第六章汽油机混合气形成和燃烧课件.ppt

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1、第六章第六章 汽油机混合气的形成和燃烧汽油机混合气的形成和燃烧 第一节第一节 汽油机的燃烧过程汽油机的燃烧过程第二节第二节 汽油机的燃烧室汽油机的燃烧室 第三节第三节 汽油机电控汽油喷射系统汽油机电控汽油喷射系统对汽油机燃烧过程的要求：对汽油机燃烧过程的要求：（1 1）完全：）完全：燃烧完全，才能充分利用燃油的热能；燃烧完全，才能充分利用燃油的热能；同时影响排出废气的成分。同时影响排出废气的成分。（2 2）及时：）及时：在上止点附近燃烧（即在上止点后在上止点附近燃烧（即在上止点后1212-15-15CACA燃烧完毕），循环功最多。燃烧完毕），循环功最多。（3 3）正常：）正常：正常燃烧，才能保

2、证发动机稳定、可正常燃烧，才能保证发动机稳定、可靠的工作。靠的工作。汽油喷射：汽油喷射：进气管喷射进气管喷射(气门口的多点喷射和进气总管中的单点喷气门口的多点喷射和进气总管中的单点喷射射)；缸内直接喷射缸内直接喷射。缸内直喷系统：兼有汽油机均质混合气和柴油机非均质混合气形成缸内直喷系统：兼有汽油机均质混合气和柴油机非均质混合气形成的双重特点的双重特点 。目前的汽油喷射大都是电子控制，机械喷射用得很少。目前的汽油喷射大都是电子控制，机械喷射用得很少。第一节第一节 汽油机的燃烧过程汽油机的燃烧过程（一）正常燃烧过程进行情况（一）正常燃烧过程进行情况一、正常燃烧过程一、正常燃烧过程将燃烧过程分为三将

3、燃烧过程分为三个阶段个阶段:(a(a)着火落后期；着火落后期；(b)(b)明显燃烧期；明显燃烧期；(c)(c)后燃期。后燃期。通常测取燃烧过程的展开示功图研究燃烧过程。通常测取燃烧过程的展开示功图研究燃烧过程。在燃烧压力线上，在燃烧压力线上，1 1点为火花塞跳火点，点为火花塞跳火点，2 2点为出现点为出现火焰中心，火焰中心，3 3为最高压力点。为最高压力点。（a a）着火落后期（）着火落后期（1-21-2段）段）特点：特点：（1 1）火花放电时两极电）火花放电时两极电压达压达10-35kV10-35kV，局部温度，局部温度可达可达3000K3000K，加快了混合，加快了混合气的氧化反应速度。气

4、的氧化反应速度。（2 2）此阶段缸内压力无）此阶段缸内压力无明显升高。明显升高。从火花塞跳火到形成从火花塞跳火到形成火焰中心时的时间或曲轴火焰中心时的时间或曲轴转角。转角。着火延迟期的长短与以下因素有关：着火延迟期的长短与以下因素有关：（1 1）混合气成分：）混合气成分：混合气过量空气混合气过量空气a=0.8-0.9a=0.8-0.9时，时，着火落后期最短。着火落后期最短。（2 2）开始点火时的缸内气体温度和压力：）开始点火时的缸内气体温度和压力：开始点火开始点火时缸内气体温度和压力越高，着火落后期越短时缸内气体温度和压力越高，着火落后期越短 （3 3）缸内气体流动：）缸内气体流动：加强紊流运

5、动，会加快混合气加强紊流运动，会加快混合气的氧化反应速度，着火落后期缩短。的氧化反应速度，着火落后期缩短。（4 4）火花能量：）火花能量：加大火花能量，着火落后期缩短。加大火花能量，着火落后期缩短。（5 5）残余废气量：）残余废气量：残余废气对燃烧反应起阻碍作残余废气对燃烧反应起阻碍作用，使着火落后期变长，所以应尽量减少残余废气。用，使着火落后期变长，所以应尽量减少残余废气。着火延迟期在不同循环有变化，最大值着火延迟期在不同循环有变化，最大值可达最小值的数倍。为了提高效率，希望可达最小值的数倍。为了提高效率，希望尽量缩短着火落后期，为了发动机运转稳尽量缩短着火落后期，为了发动机运转稳定，希望着

