发动机原理第七章汽油机燃烧过程

目的：燃烧过程是将燃料的化学能转化为热能的过程。完全燃烧的程度影响产生的热量和废气的成分，燃烧时间和时间与气缸压力变化和热能转换的程度有关，因此燃烧过程是影响发动机经济性、功率和废气污染的主要过程。传统汽油机的特点是形成均匀的混合气。燃烧过程由定时火花塞点燃，火焰以正常速度在整个燃烧室中蔓延。燃烧过程中应避免不规则燃烧和异常燃烧。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，掌握汽油机异常燃烧的原因及对策。了解燃烧室设计要求和特点。第七章汽油发动机的燃烧过程，汽油发动机的燃烧过程，汽油发动机的燃烧过程，正常燃烧，异常燃烧，表面点火，爆震，余火，早期火灾，7-1在正常燃烧的火花塞放电期间，两极之间的电压可达到10-35kV，这使电极之间的混合物分解，导致电极之间的电流通过。火花能量首先点燃发动机附近的混合气，形成火焰中心，然后火焰前锋以一定的正常速度扩散到整个燃烧室，气缸内的温度和压力升高。在此期间，火焰传播速度和火焰正面的形状没有急剧变化，这称为正常燃烧。研究燃烧过程的方法很多，但最简单、最常用的方法是P-示功图，它反映了燃烧过程的综合效果。汽油机的典型示功图如下图所示。一、燃烧过程的分割，P-图，称为燃烧过程的展开指示图。根据缸内压力变化的特点，燃烧过程可分为三个阶段：1)点火延迟期(点火延迟期和点火滞后期)，2)快速燃烧期(明显燃烧期)，3)后燃期(后燃期)，点火延迟期(第一节)。从火花塞点火(1点)到火焰中心出现(2点)或曲轴转角的时间称为点火延迟期(占整个燃烧时间的15%)。在最佳点火条件下，总点火能量仅为0.2 mj。对于较浓和较稀的混合气体，点火能量只需要3mJ。为了保证发动机在各种工况下都能成功点火，实际点火能量一般为30-50mJ，高能点火系统可以达到100mJ。点火延迟期的每个周期都可能改变，有时最大值可能达到最小值的几倍。为了提高效率，应尽可能缩短点火延迟时间。为了确保发动机的稳定运行，点火延迟期应尽可能保持稳定。点火提前角为20 35，点火延迟角为4 6。影响点火延迟时间长度的因素有：1 .混合气体的组成(a=0.8-0.9)；2.点火期间缸内气体的温度和压力(压缩比)；3.缸内气体流量；4.火花能量；5.残余废气量；以及从火焰中心出现(2点钟)到气缸内最高压力出现(3点钟)的快速点火期(第二节)。此时，火焰从火焰的中心燃烧通过整个燃烧室，因此也称为火焰传播阶段。在此期间，80-90%的燃料将被烧尽，最高压力通常出现在上止点后10-15ca。曲轴每转一周的缸内压力上升/称为压力上升率(一般为0.2-0.4兆帕)。压力上升的速度不应太高；如果太高，就会导致艰苦的工作。最高压力点出现的时刻对发动机的功率和经济性有很大影响。如果为时过早，压缩的负功将增加，压力上升的速度将增加。相反，膨胀比减小，传热面积增加。最高压力点的位置可以通过调节点火提前角来调节。事实是影响补燃期长度的因素有：1 .火焰锋后尚未燃烧的燃料；2.附着在气缸壁上的未燃烧燃料；3.燃烧产物CO2和H2O的分解。在加力期间，活塞已经离开上止点，燃烧条件差，释放的热量不能充分利用，因此加力期间越短越好。不规则燃烧是指在稳定和正常运行下，每个循环之间的燃烧变化和每个气缸之间的燃烧差异。前者称为循环之间的燃烧变化(或循环波动)，而后者称为气缸之间的燃烧差异(或每个气缸的不均匀运行)。