第四章 汽油机混合气的形成及燃烧

1、车辆工程2021-11-11南京航空航天大学金城学院第四章 汽油机混合气的形成及燃烧车辆工程2021-11-11南京航空航天大学金城学院 正常燃烧过程三个阶段，滞燃期、急燃期和后燃期滞燃期、急燃期和后燃期一、正常燃烧过程：、正常燃烧过程： 4-1 汽油机燃烧过程车辆工程2021-11-11南京航空航天大学金城学院 在此时期内，混合气的活化中心浓度迅速增长，反应速率很快提高，形成高温单阶段着火过程。 1、滞燃期（着火阶段）、滞燃期（着火阶段）:三种定义，有一定的差别三种定义，有一定的差别 a、从点火开始至缸内压力明显脱离压缩线所需的时间。 b、点火作为起点直到形成设定半径火焰核心，开始传播一段时

2、间。 C、从点火开始至缸内10%的燃料燃烧完毕所需的时间。车辆工程2021-11-11南京航空航天大学金城学院滞燃期影响因素： a.燃料的分子结构和理化性能、混合气成分. b.点火时缸内气体的压力、温度； c.气流运动以及点火能量的大小。 d.过量空气系数、残余废气量。 车辆工程2021-11-11南京航空航天大学金城学院2、急燃期（、急燃期（2-3）火焰核心开始出现火焰传播，至火焰遍及几乎整个燃烧室燃烧完绝大部分燃料的一段时间，称为急燃期。推进速度取决于推进速度取决于层流火焰速度和层流火焰速度和混合气紊流状态混合气紊流状态车辆工程2021-11-11南京航空航天大学金城学院特点：燃烧的混合气

3、量很大，放热量急剧增加，缸内温度特点：燃烧的混合气量很大，放热量急剧增加，缸内温度和压力升高很快，压力升高率达到和压力升高很快，压力升高率达到 0.20.4MPaCA。持续时间短，因燃烧放热集中于压缩上止点附近，故其热持续时间短，因燃烧放热集中于压缩上止点附近，故其热量利用情况较好。量利用情况较好。 应避免点应避免点3在压缩上止点前过早出现，否则将引起压缩过在压缩上止点前过早出现，否则将引起压缩过程负功的增加，或产生过高的压力升高率和最高燃烧压力。程负功的增加，或产生过高的压力升高率和最高燃烧压力。 车辆工程2021-11-11南京航空航天大学金城学院3、后燃期（、后燃期（3-4）是从最高燃烧

4、压力点起至燃料基本烧完为止的一段时间。 主要有火焰前锋后未及燃烧的燃料再燃烧，贴附在缸壁主要有火焰前锋后未及燃烧的燃料再燃烧，贴附在缸壁上未燃混合气层的部分燃烧以及高温分解的燃烧产物（上未燃混合气层的部分燃烧以及高温分解的燃烧产物（H2、CO）等重新氧化。）等重新氧化。压力最高点压力最高点3后至后至95%以上燃料热量基以上燃料热量基本释放出本释放出，应尽量减少。，应尽量减少。 车辆工程2021-11-11南京航空航天大学金城学院 二、燃烧速度二、燃烧速度TTTAUdtdm车辆工程2021-11-11南京航空航天大学金城学院 1、火焰传播速度、火焰传播速度 A：紊流运动紊流运动 影响火焰速度的主

5、要因素有：影响火焰速度的主要因素有：车辆工程2021-11-11南京航空航天大学金城学院B：混合气成分：混合气成分 C：混合气初始温度：混合气初始温度高，火焰速度增加。高，火焰速度增加。 影响火焰速度的主要因素有：影响火焰速度的主要因素有：紊流运动、混紊流运动、混合气成分和混合气初始温度。合气成分和混合气初始温度。车辆工程2021-11-11南京航空航天大学金城学院 2、火焰前锋面积、火焰前锋面积 它它车辆工程2021-11-11南京航空航天大学金城学院3、可燃混合气密度、可燃混合气密度 增大增大 T，可以提高燃烧速度，因此提高压缩比，可以提高燃烧速度，因此提高压缩比和进气压力，均可加大燃烧速

6、度。和进气压力，均可加大燃烧速度。车辆工程2021-11-11南京航空航天大学金城学院 三、不规则燃烧三、不规则燃烧不规则燃烧：是指在稳定正常运转的情况下，各循环不规则燃烧：是指在稳定正常运转的情况下，各循环之间的燃烧变动和各缸之间的燃烧差异。之间的燃烧变动和各缸之间的燃烧差异。 这是汽油机燃烧过程的一大特征。这是汽油机燃烧过程的一大特征。车辆工程2021-11-11南京航空航天大学金城学院1、燃烧的循环变动、燃烧的循环变动车辆工程2021-11-11南京航空航天大学金城学院 产生这种现象的主要原因：火花塞附近混合气的混合产生这种现象的主要原因：火花塞附近混合气的混合比和气体湍流性质、程度在各

