降低，耗油率增加。第86頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月87內(nèi)因——燃料性質(zhì)、缸內(nèi)的壓力和溫度辛烷值高的燃料抗爆燃能力強；缸內(nèi)的壓力和溫度增高，則末端混合氣的壓力和溫度增高，爆燃傾向增大。例如，壓縮比增大，則氣缸內(nèi)壓力、溫度升高，爆燃易發(fā)生；又如，使用輕金屬材料的氣缸蓋、活塞，由于其導(dǎo)熱性好，末端混合氣壓力、溫度低，爆燃傾向小，可提高壓縮比0.4~0.7單位。影響爆燃的因素：第87頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月88外因——火焰前鋒傳到末端混合氣的時間提高火焰?zhèn)鞑ニ俣?、縮短火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x，都會減少火焰前鋒傳到末端混合氣的時間，有利于避免爆燃。例如，氣缸直徑大時，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x增加，爆燃傾向增大，所以沒有很大缸徑的汽油機。第88頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月89防止爆燃的方法：設(shè)計中——1)合理組織氣流運動，提高火焰?zhèn)鞑ニ俣龋?)合理設(shè)計燃燒室，使火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x縮短；3)在末端混合氣區(qū)設(shè)置冷卻區(qū)，克服燃燒室表面粗糙度，進氣節(jié)流，降低進氣溫度，冷卻排氣門等；4)采用稀薄燃燒和分層燃燒技術(shù)。使用中——1)油門關(guān)小或轉(zhuǎn)速提高；2)推遲點火時刻；3)提高汽油辛烷值；4)清除積炭。第89頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月90

在汽油機中，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)點燃混合氣的現(xiàn)象，統(tǒng)稱表面點火。它的點火時刻是不可控制的，多發(fā)生在高壓縮比的強化汽油機上。2.表面點火第90頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月91

如果表面點火出現(xiàn)在火花塞跳火后，并且形成的火焰前鋒仍以正常的火焰?zhèn)鞑ニ俣认蛭慈細怏w推進，稱為后火。出現(xiàn)這種現(xiàn)象時，可在發(fā)動機斷火后發(fā)現(xiàn)，發(fā)動機仍像有電火花一樣，繼續(xù)運轉(zhuǎn)，直到熾熱點溫度下降到不能點燃混合氣為止，發(fā)動機才停轉(zhuǎn)。(2)早燃火花塞點火之前，熾熱表面就點燃混合氣的現(xiàn)象。早燃會誘發(fā)爆燃，爆燃又會讓更多的熾熱表面溫度升高，促使更劇烈的表面點火，兩者互相促進，危害可能更大。(1)后火第91頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月92表面點火與爆燃的不同點：

1.爆燃是火花塞跳火后末端混合氣的自燃現(xiàn)象；表面點火一般是在正?；鹧鏌街坝蔁霟嵛稂c燃混合氣所致。

2.爆燃時有強烈的壓力沖擊波，有尖銳的金屬敲擊聲；表面點火沒有壓力沖擊波，敲缸聲比較沉悶。

凡是能降低燃燒室溫度和壓力升高率、減少積炭等熾熱點形成的因素都有助于防止熱面點火。第92頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月小結(jié)：哪些因素會影響汽油機的燃燒過程？93第93頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月94燃料性質(zhì)

