汽油機 燃燒過程 爆燃 簡介01

1、汽油機燃燒過程汽油機燃燒過程 1.燃燒過程的重要性 燃料燃燒完全的程度，直接影響到熱量產(chǎn)生的多少和排出的廢氣的成分，而燃燒時機又關(guān)系到熱量的利用程度。所以燃燒過程是影響發(fā)動機的動力性、經(jīng)濟性和排氣污染的主要過程，同時與噪聲、振動、啟動性能和使用壽命也有重大關(guān)系。2.2.對燃燒過程的要求對燃燒過程的要求 1 1）燃燒完全燃燒完全，釋放出盡可能多的熱能，釋放出盡可能多的熱能，減少廢氣中的有害物質(zhì)。減少廢氣中的有害物質(zhì)。 2 2）燃燒及時燃燒及時，使放熱集中在上止點附，使放熱集中在上止點附近，提高熱功轉(zhuǎn)換能力。近，提高熱功轉(zhuǎn)換能力。3.3.燃燒過程的研究方法燃燒過程的研究方法 高速攝影法、示功圖法高

2、速攝影法、示功圖法1、火花塞跳火2、缸內(nèi)壓力線偏離純壓縮線的始點3、缸內(nèi)最高壓力點-點火提前角一、示功圖上的一、示功圖上的關(guān)鍵點關(guān)鍵點 -滯燃期滯燃期 -顯燃期顯燃期 -補燃期補燃期汽油機的燃燒過程汽油機的燃燒過程汽油機的燃燒過程汽油機的燃燒過程指從點火開始到燃指從點火開始到燃料基本燒完為止的料基本燒完為止的過程。過程。 1、滯燃期（著火延遲期） 從火花塞開始跳火到火焰中心形成滯燃期。 是燃燒的準備階段，主要進行熱量的積累，缸內(nèi)的壓力線與純壓縮線基本重合。 當反應的混合氣的溫度升高到一定程度后，形成發(fā)火區(qū)，即火焰中心。 從火花塞跳火瞬時到活塞行至上止點時的曲軸轉(zhuǎn)角，稱為點火提前角，用表示。一般

3、為2035CA。燃料本身的分子結(jié)構(gòu)和物理化學性質(zhì)。燃料本身的分子結(jié)構(gòu)和物理化學性質(zhì)。著火溫度和熱穩(wěn)定性越低，著火延遲期越短。 混合氣成分混合氣成分。混合過量空氣系數(shù)=0.80.9著火延遲期最短?；鸹ㄈ饡r缸內(nèi)壓力及溫度高火花塞跳火時缸內(nèi)壓力及溫度高，著火延遲期縮短。電火花強度大電火花強度大，著火延遲時間將減小。另外，與殘余廢氣量、另外，與殘余廢氣量、缸內(nèi)混合氣的運動等因素有關(guān)。缸內(nèi)混合氣的運動等因素有關(guān)。1）特點：A.火花放電時兩極電壓達1015KV，局部溫度3000K，加快了混合氣的氧化反應速度。B.此階段缸內(nèi)壓力無明顯升高。2）影響滯燃期時間長短的因素：*從火焰中心形成到示功圖上的壓力達

4、到最高點為止稱為速燃期。 * *在均質(zhì)混合氣中，當火焰中心出現(xiàn)后，與其臨近的一在均質(zhì)混合氣中，當火焰中心出現(xiàn)后，與其臨近的一薄層混合氣首先燃燒即形成極薄的火焰層，稱為薄層混合氣首先燃燒即形成極薄的火焰層，稱為火焰前火焰前鋒。鋒。* *火焰前鋒向前推進的法向移動速度，稱為火焰?zhèn)鞑ニ俣?。火焰前鋒向前推進的法向移動速度，稱為火焰?zhèn)鞑ニ俣取? *火焰?zhèn)鞑ニ俣龋很囉靡话慊鹧鎮(zhèn)鞑ニ俣龋很囉靡话?03060m/s60m/s。* *混合氣約混合氣約808090%90%在此期間燃燒完畢，溫度、在此期間燃燒完畢，溫度、壓力迅速升高，最高壓力在上止點后壓力迅速升高，最高壓力在上止點后12A15A12A15A（循環(huán)功

