9第五章(2節(jié))燃燒(4.5學時).ppt

1、第二節(jié) 點燃式內(nèi)燃機的燃燒 本節(jié)討論以下內(nèi)容： 一 點火過程與著火落后期 二 點燃式內(nèi)燃機的正常燃燒 三 代用燃料的燃燒 四 點燃式內(nèi)燃機的不正常燃燒 五 點燃式發(fā)動機的燃燒模型,一、點火過程與著火落后期 1、火花點火過程 目前，火花點火過程有許多 方面還不是很清楚。 圖5-6是常規(guī)高壓線圈點火 系統(tǒng)工作時電壓與電流的變化 示意圖。 整個放電過程可分為三個 階段： （1）擊穿階段 （2）電弧階段 （3）輝光放電階段 （中間有兩個過渡區(qū)、前面有一 個預放電階段） 整個過程約1ms。,（1）擊穿階段特點： 電極在很高電壓（約10-15kV）下，擊穿電極間隙內(nèi)的混合氣； 離子流從火花塞的一個電極奔向

2、另一個電極，間隙阻抗迅速下降； 建立一個直徑約40m的圓柱狀離子化氣體通道，電能幾乎可以無損失地通過等離子流； 局部溫度升至60000K，壓力上升到幾十個MPa； 產(chǎn)生一個強烈的激波向四周傳播，使等離子通道的體積迅速膨脹（約膨脹到直徑2mm），而它的壓力、溫度迅速下降； 擊穿階段，通過火花塞間隙的峰值電流高達200A； 整個擊穿階段的時間很短，約10ns，故能量?。?mJ）。,（2）電弧階段特點： 在擊穿階段末期，形成電極間的電流通道； 電弧放電電壓較低（50100V），電流仍很高（1-10A）； 與擊穿階段電極間的電流通道內(nèi)的氣體完全離解或離子化相反，放電帶中心部分的離解程度仍很高，但離子化

3、程度比較低（約1%）； 在陰極和陽極的電壓降是電弧放電電壓降的主要部分，電能儲存在這些電極的表層區(qū)域，由金屬電極導走； 要求有灼熱的陰極（以便電弧正常維持），造成了陰極材料的蒸氣蝕損； 由于擊穿階段末期等離子體體積膨脹、體外熱交換和擴散作用增強，使電弧中心區(qū)溫度下降到6000K； 整個階段的時間較短，微秒級，故能量?。?mJ）。 一般認為，在電弧階段火焰?zhèn)鞑ラ_始。,（3）輝光放電階段特點： 電流低于200mA，陰極上有大的電壓降（300500V），溫度較高，離子化程度很低（低于0.01%）； 大部分點火能量此時放出，時間毫秒級，能量損失比電弧階段更大； 氣體的最高平衡溫度下降到3000K。 點

4、火系統(tǒng)和儲能裝置（如點火線圈）的設計細節(jié)將決定這一階段的進程， 在發(fā)動機運行條件下： 對靜止的具有化學計量比的混合氣點火能量 ，通常只需要0.2mJ； 對于較稀或較濃的混合氣，或電極處混合氣 有較高流速時，需要點火能量為3mJ； 為了能使發(fā)動機在各種工況下都能可靠點火 ，常規(guī)點火系統(tǒng)供給能量一般為3050mJ。,2、滯燃期（著火落后期） 滯燃期是一個工程上的概念，要準確定義點燃式內(nèi)燃機的滯燃期比較困難，因為理論上，點火瞬間即開始火焰?zhèn)鞑ィ梢哉f幾乎沒有滯燃期。 目前，工程上所指的滯燃期一般用以下三種方法定義： 1）從火花點火至氣缸內(nèi)壓力明顯脫離壓縮線時的時間或曲軸轉(zhuǎn)角。 2）火花點火開始后觀察

5、氣缸內(nèi)的火焰?zhèn)鞑ブ聊骋辉O定的小的半徑時所需的時間。 為試驗方便，一般先求出火焰半徑與時間的關(guān)系曲線，用外推法求出所設定的小半徑的相應時間。 3）從火花點火開始直到氣缸內(nèi)10%的燃料燃燒完了的時間或曲軸轉(zhuǎn)角（又名火焰發(fā)展角）。 應當指出，以上三種方法測出滯燃期在數(shù)值上差別較大，在使用時應指明采用何種定義的滯燃期。,二、點燃式內(nèi)燃機的正常燃燒 主要介紹均質(zhì)混合氣正常燃燒。因絕大部分汽油機在電火花強制點火前已形成大致均勻混合氣（氣缸外部利用化油器或噴油）。 （一）定容燃燒彈中的燃燒過程 因可燃混合氣在定容燃燒彈中的燃燒與汽油機的燃燒比較接近，所以，可以用定容燃燒彈中的燃燒試 驗來說明汽油機的正常燃燒

6、情況。 1、初始狀態(tài)： 右圖把定容燃燒彈分成相等的四部分 （1、2、3、4），其中每部分包含等量的 可燃混合氣，狀態(tài)均為（p0、T0），（即 圖5-7a）。,2、區(qū)域1燃燒：設第一部分首先燃燒（在p0、T0下），壓力、溫度升高（ p1、T1 ），體積膨脹，其余三部分由于壓縮與傳熱的影響，溫度與壓力也有所提高，見圖5-7b。 3、區(qū)域2燃燒：區(qū)域2在（ p1、T1 ）下開始燃燒（圖5-7c），燃燒時，區(qū)域2的氣體要膨脹，壓縮已燃燒氣體1和未燃燒氣體3和4，使它們的壓力溫度再升高。 4、其它區(qū)域燃燒：然后依次燃燒3和4部分的混合氣。,根據(jù)定容燃燒彈物理模型，可以得出以下結(jié)論： 1）等截面燃燒室內(nèi)，

7、燃燒速率不相等的。因為，火焰沿燃燒室不斷傳播，相繼投入燃燒的各層混合氣，比前一層混合氣有更高的密度。 2）燃燒室內(nèi)各處燃氣溫度不相等。因為，各部分混合氣在投入燃燒前的狀態(tài)不同，燃燒后受壓縮的情況也不同。 靠近火花塞的那部分混合氣，先在較低溫度下燃燒，在低壓下膨脹；最后在高壓下回到原來的體積，這部分氣體除獲得燃燒的化學能外，還獲得壓縮功，因而最終溫度較高。 相反，最后燃燒的那部分混合氣，要損失一部分功，因而溫度較低，兩者相差可達數(shù)百度。 這可以用來解釋：為什么高速攝影記錄燃燒過程（在火焰?zhèn)鞑ソ咏K點）時，火花塞附近又發(fā)生“后輝”的原因。 3）氣流靜止的燃燒室內(nèi)會引起氣流運動（火焰?zhèn)鞑サ膲嚎s-膨脹

