汽油机混合气的形成和燃烧

第四章汽油机混合气的形成和燃烧第一节汽油机燃烧过程一、正常燃烧过程1、着火延迟期（1~2）从电火花跳火开始到明显的火焰核心形成以前的这段时间，称为着火延迟期。当汽油和空气的混合气进入汽缸以后，由于汽油的自燃温度远远高于其点燃温度，这时还不能产生自燃。只有在火花塞跳火以后，由于电火花的高能量，使火花塞电极间隙处的混合气温度急剧升高。极大地加速了反应的进行，经过一段时间后，才形成明显燃烧的火焰核心。点火提前角2、明显燃烧期（2~3）一般用压力上升速度来表示压力变化的急剧程度。3232(/)apppkpCA从火焰中心形成（示功图上缸内压力偏离压缩线的2点）开始，到气缸内压力达到最高点（点3）为止，这段时间称为明显燃烧期。3、补燃期（3~）从示功图上最高压力点（点3）以后的燃烧，称为补燃期。补燃是活塞向下止点移动时进行的，这时活塞已经接近膨胀行程的中﹑后期，燃料的热能不能得到充分的利用。所以，补燃是我们所不希望的。二、不规则燃烧定义：指在稳定正常运转的情况下，各循环之间的燃烧变动和各气缸之间的燃烧差异。１．各循环间的燃烧变动原因：燃烧分配不均匀程度和气体扰动的影响。２．各缸间的燃烧差异原因：燃烧分配不均匀。1、爆燃（爆震燃烧）1）、产生的原因远离火花塞的末端混合气产生自燃三．不正常燃烧①燃料性质：辛烷值越高，抗爆性越好。②末端混合气的压力和温度③火焰前锋传播到末端混合气的时间。2）、影响爆燃的因素3）、造成的危害1）零件承受过度载荷2）零件温度过高，冷却水温度过高，发动机效率下降（附面层被冲击破坏，则高温燃气会传到缸壁及外面介质，致使温度过高）3）加剧磨损因为爆燃使摩擦副表面的油膜被破坏，爆燃磨损比正常磨损大27倍．2、表面点火1）、定义汽油机中,凡是不靠电火花点火而由燃烧室内炽热表面点燃混合气的现象统称表面点火。炽热点：排气门头部，火花塞电极，燃烧室积炭早燃是表面点火的一种现象。早燃①定义：指在火花塞点火之前，炽热表面就点燃混合气的现象。③危害④特征②原因：炽热表面引起早燃相比于爆燃，由于没有压力冲击波，故“敲缸声”比较沉闷。发动机过热，功率下降。a)早燃诱发爆燃、爆燃加剧表面点火。b)压缩功增大，发动机功率下降。c)零件过热。d)燃烧速率快，发动机工作粗暴。四．燃烧速度1、定义：燃烧速度是指单位时间燃烧的混合气量。TTTdmUAdt2、UT与紊流的关系紊流导致了火焰前锋面严重扭曲，火焰前锋扭曲越多，UT越高3、燃烧速度与混合气成分的关系4）当α0.4~0.5时1）当α=0.85~0.95时，UT最大，燃烧速度最快，功率最大，故称此混合比为功率混合比。2）当α=1.03~1.1时UT下降不多，又因为有足够的氧气使燃烧完全。称此混合比为经济混合比。3）当α1.3~１.4时混合气太稀，火焰难以传播，称此混合比为火焰传播下限。严重缺氧，火焰也不能传播，称此混合比为火焰传播上限。5）小结为了保证可靠地工作，汽油机一般为α＝0.6～1.2，相当于空燃比=9~18。五.使用因素对燃烧的影响1、燃料性质的影响燃料性质对燃烧过程的影响主要表现在对爆燃的影响上。辛烷值愈大，燃烧的爆燃顷向愈小。2、混合气成分的影响1）当α=0.8~0.9时，火焰传播速度最快，这时发动机的功率Pe最大。由于这时燃烧产生的压力pZ和温度TZ都较高，所以产生的爆燃的倾向也最大。2）随着混合气的变稀，在α=1.03～1.1时，燃烧较完全，be最低，但缸内温度最高，NOX排放量大。3）当混合气过浓或过稀时，都会产生不完全燃烧，CO、HC排放量增大。3、点火提前角的影响①点火提前角过大时②点火提前角过小时增加了压缩功的消耗，示功图面积也减小，功率降低，同时，发动机工作粗暴性增加，爆燃的倾向也增加。使燃烧在膨胀过程中进行，燃烧的最高压力和最高温度将降低，热损失增多，功率下降。