第十章 发动机燃烧过程.ppt

第十章 发动机燃烧过程 概述10.1 概述概述 发动机的发动机的燃烧过程是将燃料的化学能转变为热能的过程燃烧过程是将燃料的化学能转变为热能的过程。燃烧过程的基本要求是：燃烧过程的基本要求是：（1 1）燃烧完全。充分利用燃油的化学能；尽量减少有害）燃烧完全。充分利用燃油的化学能；尽量减少有害污染物排放。污染物排放。（2 2）时机恰当。在上止点后的）时机恰当。在上止点后的10 20CA 达到最大燃达到最大燃烧压力。烧压力。（3 3）稳定正常。保证发动机稳定、可靠地工作。）稳定正常。保证发动机稳定、可靠地工作。多数多数汽油机汽油机的燃烧过程为：利用喷嘴或化油器，在进气的燃烧过程为：利用喷嘴或化油器，在进气管内使空气和燃油混合，再进入气缸，到压缩行程接近终了管内使空气和燃油混合，再进入气缸，到压缩行程接近终了时，以电火花点燃并燃烧。时，以电火花点燃并燃烧。多数多数柴油机柴油机的燃烧过程为：在接近压缩终了由喷油器将的燃烧过程为：在接近压缩终了由喷油器将燃油喷入气缸中，然后与空气混合，通过压缩升温使其自燃。燃油喷入气缸中，然后与空气混合，通过压缩升温使其自燃。10.2 汽油机的燃烧过程汽油机的燃烧过程 1.1.汽油机的燃烧分为正常与不正常燃烧两种汽油机的燃烧分为正常与不正常燃烧两种 当汽油机的燃烧不能按正常燃烧的要求，燃烧不稳定、当汽油机的燃烧不能按正常燃烧的要求，燃烧不稳定、最高燃烧压力出现过早，则出现不正常燃烧。汽油机的不正最高燃烧压力出现过早，则出现不正常燃烧。汽油机的不正常燃烧主要是常燃烧主要是爆震爆震和和表面点火表面点火。2 2正常燃烧过程的定义正常燃烧过程的定义 唯一地由火花定时点火开始，火焰前锋以正常速度传播唯一地由火花定时点火开始，火焰前锋以正常速度传播到整个燃烧室。到整个燃烧室。3 3汽油机的不正常燃烧汽油机的不正常燃烧 当汽油机的燃烧不能按正常燃烧的要当汽油机的燃烧不能按正常燃烧的要求，即并非由火花定时点火开始求，即并非由火花定时点火开始，或者火或者火焰前锋速度过快；或者不是火焰前锋传播焰前锋速度过快；或者不是火焰前锋传播到整个燃烧室，则出现不正常燃烧。到整个燃烧室，则出现不正常燃烧。10.2.110.2.1正常燃烧过程正常燃烧过程 以展开示功图研究燃烧过程。以展开示功图研究燃烧过程。压缩线压缩线无燃烧无燃烧膨胀线膨胀线火花塞点火火花塞点火着火着火最高压力最高压力10.2.110.2.1正常燃烧过程正常燃烧过程 以展开示功图研究燃烧过程。以展开示功图研究燃烧过程。展开示功图的气缸压力线上，在展开示功图的气缸压力线上，在1 1点，火花塞跳点，火花塞跳火，经过短暂的着火延迟，到火，经过短暂的着火延迟，到2 2点出现火焰中心和明点出现火焰中心和明显燃烧，随之，在显燃烧，随之，在3 3点出现最高燃烧压力。点出现最高燃烧压力。燃烧过程分为三个阶段：燃烧过程分为三个阶段：着火延迟期着火延迟期 即即阶段。阶段。明显燃烧期明显燃烧期 即即阶段。阶段。后燃期后燃期 即即阶段。阶段。10.2.110.2.1正常燃烧过程正常燃烧过程着火延迟期着火延迟期明显燃烧期明显燃烧期后燃期后燃期10.2.110.2.1正常燃烧过程正常燃烧过程1 1正常燃烧过程的评价正常燃烧过程的评价 A A、特点：、特点：火花放电的电压高，局部火花放电的电压高，局部温度可达温度可达3000 K3000 K，混合气氧化，混合气氧化反应速度逐渐加快；缸内压力反应速度逐渐加快；缸内压力无明显升高。无明显升高。B B、评价指标、评价指标 着火延迟期长度着火延迟期长度DjDj12 12=j j2 2 -j j1 1着火延迟期着火延迟期（1 1）着火延迟期）着火延迟期10.2.110.2.1正常燃烧过程正常燃烧过程1正常燃烧过程的评价正常燃烧过程的评价着火延迟期着火延迟期（1 1）着火延迟期）着火延迟期 混合气成分混合气成分 混合气过量空气系数混合气过量空气系数a a 为为0.8 0.9时，着火延迟期最短。时，着火延迟期最短。