发动机原理B-第四五章汽油机柴油机混合气的形成和燃烧-2012课件资料
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AT--火焰前锋面积 ρ T--未燃混合气密度 UT--火焰速度
控制燃烧速度就能控制明显燃烧期的长短及其 相对曲轴转角的位置。 现代汽油机转速很高，一般在5000—8000 r/min，燃烧时间极短，1—2ms
2017/10/Fra Baidu bibliotek3 发动机原理 10
燃烧速度－影响因素
火焰速度UT
第四章 汽油机混合气的形成和燃烧
发动机的燃烧过程是影响发动机动力性、 经济性和排气污染的主要过程，对噪声、 振动、起动性能和使用寿命也有重大影响。
4.1 4.2 4.3 4.4
汽油机正常燃烧过程 汽油机不规则及不正常燃烧 影响燃烧过程的因素 常用典型燃烧室结构
发动机原理 3
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发动机原理
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2.表面点火
产生原因：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。 高温炽热表面在火花塞点火前点燃混合气的现 象称为早燃。 早燃的危害：发动机工作粗暴，压缩功增大， 功率下降，火花塞、活塞等零件过热 早燃与爆燃的关系：早燃会诱发爆燃，爆燃又 会让更多的炽热表面温度升高，促使更剧烈的 表面点火，两者互相促进，危害可能更大。
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循环变动原因
混合气成分波动 气体运动状态波动
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影响循环变动的因素较多。如混合气浓度、 发动机负荷、发动机转速、点火时刻、燃 烧室的形状、火花塞位置、压缩比、配气 定时等。 为提高发动机功率、减少油耗、降低排放 污染与噪声,应使燃烧变动降低到最小限度。 可适当提高发动机转速及负荷、增大点火 提前角、过量空气系数φat 控制在0.8～0.9 左右、加强气体紊流、增加点火能量、采 用多点点火等。
3. 后燃期（φC～φD )
现象 燃烧剩余约10％燃料，主要存在 于火焰前锋面扫过后尚未完全燃烧 区域、壁面附近未燃混合气 要求： 燃期短—后燃期↑， ηi ↓ ， 排温 ↑，甚至“放炮” 燃烧净—否则，HC ↑ ，CO ↑
燃烧速度
燃烧速度是指单位时间燃烧的混合气量
dm T U T AT dt
发动机原理
武汉理工大学 汽车工程学院 刘志恩 2012年6月
目 录
绪论 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第九章
2017/10/13
发动机的性能 发动机的换气过程 发动机的燃料与燃烧 汽油机混合气的形成和燃烧 柴油机混合气的形成和燃烧 发动机的特性 排气污染与控制
发动机原理 2
4.1 汽油机正常燃烧过程
汽油机的混合气的形成和燃烧过程是：
先在气缸外部的进气管（进气道）内，利用喷 嘴或化油器使空气和燃油混合，形成可燃混合 气； 混合气进入气缸后，到压缩行程终了时形成均 匀混合气，再经电火花点火进行燃烧。
汽油机的正常燃烧过程是由火花塞点火开 始，火焰前锋以一定的速度传遍整个燃烧 室的过程。
2. 明显燃烧期（φB～φC ）
现象： 由明显火核产生～火焰充满 燃烧室； 90％燃料在此期间被燃烧。 也称为速燃期 Δp/Δφ在0.2--0.4MPa/CA 放热速率特征值CA50：累计放 热50%的相位，0～10 CAATDC
主要控制参数1： 最高爆发压力pmax
pmax ↑，ηi ↑，W i ↑，NOx ↑，机械负荷及热负荷↑； pmax位置，φc＝10～15 CA（ ATDC）
（二）、不正常燃烧
在汽油机正常燃烧情况下，提高压缩比可 以提高汽油机的动力性和燃油经济性。 而当出现不正常燃烧时，热效率及功率均 要下降。 同时，由于不正常燃烧使零件磨损加剧， 使用寿命下降，发动机振动及噪声增大， 排放污染严重，发动机过热。 汽油机的不正常燃烧主要有爆燃和表面点 火。
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各缸工作不均匀原因
各缸进气充量不均匀 混合气成分不均匀
