发动机原理-§3汽油机燃烧

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二、汽油机不正常燃烧
1.爆燃 1.爆燃 ⑴现象： 现象： 爆燃时， 爆燃时，缸内出现特 别高的压力和压力升高率 〔 dp ≥3 MPa/°CA 〕 MPa/° 并出现高频激振波( 并出现高频激振波(锯齿 波)，敲击气缸和燃烧室 壁面， 壁面，除发生金属敲击声
正常燃烧 爆燃
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dp ≥3MPa/°CA； ≥3MPa/°CA； dϕ
⑷影响爆燃的因素
① 燃料性质 辛烷值高的燃料，抗爆燃能力强。 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。 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， 例如，提高压缩比，则气缸内压力、温度升高，爆 燃易发生。提高冷却强度，爆燃倾向减小。 燃易发生。提高冷却强度，爆燃倾向减小。 汽油机压缩比的提高受到爆燃的限制。 汽油机压缩比的提高受到爆燃的限制。 ③ 火焰前锋传播到末端间， 缩短火焰前锋传播到末端混合气的时间，有利于避 免爆燃。 免爆燃。 提高火焰传播速度（增加气流运动的紊流度） 提高火焰传播速度（增加气流运动的紊流度） 缩短火焰传播距离（燃烧室结构、火花塞位置等） 缩短火焰传播距离（燃烧室结构、火花塞位置等）
dp 混合气剧烈燃烧， 混合气剧烈燃烧， dϕ ↑
dp 压缩消耗功↑ 工作粗暴，动力性↓ 使： dϕ ↑，压缩消耗功↑，工作粗暴，动力性↓。
↑ ，pmax ↑ 。 ↑
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防止表面点火的措施
⑴减少或消除燃烧室积炭 ①使用含胶质少的燃料、润滑油； ②燃烧室结构简单、光整等。 ⑵提高点火能量 ⑶降低压缩比
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三、运转因素对燃烧的影响
1.点火提前角θ .点火提前角θ 混合气在气缸内完全燃烧需要一定的时间， 混合气在气缸内完全燃烧需要一定的时间，为使最高 燃烧压力出现在上止点后12 12° 15°CA，因此， 燃烧压力出现在上止点后12°～15°CA，因此，点火时间 必须提前。 必须提前。 点火提前角调整特性 当汽油机保持节气门开度、 当汽油机保持节气门开度、转速以 及混合气浓度一定时， 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，如图3-3。 为点火提前角调整特性，如图3 不同工况下，点火提前角是不同的。 不同工况下，点火提前角是不同的。
图3-4 点火提前角不同时的p -ϕ图
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2.混合气浓度
混合气对汽油机燃烧过程和性能有很大影响。 混合气对汽油机燃烧过程和性能有很大影响。改变 过量空气系数α值时， 不同。 过量空气系数α值时，火焰传播速度 us 不同。 0.8～0.9时 ⑴ α＝0.8～0.9时，us → us,max ，Pz 、Tz 、
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一、 汽油机正常燃烧
当汽油机压缩行程接近终了时， 当汽油机压缩行程接近终了时，火花塞跳火点燃可燃混 合气，形成火焰中心， 合气，形成火焰中心，火焰按一定速度连续传播到整个燃烧 室的空间， 室的空间，这种燃烧现 象称为汽油机正常燃烧。 象称为汽油机正常燃烧。 在此期间， 在此期间，火焰前 锋面向前推进， 锋面向前推进，使未燃 混合气受到压缩和热辐 压力、 射，压力、温度急剧上 升。按其压力变化的特 征，将燃烧过程人为的 图3-1汽油机的燃烧过程 分为三个阶段， 分为三个阶段，即滞燃 Ⅰ—滞燃期 Ⅱ—急燃期 Ⅲ—补燃期 滞燃期 急燃期 补燃期 开始点火 形成火焰中心 最高压力点 急燃期和补燃期。 期、急燃期和补燃期。 1—开始点火 2—形成火焰中心 3—最高压力点
