1、第五章 汽油機(jī)混合氣形成和燃燒重點(diǎn)：正常與不正常燃燒過(guò)程及使用因素的影響；燃燒室。難點(diǎn)：不正常燃燒過(guò)程及影響因素。汽油機(jī)與柴油機(jī)相比主要有如下特點(diǎn): 汽油機(jī) 柴油機(jī)1 點(diǎn)燃式。 壓燃式。2 i影響小。 i影響大。3 進(jìn)入氣缸的是混合氣， 進(jìn)入氣缸的是新鮮空氣， 混合時(shí)間長(zhǎng)。 混合時(shí)間短。4 最高溫度高，熱負(fù)荷大。 最高壓力高，機(jī)械負(fù)荷大。5 壓縮比低， = 610。 壓縮比高， = 1222。6 有爆燃問題。 有工作粗暴問題。7 組織氣流運(yùn)動(dòng)的目的是為了 組織氣流運(yùn)動(dòng)的目的是為了 加速火焰?zhèn)鞑?，防止爆燃?進(jìn)燃油與空氣更好地混合。第一節(jié) 汽油機(jī)混合氣的形成 5.1 汽油機(jī)混合氣的形成5.1 汽

2、油機(jī)混合氣的形成一、混合氣形成過(guò)程(一)化油器式1. 喉口流速 P 霧化效果2. 節(jié)氣門開度 喉口真空度 , 進(jìn)氣管真空度 從 到 3. 節(jié)氣門開度一定, n , 4. 節(jié)氣門開度，n 蒸發(fā)性5. 進(jìn)氣溫度 蒸發(fā)性5.1 汽油機(jī)混合氣的形成 經(jīng)濟(jì)混合氣 A / F = 17 功率混合氣 A / F = 1214 怠速混合氣 A / F = 1012.4（1） 常用工況 中等負(fù)荷要求提供經(jīng)濟(jì)混合氣。（2） 負(fù)荷 90% 以及怠速, 低速下 加濃。5.1 汽油機(jī)混合氣的形成（二）汽油噴射1. 化油器式發(fā)動(dòng)機(jī)的不足之處:（1） 部分負(fù)荷時(shí)節(jié)流損失大（2） 不可能在各種工況下均提供最佳混合比（3） 對(duì)

3、大氣條件和環(huán)境適應(yīng)性差（4） 僅提供均質(zhì)混合氣（5） 油膜流動(dòng) 各缸混合氣分配不均勻5.1 汽油機(jī)混合氣的形成 2.汽油噴射系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) 汽油噴射系統(tǒng)油量計(jì)量與控制的精度高 供油系統(tǒng)霧化質(zhì)量好，改善了燃燒過(guò)程 電控技術(shù)的應(yīng)用有利于改善瞬態(tài)響應(yīng)性能 多點(diǎn)順序噴射，改善了各缸分配的均勻性 取消了化油器喉管，提高了充氣效率 5.1 汽油機(jī)混合氣的形成 3. 分類（1） 缸內(nèi)噴射 噴嘴開啟壓力35 Mpa 進(jìn)氣過(guò)程上止之后3050 開始噴油。 壓縮沖程上止點(diǎn) 停止噴油。 噴油持續(xù)近2沖程 火花點(diǎn)火, 火焰?zhèn)鞑ァ?.1 汽油機(jī)混合氣的形成（2） 進(jìn)氣管內(nèi)噴射（1） 單點(diǎn)噴射 大噴咀位于節(jié)氣門之前的化油器位

4、置, 安裝空氣計(jì)量裝置和電子控制噴油裝置, 可以克服14的不足, 但5仍存在。（2） 多點(diǎn)噴射 小噴咀安裝于各個(gè)進(jìn)氣歧管之中, 可克服15的不足, 但結(jié)構(gòu)復(fù)雜, 成本高。5.1 汽油機(jī)混合氣的形成第二節(jié) 汽油機(jī)的燃燒過(guò)程I 滯燃期第I階段稱為著火階段， 從電火花跳火 形成火焰中心。 1點(diǎn)以前為壓縮過(guò)程, 缸內(nèi)壓力升高不大。 1 火花塞跳火。 2 缸內(nèi)壓力脫離壓縮線開始急驟增高。 點(diǎn)火提前角 1點(diǎn) 上止點(diǎn)的曲軸轉(zhuǎn)角。 II 急燃期III 補(bǔ)燃期第II階段23稱為急燃期（明顯燃燒期）這一階段為燃燒過(guò)程的主要階段。 在此時(shí)間內(nèi), 火焰迅速傳遍整個(gè)燃燒室, 混合氣的絕大部分在此時(shí)期內(nèi)完成燃燒 （ 80