点火时的缸内气体状态点火时的缸内气体状态 气体温度和压力越高，着气体温度和压力越高，着火延迟期越短。火延迟期越短。C C、影响因素：影响因素：10.2.110.2.1正常燃烧过程正常燃烧过程1 1正常燃烧过程的评价正常燃烧过程的评价着火延迟期着火延迟期（1 1）着火延迟期）着火延迟期C C、影响因素：影响因素：缸内气体流动缸内气体流动 紊流运动强，加快混合气紊流运动强，加快混合气氧化速度，着火延迟期缩短。氧化速度，着火延迟期缩短。火花能量火花能量 火花能量大，着火延迟期缩短。火花能量大，着火延迟期缩短。残余废气量残余废气量 残余废气多，着火延迟期变长。残余废气多，着火延迟期变长。10.2.110.2.1正常燃烧过程正常燃烧过程1正常燃烧过程的评价正常燃烧过程的评价（1 1）着火延迟期）着火延迟期点火提前角点火提前角 为克服着火延迟期，点火为克服着火延迟期，点火需要提前。需要提前。从火花塞跳火到上止点间从火花塞跳火到上止点间的曲轴转角称为的曲轴转角称为点火提前角点火提前角，表示点火时刻。表示点火时刻。10.2.110.2.1正常燃烧过程正常燃烧过程1正常燃烧过程的评价正常燃烧过程的评价（2 2）明显燃烧期）明显燃烧期明显燃烧期明显燃烧期 A A、特点：、特点：燃烧速度快，缸内压力急剧燃烧速度快，缸内压力急剧升高。升高。B B、评价指标、评价指标 最高燃烧压力最高燃烧压力（最高爆发压（最高爆发压力）力）pZ Z 以及以及出现时刻出现时刻j j3 3 。希望希望j j3 3在上止点后在上止点后1515曲轴转曲轴转角之内。角之内。平均压力升高率平均压力升高率 10.2.110.2.1正常燃烧过程正常燃烧过程1正常燃烧过程的评价正常燃烧过程的评价（2 2）明显燃烧期）明显燃烧期明显燃烧期明显燃烧期 C C、燃烧过程、燃烧过程 燃烧过程为火焰传播。在均燃烧过程为火焰传播。在均质混合气中，当火焰中心形成之质混合气中，当火焰中心形成之后，火焰向四周传播，形成一个后，火焰向四周传播，形成一个近似球面的火焰层，即近似球面的火焰层，即火焰前锋火焰前锋，从火焰中心开始层层向四周未燃从火焰中心开始层层向四周未燃混合气传播，直到连续不断的火混合气传播，直到连续不断的火焰前锋扫过整个燃烧室。焰前锋扫过整个燃烧室。10.2.110.2.1正常燃烧过程正常燃烧过程1正常燃烧过程的评价正常燃烧过程的评价（2 2）明显燃烧期）明显燃烧期 火火焰焰传传播播速速度度：火火焰焰前前锋锋相相对对于于未未燃燃混混合合气气向前推进的速度。向前推进的速度。汽汽油油机机火火焰焰传传播播速速度度可可达达50 80m/s。10.2.110.2.1正常燃烧过程正常燃烧过程1正常燃烧过程的评价正常燃烧过程的评价（3 3）后燃期）后燃期后燃期后燃期特点：特点：燃烧速度慢，燃烧放热因燃烧速度慢，燃烧放热因活塞下行不能利用，反而使排活塞下行不能利用，反而使排气温度升高。气温度升高。后燃虽不能绝对消除，但后燃虽不能绝对消除，但通过完善燃烧过程，可尽量减通过完善燃烧过程，可尽量减少。少。10.2.210.2.2燃烧速度燃烧速度 衡量汽油机燃烧过程完善程度的指标主要是最高燃烧衡量汽油机燃烧过程完善程度的指标主要是最高燃烧压力压力 pZ 及其出现时刻及其出现时刻j j3、平均压力升高率、排气温度和、平均压力升高率、排气温度和排放性能排放性能(反映燃料完全燃烧程度反映燃料完全燃烧程度)等指标。等指标。从发动机的动力性和经济性角度，主要是最高燃烧压从发动机的动力性和经济性角度，主要是最高燃烧压力、最高燃烧压力出现时刻和平均压力升高率，这些指标力、最高燃烧压力出现时刻和平均压力升高率，这些指标与与燃烧速度燃烧速度有关。有关。燃烧速度是指单位时间燃烧的混合气量，可以表达为燃烧速度是指单位时间燃烧的混合气量，可以表达为10.2.210.2.2燃烧速度燃烧速度式中式中 r rT 未燃混合气密度；未燃混合气密度；UT 火焰传播速度，火焰传播速度，AT 火焰前锋面积。火焰前锋面积。