汽油機混合氣的形成與燃燒

汽油機混合氣的形成與燃燒第1頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月本章內(nèi)容：汽油機混合氣的形成；汽油機的燃燒過程；汽油機的燃燒室。

重點第2頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)混合氣的形成本節(jié)內(nèi)容：兩種混合氣形成方式的原理兩種方式的對比第3頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月汽油機混合氣形成的兩種方式化油器式混合氣形成汽油噴射式混合氣形成第4頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月一、化油器混合氣形成過程

1、較小的油粒隨空氣的流動很快蒸發(fā)混合；3、大油粒則沉積在進氣管壁上，形成油膜，隨著發(fā)動機的抖動慢慢流向氣缸，在氣缸內(nèi)吸熱蒸發(fā)。2、較大的油粒在進氣和壓縮過程中慢慢吸熱蒸發(fā)混合；第5頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月第6頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月化油器式發(fā)動機的不足之處:節(jié)流損失大不可能在各種工況下均提供最佳混合比對大氣條件和環(huán)境適應(yīng)性差僅提供均質(zhì)混合氣各缸混合氣分配不均勻第7頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月二、汽油噴射式混合氣形成第8頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月汽油噴射的基本概念用噴油器將一定壓力和數(shù)量的汽油噴入進氣道或氣缸內(nèi)，其目的是提高汽油霧化質(zhì)量，改進燃燒，改善汽油發(fā)動機的性能。第9頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月分類:1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。（2）多點噴射小噴咀安裝于各個進氣歧管之中。第10頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月分類:2缸內(nèi)噴射噴咀開啟壓力3～5[Mpa]

進氣過程上止之后30～50

—開始噴油。壓縮沖程上止點—停止噴油。第11頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月工作過程（燃油噴射控制）噴油正時、噴油量、目標空燃比、基本噴油持續(xù)時間噴油方式和噴油定時1、同時噴射2、分組噴射3、順序噴射（獨立噴射）第12頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月第13頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月工作過程（燃油噴射控制）噴油時間控制(同步噴射)1、起動噴油控制2、起動后的噴油控制基本噴油持續(xù)時間起動后各工況下噴油量的修正：

a、起動后加濃

b、暖機加濃

c、進氣溫度修正

d、大負荷加濃

e、過渡工況空燃比控制

f、怠速穩(wěn)定性修正起動基本噴油時間

進氣溫度修正

電壓修正

實噴時間

噴油信號持續(xù)時間第14頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月兩種混合氣形成方式的比較汽油噴射系統(tǒng)提高了油量計量與控制精度；燃油霧化質(zhì)量好，燃燒改善；可實現(xiàn)瞬態(tài)響應(yīng)，實施反饋控制；各缸分配均勻性改善；提高了充量系數(shù)。第15頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月思考兩種混合氣形成方式控制混合氣濃度的原理有何異同？汽油機的理想混合氣特性應(yīng)該是怎么樣的？第16頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)汽油機的燃燒過程本節(jié)內(nèi)容：汽油機正常燃燒過程（3個階段）燃燒速度（3個影響因素）使用因素對汽油機燃燒過程的影響（4個因素）汽油機的不正常燃燒（2種類型）重點難點第17頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月汽油機的正常燃燒

COMBUSTIONINSIENGINE第18頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月汽油機的不正常燃燒

ABNORMALCOMBUSTIONINSIENGNE爆燃第19頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月汽油機的不正常燃燒

ABNORMALCOMBUSTIONINSIENGNE表面點火第20頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月四沖程汽油機的p-φ圖第21頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月汽油機的燃燒過程火焰核心形成跳火純壓縮線12’一、正常燃燒

（一）燃燒過程θ2壓力曲線分離最高壓力點3燃燒完成4ⅠⅡⅢ360°TDC300°420°第22頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月1、著火落后期（滯燃期、著火延遲期）汽油機的燃燒過程Ⅰθ122’360°TDC300°420°滯燃期太長著火太遲，不便于控制燃燒起點滯燃期短，可通過調(diào)整點火提前角來控制燃燒起點第23頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月影響滯燃期的因素