6、火落后期稳定。定，希望着火落后期稳定。是是指指从从火火花花塞塞跳跳火火到到上上止止点点间间的的曲曲轴轴转转角角。可用其表示点火时刻。可用其表示点火时刻。点火提前角：点火提前角：(b)(b)明显燃烧期明显燃烧期(2-3(2-3段段)()(火焰传播阶段火焰传播阶段)从形成火焰中心到火焰烧遍整个燃烧从形成火焰中心到火焰烧遍整个燃烧室、最高压力出现。室、最高压力出现。在均值混合气中，当火焰中心形成后，火焰在均值混合气中，当火焰中心形成后，火焰向四周传播，形成一个近似球面的火焰层，即火向四周传播，形成一个近似球面的火焰层，即火焰前锋，从火焰中心开始层层向四周未燃混合气焰前锋，从火焰中心开始层层向四周未燃

7、混合气传播，直到连续不断的火焰前锋扫过整个燃烧室。传播，直到连续不断的火焰前锋扫过整个燃烧室。常用平均压力升高率常用平均压力升高率ppkPakPa()表征压力变化表征压力变化的急剧程度。的急剧程度。式中：式中：p p明显燃烧期始点和终点的气体压力差（明显燃烧期始点和终点的气体压力差（kPakPa）;明明显显燃燃烧烧期期始始点点和和终终点点相相对对于于上上止止点点的的曲曲轴轴转转角差（角差（CACA）。）。汽油机的汽油机的pp在在200-400 kpa/(200-400 kpa/()的范围内。的范围内。明显燃烧期是汽油机燃烧的主要时期明显燃烧期是汽油机燃烧的主要时期:明明显显燃燃烧烧期期愈愈短短

8、，愈愈靠靠近近上上止止点点，汽汽油油机机经经济济性性、动动力力性性愈愈好好，但但可可能能导导致致压压力力升升高高率率值值过过高高，工工作作粗粗暴暴，使使燃燃烧烧噪噪声声和振动增加，对排污亦不利。和振动增加，对排污亦不利。从最高压力点开始到燃料基本燃烧为止从最高压力点开始到燃料基本燃烧为止称为补燃期（后燃期）。称为补燃期（后燃期）。（c c）后燃期）后燃期在在后燃期后燃期参加燃烧的燃料主要有：参加燃烧的燃料主要有：（1 1）火焰前锋后未完全燃烧掉的燃料再燃烧。）火焰前锋后未完全燃烧掉的燃料再燃烧。（2 2）贴附在缸壁）贴附在缸壁熄火区熄火区未燃混合气层的部分燃烧。未燃混合气层的部分燃烧。（3 3

9、）高高温温分分解解的的燃燃烧烧产产物物（H H2 2、O O2 2、COCO等等）重重新新氧氧化化。燃燃烧烧产产物物COCO2 2、H H2 2O O中中，有有少少部部分分在在高高温温的的作作用用下下，分分解解成成H H2 2、O O2 2、COCO等等产产物物，在在膨膨胀胀过过程程中中，因因工工质质温温度度下降，热分解产物又继续燃烧、放热。下降，热分解产物又继续燃烧、放热。这这种种燃燃烧烧已已远远离离上上止止点点，为为保保证证循循环环热热效效率率和和循循环功，应尽量减少环功，应尽量减少后燃期后燃期时间。时间。为为了了保保证证汽汽油油机机工工作作柔柔和和、动动力力性性良良好好，一一般般使使明明

10、显显燃燃烧烧期期起起点点2 2在在上上止止点点前前1212-15-15曲曲轴轴转转角角，燃燃烧烧最最高高压压力力3 3点点出出现现在在上上止止点点后后1212-15-15曲曲轴轴转转角角，p=175-250kpa/(p=175-250kpa/()为为宜宜。整整个个燃燃烧烧持持续期约占曲轴转角续期约占曲轴转角4040-60-60。（二）燃烧速率（二）燃烧速率 燃燃烧烧速速率率是是指指单单位位时时间间燃燃烧烧的的混混合合气气量量。可以表达为可以表达为 式中式中 m m未燃混合气密度；未燃混合气密度；T T火焰传播速度，火焰传播速度，F F T T火焰前锋面积。火焰前锋面积。控制燃烧速率就能控制明显

