8第8章 汽油机混合气的形成和燃烧

汽车发动机原理第8章汽油机混合气的形成和燃烧HubeiAutomotiveIndustryInstitute湖北汽车工业学院汽车工程系HuBeiAutomotiveIndustriesInstituteDep.ofAutomobile第三篇燃烧与排放汽车发动机原理第8章汽油机混合气的形成和燃烧HubeiAutomotiveIndustryInstitute湖北汽车工业学院汽车工程系HuBeiAutomotiveIndustriesInstituteDep.ofAutomobile第8章汽油机混合气的形成和燃烧•8.1汽油机燃烧过程图8.1汽油机的燃烧过程Ⅰ—着火落后期Ⅱ—明显燃烧期Ⅲ—补燃期1—开始点火2—形成火焰中心3—最高压力点汽车发动机原理第8章汽油机混合气的形成和燃烧HubeiAutomotiveIndustryInstitute湖北汽车工业学院汽车工程系HuBeiAutomotiveIndustriesInstituteDep.ofAutomobile燃烧过程分解•（1）着火落后期——从火花塞点火到火焰核心形成的阶段，即从火花塞点火(点1)至气缸压力线明显脱离压缩线而急剧上升时(点2)的时间或曲轴转角•（2）明显燃烧期——指气缸压力线脱离压缩线开始急剧上升到压力达到最高点(图8.1中3点)止——压力升高率代表发动机工作粗暴度和等容度2323ppp（3）后燃期——明显燃烧期终点3至燃料基本上完全燃烧为止汽车发动机原理第8章汽油机混合气的形成和燃烧HubeiAutomotiveIndustryInstitute湖北汽车工业学院汽车工程系HuBeiAutomotiveIndustriesInstituteDep.ofAutomobile2．燃烧速率•（1）层流火焰燃烧速率mLLFvmdtd图8.2层流火焰与火焰前锋面形状的关系汽车发动机原理第8章汽油机混合气的形成和燃烧HubeiAutomotiveIndustryInstitute湖北汽车工业学院汽车工程系HuBeiAutomotiveIndustriesInstituteDep.ofAutomobile•（2）湍流火焰燃烧速率mTTFvmdtd图8.3在不同湍流作用下的火焰前锋厚度（a）湍流较弱（b）湍流较强汽车发动机原理第8章汽油机混合气的形成和燃烧HubeiAutomotiveIndustryInstitute湖北汽车工业学院汽车工程系HuBeiAutomotiveIndustriesInstituteDep.ofAutomobile不规则燃烧1）循环波动•图8.5汽油机典型的气缸压力循环变化情况（1）混合气成分波动（2）气体运动状态波动汽车发动机原理第8章汽油机混合气的形成和燃烧HubeiAutomotiveIndustryInstitute湖北汽车工业学院汽车工程系HuBeiAutomotiveIndustriesInstituteDep.ofAutomobile改善循环波动①一般时循环波动最小，过浓或过稀都会使循环波动加剧。可见过量空气系数对循环波动的影响很大。②适当提高气流运动速度和湍流程度可改善混合气的均匀性，进而改善循环波动。③残余废气系数过大，则循环波动加剧④发动机在低负荷(会增大)、低转速(湍流程度会降低)时，循环波动加剧⑤多点点火有利于减少循环波动⑥提高点火能量、优化放电方式、采用大的火花塞间隙,有助于减小循环波动0.8~1.0a汽车发动机原理第8章汽油机混合气的形成和燃烧HubeiAutomotiveIndustryInstitute湖北汽车工业学院汽车工程系HuBeiAutomotiveIndustriesInstituteDep.ofAutomobile2）各缸工作不均匀•各缸进气充量的不均匀、混合气成分不均匀•汽油机进气管内存在空气、燃料蒸气、各种浓度的混合气、大小不一的油粒以及沉积在进气管壁上厚薄不均的油膜•进气系统设计不当、进气管动态效应、以及各缸进气重叠干涉等原因，使得各缸的实际充气系数不均匀汽车发动机原理第8章汽油机混合气的形成和燃烧HubeiAutomotiveIndustryInstitute湖北汽车工业学院汽车工程系HuBeiAutomotiveIndustriesInstituteDep.ofAutomobile不正常燃烧•1.爆燃现象——爆燃时，缸内压力曲线出现高频大幅度波动(锯齿波)，同时发动机会产生一种高频金属敲击声，因此也称爆燃为敲缸。轻微敲缸时，发动机功率上升，严重敲缸时，发动机功率下降，转速下降，工作不稳定，机身有较大振动，同时冷却水过热，润滑油温度明显上升汽车发动机原理第8章汽油机混合气的形成和燃烧HubeiAutomotiveIndustryInstitute湖北汽车工业学院汽车工程系HuBeiAutomotiveIndustriesInstituteDep.ofAutomobile•机理——火花塞点火后，火焰前锋面呈球面波形状以正常传播速度（30～70m／s）向周围传播，气缸内压力和温度都急剧升高。混合气燃烧产生的压力波迅速向周围传播，在火焰前锋面之前先期到达燃烧室边缘区域，该区域的可燃混合气(即末端混合气)在压缩终点温度的基础上进一步受到压缩和热辐射，加速其先期反应，并放出部分热量，使本身压力和温度不断升高，燃前化学反应加速。一般来说，这些都是正常现象，但如果这一反应过于迅速，以至在火焰锋面到达之前末端混合气即以低温多阶段方式开始自燃，则引发爆燃。爆燃着火方式类似于柴油机，同时在较大面积上多点着火，所以放热速率极快，局部区域的温度压力急剧增加。这种类似阶跃的压力变化，形成燃烧室内往复传播的激波，猛烈撞击燃烧室壁面，使壁面产生振动，发出高频振音(即敲缸声)，这就是爆燃。汽车发动机原理第8章汽油机混合气的形成和燃烧HubeiAutomotiveIndustryInstitute湖北汽车工业学院汽车工程系HuBeiAutomotiveIndustriesInstituteDep.ofAutomobile•影响因素——（1）燃料性质辛烷值高的燃料，抗爆燃能力强。