不同循环之间的燃烧变化是点火发动机的一个主要特征，这意味着当发动机在一定的运行条件下运行时，这个循环和下一个循环的燃烧过程是不断变化的，这表现在不同的压力曲线、火焰传播和发动机输出功率上。贫混合物、富混合物、影响循环之间燃烧变化的因素、1)气缸中的气体运动2)减少每个循环中混合物成分的循环之间波动的措施1)多点点火2)进气涡流的组织3)提高发动机速度4)采用化学计量空燃比5)采用电控燃料喷射技术6)采用快速燃烧技术7)提高点火能量2)气缸之间燃烧的差异，每个气缸的不均匀运行是多气缸发动机特有的。导致燃烧差异的因素：进气量差异、混合气成分不均匀等。每个气缸的不均匀运行的存在使得难以找到每个气缸的最佳点火提前角和过量空气系数。动力、经济、排放等综合指标难以优化，振动和噪声也会增加。汽油机异常燃烧是指设计不当或控制不当，使其偏离正常的点火时间和地点，从而引起燃烧速率急剧上升、压力急剧上升等异常现象。异常燃烧可分为爆震(或爆燃)和表面点火。7-2异常燃烧(异常燃烧)。首先，当爆震时，气缸中的压力曲线显示高频和大幅度波动(锯齿波)。与此同时，发动机产生高频金属敲击声，因此敲击也称为敲击气缸。爆震类似于柴油机，低温多级性质。现象：气缸爆震(气缸内发生尖锐的金属爆震)，燃烧室和冷却系统过热，排气温度上升，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，混合物在末端的温度和压力会自发地超过其临界温度和压力，形成一个新的火焰中心。火焰传播速度将增加，导致气缸内的局部压力和温度急剧上升。压力将无法平衡，形成冲击波，冲击波将反复撞击气缸壁并发出尖锐的爆震声。危害：/可达65MPa，气缸壁油膜损坏，轴瓦减磨层损坏，连杆弯曲，曲轴裂纹，有效油耗率ge增加，有效功率Pe降低。影响因素：1。燃料：使用防爆性能好的燃料或添加防爆剂。2.结构：改进燃烧室结构，强化涡流；适当的火花塞位置，以缩短火焰行程；减小气缸直径，加强冷却，并从铝制气缸盖上散热。3.应用：提高转速，增强湍流；减少节流阀，增加废气系数；减小点火提前角；降低压缩比；安装爆震控制装置。表面点火在汽油发动机中，由燃烧室中的热表面(如排气阀头、火花塞绝缘体或零件表面的热沉积物)点燃混合气体而引起的非正常燃烧称为表面点火。表面点火时间不可控。电火花出现前的点火称为早期点火。电火花出现后的点火称为后燃。影响表面点火的因素：1。任何能降低气缸内温度和压力的因素都可以预防爆燃，7-3:影响燃烧的因素，1。汽油的性质，1。蒸发：蒸发强，易蒸发，混合均匀，燃烧快，燃烧完全，动态经济性好。然而，如果蒸发太强，空气阻力将很容易发生。2.反暴力：辛烷值越高，反暴力性能越强。2.点火提前角：过大，点火延迟时间长，易爆燃，提前点火；太小，严重的加力和过热都会增加ge，降低Pe。最佳点火提前角随负载和转速而变化，因此提供提前点火调节装置(开环控制、闭环控制和混合控制)。3、混合气组成，一般=0.8 0.9，气缸燃烧温度最高，火焰传播速度最大，/，Pz，Tz最大，容易爆燃；=1.05-1.15，传播速度降低，氧气充足，燃烧完全，经济性好。第四，转速N增大，气流速度增大，涡流增强，火焰传播速度增大，燃烧过程缩短，爆燃倾向降低。5.负荷：负荷降低，节气门开度降低，进气量减少，残余废气量增加，火焰传播速度降低，燃烧恶化，经济性降低。当转速不变且负载降低时，点火提前角应增大。6.燃烧