11、燃烧期的控制燃烧速率就能控制明显燃烧期的长短及其相对曲轴转角的位置。长短及其相对曲轴转角的位置。影响燃烧速率的因素有：影响燃烧速率的因素有：1 1、火焰传播速度、火焰传播速度T T 火火焰焰传传播播速速度度是是决决定定明明显显燃燃烧烧期期长长短短的的主主要因素。现代汽油机的要因素。现代汽油机的T T 可高达可高达50-80m/s50-80m/s。影响影响T T的主要因素是：的主要因素是：1)1)燃烧室中气体的紊流运动燃烧室中气体的紊流运动;2)2)混合气成分混合气成分;3)3)混合气初始温度、压力等。混合气初始温度、压力等。火焰传播速度：火焰传播速度：火焰前锋相对于未燃混合气向前推进的速度。火

12、焰前锋相对于未燃混合气向前推进的速度。1 1）湍湍流流运运动动：湍湍流流运运动动是是由由一一定定运运动动方方向向的的涡涡流流和和无无规规则则的的气气体体脉脉动动所所组组成成。湍湍流流运运动动可可使使火火焰焰前前锋锋表表面面扭扭曲曲，甚甚至至分分隔隔成成许许多多火火焰焰中中心心，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速度度加加快快，如如图图所所示示。提提高高混混合合气气的的湍湍流流程程度度是是改改善善汽油机燃烧的有效手段。汽油机燃烧的有效手段。湍流强烈湍流强烈湍流较弱湍流较弱2 2）混合气成分）混合气成分:混合气成分不同，火焰传播混合气成分不同，火焰传播速度也明显不同，如图

13、所示为实验所得火焰速度也明显不同，如图所示为实验所得火焰传播速度与过量空气系数的关系。传播速度与过量空气系数的关系。当当a=0.850a=0.850-0.-0.9595时时，火火焰焰传传播播速速度度最最大大，燃燃烧烧速速度度最最快快，功功率率也也最最大大，称为功率混合比。称为功率混合比。当当a=1.03-1.1a=1.03-1.1时时，火火焰焰传传播播速速度度较较大大，氧氧气气又又充充足足，燃燃烧烧完完全全，称称为为经经济混合比。济混合比。火焰传播下限：火焰传播下限：aa1.3-1.41.3-1.4时，火焰传播速度降时，火焰传播速度降低，甚至不能传播。低，甚至不能传播。火焰传播上限：火焰传播上

14、限：aa0.4-0.50.4-0.5时，混合气过浓，也时，混合气过浓，也使火焰不能传播。使火焰不能传播。为了保证可靠的工作，为了保证可靠的工作，汽油机的汽油机的aa在在0.6-1.20.6-1.2范围，范围，即空燃比即空燃比A/F=9A/F=9-1818。3 3）混混合合气气初初始始温温度度、压压力力等等：混混合合气气初初始始温温度度、压压力越高，火焰传播速度增加。力越高，火焰传播速度增加。2 2、火焰前锋面积、火焰前锋面积F FT T 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期期火火焰焰前前锋锋扫扫过过的的面面积积，以以调

15、调整整燃燃烧烧速速度度。它它直直接接影影响响到到明明显显燃燃烧烧期期相相当当曲曲轴轴转转角角的的位位置置及及燃燃烧烧速速度度变变化化的的情情况况，与与压力上升密切相关。压力上升密切相关。3 3、可燃混合气密度、可燃混合气密度m m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和和进进气气压压力力等等，均可加大燃烧速度。均可加大燃烧速度。二、汽油机的不规则燃烧二、汽油机的不规则燃烧 定义：定义：指在指在稳定正常运转情况稳定正常运转情况下，各下，各循环之间的燃烧变动循环之间的燃烧变动（循环变动）（循环变动）和各缸和各缸之间的燃烧差异（之间的燃烧

16、差异（各缸工作不均匀）各缸工作不均匀）。（一）各循环之（一）各循环之间的燃烧变动间的燃烧变动 表表现现为为循循环环的的压压力力波波动动、火火焰焰传传播播情情况况及及发发动动机机功功率率输输出出均均不不相相同。同。当当采采用用稀稀薄薄燃燃烧烧时时，循循环环的的变变动动加加剧剧，故故循循环环变变动动是是汽汽油油机机实实施施稀稀薄燃烧的难点所在。薄燃烧的难点所在。燃烧变动是点燃燃烧变动是点燃式发动机燃烧过程的式发动机燃烧过程的一大特征。一大特征。产生循环变动的主要原因是：产生循环变动的主要原因是：（1 1）火火花花塞塞附附近近混混合合气气的的成成分分波波动动：致致使使着着火火落落后后期期的的长长短短