8、）。,而且這種氣流運動的方向，在燃燒初期與燃燒末期是相反的，使火焰?zhèn)鞑ニ俣犬a(chǎn)生先加速后減速的傾向。 遠端混合氣，所受壓縮與傳熱時間最長，在火焰前鋒到達前，先期反應已有較大的發(fā)展。 因而，火焰前鋒的速度越來越大，但在接近缸壁時，由于缸壁的冷卻作用而變慢。,（二）預混燃燒與擴散燃燒 預混燃燒：在燃燒過程中，如果化學反應控制了燃燒速率，即混合過程比化學反應（燃燒反應）要快得多，或者在火焰到達之前燃燒與空氣已充分混合，這種可燃混合氣的燃燒稱之為預混燃燒。 汽油機和氣體燃燒發(fā)動機的可燃混合氣的燃燒基本上屬預混燃燒。在柴油機中，燃料是借助于噴油裝置在接近壓縮終了時噴入氣缸，經(jīng)過一個很短的滯燃期后即開始著火

9、。在滯燃期內(nèi)，若噴入氣缸的燃料在著火前已蒸發(fā)并與空氣混合，那么這部分燃料的燃燒可以看作是預混燃燒。 擴散燃燒：在燃燒過程中，如果混合過程控制了燃燒速率，即化學反應（燃燒反應）比混合過程要快得多，這就是所謂的擴散燃燒。 柴油機的大部分燃料是在著火后噴入氣缸的，它處于一邊與空氣混合、一邊燃燒的情況下，由于混合過程比反應速率慢，因此燃燒速率取決于混合速率。 擴散燃燒的顯著特征是，它的燃燒速率取決于使燃料和氧化劑達到適宜進行化學反應所需要的擴散速率。,（三）點燃式發(fā)動機的燃燒過程-（以汽油機的正常燃燒為例） 通常把點燃式發(fā)動機燃燒過程分成三個階段，如圖。 第階段1-2稱為 著火階段，是指電 火花跳火到

10、形成火 焰中心的階段。 第階段23稱 為急燃期，是指火 焰由火焰中心燒遍 整個燃燒室的階段， 因此也稱為火焰?zhèn)?播階段。 第階段34稱 為后燃期，它相當 于急燃期終點3至燃料基本上完全燃燒點4為止。,各個階段特征分述如下： 第階段（著火階段）-著火落后期、滯燃期： 電火花在上止點前角（1點）跳火以后，混合氣中并不立即產(chǎn)生火焰。高速攝影表明，在1點（圖5-8）亮后，至2點再亮，這段時間約占整個燃 燒時間的15%左右。 但工程上一般 是按氣缸壓力開始 與壓縮壓力相分離 的2點計算的，2點 與2點相差甚微， 它與底片的感光性 能及測壓儀器的靈 敏度有關(guān)。,滯燃期i的長短與下列因素有關(guān)： 1）燃料本身

11、的分子結(jié)構(gòu)和物理化學性能。 2）點火時缸內(nèi)氣體壓力、溫度。它與壓縮比有關(guān)，壓縮比高，滯燃期短。 3）混合氣過量空氣系數(shù)a。 試驗表明，汽油-空氣混合氣在a =0.80.9時（較理論空燃比濃）， i最短，如右圖所示。 4）殘余廢氣量增加，i增加。 5）氣缸內(nèi)混合氣運動強，則 i稍有增加。由于氣流運動，火焰 中心不一定在電極間隙處，有可能在電極間附近。 6）火花能量大，i縮短。 對于電火花點火的汽油機而言，氣缸內(nèi)著火的時間（2點）可以用控制點火提前角的辦法來達到，所以滯燃期的長短對汽油機工作的影響不大，這一點是與柴油機完全不同的。,第階段-火焰?zhèn)鞑ルA段： 在這一階段內(nèi)，壓力升高很快，壓力 升高率d

12、p/d =0.20.4MPa/ CA。 壓力升高率代表發(fā)動機工作粗暴的程 度。它與振動、噪聲、火焰?zhèn)鞑ニ俾视忻?切相關(guān)，因此火焰?zhèn)鞑ニ俾矢叩目扇蓟旌?氣均促使dp/d 增加?；鸹ㄈ恢?、燃燒 室型式對其也有影響。 急燃期終點一般為最高壓力點3或最高溫度點3（有時3和3點重合）。若取放熱率驟然下降時刻作為急燃期終點應更為合理。 最高燃燒壓力點3到達的時刻，對發(fā)動機的功率、經(jīng)濟性有重大影響。如3點到達過早，則混合氣必然過早點燃，從而引起壓縮過程負功的增加，壓力升高率增加，最高燃燒壓力過高。相反，如3點到達過遲，則膨脹比將減小，同時，燃燒高溫時期的傳熱表面積增加，也是不利的。 3點的位置可以通過點火

13、提前角ig來調(diào)整。,第階段-后燃期： 它相當于急燃期終點3至燃料基本上完全燃燒點4為止。p- 圖上的點3表示燃燒室主要容積已被火焰充滿，混合氣燃燒速度開始降低，加上活塞向下止點加速移動，使氣缸中壓力從點3開始下降，在后燃期中主要是湍 流火焰前鋒后面未完全燃 燒的燃料、氣缸壁面上的 混合氣層繼續(xù)燃燒。 汽油機燃燒產(chǎn)物中 CO2和H2O的離解現(xiàn)象比 柴油機嚴重，在膨脹過程 中溫度下降后又部分復合 放熱。一般也作后燃看待。 一般調(diào)整點火提前角，使點2在BTDC12-15CA，點3在ATDC12-15CA到達，（dp/d ）max為0.1750.25MPa/CA?？墒蛊蜋C工作柔和、動力性能良好。,（

14、四）燃燒過程按已燃質(zhì)量分量劃分 下圖是已燃質(zhì)量百分數(shù)（質(zhì)量燃燒率）與曲軸轉(zhuǎn)角的關(guān)系曲線。 可見，在火花點火以后，燃料-空氣混合氣的燃燒速率從很低達到最大（燃燒過程中部），然后接近于零（燃燒終了時）。 利用已燃質(zhì)量百分 數(shù)表示燃燒過程各階段較 為方便，并以此可定義發(fā) 動機燃燒的各個階段。 根據(jù)此曲線，點燃式 發(fā)動機燃燒過程可以描述 為： 1）火焰發(fā)展期-從火 花點火到燃料化學能釋放 10%之間的曲軸轉(zhuǎn)角間隔 期。,2）快速燃燒期-大量 工質(zhì)燃燒所需的曲軸轉(zhuǎn)角 間隔。 定義為從火焰擴展階 段（10%已燃質(zhì)量百分數(shù)） 到火焰?zhèn)鞑ミ^程終點（90 %已燃質(zhì)量百分數(shù)）之間 的曲軸轉(zhuǎn)角間隔期。 3）總?cè)紵?/p>

15、-整個燃 燒過程的持續(xù)期，它是火 焰發(fā)展期與快速燃燒期之 和。,（五）火焰?zhèn)鞑ニ俾屎腿紵俾?可燃混合氣著火以后，即形成火焰中心，火焰由此中心以一定的速率傳播到整個燃燒室。按混合氣流動特性，火焰分為層流火焰和湍流火焰。 1、層流火焰(傳播)速率SL 層流火焰(傳播)速率定義為火焰前鋒相對于未燃混合氣的相對速率，其表達式為 （5-18） 式中，Af為火焰面積，u為未燃混合氣密度， 為質(zhì)量燃燒率。 所以，如果求出火焰(傳播)速率，就可以得到質(zhì)量燃燒率。,對發(fā)動機使用的混合氣，層流火焰（傳播）速率在40180 cm/s 之間。在實際計算SL 時，常采用Mattavi 經(jīng)驗公式 （5-19） 式中，S

