关于汽车点火提前角的问题

正常燃烧与爆Biblioteka Baidu的比较
• 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。
• 在汽油机中，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 表面炽热的沉淀物等）点燃混合 气的现象，统称表面点火。 • 早燃是指在火花塞点火之前，炽 热表面点燃混合气的现象。由于 它提前点火而且热点表面比火花 大，使燃烧速率快，气缸压力、 温度增高，发动机工作粗暴，并 且由于压缩功增大，向刚壁传热 增加，致使功率下降，火花塞、 活塞等零件过热。 • 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。 • 与爆燃不同，表面点火一般是在 正常火焰烧到之前由炽热物点燃 混合气所致，没有压力冲击波， 敲缸声比较沉闷，主要是由活塞、 连杆、曲轴等运动部件受到冲击 负荷产生振动而造成。
混合气的燃烧时间
• 混合气点火到完全燃烧约需2～3ms的时间 • 由于发动机的工况变化、转速变化，节气 门开度变化，以及气缸内的混合气浓度变 化，导致了在不同工况下，气缸内混合气 燃烧时间的不同，所以，不能简单的一概 而论。
• 在汽油机一定的节气门开度下，随负荷的 变化，转速相应变化。转速增加时，气缸 中紊流增强，火焰传播速度加快。 • 随转速增加，压缩过程所用时间缩短，散 热及漏气损失减少，压缩终了工质的温度 和压力较高，使以秒计的燃烧过程缩短。 但缩短程度不如转速增加的比例大，使燃 烧过程相当的曲轴转角增大，而以曲轴转 角计的着火落后期增长。
40 37 44
45 37 44
50 38 44
55 43 44
60 39 43
65 35 38
70 28 35
75 23 26
80 22 22
点火提前角调整特性
• 当汽油机保持节 气门开度、转速 已经混合气浓度 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。 • 对应于每一工况 都存在一个最佳 点火提前角，这 时汽油机功率最 大，耗油率最低。
（一）着火落后期
• 从火花塞跳火开始到形成火焰中心为止这段时间， 称为着火落后期。 • 火花塞跳火后，并不能立刻形成火焰中心，因为 混合气氧化反应需要一定时间。火花能量使局部 温度迅速升高，（火花放电时两极电压在15000V 以上，混合气局部温度可达2000℃），加快了混 合气的氧化反应速度。当这种反应达到一定程度 时（约0.001s～0.002s），出现发光区，形成火 焰中心。此阶段缸内压力无明显升高。 • 着火落后期的长短与燃料本身的分子结构和物理 化学性质、过量空气系数（φ at=0.8～0.9时最短)、 开始点火时气缸内温度和压力（取决于压缩比）、 残余废气量、气缸内混合气的运动、火花能量大 小等因素有关。
时间与空间
• 通过下面简单的计算，我们可以粗略地了 解点火提前和发动机转速之间的关系。 • 变化的是发动机转速、点火提前的角度。 • 基本不变的是用来使混合气燃烧所需的时 间。 利用空间的变化， 满足燃烧时间上 的要求。
• 发动机转速快了，每一转所用的总的时间减 少，相同时间内，所转过的曲轴转角变大。 • 如果要保证混合气燃烧时间不变的话，只有 随发动机转角速度增加，而延长（或者说提 前）点火角度。
空气流量信号对点火提前角的影响
• 下表是Motronic1.5EFI系统。 • 冷却液温度80℃，进气温度20℃。节气门 部分打开，分别在2500rpm、3000rpm恒速 下，以不同的空气流量计叶片开度运转。
MAF 点火 提前 角度 2500r pm 3000r pm
30 36 44
35 37 44
• 发动机转速3000rpm时, 点火提前角一般为上止 点前35～40°左右。 • 对应的曲轴转角为47～ 55°左右。 • 燃烧所用时间2.6～ 3.05ms。
负荷对点火提前角的影响
• 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。 • 当节气门关小时，充量系数 急剧下降，但留在气缸内的 残余废气量不变，使残余废 气系数增加，滞燃期增加， 火焰传播速率下降，最高爆 发压力、最高燃烧温度、压 力升高率均下降，冷却液散 热损失相对增加，因而燃油 消耗率增加。因此，随着负 荷的减小，最佳点火提前角 要提早。
• 点火过迟，则燃烧时间延长到膨胀过程，燃烧最高 压力和温度下降，传热损失增多，排温升高，热效 率降低，但爆燃倾向减小，NOX升高，功率、排放量 降低。
混合气浓度
• 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，称为 汽油机在某一转速 和节气门开度下的 调整特性。
火焰燃烧速率
补充说明
• 以上只是简单的进行了分析，其实，点火 提前角度的问题，就是一个用空间换时间 的过程。 • 在采用电子点火提前的控制系统中，发动 机ECU根据各传感器的信息，对点火提前 角实行动态控制，以得到一最佳的点火时 刻。
• 我明白了！
• 怠速时，点火提前角 度一般为上止点前5～ 10°左右。 • 对应的曲轴转角为 17～25°左右。 • 燃烧所用时间大约为 3.5～5.2ms。
• 发动机转速2000rpm时, 点火提前角一般为上 止点前30～35°左右。 • 对应的曲轴转角为 42～50°左右。 • 燃烧所用时间3.5～ 4.16ms。
（二）明显燃烧期
• 从火焰中心形成到气缸内出现最高压力为 止，这段时间称为明显燃烧期。在示功图 上指气缸压力线脱离压缩线开始急剧上升 到压力达到最高点止。 • 当火焰中心形成后，火焰前锋以20ｍ/ｓ～ 30ｍ/ｓ的速度从火焰中心开始逐层向四周 的未燃混合气传播，直到连续不断地扫过 整个燃烧室。混合气的绝大部分（约80% 以上）在此期间燃烧完毕，使气缸内压力、 温度迅速升高，出现最高压力点。
（三）补燃期（后燃期）
• 从最高压力点开始到燃料基本燃烧完为止 称为补燃期。这一阶段的燃烧主要是：明 显燃烧期火焰前锋扫过的区域，部分未燃 尽的燃料继续燃烧；吸附在缸壁上的混合 层继续燃烧，部分高温分解产物（H2、O2、 CO等），因在膨胀过程中温度下降又重新 燃烧、放热。
点火时刻为什么要 随发动机转速提高 而提前？
点火提前角的问题
焦建刚
最佳点火时刻
• 因为混合气在气缸内燃烧需占用一定的时 间，所以混合气不应在压缩行程上止点处 点燃，而应适当地提前，使燃烧产生的最 高压力出现在上止后12～15°，此时对应 的点火提前角为最佳点火提前角。
混合气正常燃烧过程
（一）着火落后期 （二）明显燃烧期 （三）补燃期（后燃期）