5、最多）一般占（循環(huán)功最多）一般占20203030CACA。缸內(nèi)最高壓力點與最高溫度點重合。缸內(nèi)最高壓力點與最高溫度點重合。* *急燃期越短，愈靠近上止點，汽油機經(jīng)濟急燃期越短，愈靠近上止點，汽油機經(jīng)濟性、動力性越好。但可能導致壓力升高率值性、動力性越好。但可能導致壓力升高率值過高，工作粗暴。過高，工作粗暴。 正常燃燒正常燃燒 * *最高壓力過早使壓縮功增大，過遲散熱最高壓力過早使壓縮功增大，過遲散熱損失增大；過大產(chǎn)生振動、噪音，過小使膨損失增大；過大產(chǎn)生振動、噪音，過小使膨脹功減少。脹功減少。 * *壓力升高率：即曲軸每轉(zhuǎn)壓力升高率：即曲軸每轉(zhuǎn)1 1度時，缸內(nèi)度時，缸內(nèi)氣體壓力的平均升高量：氣

6、體壓力的平均升高量：P P = =P/P/P =P =（P3-P2P3-P2）=（3-23-2） *P表征壓力變化的急劇程度： P過大，發(fā)動機振動和噪聲大，工作粗暴； P在a/A，汽油機工作柔和，性能好。 點火提前角： 從點火時刻起到活塞到達壓縮上止點這段時間內(nèi)，曲軸轉(zhuǎn)過的角度稱為點火提前角。 混合可燃氣體從點燃、燃燒到燒完有一個時間過程，最佳點火提前角的作用就是在各種不同工況下使氣體膨脹趨勢最大段處于活塞做功下降行程。這樣效率最高，震動最小，溫升最低。 *點火過早，會造成爆震，活塞上行受阻，效率降低，熱負荷、機械負荷、噪聲和震動加劇，這是應該防止的。點火過遲，發(fā)動機無力，功效率低，油耗大，排

7、氣聲大。不論點火過早或過遲，都會影響轉(zhuǎn)速的提升。 *最佳點火角受很多因素影響，如果要發(fā)動機工作在理想狀態(tài)下，以下因素必須考慮： 1)缸溫缸壓。越高燃燒越快，點火提前角要越小。影響缸溫缸壓的因素有：發(fā)動機壓縮比、氣溫、缸溫、負荷。大家的車在氣溫變化的季節(jié)有不同表現(xiàn)正緣于此。 2)汽油辛烷值。也就是汽油牌號，越高抗爆震能力越強，相應允許更大的點火提前角。 3)燃氣混合比。過濃過稀燃燒速度皆慢，需增加點火提前角。這個主要看節(jié)氣門開度、海拔高度。 對于難以預料的情況，有些車還加裝了爆震傳感器，發(fā)生爆震時自動降低點火提前角。 顯然，要完成如此復雜的運算，靠傳統(tǒng)的模擬點火器是難以勝任的。只有微電腦點火器，

8、才能高速、精確、穩(wěn)定地實現(xiàn)最佳點火提前角。 *從最高壓力點到燃燒結(jié)束為補燃期：指明顯燃燒期以后在膨脹過程中的燃燒。 *此階段參加燃燒的燃料主要有：火焰前鋒面過后，后面未及燃燒的燃料（燃燒室邊緣和縫隙）再燃燒。貼附在缸壁未燃混合氣層的部分燃燒。壁面溫度低，對火焰具有熄火作用，這樣在壁面存在大量未燃烴，在隨后的膨脹中部分未燃烴繼續(xù)燃燒。高溫分解的燃燒產(chǎn)物（H2、O2、CO）等重新氧化。 在膨脹中遠離上止點放熱，熱能不能充分利用，使i，Me，ge，且排氣溫度，散熱量。過長會造成發(fā)動機過熱，排氣管“放炮”。 希望補燃期盡可能短，后燃放熱量盡可能少。1.上述三個階段中,火焰?zhèn)鞑テ谒俣葘起決定性的作用。