17、、火火花花点点火火后后形形成成的的火火焰焰中中心心的的轨轨迹迹在在各各循循环环变动。变动。（2 2）气气体体运运动动状状态态波波动动：燃燃烧烧室室内内的的气气体体流流场场即即湍湍流流性性质质、程程度度在在各各循循环环均均有有变变动动，致致使使火火焰焰的的初初始始生生长长速率、其后火焰的发展进程在各循环变动。速率、其后火焰的发展进程在各循环变动。这这种种循循环环间间的的燃燃烧烧变变动动使使汽汽油油机机空空燃燃比比和和点点火火提提前前角角调调整整对对每每一一循循环环都都不不可可能能处处于于最最佳佳状状态态，因因而而油油耗耗上上升升，功功率率下下降降，不不正正常常燃燃烧烧倾倾向向增增加加，使使汽汽油

18、油机机性能下降。性能下降。对各循环之间的燃烧变动的现象的机理至今还不对各循环之间的燃烧变动的现象的机理至今还不十分清楚，但可以肯定：十分清楚，但可以肯定：（1 1）a=0.8-1.0a=0.8-1.0时循环燃烧变动最小，混合气加浓时循环燃烧变动最小，混合气加浓或减稀变动均增加。因此，为了减少排气中的或减稀变动均增加。因此，为了减少排气中的COCO而运而运用稀混合气时，即使在较高负荷也容易发生循环变动，用稀混合气时，即使在较高负荷也容易发生循环变动，成为用稀混合气的障碍。成为用稀混合气的障碍。（2 2）在中等负荷以上变动较小，低负荷（残余废气）在中等负荷以上变动较小，低负荷（残余废气量相对增多）

19、、低转速（湍流程度会降低）时，变动量相对增多）、低转速（湍流程度会降低）时，变动更为明显。更为明显。（3 3）适当提高气流运动速度和湍流程度可改善混合）适当提高气流运动速度和湍流程度可改善混合气的均匀性，有助于改善循环变动；因此转速增加，气的均匀性，有助于改善循环变动；因此转速增加，一般变动减小。一般变动减小。（4 4）加大点火能量，采用多点点火，优化放电方式、）加大点火能量，采用多点点火，优化放电方式、采用大的火花塞间隙，循环波动情况有所改善。采用大的火花塞间隙，循环波动情况有所改善。（5 5）点火时刻和点火位置对燃烧变动很敏感。）点火时刻和点火位置对燃烧变动很敏感。（二）（二）各缸之间的燃

20、烧差异（各缸工作不均匀）各缸之间的燃烧差异（各缸工作不均匀）各各缸缸之之间间的的燃燃烧烧差差异异主主要要是是由由于于各各缸缸进进气气充充量量不不均均、混混合合气成分不均匀造成的。气成分不均匀造成的。影影响响因因素素：与与进进气气系系统统所所有有零零件件的的设设计计和和安安装装位位置置都都有有关关系系，任任何何不不对对称称和和流流动动阻阻力力不不同同的的情情况况都都会会破破坏坏均均匀匀分分配配，其其中影响最大的是进气管的设计。中影响最大的是进气管的设计。各缸工作不均匀的存在，使各缸工作不均匀的存在，使得难以找到对各缸都是最佳的得难以找到对各缸都是最佳的点火提前角和过量空气系数。点火提前角和过量空

21、气系数。动力性、经济性、排放性等动力性、经济性、排放性等整机指标难以优化，振动及整机指标难以优化，振动及噪声也会增加。噪声也会增加。三、汽油机的不正常燃烧三、汽油机的不正常燃烧 定定义义：是是指指设设计计或或控控制制不不当当，汽汽油油机机偏偏离离正正常常点点火火的的时时间间及及地地点点，由由此此引引起起燃燃烧烧速速率率急急剧剧上上升升，压力急剧增大等异常现象。压力急剧增大等异常现象。汽油机的不正常燃烧主要是汽油机的不正常燃烧主要是爆燃爆燃和和表面点火表面点火。一、爆燃一、爆燃是是汽汽油油机机最最主主要要的的一一种种不不正正常常燃燃烧烧现现象象，常常在在压压缩缩比比比比较较高时出现。高时出现。（

