汽油机燃烧过程

⑴早燃的危害
压缩负功↑， 缸内温度↑， 与缸壁接触面积↑,
→散热量↑,
有效功率↓。
另外高温、高压加重了活塞 连杆组的机械负荷、热负荷, 使用寿命↓。
早燃时的示功图
⑵ 与爆燃的区别
①沉闷的“敲缸声”。 ②被炽热表面点燃，无压力波产生，而爆燃时为自燃，有压 力波产生。 另外:
爆燃
缸内炽热表面产生 缸内温度、压力升高
3、补燃期
*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。
*此阶段参加燃烧的燃料主要有： ①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。 ②贴附在缸壁未燃混合气层的部分燃烧。壁面温度低，
对火焰具有熄火作用，这样在壁面存在大量未燃烴，在
随后的膨胀中部分未燃烴继续燃烧。
过量空气系数在0.85~0.95时，自燃温度低，着火延迟期 短，爆燃最严重；BTDC大，易爆燃；缸内积碳使热阻加大， 壁面温度升高，实际压缩比增加，爆燃加重。—影响混合 气的温度和压力
3、结构因素 燃烧室结构能使压缩终了气体紊流速 度提高，火焰传播速度加快，能避免爆燃； 火花塞的位臵和数目使火焰行程缩短，可 减少爆燃；使末端气体接触的燃烧室壁强 冷却，可减少爆燃；采用小直径的气缸， 不易爆燃。
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）。
【2】汽油机的不正常燃烧
常见的不正常燃烧:爆燃和表 面点火。
一、爆燃
(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；
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)。 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）。
（四）影响爆燃的因素
有燃料因素、使用因素、结构因素等。 为便于分析，假定： 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： 当t1 <t2 不爆燃，当t1 >t2 ，爆燃。
1、燃料因素 汽油机的压缩比，应适应汽油辛烷值的要求。 2、使用因素 发动机转速增加，进气速度加快，压缩终了气体的紊流 度提高，火焰传播速度加快，爆燃程度减弱；气缸残余废 气多，会使混合气自燃温度提高，着火延迟期加长，可减 弱爆燃；
（五）减轻爆燃的措施
①降低水温和进气温度 ②降低末温 ③降低压缩比 ④推迟点火 ⑤增多残余废气
二、表面点火
定义：在火花点火式汽油机中，凡是不依靠火花
塞点火，而是由燃烧室内炽热表面（如过热的火
花塞电极、排气门、积碳）点燃混合气的现象。
早燃或早火—在火花塞跳火
分
非爆燃性表面点火 爆燃性表面点火
之前
后燃或后火—在火花塞跳火
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
【1】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 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 汽油机的燃烧过程
1）特点： A.火花放电时两极电压达10～15KV，局部温度3000K，加快了混合气 的氧化反应速度。 B.此阶段缸内压力无明显升高。 2）影响滞燃期时间长短的因素： ①燃料本身的分子结构和物理化学性质。着火温度和热稳定性 越低，着火延迟期越短。 ②混合气成分。混合过量空气系数=0.8~0.9着火延迟期最短。 ③火花塞跳火时缸内压力及温度高，着火延迟期缩短。 ④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)汽油辛烷值。也就是汽油牌号，越高抗爆震能力越 强，相应允许更大的点火提前角。 3)燃气混合比。过浓过稀燃烧速度皆慢，需增加点火 提前角。这个主要看节气门开度、海拔高度。 对于 难以预料的情况，有些车还加装了爆震传感器，发 生爆震时自动降低点火提前角。 显然，要完成如此复杂的运算，靠传统的模拟 点火器是难以胜任的。只有微电脑点火器，才能高 速、精确、稳定地实现最佳点火提前角。
2、速燃期
*从火焰中心形成到示功图上的压力达到最高点为止称