16、L0=30.5-54.9 (-1.21)2（標準狀態(tài)下）； =2.18 - 0.8 (-1)； =-0.16+0.22 (-1)； 為燃空當量比（過量空氣系數(shù)的倒數(shù)）； p為壓力（kPa）； Tu為火焰前鋒面前未燃氣體溫度(K)。,2、湍流火焰速率ST 缸內(nèi)湍流作用： 大標尺湍流使火焰前 鋒面發(fā)生扭曲，除增加鋒 面面積外，還使火焰前鋒 分裂成許多燃燒中心，導 致湍流火焰速率大大增加； 小標尺湍流可大大增 加焰面中分子與新鮮混合 氣中的分子的相互滲透， 因此使湍流速率增加（圖 5-11）。 湍流較弱時，火焰鋒 面完整；湍流較強時，鋒 面被撕裂成碎片。,定義：FSR=ST/SL，稱為火焰（湍/層流

17、）速率比。因此，湍流速率與層流速率存在如下關(guān)系 （5-20） 當缸內(nèi)湍流強度不高時，Mattavi給出了便于計算的經(jīng)驗關(guān)系式 （5-21） 式中，n為發(fā)動機轉(zhuǎn)速(r/min）。 但在發(fā)動機的實際燃燒過程中，火焰?zhèn)鞑ニ俾逝c湍流強度之比的關(guān)系并不一定是線性的。 湍流強度不高時，火焰?zhèn)鞑ニ俾逝c湍流強度之間呈線性關(guān)系； 湍流增加到一定強度時，火焰?zhèn)鞑ニ俾孰S湍流強度的增加而呈非線性增加趨勢； 湍流強度太強，火焰?zhèn)鞑ニ俾士赡軙S湍流強度增加而降低。 因此，在汽油機中，組織適當強度的湍流有助于提高火焰?zhèn)鞑ニ俾剩瑢θ紵^程有利；但太強的湍流不僅不利于提高火焰?zhèn)鞑ニ俾?，反面會使傳播中的火焰淬熄?3、火焰?zhèn)鞑ニ?/p>

18、率Sf 定義：火焰?zhèn)鞑ニ俾蕿榛鹧媲颁h相當于燃燒室壁面?zhèn)鞑サ慕^對速率，在發(fā)動機中可用下式計算 （5-22） 式中，Se為已燃區(qū)膨脹速率，由下式給出 （5-23） 式中，AP、SP分別是已燃區(qū)在活塞上的投影面積和活塞運動速度；Vb為已燃區(qū)體積；為曲軸角速度。,（六）著火界限或可燃范圍 可燃混合氣過濃或過稀時，電火花放電以后，不能形成火焰中心、產(chǎn)生火焰?zhèn)鞑ァ?電火花首先點燃電極間隙內(nèi)這一體積的可燃混合氣，當它放出的熱量大于向四周混合氣的散熱量，火焰才能傳播發(fā)展；反之，將自行熄滅。 過濃混合氣燃燒不完全、放熱量少；過稀混合氣的熱值低、放出的熱量少，因而均不能點火混合氣。 兩界限之間的混合氣濃度范圍稱為

19、可燃范圍或著火界限。 要使混合氣正常燃燒，必須保證混合氣濃度在可燃范圍內(nèi)。 幾種燃料的可燃范圍大致如下： 汽油：最小過量空氣系數(shù)0.5最大過量空氣系數(shù)1.30 酒精：0.41.70 苯：0.41.25 醚：0.41.25 影響混合氣初期放熱速率和散熱速率的因素，都會影響著火界限。,例如，可燃混合氣初始溫度增高，有利于放熱速率的提高和散熱速率的降低，因此擴大了著火界限。 殘余廢氣中含有大量的惰性分子（N2，CO2水蒸氣等），當殘余廢氣系數(shù)增加時，著火界限將縮小。 考慮到在實際發(fā)動機缸內(nèi)各處的溫度、壓力并不完全相同，空氣、燃料及殘余廢氣的混合也不一定絕對均勻，因此著火界限比上面列出的范圍窄。例如：

20、 火花塞間隙附近的氣體，若主要是濃度合適的新鮮可燃混合氣，就比較容易著火； 著火后缸內(nèi)溫度、壓力均升高，火焰?zhèn)鞑ヒ脖容^容易（即使其他部分的混合氣的廢氣成分高一些）。 如果燃燒室設計不好，不能很好清掃火花塞附近的殘余廢氣，著火界限就變窄，甚至不能著火。 現(xiàn)代汽油機在較高負荷且工作正常時的著火界限（稀氣極限）大致為amax=1.31.4，一般當a=1.251.35時，汽油機工作循環(huán)已不穩(wěn)定，燃油消耗率迅速上升，混合氣再稀一些，發(fā)動機即自行熄滅。濃氣極限amin無實際意義上的限制。,對于汽油噴射、分層燃燒汽油機以及柴油機，由于整個燃燒室內(nèi)混合氣分布不均勻，因此按平均意義上的過量空氣系數(shù)表示的可燃范圍

21、就失去意義。 （七）不同工況下燃燒過程的特點 下面分別討論不同點火提前角、混合氣濃度、負荷、轉(zhuǎn)速的燃燒過程。,1、點火提前角不同時的燃燒過程 影響汽油機最佳點火提前角的因素很多，如轉(zhuǎn)速、過量空氣系數(shù)、進氣壓力和溫度等，它只能在試驗中予以測定。 下圖給出了汽油機點火提前特性圖。測試條件：保持節(jié)氣門開度、轉(zhuǎn)速以及混合氣濃度一定，記錄功率、燃油消耗率、排氣溫度隨點火提前角的變化。 對于汽油機，每一工況都存在一最佳點火提前角，這時汽油機功率最大，燃油消耗率最低。 最佳點火提前角位置： 使最高燃燒壓力在上止點后 12-15（CA）時達到， 這時實際示功圖與理論示功 圖最為接近。 選擇：要考慮到發(fā)動機 在

22、整個運行范圍內(nèi)，保證最 大功率而無爆燃。,2、混合氣濃度不同時的燃燒過程 汽油機燃料調(diào)整特性： 在轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門開度保持一定、點 火提前角為最佳值條件下，調(diào)節(jié)供油量， 記錄功率、燃油消耗率、排氣溫度隨過 量空氣系數(shù)的變化曲線，稱為汽油機在 某一轉(zhuǎn)速和節(jié)氣門開度下的調(diào)整特性，如圖所示。 因汽油機在a=0.80.9時，滯燃期最短，火焰?zhèn)鞑サ钠骄俾首罡摺］^濃混合氣燃燒以后的實際分子變更系數(shù)增大、燃料蒸發(fā)量增多，進氣溫度下降，充量系數(shù)有所增大，所以，最高爆發(fā)壓力、最高燃燒溫度、壓力升高率和功率均達到最大值，同時由于不完全燃燒的趨勢增加，燃油消耗率較高。 因缸內(nèi)燃料、空氣和殘余廢氣不能絕對均勻混合，因而