5、%以上 ），燃料的熱能絕大部分在此時(shí)間內(nèi)放出 。缸內(nèi)壓力、溫度迅速升高, dp/d=0.20.4MPa/(CA代表工作粗暴的程度, 它與火焰?zhèn)鞑ニ俾视嘘P(guān)。 。 工作粗暴，噪聲。 但 不正常燃燒趨勢(shì)。 氣流運(yùn)動(dòng) 所以, 在汽油機(jī)中, 火焰?zhèn)鞑ニ俾适且粋€(gè)重要參數(shù), 它直接影響不正常燃燒的抑制, 從而影響發(fā)動(dòng)機(jī)的功率、效率和使用壽命。III34稱補(bǔ)燃期（后燃期）3點(diǎn) 燃料基本燃燒完的4點(diǎn)。 3點(diǎn)過(guò)后, 燃燒速度下降, 活塞下行, 使p, 在3點(diǎn)過(guò)后的燃燒主要為：1 在火焰?zhèn)鞑テ诨鹧媲颁h面沒有燃燒掉的燃料繼續(xù)燃燒。2 粘附在缸壁上的混合氣層繼續(xù)燃燒。3 由于汽油機(jī)燃燒溫度高, 高溫分解嚴(yán)重。產(chǎn)生的,

6、, CO, 在補(bǔ)燃期內(nèi), 由于溫度降低, 重新燃燒生成,， , 放出熱量。 2.燃燒速度定義:指單位時(shí)間內(nèi)燃燒的混合氣數(shù)量。式中： m混合氣的質(zhì)量； AT火焰前鋒面積； T未燃混合氣密度； UT火焰?zhèn)鞑ニ俣取?.2 汽油機(jī)的燃燒過(guò)程5.2 汽油機(jī)的燃燒過(guò)程3.不規(guī)則燃燒1）循環(huán)間的燃燒變動(dòng)產(chǎn)生原因：氣體運(yùn)動(dòng)的循環(huán)變動(dòng)混合氣成分的變動(dòng)，主要與點(diǎn)火過(guò)程（滯燃期）有關(guān)。2）各缸間的燃燒差異5.2 汽油機(jī)的燃燒過(guò)程二、汽油機(jī)的不正常燃燒不正常燃燒注意：爆燃和表面點(diǎn)火產(chǎn)生機(jī)理的差異、影響因素爆 燃表面點(diǎn)火 續(xù) 走部分燃燒、失火及發(fā)動(dòng)機(jī)工作穩(wěn)定性5.2 汽油機(jī)的燃燒過(guò)程（一） 爆燃1 爆燃現(xiàn)象： 1) 發(fā)

7、出金屬振音(敲缸)。 2) 在輕微爆燃時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)功率略有增加；強(qiáng)烈爆燃時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)功率下降，工作變得不穩(wěn)定，轉(zhuǎn)速下降，發(fā)動(dòng)機(jī)有較大振動(dòng)。 3) 冷卻系統(tǒng)過(guò)熱(冷卻水、潤(rùn)滑油溫度均上升)。 4) 氣缸蓋溫度上升。 根據(jù)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)理想循環(huán)的分析, 我們知道 。但, 則爆震傾向, 限制了的提高。5.2 汽油機(jī)的燃燒過(guò)程2 產(chǎn)生的原因 終端混合氣自燃 電火花點(diǎn)火后, 火焰以正常的傳播速度20 60 m 向前推進(jìn), 未燃混合氣受到強(qiáng)烈的壓縮和熱幅射。處于最后燃燒位置上的那部分終燃混合氣（ End gas ）, 由于熱幅射作用, 促使先期反應(yīng)加速進(jìn)行, 并放出部分熱量, 又使本身的溫度不斷升高, 以致在正常火

8、焰尚未到達(dá)時(shí), 終端混合氣最適于發(fā)火的部位已經(jīng)形成了一個(gè)或幾個(gè)火焰中心。以遠(yuǎn)大于正常燃燒火焰前鋒面推進(jìn)的速度向周圍傳播。因此，汽油機(jī)的爆燃現(xiàn)象就是終端混合氣的自燃現(xiàn)象。 輕微爆燃 = 100 300 m/s 強(qiáng)烈爆燃 = 800 2000 m/s 若自燃區(qū)占整個(gè)燃燒室容積的5%, 則為強(qiáng)烈爆燃。5.2 汽油機(jī)的燃燒過(guò)程3. 示功圖的比較（1） 正常燃燒與爆震燃燒的比較5.2 汽油機(jī)的燃燒過(guò)程4. 造成的危害 爆燃出現(xiàn)后, 使正常規(guī)則的火焰前鋒面發(fā)生急驟的扭曲。（1） 壓力脈沖噪聲：壓力脈沖在氣缸壁面、活塞頂面及缸蓋底面之間來(lái)回反射, 強(qiáng)迫氣缸壁等零件振動(dòng)而產(chǎn)生高頻噪聲, 其頻率在5000 Hz