汽油由C5~C11各族烴類組成，沸點通常在205℃以下，主要性能有：（1）蒸發(fā)性指標(biāo)：餾程和蒸汽壓餾程：汽油餾出的溫度范圍10%的餾出溫度：低，冷啟動性好；過低，易氣阻。50%的餾出溫度：低，平均揮發(fā)性好，汽車的加速性和平穩(wěn)性好，暖機時間短。90%的餾出溫度：標(biāo)志含有難揮發(fā)的重質(zhì)成分。高，則重質(zhì)成分多，易形成積炭，從而稀釋機油。蒸氣壓：蒸發(fā)性強，易起動，但易氣阻和蒸發(fā)損失大。夏季不大于67KPa，冬季不大于80KPa。第94頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月95（2）抗爆性指標(biāo)：辛烷值—ON（正庚烷C7H16—辛烷值定為0，異辛烷C8H18—辛烷值定為100，二者混合液與汽油的爆燃程度進行比較—汽油的辛烷值，即混合液中異辛烷的體積百分數(shù)。）二者之差為汽油的靈敏度，是衡量抗暴性隨著燃燒條件而變化的尺度。MON=RON×0.8+10，AKI（抗爆指數(shù)）＝(RON+MON)/2車用汽油按MON分70、75、80、85號4種牌號新標(biāo)準(zhǔn)按RON分90、93、95號和97號4種牌號測定方法：研究法辛烷值—RON

馬達法辛烷值—MON第95頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月96使用α<1的濃混合氣工作，必然產(chǎn)生不完全燃燒，經(jīng)濟性變差，有害排放量上升。當(dāng)α<0.8及α>1.2時，火焰?zhèn)鞑ニ俣染徛?，部分燃料來不及完全燃燒，因而?jīng)濟性差，有害排放量上升，工作不穩(wěn)定。α=0.8~0.9：火焰?zhèn)鞑ニ俣茸畲?，爆燃傾向也較大，功率混合氣。α=1.03~1.1：缸內(nèi)溫度最高且空氣富裕，燃燒完全，經(jīng)濟混合氣?；旌蠚鉂舛葘鹧?zhèn)鞑ニ俣鹊挠绊懟旌蠚鉂舛鹊?6頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月97點火提前角點火提前角不同的展開示功圖

點火提前角過大，則大部分混合氣在壓縮過程中燃燒，所消耗的壓縮功增加，發(fā)動機容易過熱，有效功率下降，工作粗爆程度增加。同時由于混合氣的壓力過高，末端混合氣燃燒前的溫度較高，爆燃傾向加大。點火提前角過小，則燃燒延長到膨脹過程，燃燒最高壓力和燃燒溫度下降，傳熱損失增多，排氣溫度升高，功率下降，耗油量增多。第97頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月98

轉(zhuǎn)速增加時，氣缸中紊流增強，火焰?zhèn)鞑ニ俣燃涌?，因而以秒計的燃燒過程縮短，但循環(huán)時間也縮短，一般燃燒過程相當(dāng)?shù)那S轉(zhuǎn)角增加，應(yīng)當(dāng)相應(yīng)加大點火提前角。為此汽油機裝有離心提前調(diào)節(jié)裝置，使得在轉(zhuǎn)速增加時，自動增大點火提前角，以保證燃燒過程在上止點附近完成。發(fā)動機轉(zhuǎn)速Pe/kW第98頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月99

轉(zhuǎn)速一定，負荷減小時，進入氣缸的新鮮充量減小，而殘余廢氣量基本不變，殘余廢氣系數(shù)增加。殘余廢氣對燃燒反應(yīng)起阻礙作用，使燃燒速度減慢。為保證燃燒過程在上止點附近完成，需增大點火提前角，靠真空提前點火裝置來調(diào)節(jié)。發(fā)動機負荷Pe/kW第99頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月100

溫度過高，燃燒室及燃燒壁

，不正常燃燒傾向

，混合氣密度，充量

，性能

。

溫度過低，熱量傳遞，發(fā)動機性能，潤滑效果，零件磨損。燃燒完全程度？冷卻水溫度Pe/kW過熱增加低減少下降過多降低變差加劇第100頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月其他影響因素

