汽車發(fā)動機原理汽油機混合氣形成和燃燒PPT課件

1、汽油機與柴油機相比主要有如下特點: 汽油機 柴油機1 點燃式。 壓燃式。2 i影響小。 i影響大。3 進入氣缸的是混合氣， 進入氣缸的是新鮮空氣， 混合時間長。 混合時間短。4 最高溫度高，熱負荷大。 最高壓力高，機械負荷大。5 壓縮比低， = 610。 壓縮比高， = 1222。6 有爆燃問題。 有工作粗暴問題。7 組織氣流運動的目的是為了 組織氣流運動的目的是為了 加速火焰?zhèn)鞑?，防止爆燃?進燃油與空氣更好地混合。第1頁/共65頁第2頁/共65頁5.1 汽油機混合氣的形成第3頁/共65頁5.1 汽油機混合氣的形成第4頁/共65頁5.1 汽油機混合氣的形成第5頁/共65頁一、混合氣形成過程(

2、 (一) )化油器式1. 喉口流速 P 霧化效果 2. 節(jié)氣門開度 喉口真空度 , 進氣管真空度 從 到 3. 節(jié)氣門開度一定, n , 4. 節(jié)氣門開度 ，n 蒸發(fā)性 5. 進氣溫度 蒸發(fā)性 n pipppnippninp pi pn5.1 汽油機混合氣的形成第6頁/共65頁二、理想化油器特性與供油系校正（一） 理想化油器特性 各種工況下滿足最佳性能要求的理想混合比 試驗結(jié)果。1 影響因素（1） 轉(zhuǎn)速n 影響較小。（2） 負荷 影響大。2 空燃比 A F/空氣質(zhì)量燃料質(zhì)量5.1 汽油機混合氣的形成第7頁/共65頁 經(jīng)濟混合氣 A / F = 17 功率混合氣 A / F = 1214 怠速混

3、合氣 A / F = 1012.4（1） 常用工況 中等負荷要求提供經(jīng)濟混合氣。（2） 負荷 90% 以及怠速, 低速下 加濃。5.1 汽油機混合氣的形成第8頁/共65頁（二）汽油噴射1. 化油器式發(fā)動機的不足之處:（1） 部分負荷時節(jié)流損失大（2） 不可能在各種工況下均提供最佳混合比（3） 對大氣條件和環(huán)境適應(yīng)性差（4） 僅提供均質(zhì)混合氣（5） 油膜流動 各缸混合氣分配不均勻5.1 汽油機混合氣的形成第9頁/共65頁 2.汽油噴射系統(tǒng)的優(yōu)點 汽油噴射系統(tǒng)油量計量與控制的精度高 供油系統(tǒng)霧化質(zhì)量好，改善了燃燒過程 電控技術(shù)的應(yīng)用有利于改善瞬態(tài)響應(yīng)性能 多點順序噴射，改善了各缸分配的均勻性 取消

4、了化油器喉管，提高了充氣效率 5.1 汽油機混合氣的形成第10頁/共65頁 3. 分類（1） 缸內(nèi)噴射 噴嘴開啟壓力35 Mpa 進氣過程上止之后3050 開始噴油。 壓縮沖程上止點 停止噴油。 噴油持續(xù)近2沖程 火花點火, 火焰?zhèn)鞑ァ?.1 汽油機混合氣的形成第11頁/共65頁 （2） 進氣管內(nèi)噴射（1） 單點噴射 大噴咀位于節(jié)氣門之前的化油器位置, 安裝空氣計量裝置和電子控制噴油裝置, 可以克服14的不足, 但5仍存在。（2） 多點噴射 小噴咀安裝于各個進氣歧管之中, 可克服15的不足, 但結(jié)構(gòu)復(fù)雜, 成本高。5.1 汽油機混合氣的形成第12頁/共65頁第二節(jié) 汽油機的燃燒過程第13頁/共

