汽油机混合气的形成和燃烧教学.ppt

第四章汽油机混合气的形成和燃烧第四章汽油机混合气的形成和燃烧燃烧过程将燃料的化学能转变为热能的过程。充入气缸的可燃混合气的燃烧是否完全。将影响热量产生的多少，影响工质作功的能力；而燃烧放热的时间是否及时，将影响工质在气缸中作功的机会；燃烧进行的是否正常，影响发动机工作稳定性和可靠性。燃烧过程是影响发动机动力性、经济性、排放污染、噪声及可靠性的主要过程。传统的汽油机燃烧方式为电火花点火如图。随着汽油机全面节油及限制排放的要求的逐渐提高。迫切需要设计新型燃烧系统及改善混合气形成的质量。目前越来越多地出现了汽油喷射、分层燃烧等新型燃烧系统。4.1汽油机的正常燃烧4.1.1汽油机的正常燃烧过程图中虚线表示只压缩不点火的压缩线，在燃烧压力线上，1点为火花塞跳火点。2点为燃烧压力线脱离压缩压力线点，3点为最高压力点。燃烧过程的进行是连续的，为分析方便，按其压力变化的特征，可人为地将汽油机的燃烧过程分为三个阶段。
（一）着火落后期（二）明显燃烧期最高压力点3出现的时刻对发动机功率、燃油消耗有很大影响。过早，混合气点火早，使压缩功增加，热效率下降；过迟，燃烧产物的膨胀比减小，燃烧在较大容积下进行，散热损失增加，热效率也下降。实践证明，最高压力出现在上止点后12°一15°曲轴转角时，示功图面积最大，循环功最多。此时对应的点火提取前角为最佳点火提前角。因而，可以通过调整点火提前角，使最高燃烧压力出现在适宜的位置。常用压力升高率λp，表示汽油机工作粗暴的程度，压力升高率的表达公式为

λp=δp/δθkpa/(°)(5-1)
式中:δp—明显燃烧期始点和终点的气体压力差，kpa;δθ—明显燃烧期始点和终点相对于上止点的曲轴转角差,(°)。压力升高率表征燃烧过程中，压力变化的急剧程度，明显燃烧期，压力上升高，压力升高率λp较大，若λp过大，会导致发动机的振动及噪声加大，工作粗暴，排放污染严重。
汽油机的λp大致在2～4kpa/(°)的范围内。实践证明，为保证汽油机工作柔和，性能良好，λp=1.75～2.5kpa/(°)为宜。（三）补燃期（后燃期）4.2汽油机的不规则燃烧（一）各循环之间的燃烧差异影响循环变动的因素较多。如混合气浓度、发动机负荷、发动机转速、点火时刻、燃烧室的形状、火花塞位置、压缩比、配气定时等。为提高发动机功率、减少油耗、降低排放污染与噪声,应使燃烧变动降低到最小限度。如适当提高发动机转速及负荷、增大点火提前角、过量空气系数φat控制在0.8～0.9左右、加强气体紊流、增加点火能量、采用多点点火等。
（二）各缸间的燃烧差异从燃烧示功图也可看出各缸燃烧的差异，图5-3为CA6102发动机节气门开度75%，转速n=1400(r/min)和3000（r/min)时各缸燃烧示功图。影响混合气体分配不均的因素很多，其中影响最大的是化油器和进气管。为减少各缸混合气分配不均现象，化油器安装位置应适当，保证化油器至各缸气道有接近同样的路径。进气系统的零件设计要合适，保证进气管对各缸有相同的通道（包括管长、直径、对称性等），具有较强的紊流，光滑的内表面及弯道少等。在安装过程中，要保证各缸进气管与缸体进气孔连接处对正，避免由此引起进气阻力不同。采用进气管预热等万法可以改善燃料的蒸发，以利于分配均匀。
如CA6102发动机将原单歧管进气结构改为双歧管进气结构后，改善了燃料的均匀分配。采用汽油喷射技术，可以改善雾化质量，使各缸间混合气的分配均匀，如多点喷射的汽油机燃料喷射系统在各缸的进气门前装一个喷油器，使各缸供油量保持一致，发动机性能得到改善。4.3汽油机的不正常燃烧（一）汽油机的爆燃
1.爆燃产生的原因
汽油机燃烧过程中，火焰前锋以正常的传播速度向前推进，使得火焰前方未燃的混合气（末端混合气）受到巳燃混合气强烈的压缩和热辐射作用，加速其先期反应，并放出部分热量，使本身的温度急剧升高。如果火焰前锋及时到达将其引燃，直到燃烧完为止，属正常燃烧。如果火焰前锋未到达前，末端混合温度达到了自燃温度，形成新的火焰中心，产生新的火焰快速传播，这种现象称爆燃。
爆燃的火焰前锋面推进速度远远高于正常燃烧的火焰传播速度，轻微爆燃时，火焰传播速度约为l00～300m/s。强烈爆燃时火焰传播速度可高达800～2000m/s。它使未燃混合气体瞬时燃烧完毕，局部温度、压力猛烈增加，形成强烈的压力冲击波。冲击波以超音速传播撞击燃烧室壁，发出频率达3000～5000hz的尖锐的金属敲击声，试验表明，发动机总充量中只要有大于5%的部分进行自燃时，就足以引起剧烈爆燃。从图5-4可以清楚地反映出爆燃与正常燃烧的差异。
爆燃时的压力升高率λp比正常燃烧时高，有时可高达65Mpa/°。出现最高压力后，压力波动很大，压力升高率λp忽大忽小，从而破坏了正常燃烧示功图。它使发动机功率下降，零件冲击载荷