23、不可能剛好在a=1時獲得完全燃燒?；旌蠚馍韵r，最高燃燒溫度下降，使燃燒產(chǎn)物離解等不良影響減少，有利于提高熱效率，當a = 1.031.1時，燃油消耗率達到最佳值。過稀混合氣熱效率下降。因燃燒速率降低，燃燒時間拉長。,3、負荷不同時的燃燒過程 在汽油機上，轉(zhuǎn)速保持不變，通過改變節(jié)氣門開度來調(diào)節(jié)進入氣缸的混合氣量，以達到不同的負荷要求。-負荷量調(diào)節(jié) 當節(jié)氣門關(guān)小時，充量系 數(shù)急劇下降，但留在氣缸內(nèi)的 殘余廢氣量不變，使殘余廢氣 系數(shù)增加，滯燃期增加，火焰 傳播速率下降，最高爆發(fā)壓力、 最高燃燒溫度、壓力升高比均 下降，冷卻水散熱損失相對增 加，因而燃油消耗率增加。因 此，隨著負荷的減小，最佳點

24、火提前角要提高（如圖）。 在汽油機中，用點火提前 真空調(diào)節(jié)器來自動調(diào)整。,4、轉(zhuǎn)速不同時的燃燒過程 在內(nèi)燃機中，轉(zhuǎn)速增加時，氣缸內(nèi)的湍流增加，使火焰?zhèn)鞑ニ俾蚀篌w成正比例增加，最高爆發(fā)壓力、壓力升高比隨轉(zhuǎn)速變化不大；由于散熱損失減少，進氣被加熱增加，使氣缸內(nèi)混合得更均勻，有利于縮短滯燃期。 另一方面，由于殘余廢氣系數(shù)增加，氣流吹走電火花的傾向增大，又促使滯燃期增加。 以上兩種因素使以秒計 的滯燃期與轉(zhuǎn)速的關(guān)系不大， 但以曲軸轉(zhuǎn)角計的滯燃期隨 轉(zhuǎn)速增加而增大（如圖所示 ）。 因此，在汽油機上一般 都設有點火提前角離心自動 調(diào)節(jié)裝置，使在轉(zhuǎn)速增加時， 增大點火提前角。,5、點火提前角的控制 點火提前

25、角對汽油機經(jīng)濟性影響： 據(jù)統(tǒng)計，點火提前偏離最佳值5 （CA），熱效率下降1%； 偏離最佳值10（CA），熱效率下降5%； 偏離最佳值20（CA），熱效率下降16%。 最佳點火提前角的影響因素： 大氣狀態(tài)（壓力、溫度、濕度）、缸體溫度、燃料辛烷值、空燃比、殘余廢氣系數(shù)、排氣再循環(huán)等。 傳統(tǒng)控制方法：只考慮了其中的兩個因素，即真空和離心調(diào)節(jié)裝置。 特點：只能隨轉(zhuǎn)速、負荷的變化對點火提前角作近似控制。 現(xiàn)代電子控制方法：實現(xiàn)點火提前角的精確控制，大體上分成兩類，計算機開環(huán)控制和閉環(huán)控制。 其特點如下：,計算機開環(huán)控制特點：一種預定順序控制，根據(jù)轉(zhuǎn)速傳感器和負荷傳感器測得的信號，在存儲器中預定特性圖

26、上找出對應于該工況的近似最佳點火提前角來控制點火系統(tǒng)點火。 預定特性圖是事先通過試驗得到的近似最佳點火提前角與轉(zhuǎn)速和負荷的三維曲線圖或表格，存儲在存儲器中，若多加幾個傳感器還可監(jiān)控更多的參數(shù)。 優(yōu)缺點：響應速度快；不能考慮所有影響因素，若采用多個傳感器，則價格較貴，系統(tǒng)的可靠性下降。 計算機閉環(huán)控制特點：一種自適應控制或反饋控制，根據(jù)反饋信息確定下一次點火提前角的調(diào)節(jié)方向。 目前作為反饋信息參數(shù)大都采用轉(zhuǎn)速（方便），調(diào)節(jié)點火提前角控制邏輯為：當負荷不變時，改變點火提前角一個步長，則： 點火提前后，轉(zhuǎn)速增加點火再提前 點火提前后，轉(zhuǎn)速下降點火推遲 點火推遲后，轉(zhuǎn)速增加點火再推遲 點火推遲后，轉(zhuǎn)速

27、下降點火提前 優(yōu)缺點：點火提前角能自動跟蹤到最佳值；瞬態(tài)響應有待改進。,（八）燃燒的循環(huán)變動（屬于正常燃燒范圍） 1、燃燒循環(huán)變動現(xiàn)象 燃燒循環(huán)變動是點燃式發(fā)動機燃燒過程的一大特征。 定義：在發(fā)動機以某一工況穩(wěn)定運行時，本次循環(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)：每一循環(huán)壓力曲線、火焰?zhèn)鞑?、功率輸出等均不相同，如下圖。,加劇燃燒循環(huán)變動的因素： 稀薄混合氣、低負荷、低轉(zhuǎn)速下運轉(zhuǎn)時，循環(huán)變動都會加劇。 燃燒循環(huán)變動的后果： 1、轉(zhuǎn)速和輸出轉(zhuǎn)矩波動增加：因有些循環(huán)燃燒進行得快，有些進行得慢，因而影響發(fā)動機的性能，使車輛驅(qū)動性能惡化。 2、不能采用低辛烷值汽油和高壓縮比：因在燃燒快的循

28、環(huán)中，氣缸最高爆發(fā)壓力增加，使爆燃趨勢增加。而壓縮比和燃料辛烷值是根據(jù)最傾向于敲缸的要求確定的。 3、 HC排放及油耗大幅度上升：因在燃燒慢的循環(huán)中，可能在排氣門開啟時混合氣還未燃燒完，在稀薄混合氣燃燒或怠速工況時更易發(fā)生這種現(xiàn)象。 4、點火提前角不能都處在最佳值：因最佳點火提前角是根據(jù)平均循環(huán)確定的，氣缸壓力的循環(huán)變動，因而會影響發(fā)動機性能指標的進一步提高。 改善燃燒循環(huán)變動的意義： 消除氣缸壓力的循環(huán)變動，可以降低最高燃燒壓力，改善工作粗暴性和燃油經(jīng)濟性，降低發(fā)動機排放污染，意義很大。,2、燃燒循環(huán)變動的表征參數(shù) 表征燃燒循環(huán)變動的參數(shù)大體上可以分成三類： 1）與氣缸壓力有關(guān)的參數(shù)：最高氣

29、缸壓力pmax及相應的曲軸轉(zhuǎn)角（ pmax）、最大壓力升高比dp/d )max及相應的曲軸轉(zhuǎn)角（ max）、平均指示壓力pmi等。 2）與燃燒速率有關(guān)的參數(shù)：最大燃燒速率、火焰發(fā)展角 d、快速燃燒角 b。 3）與火焰前鋒位置有關(guān)的參數(shù)：火焰半徑、火焰前鋒面積、已燃和未燃容積隨時間的變化曲線、火焰到達某一指定位置所需的時間。 實用的度量參數(shù)-平均指示壓力變動系數(shù)CoVimep(Coefficient of Variation），它是度量燃燒循環(huán)變動的一個重要參數(shù)。 （因壓力參數(shù)比較容易測量） 定義： （5-24）,式中，imep為平均指示壓力的標準偏差pmi；imep為平均指示壓力的平均值 。