5、65頁 電火花點燃均勻的可燃混合氣, 形成火焰中心, 并且火焰從此中心按一定的速率 （一般為2060 m/s ） 連續(xù)地傳播到整個燃燒室空間, 在此期間火焰?zhèn)鞑ニ俾? 火焰前鋒形狀均沒有急劇的變化, 稱之為正常燃燒。1.燃燒過程的分段 正常燃燒分三個階段。一、汽油機的正常燃燒5.2 汽油機的燃燒過程第14頁/共65頁I 滯燃期 II 急燃期第II階段23稱為急燃期（明顯燃燒期）這一階段為燃燒過程的主要階段。 在此時間內(nèi), 火焰迅速傳遍整個燃燒室, 混合氣的絕大部分在此時期內(nèi)完成燃燒 （ 80%以上 ），燃料的熱能絕大部分在此時間內(nèi)放出 。缸內(nèi)壓力、溫度迅速升高, dp/d=0.20.4MPa/

6、(CA代表工作粗暴的程度, 它與火焰?zhèn)鞑ニ俾视嘘P(guān)。 。 工作粗暴，噪聲。 但 不正常燃燒趨勢。 氣流運動 所以, 在汽油機中, 火焰?zhèn)鞑ニ俾适且粋€重要參數(shù), 它直接影響不正常燃燒的抑制, 從而影響發(fā)動機的功率、效率和使用壽命。pusppmaxpususIII34稱補燃期（后燃期）3點 燃料基本燃燒完的4點。 3點過后, 燃燒速度下降, 活塞下行, 使p, 在3點過后的燃燒主要為：1 在火焰?zhèn)鞑テ诨鹧媲颁h面沒有燃燒掉的燃料繼續(xù)燃燒。2 粘附在缸壁上的混合氣層繼續(xù)燃燒。3 由于汽油機燃燒溫度高, 高溫分解嚴重。產(chǎn)生的, , CO, 在補燃期內(nèi), 由于溫度降低, 重新燃燒生成,， , 放出熱量。 第

7、15頁/共65頁 2.燃燒速度 定義:指單位時間內(nèi)燃燒的混合氣數(shù)量。 式中： m混合氣的質(zhì)量； AT火焰前鋒面積； T未燃混合氣密度； UT火焰?zhèn)鞑ニ俣?。TTTAUtmdd5.2 汽油機的燃燒過程第16頁/共65頁燃燒速度影響因素v火焰速度UT 氣體的紊流運動氣體的紊流運動 混合氣成分混合氣成分 混合氣初始溫度混合氣初始溫度 n 火焰前鋒面積AT n 可燃混合氣密度T 5.2 汽油機的燃燒過程第17頁/共65頁5.2 汽油機的燃燒過程第18頁/共65頁 3.不規(guī)則燃燒 1）循環(huán)間的燃燒變動 產(chǎn)生原因： 氣體運動的循環(huán)變動 混合氣成分的變動，主要與點火過程（滯燃期）有關(guān)。 2）各缸間的燃燒差異5

8、.2 汽油機的燃燒過程第19頁/共65頁 二、汽油機的不正常燃燒 不正常燃燒 注意：爆燃和表面點火產(chǎn)生機理的差異、影響因素爆爆 燃燃表面點火表面點火 續(xù) 走5.2 汽油機的燃燒過程第20頁/共65頁 （一） 爆燃 1 爆燃現(xiàn)象： 根據(jù)對發(fā)動機理想循環(huán)的分析, 我們知道 。但, 則爆震傾向 , 限制了 的提高。t5.2 汽油機的燃燒過程第21頁/共65頁 2 產(chǎn)生的原因 終端混合氣自燃 電火花點火后, 火焰以正常的傳播速度20 60 m 向前推進, 未燃混合氣受到強烈的壓縮和熱幅射。處于最后燃燒位置上的那部分終燃混合氣（ End gas ）, 由于熱幅射作用, 促使先期反應(yīng)加速進行, 并放出部分