7、循环均有变动，致使火焰中比和气体湍流性质、程度在各循环均有变动，致使火焰中心形成的时间不同，即由有效着火时间变动而引起的。心形成的时间不同，即由有效着火时间变动而引起的。车辆工程2021-11-11南京航空航天大学金城学院改善循环间的燃烧变动可：改善循环间的燃烧变动可：1、当、当a0.80.9时，循环燃烧变动最小。时，循环燃烧变动最小。2、在中等负荷以上变动较小，低负荷和低转速、在中等负荷以上变动较小，低负荷和低转速 时残余废气时残余废气相对量多，变动明显。相对量多，变动明显。3、加强湍流有助于减少变动，所以转速增加时一般变动减小。、加强湍流有助于减少变动，所以转速增加时一般变动减小。4、加大

8、点火能量，采用多点点火。、加大点火能量，采用多点点火。5、点火时刻和点火位置对燃烧变动很敏感。、点火时刻和点火位置对燃烧变动很敏感。车辆工程2021-11-11南京航空航天大学金城学院针对多缸机而言的，各缸间燃烧差异称各缸间工作差异。针对多缸机而言的，各缸间燃烧差异称各缸间工作差异。 进气管内空气、燃料蒸汽、各种比例的混合气、大小进气管内空气、燃料蒸汽、各种比例的混合气、大小不一的雾化油粒以及沉浸在进气管壁上厚薄不同的油膜不一的雾化油粒以及沉浸在进气管壁上厚薄不同的油膜各缸进气歧管的差别，各缸间进气重叠引起的干涉等现象各缸进气歧管的差别，各缸间进气重叠引起的干涉等现象导致各缸进气量、进气速度以

9、及气流的湍流状态不一致导致各缸进气量、进气速度以及气流的湍流状态不一致影响最大的是进气管的设计。影响最大的是进气管的设计。2、各缸间燃烧差异、各缸间燃烧差异主要原因：各缸进气充量不均匀，混合气成分不均匀。主要原因：各缸进气充量不均匀，混合气成分不均匀。车辆工程2021-11-11南京航空航天大学金城学院 四、不正常燃烧四、不正常燃烧爆震和表面点火的定义爆震和表面点火的定义车辆工程2021-11-11南京航空航天大学金城学院 1）点火提前角增加， t1减少；pZ，TZ增大，t2减少。但t2起主要作用，故爆燃倾向增加。可以用推迟点火提前角办法可以用推迟点火提前角办法降低爆燃倾向降低爆燃倾向。 2）

10、转速的影响n增加，Sf增加， t1减少；吸气损失增加，温度增大，使t2减少；而冲量系数下降， pZ下降， t2增加； n增加，爆燃倾向减少爆燃倾向减少。令令t1为火焰传播时间，为火焰传播时间，t2为爆燃时间为爆燃时间车辆工程2021-11-11南京航空航天大学金城学院 3）负荷节气门关小，残余废气增大，传热损失增加，pZ下降，t2增加，故爆燃倾向减小故爆燃倾向减小。 4）混合气浓度影响a=0.8-0.9时，Sf最高， t1最小；t2也最小，t2起主要作用， 爆燃倾向增加，过浓过稀混合过浓过稀混合气有助于减少爆振气有助于减少爆振。 5）沉淀物（积碳）积碳温度较高，使爆燃倾向增加。 车辆工程202

11、1-11-11南京航空航天大学金城学院 1）气缸直径：D增大， t1增大， t2减小，爆燃倾向增加。 2）火花塞安装位置：靠近排气门不易引起爆燃，远离进气工作不稳。 3）气缸盖与活塞的材料：轻铝合金具有导热好特性，爆燃减轻。 4）燃烧室结构：火燃传播距离短、传播速度高，湍流强度高的结构有助于降低爆燃。 （2）结构因素：）结构因素：车辆工程2021-11-11南京航空航天大学金城学院 爆燃成为限制火花点火发动机功率提高和经济性改善的爆燃成为限制火花点火发动机功率提高和经济性改善的一个重要因素。增加其抗爆性能，不断改进燃烧系统和进气一个重要因素。增加其抗爆性能，不断改进燃烧系统和进气系统以减少爆燃