控制燃烧速度就能控制明显燃烧期的长短及其相对控制燃烧速度就能控制明显燃烧期的长短及其相对曲轴转角的位置，即控制最高燃烧压力、最高燃烧压力曲轴转角的位置，即控制最高燃烧压力、最高燃烧压力出现时刻和平均压力升高率。出现时刻和平均压力升高率。10.2.210.2.2燃烧速度燃烧速度燃烧速度的影响因素燃烧速度的影响因素火焰传播速度火焰传播速度是决定明显燃烧期长短的主要因素。是决定明显燃烧期长短的主要因素。现代汽油机的现代汽油机的UT可高达可高达50 80 m/s。影响影响UT的主要因素是：的主要因素是：燃烧室中气体的紊流运动燃烧室中气体的紊流运动混合气成分混合气成分混合气初始温度。混合气初始温度。1.火焰传播速度火焰传播速度UT10.2.210.2.2燃烧速度燃烧速度燃烧速度的影响因素燃烧速度的影响因素1.火焰传播速度火焰传播速度UT（1）紊流运动紊流运动紊流强烈紊流强烈紊流较弱紊流较弱 紊紊流流运运动动使使火火焰焰前前锋锋燃燃烧烧区区加加厚厚，火火焰焰传传播播速度加快。速度加快。10.2.210.2.2燃烧速度燃烧速度燃烧速度的影响因素燃烧速度的影响因素1.火焰传播速度火焰传播速度UT a a =0.85 0.95 时，火焰时，火焰传播速度最大，燃烧速度最快，传播速度最大，燃烧速度最快，发动机功率最大，这种混合气发动机功率最大，这种混合气称为功率混合气。称为功率混合气。a a =1.03 1.1 时时，火焰，火焰传播速度较大，氧气充足故燃传播速度较大，氧气充足故燃烧完全，发动机经济性最好，烧完全，发动机经济性最好，这种混合气称为经济混合气。这种混合气称为经济混合气。（2）混合气成分混合气成分10.2.210.2.2燃烧速度燃烧速度燃烧速度的影响因素燃烧速度的影响因素1.火焰传播速度火焰传播速度UT（2）混合气成分混合气成分 燃烧界限燃烧界限 a a 1.3 1.4，混合气过混合气过稀，火焰不能传播，为火焰传稀，火焰不能传播，为火焰传播下限；播下限；a a 0.4 0.5，混合气过，混合气过浓，火焰也不能传播，为火焰浓，火焰也不能传播，为火焰传播上限。传播上限。汽油机汽油机a a=0.6 1.2，即，即空燃比空燃比A/F=9 18。10.2.210.2.2燃烧速度燃烧速度燃烧速度的影响因素燃烧速度的影响因素1.火焰传播速度火焰传播速度UT 混合气初始温度高，火焰混合气初始温度高，火焰传播速度增加。传播速度增加。发动机压缩比大，混合气发动机压缩比大，混合气初始温度高；大气温度高则混初始温度高；大气温度高则混合气初始温度也高。合气初始温度也高。其他引起进气终了温度提其他引起进气终了温度提高的因素也导致混合气初始温高的因素也导致混合气初始温度上升，但会造成充气效率下度上升，但会造成充气效率下降。降。（3）混合气初始温度混合气初始温度10.2.210.2.2燃烧速度燃烧速度燃烧速度的影响因素燃烧速度的影响因素 火火焰焰前前锋锋面面积积与与火火花花塞塞位位置置、燃燃烧烧室室结结构构及及活活塞塞位位置置有有关关。利利用用燃燃烧烧室室几几何何形形状状及及其其与与火火花花塞塞位位置置的的配配合合，可可以以改改变变不不同同时时刻刻火火焰焰前前锋锋扫扫过过的的面面积积，以以调调整整燃燃烧烧速速度度。它它直直接接影影响响燃燃烧烧速速度度的的变变化化、明明显显燃燃烧烧期相对应的曲轴转角位置以及压力升高率。期相对应的曲轴转角位置以及压力升高率。2.火焰前锋面积火焰前锋面积AT10.2.210.2.2燃烧速度燃烧速度燃烧速度的影响因素燃烧速度的影响因素3.3.可燃混合气密度可燃混合气密度r rT 增增大大未未燃燃混混合合气气密密度度，可可以以提提高高燃燃烧烧速速度度。因因此此增增大大压压缩缩比比、提提高高进进气气压压力力、采采用用增增压压技技术术等等，均均可可加加大大燃燃烧烧速度。速度。小结小结燃烧速度影响因素燃烧速度影响因素10.2.3 汽油机的不正常燃烧汽油机的不正常燃烧 A A、爆震的外部特征、爆震的外部特征 气气缸缸内内发发出出特特别别尖尖锐锐的的金金属属敲敲击声，亦称为敲缸。击声，亦称为敲缸。严重时会产生冷却水过热。严重时会产生冷却水过热。