发动机原理第七章 汽油机混合气的形成和燃烧
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理学汽油机混合气的形成及燃烧PPT学习教案
2021/8/16
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3）负荷—节气门关小，残余废气增大，传热损失增加 ，pZ下降，t2增加，故爆燃倾向减小。
4）混合气浓度影响—Φa=0.8-0.9时，Sf最高， t1最小； t2也最小，t2起主要作用， 爆燃倾向增加，过浓过稀混合 气有助于减少爆振。 5）沉淀物（积碳）—积碳温度较高，使爆燃倾向增加。
3）加速：加速时，节气门开度骤然加大，由于燃料惯性大于空 气，气缸内混合气成分出现瞬间过稀，发动机功率下降，转速降 低，甚至会出现熄火现象，因此，要求化油器供给加浓混合气成 分（额外供给一部分燃料）。
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二、汽油喷射式混合气的形成
• 电控汽油喷射系统（Electronic Fuel Injection）由空 气系统、燃料系统及控制系统三部分组成。
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。（量的调节）。
节气门关小时，充量系数 急剧下降，使残余废气系数增 加，滞燃期增加，火焰传播速 率下降，最高爆发压力和燃烧 温度、压力升高比均下降，散 热损失相对增加，因而燃油消 耗率增加；
随着负荷的减小，最佳点 火提前角要增加。
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简单化油器特性
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• 1、怠速时，由于废气稀释，化油器应供给气 缸浓混合气成分（=0.6~0.8，A/F=10~12.4）。
• 2、发动机中等负荷时，化油器应供给气缸较稀的经 济混合气成分（ =1.05~1.15，50%负荷后，A/F=17左 右）；
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二、燃烧速度
汽油机混合气的形成和燃烧教学课件
THANKS
可燃的混合气。
压缩和点火
02 在压缩过程中，混合气被压缩，温度和压力升高，当
温度达到燃点时，混合气被点燃。
燃烧和膨胀
03
混合气燃烧产生大量热量，推动活塞运动，产生动力
和热量。
汽油机混合气的燃烧产物
燃烧产物的种类
汽油机混合气燃烧产生的主要产物包括二氧化碳、水 蒸气、未燃燃料和有害气体等。
燃烧产物的排放控制
更多的思路和方法。
06
参考文献
参考文献
朱义名. (2006). 内燃机的传热与热负荷. 北京: 人民交通出 版社.
王建平, 刘艳玲, 王宝艳. (2012). 内燃机原理与实践. 北京: 机械工业出版社.
中国汽车工程学会. (2010). 内燃机燃烧学. 北京: 机械工业 出版社.
感谢您的观看
燃油喷射量 燃油喷射量对混合气的形成和燃烧也有重要影响。喷射量 过多或过少都会导致混合气浓度不合适，影响燃烧效率。
空气流量 空气流量与燃油喷射量之间的比例关系直接影响混合气的 形成和燃烧。空气流量过少会导致混合气过浓，反之则会 导致混合气过稀。
汽油机混合气燃烧的影响因素
01 02
压缩比
压缩比是影响混合气燃烧的重要因素之一。压缩比过高会导致混合气燃 烧过快，温度过高，产生爆震；反之则会导致混合气燃烧过慢，功率输 出低下。
建议：针对实验结论，提出以 下建议
1. 进一步深入研究汽油机混合 气的形成机制，尤其是燃油喷 射和空气流动的过程。
实验研究的结论和建议
2. 加强燃烧过程的模拟和优化，以 提高汽油机的动力性能和经济性。
3. 在实际应用中，根据实验研究成果， 对汽油机设计和性能进行优化，提高 汽车的动力和经济性能。
可燃的混合气。
压缩和点火
02 在压缩过程中，混合气被压缩，温度和压力升高，当
温度达到燃点时，混合气被点燃。
燃烧和膨胀
03
混合气燃烧产生大量热量，推动活塞运动，产生动力
和热量。
汽油机混合气的燃烧产物
燃烧产物的种类
汽油机混合气燃烧产生的主要产物包括二氧化碳、水 蒸气、未燃燃料和有害气体等。
燃烧产物的排放控制
更多的思路和方法。
06
参考文献
参考文献
朱义名. (2006). 内燃机的传热与热负荷. 北京: 人民交通出 版社.
王建平, 刘艳玲, 王宝艳. (2012). 内燃机原理与实践. 北京: 机械工业出版社.
中国汽车工程学会. (2010). 内燃机燃烧学. 北京: 机械工业 出版社.