进气空气量、进气速度、气 流扰动强度、燃烧室形状、压 缩比、火花塞位置的差异也有 影响。
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从燃烧示功图也可看出各缸燃烧的差异，图5-3为CA6102发动机节 气门开度75%，转速 n =1400(r/min)和3000（r/min)时各缸燃烧示功图。
汽油机着火和燃烧的火焰传播过程
火核形成
特点：均质透明火焰，前锋面皱褶
对汽油机燃烧过程的分析主要根据展开示功图Pφ进行。 根据缸内压力变化的特征，汽油机的燃烧过程可 分为三个阶段： Ⅰ-着火落后期 Ⅱ-明显燃烧期 Ⅲ-补燃期 对在燃烧压力线上:
1点为火花塞跳火点； 2点为燃烧压力线脱离压缩 压力线点； 3点为最高压力点。
火焰前锋相对于未 燃混合气向前推进 的速度。
• 气体的紊流运动 • 混合气成分 • 混合气初始温度
火焰前锋面积AT 可燃混合气密度ρ
T
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4.2 汽油机不规则及不正常燃烧
（一）、不规则燃烧
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。 • 循环变动：各循环间的燃烧变动 • 各缸工作不均匀：各缸间燃烧差异 对于各缸和各循环而言，混合气温度等都可能互 不相同，点火提前角和空燃比的调节不可能都处 在最佳值，这就影响各缸和各循环初始火焰形成 时刻的稳定性，导致各缸和各循环最大燃烧压力 和平均指示压力的变化。
发动机原理
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1.爆燃
外部特征：特别尖锐的金属敲击声，亦称之敲 缸 产生原因：在火焰前锋尚未到达之前，末端混 合气已经自燃 影响因素：
• 燃料性质，燃料的抗爆燃能力－辛烷值 • 末端混合气的压力和温度
• 火焰前锋传播到末端混合气的时间
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右图中虚线表示只压缩不 点火的压缩线；
1. 着火落后期（φA～φB ）
现象： 在φA点开始火花点火，高 温单阶段着火； 在φB点产生稳定的火核， 开始火焰传播； φB点也可用CA05表示，即 累计放热5%的相位。 特性参数：着火落后期φi 10°～ 20°CA
注意区别点火提前角θig φi 相对稳定（相对柴油机），因此θig对pmax相位有重要影响
控制燃烧速度就能控制明显燃烧期的长短及其 相对曲轴转角的位置。 现代汽油机转速很高，一般在5000—8000 r/min，燃烧时间极短，1—2ms
2017/10/Fra Baidu bibliotek3 发动机原理 10
燃烧速度－影响因素
火焰速度UT
第四章 汽油机混合气的形成和燃烧
发动机的燃烧过程是影响发动机动力性、 经济性和排气污染的主要过程，对噪声、 振动、起动性能和使用寿命也有重大影响。
4.1 4.2 4.3 4.4
汽油机正常燃烧过程 汽油机不规则及不正常燃烧 影响燃烧过程的因素 常用典型燃烧室结构
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2.表面点火
产生原因：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。 高温炽热表面在火花塞点火前点燃混合气的现 象称为早燃。 早燃的危害：发动机工作粗暴，压缩功增大， 功率下降，火花塞、活塞等零件过热 早燃与爆燃的关系：早燃会诱发爆燃，爆燃又 会让更多的炽热表面温度升高，促使更剧烈的 表面点火，两者互相促进，危害可能更大。
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循环变动原因
混合气成分波动 气体运动状态波动
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影响循环变动的因素较多。如混合气浓度、 发动机负荷、发动机转速、点火时刻、燃 烧室的形状、火花塞位置、压缩比、配气 定时等。 为提高发动机功率、减少油耗、降低排放 污染与噪声,应使燃烧变动降低到最小限度。 可适当提高发动机转速及负荷、增大点火 提前角、过量空气系数φat 控制在0.8～0.9 左右、加强气体紊流、增加点火能量、采 用多点点火等。
3. 后燃期（φC～φD )