殘余廢氣量燃料本身的物化性質(zhì)火花點火能量混合氣的濃度缸內(nèi)混合氣運動點火時刻缸內(nèi)混合氣壓力、溫度水平氣缸中殘余廢氣的質(zhì)量氣缸中新鮮充量的質(zhì)量殘余廢氣系數(shù)=燃燒1kg燃料實際供給的空氣量燃燒1kg燃料理論所需的空氣量過量空氣系數(shù)=第24頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月2、明顯燃燒期（急燃期、火焰?zhèn)鞑テ冢?/p>

：壓力升高率，代表工作粗暴的程度。燃燒速度火花塞位置燃燒室形狀影響因素：汽油機的燃燒過程Ⅰ122’Ⅱ33點的到來時刻：太早,則壓縮負功熱效率。太遲,則熱量利用熱效率。360°TDC300°420°第25頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月3、補燃期（后燃期）在3點過后的燃燒主要為：（1）在明顯燃燒期火焰前鋒面漏掉的燃料繼續(xù)燃燒。（2）粘附在缸壁上的混合氣層繼續(xù)燃燒。（3）高溫分解產(chǎn)物重新燃燒。汽油機的燃燒過程Ⅰ122’Ⅱ34Ⅲ意義：補燃

排溫

，熱負荷

,熱效率，經(jīng)濟性

。360°TDC420°第26頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月小結(jié)：Ⅰ122’Ⅱ34Ⅲ360°TDC汽油機的燃燒過程急燃期：長度適當，壓力升高率適當。滯燃期：盡量短，可以通過點火提前角來控制燃燒起點。補燃期：盡量短，避免發(fā)動機經(jīng)濟性下降。300°420°第27頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月思考：如何控制燃燒過程的長短？決定因素：燃燒速度第28頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）燃燒速度定義：單位時間燃燒的混合氣量，表示為：式中—火焰?zhèn)鞑ニ俣?，定義；

—未燃混合氣密度；

—火焰前鋒面積。意義：影響明顯燃燒期長短及最高壓力點相對曲軸轉(zhuǎn)角的位置。第29頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月火焰?zhèn)鞑ニ俣?/p>

火焰前鋒：在均質(zhì)混合氣中，當火焰中心形成之后，火焰向四周傳播，形成一個近似球面的火焰層，即火焰前鋒?；鹧?zhèn)鞑ニ俣龋夯鹧媲颁h相對于未燃混合氣推進的速度稱為火焰?zhèn)鞑ニ俣?。?0頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月燃燒速度－影響因素火焰?zhèn)鞑ニ俣萓T

?

氣體的紊流運動

?

混合氣濃度?

混合氣初始溫度火焰前鋒面積AT

可燃混合氣密度ρT

氣體紊流運動弱氣體紊流運動強UT=f(vp,Φa,T0)第31頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月(三)、使用因素對燃燒過程的影響點火提前角混合氣濃度轉(zhuǎn)速負荷第32頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月1.點火提前角

：從發(fā)出電火花到上止點間的曲軸轉(zhuǎn)角。第33頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月點火提前角的影響：1、

較大：點火提前較多。壓縮負功

損失

熱效率初期放熱

最高燃燒壓力變化率

零件機械負荷

。2、

較小：點火提前少。壓力升高率

Pmax、Tmax

Pe

膨脹功損失

熱效率

補燃

膨脹不充分，熱負荷

，油耗

。3、

合適：示功圖面積最大，有用功最多。

爆燃趨勢

。第34頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月2.混合氣濃度（過量空氣系數(shù)Φa值）

Φa對火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊挠绊?/p>

Φa＝0.85~0.95：燃燒溫度高，火焰速度最大，最高燃燒壓力、溫度達到最大值。

Φa＝1.05~1.15：火焰速度減小，燃燒完全，油耗最低，此時高溫富氧，NOx排放最大。

Φa

<0.8或>1.2時，火焰速度緩慢，不完全燃燒，HC排放增加，且工作不穩(wěn)定。

Φa值的范圍0.2～0.6—

冷起動混合氣；0.85～0.95—

功率混合氣；1.05～1.15—

經(jīng)濟混合氣。第35頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月3.轉(zhuǎn)速(1)

n

紊流、散熱

、易吹散已形成的火焰中心。(2)n

紊流強度

火焰?zhèn)鞑ニ俣?/p>

爆燃趨勢

。(3)

n

每循環(huán)所用時間

,以曲軸轉(zhuǎn)角記的著火落后期

點火提前角調(diào)節(jié)裝置使

。第36頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月4.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

