第4章汽油机燃烧过程

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第四章 汽油机燃烧过程
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节
汽油机燃烧过程分析 汽油机爆震燃烧和表面点火 汽油机循环燃烧变动 汽油机排出有害物及其控制 使用、调整因素对汽油机燃烧过程的影响 汽油机燃烧室设计 稀燃技术的应用与发展
一、涡流 1. 进气涡流:进气过程中形成的,绕气缸轴线有组织 的气流运动。 2. 进气涡流的产生方法 采用带导气屏的进气门 切向气道。结构简单,流动阻力小,对气口位置敏 感。 螺旋气道。能产生较强进气涡流,制造工艺要求高, 调试工作量大。
第二节 汽油机爆震燃烧和表面点火
3)负荷的影响 负荷下降,节气门关小,残余废气系数增加,气缸壁相对传 热增加,循环最高压力下降,爆震倾向下降。 4)混合气浓度 影响火焰传播速度、火焰与气缸壁的温度、终燃混合气滞 燃期的改变。功率混合气时,火焰传播速率最大,混合气 的滞燃期最短,后者起主要作用,最易爆震,过浓或过稀 的混合气有助于减小爆震。 5)燃烧室沉积物 沉积物的温度较高,进气压缩过程中,不断加热混合气; 沉积物是热的不良导体,提高了终燃混合气的温度;沉积 物占一定的容积,压缩比提高。爆震倾向增加。
第一节 汽油机燃烧过程分析
一、预混燃烧与扩散燃烧 1. 预混燃烧:混合过程比燃烧反应要快得多,或火焰 到达之前,燃料与空气已经充分混合,这种可燃混 合气燃烧称之为预混燃烧。 2. 扩散燃烧:混合过程控制了燃烧速率,主要特征是 燃烧速率取决于使燃料和氧化剂达到适宜进行化学 反应所需要的扩散速率。
第一节 汽油机燃烧过程分析
第四节 汽油机排出的有害物及其控制
2.
① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦
机理
壁面淬熄 狭隙效应 润滑油膜的吸附及解吸 燃烧室中沉积物的影响 大容积淬熄 失火 碳氢化合物的后期氧化
二、表面点火 不依靠电火花点火,而依靠炽热表面点燃混合气形成的ຫໍສະໝຸດ Baidu正常燃烧 现象。 1. 正常表面点火 1)后火 炽热点的温度较低,电火花点燃混合气以后,火焰传播过程中,炽 热点点燃其余混合气,火焰传播仍以正常的速度传播。 2)早火 炽热点温度较高时,电火花点燃混合气,在电火花正常点火前,炽 热点点燃混合气。 2. 爆燃性表面点火 燃烧室沉积物引起的爆燃性炽热点火。 由于它提前点火而且热点表面比火花大,使燃烧速率快,缸内压力、 温度增高,发动机工作粗暴,并且由于压缩负功增加,向缸壁传热 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,促使更激烈的表面点火,两 者互相促进,危害更大。
第三节 汽油机循环燃烧变动
现象 在发动机以某一工况稳定运行时,各循环燃烧过程 的情况不断变化,具体表现在压力曲线、火焰传播 情况及发动机功率输出均不相同。 危害 提前角、空燃比以及压缩比、辛烷值,不一定都最 佳。发动机排放增大,输出扭矩波动增大。
1.
2.
第三节 汽油机循环燃烧变动
3. 4. 评价参数 与气缸压力有关的参数。 与燃烧参数有关的参数 与火焰前锋位置相关的参数。 与排放有关的参数 产生原因 燃烧过程中气缸内气体运动状态的循环变动。 每循环气缸内的混合气成分变动。
有害排放物主要包括: 1. 2. CO,不完全燃烧产物。 HC,包括未燃和未完全燃烧的燃油、润滑油及其裂解和部 分氧化产物。 NOx,内燃机排放的氮氧化物绝大部分是NO,少量是NO2 ,一般用表示NOx 。
3.
4.