9、要在工作柔和的條件下，盡可能地提高火焰?zhèn)鞑ニ俣取?衡量發(fā)動機工作粗暴程度的指標明顯燃燒期內(nèi)的平均壓力升高率P/， 即曲軸每轉(zhuǎn)1度時，缸內(nèi)氣體壓力的平均升高量： P/=（P3-P2)/(3-2） kPa/0CA 一般使火焰中心形成點出現(xiàn)在TDC前12-150CA，缸內(nèi)最高壓力點出現(xiàn)在TDC后12-150CA。 P/=175 245kPa/0CA3影響火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊囊蛩兀?混合氣濃度、缸內(nèi)氣體的紊流強度、殘余廢氣系數(shù)等。1. 屬于預混合燃燒,具有定容燃燒的形式。燃燒持續(xù)期約為2540A(柴油機約為5070A)。2壓縮比小，一般為79， (柴油機約為1222)。熱效率低，排溫高（膨脹不充分）。3最高

10、燃燒溫度高（接近定容燃燒）。4易燃燒不完全（過量空氣系數(shù)小，防止爆燃燃燒室內(nèi)的激冷區(qū)），CO、HC、NOx排放高。5揮發(fā)損失大（汽油的揮發(fā)性好）。(一)現(xiàn)象1.缸內(nèi)出現(xiàn)尖銳的金屬敲擊聲2.油膜破壞,機件磨損加??；3.燃燒室、冷卻系過熱，排溫增加；4.Ne下降、ge升高；5.排污增加，嚴重時排氣冒黑煙；6.壓力線出現(xiàn)爆震波。圖圖5-3 爆燃時的示功圖爆燃時的示功圖常見的不正常燃燒常見的不正常燃燒:爆燃爆燃和和表表面點火面點火。一、爆燃一、爆燃 *正常燃燒：有火焰前鋒，且逐層向外傳，直至燃燒完畢。 *爆燃：在火焰前鋒到達之前,末端混合氣的溫度、壓力超過其臨界溫度、壓力而自燃，形成新的火焰中心,火焰

11、傳播速度加大(高達8001000m/s),使得缸內(nèi)局部壓力、溫度急劇升高,壓力來不及平衡,形成沖擊波（激波）,沖擊波反復撞擊缸壁,（激波來回反射，在示功圖上形成鋸齒形）發(fā)出尖銳的敲缸聲。 *重載爬坡、急加速時易爆震，換低擋以提高發(fā)動機轉(zhuǎn)速可消除爆震。1、機件過載沖擊負荷大，機件的機械負荷增加，使機件變形損壞。噪聲增大。2、機件燒損汽油機燃燒終了的溫度為20002500，由于冷卻水和氣體附面層的作用，活塞頂、燃燒室壁和缸壁的溫度保持在200300 。爆燃沖擊波破壞燃燒室內(nèi)附面層和局部高溫，使活塞頭和氣門等燒損，同時會引起發(fā)動機過熱。3、潤滑變差發(fā)動機過熱，使?jié)櫥Ч儾?，使磨損加劇。4、積碳增多

12、高溫裂解產(chǎn)生的碳粒形成積炭，5、Me下降、ge上升另外，高溫裂解使燃燒產(chǎn)物分解為CO、H2、O2、NO及游離碳增多，排氣冒煙嚴重。 CO、H2、O2等膨脹過程中重新燃燒，使排溫增高。 有燃料因素、使用因素、結(jié)構(gòu)因素等。為便于分析，假定： t1 -從火焰中心形成起到火焰前鋒傳到末端混合氣為止的時間。 t2 -從火焰中心形成起到末端混合氣自行著火的時間。 所以： 當t1 t2 ，爆燃。1、燃料因素 汽油機的壓縮比，應適應汽油辛烷值的要求。2、使用因素 發(fā)動機轉(zhuǎn)速增加，進氣速度加快，壓縮終了氣體的紊流度提高，火焰?zhèn)鞑ニ俣燃涌?，爆燃程度減弱；氣缸殘余廢氣多，會使混合氣自燃溫度提高，著火延遲期加長，可減