感谢您的观看
燃油喷射量 燃油喷射量对混合气的形成和燃烧也有重要影响。喷射量 过多或过少都会导致混合气浓度不合适，影响燃烧效率。
空气流量 空气流量与燃油喷射量之间的比例关系直接影响混合气的 形成和燃烧。空气流量过少会导致混合气过浓，反之则会 导致混合气过稀。
汽油机混合气燃烧的影响因素
01 02
压缩比
压缩比是影响混合气燃烧的重要因素之一。压缩比过高会导致混合气燃 烧过快，温度过高，产生爆震；反之则会导致混合气燃烧过慢，功率输 出低下。
建议：针对实验结论，提出以 下建议
1. 进一步深入研究汽油机混合 气的形成机制，尤其是燃油喷 射和空气流动的过程。
实验研究的结论和建议
2. 加强燃烧过程的模拟和优化，以 提高汽油机的动力性能和经济性。
3. 在实际应用中，根据实验研究成果， 对汽油机设计和性能进行优化，提高 汽车的动力和经济性能。
第七章 汽油机混合气的形成与燃烧
T 在压缩过程中，混合气的 P 、 ，使这一部分燃料与空 气中的氧气接触，开始了氧化过程，但很缓慢。由于 ，且汽 T 不能使 油本身有较高的热稳定性，在压缩终了，气缸内 P 、 混 合气自燃。 在火花塞点火后，由于电火花的高能量，使火花发生处的混 T 合气温度迅速升高，氧化加剧。随着化学反应的进展，放出热量 增加，这些热量一部分使反应气体本身 ，另一部分传给附近 混合气，也发生化学反应，当反应的混合气温度升高到一定程度 后，形成发火区——火焰中心。 从气缸内混合气总体来说，此时发热总量不多，气缸中压力 的变化规律基本上与压缩过程相同。 着火落后期是混合气燃烧的准备时期，其延迟长短，与混合 气的性能（ 、燃料品质）及压缩终了的压力、温度有关——主 要决定于压缩比大小。
2、明显燃烧期 指火焰由火焰中心烧遍整个燃烧室的阶段 ，因此也可称为火焰 传播阶段。 在示功图上指气 缸压力线脱离压缩线 开始急剧上升（图中 2点）到压力达到最 高点(图中3点)止。 燃烧的主要时期。
明显燃烧期的火焰传播 在均值混合气中，当火 焰中心形成之后，火焰向 四周传播，形成一个近似 球面的火焰层，即火焰前 锋，从火焰中心开始层层 向四周未燃混合气传播， 直到连续不断的火焰前锋 扫过整个燃烧室。
图７-１ 化油器式内燃机燃油供应系统示意图 １—主量孔 ２—浮子室 ３—燃油喷管 ４—喉管 ５—节气门
二、简单化油器特性与理想化油器特性
１.简单化油器特性
图７-2 简单化油器 １—节气门 ２—主量孔 ３—浮子室 ４—进油阀门 ５—浮子 ６—浮子室通气孔 ７—喉管 ８—主喷口
第二节
汽油机的燃烧过程
这种循环间的燃烧变动使汽油机空燃比和 点火提前角调整对每一循环都不可能处于最佳 状态，因而油耗上升，功率下降，不正常燃烧
发动机原理汽油机混合气的形成和燃烧课件
燃烧室通常由气缸盖、气缸壁和火花 塞组成，其结构对燃烧速度和效率有 重要影响。
为了提高汽油机的性能和降低排放， 需要对燃烧室进行优化设计，以提高 混合气的燃烧速度和效率。
燃烧速度的影响因素
燃烧速度受多种因素影响，如混合气 的成分、温度、压力和燃烧室的结构 等。
爆燃和表面点火
爆燃的概念
爆燃是由于混合气在气缸内自燃引发的爆炸现象。
燃油喷射系统
电控燃油喷射系统
根据发动机工况，精确控制燃油喷射量。
喷油嘴设计
喷油嘴的形状、孔径和喷雾形状对燃油雾化至关重要。
燃油雾化和混合过程
燃油雾化的目的
将液态汽油转化为微小油滴，增加与 空气接触面积。
混合过程
油滴与空气均匀混合，形成理想的混 合气。
空燃比的控制
空燃比定义
空气与汽油的比例。
控制方法
排放控制和三元催化器
三元催化器
一种尾气处理装置，通过化学反应将有害气体转 化为无害物质。
排放法规
各国政府制定的汽车尾气排放标准，限制有害气 体的排放。
氧传感器
监测尾气中氧含量的传感器，用于控制空燃比。
发动机的噪声和振动
1 2 3
噪声来源 包括机械噪声、空气动力噪声等，影响乘坐舒适 性。
减震措施 通过各种减震元件来降低发动机振动对车辆的影 响。
发动机的工作原理
四冲程汽油机工作原理
包括进气、压缩、点火燃烧和排气四个冲程，通过这四个冲程的循环往复，实 现能量的转换。
汽油机的特点
汽油机具有较高的功率密度、易于启动、噪音较小等优点，同时也存在燃油经 济性较差、排放污染较高等缺点。
汽油机的特点
01
02
03
汽油机采用火花塞点火 方式，通过点燃汽油和 空气的混合气产生动力。
汽油机混合气形成和燃烧 ppt课件
热应力 零件寿命
热损失 t
冷却水, 机油温度 润滑 零件磨损
磨耗量可达正常燃烧的27倍。