微粒,排气中的微粒是指经空气稀释、温度降到52℃后用 涂有聚四氟乙烯的玻璃纤维滤纸收集的除水以外的物质。 柴油机排出的微粒大多小于0.3微米,其主要成分是碳及其 吸附的有机物质,后者称为有机可溶成份。
第二节 汽油机爆震燃烧和表面点火
2)防止措施: 选用沸点低的燃料和成焦小的润滑油; 降低压缩比; 避免长时间的低负荷运转以及汽车频繁加减速运行。
第二节 汽油机爆震燃烧和表面点火
4. 爆燃与表面点火的区别与联系 两种不正常燃现象。爆燃火花点火后终端混合气的自然现 象,表面点火是炽热物点燃混合气,本质不同。表面点火 没有冲击波,“敲缸声”比较沉闷,主要是由活塞连杆、 曲轴等运动件受到冲击负荷产生振动而造成的。两者存在 促进关系。
第二节 汽油机爆震燃烧和表面点火
3. 影响因素与防止措施: 1)影响因素 燃料的影响: 燃料形成沉积物的能力 形成的混合气性质 结构与运转参数的影响:促进沉积物温度升高,氧气供应 好,降低混合气点火能量的因素,均促进表面点火发生。 例如: 压缩比增高 进气终了压力增加 进气温度增加 转速增加 燃用功率混合气 大气湿度下降。
五、热力混合 直喷式柴油机,上止点附近接近刚体流,燃烧室中 心压力低,外围压力高。燃烧室中流体受离心力及 压差作用。火焰向燃烧室中心运动,新鲜混合气向 外壁运动。
第一节 汽油机燃烧过程分析
汽油机的燃烧特点: 缸外形成混合气(蒸发性好、自燃温度高),混合 气形成时间长,整个吸气过程和压缩过程都在混合, 均匀混合气; 外源点火,可控制点火时间与地点; 传播式燃烧。燃烧速度、放热率取决于火焰传播速 度。
第四节 汽油机排出的有害物及其控制
一、 一氧化碳:碳氢化合和燃料在燃烧过程中生成的重要中间 产物。 控制CO排放量的主要因素是可燃混合气的过量空气系数, 在浓混合气中,CO体积分数随过量空气系数的减小不断增 加;在稀混合气中,CO很低,只是在1.0——1.1之间, CO随过量空气系数变化略有变化。 部分负荷时,CO排放量不高;全负荷运转、冷起动时, CO排放很大;发动机加速时,如果过渡浓,或者减速时不 断油,过渡工况供油控制不良时,CO排放增高。
影响滞燃期的因素: 燃料本身的分子结构和物理化学性能; 开始点火时气缸内气体的压力温度。与压缩比有关, 压缩比高,滞燃期短; 过量空气系数,在过量空气系数为0.8—0.9时,最短。 残余废气增加,增加; 气缸内混合气运动强,则稍有增加; 火花能量大,缩短。
第一节 汽油机燃烧过程分析
第一节 汽油机燃烧过程分析
Ⅲ、后燃期:明显燃烧期终点到燃料基本上燃烧完全点。 特点: ① 燃烧速度慢。高温下燃烧产物分解的H2、O2、和CO 余隙壁面附近不完全燃烧部分继续燃烧。 ② 补燃在膨胀冲程的后期,热量利用率下降,希望后 燃尽可能少。
第一节 汽油机燃烧过程分析
(二)火焰传播速率和燃烧速率 1、层流火焰传播速率 火焰前锋相对于未燃温合气的相对速率。 ������������������ ������������ = ������������ ������������ ������������ 式中: Af—火焰面积 ρu—未燃混合气密度 dmb/dt—质量燃烧率
第二节 汽油机爆震燃烧和表面点火
(1)运转因素 (2)结构因素的影响 1)气缸直径 气缸直径增大—火焰传播距离增加,燃烧室面容比减小, 爆震倾向增大 2)火花塞位置 3)气缸盖与活塞材料 合金材料,导热性好,可用大的压缩比。 4)燃烧室结构 影响火焰传播距离,湍流强度,向冷却水的散热,终燃混 合气的数量与温度。
第二节 汽油机爆震燃烧和表面点火
2. 外部特征 敲缸; 轻微爆震时,发动机功率略增;强烈爆震时,发动 机功率下降,工作不稳,转速下降,发动机有较大 振动。 冷却系过热 缸盖温度上升。
第二节 汽油机爆震燃烧和表面点火
3. 严重爆震时危害 爆震产生的压力波 使零件应力增加,破坏了壁面表 面的气体附面层和油膜,使传热和摩擦损失增加, 冷却系过热,功率下降,油耗率增加,甚至会造成 活塞、气门烧坏,轴承 破裂,火花塞绝缘体破坏, 润滑油结胶、活塞环粘在槽内等故障。
第一节 汽油机燃烧过程分析