30、CoVimep是評價燃燒穩(wěn)定性和車輛驅(qū)動性的主要參數(shù)，通常不應超過10%。 氣缸示功圖處理-平均示功圖 由于點燃式發(fā)動機燃燒的循環(huán)變動，使每一循環(huán)的氣缸示功圖是不同的。 為了獲得有代表性的、可以用來進行放熱率分析的平均示功圖，根據(jù)經(jīng)驗，對燃燒循環(huán)變動小、燃燒過程重復性好的，可取40100個循環(huán)進行平均（對每一曲軸轉(zhuǎn)角求壓力平均）；在燃燒循環(huán)變動較大時，可取幾百個（例如254）循環(huán)的平均值。,3、產(chǎn)生燃燒循環(huán)變動的原因 導致燃燒循環(huán)變動的原因很多，以下兩個因素是最主要的： 1）燃燒過程中氣缸內(nèi)氣體運動狀況的循環(huán)變動 在沒有強烈進氣渦流的場合，壓縮終點附近氣缸內(nèi)氣流的湍流強度值可達到和活塞平均速度

31、相比較的數(shù)量級。但湍流強度是循環(huán)變動的，使壓縮終點時火花塞附近和整個氣缸內(nèi)的氣流場也是循環(huán)變動的。 火花點火后形成的火焰中心的軌跡、火焰初始生長速率，均隨氣流速度的大小和方向改變，使隨后的火焰的發(fā)展進程，如火焰與壁面的關(guān)系、火焰前鋒面積的變化以及燃燒 速率等，也將受到氣流變化的影響。 右圖是火花塞附近旋渦分布示意圖。若 火花塞在旋渦中心a，火焰必須在無紊流下 傳播；若火花塞在旋渦邊界b點火，火焰依 靠旋渦剪切作用迅速傳播；若混合氣沿進氣 渦流跡線ac通過火花塞，火焰很快傳到旋渦邊界，加速火焰?zhèn)鞑ァ?2）每循環(huán)氣缸內(nèi)的混合氣成分（特別是點火瞬時火花塞附近的）的循環(huán)變動-由于空氣、燃料、EGR和殘

32、余廢氣之間混合情況的變動而造成 因為在發(fā)動機高速運行時，空氣、燃料、EGR和殘余廢氣不可能獲得充分的混合，在燃燒開始時氣缸內(nèi)必然存在混合氣組成上的不均勻，在火花塞電極間隙附近混合氣成分的循環(huán)變動，會影響早期火焰的發(fā)展，特別是影響火焰從層流燃燒階段到形成穩(wěn)定火核的過程。 總之，氣流速度（平均參數(shù)和湍流參數(shù)）的變動，空燃比的變動以及空氣、燃料和廢氣混合情況的變動，是造成燃燒循環(huán)變動的主要原因。,4、降低燃燒循環(huán)變動的措施 1）多點點火-減少火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x，有利于減少壓力的循環(huán)變動。 2）組織進氣渦流-能增加燃燒速率，達到減少循環(huán)變動的目的。 3）提高轉(zhuǎn)速-可在缸內(nèi)形成更強烈的湍流，也能減少循環(huán)變動。

33、 4）采用化學計量空燃比-此時火焰溫度和傳播速度比較高，使壓力變動最小。 5）采用多點燃油噴射技術(shù)-可改善循環(huán) 之間的混合氣濃度不均勻性，達到降低循環(huán) 變動的目的。 6）采用快燃、速燃燃燒技術(shù)-可提高火 焰的傳播速率，有助于減小燃燒循環(huán)變動。 7）改善點火系統(tǒng)性能-如加大點火能量 、優(yōu)化放電方式、采用大火花塞間隙，都有 助于減小循環(huán)變動。 8）改善稀氣燃燒時的混合質(zhì)量（如圖 ）-因稀混合氣不容易混合均勻。,三、代用燃料（醇類燃料）的燃燒簡介 石油危機及其價格的上漲，引起了各國對新能源開發(fā)和代用燃燒研究的重視。 內(nèi)燃機代用燃料定義： 非石油原油煉制的內(nèi)燃機燃料，包括醇類燃料、煤制燃料、生物質(zhì)燃料

34、、天然氣、氫氣、煤層氣、生物質(zhì)氣等。 由于醇類燃料（甲醇、乙醇）可以從煤、天然氣和植物中提煉，加之它們是液體燃料，可以沿用傳統(tǒng)的石油燃料的運輸、儲存系統(tǒng)，因而被認為是內(nèi)燃機最有希望的新的代用燃料之一。 我國煤碳、天然氣資源豐富，醇類燃料的開發(fā)、應用有利于發(fā)揮我國煤碳和天然氣的資源優(yōu)勢。,（一）醇類燃料的主要物理化學特性及使用特點 1、甲醇、乙醇的主要物理化學性質(zhì)（如下表）及使用 1）低熱值比汽油低：甲醇為汽油的46%，乙醇為汽油的62%；理論空氣量也小，甲醇為汽油的43%，乙醇為汽油的60%。 因此，在汽油機上燃燒甲醇、乙醇時，需要增大主量孔直徑或調(diào)整主量孔圈數(shù)，加大燃料供應量。使混合氣熱量大

35、體與汽油混合氣的相等，使發(fā)動機在燃用醇類燃料時不會降低其動力性能指標。同時，要有合適的空燃比。,2）汽化潛熱比汽油大得多：甲醇為汽油的3.7倍，乙醇為汽油的2.9倍，使混合氣在汽化時的溫降差異較大（甲醇為汽油的7倍，乙醇為汽油的4.16倍）。 較大的混合氣溫降有利于提高發(fā)動機的充量和動力性；但不利于燃料蒸發(fā)（低溫下）、冷起動（困難）、暖機（時間長）。 汽化潛熱大使進入氣缸的混合氣溫度低，滯燃期長。應用時，應適當加大點火提前角。 3）辛烷值高于汽油：在汽油機上使用時，可以提高壓縮比，有利于提高發(fā)動機的動力性能和經(jīng)濟性能。 2、醇類燃料在汽油機中的溶解度和助溶劑 在汽油機上使用時，醇類燃料通常按一

36、定百分比例摻燒，即將汽油與一定比例的甲醇或乙醇混合起來成為一種混合燃料（15%甲醇+85%汽油稱為M25混合燃料，純甲醇稱為M100）。 甲醇是極性物質(zhì)，在與非極性物質(zhì)的石油碳氫化合物摻混時，只要有微量的水存在，就可能引起醇與汽油的相分離。為使甲醇-汽油混合燃料在常溫和低溫下保持單相，必須加少量的中、高炭醇、苯、丙酮等作為助溶劑。（帶來新的污染）,（二）醇類燃料的初步試驗結(jié)果 試驗表明：混合燃料中甲醇的質(zhì)量分數(shù)在30%以下時，仍能保證發(fā)動機的起動性能。當進一步增加混合燃料中的甲醇含量時，需要對發(fā)動機的冷起動和暖機過程采取措施（如進氣管加熱、安裝熱交換器，利用排氣對進氣加熱等）。 解放汽車發(fā)動機