12、倾向，已成为提高汽油机性能的一个重要方系统以减少爆燃倾向，已成为提高汽油机性能的一个重要方面。面。爆燃的危害：爆燃的危害： 1）输出功率、热效率均降低：）输出功率、热效率均降低： 2）气缸过热：）气缸过热： 3）零件的应力增加：）零件的应力增加： 4）爆燃促使积碳形成，容易破坏活塞环、气门和火花塞）爆燃促使积碳形成，容易破坏活塞环、气门和火花塞的正常工作；压力波冲击缸壁表面，使之不易形成油膜，的正常工作；压力波冲击缸壁表面，使之不易形成油膜，会导致机件加速磨损。会导致机件加速磨损。 车辆工程2021-11-11南京航空航天大学金城学院1）推迟点火；）推迟点火；防止爆燃的方法：防止爆燃的方法：2

13、）缩短火焰传播距离；）缩短火焰传播距离；3）冷却中冷混合气；）冷却中冷混合气；4）增加流动加速火焰传播，降低温度；）增加流动加速火焰传播，降低温度；5）增强燃烧室扫气。）增强燃烧室扫气。车辆工程2021-11-11南京航空航天大学金城学院车辆工程2021-11-11南京航空航天大学金城学院2、表面点火、表面点火 车辆工程2021-11-11南京航空航天大学金城学院 影响表面点火的因素影响表面点火的因素 1）燃料形成沉积物的能力。）燃料形成沉积物的能力。 2）混合气本身抵抗点燃的能力。）混合气本身抵抗点燃的能力。 发动机结构参数和运转参数变化时，凡促进沉积物温度升发动机结构参数和运转参数变化时，

14、凡促进沉积物温度升高、氧气供应好以及降低混合气点火能量的因素，均将促进高、氧气供应好以及降低混合气点火能量的因素，均将促进表面点火的发生表面点火的发生防止表面点火的主要措施有：防止表面点火的主要措施有： 1）选用沸点低的汽油和成焦性小的润滑油。）选用沸点低的汽油和成焦性小的润滑油。 2）降低压缩比。）降低压缩比。 3）避兔长时间的低负荷运行和汽车频繁加减速行驶。）避兔长时间的低负荷运行和汽车频繁加减速行驶。 4）应用磷化物为燃油添加剂，使沉积物中的铅化合物形成磷酸铅，从）应用磷化物为燃油添加剂，使沉积物中的铅化合物形成磷酸铅，从而使碳的着火温度提高到而使碳的着火温度提高到560，且氧化缓慢，放

15、出热量少，减少激爆，且氧化缓慢，放出热量少，减少激爆的发生。的发生。 车辆工程2021-11-11南京航空航天大学金城学院1、混合气浓度混合气浓度： 五、五、 使用因素的不同对内燃机的影响使用因素的不同对内燃机的影响 车辆工程2021-11-11南京航空航天大学金城学院混合气浓度：混合气浓度： =0.80.9时，火焰传播速度最快，因此，时，火焰传播速度最快，因此，pz、tz、 p/ 、Pe均达最高值，且爆燃倾向增大。在均达最高值，且爆燃倾向增大。在 =1.031.1时，由于燃烧完全，油耗率时，由于燃烧完全，油耗率be最低，但最低，但NOx排放量最大。随着混合气浓度增加，排放量最大。随着混合气浓

16、度增加，CO排放量明显增加。排放量明显增加。混合气浓度过浓（混合气浓度过浓（ 1.2） ，HC排放量排放量均明显增加。均明显增加。车辆工程2021-11-11南京航空航天大学金城学院 2、点火提前角、点火提前角:汽油机点火提前特性：汽油机点火提前特性： 保持节气门开度、转速以及混合气浓度一定，功率、燃保持节气门开度、转速以及混合气浓度一定，功率、燃油消耗率、排气温度随点火提前角的变化。油消耗率、排气温度随点火提前角的变化。车辆工程2021-11-11南京航空航天大学金城学院 最佳点火提前角最佳点火提前角一般为一般为20-30 CA。车辆工程2021-11-11南京航空航天大学金城学院请解释汽油

17、机最佳点火提前角随发动机负荷和转速的变化请解释汽油机最佳点火提前角随发动机负荷和转速的变化关系及其原因关系及其原因 转速增加，气缸内紊流增强，火焰传播速率增转速增加，气缸内紊流增强，火焰传播速率增加，燃烧持续时间缩短，但所占曲轴转角间隔却加，燃烧持续时间缩短，但所占曲轴转角间隔却延长，因此，为减少后燃损失，最佳点火提前角延长，因此，为减少后燃损失，最佳点火提前角应提前。应提前。 负荷减小时，气缸内气体的压力、温度降低，负荷减小时，气缸内气体的压力、温度降低，气缸内实际混合气成分由于废气稀释程度增加而气缸内实际混合气成分由于废气稀释程度增加而较稀，爆燃的倾向减小，最佳点火提前角可以增较稀，爆燃的