2020/12/27
15
（2） 高温分解
按提高循环热效率的热力学观点看, 爆燃接近于等容燃 烧, 热利用好, 是人们所希望的, 事实上也是如此, 当轻微爆 燃, 发动机的热效率可以有所提高, 平均有效压力亦有所增 长。
汽油机
柴油机
1 点燃式。
压燃式。
2 i 影响小。
i 影响大。
3 进入汽缸的是混合气，混合时间长。 进入汽缸的是新鲜空气，混
合时间短。
4 Tmax高，热负荷大。
5 压缩比低， = 6～10。
pmax 高，机械负荷大。
压缩比高， = 12～22。
6 有爆燃问题。
有工作粗暴问题。
7 组织气流运动的目的是为了
d
pmax （ 颇似柴油机工作粗暴 ）。早火太早, 则使压缩 末期负功增大, 热效率, 功率损失, 功率。单缸早火, 往 往会导致停车。多缸早火, 会使Ne, 工作粗暴, 寿命。
非爆燃性表面点火, 大体是在发动机按高速、高负荷长 时间运转以后, 火花塞绝缘体, 电极或排气阀高温所引起 （不包括积炭）。
5
气流运动 u s
所以, 在汽油机中, 火焰传播速率是一个重要参数, 它直接 影响不正常燃烧的抑制, 从而影响发动机的功率、效率和 使用寿命。
3点为 pmax点, 3’点 Tmax 为, 往往3’点与3点重合。
若取放热效率骤然下降的时刻作为急燃期的终点则更合理 （ 3点稍后一点 ）, 但这一点不易确定, 故我们通常以使 pmax 的3点作为急燃期的终点。
分在此时间内放出 （ 这与柴油机不同, 柴油机随喷随燃,
热损失 t
冷却水, 机油温度 润滑 零件磨损
磨耗量可达正常燃烧的27倍。
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15
（2） 高温分解
按提高循环热效率的热力学观点看, 爆燃接近于等容燃 烧, 热利用好, 是人们所希望的, 事实上也是如此, 当轻微爆 燃, 发动机的热效率可以有所提高, 平均有效压力亦有所增 长。
汽油机
柴油机
1 点燃式。
压燃式。
2 i 影响小。
i 影响大。
3 进入汽缸的是混合气，混合时间长。 进入汽缸的是新鲜空气，混
合时间短。
4 Tmax高，热负荷大。
5 压缩比低， = 6～10。
pmax 高，机械负荷大。
压缩比高， = 12～22。
6 有爆燃问题。
有工作粗暴问题。
7 组织气流运动的目的是为了
d
pmax （ 颇似柴油机工作粗暴 ）。早火太早, 则使压缩 末期负功增大, 热效率, 功率损失, 功率。单缸早火, 往 往会导致停车。多缸早火, 会使Ne, 工作粗暴, 寿命。
非爆燃性表面点火, 大体是在发动机按高速、高负荷长 时间运转以后, 火花塞绝缘体, 电极或排气阀高温所引起 （不包括积炭）。
5
气流运动 u s
所以, 在汽油机中, 火焰传播速率是一个重要参数, 它直接 影响不正常燃烧的抑制, 从而影响发动机的功率、效率和 使用寿命。
3点为 pmax点, 3’点 Tmax 为, 往往3’点与3点重合。
若取放热效率骤然下降的时刻作为急燃期的终点则更合理 （ 3点稍后一点 ）, 但这一点不易确定, 故我们通常以使 pmax 的3点作为急燃期的终点。
分在此时间内放出 （ 这与柴油机不同, 柴油机随喷随燃,
发动机原理第七章汽油机燃烧过程
燃烧过程中会发生一系列化学反应，产生二氧化碳、水蒸汽和氮氧化物等排放物。
发动机原理第七章汽油机燃烧 过程
本章主要介绍汽油机燃烧过程的基本原理、燃烧速度和燃烧室结构的影响因 素，以及点火系统和燃料喷射系统的作用和种类，使您对汽油机燃烧过程有 更深入的了解。
燃烧过程简介
1 定义和重要性
燃烧过程是汽油机中产生动力的关键步骤，它将燃料和空气混合物转化为能量。
2 基本要素
燃烧过程的基本要素包括燃料、空气和火花塞的点火。
燃烧速度和燃烧室结构
1 影响因素
燃烧速度受到燃料特性、混合气浓度和压缩比等因素的影响。
2 影响燃烧速度的燃烧室结构
燃烧室的形状和尺寸会对燃烧速度产生影响。优化燃烧室结构可以提高燃烧效率。
点火系统和燃料喷射系统
Hale Waihona Puke 1 点火系统的作用和种类点火系统用于在燃烧室中引发火花，点燃燃 料混合物。常见的点火系统包括火花塞和火 花塞脉冲点火。
2 燃料喷射系统的作用和种类
燃料喷射系统用于将燃料以适量、适时和适 速喷射到燃烧室中。常见的燃料喷射系统包 括多点喷射和直喷技术。
燃烧过程中的热损失和化学反应
1 热损失的种类和减少方法
燃烧过程中会有热损失，包括散热、冷却和排放等损失。通过优化散热系统和增加排放 净化设备可以减少热损失。
