發(fā)動(dòng)機(jī)原理第七章汽油機(jī)燃燒過(guò)程演示

（優(yōu)選）發(fā)動(dòng)機(jī)原理第七章汽油機(jī)燃燒過(guò)程當(dāng)前第1頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)汽油機(jī)的燃燒過(guò)程汽油機(jī)的燃燒過(guò)程正常燃燒不正常燃燒表面點(diǎn)火爆震后火早火當(dāng)前第2頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)§7-1正常燃燒

火花塞放電時(shí)兩極電壓可達(dá)10-35kV，擊穿電極間隙的混合氣，造成電極間電流通過(guò)。電火花能量點(diǎn)燃電機(jī)附近的混合氣首先形成火焰中心

，而后火焰前鋒以一定的正常速度擴(kuò)散到整個(gè)燃燒室，氣缸內(nèi)溫度和壓力升高。此期間，火焰?zhèn)鞑ニ俣燃盎鹧媲颁h面的形狀沒(méi)有急劇變化，該狀況稱為正常燃燒。當(dāng)前第3頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)研究燃燒過(guò)程的方法很多，但簡(jiǎn)單易行且經(jīng)常使用的方法是P-Ф示功圖，它反映了燃燒過(guò)程的綜合效應(yīng)。汽油機(jī)典型示功圖如下圖P-Ф圖所示。當(dāng)前第4頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)一、燃燒過(guò)程的分段P-Ф圖，稱為燃燒過(guò)程的展開示功圖。按缸內(nèi)壓力變化的特征，將燃燒過(guò)程分為三個(gè)時(shí)期：1）滯燃期（著火延遲期、著火落后期）2）急燃期（明顯燃燒期）3）補(bǔ)燃期（后燃期）當(dāng)前第5頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)滯燃期（Ⅰ段）

從火花塞跳火（1點(diǎn)）到火焰中心出現(xiàn)（2點(diǎn)）的時(shí)間或曲軸轉(zhuǎn)角稱為滯燃期（占整個(gè)燃燒時(shí)間的15%）。

在最佳點(diǎn)火條件下，一般點(diǎn)火能量只需0.2mJ。對(duì)較濃和較稀的混氣，點(diǎn)火能量只需3mJ。當(dāng)前第6頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)為了保證發(fā)動(dòng)機(jī)在各種工況下都能點(diǎn)火成功，實(shí)際點(diǎn)火能量一般為30-50mJ，高能點(diǎn)火系統(tǒng)則可達(dá)100mJ。

滯燃期每一循環(huán)都可能有變動(dòng)，有時(shí)最大值可達(dá)最小值的數(shù)倍。為了提高效率，應(yīng)盡量縮短滯燃期。為了保證發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定，應(yīng)盡量保證滯燃期保持穩(wěn)定。點(diǎn)火提前角20o～35o，著火延遲角4o～6o。當(dāng)前第7頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)影響滯燃期的長(zhǎng)短的因素1.混合氣成分）2.點(diǎn)火時(shí)缸內(nèi)氣體溫度和壓力（壓縮比）3.缸內(nèi)氣體流動(dòng)4.火花能量5.殘余廢氣量當(dāng)前第8頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)急燃期（II段）

從出現(xiàn)火焰中心（2點(diǎn)）開始到缸內(nèi)出現(xiàn)最高壓力（3點(diǎn)）為止。此時(shí)火焰由火焰中心燒遍整個(gè)燃燒室，因此也稱之為火焰?zhèn)鞑ルA段。當(dāng)前第9頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)

燃油80-90％在此期間燃燒結(jié)束，一般在上止點(diǎn)后10～15°CA出現(xiàn)最高壓力。

曲軸每轉(zhuǎn)1°時(shí)缸內(nèi)壓力升高值ΔΡ/Δφ稱為壓力升高率（一般在）。壓力升高率不能過(guò)高，過(guò)高則易工作粗暴。

最高壓力點(diǎn)出現(xiàn)的時(shí)刻，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和經(jīng)濟(jì)性有重大影響。過(guò)早，則引起壓縮負(fù)功增加，壓力升高率增加；反之，則膨脹比減小，傳熱面積增大。可通過(guò)調(diào)整點(diǎn)火提前角來(lái)調(diào)整最高壓力點(diǎn)出現(xiàn)位置點(diǎn)。當(dāng)前第10頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)影響急燃期的因素1.火焰?zhèn)鞑サ乃俣?.火花塞的位置3.燃燒室形式4.點(diǎn)火提前角燃燒速度即單位時(shí)間內(nèi)燃燒的混合氣的數(shù)量?；鹧?zhèn)鞑シ绞礁鶕?jù)混合氣流動(dòng)狀態(tài)可以分為層流火焰?zhèn)鞑ィㄐ∮?m/s）和湍流火焰?zhèn)鞑ィ?0-80m/s）。當(dāng)前第11頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)補(bǔ)燃期（Ⅲ段）

