李捷辉 发动机原理4汽油机混合气的形成和燃烧.ppt

1、第四章是汽油机混合气的形成和燃烧。发动机的燃烧过程是将燃料的化学能转化为热能的过程。燃烧过程要求：(1)完全：完全燃烧可以充分利用燃油的热能；同时影响废气的成分。(2)适时：上止点附近的燃烧(即上止点后1215度完成燃烧)，循环功最高。(3)正常(点火):正常燃烧可以保证发动机稳定可靠的运行。通常，汽油发动机在气缸的进气管中混合空气和燃料。进入气缸后，在压缩冲程结束时形成均匀的混合物，通过电火花点燃并燃烧。1.汽油机1的燃烧过程。正常燃烧过程的研究方法有：测量展开示功图、高速摄影和模拟装置；在正常燃烧过程中，通常采用燃烧过程的展开示功图来研究燃烧过程。在燃烧压力线上，点1是火花塞跳动点，点2是

2、火焰中心，点3是最高压力点。燃烧过程分为三个阶段：点火延迟期、明显燃烧期和后燃/后燃期。1。从火花塞跳动到火焰中心形成的点火延迟时间或曲轴转角。特点：(1)火花放电时，两极电压达到1015千伏，局部温度达到3000千伏，加速了混合气的氧化反应。(2)在此阶段，气缸压力没有明显增加。点火延迟时间的长短与以下因素有关：(1)当at=0.80.9时，点火延迟时间最短。(2)开始点火时气缸内的气体温度和压力开始点火时的气体温度和压力越高，点火滞后期越短。(3)缸内气流加强了湍流运动，加速了混合气的氧化反应，缩短了点火滞后时间。(4)火花能量增加火花能量，缩短点火延迟时间。(5)残留废气量阻碍燃烧反应，

3、使点火滞后时间延长，因此应尽可能减少残留废气。点火提前角：指从火花塞跳至上止点的曲轴转角。它可以用来指示点火时间。2.从火焰中心形成到最高压力出现明显的燃烧周期。在平均混合物中，在火焰中心形成之后，火焰四处传播，形成近似球形的火焰层，即火焰前锋，其从火焰中心到周围未燃烧的混合物逐层传播，直到连续的火焰前锋扫过整个燃烧室。火焰传播速度：火焰前沿相对于未燃烧混合物前进的速度。汽车汽油机燃烧室内火焰传播速度可达5080米/秒.平均压力上升率通常用于表征压力变化的剧烈程度。其中：明显燃烧期起点和终点之间的气压差(千帕)；燃烧周期的起点和终点之间相对于上止点的曲轴转角差是明显的。汽油发动机的压力在200

4、400千帕/()的范围内。明显燃烧期是汽油机的主要燃烧期。显然，燃烧周期越短，越接近上止点，汽油机的经济性和动力性越好，但可能导致压力上升率过高，工作不平稳，不利于污水排放。一般来说，明显的燃烧周期约为2040曲轴转角，最高燃烧压力出现在上止点后1215曲轴转角处，p=175250kpa/()较为合适。3.从最高压力点到燃料基本燃烧的加力阶段称为加力阶段。在这一阶段，燃烧所涉及的燃料主要包括(1)在火焰前锋后面重新燃烧未燃烧的燃料。(2)附着在气缸壁上的未燃烧混合物层部分燃烧。由于壁温较低，在熄火过程中容易产生大量未燃烧的碳氢化合物，然后一些未燃烧的碳氢化合物在膨胀过程中继续燃烧。(3)热解的

5、燃烧产物(H2、氧气、一氧化碳等)。)被再氧化。在膨胀过程中，由于工作介质的温度下降，热分解产物继续燃烧并释放热量。这种燃烧远离上止点，应尽量减少。2.燃烧速度燃烧速度指的是amo影响燃烧速度的因素如下：1)火焰传播速度火焰传播速度是决定明显燃烧周期长度的主要因素。现代汽油机测试速度可达5080米/秒.影响t的主要因素有：燃烧室内气体的湍流运动、混合气成分的初始温度。(2)不同的混合物组成，火焰传播速度明显不同，如图所示，通过实验得出火焰传播速度与过量空气系数之间的关系。当=0.8595时，火焰传播速度最大，燃烧速度最快，功率也最大，称为功率混合比。当=1.031.1时，火焰传播速度快，氧气充

6、足，燃烧完全，称为经济混合比。火焰传播的下限：当火焰传播速度为1.3-1.4时，火焰传播速度降低甚至不能传播。火焰传播上限：当0.4-0.5时，混合物太稠，使火焰无法传播。为了确保可靠的运行，汽油发动机在0.6-1.2的范围内，即空燃比为9-18。(3)混合物初始温度：混合物初始温度越高，火焰传播速度越快。2)火焰锋面面积可以在不同时期改变火焰锋面的扫掠面积，利用燃烧室的几何形状及其与火花塞位置的配合来调节燃烧速度。它直接影响相当于曲轴转角的位置和明显燃烧期内燃烧速度的变化，并与压力上升密切相关。可燃混合气密度t提高未燃混合气的密度可以提高燃烧速度，因此提高压缩比和进气压力可以提高燃烧速度。汽