2 化学反应和产物
发动机原理第七章汽油机燃烧 过程
本章主要介绍汽油机燃烧过程的基本原理、燃烧速度和燃烧室结构的影响因 素，以及点火系统和燃料喷射系统的作用和种类，使您对汽油机燃烧过程有 更深入的了解。
燃烧过程简介
1 定义和重要性
燃烧过程是汽油机中产生动力的关键步骤，它将燃料和空气混合物转化为能量。
2 基本要素
燃烧过程的基本要素包括燃料、空气和火花塞的点火。
燃烧速度和燃烧室结构
1 影响因素
燃烧速度受到燃料特性、混合气浓度和压缩比等因素的影响。
2 影响燃烧速度的燃烧室结构
燃烧室的形状和尺寸会对燃烧速度产生影响。优化燃烧室结构可以提高燃烧效率。
点火系统和燃料喷射系统
Hale Waihona Puke 1 点火系统的作用和种类点火系统用于在燃烧室中引发火花，点燃燃 料混合物。常见的点火系统包括火花塞和火 花塞脉冲点火。
2 燃料喷射系统的作用和种类
燃料喷射系统用于将燃料以适量、适时和适 速喷射到燃烧室中。常见的燃料喷射系统包 括多点喷射和直喷技术。
燃烧过程中的热损失和化学反应
1 热损失的种类和减少方法
燃烧过程中会有热损失，包括散热、冷却和排放等损失。通过优化散热系统和增加排放 净化设备可以减少热损失。
2 化学反应和产物
发动机原理4汽油机混合气的形成和燃烧end
汽油机使用的是汽油，而柴油机使用的是柴油
2 燃烧方式不同
汽油机是充气式点火发动机，柴油机是压燃式火花塞发动机
3 按需供油不同
汽油机按空气需求量调节油量，柴油机则适应空气量增加油量
未来发动机技术的发展趋势和前景
发动机类型 汽油发动机 柴油发动机 新型发动机
发展趋势 逐渐过渡向混合动力或电动汽车 逐渐被涡轮增压或混合动力系统替代 研发并引入更环保和高效的燃料，如氢燃料电池 发动机、混合动力液化气发动机等
电喷系统的工作流程
1
传感器信号采集
空气流量传感器、水温传感器、氧气传感器等将数据传入ECU
2
计算燃料喷射量
ECU计算喷油器喷油量，喷油时间
3
喷油器工作
触发喷油器将燃料喷入气缸
4
燃油燃烧
发动机点火点火，燃油与空气混合产生爆炸推动活塞运动
点火系统的作用和原理
作用
点火系统起到将混合气点燃，启 动发动机的作用
原理
点火系统由电源、点火线、点火 盖、火花塞等组成，电流通过火 花塞形成火花点燃混合气
时序
点火时序可分为点火提前角和点 火滞后角，需在正确时机点火
燃烧过程的基本步骤
1. 混合气的形成 2. 点火系统点燃混合气 3. 火焰蔓延传播 4. 燃料燃烧释放热量与气体膨胀推动活塞工作
柴油机与汽油机的区别
1 燃料不同
混合气的成分和作用
成分
混合气由空气和燃料组成，空气中包括78%的氮 气和21%的氧气，燃料为汽油
作用
混合气的作用是提供发动机燃烧所需的气体， 控制发动机功率和燃油经济性
燃料喷射系统的种类
• 常见喷油器：燃油细油雾喷入气缸 • 直喷系统：燃油直接喷入气缸 • 高压共轨喷射：分别机是一种以内燃机为动力的机器，通过混合气的形成和燃烧驱动汽车。
2 燃烧方式不同
汽油机是充气式点火发动机，柴油机是压燃式火花塞发动机
3 按需供油不同
汽油机按空气需求量调节油量，柴油机则适应空气量增加油量
未来发动机技术的发展趋势和前景
发动机类型 汽油发动机 柴油发动机 新型发动机
发展趋势 逐渐过渡向混合动力或电动汽车 逐渐被涡轮增压或混合动力系统替代 研发并引入更环保和高效的燃料，如氢燃料电池 发动机、混合动力液化气发动机等
电喷系统的工作流程
1
传感器信号采集
空气流量传感器、水温传感器、氧气传感器等将数据传入ECU
2
计算燃料喷射量
ECU计算喷油器喷油量，喷油时间
3
喷油器工作
触发喷油器将燃料喷入气缸
4
燃油燃烧
发动机点火点火，燃油与空气混合产生爆炸推动活塞运动
点火系统的作用和原理
作用
点火系统起到将混合气点燃，启 动发动机的作用
原理
点火系统由电源、点火线、点火 盖、火花塞等组成，电流通过火 花塞形成火花点燃混合气
时序
点火时序可分为点火提前角和点 火滞后角，需在正确时机点火
燃烧过程的基本步骤
1. 混合气的形成 2. 点火系统点燃混合气 3. 火焰蔓延传播 4. 燃料燃烧释放热量与气体膨胀推动活塞工作
柴油机与汽油机的区别
1 燃料不同
混合气的成分和作用
成分
混合气由空气和燃料组成，空气中包括78%的氮 气和21%的氧气，燃料为汽油
作用
混合气的作用是提供发动机燃烧所需的气体， 控制发动机功率和燃油经济性
燃料喷射系统的种类