为速燃期。 *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：车用一般30—60m/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— 30º CA。缸内最高压力点与最高温度点重合。 *急燃期越短，愈靠近上止点，汽油机经济 性、动力性越好。但可能导致压力升高率值 过高，工作粗暴。
早燃
非爆燃性表面点火大体是发动机长时间高 负荷运转Байду номын сангаас起的。
2、爆燃性表面点火（激爆）
热面点火后火焰以爆燃速度传播。由燃烧室沉 积物引起的发动机低速、低负荷运转时，燃烧室表 面极易形成导热性很差的沉积物。沉积物被高温火 焰包围，急剧氧化而白炽化，将混合气点燃。压力 升高率高5倍，最高压力高150%
*影响表面点火的因素及预防措施：
点火提前角：
从点火时刻起到活塞到达压缩上止 点这段时间内，曲轴转过的角度称为 点火提前角。
混合可燃气体从点燃、燃烧到烧完有一个时间过 程，最佳点火提前角的作用就是在各种不同工况下使 气体膨胀趋势最大段处于活塞做功下降行程。这样效 率最高，震动最小，温升最低。
*点火过早，会造成爆震，活塞上行受阻，效率降低， 热负荷、机械负荷、噪声和震动加剧，这是应该防止的。 点火过迟，发动机无力，功效率低，油耗大，排气声大。 不论点火过早或过迟，都会影响转速的提升。 *最佳点火角受很多因素影响，如果要发动机工作在 理想状态下，以下因素必须考虑： 1)缸温缸压。越高燃烧越快，点火提前角要越小。影响缸 温缸压的因素有：发动机压缩比、气温、缸温、负荷。大 家的车在气温变化的季节有不同表现正缘于此。
之后
1、非爆燃性表面点火-火焰以正常速度传播
1）后燃 点火后，在火焰传播 过程中，炽热表面在 火焰到达前点燃混合 气，其火焰以正常速 度向未燃气体推进。 断火后发动机续转就 是这种现象。 2）早燃
炽热表面温度较高，在点 火前，点燃混合气。由于 点燃区域较大，火焰传播 速度快，P和λP较大，发动 机易过热。
二者又相互联系，相互促进。

可燃混合气成分与汽油机性能的关系
一、概念 1.空燃比：可燃混合气中，空气与燃料的质量比。 理论空燃比：空燃比为14.7:1的可燃混合气称之。 过量空气系数α ： α= 2.混合气的分类 1）标准混合气α =1 2）稀混合气α >1 3）浓混合气α <1
3.混合气的浓度对发动机性能的影响
正常燃烧
*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１７５～２５０ＭＰ a/℃A，汽油机工作柔和，性能好。
混合气种类
α
发动机功率
耗油率
性能
火焰传播上限
过浓
0.4
0.4～0.87 减小 剧增
混合气不燃烧 发动机不工作
燃烧室积碳， 排气管冒黑烟、放 炮 输出最大功率
功率混合气 标准混合气
0.88 1.0
最大 减小2%
增大10～15% 增大4%
经济混合气
过稀
1.11
1.13～1.33
减小8%
显著减小
最小
显著增大 回火，发动机过热， 加速性变坏
二、燃烧过程的几个阶段
1、滞燃期（着火延迟期）
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。
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—35º CA。
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
*正常燃烧：有火焰前锋，且逐层向外传，直至燃 烧完毕。
*爆燃：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。 *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。
凡是能使缸内的温度、压力降低的因素，都 可预防表面点火。
①选用低沸点汽油和含胶质少的机油。 ②在燃料中加抑制热面点火的添加剂。 ③适当降低压缩比。 ④选用合格的火花塞、排气门。
小结： 爆燃 末端混合气自燃 火花塞跳火之后 有压力冲击波 敲击声较清脆 表面点火 炽热表面点燃 火花塞跳火之前、后 无压力冲击波 敲击声较沉闷
（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、Me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，排气冒烟严重。 CO、H2、O2等膨胀过程中重新燃烧，使排 温增高。