37、CA-10B上的試驗： 不改動發(fā)動機結(jié)構(gòu)的情況下，燃用摻醇量小于20%的混合燃料，可在動力性稍有改善的同時，降低能耗5%左右。 如將壓縮比由原來的6.8提高到了7.3，利用混合燃料的抗爆能力，則功率能提高5%7%，能耗率降低6%10%。 東風汽車發(fā)動機EQ6100上的試驗： 結(jié)構(gòu)參數(shù)不調(diào)整的情況下，使用M15混合燃料在低速、低負荷工況時的動力性比純汽油差外，在中速、中負荷以上時，動力性比燃用純汽油高1%2%，能耗率降低3%左右。 若對結(jié)構(gòu)參數(shù)進行調(diào)整（增大點火提前角、擴大主量孔油孔圈數(shù)），燃用M15的功率比燃用純汽油的大1.3%，轉(zhuǎn)矩大3%，能耗率降低3.6%。,排放指標方面：燃用混合燃料或純

38、甲醇時，NOx和CO均比燃用汽油時低，但未燃甲醇和甲醛的排放高于汽油機。 甲醇的缺點：對有色金屬、橡膠均有強烈的腐蝕作用，需要對燃油系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上和材料上采用措施。在排放指標中，未燃甲醇、甲醛均是有毒氣體，需要對其凈化措施作深入研究。 應用情況： 國外-如美國、德國已有混合燃料的加油站，出售醇類燃料與汽油的混合燃料，巴西已有乙醇汽車在運行。 國內(nèi)-廣泛應用還取決于能源形勢和政策、價格政策、市場策略等。在某些煤炭資源豐富及醇類資源豐富的地區(qū)和單位將會首先使用，目前，山西省已開始建立混合燃料M15的加油站。（乙醇汽油） （三）靈活燃料發(fā)動機-電控發(fā)動機 有幾個不同燃料（如汽油和甲醇或乙醇）的油箱，可

39、以方便切換使用不同燃料的發(fā)動機。在燃料油路中裝有醇傳感器，當發(fā)動機切換到醇燃料工作時，醇傳感器接受信號，通過控制單元存儲器內(nèi)預定特定曲線改變電控系統(tǒng)在該工況下的點火時間和循環(huán)噴油量，使發(fā)動機獲得另一種燃料工作時的最佳性能。,四、點燃式內(nèi)燃機的不正常燃燒 點燃式內(nèi)燃機的不正常燃燒包括：爆震燃燒、表面點火、續(xù)走、部分燃燒或失火等，下面分別介紹。 （一）爆燃 所謂爆燃，是在某種條件下（如壓縮比過高），汽油機的燃燒會變得不正常，缸內(nèi)壓力曲線出現(xiàn)高頻、大振幅波動。 如圖所示，上 止點附近的dp/dt值 急劇波動， （dp/d )max = 65 MPa / CA 之高。此時火焰?zhèn)?播速度和火焰前鋒 形狀

40、發(fā)生急劇的改 變（可通過攝影觀 察到）。,汽油機爆燃時一般表現(xiàn)為以下外部特征： 1）發(fā)出金屬振音（敲缸）。 2）輕微爆燃時，發(fā)動機功率略有增加； 3）強烈爆燃時，發(fā)動機功率下降，工作變得不穩(wěn)定，轉(zhuǎn)速下降，發(fā)動機有較大振動。 4）冷卻系統(tǒng)過熱（冷卻水、潤滑油溫度均上升）。 5）氣缸蓋溫度上升。,發(fā)生爆燃的原因：-終燃混合氣自燃的結(jié)果 終燃混合氣：就是處于最后燃燒位置上的混合氣。 當電火花點燃混合氣以后，火焰以正常傳播速率向前推進，使終燃混合氣進一步受到壓縮和熱輻射，加速其先期物理化學反應，并放出部分熱量，使本身溫度不斷升高，以致在正?；鹧嫖吹竭_前，終燃混合氣內(nèi)部最適宜著火部位已出現(xiàn)一個或數(shù)個火焰

41、中心，并以100300m/s（輕微爆燃）直到8001000m/s或更高的速率（強烈爆燃）傳播火焰，迅速將終燃混合氣燃燒完畢。 因此，汽油機的爆燃是終燃混合氣的自燃，它與柴油機的工作粗暴性（后面章節(jié)介紹）在燃燒本質(zhì)上是一致的，都是可燃混合氣的自燃結(jié)果，但兩者發(fā)生的時間和氣缸內(nèi)的狀況是有差異的。 柴油機工作粗暴性發(fā)生在急燃期始點，壓力升高比大，但氣缸內(nèi)壓力是均勻的； 汽油機爆燃是發(fā)生在急燃期的終點，氣缸內(nèi)有壓力波沖擊現(xiàn)象。 所以，對汽油機是優(yōu)良的燃料，對柴油機就是最差的燃料，反之亦然。,因此，爆燃的發(fā)生與以下條件有關(guān)： 1）終燃混合氣的溫度-壓力-時間歷程。 2）終燃混合氣的溫度即使達到自燃溫度以

42、上，也不能立即著火。在滯燃期間，在火花塞處發(fā)生的火焰如通過了終燃混合氣，就不會引起爆燃。因此，如火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤欤蚴腔鹧鎮(zhèn)鞑ゾ嚯x短，即使是著火溫度低的燃料也來不及發(fā)生自燃。 3）在終燃混合氣中，從壓縮行程就產(chǎn)生緩慢的氧化反應，由此可產(chǎn)生熱量，焰前反應的多少和程度對自燃產(chǎn)生影響，這一點主要與燃料化學成分和組成有關(guān)。 最易爆燃的地方：燃燒室中離開正常燃燒最遠處、高溫處（如排氣門和積碳處）。 爆燃發(fā)生前，正常燃燒的混合氣數(shù)量越少，爆燃就在更大的容積中進行，爆燃也就越強烈。試驗表明，發(fā)動機總充量中只要有大于5%的部分進行自燃時，就足以引起劇烈爆燃。,強烈爆燃將對發(fā)動機工作產(chǎn)生的不利影響： （1）輸出功

43、率、熱效率降低 爆燃接近等容燃燒，本是人們所希望的，事實上，當輕微爆燃時，發(fā)動機的功率與熱效率可以有所提高。 輕微爆燃時，壓力脈沖值較小，通常測量不出來，這時火焰?zhèn)鞑ニ俾始s為150300m/s，也遠遠超過正常燃燒時的火焰?zhèn)鞑ニ俾省?強烈爆燃時，爆燃處產(chǎn)生了局部壓力和溫度突升，缸內(nèi)壓力來不及平衡，即化學反應速率大于氣體膨脹速率，在自燃區(qū)形成一個壓力脈沖，并以極高的速度（8001000m/s）向四周傳播，這個壓力脈沖在氣缸壁面、活塞頂面與氣缸蓋底面多次反射，產(chǎn)生高頻（約為5000Hz或更高）振音。 強烈爆燃時，由于壓力波沖擊與破壞氣缸壁面的層流邊界層，使氣缸壁面熱傳量大大增加，冷卻損失增加，輸出功

