发动机原理第七章汽油机燃烧过程ppt课件.ppt

目的 燃烧过程是将燃料的化学能转变为热能的过程 燃烧完全的程度影响热量产生的多少和排出废气的成分 而燃烧时间和时刻又关系到气缸压力变化和热功转换的程度 所以燃烧过程是影响发动机经济性 动力性和排气污染的主要过程 传统汽油机的特点是形成均质混合气 燃烧过程是由定时的火花塞点火 火焰以正常的速度传遍整个燃烧室 燃烧过程要避免不规则燃烧和不正常燃烧 要求 本章要求掌握汽油机的燃烧过程 学会分析影响汽油机燃烧过程的因素 掌握汽油机不正常燃烧的的原因和对策 了解燃烧室设计要求及特点 第七章汽油机的燃烧过程 1 汽油机的燃烧过程 汽油机的燃烧过程 正常燃烧 不正常燃烧 表面点火 爆震 后火 早火 2 7 1正常燃烧火花塞放电时两极电压可达10 35kV 击穿电极间隙的混合气 造成电极间电流通过 电火花能量点燃电机附近的混合气首先形成火焰中心 而后火焰前锋以一定的正常速度扩散到整个燃烧室 气缸内温度和压力升高 此期间 火焰传播速度及火焰前锋面的形状没有急剧变化 该状况称为正常燃烧 3 研究燃烧过程的方法很多 但简单易行且经常使用的方法是P 示功图 它反映了燃烧过程的综合效应 汽油机典型示功图如下图P 图所示 4 一 燃烧过程的分段 P 图 称为燃烧过程的展开示功图 按缸内压力变化的特征 将燃烧过程分为三个时期 1 滞燃期 着火延迟期 着火落后期 2 急燃期 明显燃烧期 3 补燃期 后燃期 5 滞燃期 段 从火花塞跳火 1点 到火焰中心出现 2点 的时间或曲轴转角称为滞燃期 占整个燃烧时间的15 在最佳点火条件下 一般点火能量只需0 2mJ 对较浓和较稀的混气 点火能量只需3mJ 6 为了保证发动机在各种工况下都能点火成功 实际点火能量一般为30 50mJ 高能点火系统则可达100mJ 滞燃期每一循环都可能有变动 有时最大值可达最小值的数倍 为了提高效率 应尽量缩短滞燃期 为了保证发动机运转稳定 应尽量保证滞燃期保持稳定 点火提前角20 35 着火延迟角4 6 7 影响滞燃期的长短的因素 1 混合气成分 a 0 8 0 9 2 点火时缸内气体温度和压力 压缩比 3 缸内气体流动4 火花能量5 残余废气量 8 急燃期 II段 从出现火焰中心 2点 开始到缸内出现最高压力 3点 为止 此时火焰由火焰中心烧遍整个燃烧室 因此也称之为火焰传播阶段 9 燃油80 90 在此期间燃烧结束 一般在上止点后10 15 CA出现最高压力 曲轴每转1 时缸内压力升高值 称为压力升高率 一般在0 2 0 4MPa 压力升高率不能过高 过高则易工作粗暴 最高压力点出现的时刻 对发动机的功率和经济性有重大影响 过早 则引起压缩负功增加 压力升高率增加 反之 则膨胀比减小 传热面积增大 可通过调整点火提前角来调整最高压力点出现位置点 10 影响急燃期的因素 1 火焰传播的速度2 火花塞的位置3 燃烧室形式4 点火提前角燃烧速度即单位时间内燃烧的混合气的数量 火焰传播方式根据混合气流动状态可以分为层流火焰传播 小于1m s 和湍流火焰传播 50 80m s 11 补燃期 段 缸内出现最高压力 3点 以后到燃烧完全结束这段时间称为补燃期 因少量燃料未充分氧化 燃烧室边缘和汽缸壁上的燃料等继续燃烧 而使燃烧推迟 补燃使热负荷增加 热效率减小 功率下降 若持续时间过长至排气门打开时还在燃烧 则会产生排气管 放炮 现象 应加强涡流 使后燃期尽可能缩短 12 影响补燃期长短的因素 1 火焰前锋过后未来得及燃烧的燃料2 贴附在汽缸壁上未燃烧的燃料3 燃烧产物CO2和H2O的分解现象补燃期内活塞已远离上止点 燃烧条件差 放热量得不到充分利用 所以补燃期越短越好 13 二 不规则燃烧 汽油机不规则燃烧是指稳定正常运转情况下 各循环之间的燃烧变动和各气缸之间的燃烧差异 