9、熱量, 又使本身的溫度不斷升高, 以致在正?；鹧嫔形吹竭_時, 終端混合氣最適于發(fā)火的部位已經(jīng)形成了一個或幾個火焰中心。以遠大于正常燃燒火焰前鋒面推進的速度向周圍傳播。因此，因此， 輕微爆燃 = 100 300 m/s 強烈爆燃 = 800 2000 m/s 若自燃區(qū)占整個燃燒室容積的5%, 則為強烈爆燃。5.2 汽油機的燃燒過程第22頁/共65頁 3. 示功圖的比較 （1） 正常燃燒與爆震燃燒的比較5.2 汽油機的燃燒過程第23頁/共65頁 汽油機的爆燃現(xiàn)象就是終端混合氣的自燃現(xiàn)象, 它與柴油機的工作粗暴性, 在燃燒本質(zhì)上是一致的, 均是可燃混合氣自燃的結(jié)果。但兩者發(fā)生的部位不一致。 柴油機工

10、作粗暴 發(fā)生在急燃期的始點, 汽油機的爆燃是 發(fā)生在急燃期的終點5.2 汽油機的燃燒過程第24頁/共65頁4. 造成的危害 爆燃出現(xiàn)后, 使正常規(guī)則的火焰前鋒面發(fā)生急驟的扭曲。（1） 壓力脈沖噪聲：壓力脈沖在氣缸壁面、活塞頂面及缸蓋底面之間來回反射, 強迫氣缸壁等零件振動而產(chǎn)生高頻噪聲, 其頻率在5000 Hz 以上。 零件壽命 爆燃使缸內(nèi)壓力增加, 活塞, 氣缸壁, 氣缸蓋等各零件機械荷 , 若爆燃時間長, 則零件壽命 。 壓力脈沖破壞了壁面上的層流邊界層。 但層流邊界層被破壞, 使導(dǎo)熱量, 則 熱應(yīng)力 零件壽命 ；熱損失 熱效率 ； 冷卻水, 機油溫度 潤滑 零件磨損5.2 汽油機的燃燒過

11、程第25頁/共65頁（2） 高溫分解 按提高循環(huán)熱效率的熱力學觀點看, 爆燃接近于等容燃燒, 熱利用好, 是人們所希望的, 事實上也是如此, 當輕微爆燃, 發(fā)動機的熱效率可以有所提高, 平均有效壓力亦有所增長。 但在強烈爆燃時, 會使局部溫度, 出現(xiàn)高溫分解, 生成CO, H2 , O2 , NO等, 嚴重時析出游離炭粒，這就是爆震時可能排氣冒煙的原因。使油耗, 且熱效率反而會下降。產(chǎn)生出的炭粒又會形成累積, 破壞活塞, 活塞環(huán), 火花塞和氣閥的正常工作。爆燃還會促使表面點火的發(fā)生。5.2 汽油機的燃燒過程第26頁/共65頁5影響爆燃的因素5.2 汽油機的燃燒過程第27頁/共65頁 由于上述原

12、因，由于上述原因，爆燃爆燃成為限制火花點火成為限制火花點火發(fā)動機發(fā)動機功率提高和經(jīng)濟性改善功率提高和經(jīng)濟性改善的一個重要因素。的一個重要因素。 如果沒有爆燃，汽油機就可以方便地應(yīng)用如果沒有爆燃，汽油機就可以方便地應(yīng)用高壓縮比或渦輪增壓高壓縮比或渦輪增壓的方法來提高功率和改善的方法來提高功率和改善經(jīng)濟性。因此，長期以來，改進汽油煉制方法，經(jīng)濟性。因此，長期以來，改進汽油煉制方法，在汽油中在汽油中加入辛烷值高加入辛烷值高的含氧化合物以的含氧化合物以增加其增加其抗爆性能抗爆性能，不斷改進，不斷改進燃燒系統(tǒng)和進氣系統(tǒng)燃燒系統(tǒng)和進氣系統(tǒng)以減以減少爆燃傾向，少爆燃傾向，采用電控汽油噴射、汽油機缸內(nèi)采用電控