13、弱爆燃； 過量空氣系數(shù)在0.850.95時，自燃溫度低，著火延遲期短，爆燃最嚴重；BTDC大，易爆燃；缸內(nèi)積碳使熱阻加大，壁面溫度升高，實際壓縮比增加，爆燃加重。影響混合氣的溫度和壓力3、結(jié)構(gòu)因素 燃燒室結(jié)構(gòu)能使壓縮終了氣體紊流速度提高，火焰?zhèn)鞑ニ俣燃涌?，能避免爆燃；火花塞的位置和?shù)目使火焰行程縮短，可減少爆燃；使末端氣體接觸的燃燒室壁強冷卻，可減少爆燃；采用小直徑的氣缸，不易爆燃。降低水溫和進氣溫度降低末溫降低壓縮比推遲點火增多殘余廢氣定義：在火花點火式汽油機中，凡是不依靠火花塞點火，而是由燃燒室內(nèi)熾熱表面（如過熱的火花塞電極、排氣門、積碳）點燃混合氣的現(xiàn)象。早燃或早火早燃或早火在火花塞跳火

14、在火花塞跳火 之前之前后燃或后火后燃或后火在火花塞跳火在火花塞跳火 之后之后分分非爆燃性表面點火非爆燃性表面點火爆燃性表面點火爆燃性表面點火1、非爆燃性表面點火-火焰以正常速度傳播1）后燃）后燃點火后，在火焰?zhèn)鞑c火后，在火焰?zhèn)鞑ミ^程中，熾熱表面在過程中，熾熱表面在火焰到達前點燃混合火焰到達前點燃混合氣，其火焰以正常速氣，其火焰以正常速度向未燃氣體推進。度向未燃氣體推進。斷火后發(fā)動機續(xù)轉(zhuǎn)就斷火后發(fā)動機續(xù)轉(zhuǎn)就是這種現(xiàn)象。是這種現(xiàn)象。2）早燃 熾熱表面溫度較高，在點熾熱表面溫度較高，在點火前，點燃混合氣。由于火前，點燃混合氣。由于點燃區(qū)域較大，火焰?zhèn)鞑c燃區(qū)域較大，火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤?，速度快，P和和P

15、較大，發(fā)動較大，發(fā)動機易過熱。機易過熱。壓縮負功，缸內(nèi)溫度，與缸壁接觸面積,散熱量, 有效功率。另外高溫、高壓加重了活塞連桿組的機械負荷、熱負荷,使用壽命。 早燃時的示功圖早燃時的示功圖 與爆燃的區(qū)別沉悶的“敲缸聲”。被熾熱表面點燃，無壓力波產(chǎn)生，而爆燃時為自燃，有壓力波產(chǎn)生。 另外:爆燃爆燃早燃缸內(nèi)熾熱表面產(chǎn)生缸內(nèi)熾熱表面產(chǎn)生缸內(nèi)溫度、壓力升高缸內(nèi)溫度、壓力升高 非爆燃性表面點火大體是發(fā)動機長時間高負荷運轉(zhuǎn)引起的。2、爆燃性表面點火（激爆） 熱面點火后火焰以爆燃速度傳播。由燃燒室沉積物引起的發(fā)動機低速、低負荷運轉(zhuǎn)時，燃燒室表面極易形成導熱性很差的沉積物。沉積物被高溫火焰包圍，急劇氧化而白熾化

16、，將混合氣點燃。壓力升高率高5倍，最高壓力高150%*影響表面點火的因素及預防措施：影響表面點火的因素及預防措施： 凡是能使缸內(nèi)的溫度、壓力降低的因素，都凡是能使缸內(nèi)的溫度、壓力降低的因素，都可預防表面點火?？深A防表面點火。選用低沸點汽油和含膠質(zhì)少的機油。選用低沸點汽油和含膠質(zhì)少的機油。 在燃料中加抑制熱面點火的添加劑。在燃料中加抑制熱面點火的添加劑。 適當降低壓縮比。適當降低壓縮比。 選用合格的火花塞、排氣門。選用合格的火花塞、排氣門。小結(jié)：小結(jié)：爆燃爆燃 表面點火表面點火 末端混合氣自燃末端混合氣自燃 熾熱表面點燃熾熱表面點燃 火花塞跳火之后火花塞跳火之后 火花塞跳火之前、后火花塞跳火之前、后 有壓力沖擊波有壓力沖擊波 無壓力沖擊波無壓力沖擊波 敲擊聲較清脆敲擊聲較清脆 敲擊聲較沉悶敲擊聲較沉悶 二者又相互聯(lián)系，相互促進。二者又相互聯(lián)系，相互促進。一、概念1.空燃比：可燃混合氣中，空氣與燃料的質(zhì)量比。理論空燃比：空燃比