18、倾向减小，最佳点火提前角可以增大，有利于改善燃油经济性。但是，怠速时，由大，有利于改善燃油经济性。但是，怠速时，由于可燃混合气数量最少，后燃损失不大，不进行于可燃混合气数量最少，后燃损失不大，不进行点火提前。点火提前。车辆工程2021-11-11南京航空航天大学金城学院 当转速增加时，气缸中湍流增加，火焰传播速率大体与转速成正比例增加，因而最高爆发压力、压力升高比随转速的变化不大。 3、 转速不同时的燃烧过程转速不同时的燃烧过程 车辆工程2021-11-11南京航空航天大学金城学院 1.在转速升高时，由于散热损失减少，进气被加热，使气缸内混合得更均匀，有利于缩短滞燃期。 2.由于残余废气系数增

19、加，气流吹走电火花的倾向增大，又促使滞燃期增加。按曲轴转角计的滞燃期却随转速的增加而增大。 在转速增加时，应增大点火提在转速增加时，应增大点火提前角前角。 转速特性转速特性：在节气门开度一定时，负荷油耗随转速变化的规律。 传统点火系统进考虑了转速和负荷，不能对点火系统精确控制。车辆工程2021-11-11南京航空航天大学金城学院 4、负荷的影响：、负荷的影响： 转速保持不变，通过改变节气门开度来调节进入气缸的混合气量，以达到不同的负荷要求。（量的调节）。 节气门关小时，充量系数急剧下降，使残余废气系数增加，滞燃期增加，火焰传播速率下降，最高爆发压力和燃烧温度、压力升高比均下降，散热损失相对增加

20、，因而燃油消耗率增加； 随着负荷的减小，最佳点随着负荷的减小，最佳点火提前角要增加。火提前角要增加。 采用点火提前真空调节器来自动调整。车辆工程2021-11-11南京航空航天大学金城学院 大气压力低（如高原、高空），气缸充气量（质量）减少，大气压力低（如高原、高空），气缸充气量（质量）减少，则混合气变浓。另外，压缩压力低，着火延迟期长和火焰传则混合气变浓。另外，压缩压力低，着火延迟期长和火焰传播速度慢，燃油经济性和动力性下降，但爆燃倾向减小（混播速度慢，燃油经济性和动力性下降，但爆燃倾向减小（混合气体密度低，压缩终了压力、温度低，不易自燃）。合气体密度低，压缩终了压力、温度低，不易自燃）。

21、大气温度高，气缸充气量（质量）减少，发动机经济性、动大气温度高，气缸充气量（质量）减少，发动机经济性、动力性变差（夏天和冬天发动机性能指标的不同），而且容易力性变差（夏天和冬天发动机性能指标的不同），而且容易爆燃（点火提前角随进气温度升高应推迟）和气阻。爆燃（点火提前角随进气温度升高应推迟）和气阻。 大气温度低，应采取措施，保证燃油的雾化、点火可靠及起大气温度低，应采取措施，保证燃油的雾化、点火可靠及起动顺利，如进气管加热、增强火花能量等。动顺利，如进气管加热、增强火花能量等。5、大气状况、大气状况车辆工程2021-11-11南京航空航天大学金城学院4-2 汽油机混合气的形成汽油机混合气的形成

22、方式有：汽油机混合气的形成方式有：化油器内形成化油器内形成汽油喷射方式汽油喷射方式车辆工程2021-11-11南京航空航天大学金城学院一、化油器式混合气形成一、化油器式混合气形成车辆工程2021-11-11南京航空航天大学金城学院简单化油器特性简单化油器特性车辆工程2021-11-11南京航空航天大学金城学院车辆工程2021-11-11南京航空航天大学金城学院车辆工程2021-11-11南京航空航天大学金城学院 3、发动机全负荷时，化油器应供给气缸较浓的功、发动机全负荷时，化油器应供给气缸较浓的功率混合气成分率混合气成分（ =0.80.9，A/F=1214）；）； 2、发动机中等负荷时，化油器

23、应、发动机中等负荷时，化油器应供给气缸较稀的经济供给气缸较稀的经济混合气成分（混合气成分（ =1.051.15，50%负荷后，负荷后，A/F=17左右）；左右）； 1、怠速时，由于废气稀释，化油器、怠速时，由于废气稀释，化油器应供给气缸应供给气缸浓混合气成分浓混合气成分（ =0.60.8，A/F=1012.4）。）。 理想化油器特性是针对发动机稳定工况的要求，通过理想化油器特性是针对发动机稳定工况的要求，通过简单化油器基础上增加一系列自动供油装置（怠速系简单化油器基础上增加一系列自动供油装置（怠速系统、统、主供油系统、加浓系统）及其各种油、气量孔的主供油系统、加浓系统）及其各种油、气量孔的尺寸