13、汽油噴射、汽油機缸內(nèi)直接噴射直接噴射等，已成為提高汽油機性能的一個重等，已成為提高汽油機性能的一個重要方面。要方面。5.2 汽油機的燃燒過程第28頁/共65頁 （二） 表面點火 在火花點火式發(fā)動機中, 凡是不依靠電火花點火, 而是由于熾熱表面 （ 如過熱的絕緣體電極、排氣閥, 尤其是燃燒室表面熾熱的沉積物 ） 點燃混合氣的不正常燃燒現(xiàn)象, 均稱為表面點火或熾熱點火。 5.2 汽油機的燃燒過程第29頁/共65頁表面點火大致可分和兩種。5.2 汽油機的燃燒過程第30頁/共65頁1 非爆燃性表面點火（1） 后火 在火花塞點燃混合氣以后, 熾熱表面才點燃混合氣的現(xiàn)象。形成火焰中心, 但火焰?zhèn)鞑ニ俣日?/p>

14、, 雖有時可使補燃 , 但影響不大。（2） 早火 發(fā)生在火花塞點火以前, 火焰?zhèn)鞑ニ俣群芨? ， （ 頗似柴油機工作粗暴 ）。早火太早, 則使壓縮末期負功增大, 熱效率 , 功率損失 , 功率 。 單缸早火, 往往會導(dǎo)致停車。多缸早火, 會使Ne , 工作粗暴, 壽命 。dp dpmax5.2 汽油機的燃燒過程第31頁/共65頁2 爆燃性表面點火 （ 激爆 ） 試驗指出，此時壓力升高比為正常燃燒的5倍，最高燃燒壓力為正常燃燒的15倍，氣缸內(nèi)的高溫、高壓又促使強烈爆燃的產(chǎn)生，發(fā)生強烈的震音。5.2 汽油機的燃燒過程第32頁/共65頁總 結(jié) 表面點火和爆燃是兩種完全不同的不正常燃燒現(xiàn)象，爆燃是在電

15、火花點火以后，終燃混合氣的自燃現(xiàn)象，而表面點火則是熾熱物點燃混合氣所致。但兩者存在著某種相互促進的關(guān)系。強烈的爆燃必然增加向氣缸壁的傳熱，從而促成熾熱點的形成，導(dǎo)致表面點火；早火又使氣缸壓力升高比和最高燃燒壓力增加，使未燃混合氣受到較大的壓縮和傳熱，從而促使爆燃發(fā)生。5.2 汽油機的燃燒過程第33頁/共65頁1.混合氣濃度1 )對 的影響（1） 不同燃料 不同曲線曲線1 加鉛芳香族， 抗爆性好， 長。曲線2 加鉛烷族，抗爆性較好， 較長。曲線3 正庚烷，抗爆性差， 短。（2） 同一種燃料 一條曲線 ， 三 使用因素對燃燒過程的影響iiiii5.2 汽油機的燃燒過程第34頁/共65頁這是不同 下

16、的最佳示功圖。 1 = 0.84；2 = 0.65； 3 = 1.01； 4 = 1.18?？梢钥闯?， = 0.84的示功圖曲線下的面最大。 ， 燃燒劇烈程度 爆燃趨勢。2) 對示功圖的影響3) 對火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊挠绊? 0.850.95 ； ， us,maxus5.2 汽油機的燃燒過程第35頁/共65頁 4） 值的范圍 = 0.40.5 冷起動混合氣； = 0.850.95 功率混合氣； = 1.051.15 經(jīng)濟混合氣。5.2 汽油機的燃燒過程第36頁/共65頁 2點火提前角1 1, 較大。這時, 點火提前較多。Pmax出現(xiàn)在上止點附近。壓縮負功 損失 t 壓縮負功 損失 單缸汽油機易熄火。