• 常见喷油器：燃油细油雾喷入气缸 • 直喷系统：燃油直接喷入气缸 • 高压共轨喷射：分别机是一种以内燃机为动力的机器，通过混合气的形成和燃烧驱动汽车。
自考《汽车发动机原理与汽车理论》复习题(汽车发动机原理部分)(含答案)
第二章发动机工作循环及性能指标一、选择题：1、在机械损失中，占比例最大的的是_____D__。
A.驱动附属机构的损失B.排气损失C.进气损失D.摩擦损失2、单位气缸工作容积的循环有效功称之为____A_____。
A.升功率B.有效热效率C.有效扭矩D.平均有效压力3、当发动机油门位置固定，转速增加时____A______。
A.平均机械损失压力增加，机械效率减小B.平均机械损失压力减小，机械效率增加C.平均机械损失压力减小，机械效率减小D.平均机械损失压力增加，机械效率增加4、发动机的有效功We与所消耗的燃油发出的热量Q1的比值称之为_____B_____。
A.有效燃油消耗率B.有效热效率C.有效扭矩D.平均有效压力5、关于发动机性能指标的描述不正确的是______B____。
Ａ.指示指标是以工质在气缸内对活塞做功为基础的性能指标。
Ｂ.指示指标是考虑到机械损失的指标。
]Ｃ.有效指标它是以曲轴对外输出的功为基础的性能指标。
D.有效指标用来评定发动机性能的好坏。
6、发动机单位气缸工作容积每循环做的指示功称为______A____。
A.平均指示压力B.循环指示功C.有效功率D.平均有效压力7、评价发动机经济性的指标是_____D_____。
A.平均有效压力B.有效扭矩C.有效功率D.有效热效率8、评价发动机动力性的指标是____D______。
A.有效燃油消耗率B.有效热效率C.每小时的油耗量D.平均有效压力9、发动机负荷一定，当转速增加时，则______A____。
A.机械效率下降B.平均机械损失压力下降C.指示功率增加D.平均指示压力增加第三章发动机的换气过程一、选择题：1、发动机的整个换气过程约占曲轴转角的______D______CA。
Ａ.180~270 Ｂ.300~360 Ｃ.340~400 Ｄ.410~480(2、关于发动机换气过程的描述不正确的是_______A______。
Ａ.强制排气阶段排出的废气量大于自由排气阶段排出的废气量。
汽油机混合气形成和燃烧 教学PPT课件
熄火厚度均减小。
第三节 汽油机的不正常燃烧
一、爆震燃烧
1．定义：
汽油机燃烧过程中，火焰前锋以正常的传播速 度向前推进，当火焰前方未燃的混合气(末端混合 气)受到已燃混合气强烈的压缩和热幅射作用，其 本身的温度不断升高，以致于在正常的火焰到达之 前，末端混合气内部最适宜着火的部位，已出现一 个或多个火源，形成火焰中心，这种现象称为爆燃。
Ⅲ．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。这一阶段主要是明显 燃烧期内火焰前锋扫过的区域，部分未燃 尽的燃料继续燃烧；吸附于缸壁上的混合 气层继续燃烧；部分高温分解产物等，因 在膨胀过程中温度下降又重新燃烧、放热。
由于活塞下行，压力降低，使补燃期内燃 烧放出的热量不能有效地转变为功。同时， 排气温度增加，热效率下降，影响发动机 动力性和经济性。因此，应尽量减少补燃。 正常燃烧时，汽油机补燃较柴油机轻得多。
当火焰中心形成后，火焰前锋以20～30m／ s的速度，从火焰中心开始逐层向四周的未 燃混合气传播，直到连续不断扫过整个燃 烧室。混合气的绝大部分(约80％以上)在 此期间内燃烧完毕，压力、温度迅速升高， 出现最高压力点3。下图为正常燃烧时，火 焰前锋的瞬时位置。
压力升高率：表征缸内压力变化的急剧程 度，一般为200-400kPa/(°)。
汽油机混合气形成和燃烧
第一节 汽油机混合气的形成 第二节 汽油机正常燃烧过程 第三节 汽油机的不正常燃烧 第四节 影响燃烧过程的因素 第五节 汽油机的燃烧室 第六节 汽油机电控汽油喷射系统概述
第一节 汽油机混合气的形成
一、化油器式汽油机混合气形成
1.理想化油器特性
起动φat=0.2 ～0.6
2．各缸间的燃烧差异
原因：可燃混合气对各缸分配不均 危害：
第三节 汽油机的不正常燃烧
一、爆震燃烧
1．定义：
汽油机燃烧过程中，火焰前锋以正常的传播速 度向前推进，当火焰前方未燃的混合气(末端混合 气)受到已燃混合气强烈的压缩和热幅射作用，其 本身的温度不断升高，以致于在正常的火焰到达之 前，末端混合气内部最适宜着火的部位，已出现一 个或多个火源，形成火焰中心，这种现象称为爆燃。