24、选择，使实际供油特性与理想化油器特性基本相尺寸选择，使实际供油特性与理想化油器特性基本相符。符。车辆工程2021-11-11南京航空航天大学金城学院车辆工程2021-11-11南京航空航天大学金城学院2）暖机：发动机冷起动后开始自动继续运转，直至稳定的怠速运）暖机：发动机冷起动后开始自动继续运转，直至稳定的怠速运转。这段过渡期间，由于发动机温度、转速上升，汽油雾化条件转。这段过渡期间，由于发动机温度、转速上升，汽油雾化条件改善，要求化油器供给的混合气成分由极浓逐渐变换到怠速工况改善，要求化油器供给的混合气成分由极浓逐渐变换到怠速工况的较浓混合气成分。的较浓混合气成分。1）冷起动：发动机在外力推

25、动下起动时，转速极低，汽油雾）冷起动：发动机在外力推动下起动时，转速极低，汽油雾化质量很差，要求化油器供给化质量很差，要求化油器供给极浓极浓混合气成分（混合气成分（0.20.6）（注：）（注：非气缸内混合气成分）。非气缸内混合气成分）。4、过渡工况、过渡工况3）加速：加速时，节气门开度骤然加大，由于燃料惯性大于空）加速：加速时，节气门开度骤然加大，由于燃料惯性大于空气，气缸内混合气成分出现瞬间过稀，发动机功率下降，转速降气，气缸内混合气成分出现瞬间过稀，发动机功率下降，转速降低，甚至会出现熄火现象，因此，要求化油器供给加浓混合气成低，甚至会出现熄火现象，因此，要求化油器供给加浓混合气成分（额外

26、供给一部分燃料）。分（额外供给一部分燃料）。车辆工程2021-11-11南京航空航天大学金城学院 二、汽油喷射式混合气的形成二、汽油喷射式混合气的形成 电控汽油喷射系统（电控汽油喷射系统（Electronic Fuel Injection）由）由空空气系统气系统、燃料系统燃料系统及及控制系统控制系统三部分组成。三部分组成。车辆工程2021-11-11南京航空航天大学金城学院（怠速控制阀）（怠速控制阀） 空气系统作用空气系统作用是计量并控制燃烧所必要的空气量。主是计量并控制燃烧所必要的空气量。主要由空滤器、空气流量计、节气门体组成。要由空滤器、空气流量计、节气门体组成。空气阀空气阀空气流量计空气

27、流量计节气门节气门车辆工程2021-11-11南京航空航天大学金城学院燃料系统作用燃料系统作用是通过由电动汽油泵向各缸进气歧管上是通过由电动汽油泵向各缸进气歧管上的喷油嘴及进气总管上的冷起动喷油嘴喷射具有一的喷油嘴及进气总管上的冷起动喷油嘴喷射具有一定相对压力（燃油轨油压与进气管气压之差一定）定相对压力（燃油轨油压与进气管气压之差一定）的燃油，的燃油，将燃油喷散雾化并控制喷油量。将燃油喷散雾化并控制喷油量。车辆工程2021-11-11南京航空航天大学金城学院压力调节器的作用车辆工程2021-11-11南京航空航天大学金城学院 控制系统控制系统作用作用是根据各传感器信号，由计算机控制是根据各传感

28、器信号，由计算机控制单元判断发动机状态，决定单元判断发动机状态，决定合适的喷射时间合适的喷射时间，并使，并使喷油嘴动作。各类传感器将测量吸入空气量、转速、喷油嘴动作。各类传感器将测量吸入空气量、转速、负荷、排气中的氧含量、吸气温度、冷却水温度、负荷、排气中的氧含量、吸气温度、冷却水温度、蓄电池电压、曲轴相位、加减速状态等，并转化为蓄电池电压、曲轴相位、加减速状态等，并转化为电信号输入计算机控制单元电信号输入计算机控制单元ECU。车辆工程2021-11-11南京航空航天大学金城学院系统简图系统简图电控汽油喷射系统简图及基本构成电控汽油喷射系统简图及基本构成车辆工程2021-11-11南京航空航天

29、大学金城学院电电控控汽汽油油喷喷射射系系统统简简图图及及基基本本构构成成车辆工程2021-11-11南京航空航天大学金城学院车辆工程2021-11-11南京航空航天大学金城学院电控燃油喷射方式发动机每循环喷油量电控燃油喷射方式发动机每循环喷油量如何控制？如何控制？ 通过由电动汽油泵向各缸进气歧管上的喷油通过由电动汽油泵向各缸进气歧管上的喷油嘴及进气总管上的冷起动喷油嘴喷射具有一嘴及进气总管上的冷起动喷油嘴喷射具有一定相对压力（燃油轨油压与进气管气压之差定相对压力（燃油轨油压与进气管气压之差一定）的燃油，一定）的燃油，将燃油喷散雾化并控制喷油将燃油喷散雾化并控制喷油量。喷油嘴喷孔直径、各工况下的