混合氣稀釋，燃燒惡化

傳熱損失

(2)負荷

缸內(nèi)p

，T

爆燃趨勢

。第37頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月（四）汽油機的不規(guī)則燃燒汽油機的不規(guī)則燃燒是指在穩(wěn)定正常運轉(zhuǎn)情況下，各循環(huán)之間的循環(huán)變動和各缸之間的燃燒差異。第38頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月1各循環(huán)間的循環(huán)變動產(chǎn)生原因：燃燒過程、氣流狀態(tài)、氣流速度、混合氣濃度變動。第39頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月2各缸間的燃燒差異產(chǎn)生原因：進入各缸的混合氣的濃度和數(shù)量不同。第40頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月采取措施：1）加大點火能量，采用多點點火；2）組織進氣渦流，加強進氣運動；3）采用理論空燃比或較濃混合氣。后果：油耗上升，功率下降，不正常燃燒傾向增加。不規(guī)則燃燒：第41頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月思考：汽油機和柴油機在燃燒過程上會有什么不同？汽油機的不正常燃燒如何產(chǎn)生？第42頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月二、汽油機的不正常燃燒爆燃：火花塞跳火后，末端可燃混合氣的自燃現(xiàn)象。表面點火：氣缸內(nèi)的混合氣不是被火花塞點燃，而是被氣缸內(nèi)的熾熱表面點燃的現(xiàn)象。第43頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月（一）爆震燃燒產(chǎn)生的原因—終端混合氣自燃正常燃燒—30~70[m/s]輕微爆燃—100~300[m/s]強烈爆燃—800~1000[m/s]第44頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月

正常燃燒：有明顯的火焰前鋒，且逐層向外傳播，直至燃燒完畢。

爆燃：火焰前鋒未到，未燃混合氣的溫度達到其自燃溫度而著火燃燒，形成新的火焰中心，產(chǎn)生新的火焰?zhèn)鞑?。?5頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月正常燃燒與爆震燃燒的比較第46頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月造成的危害（1）壓力脈沖噪聲：其頻率在5000Hz以上；傳熱量增加，冷卻系統(tǒng)過熱，磨損，零件壽命。（2）高溫分解局部溫度

,出現(xiàn)高溫分解,生成CO,H2,O2,NO等，嚴重時析出游離炭粒。（3）促進表面點火發(fā)生

第47頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月影響因素:燃料性質(zhì)辛烷值高，抗爆能力強。末端混合氣的壓力和溫度火焰前鋒傳播到末端混合氣的時間第48頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月（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。第49頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月熾熱表面第50頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月1

后火（后燃）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。2

早火（早燃）發(fā)生在火花塞點火以前。第51頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月

表面點火示功圖第52頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月表面點火的危害早燃：火焰?zhèn)鞑ニ俣雀撸瑝毫ι呗矢?；壓縮負功增加，功率下降；零件過熱，著火提前。后燃：發(fā)生在正?；鹧?zhèn)鞑ブ?，影響不大。?3頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月爆燃和表面點火的比較：爆燃時火焰以沖擊的速度傳播，有尖銳的敲缸聲，表面點火時火焰?zhèn)鞑ニ俣日?，敲缸聲比較沉悶。爆燃促使以后循環(huán)的熾熱表面易點火，而表面點火亦促使循環(huán)的爆燃傾向增加。第54頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)燃燒室決定汽油機性能的重要因素。要求：經(jīng)濟性、動力性好；工作平穩(wěn)、噪聲?。唤Y(jié)構(gòu)簡單、制造方便。第55頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月一、燃燒室設(shè)計原則1、結(jié)構(gòu)緊湊：面容比（F/V）：燃燒室表面積與容積之比。結(jié)構(gòu)緊湊：相對散熱面積小，熱損失少；火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x短，不易爆燃；熄火面積小，HC排放少。第56頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月一、燃燒室設(shè)計原則2、火花塞位置安排適當及火花塞性質(zhì)：影響火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x、燃燒速度變化率。

