发动机燃烧质量分析(1)

发动机燃烧质量分析

发动机的工作原理：下图为一单缸发动机示意图与发动机的燃烧质量有关的一些参数，以及它们对燃烧质量的影响及改进措施

燃烧速度

燃烧速度指单位时间燃挠的混合气量，是衡量发动机性能的指标之一，可以表达为：

式中:

U T —火焰传播速度；

A T —火焰前锋面积；ρ T —未燃混合气密度。

要想使燃挠迅速、及时完成，需要有较高的燃烧速度且合理变化。燃烧速度的大小主要取决于火焰传播速度、火焰前锋面积及未燃混合气密度。

（一）火焰传播速度U T 火焰传播速度取决于燃烧室中气体紊流运动，混合气成分和混合气初始温度。气体紊流强度与火焰速度比之间为一直线关系。紊流强度u指各点速度的均方根值; 火馅速度比是紊流火馅传播与层流火焰传播速度之比。因此，加强燃烧室的紊流，是提高火焰传播速度的主要手段。采用过量空气系数A t =0.85-0.95 时的混合气，可以提高混合气初始温度，有助于加速火焰传播。

“有条不紊的线状运动，彼此不相混掺，为层流流动。随机运动，每个质点的轨迹都是混乱的，在其前进过程中向横向发生混掺，流动，示出很多涡旋，时而消灭时而发生，是为紊流流动。”

二）火焰前锋面积A T

燃烧室形状与火花塞位置配合情况，对火焰前锋面分布规律有很大影响图5-8 所示为不同燃烧室火焰前锋面积变化情况

因此，合理设计燃烧室形状及合理布置火花塞的位置，可以改变不同时期火焰前锋扫过的面积，使明显燃烧期相对曲轴转角的位置及压力升高率在合适的围。

（三）可燃混合气密度ρT 增大未燃混合气的密度，可以提高进气压力和压缩比，从而提高混合气的燃烧速度。

二、混合气成分改变化油器主量孔的大小或改变通过断面可以改变混合气成分。若使用不当也很容易造成混合气成分改变。例如，空气滤清器堵塞，化油器空气量孔堵塞，会使混合气过浓。化油器浮子室油面调整过低，会使混合气体过稀等。混合气浓度的改变对发动机的动力性、燃油经济性及爆燃倾向有很大影响，因此，分析混合气成分对燃烧过程的影响是非常重要的。

燃料能否及时燃烧，取决于火焰传播速度。影响火焰传播速度的主要因素

是混合气成分,火焰传播速度随过量空气系数的变化如图5-9 所示。

由图可以看出，当过量空气系数Φat =0.85 ～0.95, 火焰传播速度最大，此时燃烧速度最快，可在短时间使气缸压力温度达到最大值，散热损失小，作功最多，由于此时供给的燃料量比完全燃烧时所需的燃料稍多，在空气量一定的情况下，提高了对氧的利用程度，使燃烧产物的分子数增多，燃气压力提高。因此，发动机发出最大功率，称这种混合气为最大功率混合气。汽车在满负荷工况下工作时，要求汽油机输出最大功率，此时，化油器应供给最大功率混合气。

当过量空气系数Φat <0.85 ～0.95 时，称为过浓混合气。此时由于火焰传播速度降低，功率减少；且由于缺氧，燃烧不完全，使热效率降低，耗油率增加。发动机怠速或低负荷运转时，节气门开度小，进入气缸的新鲜混合气量少，残余废气相对较多，可能引起断火现象。为维持发动机稳定运转，通常供给比大功率混合气更浓的混合气。一般Φat =0.6 左右。如果发动机中等负荷下也供给过浓混合气，由于火焰传播速度低，燃烧速度减慢，混合气在大容积下燃烧，发动机易过热，排气温度增高。高温废气中未完全燃烧的成分在排气管口与空气相遇，剧烈氧化，形成排气管放炮现象。当Φat

=0.4 ～0.5 时，由于严重缺氧，火焰不能传播，混合气不能燃烧。因此，Φat =0.4 ～0.5 的混合气成分称为火馅传播上限。

当过量空气系数Φat =1.05 ～1.15 时，火焰传播速度仍较高，且此时空气相对充足，燃油能完全燃烧，所以热效率最高，有效耗油率最低。此浓度混合气体称为最经济混合气。汽车行驶的大多数情况是处于中等负荷工况工作，为减少燃油消耗，化油器应供给最经济混合气成分。

当过量空气系数Φat >1.05 ～1.15 时，称为过稀混合气。此时火焰传播速度降低很多，燃烧缓慢，使燃烧过程进行到排气行程终了。补燃增多，使发动机功率下降，油耗增多。由于燃烧过程的时间延长，在排气行程终了时进气门已开启，含氧过剩的高温废气可以点燃进气管新气，造成化油器放炮。当Φat =1.3 ～1.4 时，由于燃烧热值过低，混合气不能传播，造成缺火或停车现象，此时混合气浓度为火焰传播的下限。

由此可见，为保证发动机燃烧质量，有利的混合气成分一般在Φat =0.85 ～1.2 围。

当使用功率混合气时，火焰传播速度最快，从火焰中心形成到火焰传播到末端混合气的火焰传播时间缩短，使爆燃倾向减小，同时缸压力、温度较高，压力升高率较大，使从火焰中心形成到末端混合气自燃发火的准备时间也缩短，又使爆燃倾向增大，实践证明，后者是影响的主要方面。因此，在各种混合气成分中，以供给最大功率混合气时最易爆燃。如汽车满载爬坡时容易爆燃

三、点火提前角

点火提前角大小对汽油机燃烧性能也有很大影响。图5-10 为气门全开、额定转速下混合气成分不变时，改变点火提前角燃烧示功图的变化

由（a）图可见,曲线l 的示功图点火提前角为θig 1。相比之下，θig 1过大（点火过早）, 使经过着火落后期后，最高燃烧压力出现在压缩行程的上止点以前。最高压力及压力升高率过大，活塞上行时消耗的压缩功增加、发动机容易过热，有效功率下降，工作粗暴程度增加。同时由于混合气体的压力、温度过高，爆燃倾向增加。在这种情况下，只要适当减小点火提前角，就可以消除爆燃。

曲线2的示功图对应的点火提前角过小于θig 2（点火过迟）。经过着火落后期后，燃烧开始时，活塞已向下止点移动相当距离，使混合气燃烧在较大容积下进行，炽热的燃气与缸壁接触面积大，散热损失增多。最高压力降低，且膨胀不充分，使排气温度过高，发动机过热，功率下降，耗油量增多。

曲线3 的示功图对应的点火提前角θig 3比较适当。因而，压力升高率不是过高，最高压力出现在上止点后合适的角度。从（b）图的比较可以看出，示功图1 比示功图3 多做了一部分压缩功又减少了一部分膨胀功。示功图2 的膨胀线