（2）末端混合气的压力和温度末端混合气的压力和温度增高，则爆燃倾向增大。例如，提高压缩比，则气缸内压力、温度升高，爆燃易发生。（3）火焰前锋传播到末端混合气的时间提高火焰传播速度、缩短火焰传播距离，都会减少火焰前锋传播到末端混合气的时间，有利于避免爆燃。汽车发动机原理第8章汽油机混合气的形成和燃烧HubeiAutomotiveIndustryInstitute湖北汽车工业学院汽车工程系HuBeiAutomotiveIndustriesInstituteDep.ofAutomobile2.表面点火•凡是不靠电火花点火而由燃烧室内炽热表面(如排气门头部、火花塞绝缘体或零件表面炽热的沉积物等)点燃混合气的现象，统称表面点火——诱发早燃汽车发动机原理第8章汽油机混合气的形成和燃烧HubeiAutomotiveIndustryInstitute湖北汽车工业学院汽车工程系HuBeiAutomotiveIndustriesInstituteDep.ofAutomobile运转因素对燃烧的影响•1.点火提前角•点火提前角调整特性——当汽油机保持节气门开度、转速以及混合气浓度一定时，汽油机功率和耗油率随点火提前角改变而变化的关系称为点火提前角调整特性汽车发动机原理第8章汽油机混合气的形成和燃烧HubeiAutomotiveIndustryInstitute湖北汽车工业学院汽车工程系HuBeiAutomotiveIndustriesInstituteDep.ofAutomobile•图8.10点火提前角不同时的图p汽车发动机原理第8章汽油机混合气的形成和燃烧HubeiAutomotiveIndustryInstitute湖北汽车工业学院汽车工程系HuBeiAutomotiveIndustriesInstituteDep.ofAutomobile•2.混合气浓度混合气浓度调整特性——在汽油机的转速、节气门开度保持一定，点火提前角为最佳值时调节供油量，记录功率、燃油消耗率、排气温度随过量空气系数的变化曲线汽车发动机原理第8章汽油机混合气的形成和燃烧HubeiAutomotiveIndustryInstitute湖北汽车工业学院汽车工程系HuBeiAutomotiveIndustriesInstituteDep.ofAutomobile•3.负荷——在汽油机上，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图8.12最佳点火提前角随负荷的变化汽车发动机原理第8章汽油机混合气的形成和燃烧HubeiAutomotiveIndustryInstitute湖北汽车工业学院汽车工程系HuBeiAutomotiveIndustriesInstituteDep.ofAutomobile•4.转速——转速增加时，应增大点火提前角汽车发动机原理第8章汽油机混合气的形成和燃烧HubeiAutomotiveIndustryInstitute湖北汽车工业学院汽车工程系HuBeiAutomotiveIndustriesInstituteDep.ofAutomobile8.2汽油机混合气制备原理•汽油机理想混合气特性1．功率混合气与经济混合气2．理想混合气——汽油机在全负荷运行时，希望获得更大的功率以达到最大的动力性能，此时要求供给功率混合气，而在其他负荷运行时，则应从经济性要求出发，来选用合适的混合气浓度汽车发动机原理第8章汽油机混合气的形成和燃烧HubeiAutomotiveIndustryInstitute湖北汽车工业学院汽车工程系HuBeiAutomotiveIndustriesInstituteDep.ofAutomobile1)经济混合气及功率混合气特性线汽车发动机原理第8章汽油机混合气的形成和燃烧HubeiAutomotiveIndustryInstitute湖北汽车工业学院汽车工程系HuBeiAutomotiveIndustriesInstituteDep.ofAutomobile•理想混合气特性线•以图8.13曲线为基础，可做出经济混合气随节气门开度变化的特性线，如图8.14实线。此外，在图上100％节气门开度处取功率混合气值，再从85％开度起逐步由过渡到。以虚线表示。实际上,这只是一种近似的结果。真正的理想混合气特性是通过台架试验的全面调整做出来的汽车发动机原理第8章汽油机混合气的形成和燃烧HubeiAutomotiveIndustryInstitute湖北汽车工业学院汽车工程系HuBeiAutomotiveIndustriesInstituteDep.ofAutomobile•2)理想负荷特性线——负荷特性线是指转速不变时，随负荷而变化的规律•(1)转速固定时，作出各个节气门位置的调整特性线。图8.15(a)为其中的一例eb汽车发动机原理第8章汽油机混合气的形成和燃烧HubeiAutomotiveIndustryInstitute湖北汽车工业学院汽车工程系HuBeiAutomotiveIndustriesInstituteDep.ofAutomobile•(2)将这些调整特性线转为图8.15(b)所示的负荷特性线。此线呈鱼钩状，其及两个点分别与图8.15(a)的及对应。emaxPeminbPaba汽车发动机原理第8章汽油机混合气的形成和燃烧HubeiAutomotiveIndustryInstitute湖北汽车工业学院汽车工程系HuBeiAutomotiveIndustriesInstituteDep.ofAutomobile•(3)将所有节气门位置的鱼钩线统一画在图8.15(c)的-坐标图上，然后取其外包络线，就是该转速的最经济的负荷特性线。因为经过了全面的调整，各负荷的值不可能再低于此包络线ebeP汽车发动机原理第8章汽油机混合气的形成和燃烧HubeiAutomotiveIndustryInstit