火花塞性質(zhì)：點火能量，火花塞間隙（>1.1mm，寬間隙火花塞；一般，0.5~0.8mm。）考慮：1）能利用新鮮充量掃除火花塞周圍廢氣；

2）盡量布置在使末端混合氣受熱少的位置；

3）火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x盡可能短;

4）使傳播的火焰面變化分配合理。第57頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月一、燃燒室設(shè)計原則3、燃燒室內(nèi)的氣體運動

1）增大火焰速度；

2）擴大著火界限；

3）減少循環(huán)間的燃燒變動；

4）冷卻末端混合氣區(qū)；

5）減小熄火厚度，降低HC排量。第58頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月汽油機產(chǎn)生紊流的方法：渦流：利用進氣口和進氣道的形狀在進氣過程中造成氣流繞氣缸中心線的旋轉(zhuǎn)運動，由于進氣渦流加快了火焰?zhèn)鞑ニ俣?，提高了燃燒速率，使熱效率提高。?9頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月汽油機產(chǎn)生紊流的方法：擠流：在接近壓縮終點時，利用活塞頂部和缸蓋底面之間的狹小間隙，將混合氣擠入主要燃燒室內(nèi)，形成渦流。第60頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月第61頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月火球形燃燒室：第62頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月一、燃燒室設(shè)計原則4、燃燒室形狀合理分布決定燃燒放熱率、火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x。

1）滿足速燃；90％燃料燃燒2）考慮燃燒速度的變化率第63頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月二、常用典型燃燒室1.楔形：1）燃燒室較緊湊，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x較短。2）擠氣面積較大，對末端混合氣冷卻作用較強，爆燃傾向減小，可采用較高的壓縮比。HC排放量較多。3）氣門斜置（6-30），有利于增大氣門直徑，氣道轉(zhuǎn)彎較少，使進氣阻力減小，提高了充氣性能。4）火花塞布置便于利用新氣清除火花塞附近的廢氣，保證低速低負荷性能良好。但工作粗暴，NO，排出量較高。第64頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月二、常用典型燃燒室2.浴盆型l）、氣門尺寸受限制。2）擠氣面積小，擠流效果比較差。3）燃燒室的面容比較大，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x相對較長，不便于采用高的壓縮比。4）制造工藝好，便于維修。第65頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月二、常用典型燃燒室3.半球形1）結(jié)構(gòu)緊湊，與前兩種相比，面容比最小，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x最短。2）進、排氣門均斜置，允許較大氣門直徑，進氣道轉(zhuǎn)彎最小，充氣效率最高。缺點：壓力升高率過大，工作粗暴，紊流相對較弱，低速低負荷穩(wěn)定性差，氣門雙行排列，使配氣機構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。沒有擠氣面，被壓縮的混合氣渦流較弱，易在低速大負荷時發(fā)生爆燃。第66頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月二、常用典型燃燒室4、碗型燃燒室緊湊的活塞頂凹坑，傳播距離短，擠氣面積大，紊流強，火花塞位于凹坑內(nèi)。壓縮比提高和擠流增加，滯燃期縮短，傳播速度增加，使爆燃不易產(chǎn)生，有利稀燃。第67頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月三、分層燃燒1、分層給氣原則：1）量調(diào)節(jié)改成質(zhì)調(diào)節(jié)；2）火花塞附近為濃混合氣，保證形成穩(wěn)定的著火核心；2、汽油機分層給氣的特點：1）低負荷時不用過濃混合氣，改善了低負荷經(jīng)濟性；2）缸內(nèi)噴射，滿負荷時混合氣自燃傾向減小，提高壓縮比；3）對燃料要求降低。第68頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月三、分層燃燒3、美國德士古分層燃燒系統(tǒng)：部分負荷時經(jīng)濟性好；對燃料辛烷值不敏感。NOx含量高；分層不好使排放惡化；過渡工況及環(huán)境適應(yīng)性差；技術(shù)要求高。第69頁