功率下降，油耗上升。功率下降，油耗上升。排排放放污污染染增增加加（主主要要是是排排气气冒冒黑烟）。黑烟）。1 1、爆震（爆燃）、爆震（爆燃）10.2.3 汽油机的不正常燃烧汽油机的不正常燃烧 B B、爆震产生的原因、爆震产生的原因 远端混合气在火焰前锋尚未到远端混合气在火焰前锋尚未到达，受已燃气体的高温辐射和压缩达，受已燃气体的高温辐射和压缩作用，未燃混合气的温度达到其自作用，未燃混合气的温度达到其自燃温度而着火燃烧（多点燃烧）。燃温度而着火燃烧（多点燃烧）。这种燃烧的速度极快，几乎是这种燃烧的速度极快，几乎是爆炸。爆炸。1 1、爆震（爆燃）、爆震（爆燃）10.2.3 汽油机的不正常燃烧汽油机的不正常燃烧 C C、爆震与正常燃烧的区别、爆震与正常燃烧的区别1 1、爆震（爆燃）、爆震（爆燃）正常燃烧：有明显的单一正常燃烧：有明显的单一火焰前锋，逐层向外传播，速火焰前锋，逐层向外传播，速度正常，直至燃烧完毕。度正常，直至燃烧完毕。爆震：无明显的火焰前锋爆震：无明显的火焰前锋或多个火焰前锋，几乎无传播或多个火焰前锋，几乎无传播过程，燃烧速度极快。过程，燃烧速度极快。10.2.3 汽油机的不正常燃烧汽油机的不正常燃烧 C C、爆震与正常燃烧的区别、爆震与正常燃烧的区别1 1、爆震（爆燃）、爆震（爆燃）正正常常燃燃烧烧火火焰焰传传播播速速度度为为50 80 m/s，无无压压力力波波，压压力升高率在力升高率在200 400 kPa/(CA)的范围内。的范围内。爆爆震震火火焰焰传传播播速速度度：轻轻微微爆爆震震的的火火焰焰传传播播速速度度约约为为100 300 m/s，强强烈烈爆爆震震时时可可高高达达800 1000 m/s。未未燃燃混混合合气气瞬瞬时时燃燃烧烧完完毕毕，局局部部压压力力、温温度度很很高高，压压力力升升高高率特大，形成强烈的压力冲击波。率特大，形成强烈的压力冲击波。冲击波反复撞击燃烧室壁，发出尖锐的敲缸声。冲击波反复撞击燃烧室壁，发出尖锐的敲缸声。10.2.3 汽油机的不正常燃烧汽油机的不正常燃烧D D、爆震的危害、爆震的危害1 1、爆震（爆燃）、爆震（爆燃）机件过载机件过载 强烈爆震的冲击波能使缸壁、缸盖、活塞、连杆、曲轴等机件的机械负荷增加，使机件变形甚至损坏。性能恶化性能恶化 严重爆震时，气体向缸壁的传热量增加，热效率下降，功率降低，耗油率增加。爆震容易形成积碳，破坏发动机零件的正常工作，使发动机可靠性下降。发动机磨损加剧发动机磨损加剧 润滑效果变差，零件磨损加剧。严重爆震的磨损比正常燃烧时大27倍。10.2.3 汽油机的不正常燃烧汽油机的不正常燃烧D D、爆震的危害、爆震的危害1 1、爆震（爆震）、爆震（爆震）机件烧损机件烧损 汽油机最高燃烧温度可达到2000 2500,而活塞顶、燃烧室壁及缸壁的温度仅为200 300，除了冷却的作用外，还由于在这些壁面上形成了气体的附面层，起到隔热的作用，所以能够维持如此低温度。强烈爆震的冲击波会破坏这一附面层，使机件直接与高温燃气接触。严重爆震的局部燃气温度可高达4000以上，会使活塞头部和气门等机件烧损。同时热量传给冷却水引起发动机过热。10.2.3 汽油机的不正常燃烧汽油机的不正常燃烧D D、爆震的危害、爆震的危害1 1、爆震（爆震）、爆震（爆震）排气温度高，冒黑烟排气温度高，冒黑烟 汽油机爆震时局部高温引起热分解现象严重，使燃烧产物分解为HC、CO、H2、O2、NO及游离碳，排气冒烟严重。HC、H2和CO等在膨胀过程中重新燃烧，使后燃增加，排气温度增高。10.2.3 汽油机的不正常燃烧汽油机的不正常燃烧 凡是不靠电火花点火而由燃烧凡是不靠电火花点火而由燃烧室内炽热表面（如排气门头部、火室内炽热表面（如排气门头部、火花塞绝缘体或零件表面炽热的沉积花塞绝缘体或零件表面炽热的沉积物等）点燃混合气的现象，统称表物等）点燃混合气的现象，统称表面点火。面点火。表面点火的特征在于点火时刻表面点火的特征在于点火时刻不可控制。不可控制。压缩比较高（压缩比较高（e e 9）的汽油）的汽油机容易出现表面点火。