2、湍流火焰速率 湍流作用: ① 大标度的湍流将使火焰前锋面发生扭曲,除使其面 积增大外,还可以使火焰前锋分裂成许多燃烧中心, 导致火焰速率大大增加; ② 小标尺的湍流也可大大增加火焰面中分子与新鲜混 合气中的分子的相互渗透,使燃烧速率增加。 ST=SLFSR 式中: FSR—火焰速率比
二、挤流 压缩过程后期,活塞表面的某一部分和气盖彼此靠 近时所产生的径向或横向气流运动称为挤压流动, 又称挤流。与涡流比,强度低,持续时间短,活塞 下行,很快下降消失,起辅助作用。
三、滚流 在进气过程中形成的,绕垂直于轴线的轴有组织的 空气旋流,称为滚流或横轴涡流。
四、湍流 气缸中形成的无规则的气流运动称为湍流。
第三节 汽油机循环燃烧变动
5. 降低措施 多点点火 组织进气涡流,能增加燃烧速率,减少循环变动。 提高发动机转速,在缸内形成强的湍流。 采用化学计量比,火焰温度与传播速度比较高,压 力变动小; 电控喷射; 速燃技术; 加大点火能量,优化放电方式,采用大的火花塞间 隙。

第四节 汽油机排出的有害物及其控制
第二节 汽油机爆震燃烧和表面点火
一、爆燃 末端混合气的自燃现象。 1. 产生原因: 电火花跳火,火焰传播,末端混合气在压缩终点温 度基础上,受到火焰面的热幅射,压缩加速了自己 的化学反应,在火焰末达到时,就自燃了,形成另 外一个或多个火焰核心,从这些中心以高速传播, 热量迅速放出,局部压力剧增,来不及膨胀,形成 冲击波,敲击壁面产生清脆的金属敲击声。
二、点燃式内燃机的正常燃烧 (一)点燃式内燃机的燃烧过程 Ⅰ、着火阶段(滞燃期):由火花跳火到形成火焰中心, 压力明显脱离压缩线。 电火花跳火:集中加入热量,电极间温度可达 2000℃;击穿混合气,离解成活性中心,加速反应, 形成火焰核心。 特点:燃烧量小,压力升高不明显。
第一节 汽油机燃烧过程分析
Ⅱ、火焰传播阶段(急燃期):火焰核心形成到火焰烧 遍整个燃烧室,最高压力出现,上止点后12— 15º CA。 特点:压力升高迅速,用⊿P/⊿φ=(P3-P2)/( φ3φ2 )评价,在0.2—0.4MPa/º CA。 汽油机第Ⅱ阶段越短,越靠近上止点,经济性,动 力性越好。但⊿P/⊿φ过大,噪声大,工作粗暴,一 般⊿P/⊿φ在0.175—0.25MPa/º CA为宜。
第二节 汽油机爆震燃烧和表面点火
5. 降低爆震的具体措施 1)推迟点火 2)缩短火焰传播距离。合适的火花塞位置与燃烧室的形状。 3)终燃混合气的冷却。 4)增加流动,火焰传播加快,散热好。 5)扫气。 6. EMS爆震控制方法 1)推迟点火为提前角 2)减小增压压力 3)EGR
第二节 汽油机爆震燃烧和表面点火
第一节 汽油机燃烧过程分析
3、火焰传播速率 火焰前锋相对于燃烧室壁面传播的绝对速率。 Sf=ST+Se 式中: ST—湍流火焰速率。 Se—已燃区膨胀速率。
第一节 汽油机燃烧过程分析
(三)火焰传播界限 影响因素:影响可燃混合气初期放热速率和散热速 率的因素。例如:可燃混合气的初始温度、残余废 气系数、点火能量、气流运动、燃烧室设计等。 可燃混合气的初始温度 残余废气系数 点火能量 气流运动:湍流增强,火焰传播界限增大 燃烧室设计:残余废气容易排除,火焰传播界限增 大


第四节 汽油机排出的有害物及其控制
二、 1. ① ② ③ 未燃碳氢化合物 生成与排放渠道: 在气缸内的燃烧过程中生成并随排气排出。二冲程中与扫 气有关,增压机中与气门叠开有关。 曲轴箱排放物:从燃烧室通过活塞与气缸之间的各间隙漏 入曲轴箱的窜气,含有大量HC,如果排入大气也构成排放 物。 蒸发排放物:从发动机和汽车的燃油系统,即汽油箱、节 气门等处蒸发的汽油蒸气,如果排入大气同样构成排放物 。
第二节 汽油机爆震燃烧和表面点火
4. 爆震影响因素 (1)运转因素 1)点火提前角 点火提前角增大, 火焰传播时间缩短;最高压力增 大,末端混合气受到的挤压增大,温度增大,爆震 倾向增大。后者起主要作用,点火提前角增大,爆 震倾向增大。 2)发动机转速 转速增加, 火焰传播速度增加,爆震倾向减小;吸 气损失增加,吸入空气温度增加; 充量系数下降, 最高燃烧压力下降,终燃混合气温度下降。爆震倾 向下降。
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