9、 以上。 零件壽命 爆燃使缸內(nèi)壓力增加, 活塞, 氣缸壁, 氣缸蓋等各零件機(jī)械荷, 若爆燃時(shí)間長(zhǎng), 則零件壽命。 壓力脈沖破壞了壁面上的層流邊界層。 但層流邊界層被破壞, 使導(dǎo)熱量, 則 熱應(yīng)力 零件壽命；熱損失 熱效率； 冷卻水, 機(jī)油溫度 潤(rùn)滑 零件磨損5.2 汽油機(jī)的燃燒過(guò)程（2） 高溫分解 按提高循環(huán)熱效率的熱力學(xué)觀點(diǎn)看, 爆燃接近于等容燃燒, 熱利用好, 是人們所希望的, 事實(shí)上也是如此, 當(dāng)輕微爆燃, 發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率可以有所提高, 平均有效壓力亦有所增長(zhǎng)。 但在強(qiáng)烈爆燃時(shí), 會(huì)使局部溫度, 出現(xiàn)高溫分解, 生成CO, H2 , O2 , NO等, 嚴(yán)重時(shí)析出游離炭粒，這就是爆震時(shí)可

10、能排氣冒煙的原因。使油耗, 且熱效率反而會(huì)下降。產(chǎn)生出的炭粒又會(huì)形成累積, 破壞活塞, 活塞環(huán), 火花塞和氣閥的正常工作。爆燃還會(huì)促使表面點(diǎn)火的發(fā)生。5.2 汽油機(jī)的燃燒過(guò)程 由于上述原因，爆燃成為限制火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)功率提高和經(jīng)濟(jì)性改善的一個(gè)重要因素。 如果沒有爆燃，汽油機(jī)就可以方便地應(yīng)用高壓縮比或渦輪增壓的方法來(lái)提高功率和改善經(jīng)濟(jì)性。因此，長(zhǎng)期以來(lái)，改進(jìn)汽油煉制方法，在汽油中加入辛烷值高的含氧化合物以增加其抗爆性能，不斷改進(jìn)燃燒系統(tǒng)和進(jìn)氣系統(tǒng)以減少爆燃傾向，采用電控汽油噴射、汽油機(jī)缸內(nèi)直接噴射等，已成為提高汽油機(jī)性能的一個(gè)重要方面。5.2 汽油機(jī)的燃燒過(guò)程 （二） 表面點(diǎn)火 在火花點(diǎn)火式發(fā)動(dòng)

11、機(jī)中, 凡是不依靠電火花點(diǎn)火, 而是由于熾熱表面 （ 如過(guò)熱的絕緣體電極、排氣閥, 尤其是燃燒室表面熾熱的沉積物 ） 點(diǎn)燃混合氣的不正常燃燒現(xiàn)象, 均稱為表面點(diǎn)火或熾熱點(diǎn)火。 5.2 汽油機(jī)的燃燒過(guò)程表面點(diǎn)火大致可分正常（非爆燃性）表面點(diǎn)火和爆燃性表面點(diǎn)火兩種。5.2 汽油機(jī)的燃燒過(guò)程1 非爆燃性表面點(diǎn)火（1） 后火 在火花塞點(diǎn)燃混合氣以后, 熾熱表面才點(diǎn)燃混合氣的現(xiàn)象。形成火焰中心, 但火焰?zhèn)鞑ニ俣日? 雖有時(shí)可使補(bǔ)燃, 但影響不大。（2） 早火 發(fā)生在火花塞點(diǎn)火以前, 火焰?zhèn)鞑ニ俣群芨? ， （ 頗似柴油機(jī)工作粗暴 ）。早火太早, 則使壓縮末期負(fù)功增大, 熱效率, 功率損失, 功率。 單