机容易出现表面点火。2 2、表面点火、表面点火10.2.3 汽油机的不正常燃烧汽油机的不正常燃烧 A A、表面点火类型、表面点火类型2 2、表面点火、表面点火 后火后火 在火花塞不跳火时，混合气仍能着火，并且形成的火焰前锋仍以正常火焰传播速度向未燃气体推进，这种表面点火称为后火。这种现象在发动机断火后出现。发动机仍像有电火花一样，继续运转，直到炽热点温度下降到不能点燃混合气为止，发动机才停转。10.2.3 汽油机的不正常燃烧汽油机的不正常燃烧 A A、表面点火类型、表面点火类型2 2、表面点火、表面点火 早燃早燃 在火花塞点火之前，炽热表面就点燃混合气的表面点火称为早燃。由于早燃提前点火而且热点表面比火花大，燃烧速率快，气缸压力温度增高快，发动机工作粗暴；压缩功增大，缸壁传热增加，功率下降，发动机过热。早燃会诱发爆震，爆震又会让更多的炽热表面温度升高，促使更剧烈的表面点火，两者互相促进，危害可能更大。10.2.3 汽油机的不正常燃烧汽油机的不正常燃烧 B B、表面点火与爆震的区别、表面点火与爆震的区别2 2、表面点火、表面点火 （1）爆震出现在火花塞跳火爆震出现在火花塞跳火后，是末端混合气的自燃；表面后，是末端混合气的自燃；表面点火出现在火花塞跳火前，不依点火出现在火花塞跳火前，不依赖火花塞跳火，是炽热物点燃混赖火花塞跳火，是炽热物点燃混合气。合气。（2 2）爆震时有强烈的压力冲）爆震时有强烈的压力冲击波，有尖锐的金属敲击声；表击波，有尖锐的金属敲击声；表面点火没有压力冲击波，敲缸声面点火没有压力冲击波，敲缸声比较沉闷。比较沉闷。10.2.3 汽油机的不正常燃烧汽油机的不正常燃烧 B B、表面点火与爆震的区别、表面点火与爆震的区别2 2、表面点火、表面点火 （3）爆震可以通过推迟点火爆震可以通过推迟点火提前角消除，表面点火则不能。提前角消除，表面点火则不能。C C、影响表面点火的因素、影响表面点火的因素 凡是能降低燃烧室温度和凡是能降低燃烧室温度和压力升高率、减少积碳等炽热压力升高率、减少积碳等炽热点形成的因素都有助于防止表点形成的因素都有助于防止表面点火。面点火。10.2.4 燃烧过程的影响因素燃烧过程的影响因素内因方面内因方面 1、汽油的品质汽油的品质 汽油的蒸发性与抗爆性直接影响燃烧过程。汽油的蒸发性与抗爆性直接影响燃烧过程。2、混合气成分混合气成分 功率混合气的燃烧速度快，最高燃烧压力和温度、功率混合气的燃烧速度快，最高燃烧压力和温度、压力升高率都达最大值，但爆震倾向也最大。压力升高率都达最大值，但爆震倾向也最大。经济混合气的空气富裕，可以燃烧完全，油耗低，经济混合气的空气富裕，可以燃烧完全，油耗低，但有害物但有害物NOX排放多。排放多。浓混合气必然产生不完全燃烧，所以浓混合气必然产生不完全燃烧，所以CO和和HC排放排放量大。量大。混合气过浓或过稀则火焰传播速度缓慢，燃料不能混合气过浓或过稀则火焰传播速度缓慢，燃料不能完全燃烧，因而经济性差，发动机工作不稳定。完全燃烧，因而经济性差，发动机工作不稳定。10.2.4 燃烧过程的影响因素燃烧过程的影响因素外因方面外因方面 3、燃烧室结构型式燃烧室结构型式 汽油机汽油机燃烧室结构型式燃烧室结构型式是燃烧过程最重要的外部条件。是燃烧过程最重要的外部条件。4、点火提前角点火提前角 点火提前角过大，则在压缩过程中燃烧的混合气增点火提前角过大，则在压缩过程中燃烧的混合气增多，活塞上行的压缩功增加，发动机容易过热，有效功多，活塞上行的压缩功增加，发动机容易过热，有效功率下降，工作粗暴程度增加。率下降，工作粗暴程度增加。同时，爆震倾向加大。同时，爆震倾向加大。点火提前角过小，则后燃严点火提前角过小，则后燃严重，最高燃烧压力和温度下降，重，最高燃烧压力和温度下降，传热损失增多，排气温度升高，传热损失增多，排气温度升高，功率下降，耗油量增多。功率下降，耗油量增多。10.2.4 燃烧过程的影响因素燃烧过程的影响因素外因方面外因方面 5、冷却水温度冷却水温度 冷却水温度应控制在合适范围内。