30、针阀升程、量。喷油嘴喷孔直径、各工况下的针阀升程、喷射压力差均一定，则控制系统仅需控制针喷射压力差均一定，则控制系统仅需控制针阀开启时间（即通电脉冲时间）长短即可控阀开启时间（即通电脉冲时间）长短即可控制喷油量的计量。制喷油量的计量。车辆工程2021-11-11南京航空航天大学金城学院对汽油机燃烧过程影响最主要的缸内空气运动有哪些？对汽油机燃烧过程影响最主要的缸内空气运动有哪些？汽油机产生紊流的方法有两种：进气涡流和挤流。汽油机产生紊流的方法有两种：进气涡流和挤流。进气涡流进气涡流在进气过程中造成绕气缸中心线的旋转运动。进气涡在进气过程中造成绕气缸中心线的旋转运动。进气涡流对平顶式活塞的汽油机

31、来说，在进气过程中逐渐增强，在压缩流对平顶式活塞的汽油机来说，在进气过程中逐渐增强，在压缩过程中逐渐减弱。由于紊流源自涡流运动，因此进气过程中产生过程中逐渐减弱。由于紊流源自涡流运动，因此进气过程中产生的紊流在进气结束时达到最大，但不能维持到压缩终了阶段。由的紊流在进气结束时达到最大，但不能维持到压缩终了阶段。由于进气涡流通过进气紊流促进了油气微观混合，加速了火焰传播于进气涡流通过进气紊流促进了油气微观混合，加速了火焰传播速率，速率， 挤流挤流在接近压缩终了阶段，利用活塞顶部和气缸盖底面之间的在接近压缩终了阶段，利用活塞顶部和气缸盖底面之间的狭小间隙（挤气间隙），将混合气挤入燃烧室内，形成涡流

32、。挤狭小间隙（挤气间隙），将混合气挤入燃烧室内，形成涡流。挤流正好在压缩上止点前达到最大，上止点后因活塞下行形成反挤流正好在压缩上止点前达到最大，上止点后因活塞下行形成反挤流，也在上止点后不久达到峰值。增大挤流强度可以明显提高火流，也在上止点后不久达到峰值。增大挤流强度可以明显提高火焰传播速率，缩短燃烧时间，而且不会导致充气效率降低，受负焰传播速率，缩短燃烧时间，而且不会导致充气效率降低，受负荷、转速影响较小（容积变化引起的），因此，增强挤流运动一荷、转速影响较小（容积变化引起的），因此，增强挤流运动一直是汽油机形成紊流、改善混合气形成与燃烧的主要途径。直是汽油机形成紊流、改善混合气形成与燃烧

33、的主要途径。车辆工程2021-11-11南京航空航天大学金城学院汽油机是否采用螺旋式进气道以组织进气涡流汽油机是否采用螺旋式进气道以组织进气涡流运动？为什么？运动？为什么？为保证最大充气量，一般汽油机不组织强进气为保证最大充气量，一般汽油机不组织强进气涡流，使低速、低负荷的进气涡流更弱，涡流，使低速、低负荷的进气涡流更弱，对明显燃烧期影响较小，故汽油机不采用对明显燃烧期影响较小，故汽油机不采用螺旋式进气道组织进气涡流。螺旋式进气道组织进气涡流。车辆工程2021-11-11南京航空航天大学金城学院4-3 点燃式内燃机的燃烧室一、燃烧室一、燃烧室 1.设计要求设计要求：在降低排放污染的同时提高经济

34、性。 经济性高， it、bi ；其中压缩比影响最大。 燃烧放热曲线接近等容曲线的程度。由曲线xb=f()、dxb/d 考察 污染小。 动力性高 不出现爆燃与表面点火 燃烧循环变动小 工作柔和，燃烧噪声小 满足速燃的要求： z60 稀燃能力好 起动性、瞬态特性、EGR承受能力好 车辆工程2021-11-11南京航空航天大学金城学院2、燃烧室设计要点、燃烧室设计要点动力性、燃油经济性好，工作轻声平稳、排气污染小等。1）压缩比）压缩比影响汽油机性能指标的最重要的结构参数影响汽油机性能指标的最重要的结构参数既提高压缩比又不促使爆燃的发生，燃烧室设计应既提高压缩比又不促使爆燃的发生，燃烧室设计应从以下几

