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

一、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

—火焰传播速度；

T

A

—火焰前锋面积；

T

ρT—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范围内。

（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，可在短时间内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内新气，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范围内。

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，同时缸内压力、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内。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