44、率降低。此外，燃燒室內(nèi)部高溫引起燃燒產(chǎn)物加速離解成CO、H2等，嚴重時也析出碳粒，因而熱效率下降。,（2）氣缸過熱 發(fā)生爆燃時，破壞附面層，氣缸蓋、活塞頂面的溫度上升，排氣溫度下降。爆燃時，燃燒室局部過熱會產(chǎn)生表面點火，即在火焰到達以前，混合氣因熾熱表面而著火，從而引起氣缸進一步加熱，最終導致輕合金的氣缸蓋、活塞發(fā)生局部金屬變軟、熔化或燒損，這種過熱是爆燃帶來的最大危害。 此外，由于燃氣向冷卻水的傳熱量增加，排氣溫度下降。 （3）零件的應力增加 爆燃時，由于壓力增長率和最高壓力都增加，故在有關(guān)零件上的作用力也增加，這往往使連桿大頭的軸承合金產(chǎn)生裂紋。 此外，爆燃促使積碳形成，容易破壞活塞環(huán)、氣

45、門和火花塞的正常工作；壓力波沖擊缸壁表面，使之不易形成油膜，會導致機件加速磨損。,因此，爆燃已經(jīng)成為限制火花點火發(fā)動機功率提高和經(jīng)濟性改善的一個重要因素。 如果沒有爆燃，汽油機就可以方便地應用高壓縮比或渦輪增壓的方法來提高功率和改善經(jīng)濟性。 長期以來，改進汽油煉制方法，在汽油中加入辛烷值高的含氧化合物以增加其抗爆性能，不斷改進燃燒系統(tǒng)和進氣系統(tǒng)以減少爆燃傾向，采用電控汽油噴射、汽油機缸內(nèi)直接噴射等，已成為提高汽油機性能的一個重要方面。 爆燃是燃料在發(fā)動機中的自燃現(xiàn)象，它不僅受到燃料本身的影響，而且隨發(fā)動機型式和運轉(zhuǎn)條件的不同而改變。燃料的抗爆性高，壓縮比也能取得大一些，對改善發(fā)動機性能有利。下

46、面分別介紹。 （二）燃料抗爆性能的評定 燃料對發(fā)動機發(fā)生爆燃的抵抗能力稱為燃料的抗爆性能。通常用辛烷值來表示。,1、研究法辛烷值（RON）和馬達法辛烷值（MON） 研究法辛烷值和馬達法辛烷值是評定汽油抗爆性能的兩種方法。我國通常用馬達法測定（SYB2106-59）。 評定條件：在專門設計的可變壓縮比單缸試驗機上進行； 研究法試驗工況：轉(zhuǎn)速600r/min，進氣溫度51.7， 冷卻水溫度100，點火提前角上止點前13（CA），試驗時調(diào)整到發(fā)生強烈爆燃。 馬達法試驗工況：轉(zhuǎn)速900r/min，混合氣溫度149，冷卻水溫度100，點火提前角上止點前14-26（CA），試驗時調(diào)整到中等爆燃。 兩種方法

47、試驗步驟： 先用待測定燃料工作，不斷增加壓縮比，直到爆燃儀上指示出標準爆燃強度為止； 然后保持壓縮比不變，換用標準燃料（x異辛烷與（100-x）的正庚烷混合液）進行工作。 若能使發(fā)動機產(chǎn)生和被測燃料同等強度的爆燃，則稱被測燃料的辛烷值為x。,其中，標準燃料是抗爆性很高的2，2，4三甲基戊烷（又名異辛烷C8H18）和抗爆性很低的正庚烷C7H16以不同的容積比混合而成。 因馬達法試驗時發(fā)動機運轉(zhuǎn)參數(shù)定得比研究法高（混合氣溫度高、中等爆燃強度），因此所求出的辛烷值比較低，兩者的差值稱為燃料的靈敏度，用以反映燃料抗爆性能隨發(fā)動機運轉(zhuǎn)工況改變（轉(zhuǎn)速提高、點火提前、進氣溫度提高等）而降低的情況。 即燃料靈

48、敏度=RON-MON 燃料靈敏度數(shù)值越大，對發(fā)動機工況改變越敏感。 目前國際上廣泛采用研究法辛烷值和馬達法辛烷值的平均值即燃料抗爆指數(shù)來表示燃料的抗爆性能 抗爆指數(shù)=（RON+MON）/2 各類烴的抗爆性：直鏈烷烴最低（數(shù)值小），芳香烴的抗爆性最高。 各類烴的燃料靈敏度：直鏈烷烴最低（對工況變化不敏感），芳香烴最高。 各類汽油：直餾法MON為5868，熱裂法為6370，催化裂化法為7880。,2、道路辛烷值 研究法辛烷值和馬達法辛烷值都是在單缸試驗機和特定的條件下測定的，并不能完全代表發(fā)動機實際使用中的燃料抗爆性能。 因此，評定燃料在汽車發(fā)動機使用時的抗爆性能時發(fā)展了一種“道路辛烷值”，它是在

49、實際發(fā)動機上標定的。其方法如下： 試驗條件：節(jié)氣門全開（或部分開啟）、汽車在水平道路上加速行使、發(fā)動機裝有手控點火提前角裝置和指示記錄裝置。 爆燃強度判斷：由有經(jīng)驗的試驗人員憑聽覺判斷。 試驗步驟：首先用標準燃料進行，汽車分段加速，連續(xù)調(diào)節(jié)點火提前角，求出爆燃點。這樣，可 以得到不同標準（辛烷值）燃料的 爆燃邊界線，如右圖（橫軸為轉(zhuǎn)速）。 然后，換用試驗燃料按同一方 法進行，如圖中燃料A與燃料B。圖 中，也繪出帶有標準分電器（離心 提前）和最大功率的提前角曲線。,發(fā)動機要求的辛烷值： 利用上述圖線，用插值的方法 可以得到燃料A和燃料B以及帶有標 準分電器和最大功率提前角曲線所 要求的道路辛烷值

50、讀數(shù)，如右圖所示。 燃料的道路辛烷值與標準燃料 的辛烷值是在同一點火提前角、同 一轉(zhuǎn)速、同一節(jié)氣門開度下，具有 同一爆燃強度條件下求出的，所以 ，是一種比較客觀的評價方法。 從圖中可以看出： 若按最佳功率點火提前角調(diào)整，低速時，要求很高的辛烷值，必須提高對燃料辛烷值的要求，此時，使用燃料A才能工作。 實用中，采用標準分電器（離心提前）的方法，低速時推遲點火提前角（功率有所損失，起動性改善），可以降低對燃料辛烷值的要求，此時，采用燃料B就可以正常工作。,3、抗爆添加劑 為了提高汽油的辛烷值，常常在燃料中加入少量的抗爆添加劑，具體方法有： 1）在汽油中加入四乙鉛，無色透明液體。但是由于鉛有毒和易使

51、三效催化轉(zhuǎn)換器中毒，所以我國從2000年開始停止使用有鉛汽油。 2）在汽油中摻混一定量的甲醇、乙醇燃料，辛烷值高的醇類燃料可提高汽油的辛烷值。 3）在汽油中摻混一定比例的醚類燃料，如甲基叔丁基醚（MTBE）或乙基叔丁基醚（ETBE），增加燃料的辛烷值。 4、抗爆性能的其它表示方法（發(fā)生爆燃時的參數(shù)，稱之。） 極限壓縮比法-發(fā)生爆燃時的壓縮比。 極限進氣管壓力法-發(fā)生爆燃時的進氣壓力。 極限平均指示壓力法-改變進氣壓力，發(fā)生爆燃時的平均指示壓力。 極限點火提前角法-如前面所敘。,（三）發(fā)動機運轉(zhuǎn)因素與主要結(jié)構(gòu)因素對爆燃的影響 因為火花放電以后，火焰就開始傳播；同時終燃混合氣進行焰前反應，為著火作