Ⅲ．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。这一阶段主要是明显 燃烧期内火焰前锋扫过的区域，部分未燃 尽的燃料继续燃烧；吸附于缸壁上的混合 气层继续燃烧；部分高温分解产物等，因 在膨胀过程中温度下降又重新燃烧、放热。
由于活塞下行，压力降低，使补燃期内燃 烧放出的热量不能有效地转变为功。同时， 排气温度增加，热效率下降，影响发动机 动力性和经济性。因此，应尽量减少补燃。 正常燃烧时，汽油机补燃较柴油机轻得多。
当火焰中心形成后，火焰前锋以20～30m／ s的速度，从火焰中心开始逐层向四周的未 燃混合气传播，直到连续不断扫过整个燃 烧室。混合气的绝大部分(约80％以上)在 此期间内燃烧完毕，压力、温度迅速升高， 出现最高压力点3。下图为正常燃烧时，火 焰前锋的瞬时位置。
压力升高率：表征缸内压力变化的急剧程 度，一般为200-400kPa/(°)。
汽油机混合气形成和燃烧
第一节 汽油机混合气的形成 第二节 汽油机正常燃烧过程 第三节 汽油机的不正常燃烧 第四节 影响燃烧过程的因素 第五节 汽油机的燃烧室 第六节 汽油机电控汽油喷射系统概述
第一节 汽油机混合气的形成
一、化油器式汽油机混合气形成
1.理想化油器特性
起动φat=0.2 ～0.6
2．各缸间的燃烧差异
原因：可燃混合气对各缸分配不均 危害：
汽车发动机原理第7章 特殊燃烧问题课件
后火若不引发爆燃，一般危害不大，甚至对循环热效率稍有改善， 但会使燃烧温度逐渐升高，有演化为早火的可能。另外，有后火的发动 机在停车以后，有时出现仍像有火花塞点火一样继续运转的现象，也被 称为续走。
2．爆燃性表面点火
程度严重或长时间的早火，往往会引起爆燃性表面点火， 也称激爆，其危害程度比普通爆燃更甚。由于表面点火的产生 ，使发动机实际着火时间提前，导致爆燃产生，而爆燃又明显 提高了燃烧室的温度水平，使表面点火愈发严重，两者相互促 进，导致激爆产生。此时压力升高率为正常值的5倍，最高燃 烧压力为正常燃烧的1.5 倍。由于表面点火的时间随温度水平 上升逐渐前移，有时会造成单缸机停车和多缸机破损。
但目前所用的无铅汽油并非完全无铅，我国对汽油含铅量的要 求是，普通无铅汽油小于13.5mg/L，优质无铅汽油小于5mg/L。
2）非铅类抗爆添加剂
在汽油中加入一定量的醇类和醚类添加剂可提高汽油的辛烷值 ，如表7-2所示。但添加醇类燃料会产生甲醛等新的有害排放物， 欧美等国家有一定程度的应用，但添加量一般小于5%。也有人认 为MTBE有致癌作用。
实际汽油机的转速和转矩波动程度要比柴油机要大的多， 例如，汽油机的转速波动一般大于±10r/min，而柴油机可稳 定到±2r/min。这种波动主要来源于各循环之间的燃烧过程的 波动。如图7-5所示的例子，在10个循环的示功图采样中，最 高燃烧压力pz的波动范围是2.5-3.5MPa，pz的位置及着火时刻 也都是变动的；基于这组示功图算出的最大放热速率（ dQb/d）max的最大值与最小值相差2倍左右。
3）调整汽油组分
烃的分子结构对抗爆性有一定影响，按烷烃、烯烃、环烷烃、 芳香烃的排列顺序，辛烷值依次增高。通过调整汽油中各类烃的比 例，可以改变其辛烷值。如芳香烃辛烷值最高，在国外普通汽油中 的含量可达40%，在高级汽油中的含量超过52%，而国产70号汽油 中只有5-10%。但是国外近年来发现，芳香烃会导致排放中有毒的 苯以及CO2增加，所以其比例又有逐年下降的趋势。
2．爆燃性表面点火
程度严重或长时间的早火，往往会引起爆燃性表面点火， 也称激爆，其危害程度比普通爆燃更甚。由于表面点火的产生 ，使发动机实际着火时间提前，导致爆燃产生，而爆燃又明显 提高了燃烧室的温度水平，使表面点火愈发严重，两者相互促 进，导致激爆产生。此时压力升高率为正常值的5倍，最高燃 烧压力为正常燃烧的1.5 倍。由于表面点火的时间随温度水平 上升逐渐前移，有时会造成单缸机停车和多缸机破损。
但目前所用的无铅汽油并非完全无铅，我国对汽油含铅量的要 求是，普通无铅汽油小于13.5mg/L，优质无铅汽油小于5mg/L。
2）非铅类抗爆添加剂
在汽油中加入一定量的醇类和醚类添加剂可提高汽油的辛烷值 ，如表7-2所示。但添加醇类燃料会产生甲醛等新的有害排放物， 欧美等国家有一定程度的应用，但添加量一般小于5%。也有人认 为MTBE有致癌作用。