22、一）爆燃的外部特征（一）爆燃的外部特征 气气缸缸内内发发出出特特别别尖尖锐锐的的金金属敲击声，亦称为敲缸。属敲击声，亦称为敲缸。轻轻微微敲敲缸缸时时：发发动动机机功功率率上升，油耗下降；上升，油耗下降；严严重重敲敲缸缸时时：会会产产生生冷冷却却水水过过热热，功功率率下下降降，油油耗耗上上升升，发发动动机机磨磨损损加加剧剧，排排放放污污染染增增加（主要是排气冒黑烟）。加（主要是排气冒黑烟）。（二）爆燃产生的原因（二）爆燃产生的原因 正正常常燃燃烧烧：有有明明显显的的火火焰焰前前锋锋，且且逐逐层层向向外外传播，直至燃烧完毕。传播，直至燃烧完毕。爆爆燃燃：火火焰焰前前锋锋未未到到，未未燃燃混混合合气

23、气的的温温度度达达到到其其自自燃燃温温度度而而着着火火燃燃烧烧，形形成成新新的的火火焰焰中中心心，产生新的火焰传播。产生新的火焰传播。正常燃烧与爆燃的不同：正常燃烧与爆燃的不同：正正常常燃燃烧烧的的火火焰焰传传播播速速度度为为50-80m/s50-80m/s，无无压压力力波波，压力升高率在压力升高率在200-400 kpa/(200-400 kpa/()的范围内。的范围内。爆爆燃燃的的火火焰焰传传播播速速度度：轻轻微微爆爆燃燃时时，火火焰焰传传播播速速度度约约 为为 100m/s-300m/s100m/s-300m/s，强强 烈烈 爆爆 燃燃 时时 可可 高高 达达 800m/s-800m/s

24、-1000m/s1000m/s。使使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，形形成成强强烈烈的的压压力力冲冲击击波波。冲冲击击波波反反复复撞撞击击燃燃烧烧室壁，发出尖锐的敲缸声。室壁，发出尖锐的敲缸声。(三三)爆燃的危害爆燃的危害1 1、机件过载、机件过载 强强烈烈爆爆燃燃时时的的冲冲击击波波能能使使缸缸壁壁、缸缸盖盖、活活塞塞、连连杆杆、曲曲轴轴等等机机件的机械负荷增加，使机件变形甚至损坏。件的机械负荷增加，使机件变形甚至损坏。2 2、机件烧损、机件烧损 汽油机燃烧终了时的温度可达到汽油机燃烧终了时的温度可达到2000-2500,2000-2500,

25、而活塞顶、而活塞顶、燃烧室壁及缸壁的温度仅为燃烧室壁及缸壁的温度仅为200-300200-300，除了冷却水的作用外，除了冷却水的作用外，能够维持如此低温度的原因，还包括在这些壁面上形成了气体的附能够维持如此低温度的原因，还包括在这些壁面上形成了气体的附面层，它起到隔热的作用。而强烈爆燃时的冲击波会破坏这一附面面层，它起到隔热的作用。而强烈爆燃时的冲击波会破坏这一附面层，使机件直接与高温燃气接触。而严重爆燃时，局部燃气温度可层，使机件直接与高温燃气接触。而严重爆燃时，局部燃气温度可高达高达40004000以上，这样会使活塞头部和气门等机件烧损。同时热量以上，这样会使活塞头部和气门等机件烧损。同

26、时热量传给冷却水引起发动机过热。传给冷却水引起发动机过热。3 3、性能指标下降、性能指标下降 严重爆燃时局部高温及强烈的压力冲击波，破坏了附面层，气严重爆燃时局部高温及强烈的压力冲击波，破坏了附面层，气体向缸壁的传热量大大增加，使热效率下降，功率降低，油耗增加。体向缸壁的传热量大大增加，使热效率下降，功率降低，油耗增加。4 4、发动机磨损加剧、发动机磨损加剧 由于传热损失增加，使冷却水和润滑油温度增加，使润滑油润由于传热损失增加，使冷却水和润滑油温度增加，使润滑油润滑效果变差，零件磨损加剧。滑效果变差，零件磨损加剧。实验表明，严重爆燃时磨损比正常燃实验表明，严重爆燃时磨损比正常燃烧时大烧时大2