dϕ max
图3-2 汽油机正常燃烧与爆燃的比较
外，还会破坏缸壁上润滑油膜，加剧运动件的磨损。经常敲 还会破坏缸壁上润滑油膜，加剧运动件的磨损。 缸的发动机排气温度增加，冷却水过热，润滑油老化加剧。 缸的发动机排气温度增加，冷却水过热，润滑油老化加剧。
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⑵ 产生机理 火花塞点火后， 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，缸内压力和温 传播速度（30～70m 向周围传播， 度急剧升高， 度急剧升高，末端混合气在火焰前锋面尚未到达之前 产生自燃现象的结果。 末端可燃混合气由于压缩、加热（传热、热辐射） 末端可燃混合气由于压缩、加热（传热、热辐射） 的作用，加速了先期物、化反应， 的作用，加速了先期物、化反应，形成一个或几个新 的火焰中心， 的火焰中心，并以很快的火焰传播速度将终燃混合气 燃烧完毕。 燃烧完毕。
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3点位置： 点位置：
3点的出现的时刻非常重要。 点的出现的时刻非常重要。 太早：压缩功↑ 膨胀功↓ 动力性↓ 经济性↓ 太早：压缩功↑，膨胀功↓ → η t ↓，动力性↓，经济性↓
∆ pmax↑、max ↑、 p ↑，机械负荷↑热负荷↑。 T 机械负荷↑热负荷↑ ∆ϕ
（压力升高率代表发动机工作粗暴程度） 压力升高率代表发动机工作粗暴程度） 太迟：热量利用率↓ 太迟：热量利用率↓ → η t ↓。（加热时刻远离上止点） 还易造成排气管“放炮” 进气管“回火”现象。 还易造成排气管“放炮”，进气管“回火”现象。 出现在上止点后12 15° 12～ 一般 pmax出现在上止点后12～15°CA,
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燃烧过程分析
1、滞燃期（着火延迟期或着火落后期） 滞燃期（着火延迟期或着火落后期） 从火花塞点火到火焰核心形成的阶段。 从火花塞点火到火焰核心形成的阶段。即从火花塞点火 1)至气缸压力线明显脱离压缩线而急剧上升时 至气缸压力线明显脱离压缩线而急剧上升时( 2)的时 (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。 间或曲轴转角。 火花塞点火，加速电极周围的预混合气热反应速度， 火花塞点火，加速电极周围的预混合气热反应速度，温 压力升高而着火，形成火焰中心。 度、压力升高而着火，形成火焰中心。 ⑴ 特点 压力、温度按压缩规律变化。 压力、温度按压缩规律变化。 ⑵ 对性能的影响 汽油机燃烧滞燃期对性能的影响不如柴油机大， 汽油机燃烧滞燃期对性能的影响不如柴油机大，主要影 响示功图的位置。 应力求缩短滞燃期，控制着火时间） 响示功图的位置。（应力求缩短滞燃期，控制着火时间）
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⑶ 特点 火焰传播速度快。轻微爆燃时100 300m/s,强烈爆 100～ ① 火焰传播速度快。轻微爆燃时100～300m/s,强烈爆 燃时可达800～1000m/s或以上; 燃时可达800～1000m/s或以上; 800 或以上 燃烧最高温度、压力高。 4000° ② 燃烧最高温度、压力高。燃气 Tmax ≥4000°k; 局部最 高压力可达10 高压力可达10MPa; ③ 产生高频压力冲击波。会发出金属敲击声，也会破坏 产生高频压力冲击波。会发出金属敲击声， 层流气膜和缸壁油膜，使传热损失↑ 磨损↑ 水温↑ 层流气膜和缸壁油膜，使传热损失↑，磨损↑，水温↑ 油温↑ 油温↑； 动力性↓ 经济性↓ ④ 动力性↓ ，经济性↓； 高温分解现象严重，碳烟↑ ⑤ 高温分解现象严重，碳烟↑ ，CH ↑, CO ↑, NOx ↑。