水温过高、过低均影冷却水温度应控制在合适范围内。水温过高、过低均影响混合气的燃烧和发动机的正常使用。响混合气的燃烧和发动机的正常使用。水温过高，燃烧室壁面温度高，爆震及表面点火倾向增水温过高，燃烧室壁面温度高，爆震及表面点火倾向增加。混合气温度升高，气缸充量减少，发动机动力性、经济加。混合气温度升高，气缸充量减少，发动机动力性、经济性下降。性下降。因此，存在一个最佳点火提前角。发动机在最佳点火因此，存在一个最佳点火提前角。发动机在最佳点火提前角工作时，压力升高率不会太高，最高爆发压力出现提前角工作时，压力升高率不会太高，最高爆发压力出现在上止点后的最佳角度，示功图面积最大，发动机的动力在上止点后的最佳角度，示功图面积最大，发动机的动力性、经济性最好。性、经济性最好。10.2.4 燃烧过程的影响因素燃烧过程的影响因素外因方面外因方面 冷却水温过低，散热量增多，发动机热效率降低，冷却水温过低，散热量增多，发动机热效率降低，功率下降，耗油率增加；润滑油粘度增大，润滑效果变功率下降，耗油率增加；润滑油粘度增大，润滑效果变差，摩擦损失及机件磨损加剧；燃烧不良易形成积碳，差，摩擦损失及机件磨损加剧；燃烧不良易形成积碳，燃气中容易生成酸类物质，使气缸腐蚀磨损增加；不完燃气中容易生成酸类物质，使气缸腐蚀磨损增加；不完全燃烧现象严重。全燃烧现象严重。6、压缩比、压缩比 压缩比高，压缩行程终了混合气的温度和压力高，压缩比高，压缩行程终了混合气的温度和压力高，加快火焰传播速度，燃烧在更小的容积下进行，燃烧终加快火焰传播速度，燃烧在更小的容积下进行，燃烧终了的温度、压力高，因此，燃气膨胀充分，热效率高，了的温度、压力高，因此，燃气膨胀充分，热效率高，发动机功率、扭矩大，有效油率降低。但压缩比高，容发动机功率、扭矩大，有效油率降低。但压缩比高，容易产生爆震。易产生爆震。10.2.4 燃烧过程的影响因素燃烧过程的影响因素外因方面外因方面 发动机转速发动机转速 转速增加，气缸中紊流转速增加，气缸中紊流增强，火焰传播速度加快，增强，火焰传播速度加快，燃烧过程缩短。由于循环时燃烧过程缩短。由于循环时间也缩短，燃烧过程相对应间也缩短，燃烧过程相对应的曲轴转角增加，应当相应的曲轴转角增加，应当相应加大点火提前角。以保证燃加大点火提前角。以保证燃烧过程在上止点附近完成。烧过程在上止点附近完成。转速增加时，火焰传播转速增加时，火焰传播速度加快，爆震倾向减小。速度加快，爆震倾向减小。7、工况、工况10.2.4 燃烧过程的影响因素燃烧过程的影响因素外因方面外因方面 发动机负荷发动机负荷 转速一定，负荷减小，转速一定，负荷减小，进入气缸的新鲜混合气量减进入气缸的新鲜混合气量减小，而残余废气量不变，所小，而残余废气量不变，所占比例相对增加。残余废气占比例相对增加。残余废气对燃烧反应起阻碍作用，使对燃烧反应起阻碍作用，使燃烧速度减慢。为保证燃烧燃烧速度减慢。为保证燃烧过程在上止点附近完成，需过程在上止点附近完成，需增大点火提前角。增大点火提前角。7、工况、工况10.2.4 燃烧过程的影响因素燃烧过程的影响因素外因方面外因方面 反之，转速一定，负荷反之，转速一定，负荷增加，进入气缸的新鲜混合增加，进入气缸的新鲜混合气量多，残余废气量所占比气量多，残余废气量所占比例相对减少，到大负荷时混例相对减少，到大负荷时混合气为功率混合气，燃烧速合气为功率混合气，燃烧速度快，需减小点火提前角。度快，需减小点火提前角。低负荷时，爆震倾向较低负荷时，爆震倾向较小。小。7、工况、工况10.2.4 燃烧过程的影响因素燃烧过程的影响因素外因方面外因方面 燃烧室积碳燃烧室积碳 积碳不易传热，本身占有体积，减小了燃烧室体积，积碳不易传热，本身占有体积，减小了燃烧室体积，因而提高了压缩比，使爆震倾向增加；积碳表面温度很高，因而提高了压缩比，使爆震倾向增加；积碳表面温度很高，易引起表面点火。易引起表面点火。气缸直径气缸直径 气缸直径大，火焰传播距离增加，爆震倾向大。气缸直径大，火焰传播距离增加，爆震倾向大。