汽油机的燃烧过程

第五章 汽油机混合气形成与燃烧
本章要求： 了解：汽油机有害排放物的生成机理与控制，汽
油机燃烧室。 理解：影响燃烧的因素和措施。 掌握：汽油机混合气的形成，汽油机正常燃烧过
程，爆燃和表面点火。
1.燃烧过程的重要 性
燃料燃烧完全的程度， 直接影响到热量产生的 多少和排出的废气的成 分，而燃烧时机又关系 到热量的利用程度。所 以燃烧过程是影响发动 机的动力性、经济性和 排气污染的主要过程， 同时与噪声、振动、启 动性能和使用寿命也有 重大关系。
最高压力过早使压缩功增大，过迟散热损失
增大；过大产生振动、噪音，过小使膨胀功 减少。
压力升高率：即曲轴每转1度时，缸内气体压 力的平均升高量：
λP =△P/△θ ΔP =（P3-P2） Δθ=（θ3-θ2） λP表征压力变化的急剧程度。 λP过大，发动 机振动和噪声大，工作粗暴； λP在１７５～ ２５０ＭＰa/℃A，汽油机工作柔和，性能好。
从火花塞跳火瞬时到活塞行至上止点时的曲轴转角， 称为点火提前角，用表示。一般为20—35ºCA。 各种因素对滞燃期长短的影响：
混合气浓度合适（=0.8~0.9最短）、火花塞跳火时缸 内压力及温度高、电火花强度大，着火延迟时间将减小。 另外，与残余废气量、缸内混合气的运动等因素有关。
2、明显燃烧期（速燃期）
一般使火焰中心形成点出现在TDC前12-150CA，缸内最高压力 点出现在TDC后12-150CA。
Δ P/Δ ψ =175 ~ 245kPa/0CA 3．影响火焰传播速度的因素： 混合气浓度、缸内气体的紊流强度、残余废气系数等。
汽油机燃烧过程与柴油机燃烧过程的区别：
1. 属于预混合燃烧,具有定容燃烧的形式。燃烧持续期约 为25~40℃A(柴油机约为50~70℃A)。
一、爆震燃烧
(一)现象
1.缸内出现尖锐的金属敲击声 2.油膜破坏,机件磨损加剧； 3.燃烧室、冷却系过热，排温
增加； 4.Ne下降、ge升高； 5.排污增加，严重时排气冒黑
烟； 6.压力线出现爆震波。
图5-3 爆燃时的示功图
（二）原因
在火焰前锋到达之前,末端混合气的温度、压力 超过其临界温度、压力而自燃，形成新的火焰中 心 , 火 焰 传 播 速 度 加 大 ( 高 达 800—1000m/s), 使 得 缸内局部压力、温度急剧升高,压力来不及平衡, 形成冲击波（激波）,冲击波反复撞击缸壁,（激 波来回反射，在示功图上形成锯齿形）发出尖锐 的敲缸声。由于缸内局部的高温、高压，造成下 述后果。
从火焰中心形成到示功图上的压力达到最高点 为止称为明显燃烧期。
在均质混合气中，当火焰中心出现后，与其 临近的一薄层混合气首先燃烧即形成极薄的火焰 层，称为火焰前锋。
火焰前锋向前推进的法向移动速度，称为火焰 传播速度。火焰传播速度一般50—80m/s。
混合气约80—90%在此期间燃烧完毕，温度、压力迅速升 高，最高压力在上止点后12℃A~15℃A（循环功最多） 一般占20—30ºCA。缸内最高压力点与最高温度点重合。
(重载爬坡、急加速时易爆震，换低挡以提高发动 机转速可消除爆震)
（三）危害
1、机件过载
冲击负荷大，机件的机械负荷增加，使机件变形损坏。噪声增大。
2、机件烧损
汽油机燃烧终了的温度为2000~2500℃，由于冷却水和气体附面层 的作用，活塞顶、燃烧室壁和缸壁的温度保持在200~300 ℃。爆燃 冲击波破坏燃烧室内附面层和局部高温，使活塞头和气门等烧损， 同时会引起发动机过热。
3、润滑变差
发动机过热，使润滑效果变差，使磨损加剧。
4、积碳增多
高温裂解产生的碳粒形成积炭，
5、Ne下降、ge上升
另外，高温裂解使燃烧产物分解为CO、H2、O2、NO及游离碳增 多，排气冒烟爆燃的因素
有燃料因素、使用因素、结构因素等。 为便于分析，假定：
2．压缩比小，一般为7~9， (柴油机约为12~22)。热效率 低，排温高（膨胀不充分）。
3．最高燃烧温度高（接近定容燃烧）。 4．易燃烧不完全（过量空气系数小，防止爆燃燃烧室内
的激冷区），CO、HC、NOx排放高。 5．挥发损失大（汽油的挥发性好）。
第二节 汽油机的不正常燃烧
常见的不正常燃烧:爆震燃烧 和表面点火。
希望后燃期尽可能短，后燃放热量尽可能少。
总结：
1.上述三个阶段中,火焰传播期速度对η i起决定性的作用。 要在工作柔和的条件下，尽可能地提高火焰传播速度。 2．衡量发动机工作粗暴程度的指标—明显燃烧期内的平均压力升
高率△P/△ψ ， 即曲轴每转1度时，缸内气体压力的平均升高量： Δ P/Δ ψ =（P3-P2)/(ψ 3-ψ 2） [kPa/0CA]
3、补燃期（后燃期）
从最高压力点到燃烧结束为补燃期。指明显燃 烧期以后在膨胀过程中的燃烧，主要由火焰前锋 面过后，后面未及燃烧的燃料（燃烧室边缘和缝 隙）再燃烧，以及部分燃烧及高温分解的燃烧产 物（H2、O2、CO等）重新氧化。
在膨胀中远离上止点放热，热能不能充分利 用，使η i↓，Ne↓，ge↑，且排气温度↑，散热 量↑。过长回造成发动机过热，排气管“放炮”。
2.对燃烧过程的要求
1）燃烧完全，释放出尽 可能多的热能，减少废气 中的有害物质。
2）燃烧及时，使放热集 中在上止点附近，提高热 功转换能力。
3.燃烧过程的研究方法
高速摄影法、示功图法
第一节 汽油机的正常燃烧
汽油机的燃烧过程 指从点火开始到燃 料基本烧完为止的 过程。
一、示功图上的 关键点
1、火花塞跳火
t1 -从火焰中心形成起到火焰前锋传到末端混合 气为止的时间。 t2 -从火焰中心形成起到末端混合气自行着火的 时间。 所以：
2、缸内压力线偏离 纯压缩线的始点
3、缸内最高压力点
θ -点火提前角
Ⅰ-滞燃期 Ⅱ-显燃期 Ⅲ-补燃期 图5-1 汽油机的燃烧过程
二、燃烧过程的几个阶段
1、滞燃期（着火落后期）
从火花塞开始跳火到火焰中心形成→滞燃期。
是燃烧的准备阶段，主要进行热量的积累，缸内的压力 线与纯压缩线基本重合。
当反应的混合气的温度升高到一定程度后，形成发火 区，即火焰中心。