实际汽油机的转速和转矩波动程度要比柴油机要大的多， 例如，汽油机的转速波动一般大于±10r/min，而柴油机可稳 定到±2r/min。这种波动主要来源于各循环之间的燃烧过程的 波动。如图7-5所示的例子，在10个循环的示功图采样中，最 高燃烧压力pz的波动范围是2.5-3.5MPa，pz的位置及着火时刻 也都是变动的；基于这组示功图算出的最大放热速率（ dQb/d）max的最大值与最小值相差2倍左右。
3）调整汽油组分
烃的分子结构对抗爆性有一定影响，按烷烃、烯烃、环烷烃、 芳香烃的排列顺序，辛烷值依次增高。通过调整汽油中各类烃的比 例，可以改变其辛烷值。如芳香烃辛烷值最高，在国外普通汽油中 的含量可达40%，在高级汽油中的含量超过52%，而国产70号汽油 中只有5-10%。但是国外近年来发现，芳香烃会导致排放中有毒的 苯以及CO2增加，所以其比例又有逐年下降的趋势。
汽油机可燃混合气的形成
汽油机可燃混合气的形成汽油机是一种常见的内燃机，其工作原理是通过燃烧混合气体产生能量驱动车辆或机械运转。
而汽油机的可燃混合气的形成是实现这一过程的关键。
本文将从混合气的组成、混合气的调配以及混合气的点火等方面，详细介绍汽油机可燃混合气的形成过程。
我们来了解一下汽油机可燃混合气的组成。
可燃混合气主要由空气和汽油组成。
空气中含有氧气，而氧气是燃烧的必要条件。
汽油则是一种燃料，其中含有碳氢化合物。
在燃烧过程中，汽油中的碳氢化合物与氧气发生化学反应，产生二氧化碳、水和能量。
因此，混合气中的氧气和汽油的比例是影响燃烧效果的重要因素。
混合气的调配是形成可燃混合气的关键步骤。
混合气的调配是通过进气系统实现的。
汽油机进气系统通常包括空气滤清器、进气管道、节气门和进气歧管等部件。
空气滤清器的作用是过滤空气中的杂质，保证进入气缸的空气质量。
进气管道将空气引入到发动机内部。
节气门的开度可以调节空气的流量。
而进气歧管则将空气分配到各个气缸中。
通过调节这些部件，可以控制混合气中空气和汽油的比例，以实现最佳的燃烧效果。
混合气的点火是混合气燃烧的关键步骤。
点火系统由点火线圈、火花塞和点火控制装置组成。
点火线圈将电能转化为高压电流，通过火花塞引燃混合气。
点火控制装置则控制点火时间和点火顺序。
在正时点，点火线圈会产生高压电流，使火花塞产生火花，点燃混合气。
混合气的点火需要考虑到点火的时机和点火的能量。
时机过早或过晚，都会影响燃烧效果。
能量不足则无法点燃混合气，能量过大则会造成爆震。
汽油机可燃混合气的形成是一个复杂的过程，需要考虑到混合气的组成、混合气的调配以及混合气的点火等因素。
只有在合适的条件下，混合气才能充分燃烧，释放出足够的能量，推动发动机正常工作。
因此，在汽油机维护和使用过程中，需要对混合气进行合理的调配和点火控制，以确保发动机的高效运行。
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过渡工况对混合气的控制要求
• 加速：节气门急速打开时，由于燃油惯性大 于空气，在打开节气门之后的一个短时间里 发动机吸进的燃油量增加滞后，缸内混合气 瞬时变稀，甚至过稀，要过一段时间才能达 到新的平衡状态。这使曲轴转速提高缓慢或 降低，这会影响汽车加速性，严重时甚至可 能发生熄火或化油器回火。 • 因此在汽车加速时，额外多供给一些燃油使 缸内混合气不至于过稀，满足加速的需要。
（1）按喷油器数量分 ① 多点喷射（Multi Point Injection，缩写为 MPI） 每个气缸有一个专用的喷油器用于为 该气缸提供汽油。属于多点喷射的有BOSCH 的L-Jetronic、Motronic等系统。 ② 单点喷射（Single Point Injection,缩写为 SPI） 几个气缸共用一个或两个喷油器生成混 合气。属于此类的有BOSCH公司的MonoJetronic和Mono-Motronic等系统。
汽油喷射的分类
（3）按喷油的连续性分 ①连续喷射 在发动机运行过程中连续不断地喷 油，如BOSCH公司的 K－Jetronic和 KEJectronic。连续喷射不能用于直接喷入气缸。 ②间歇喷射 此时发动机一个工作循环中只在一 定的曲轴转角范围内喷油。间歇喷射既可用于 多点喷射，又可用于单点喷射；既用用于喷入 气缸，也可用于喷在进气门前或喷在节气门上。 目前生产的汽油喷射装置几乎都采用间歇喷射。
过渡工况对混合气的控制要求
• 急减速：节气门突然关闭，此时由于惯性作用， 发动机仍保持很高的转速，因此进气管真空度 急增，进气量减少，进气管内气压急降而管壁 温度降低缓慢，油膜蒸发更快，供油量增加， 缸内混合气变浓，车辆也不能平顺减速。 • 因此，在急减速时宜利用阻尼器使节气门缓慢 关闭（用化油器时）或者使怠速旁通空气道的 通路面积缓慢减小（电控喷油时），以延缓进 气量的减少而防止缸内混合气过浓。