气缸盖和活塞材料气缸盖和活塞材料 气缸盖和活塞采用铝合金材料，可使燃烧室表面温度气缸盖和活塞采用铝合金材料，可使燃烧室表面温度降低，减小了爆震倾向。降低，减小了爆震倾向。此外，大气状态对燃烧也有影响。此外，大气状态对燃烧也有影响。8、其它、其它10.310.3柴油机的燃烧过程柴油机的燃烧过程 10.3.1 柴油机混合气形成特点柴油机混合气形成特点（1）柴油蒸发性和流动性比汽油差；）柴油蒸发性和流动性比汽油差；（2）缸内混合；）缸内混合；（3）混合气形成时间极短，只占）混合气形成时间极短，只占1535CA;（4）边燃烧边喷油，汽缸内各处混合气浓度很不均匀。）边燃烧边喷油，汽缸内各处混合气浓度很不均匀。解决途径：解决途径：（1）组织空气在汽缸中的流动，促进可燃混合气形成；）组织空气在汽缸中的流动，促进可燃混合气形成；（2）设计各种燃烧室，使混合气形成和燃烧快速进行；）设计各种燃烧室，使混合气形成和燃烧快速进行；（3）采用高压喷射压力向汽缸喷油，使燃油快速雾化均匀；）采用高压喷射压力向汽缸喷油，使燃油快速雾化均匀；（4）采用电子控制技术，定时定量地向汽缸喷油。）采用电子控制技术，定时定量地向汽缸喷油。内燃机缸内气体运动方式涡流涡流挤流挤流滚流滚流滚流滚流紊流紊流紊流紊流进气过程中形成进气过程中形成绕气缸轴线的气绕气缸轴线的气流运动流运动压缩过程后期形压缩过程后期形成的径向或横向成的径向或横向气流运动气流运动进气过程中形成进气过程中形成的绕垂直于气缸的绕垂直于气缸轴线气流运动轴线气流运动气缸内形成气缸内形成的无规则的的无规则的气流运动气流运动10.3.2 10.3.2 缸内空气运动缸内空气运动进气涡流产生办法a.导气屏 b.切向气道 c.螺旋气道挤流与逆挤流挤流与逆挤流缩口型燃烧室缩口型燃烧室缩口型燃烧室缩口型燃烧室滚流和紊流滚流和紊流10.3.3 柴油机燃烧过程柴油机燃烧过程1.1.正常燃烧过程正常燃烧过程 以展开示功图研究燃烧过程。以展开示功图研究燃烧过程。压缩线压缩线无燃烧无燃烧膨胀线膨胀线喷油喷油着火着火最高压力最高压力最高温度最高温度压缩线压缩线无燃烧无燃烧膨胀线膨胀线喷油喷油着火着火最高压力最高压力最高温度最高温度着火延迟期着火延迟期快速燃烧期快速燃烧期缓燃期缓燃期后燃期后燃期喷油提前角喷油提前角 柴油机燃烧分为正常燃烧正常燃烧与非正常燃烧非正常燃烧。正常燃烧是指发动机正常工作的燃烧，是相对于不正常燃烧而言的。柴油机正常燃烧过程分为 四个阶段：（1）着火延迟期着火延迟期 （1 2）即阶段。阶段。（2）快速燃烧期快速燃烧期 （2 3）即阶段。阶段。（3）缓燃期缓燃期 （3 4）即阶段。阶段。（4）后燃期后燃期 （4 ）即阶段。阶段。与汽油机相比，柴油机多了一个缓燃期。着火延迟期着火延迟期 （阶段）从喷油阶段）从喷油开始到压力线脱离压开始到压力线脱离压缩线所占用的曲轴转缩线所占用的曲轴转角。角。快速燃烧期快速燃烧期 （阶段）从压力阶段）从压力线脱离压缩线到出现线脱离压缩线到出现最高燃烧压力所占用最高燃烧压力所占用的曲轴转角。的曲轴转角。缓燃期缓燃期 （阶段）从最高阶段）从最高燃烧压力到出现最高燃烧压力到出现最高燃烧温度所占用的曲燃烧温度所占用的曲轴转角。轴转角。后燃期后燃期 （阶段）最高燃阶段）最高燃烧温度出现以后的燃烧温度出现以后的燃烧。烧。最高温度最高温度最高压力最高压力1)正常燃烧过程的评价正常燃烧过程的评价 A A、特点：、特点：过程复杂，有物理准备过程复杂，有物理准备 形成混合气，有化学准备形成混合气，有化学准备 氧氧化反应速度逐渐加快；缸内压力化反应速度逐渐加快；缸内压力无明显升高。无明显升高。B B、评价指标、评价指标 着火延迟期长度着火延迟期长度Dj12=j2-j1（1 1）着火延迟期）着火延迟期着火延迟期着火延迟期喷油提前角喷油提前角 C C、影响因素：影响因素：十六烷值十六烷值 十六烷值高，着火延迟期短。十六烷值高，着火延迟期短。点火时的缸内气体状态点火时的缸内气体状态 气体温度和压力越高，着火气体温度和压力越高，着火延迟期越短。延迟期越短。