∆p = 0.175 ~ 0.25 ∆ϕ
可通过调整最佳点火提前角实现。 [MPa/degCA]为宜。可通过调整最佳点火提前角实现。
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3、补燃期 从最高燃烧压力点3到燃烧结束称为补燃期。 从最高燃烧压力点3到燃烧结束称为补燃期。 ⑴ 特点 燃烧火焰前锋面过后未燃烧的可燃混合气， ① 燃烧火焰前锋面过后未燃烧的可燃混合气，以及燃 烧室边缘和缝隙中的未燃烧的可燃混合气。 烧室边缘和缝隙中的未燃烧的可燃混合气。 补燃期的燃烧与柴油机有所区别。（ 。（汽油机不象柴 ② 补燃期的燃烧与柴油机有所区别。（汽油机不象柴 油机随喷随燃， 以后还有喷入， 油机随喷随燃，燃料在 pmax 以后还有喷入，补燃情 况要小得多。） 况要小得多。） ⑵ 对性能的影响 补燃期燃烧放出的热量不能有效转变为功， 补燃期燃烧放出的热量不能有效转变为功，使排气温度 升高，热效率下降。 活塞下行，压力降低） 升高，热效率下降。（活塞下行，压力降低） 要求：尽量缩短补燃期。 要求：尽量缩短补燃期。 补燃期
汽车发动机原理
第三章 汽油机混合气形成和燃烧
§3-1 汽油机燃烧过程
一、汽油机正常燃烧 二、汽油机不正常燃烧
§3-2 汽油机燃烧室
一、燃烧室设计的基本原则 二、典型燃烧室
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第三章 汽油机混合气的形成和燃烧
§3-1汽油机燃烧过程
由于燃料性质、混合气形成方式和着火方式的不同， 由于燃料性质、混合气形成方式和着火方式的不同，汽 油机的燃烧过程与柴油机的燃烧过程有较大的区别： 油机的燃烧过程与柴油机的燃烧过程有较大的区别： 汽油机燃烧过程属于预混合燃烧， ⑴ 汽油机燃烧过程属于预混合燃烧，具有定容燃烧的性 质。燃烧持续时间较短（约25～40°CA，柴：50～70°CA）。 燃烧持续时间较短（ 25～40°CA， 50～70°CA）。 由于爆燃的限制，压缩比不能过高。 ⑵ 由于爆燃的限制，压缩比不能过高。导致燃烧过程热 效率低，排气温度高。（膨胀不充分） 效率低，排气温度高。（膨胀不充分） 。（膨胀不充分 ⑶ 由于接近定容燃烧，因此，燃烧最高温度较高；同时， 由于接近定容燃烧，因此，燃烧最高温度较高；同时， 由于过量空气系数较小，不完全燃烧现象容易出现， 由于过量空气系数较小，不完全燃烧现象容易出现，排气污 染比柴油机严重。 染比柴油机严重。
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2、明显燃烧期（急燃期） 明显燃烧期（急燃期） 指气缸压力线脱离压缩线开始急剧上升（ 指气缸压力线脱离压缩线开始急剧上升（点2）到缸内压 力达到最高点( 3)。 力达到最高点(点3)。 这期间经历了火焰核心形成到火焰传遍整个燃烧室。 这期间经历了火焰核心形成到火焰传遍整个燃烧室。 ⑴ 特点 是汽油机燃烧过程的主要阶段。 ① 是汽油机燃烧过程的主要阶段。燃烧掉绝大部分的可 燃混合气（ 燃混合气（80﹪～90﹪ ）; 燃烧速度（火焰传播速度） 80m/s） ② 燃烧速度（火焰传播速度）快（50～80m/s）; 缸内温度、压力急剧上升， ③ 缸内温度、压力急剧上升，出现 pmax 、Tmax ，缸内最 高压力可达3 高压力可达3～5MPa 。 ⑵ 对性能的影响 到达的时刻（ 对汽油机动力性、 最高压力 pmax 到达的时刻（点3 ）对汽油机动力性、经济 工作粗暴等有重大影响 粗暴等有重大影响。 性、工作粗暴等有重大影响。