7、油机的不规则燃烧汽油机的不规则燃烧是指在稳定和正常运行的条件下，每个循环之间的燃烧差异和每个气缸之间的燃烧差异。(1)循环之间的燃烧差异循环之间的燃烧差异主要是燃烧的不稳定性，表现为循环的压力波动。如图所示，气缸压力在不同的循环中变化。可以看出变化很大，低负荷时情况更严重。这种循环之间的燃烧变化使得汽油发动机的空燃比和点火提前角的调节不可能在每个循环中处于最佳状态，因此燃料消耗增加，功率降低，异常燃烧的趋势增加，并且汽油发动机的性能降低。产生这种现象的主要原因是火花塞附近混合气的混合比以及气体湍流的性质和程度在每个循环中都发生了变化，导致形成火焰中心的时间不同，这是由有效点火时间的变化引起的。

8、不同循环之间燃烧变化的机理仍不清楚，但可以肯定的是，当(1)=0.8-0.9时，循环的燃烧变化最小，混合物的富集或稀释的变化增加。因此，当贫混合物用于减少废气中的一氧化碳时，即使在高负荷下，也容易发生循环变化，这成为使用贫混合物的障碍。(2)中等负荷以上变化较小，剩余废气量相对增加，低负荷时变化更明显。(3)加强湍流有助于减小变化，因此转速增加，总体变化减小。(4)提高点火能量和采用多点点火改善了这种情况。(5)点火时间和点火位置对燃烧变化敏感。(2)气缸之间的燃烧差异气缸之间的燃烧差异主要是由不均匀的燃油分配导致的空燃比不一致造成的。影响空燃比不均匀分布的因素很多。一般来说，它与进气系统所有

9、部件的设计和安装位置有关。任何不对称和不同的流动阻力都会破坏均匀分布，其中进气管的设计影响最大。燃烧室壁的熄火效应是由链式反应的中断和冷气缸壁对靠近气缸壁的一层气体的冷却造成的；1、熄火厚度最小；当负载降低时，熄火厚度显著增加。随着燃烧室温度和压力的升高，气缸湍流加剧爆燃的原因，正常燃烧：有一个明显的火焰锋，它一层一层向外蔓延，直到燃烧结束。爆燃：在火焰锋到达之前，未燃烧混合物的温度达到其自燃温度并燃烧，形成新的火焰中心并产生新的火焰传播。正常燃烧与爆燃的区别在于正常燃烧的火焰传播速度为5080米/秒，没有压力波，压力上升率在200400千帕/().爆燃火焰传播速度：轻微爆燃时火焰传播速度约为

10、100米/300米/秒，强烈爆燃时火焰传播速度高达800米/秒和1000米/秒。未燃烧的混合物瞬间燃烧，局部压力和温度非常高，形成强大的压力冲击波。冲击波反复撞击燃烧室壁，发出尖锐的爆震声。爆燃的危害1 .零件过载和爆燃时产生的冲击波会大大增加气缸壁、气缸盖、活塞、连杆和曲轴等零件的机械载荷，使零件变形甚至损坏。汽油机燃烧结束时的温度可达20002500，而活塞顶、燃烧室壁和气缸壁的温度仅为200300。除了冷却水的作用外，保持如此低的温度的原因还包括在这些壁上形成气体边界层，起到隔热的作用。然而，强爆燃时的冲击波会破坏这一边界层，使零件直接与高温气体接触。当爆燃严重时，局部气体温度可高达40

11、00，这将导致活塞头和阀门等部件烧坏。同时，热量转移到冷却水，导致发动机过热。性能指标严重爆燃引起的局部高温高压冲击波破坏了边界层，大大增加了气体向气缸壁的传热，降低了热效率、功率和油耗。4.发动机磨损加剧。由于传热损失的增加，冷却水和润滑油的温度升高，润滑油的润滑效果变差，零件磨损加剧。实验表明，严重爆燃时的磨损是正常燃烧时的27倍。5.废气排放黑烟，补燃增加，局部高温在爆燃过程中引起严重的热分解，使燃烧产物分解为甲烷、H2、O2、一氧化氮和游离碳，废气冒烟严重。甲烷、H2、氧气等的再燃。在膨胀过程中增加了加力和排气温度。爆燃产生的碳粒形成积碳，破坏活塞环、火花塞、气门等零件的正常工作，降低