27、727倍。倍。爆燃产生的炭粒形成积炭，破坏活塞环、火花塞、气门等零件爆燃产生的炭粒形成积炭，破坏活塞环、火花塞、气门等零件的正常工作，使发动机可靠性下降。的正常工作，使发动机可靠性下降。5 5、排气冒黑烟，补燃增加，排气温度增加、排气冒黑烟，补燃增加，排气温度增加爆燃时局部高温引起热分解现象严重，使燃烧产物分解为爆燃时局部高温引起热分解现象严重，使燃烧产物分解为HCHC、H H2 2、O O2 2、NONO及游离碳的现象增多，排气冒烟严重。及游离碳的现象增多，排气冒烟严重。HCHC、H H2 2、O O2 2等在膨胀过程中重新燃烧又使补燃增加，排气温度等在膨胀过程中重新燃烧又使补燃增加，排气温

28、度增高。增高。（四）影响爆燃的因素（四）影响爆燃的因素 发发动动机机工工作作是是否否有有爆爆燃燃现现象象，一一方方面面取取决决于于所所用用燃燃料料，另另一一方方面面取取决决于于发发动动机机的的运运转转条条件件和和燃燃烧烧室室的的设计。设计。1 1、燃料的性质、燃料的性质 辛烷值高的燃料抗爆燃能力强。四乙铅添加剂能辛烷值高的燃料抗爆燃能力强。四乙铅添加剂能有效地提高燃料的抗爆燃能力，但这会排出有毒的含有效地提高燃料的抗爆燃能力，但这会排出有毒的含铅颗粒，污染大气并影响催化剂的使用，因此近年来铅颗粒，污染大气并影响催化剂的使用，因此近年来各国都对含铅汽油的使用加以限制。各国都对含铅汽油的使用加以限

29、制。可用醇类燃料作为添加剂提高汽油的辛烷值。可用醇类燃料作为添加剂提高汽油的辛烷值。2、末端混合气的压力和温度末端混合气的压力和温度 末末端端混混合合气气的的压压力力和和温温度度增增高高，则则爆爆燃燃倾倾向向增增大大。例例如如：提提高高压压缩缩比比，则则气气缸缸内内压压力力、温温度度升升高高，爆爆燃燃易易发发生生；气气缸缸盖盖、活活塞塞的的材材料料使使用用轻轻金金属属，由由于于其其导导热热性性好好，末末端端混混合合气气压压力力、温温度度低低，爆爆燃燃倾倾向向小小，可可提提高高压压缩缩比比0.4-0.4-0.70.7单位。单位。3 3、火焰前锋传到末端混合气的时间、火焰前锋传到末端混合气的时间

30、提高火焰传播速度、缩短火焰传播距离，提高火焰传播速度、缩短火焰传播距离，都会减少火焰前锋传到末端混合气的时间，有都会减少火焰前锋传到末端混合气的时间，有利于避免爆燃。例如，气缸直径大时，火焰传利于避免爆燃。例如，气缸直径大时，火焰传播距离增加，爆燃倾向增大，所以没有很大缸播距离增加，爆燃倾向增大，所以没有很大缸径的汽油机。径的汽油机。二、表面点火二、表面点火 在在汽汽油油机机中中，凡凡是是不不靠靠电电火火花花点点火火而而由由燃燃烧烧室室内内炽炽热热表表面面（如如排排气气门门头头部部、火火花花塞塞绝绝缘缘体体或或零零件件表表面面炽炽热热的的沉沉积积物物等等）点点燃燃混混合合气的现象，统称表面点火

31、。气的现象，统称表面点火。它它的的点点火火时时刻刻是是不不可可控控制制的的，多多发发生生在在=9=9以以上上的的强强化化汽汽油油机机上上。炽炽 热热 表表 面面 1 1、后火、后火 表表面面点点火火出出现现在在火火花花塞塞跳跳火火后后，并并且且形形成成的的火火焰焰前前锋锋仍仍以以正正常常的的火火焰焰传传播播速度向未燃气体推进，称为后火。速度向未燃气体推进，称为后火。可可在在发发动动机机断断火火后后发发现现，出出现现这这种种现现象象时时，发发动动机机仍仍像像有有电电火火花花一一样样，继继续续运运转转，直直到到炽炽热热点点温温度度下下降降到到不不能能点点燃燃混混合合气气为为止止，发发动动机机才才停