缸內(nèi)出現(xiàn)最高壓力（3點(diǎn)）以后到燃燒完全結(jié)束這段時(shí)間稱為補(bǔ)燃期，因少量燃料未充分氧化、燃燒室邊緣和汽缸壁上的燃料等繼續(xù)燃燒，而使燃燒推遲。補(bǔ)燃使熱負(fù)荷增加、熱效率減小、功率下降，若持續(xù)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)至排氣門打開時(shí)還在燃燒，則會(huì)產(chǎn)生排氣管“放炮”現(xiàn)象，應(yīng)加強(qiáng)渦流，使后燃期盡可能縮短。當(dāng)前第12頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)影響補(bǔ)燃期長(zhǎng)短的因素1.火焰前鋒過(guò)后未來(lái)得及燃燒的燃料2.貼附在汽缸壁上未燃燒的燃料3.燃燒產(chǎn)物CO2和H2O的分解現(xiàn)象補(bǔ)燃期內(nèi)活塞已遠(yuǎn)離上止點(diǎn)，燃燒條件差，放熱量得不到充分利用，所以補(bǔ)燃期越短越好。當(dāng)前第13頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)二、不規(guī)則燃燒汽油機(jī)不規(guī)則燃燒是指穩(wěn)定正常運(yùn)轉(zhuǎn)情況下，各循環(huán)之間的燃燒變動(dòng)和各氣缸之間的燃燒差異。前者稱為循環(huán)間的燃燒變動(dòng)（或循環(huán)波動(dòng)），后者稱為各缸間的燃燒差異（或各缸工作不均勻）。當(dāng)前第14頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)1.循環(huán)間的燃燒變動(dòng)是點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)的一大特征，指發(fā)動(dòng)機(jī)以某一工況運(yùn)行時(shí)，這一循環(huán)和下一循環(huán)燃燒過(guò)程的進(jìn)行情況不斷變化，具體表現(xiàn)在壓力曲線、火焰?zhèn)鞑デ闆r及發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率均不相同。稀混合氣濃混合氣當(dāng)前第15頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)影響循環(huán)間的燃燒變動(dòng)的因素1）氣缸內(nèi)氣體運(yùn)動(dòng)狀況2）每循環(huán)氣缸內(nèi)的混合氣成分降低循環(huán)間波動(dòng)的措施1）多點(diǎn)點(diǎn)火2）組織進(jìn)氣渦流3）提高發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速4）采用化學(xué)計(jì)量空燃比5）采用燃油電控噴射技術(shù)6）采用快速、速然燃燒技術(shù)7）加大點(diǎn)火能量當(dāng)前第16頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)2.各缸間的燃燒差異各缸工作不均勻是針對(duì)多缸發(fā)動(dòng)機(jī)而言的。產(chǎn)生燃燒差異的因素：進(jìn)氣量的差別、混合氣成分不均勻等。各缸工作不均勻性的存在，使得難以找到對(duì)各缸都是最佳的點(diǎn)火提前角和過(guò)量空氣系數(shù)，動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、排放性等整機(jī)指標(biāo)難以優(yōu)化，振動(dòng)及噪聲也會(huì)增加。當(dāng)前第17頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)汽油機(jī)的不正常燃燒是指設(shè)計(jì)不當(dāng)或控制不當(dāng)，使之偏離正常點(diǎn)火時(shí)間及地點(diǎn)，由此引起燃燒速率急劇上升，壓力急劇增大等異常現(xiàn)象。不正常燃燒可分為爆震（或爆燃）和表面點(diǎn)火兩類?！?-2不正常燃燒（異常燃燒）當(dāng)前第18頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)一、爆震

爆震時(shí)，缸內(nèi)壓力曲線出現(xiàn)高頻大幅度波動(dòng)（鋸齒波），同時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)產(chǎn)生一種高頻金屬敲擊聲，因此也稱爆震為敲缸。