35、个方面考虑：从以下几个方面考虑：a）缩短火焰传播距离）缩短火焰传播距离b）利用适当强度的湍流，加快火焰传播速度）利用适当强度的湍流，加快火焰传播速度c）在离火花塞较远的区域设计适当的冷却面积。）在离火花塞较远的区域设计适当的冷却面积。d）燃烧室内没有易受高温影响而产生的热点和表）燃烧室内没有易受高温影响而产生的热点和表面沉积物面沉积物车辆工程2021-11-11南京航空航天大学金城学院2）结构紧凑）结构紧凑减小燃烧室表面积与其容积之比（减小燃烧室表面积与其容积之比（A/F） 火焰传播距离短，不易爆燃，火焰传播距离短，不易爆燃，可提高压缩比。可提高压缩比。相对散热损失小，热效率高。相对散热损失小

36、，热效率高。熄火面积小，熄火面积小，HC排放量少。排放量少。车辆工程2021-11-11南京航空航天大学金城学院3）具有良好的充气性能：）具有良好的充气性能：进排气门，进排气道车辆工程2021-11-11南京航空航天大学金城学院车辆工程2021-11-11南京航空航天大学金城学院4）火花塞位置安排适当）火花塞位置安排适当车辆工程2021-11-11南京航空航天大学金城学院a）能利用新鲜混合气充分扫除火花塞周围的残余废气，）能利用新鲜混合气充分扫除火花塞周围的残余废气，使混合气易于点燃，保证低速工作稳定。使混合气易于点燃，保证低速工作稳定。b）火花塞尽可能布置在燃烧室内最热处，如排气门处，）火花

37、塞尽可能布置在燃烧室内最热处，如排气门处，一则容易点燃，二则使远端混合气远离最热处，避免加热一则容易点燃，二则使远端混合气远离最热处，避免加热自燃。自燃。c）应使火花塞传播开的火焰面变化合理，确保运转平稳。）应使火花塞传播开的火焰面变化合理，确保运转平稳。d）火焰传播距离尽可能短，如火花塞居中布置，火焰传播）火焰传播距离尽可能短，如火花塞居中布置，火焰传播距离均等。距离均等。车辆工程2021-11-11南京航空航天大学金城学院5）燃烧室形状合理分布）燃烧室形状合理分布 满足速燃要求，一般将燃烧满足速燃要求，一般将燃烧90%燃料的燃烧持续期控制在燃料的燃烧持续期控制在60 CA之内。之内。 考虑

38、燃烧速率的变化率，使压力升高速率不至过高（始燃放考虑燃烧速率的变化率，使压力升高速率不至过高（始燃放热量多）。热量多）。车辆工程2021-11-11南京航空航天大学金城学院但：过强的紊流运动会使热损失增加，点火困难（如但：过强的紊流运动会使热损失增加，点火困难（如火花塞间隙内扰动过强，可能将火核吹熄），压力火花塞间隙内扰动过强，可能将火核吹熄），压力上升速度过高。上升速度过高。 6）组织适当的紊流运动）组织适当的紊流运动增大火焰传播速度。增大火焰传播速度。冷却末端未燃混合气区。冷却末端未燃混合气区。减少循环之间的燃烧变动。减少循环之间的燃烧变动。减小熄火厚度，降低减小熄火厚度，降低HC排放量。

39、排放量。7）防止早燃和爆燃）防止早燃和爆燃车辆工程2021-11-11南京航空航天大学金城学院燃烧室应有最大的火焰前锋面积、最小的面容比、最大的气门尺寸，最佳的几何形状。能够改善混合气分布和均匀性。二、燃烧室的优化：二、燃烧室的优化： 燃烧室的几何形状燃烧室的几何形状缸盖和活塞顶形状火花塞的位置燃烧室应适当的组织气体运动车辆工程2021-11-11南京航空航天大学金城学院三、典型燃烧室：按气门布置分侧置式（已三、典型燃烧室：按气门布置分侧置式（已淘汰）和顶置式燃烧室。淘汰）和顶置式燃烧室。 1）楔形燃烧室：）楔形燃烧室： 优点：优点：结构较紧凑，火焰距离较短，散热损失小，充气效率较高。抗暴性强

40、。经济性较好。缺点：缺点：混合气过分集中于火花塞处，使初期燃烧率大，压升率高，工作有些粗暴，而且燃烧温度较高，NOx生成也较多。车辆工程2021-11-11南京航空航天大学金城学院2）浴盆形燃烧室：）浴盆形燃烧室： 优点：优点：缺点：缺点：车辆工程2021-11-11南京航空航天大学金城学院3）半球形燃烧室：）半球形燃烧室： 优点：优点： 燃烧室内混合气的涡流较弱，容易在低速大负荷工况时引起爆燃。汽油机压升率高，工作较粗暴，NOx排放也较高。缺点：缺点： 半球形燃烧室结构紧凑，其面容比在各种燃烧室中是最小的。火花塞能布置在燃烧室中央、火焰传播路径短，燃烧速率高，热损失小，汽油机高速动力性最好。