52、準備。所以，可以假設： 從火焰中心形成至正?；鹧?zhèn)鞑サ浇K燃混合氣為止所需的時間為t1； 從火焰中心形成至終燃混合氣自燃所需的時間為t2； 當t1t2時，就不發(fā)生爆燃； 當t1t2時，則發(fā)生爆燃。 因此，凡是t1減小、t2增加的因素均可減少爆燃傾向；反之，均使爆燃傾向增加。 1、運轉(zhuǎn)因素的影響 （1）點火提前角的影響 右圖給出了不點火提前角時 的p- 圖?？梢钥闯觯弘S著點火 提前角的增加，壓力曲線前移， 并可得出如下結(jié)論：,1）隨點火提前角的增加，示功圖上偏離壓縮線（大致相當于火焰中心形成）到最大燃燒壓力出現(xiàn)（大致相當于火焰?zhèn)鞑サ秸麄€燃燒室）的時間t1減小。 2）隨點火提前角的增加，pz增加，終

53、燃混合氣受到的擠 壓作用大，溫度增加，t2減小。 試驗表明，在實用點火提前角范圍內(nèi)，t2減小起決定性作用，因此隨點火提前角增加，爆燃傾向加大。 因汽油機爆燃在低速（ t1 相對增加）、節(jié)氣門全開（混合氣數(shù)量最大）時最易發(fā)生，因此發(fā)動機許用壓縮比的最大值就受到低速、節(jié)氣門全開工況的限制。 可以用推遲點火提前角的辦法來保持較高的壓縮比，這樣雖然對節(jié)氣門全開時的功率和經(jīng)濟性有所損失，但對經(jīng)常工作的節(jié)氣門部分開啟工況，卻帶來較高壓縮比c和較低燃料消耗率be的好處。 此外，點火提前角推遲后，發(fā)動機要求的辛烷值很快下降（見前面道路辛烷值圖線），而功率損失也不大。,（2）轉(zhuǎn)速的影響 轉(zhuǎn)速對爆燃的影響比較復雜

54、，具體表現(xiàn)為： 轉(zhuǎn)速增加，火焰?zhèn)鞑ニ俣忍岣?，t1減?。晦D(zhuǎn)速增加，吸氣損失增加，吸入空氣溫度增加，使t2減??；轉(zhuǎn)速增加，c下降，pz下降，終燃混合氣溫度也較低，使t2增加。綜合結(jié)果 為轉(zhuǎn)速增加時，爆燃傾向減小。 （3）負荷的影響 轉(zhuǎn)速一定、節(jié)氣門關(guān)?。簇摵蓽p小）時，殘余廢氣系數(shù)增大，氣缸壁相對傳熱損失增加，循環(huán)最高壓力下降，t2增加，爆燃傾向減小。 （4）混合氣濃度的影響 過量空氣系數(shù)a值的改變將引起火焰?zhèn)鞑ニ俣?、火焰與氣缸壁的溫度、以及終燃混合氣滯燃期的改變。 a=0.80.9時，火焰?zhèn)鞑ニ俣茸罡撸?t1最小，但此時終燃混合氣的滯燃期t2也最小。試驗表明，后者起主要作用，因而在a=0.80.

55、9時爆燃傾向最大，過濃或過稀的混合氣有助于減小爆燃。,（5）燃燒室沉積物的影響 發(fā)動機在工作過程中，燃燒室內(nèi)壁會產(chǎn)生一層沉積物，通常稱之為積碳。由于沉積物溫度較高，產(chǎn)生如下作用： 在進氣、壓縮過程中不斷加熱混合氣； 沉積物是熱的不良導體，提高了終燃合氣溫度； 沉積物占有一定體積，提高了實際壓縮比； 綜合效果：沉積物存在使爆燃傾向增加。 2、結(jié)構(gòu)因素的影響 （1）氣缸直徑 氣缸直徑大，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x長，使t1大，同時由于燃燒室冷卻面積與容積之比減小，使t2小，因而爆燃傾向增大。 （2）火花塞位置 火花塞位置影響火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x，也影響終燃混合氣在氣缸內(nèi)所處部位上的變動，從而影響終燃混合氣的溫度。例如，

56、火花塞靠近排氣門最不容易引起爆燃，但火花塞離進門氣過遠，火花塞間隙中的廢氣不易清除，常常影響發(fā)動機低負荷時的工作穩(wěn)定性。,（3）氣缸蓋與活塞的材料 燃用同一辛烷值燃料時，采用導熱好的輕合金，用作活塞和氣缸蓋，可以提高壓縮比。 （4）燃燒室結(jié)構(gòu) 這是影響爆燃最主要的結(jié)構(gòu)參數(shù)。燃燒室形狀影響到火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x、湍流強度、向冷卻水的散熱量以及終燃混合氣的數(shù)量和溫度（下一節(jié)討論）。 一般可以使火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x短、湍流強度高、火焰?zhèn)鞑ニ俣雀叩娜紵医Y(jié)構(gòu)，都有助于減小爆燃傾向。,（四）防止爆燃的方法 基本原則： 1、使用抗爆性高的燃料；-抗爆性 2、提高火焰?zhèn)鞑ニ俣?；縮短火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x；-t1 3、降低終燃混合氣溫

57、度、壓力；縮短終燃混合氣在高溫中的時間等。-t2 前一項取決于燃料組成，后兩項取決于運轉(zhuǎn)條件和燃燒室設計。 實際措施（針對燃燒室合理設計）： 1）推遲點火。 2）利用火花塞恰當布置、燃燒室合理形狀等方法使火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x最小-縮短火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x。 3）終燃混合氣的冷卻，使離火花塞最遠處的可燃混合氣冷卻得較好（如減小終燃混合氣部分的余隙高度）。 4）增加流動，產(chǎn)生紊流，使火焰?zhèn)鞑ニ俣仍黾?，且終燃混合氣的散熱也好。 5）加強燃燒室掃氣（如加大氣門重疊期），強化混合氣冷卻。,（五）表面點火 定義： 凡不依靠電火花點火，而由熾熱表面點燃混合氣引起的不正常燃燒現(xiàn)象，稱為表面點火或熾熱點火。 熾熱表面有：過熱的火花塞絕緣體、電極、排氣門，以及燃燒室表面熾熱的沉積物。 這種表面點火較多地發(fā)生在壓縮比9以上的強化汽油機中。 表面點火大致可分以下兩種-非爆燃性表面點火和爆燃性表面點火。 （1）正常（非爆燃性）表面點火-又分后火和早火 1）后火 特點：熾熱點溫度較低；在電火花正常點燃之后，即在火焰?zhèn)鞑ミ^程中，熾熱點點燃其余混合氣；火焰前鋒仍以正常的速度傳播。 發(fā)動機斷火后，這時發(fā)動機仍像有電火花點火一樣繼續(xù)運轉(zhuǎn)，直到熾熱點溫度下降以后，發(fā)動機才停轉(zhuǎn)。,一般后火對發(fā)動機工作影響不大，如下圖所示。,