17、 初期放熱 dp/dt Pmax 零件機械負荷。 由于此時缸內(nèi)p, T較高, 使其終端混合氣較為具備著火條件, 到一定程度時, 爆燃出現(xiàn), 所以, 爆燃趨勢。2 2, 較小。點火提前少。Pmax值出現(xiàn)較晚。 dp/dt Pmax Ne 膨脹功損失 t 補燃 t ，熱負荷，排放差。 所以, 有一最佳 值。3 3 ，合適。 實踐證明, 當 = 1215， 時, 出現(xiàn)在上止點后 = 1215 時，p圖曲線下的面積最大，有用功最多。d pdMpaCA ( . .)/deg007024第37頁/共65頁 點火提前角調(diào)速特性：保持節(jié)氣門開度、轉(zhuǎn)速以及混合氣濃度一定時，汽油機功率和燃油消耗率隨點火提前角改變

18、而變化的關(guān)系。5.2 汽油機的燃燒過程第38頁/共65頁 3轉(zhuǎn)速1 . n 紊流 混合氣混合好 i 散熱 Tc、Pc i n 易吹散已形成的火焰中心 i 2. n 離心式點火提前角調(diào)節(jié)裝置使 。3 . n 紊流強度 s 爆燃趨勢。5.2 汽油機的燃燒過程第39頁/共65頁 （四） 負荷 1負荷 節(jié)氣門開度 進入氣缸的混合氣 廢氣的比例相對 每循環(huán)時間 傳熱損失 （必須） 2負荷 缸內(nèi)p，T 爆燃趨勢。 （五） 大氣狀況 1 P0 G 經(jīng)濟性，動力性。 但爆燃趨勢。 2 T0 G 經(jīng)濟性，動力性。 易發(fā)生氣阻。 爆燃趨勢 。i5.2 汽油機的燃燒過程第40頁/共65頁第三節(jié) 汽油機的燃燒室第41

19、頁/共65頁 結(jié)構(gòu)盡量緊湊 火花塞位置適當 燃燒室形狀合理分布 具有高的充氣效率 形成適當?shù)奈闪鬟\動 末端混合氣要適當?shù)睦鋮s燃燒室設(shè)計原則5.3 汽油機的燃燒室第42頁/共65頁 一 、分類 按氣門布置分類 （一） 頂置 楔型、半球型、浴盆型 結(jié)構(gòu)緊湊，面容比小，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x短, 不易爆燃, 但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。 （二） 側(cè)置 L型 結(jié)構(gòu)簡單, 易維修保養(yǎng), 但火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x長, 易爆燃, 故壓縮比小。5.3 汽油機的燃燒室第43頁/共65頁 二、 常用典型燃燒室 （一） L型 里卡多 （ Ricardo ） 公司研制，在老解放車上及某些風冷汽油機上應(yīng)用。5.3 汽油機的燃燒室第44頁/共65頁 （二

20、） 楔型 應(yīng)用較多，性能穩(wěn)定。 燃燒室側(cè)剖面為楔型。安排激冷區(qū)，防止爆燃。燃燒速度高，但噪聲、振動大，工作易粗暴。5.3 汽油機的燃燒室第45頁/共65頁 （三） 倒盆型 （ 浴盆型 ） 性能穩(wěn)定，應(yīng)用較多。 擠氣面積不能小于30%。5.3 汽油機的燃燒室第46頁/共65頁（四） 半球型或蓬型1 半球型 應(yīng)用于高速汽油機中。 流動阻力小，面容比小，散熱損失少。激冷區(qū)小，HC排放低。5.3 汽油機的燃燒室第47頁/共65頁 2 蓬型 比半球型高度低。 氣流運動強，高速性能更好?？砂才潘臍忾T機構(gòu)，充氣效率更高。壓縮比、空燃比大， = 713，A/F = 1622.5，可實現(xiàn)稀薄燃燒。5.3 汽油機的燃燒室第48頁/共65頁5.3 汽油機的燃燒室第49頁/共65頁 三、 采用均質(zhì)混合氣的燃燒室 （一） 射流型 天津大學劉友均教授研制。 擠氣面積大, 方可實現(xiàn)強射流, 促使主室內(nèi)紊流增強。著火后, 混合氣和火焰從射流孔