现象 燃烧剩余约10％燃料，主要存在 于火焰前锋面扫过后尚未完全燃烧 区域、壁面附近未燃混合气 要求： 燃期短—后燃期↑， ηi ↓ ， 排温 ↑，甚至“放炮” 燃烧净—否则，HC ↑ ，CO ↑
燃烧速度
燃烧速度是指单位时间燃烧的混合气量
dm T U T AT dt
发动机原理
武汉理工大学 汽车工程学院 刘志恩 2012年6月
目 录
绪论 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第九章
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发动机的性能 发动机的换气过程 发动机的燃料与燃烧 汽油机混合气的形成和燃烧 柴油机混合气的形成和燃烧 发动机的特性 排气污染与控制
发动机原理 2
4.1 汽油机正常燃烧过程
汽油机的混合气的形成和燃烧过程是：
先在气缸外部的进气管（进气道）内，利用喷 嘴或化油器使空气和燃油混合，形成可燃混合 气； 混合气进入气缸后，到压缩行程终了时形成均 匀混合气，再经电火花点火进行燃烧。
汽油机的正常燃烧过程是由火花塞点火开 始，火焰前锋以一定的速度传遍整个燃烧 室的过程。
2. 明显燃烧期（φB～φC ）
现象： 由明显火核产生～火焰充满 燃烧室； 90％燃料在此期间被燃烧。 也称为速燃期 Δp/Δφ在0.2--0.4MPa/CA 放热速率特征值CA50：累计放 热50%的相位，0～10 CAATDC
主要控制参数1： 最高爆发压力pmax
pmax ↑，ηi ↑，W i ↑，NOx ↑，机械负荷及热负荷↑； pmax位置，φc＝10～15 CA（ ATDC）
（二）、不正常燃烧
在汽油机正常燃烧情况下，提高压缩比可 以提高汽油机的动力性和燃油经济性。 而当出现不正常燃烧时，热效率及功率均 要下降。 同时，由于不正常燃烧使零件磨损加剧， 使用寿命下降，发动机振动及噪声增大， 排放污染严重，发动机过热。 汽油机的不正常燃烧主要有爆燃和表面点 火。
2017/10/13
各缸工作不均匀原因
各缸进气充量不均匀 混合气成分不均匀
进气空气量、进气速度、气 流扰动强度、燃烧室形状、压 缩比、火花塞位置的差异也有 影响。
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从燃烧示功图也可看出各缸燃烧的差异，图5-3为CA6102发动机节 气门开度75%，转速 n =1400(r/min)和3000（r/min)时各缸燃烧示功图。
汽油机着火和燃烧的火焰传播过程
火核形成
特点：均质透明火焰，前锋面皱褶
对汽油机燃烧过程的分析主要根据展开示功图Pφ进行。 根据缸内压力变化的特征，汽油机的燃烧过程可 分为三个阶段： Ⅰ-着火落后期 Ⅱ-明显燃烧期 Ⅲ-补燃期 对在燃烧压力线上:
1点为火花塞跳火点； 2点为燃烧压力线脱离压缩 压力线点； 3点为最高压力点。
火焰前锋相对于未 燃混合气向前推进 的速度。
• 气体的紊流运动 • 混合气成分 • 混合气初始温度
火焰前锋面积AT 可燃混合气密度ρ
T
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4.2 汽油机不规则及不正常燃烧
（一）、不规则燃烧
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。 • 循环变动：各循环间的燃烧变动 • 各缸工作不均匀：各缸间燃烧差异 对于各缸和各循环而言，混合气温度等都可能互 不相同，点火提前角和空燃比的调节不可能都处 在最佳值，这就影响各缸和各循环初始火焰形成 时刻的稳定性，导致各缸和各循环最大燃烧压力 和平均指示压力的变化。
发动机原理
18
1.爆燃
外部特征：特别尖锐的金属敲击声，亦称之敲 缸 产生原因：在火焰前锋尚未到达之前，末端混 合气已经自燃 影响因素：
• 燃料性质，燃料的抗爆燃能力－辛烷值 • 末端混合气的压力和温度
• 火焰前锋传播到末端混合气的时间
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右图中虚线表示只压缩不 点火的压缩线；
1. 着火落后期（φA～φB ）
现象： 在φA点开始火花点火，高 温单阶段着火； 在φB点产生稳定的火核， 开始火焰传播； φB点也可用CA05表示，即 累计放热5%的相位。 特性参数：着火落后期φi 10°～ 20°CA
注意区别点火提前角θig φi 相对稳定（相对柴油机），因此θig对pmax相位有重要影响