41、车辆工程2021-11-11南京航空航天大学金城学院4）碗形燃烧室：）碗形燃烧室： 优点：优点： 对点火时刻要求较高。缺点：缺点： 紧凑，挤流效果好，压缩比可高达11。面容比较大，散热好。车辆工程2021-11-11南京航空航天大学金城学院常规汽油机的主要缺点：常规汽油机的主要缺点：A、压缩比低，热效率低、压缩比低，热效率低B、浓混合气的比热容比较低，热效率低、浓混合气的比热容比较低，热效率低C、排放高特别是、排放高特别是NOx排放比较高。排放比较高。D、混合气的浓度影响火焰的传播速度。、混合气的浓度影响火焰的传播速度。四、稀薄燃烧及缸内直喷式汽油机四、稀薄燃烧及缸内直喷式汽油机 车辆工程20

42、21-11-11南京航空航天大学金城学院车辆工程2021-11-11南京航空航天大学金城学院1、均质稀混合气的燃烧室、均质稀混合气的燃烧室车辆工程2021-11-11南京航空航天大学金城学院在燃烧室中设置副室，在燃烧室中设置副室，并在喷孔部位配置火花并在喷孔部位配置火花塞塞(图图529)，混合气被，混合气被点燃后流入副室，在压点燃后流入副室，在压缩过程中，一边对火花缩过程中，一边对火花塞间隙进行扫气，一边塞间隙进行扫气，一边使混合气产生适当的流使混合气产生适当的流速。副室内的压力随着速。副室内的压力随着火焰传播而升高，然后火焰传播而升高，然后喷入主燃烧室，产生湍喷入主燃烧室，产生湍流，促进主燃

43、烧室的燃流，促进主燃烧室的燃烧。烧。车辆工程2021-11-11南京航空航天大学金城学院车辆工程2021-11-11南京航空航天大学金城学院 一种新型燃烧室,解决小型高速汽油机燃烧时间短、燃烧过程不充分的难题.它利用在活塞顶与缸盖形状相吻合的特殊突起,可在发动机压缩和膨胀过程中产生强烈的挤气旋流.将它应用在高速汽油机中,可提高混合气的燃烧速率和火焰传播速率,从而全面改善内燃机的性能.实验研究表明,在空燃比和压缩比优化条件下使用该燃烧室,与原机相比发动机的输出功率和转矩分别提高了3.8%和 1%,燃油消耗率节省燃油消耗率节省19.3%,HC排放降低排放降低50%以上。以上。车辆工程2021-11

44、-11南京航空航天大学金城学院(B) 双火花塞燃烧室双火花塞燃烧室车辆工程2021-11-11南京航空航天大学金城学院车辆工程2021-11-11南京航空航天大学金城学院 稀薄燃烧的基本思路：稀薄燃烧的基本思路： 采取的措施：采取的措施： 局限：局限：车辆工程2021-11-11南京航空航天大学金城学院 分层燃烧的基本思路：分层燃烧的基本思路：2、 分层燃烧车辆工程2021-11-11南京航空航天大学金城学院车辆工程2021-11-11南京航空航天大学金城学院分层燃烧室分层燃烧室A、美国德士古分层燃烧系统（、美国德士古分层燃烧系统（TCCS)车辆工程2021-11-11南京航空航天大学金城学院

45、车辆工程2021-11-11南京航空航天大学金城学院车辆工程2021-11-11南京航空航天大学金城学院B、CVCC燃烧系统燃烧系统（Compound Vortex Contrlled Combustion)它实际上是分区燃烧，有它实际上是分区燃烧，有主、副燃烧室。向主燃烧主、副燃烧室。向主燃烧室供较稀混合气，副燃烧室供较稀混合气，副燃烧室供较浓混合气，先点燃室供较浓混合气，先点燃副燃烧室的混合气，再由副燃烧室的混合气，再由副燃烧室喷出的火焰点燃副燃烧室喷出的火焰点燃主燃烧室的稀混合气。主燃烧室的稀混合气。特点：主燃烧室不组织进特点：主燃烧室不组织进气涡流，主副燃烧室之间气涡流，主副燃烧室之间的火焰孔面积大，燃烧速的火焰孔面积大，燃烧速度低，过后燃烧严重。度低，过后燃烧严重。车辆工程2021-11-11南京航空航天大学金城学院C、轴向分层稀燃系统、轴向分层稀燃系统进气过程早期只有空气进入气缸，进气组织较强的涡流，进气过程早期只有空气进入气缸，进气组织较强的涡流，当进气门开启接近最大升程时，通