喷油提前角喷油提前角 从喷油到上止点间的曲轴转角。1)正常燃烧过程的评价正常燃烧过程的评价 A A、特点：、特点：预混燃烧、多点燃烧；同时预混燃烧、多点燃烧；同时又形成混合气；缸内压力急剧升又形成混合气；缸内压力急剧升高。高。B B、评价指标、评价指标 最高燃烧压力最高燃烧压力（最高爆发压（最高爆发压力）力）pZ Z 以及以及出现时刻出现时刻j j3 3 。希望希望j j3 3在上止点后在上止点后15 20曲轴曲轴转角之内。转角之内。平均压力升高率平均压力升高率 表示压力升高的急剧程度。表示压力升高的急剧程度。（2 2）速燃期）速燃期速燃期速燃期1)正常燃烧过程的评价正常燃烧过程的评价（2 2）速燃期）速燃期速燃期速燃期 C C、燃烧过程、燃烧过程 燃烧为预混燃烧，开始是燃烧为预混燃烧，开始是着火延迟期形成的非均质混合着火延迟期形成的非均质混合气中多点燃烧，后来燃烧的是气中多点燃烧，后来燃烧的是喷束扩散形成的混合气，转入喷束扩散形成的混合气，转入扩散燃烧。扩散燃烧。因为是多点燃烧，故燃烧因为是多点燃烧，故燃烧速度快，压力升高率大，工作速度快，压力升高率大，工作粗暴，振动强，噪声高。粗暴，振动强，噪声高。1)正常燃烧过程的评价正常燃烧过程的评价 A A、特点：、特点：扩散燃烧；可能有边喷射、扩散燃烧；可能有边喷射、边形成混合气、边燃烧；缸内压边形成混合气、边燃烧；缸内压力下降慢。力下降慢。B B、评价指标、评价指标 最高燃烧温度最高燃烧温度TZ 缓燃期延续时间缓燃期延续时间 D Dj j34=j j4-j-j3 希望尽量缩短希望尽量缩短 C C、燃烧过程、燃烧过程 比较粗大的油滴独立燃烧，比较粗大的油滴独立燃烧，气流运动对完善过程作用极大。气流运动对完善过程作用极大。如燃烧不好，出现碳烟排放。如燃烧不好，出现碳烟排放。（3 3）缓燃期）缓燃期缓燃期缓燃期1)正常燃烧过程的评价正常燃烧过程的评价 特点：特点：燃烧速度慢，燃烧放热燃烧速度慢，燃烧放热因活塞下行不能利用，反而因活塞下行不能利用，反而使排气温度升高。使排气温度升高。后燃虽不能绝对消除，后燃虽不能绝对消除，但通过完善燃烧过程，可尽但通过完善燃烧过程，可尽量减少。量减少。（4 4）后燃期）后燃期后燃期后燃期2)2)柴油机燃烧过程组织的困难柴油机燃烧过程组织的困难（1）节能与排放的矛盾）节能与排放的矛盾 原因：节能要求燃烧完全，使燃烧温度高，虽然CO、HC和碳烟排放少，但NOX排放多。（2）碳烟与氮氧化物排放的矛盾碳烟与氮氧化物排放的矛盾 原因：消除碳烟要 燃烧完全，使燃烧温度高，氮氧化物排放多。而对减少氮氧化物排放有利的措施，又可能导致碳烟；反之亦然。（3）节能与工作柔和要求的矛盾节能与工作柔和要求的矛盾 原因：工作柔和要求前期少喷油，会造成后燃严重，经济性和动力性差；如 燃烧完全，前期喷油多，则压力升高快，工作粗暴。3)3)柴油机的不正常燃烧过程柴油机的不正常燃烧过程正常燃烧过程正常燃烧过程 要求燃油定时、定量并且稳定喷入气缸；要求燃油定时、定量并且稳定喷入气缸；燃油形成混合气的数量与燃烧要求配合。燃油形成混合气的数量与燃烧要求配合。不正常燃烧不正常燃烧 喷射时刻过迟、过早；喷射时刻过迟、过早；喷射不稳定：数量变化或断续喷射；喷射不稳定：数量变化或断续喷射；燃油形成混合气的数量与燃烧要求不配合。燃油形成混合气的数量与燃烧要求不配合。习惯上统称为不正常喷射。习惯上统称为不正常喷射。10.3.4 柴油机燃烧过程的影响因素柴油机燃烧过程的影响因素1、燃料性质燃料性质 十六烷值高着火性能好2、供油提前角供油提前角 对于每一工况，有一最佳提前角 3、工况工况 转速 负荷4、压缩比压缩比5、压缩终了气体状态压缩终了气体状态复习思考题复习思考题1柴油机燃烧过程及其分段。柴油机燃烧过程及其分段。2.2.柴油机燃烧过程的评价；柴油机正常燃烧的要求。柴油机燃烧过程的评价；柴油机正常燃烧的要求。3 3柴油机燃烧的影响因素。柴油机燃烧的影响因素。4 4缸内气体运动方式与形成。缸内气体运动方式与形成。