汽油机的燃料供给方式与所形成可燃混合 气的关系
燃料供给方式 化油器式 缸外 汽油喷射式 位置 向进气管供 油 形成的可燃混合气 均质可燃混合气α<1.15 均质可燃混合气α<1.15 中、低转速和负荷工况形成浓度分 层的混合气，平均α可达3.0～ 3.4 高转速和负荷工况形成均质混合气 平均α≈1.0 功率调节方 式 量调
过渡工况对混合气的控制要求
• 汽车实际使用工况中冷机起动、暖机、加 速和减速都是变工况过程。 • 当发动机工况稳定时，进气管内气流速度、 气体压力与温度、管壁温度等均稳定，油 膜沿进气管全长的分布情况、蒸发速率等 也都稳定不变，这时在同一单位时间内被 吸进气缸的燃油总量必定同化油器或中央 喷油器的供油量保持平衡。但在工况变动 时，这两种燃油量是不一致的。
第7章 汽油机混合气的 形成和燃烧
学习目标
• 本章属于发动机原理的基本内容，包括汽油机混合 气的形成、汽油机的燃烧过程、汽油机的燃烧室等 三节。 • 通过本章学习，要求掌握电控汽油喷射式混合气形 成方式的基本原理和主要结构组成，并能分析电控 汽油喷射的优缺点； • 掌握汽油机的燃烧过程及影响因素； • 了解汽油机的不正常燃烧现象；能够对几种常用的 燃烧室的特征及性能进行对比。
向进气管或 各缸进气道 喷油
量调
缸内 汽油喷射式
直接向各缸 内喷油
质调
过量空气系数 α对动力性、 燃料经济性和 排放的影响
稳定工况和热机怠速工况对混合气的控制要求
稳定运行工况 燃料供给方式 部分负荷工 况 节气门接近全开 及全开工况 随负荷加大而逐 渐加浓到节 气门全开时 的最大功率 混合气 热机怠速工况 过量空气系数 α在0.8左右， 以最小节 气门开度 下指示功 率最大为 准 开环控制 α略小于1 怠速转速／r ／min
化油器供油方式的缺点
（1）燃油雾化程度受空气密度的影响； （2）过量空气系数受空气密度的影响； （3）多缸机混合气分配不均匀； （4）负荷变动造成附加的燃油耗和排放恶化； （5）充气效率较低； （6）化油器结冰； （7）浮子式化油器的工作受发动机姿势的影响； （8）发动机制动影响排放和油耗。
汽油喷射的分类
图7-5 进气管喷射示意图 a）单点汽油喷射系统结构示意图；b）多点汽油喷射系统结构示意图 1-汽油；2-空气；3-节气门；4-进气支管；5-喷油器；6-发动机；
汽油喷射的分类
（2）按喷油地点分 ①喷入气缸（Direct Injection,缩写为 DI） 与柴油机 一样，直接将燃油喷入气缸,又称为直接喷射。稀薄 燃烧的汽油机通常可用直接喷射产生不均匀混合气， 如三菱公司的GDI。 ②喷在进气门前 喷油器装在进气管上，燃油喷在进气 门前，又称进气口喷射（Port Fuel Injection,缩写 为 PFI）。只有多点喷射才能采用上述两种喷射方式。 ③喷在节气门上 喷油器装在节气门体上，燃油喷在节 气门阀板上，用于单点喷射 后两种喷射方式又称间接喷射（InDirect Injection, 缩写为IDI）。
化油器供油
大体接近于 最经济 混合气 开环控制 按最经济混 合气浓 度供油 闭环控制 过量空气系 数在1附 近
600～800
电控汽油喷射 无三元催化转 化器 电控汽油喷射 带三元催化转 化器
开环控制 随负荷加大而逐 渐加浓到节 气门全开时 的最大功率 混合气
闭环控制 α≈1
闭环控制，并 至少有高、 低两个控 制目标值： 低怠速800～ 900 高怠速l000～ 1100
过渡工况对混合气的控制要求
• 冷机起动：燃油和空气温度很低，汽油雾化 性差，大部分燃料以油膜状态流进气缸，而 在冷气缸中能气化的只是燃油中的轻馏分， 大部分燃油会沿缸壁流失和随排气排出，气 缸内混合气过稀，起动困难。要使冷机起动 时缸中实际形成的混合气浓度落到点火界限 之内，就必须设置起动系统，供给极浓的混 合气。 • 暖机：起动后随着发动机温度升高，燃油蒸 发量加大，因此在暖机时要求比起动瞬间有 稍稀的混合气，要求在暖机过程中逐渐减少 供油量。
汽油机混合气的形成
• 汽油机的均质可燃混合气的形成方法主要有3种： （1）化油器式：利用化油器在气缸外部形成大致均 匀的可燃混合气，依靠控制节气门开度的变化来调 节混合气数量。 （2）缸外汽油喷射式（电控汽油喷射式）在一定压 力下利用喷油器直接向进气管或进气道内喷射汽油， 与吸入的空气相混合形成可燃混合气。 （3）缸内直喷式汽油机，其在节能方面具有很大优 势。