爆震類似于柴油機(jī)，低溫多階段自然。當(dāng)前第19頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)現(xiàn)象：敲缸（缸內(nèi)出現(xiàn)尖銳的金屬敲擊聲），燃燒室和冷卻系統(tǒng)過(guò)熱，排溫上升，有效燃油消耗率ge上升，有效功率Pe下降，氣缸壓力線出現(xiàn)鋸齒波。原因：在火焰前鋒到達(dá)之前，末端混合氣的溫度、壓力超過(guò)其臨界溫度、壓力而自燃，形成新的火焰中心，火焰?zhèn)鞑ニ俣燃哟?，使得缸?nèi)局部壓力、溫度急劇升高，壓力來(lái)不及平衡，形成沖擊波，沖擊波反復(fù)撞擊缸壁，發(fā)出尖銳的敲缸聲。當(dāng)前第20頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)危害：ΔΡ/Δφ可達(dá)65MPa，缸壁油膜破壞，軸瓦減磨層破壞，連桿彎曲，曲軸裂紋，有效燃油消耗率ge上升，有效功率Pe下降。影響因素：1、燃料：用抗爆性好的燃料或加抗暴劑。2、結(jié)構(gòu)：改進(jìn)燃室結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)渦流;合適的火花塞位置，縮短火焰行程；減小缸徑，加強(qiáng)冷卻，用鋁缸蓋散熱。3、運(yùn)用：提高轉(zhuǎn)速，加強(qiáng)紊流；減小節(jié)氣門，增大廢氣系數(shù)；減小點(diǎn)火提前角；減小壓縮比；加裝爆震控制裝置。當(dāng)前第21頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)二、表面點(diǎn)火汽油機(jī)中，凡是不靠電火花點(diǎn)火而由燃燒室內(nèi)熾熱表面（如排氣門頭部、火花塞絕緣體或零件表面熾熱的沉積物等）點(diǎn)燃混合氣而引起的不正常燃燒稱表面點(diǎn)火。表面點(diǎn)火時(shí)間是不可控制的。在電火花出現(xiàn)以前的點(diǎn)火稱早燃（早火）。在電火花出現(xiàn)以后的點(diǎn)火稱后燃（后火）。

當(dāng)前第22頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)影響表面點(diǎn)火的因素：1.凡是能夠使缸內(nèi)T、P降低的因素，都可預(yù)防表面點(diǎn)火。2.選用低沸點(diǎn)汽油和含膠質(zhì)少的機(jī)油。3.在燃料中添加抑制表面點(diǎn)火的添加劑。4.適當(dāng)降低壓縮比。5.選用合格的火花塞和排氣門。與爆燃的區(qū)別：1.被熾熱表面點(diǎn)燃，無(wú)壓力波產(chǎn)生，爆燃時(shí)為自燃，有壓力波。2.沉悶的敲缸聲（主要是活塞、連桿、曲軸等的運(yùn)動(dòng)件受到?jīng)_擊負(fù)荷產(chǎn)生振動(dòng)產(chǎn)生的）。當(dāng)前第23頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)爆燃當(dāng)前第24頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)§7-3：影響燃燒的因素一、汽油的性質(zhì)：1、蒸發(fā)性：蒸發(fā)性強(qiáng)，易汽化，混合均勻，燃速快，完全燃燒，動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性好。但蒸發(fā)性太強(qiáng)易產(chǎn)生氣阻。2、抗暴性：辛烷值越高抗暴性越強(qiáng)。

二、點(diǎn)火提前角：過(guò)大，滯燃期長(zhǎng)，易爆燃，早燃；過(guò)小，補(bǔ)燃嚴(yán)重，過(guò)熱，都使ge上升，Pe下降。最佳點(diǎn)火提前角隨負(fù)荷和轉(zhuǎn)速變化，故設(shè)提前點(diǎn)火調(diào)節(jié)裝置（開環(huán)控制、閉環(huán)控制和混合控制）。當(dāng)前第25頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)三、混合氣成分

一般α＝0.8～0.9，缸內(nèi)燃燒溫度最高，火焰?zhèn)鞑ニ俣茸畲螅?Ρ∕?Φ、Pz、Tz最大，易爆燃；α＝1.05～1.15，傳播速度降低，氧氣充足，燃燒完全，經(jīng)濟(jì)性好。四、轉(zhuǎn)速n增加，氣流速度上升，渦流加強(qiáng)，火傳播速度增加，燃燒過(guò)程縮短，

爆燃傾向下降。當(dāng)前第26頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)五、負(fù)荷：負(fù)荷減小，節(jié)氣門開度減小，進(jìn)氣量減小，殘余廢氣量增多，火焰?zhèn)鞑ニ俣葴p小，燃燒惡化，經(jīng)濟(jì)性降低。

轉(zhuǎn)速一定，負(fù)荷減小時(shí)，應(yīng)增大點(diǎn)火提前角。