12、缸早火, 往往會(huì)導(dǎo)致停車。多缸早火, 會(huì)使Ne, 工作粗暴, 壽命。5.2 汽油機(jī)的燃燒過(guò)程2 爆燃性表面點(diǎn)火 （ 激爆 ） 激爆是由燃燒室沉積物引起的爆燃性熾熱點(diǎn)火，這是一種危害性最大的表面點(diǎn)火現(xiàn)象。 試驗(yàn)指出，此時(shí)壓力升高比為正常燃燒的5倍，最高燃燒壓力為正常燃燒的15倍，氣缸內(nèi)的高溫、高壓又促使強(qiáng)烈爆燃的產(chǎn)生，發(fā)生強(qiáng)烈的震音。5.2 汽油機(jī)的燃燒過(guò)程總 結(jié) 表面點(diǎn)火和爆燃是兩種完全不同的不正常燃燒現(xiàn)象，爆燃是在電火花點(diǎn)火以后，終燃混合氣的自燃現(xiàn)象，而表面點(diǎn)火則是熾熱物點(diǎn)燃混合氣所致。但兩者存在著某種相互促進(jìn)的關(guān)系。強(qiáng)烈的爆燃必然增加向氣缸壁的傳熱，從而促成熾熱點(diǎn)的形成，導(dǎo)致表面點(diǎn)火；早火

13、又使氣缸壓力升高比和最高燃燒壓力增加，使未燃混合氣受到較大的壓縮和傳熱，從而促使爆燃發(fā)生。5.2 汽油機(jī)的燃燒過(guò)程1.混合氣濃度1 )對(duì) 的影響（1） 不同燃料 不同曲線曲線1 加鉛芳香族， 抗爆性好， 長(zhǎng)。曲線2 加鉛烷族，抗爆性較好， 較長(zhǎng)。曲線3 正庚烷，抗爆性差， 短。（2） 同一種燃料 一條曲線 ， 三 使用因素對(duì)燃燒過(guò)程的影響5.2 汽油機(jī)的燃燒過(guò)程這是不同 下的最佳示功圖。 1 = 0.84；2 = 0.65； 3 = 1.01； 4 = 1.18。可以看出， = 0.84的示功圖曲線下的面最大。 ， 燃燒劇烈程度 爆燃趨勢(shì)。2) 對(duì)示功圖的影響3) 對(duì)火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊挠绊? 0.

14、850.95 ； ， 5.2 汽油機(jī)的燃燒過(guò)程4） 值的范圍 = 0.40.5 冷起動(dòng)混合氣； = 0.850.95 功率混合氣； = 1.051.15 經(jīng)濟(jì)混合氣。5.2 汽油機(jī)的燃燒過(guò)程2點(diǎn)火提前角1 1, 較大。這時(shí), 點(diǎn)火提前較多。Pmax出現(xiàn)在上止點(diǎn)附近。壓縮負(fù)功 損失 t 壓縮負(fù)功 損失 單缸汽油機(jī)易熄火。 初期放熱 dp/dt Pmax 零件機(jī)械負(fù)荷。 由于此時(shí)缸內(nèi)p, T較高, 使其終端混合氣較為具備著火條件, 到一定程度時(shí), 爆燃出現(xiàn), 所以, 爆燃趨勢(shì)。2 2, 較小。點(diǎn)火提前少。Pmax值出現(xiàn)較晚。 dp/dt Pmax Ne 膨脹功損失 t 補(bǔ)燃 t ，熱負(fù)荷，排放差。

15、 所以, 有一最佳 值。3 3 ，合適。 實(shí)踐證明, 當(dāng) = 1215， 時(shí), 出現(xiàn)在上止點(diǎn)后 = 1215 時(shí)，p圖曲線下的面積最大，有用功最多。點(diǎn)火提前角調(diào)速特性：保持節(jié)氣門開度、轉(zhuǎn)速以及混合氣濃度一定時(shí)，汽油機(jī)功率和燃油消耗率隨點(diǎn)火提前角改變而變化的關(guān)系。5.2 汽油機(jī)的燃燒過(guò)程3轉(zhuǎn)速1 . n 紊流 混合氣混合好 i 散熱 Tc、Pc i n 易吹散已形成的火焰中心 i 2. n 離心式點(diǎn)火提前角調(diào)節(jié)裝置使 。3 . n 紊流強(qiáng)度 s 爆燃趨勢(shì)。5.2 汽油機(jī)的燃燒過(guò)程（四） 負(fù)荷1負(fù)荷 節(jié)氣門開度 進(jìn)入氣缸的混合氣 廢氣的比例相對(duì) 每循環(huán)時(shí)間 傳熱損失 （必須） 2負(fù)荷 缸內(nèi)p，T