4、转速的影响随燃烧时期不同而不同，转速的变化几乎不影响着火延迟期所需的时间，但转速对明显燃烧期的影响是很大的。在转速增时，点火提前角也应适当增大，否则燃烧将拖延到膨胀过程，致使发动机的功率和经济性下降。为此，在汽油机的分电器中一般都装有离心点火提前角装置。当运转中的发动机产生的爆震燃烧可以用提高转速的方法来消除它。5、负荷的影响当运转中的汽油机产生爆震燃烧以后，可以通过减少负荷的方法来消除爆震燃烧。当负荷减少时，节气门开度变小，进入气缸的混合气量减少，而残余废气量是几乎不变的，这样残余废气所占比例相对增大，相当于对进入气缸的混合气起到稀释作用。同时，由于每循环燃烧的混合气数量减少，使气缸壁与燃烧室壁的温度都有下降。这些因素都使混合气的着火延迟时间加长。为此，必须相应地加大点火提前角。因而在分电器中都装有真空点火提前调节装置。6、大气状况的影响当大气压力低时，气缸充气量减少，混合气变浓，另外，压缩压力低，火化塞点火及火焰传播速度慢，经济性和动力性下降，但爆燃倾向减少。所以一般汽车驶入高原地区，一般比较少发生爆燃。当大气温度高时，同样气缸充量下降，经济性，动力性变差，且容易发生爆燃和气阻。炎热——加强冷却寒冷——预热一、化油器式混合气的形成第二节汽油机混合气的形成二、汽油喷射式混合气的形成系统简介空气系统燃料系统控制系统结构任何一种电子控制汽油喷射装置，都是由喷油油路，传感器组和电子控制单元(微型电脑)三大部分组成。当喷射器安装在原来化油器位置上，称为单点电控燃油喷射装置；当喷射器安装在每个气缸的进气管上，称为多点电控燃油喷射装置。汽油直接喷射与化油器式相比有以下优点：（1）进气管道中设有狭窄的喉管，空气流动阻力小，充气性能好，输出功率大。（2）混合气的分配均匀性较好。（3）可以随着发动机使用工况及使用场合的变化而配制一个最佳的混合气成分。（4）具有良好的加速等过渡性能。（5）经济性能较好。缺点：系统布置复杂，制造成本高。三、两种混合气形成方式的比较第三节燃烧室一、对燃烧室的要求6、降低末端可燃混合气温度1、结构紧凑2、良好的充气性能3、火花塞位置安排适当4、燃烧室形状合理5、组织适当的紊流进气涡流挤流面容比（F/V）值小,则结构紧凑。（F/V）——燃烧室表面积与其容积之比。优点：1）火焰传播距离小，不易爆燃，可提高压缩比。2）相对散热损失小，热效率高。3)熄火面积小，HC排量小。1）允许有较大的进气门直径；2）进、排气阻力小，即少弯折、多圆滑。3）避免壁面的遮蔽作用。即燃烧室壁面与气门头部要有足够的间隙。1)火花塞与排气门之间的距离要短。2)要使火花塞电极能够受到进气的冷却，并使电极附近的燃烧产物得到清除。燃烧室形状应使火焰传播趋于合理，避免燃烧速度过快而引起的发动机工作粗暴。二.常用典型的燃烧室1、浴盆型燃烧室1）F/V较大，火焰传播距离长，故压缩比不高。2）动力性、经济性不高。3）HC多，NOx少。4）工艺性好，维修方便。①形状：②特点:③应用:2、楔形燃烧室①形状：②特点:③应用:1）结构较紧凑，火焰传播距离短。ε可达9.5~10.52）动力性，经济性较好。3）NOx多，HC也多（挤气面积的熄火现象所致）3、多球形燃烧室①形状：②特点:③应用:1）结构紧凑，火花塞位于火焰传播距离最小。2）动力性，经济性好。3）HC少。4）结构复杂，工艺性差。三.采用均质稀混合气的燃烧室1.火球高压缩比燃烧室2.碗形燃烧室3.四气门稀燃系统四.分层给气式燃烧室1、分层给气燃烧2、分层给气燃烧室简单地说，汽油机的分层给气燃烧是采用稀薄不均匀的混合气，由外源点燃的燃烧方式。1）、汽油喷射式：统一式燃烧室具有副室式燃烧室2）、化油器式：统一式燃烧室具有副室式燃烧室3.美国德士古燃烧系统TCCS燃烧室4.本田CVCC燃烧系统5.轴向分层燃烧