燃燒室積炭

壓縮比

大氣狀況

燃燒室101第101頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月102燃燒室一、對燃燒室的要求1.設(shè)計要求：(1)保證發(fā)動機有良好的動力性、經(jīng)濟性；(2)使發(fā)動機工作柔和，排污少；(3)抑制不正常燃燒；(4)燃燒室結(jié)構(gòu)應(yīng)簡單，利于制造。第102頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月103(1)結(jié)構(gòu)盡量緊湊(面容比A/V表征燃燒室的緊湊性)；火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x短，不易爆燃相對散熱損失少，熱效率高熄火面積小，HC排量少

HC的排放主要是由燃燒室壁面的淬熄效應(yīng)引起的，面容比小，淬熄面積小，HC排放就少。2.設(shè)計原則第103頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月104

燃燒室的形狀應(yīng)考慮允許有較大的進氣門直徑。進氣口、進氣道的布置應(yīng)盡量減小進氣阻力，提高進氣充量。(2)具有良好的充氣性能第104頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月105新氣掃除殘余廢氣，保證低速穩(wěn)定性好，循環(huán)間燃燒變動小火花塞布置在使末端混合氣受熱少的排氣門附近由火花塞傳播開的火焰面變化分配合理，確保運轉(zhuǎn)平穩(wěn)火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x應(yīng)盡可能短，避免爆燃(3)火花塞布置安排適當(dāng)?shù)?05頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月106

和火花塞配合滿足速燃要求，同時控制壓力升高率，燃燒室的容積分布應(yīng)配合火花塞的位置考慮，最有利的分布是使燃燒過程初期壓力升高率較小，發(fā)動機工作柔和，中期放熱量最多，以獲得較大的循環(huán)功。后期補燃較小，具有高的熱效率。(4）燃燒室形狀合理分布第106頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月107(5)組織適當(dāng)?shù)奈闪鬟\動

紊流過強時，即使點火提前角減小，壓力升高率仍較高，使工作粗暴，熱效率降低。(6)防止爆燃和早燃應(yīng)對末端混合氣進行適當(dāng)冷卻，燃燒室避免局部熱點和突出物，以防爆燃和早燃。第107頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月108本章小結(jié)對燃燒過程的基本要求是完全、及時、正常。汽油機的燃燒過程分為著火延遲期、明顯燃燒期、補燃期。最佳點火提前角使壓力升高率燃燒最高壓力出現(xiàn)在上止點后12°~15°CA，=0.175~0.25MPa/(°CA)為宜，能保證發(fā)動機較好的動力性、經(jīng)濟性、且工作柔和。燃燒速度是指單位時間燃燒的混合氣量，與火焰前鋒面積、未燃混合氣密度、火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊纫蛩赜嘘P(guān)。增大火焰?zhèn)鞑ニ俣?、合理利用燃燒室?guī)缀涡螤罴捌渑c火花塞位置的配合、增大未燃混合氣密度，均可提高燃燒速度。第108頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月109汽油機的不規(guī)則燃燒是指各循環(huán)間的燃燒變動和各缸間燃燒差異。由于這些差異使汽油機功率下降，油耗率上升。汽油機有兩種不正常燃燒現(xiàn)象。爆燃是末端混合氣的自燃現(xiàn)象。嚴(yán)重爆燃會產(chǎn)生尖銳的金屬敲擊聲，使發(fā)動機機件過載、燒損、性能指標(biāo)下降。發(fā)動機低速大負荷時容易爆燃。表面點火是混合氣被熾熱表面點燃的現(xiàn)象，使發(fā)動機性能指標(biāo)下降，運轉(zhuǎn)粗暴增加。汽油機混合氣形成的方式主要有兩類：化油器式和汽油噴射式。它們在結(jié)構(gòu)與供油方法上有所不同，但它們都屬于在氣缸外部形成混合氣，都是依靠控制節(jié)流閥開閉來調(diào)節(jié)混合氣數(shù)量的，空燃比在不同工況下的要求也是一致。第109頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月補充：如何讓發(fā)動機的結(jié)構(gòu)適應(yīng)燃燒要求？第110頁，課件共122頁，創(chuàng)作于2023年2月111典