汽油机混合气的形成和燃烧课件

汽油机混合气的

形成和燃烧

第一节汽油机燃烧过程燃烧过程：均匀混合气

点燃

火焰传播；一、正常燃烧过程1）正常燃烧过程的示功图分析：根据缸内压力变化特点，分为三个时期第I阶段：着火阶段，点火1～2点。

作用：形成火焰中心

使火焰传播。要求：尽可能短、稳定。图7-1汽油机的燃烧过程第II阶段：明显燃烧期，从2点～3点特点：火焰传遍整个燃烧室火焰传播速度取决于：层流火焰速度；混合气紊流状态；燃烧室形状。压力急剧升高，用平均压力上升速度为：

明显燃烧期越短，燃烧越快(等容)，经济性动力性愈好；但

p/高噪声振动大，粗暴。第三阶段：后燃期，3点～4点，前阶段未燃分解物在膨胀过程中再次氧化的过程。来源：缸壁附近，缝隙处，高温分解物等.后燃越多，排温越高；热效率

要求：尽量减少。2）火焰传播速率1．层流火焰传播速率VL：指火焰前锋面相对未燃混合气的速度

影响混合气的质量燃烧速率。图7-2层流火焰与火焰前锋面形状的关系质量燃烧速率定义：单位时间燃烧的混合气量，即主要控制明显燃烧期。特点：大尺度湍流

火焰前锋面扭曲，

其面积；形成多个燃烧中心；扩大火焰前锋燃烧区厚度。

小尺度湍流

加大火焰面中燃料分子与空气分子之间的相互渗透，加快湍流火焰传播速率。2．湍流火焰传播速率湍流：由宏观涡流运动和无数个微小气团的无规则运动组成。湍流弱湍流强图7-3在不同湍流作用下的火焰前锋厚度δ二、不规则燃烧是描述汽油机在稳定运转的情况下，存在的各循环间的燃烧变动和各气缸间的燃烧差异。

图7-4汽油机典型的气缸压力循环变化情况a)稀混合气Φa=1.22,n=2000r/min,εc=9,节气门全开,pi变动±4.5%，pz变动±28%b)浓混合气Φa=0.8,n=2000r/min,εc=9,节气门全开,pi变动±3.6%，pz变动±10%三、不正常燃烧是指设计或控制不当，使汽油机偏离正常点火时间及地点，从而引发燃烧速度急剧上升，压力迅速增大等异常现象。图7-5正常燃烧与爆燃时P-t图和dp/dt图的比较a)正常燃烧b)爆燃1.爆燃：火花塞点火后，末端气体的自燃现象

原因：点火后，末端气体受火焰面热辐射、压缩，其压力温度

，在火焰前锋到达之前自燃。影响因素：

1)燃料性质。2)末端混合气的温度和压力。3）点火提前角。4)火焰前锋传播到末端混合气的时间。2．表面点火不靠电火花点火而由燃烧室内炽热表面（如排气门头部、火花塞绝缘体或积碳等）点燃混合气的现象称为表面点火图7-6汽油机早燃示功图早燃:是指在火花塞点火之前，炽热表面点燃混合气的现象。后燃:是指发生在电火花点火后的表面点火，3．不正常燃烧的控制改进燃烧室的形状设计;改善燃烧室的冷却;点火提前角推迟;选用沸点低的汽油或成焦性小的润滑油.第二节影响燃烧过程的因素一、混合气成分图7-7混合气成分对火焰传播的影响（1）功率混合气当=0.85～0.95时，火焰传播速度最快，这种浓度的混合气将使发动机发出的功率最大，因此称为功率混合气。

（2）经济混合气当=1.05～1.15时，火焰传播速度仍较快，混合气中的氧气完全能够使燃料充分燃烧，此时发动机的热效率最高，有效油耗率最低，因此称为经济混合气。（3）过浓、过稀混合气若混合气过稀，则由于火焰传播速度下降，容易使燃烧不稳定，补燃量增加，燃烧过程延续到排气冲程终了，由于此时进气阀已开启，高温废气可以点燃进气管内的新气，造成进气管回火。二、点火提前角图7-8汽油机点火提前特性a)不同转速下调整b)不同负荷下调整三、发动机转速发动机转速增高时，混合气流经进气系统的流速会增大，活塞运动速度加快，压缩过程的挤气作用增强，使混合气的雾化和混合质量得到改善；燃烧速度加快，同时燃气与缸壁的接触时间缩短，传热损失减小,所以指示效率增加。当转速增加到某一值后，由于燃烧所占曲轴转角增加，燃烧不及时，汽油机的指示效率又下降四、发动机负荷当转速不变而负荷减小时，进入气缸内的新鲜混合气量减小，而残余废气量则基本上不变，这使残余废气所占的比例也相应增大，因为残余废气对燃烧反应起阻碍作用，使燃烧速度减慢。

图7-9点火提前角不同时的p-φ图1-6分别代表10°、20°、30°、40°、50°、60°点火提前角五、冷却水温度冷却水温度过高、过低都会影响混合气的燃烧和发动机的正常使用，一般应控制在80℃～90℃（进口车为90℃～100℃）范围内。六、压缩比提高压缩比，可以提高压缩行程终了工作介质的压力、温度，加快火焰传播的速度.国内载货汽车压缩比约为6.5～7.5，轿车为7.5～8.5，国外载货汽车压缩比约为7～9，轿车约为8～10，

第三节汽油机燃烧室一、汽油机对燃烧室的要求1．结构应紧凑图7-10几种燃烧室的F/V与HC排放2．具有高的充气效率3．火花塞位置安排得当4．燃烧室形状分布合理5．要适当冷却末端混合气6.要形成适当的气体流动图7-11燃烧室容积分布对燃烧过程的影响二、典型燃烧室及其性能对比1．浴盆形燃烧室图7-12浴盆形燃烧室2．楔形燃烧室图7-13楔形燃烧室3．半球形燃烧室图7-14半球形燃烧室4．多球形燃烧室图7-15多球形燃烧室常规、非直喷稀燃和直喷稀燃三种燃烧方式的汽油机燃油经济性和排放特性的对比:图7-16不同燃烧方式的性能对比三、汽油机稀薄燃烧系统1．均质稀混合气的燃烧室TGP燃烧室图7-17TCP燃烧室1-进气口2-火花塞3-紊流发生器4-孔道5-主燃烧室VM双火花塞燃烧室图7-20双火花塞燃烧室示意图（n=2400r/min,α=15,排量：4缸，2000ml）2．分层燃烧燃烧室

TCCS系统图7-21德士古TCCS燃烧室1、4、6-喷嘴2、5-火花塞3-空气流动方向7-挡板阀CVCC燃烧系统图7-22CVCC燃烧系统1-主燃烧室2-火焰通道3-副燃烧室4-火花塞5-辅助进气门6-副进气道7-主进气门轴向分层稀燃系统图7-23轴向分层工作原理a)进气过程早期b)进气过程后期c)压缩过程1-活塞2-气缸3-火花塞4-导气屏进气门5-辅助进气门6-副进气道7-主进气门滚流（纵涡）分层稀燃系统图7-24三菱纵涡流旋转系统1-燃料喷射器2-进气口隔板3-翻滚控制活塞四气门分层稀燃系统图7-25AVL四气门高压缩快速燃烧系统1-切向进气道2-中性进气道3-涡流控制阀4-双油束喷油器5-双油束3．缸内直喷式稀薄燃烧方式福特缸内直喷燃烧系统(PROCO)图7-26福特缸内直喷燃烧系统丰田D-4缸内直喷稀燃发动机图7-27丰