16、爆燃趨勢(shì)。（五） 大氣狀況1 P0 G 經(jīng)濟(jì)性，動(dòng)力性。 但爆燃趨勢(shì)。2 T0 G 經(jīng)濟(jì)性，動(dòng)力性。 易發(fā)生氣阻。 爆燃趨勢(shì) 。5.2 汽油機(jī)的燃燒過(guò)程第三節(jié) 汽油機(jī)的燃燒室結(jié)構(gòu)盡量緊湊火花塞位置適當(dāng)燃燒室形狀合理分布具有高的充氣效率形成適當(dāng)?shù)奈闪鬟\(yùn)動(dòng)末端混合氣要適當(dāng)?shù)睦鋮s燃燒室設(shè)計(jì)原則5.3 汽油機(jī)的燃燒室一 、分類按氣門布置分類（一） 頂置 楔型、半球型、浴盆型 結(jié)構(gòu)緊湊，面容比小，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x短, 不易爆燃, 但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。（二） 側(cè)置 L型 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單, 易維修保養(yǎng), 但火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x長(zhǎng), 易爆燃, 故壓縮比小。5.3 汽油機(jī)的燃燒室二、 常用典型燃燒室（一） L型 里卡多 （ Ricar

17、do ） 公司研制，在老解放車上及某些風(fēng)冷汽油機(jī)上應(yīng)用。5.3 汽油機(jī)的燃燒室（二） 楔型 應(yīng)用較多，性能穩(wěn)定。 燃燒室側(cè)剖面為楔型。安排激冷區(qū)，防止爆燃。燃燒速度高，但噪聲、振動(dòng)大，工作易粗暴。5.3 汽油機(jī)的燃燒室 （三） 倒盆型 （ 浴盆型 ） 性能穩(wěn)定，應(yīng)用較多。 擠氣面積不能小于30%。5.3 汽油機(jī)的燃燒室（四） 半球型或蓬型1 半球型應(yīng)用于高速汽油機(jī)中。 流動(dòng)阻力小，面容比小，散熱損失少。激冷區(qū)小，HC排放低。5.3 汽油機(jī)的燃燒室2 蓬型 比半球型高度低。 氣流運(yùn)動(dòng)強(qiáng)，高速性能更好。可安排四氣門機(jī)構(gòu)，充氣效率更高。壓縮比、空燃比大， = 713，A/F = 1622.5，可實(shí)現(xiàn)

18、稀薄燃燒。5.3 汽油機(jī)的燃燒室5.3 汽油機(jī)的燃燒室三、 采用均質(zhì)混合氣的燃燒室（一） 射流型天津大學(xué)劉友均教授研制。擠氣面積大, 方可實(shí)現(xiàn)強(qiáng)射流, 促使主室內(nèi)紊流增強(qiáng)。著火后, 混合氣和火焰從射流孔高速噴向活塞頂部。 形成雙重火焰區(qū), 減小爆燃, 壓縮比可達(dá)9.811.2。 但缸蓋熱應(yīng)力大, 易開裂。5.3 汽油機(jī)的燃燒室5.3 汽油機(jī)的燃燒室（二） 碗型 燃燒室位于活塞頂部。 擠氣紊流 可達(dá)11。 火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x 爆燃趨勢(shì), 可采用稀混氣體。5.3 汽油機(jī)的燃燒室（三）里卡多公司的HRCC燃燒室5.3 汽油機(jī)的燃燒室（四） 福特 CVH 型 堤岸型活塞頂，產(chǎn)生壓縮渦流，擠氣面積為16%。

19、切向進(jìn)氣道，產(chǎn)生進(jìn)氣渦流。 充氣效率較高。激冷區(qū)小，使HC 排放下降。使用90號(hào)汽油時(shí)，壓縮比可達(dá)8.5。功率、扭矩較大。5.3 汽油機(jī)的燃燒室5.3 汽油機(jī)的燃燒室四、汽油機(jī)的分層燃燒及其燃燒室前述汽油機(jī)采用的工質(zhì)是均勻的，是空燃比變化在非常狹窄的范圍內(nèi)(A/F12.617)的混合氣，這樣的燃燒系統(tǒng)本身具有以下缺點(diǎn)：1) 汽油機(jī)功率變化時(shí)，混合氣仍必須維持在點(diǎn)火范圍內(nèi)的濃度，使得空燃比不可能變化很大，這就決定了汽油機(jī)功率不可能用變質(zhì)調(diào)節(jié)，而只能用進(jìn)氣管節(jié)流的變量調(diào)節(jié)。由于節(jié)流引起較大的泵氣損失，所以造成低負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)性較差。5.3 汽油機(jī)的燃燒室2) 容易爆燃。凡是火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤斓幕旌蠚猓彩侨菀滓鸨嫉囊蛩?，因此較濃的混合氣(點(diǎn)火所需的混合氣