12、发动机的可靠性。6.轻微爆燃有利于接近等容燃烧，提高热效率，使汽车上坡时驾驶员感到放松。(4)影响爆燃的因素1。燃料的性质高辛烷值的燃料具有很强的抗爆燃性。四乙基铅添加剂能有效提高燃料的抗爆燃能力，但会消除有毒的含铅颗粒，污染大气，影响催化剂的使用。因此，近年来，世界各国都在使用含铅汽油，并且爆燃趋势随着二端混合物压力和温度的增加而增加。例如，如果压缩比增加，气缸中的压力和温度将增加，爆燃将容易发生。例如，气缸盖和活塞由轻金属制成，其具有良好的导热性、低的压力和端部混合物的温度以及小的爆燃倾向，并且可以将压缩比提高0.40.7个单位。3。增加火焰传播速度，缩短火焰传播距离，可以减少火焰从前端到

13、混合结束的时间，有利于避免爆燃。例如，当气缸直径较大时，火焰传播距离增加，爆燃倾向增加，因此没有气缸直径较大的汽油机。(2)表面点火在汽油发动机中，混合气被燃烧室中的热表面(如排气阀头、火花塞绝缘体或零件表面的热沉积物等)点燃的现象。)无火花点火称为表面点火。它的点火时间是不可控的早期点火是指在火花塞点燃之前，热表面点燃混合物的现象。由于提前点火和热点表面比火花大，燃烧速度快，气缸压力和温度增加，发动机工作粗糙，并且由于压缩功的增加，传递到气缸壁的热量增加，导致功率降低和火花塞、活塞等部件过热。早期燃烧将导致爆燃，这反过来将提高更热表面的温度，并促进更强烈的表面点火。两者相互促进，危害可能更大

14、。爆燃和爆燃的区别：1爆燃是火花塞跳火后最终混合物的自燃；表面着火通常是由热物体在正常火焰燃烧之前点燃混合物引起的。2爆燃时，有强烈的压力冲击波和尖锐的金属敲击声；表面点火无压力冲击波，爆震声沉闷，主要是由活塞、连杆、曲轴等运动部件在冲击载荷下的振动引起的。影响热表面着火的因素可以降低燃烧室的温度和压力上升率，减少积碳等热点的形成，有助于防止热表面着火。5.影响燃烧过程的因素1。汽油蒸发质量和汽油抗爆性是影响汽油机燃烧过程的主要性能。(1)汽油蒸散量汽油蒸散量通过馏程和蒸气压来估算。汽油蒸发得越强，就越容易蒸发，与空气混合得越均匀，就越容易完全燃烧。因此，汽油应该有良好的蒸发，但它的蒸发太强。

15、在炎热的夏季和高原山区使用时，容易形成供油系统的“气阻”，甚至发生供油中断。(2)汽油的防爆性能汽油的防爆性能是指汽油在发动机气缸内燃烧时抵抗爆燃的能力，用辛烷值来评价。汽油辛烷值越高，抗爆性能越好。汽油等级按辛烷值分类。在at=0.80.9时，由于燃烧温度最高，火焰传播速度最高，pz、Tz、p/、Pe均达到最高值，爆燃倾向最大。在at=1 .031.1时，由于完全燃烧，be是最低的，但是此时，气缸中的温度最高，空气丰富，并且Nox排放较大。当使用浓混合气at1时，由于不可避免的不完全燃烧，一氧化碳排放量将明显增加。在0.8和1.2时，火焰传播速度较慢，一些燃料可能无法及时完全燃烧，导致经济性

16、差、HO排放增加和运行不稳定。点火提前角点火提前角是从火花塞到上止点的曲柄角。它的值应取决于许多因素，如燃料特性、转速、负荷、过量空气系数等。如果点火提前角过小，燃烧将延伸至膨胀过程，最大燃烧压力和温度将降低，传热损失将增加，排气温度将升高，功率将降低，油耗将增加。如果点火提前角过大，大部分混合气会在压缩过程中燃烧，活塞消耗的压缩功会增加，发动机容易过热，有效功率会降低，剧烈爆炸的程度会增加。同时，由于混合物的压力太高，燃烧前的最终混合物的温度较高，并且爆燃倾向增加。当点火提前角为最佳值时，压力上升率不太高，上止点后合适的角度出现最高压力，示功图面积最大，完成的循环功最多，发动机具有最佳的动力性能和经济性。4.当发动机转速增加时，气缸内的湍流增加，火焰传播速度增加，因此燃烧过程在几秒钟内缩短。因为循环时间也缩短了，对应于一般燃烧过程的曲轴角度增加了，所以点火提前角应该相应地增加。为此，汽油机配备了离心提前调节装置，它能在转速上升时自动增加点火提前角主要是当负荷较低时，进气量较小，残余废气较大，使最大燃烧压力和温度下降，防止自燃。冷