前者称为循环间的燃烧变动 或循环波动 后者称为各缸间的燃烧差异 或各缸工作不均匀 14 1 循环间的燃烧变动是点燃式发动机的一大特征 指发动机以某一工况运行时 这一循环和下一循环燃烧过程的进行情况不断变化 具体表现在压力曲线 火焰传播情况及发动机输出功率均不相同 稀混合气 浓混合气 15 影响循环间的燃烧变动的因素 1 气缸内气体运动状况2 每循环气缸内的混合气成分降低循环间波动的措施1 多点点火2 组织进气涡流3 提高发动机转速4 采用化学计量空燃比5 采用燃油电控喷射技术6 采用快速 速然燃烧技术7 加大点火能量 16 2 各缸间的燃烧差异 各缸工作不均匀是针对多缸发动机而言的 产生燃烧差异的因素 进气量的差别 混合气成分不均匀等 各缸工作不均匀性的存在 使得难以找到对各缸都是最佳的点火提前角和过量空气系数 动力性 经济性 排放性等整机指标难以优化 振动及噪声也会增加 17 汽油机的不正常燃烧是指设计不当或控制不当 使之偏离正常点火时间及地点 由此引起燃烧速率急剧上升 压力急剧增大等异常现象 不正常燃烧可分为爆震 或爆燃 和表面点火两类 7 2不正常燃烧 异常燃烧 18 一 爆震爆震时 缸内压力曲线出现高频大幅度波动 锯齿波 同时发动机会产生一种高频金属敲击声 因此也称爆震为敲缸 爆震类似于柴油机 低温多阶段自然 19 现象 敲缸 缸内出现尖锐的金属敲击声 燃烧室和冷却系统过热 排温上升 有效燃油消耗率ge上升 有效功率Pe下降 气缸压力线出现锯齿波 原因 在火焰前锋到达之前 末端混合气的温度 压力超过其临界温度 压力而自燃 形成新的火焰中心 火焰传播速度加大 使得缸内局部压力 温度急剧升高 压力来不及平衡 形成冲击波 冲击波反复撞击缸壁 发出尖锐的敲缸声 20 危害 可达65MPa 缸壁油膜破坏 轴瓦减磨层破坏 连杆弯曲 曲轴裂纹 有效燃油消耗率ge上升 有效功率Pe下降 影响因素 1 燃料 用抗爆性好的燃料或加抗暴剂 2 结构 改进燃室结构 加强涡流 合适的火花塞位置 缩短火焰行程 减小缸径 加强冷却 用铝缸盖散热 3 运用 提高转速 加强紊流 减小节气门 增大废气系数 减小点火提前角 减小压缩比 加装爆震控制装置 21 二 表面点火 汽油机中 凡是不靠电火花点火而由燃烧室内炽热表面 如排气门头部 火花塞绝缘体或零件表面炽热的沉积物等 点燃混合气而引起的不正常燃烧称表面点火 表面点火时间是不可控制的 在电火花出现以前的点火称早燃 早火 在电火花出现以后的点火称后燃 后火 22 影响表面点火的因素 1 凡是能够使缸内T P降低的因素 都可预防表面点火 2 选用低沸点汽油和含胶质少的机油 3 在燃料中添加抑制表面点火的添加剂 4 适当降低压缩比 5 选用合格的火花塞和排气门 与爆燃的区别 1 被炽热表面点燃 无压力波产生 爆燃时为自燃 有压力波 2 沉闷的敲缸声 主要是活塞 连杆 曲轴等的运动件受到冲击负荷产生振动产生的 23 爆燃 24 7 3 影响燃烧的因素 一 汽油的性质 1 蒸发性 蒸发性强 易汽化 混合均匀 燃速快 完全燃烧 动力性经济性好 但蒸发性太强易产生气阻 2 抗暴性 辛烷值越高抗暴性越强 二 点火提前角 过大 滞燃期长 易爆燃 早燃 过小 补燃严重 过热 都使ge上升 Pe下降 最佳点火提前角随负荷和转速变化 故设提前点火调节装置 开环控制 闭环控制和混合控制 25 三 混合气成分 一般 0 8 0 9 缸内燃烧温度最高 火焰传播速度最大 Pz Tz最大 易爆燃 1 05 1 15 传播速度降低 氧气充足 燃烧完全 经济性好 四 转速n增加 气流速度上升 涡流加强 火传播速度增加 燃烧过程缩短 爆燃倾向下降 26 五 负荷 负荷减小 节气门开度减小 进气量减小 残余废气量增多 火焰传播速度减小 燃烧恶化 经济性降低 转速一定