32、停转转。后后火火对对发动机影响不大。发动机影响不大。2 2、早燃、早燃 是指在火花塞点火之前，炽热表面就点燃是指在火花塞点火之前，炽热表面就点燃混合气的现象。混合气的现象。由由于于早早燃燃提提前前点点火火而而且且热热点点表表面面比比火火花花大大，使使燃燃烧烧速速率率快快，气气缸缸压压力力、温温度度增增高高，发发动动机机工工作作粗粗暴暴，并并且且由由于于压压缩缩功功增增大大，向向缸缸壁壁传传热热增增加加，致致使使功功率率下下降降，火火花花塞塞、活活塞塞等等零零件件过过热。热。早早燃燃会会诱诱发发爆爆燃燃，爆爆燃燃又又会会让让更更多多的的炽炽热热表表面面温温度度升升高高，促促使使更更剧剧烈烈的的表

33、表面面点点火火，两两者者互相促进，危害可能更大。互相促进，危害可能更大。表面点火与爆燃的不同点：表面点火与爆燃的不同点：1 1、爆爆燃燃是是火火花花塞塞点点火火后后末末端端混混合合气气的的自自燃燃现现象象；表表面面点点火火一一般般是是在在火火花花塞塞点点火火之之前前由由炽热物点燃混合气所致。炽热物点燃混合气所致。2 2、爆爆燃燃时时有有强强烈烈的的压压力力冲冲击击波波，有有尖尖锐锐的的金金属属敲敲击击声声；表表面面点点火火没没有有压压力力冲冲击击波波，敲敲缸缸声声比比较较沉沉闷闷，主主要要是是由由活活塞塞、连连杆杆、曲曲轴轴等等运运动动件件受受到到冲冲击击负荷产生振动而造成。负荷产生振动而造成

34、。凡是能降低燃烧室温度和压力升高率、减凡是能降低燃烧室温度和压力升高率、减少积炭等炽热点形成的因素都有助于防止表面少积炭等炽热点形成的因素都有助于防止表面点火。点火。防止表面点火的措施是防止表面点火的措施是:(l)(l)清除燃烧室表面凸起物及清除燃烧室表面凸起物及积炭积炭。(2)(2)保证冷却系正常工作。保证冷却系正常工作。(3 3)使用抗爆性好的汽油燃料。使用抗爆性好的汽油燃料。四、影响燃烧过程的因素四、影响燃烧过程的因素 1 1、汽油的品质、汽油的品质 汽汽油油的的蒸蒸发发性性与与抗抗爆爆性性是是影影响响汽汽油油机机燃燃烧烧过过程的主要因素。程的主要因素。（一）汽油的蒸发性（一）汽油的蒸发

35、性:适中为好适中为好（二）汽油的抗爆性：（二）汽油的抗爆性：越高越好越高越好 汽油辛烷值愈高，抗爆性愈好，燃烧越好。汽油辛烷值愈高，抗爆性愈好，燃烧越好。2 2、混合气成分、混合气成分 在在a=0.8-0.9a=0.8-0.9时时，由由于于燃燃烧烧温温度度最最高高，火火焰焰传传播播速速度度最最大大，因因此此p pz z、T Tz z、p/p/、PePe均均达达最最高高值值，且爆燃倾向最大。且爆燃倾向最大。在在a=1.03-1.1a=1.03-1.1时时，由由于于燃燃烧烧完完全全，bebe最最低低，但但此此时时缸缸内内温温度度很很高高且空气富裕，且空气富裕，NoNox x排放量大。排放量大。使使

36、用用aa1 1的的浓浓混混合合气气工工作作，由由于于必必然然产产生生不不完完全全燃燃烧烧，所所以以COCO排排放量明显上升。放量明显上升。当当aa0.80.8及及aa1.21.2时时，火火焰焰传传播播速速度度缓缓慢慢，部部分分燃燃料料可可能能来来不不及及完完全全燃燃烧烧，因因而而经经济济性性差差，HCHC排排放量增多且工作不稳定。放量增多且工作不稳定。3 3、点火提前角、点火提前角 定义：定义：点火提前角是从火花塞跳火到上止点间的曲轴转角。点火提前角是从火花塞跳火到上止点间的曲轴转角。点点火火提提前前角角调调整整特特性性：当当汽汽油油机机保保持持节节气气门门开开度度、转转速速以以及及混混合合气

37、气浓浓度度一一定定时时，汽汽油油机机功功率率和和耗耗油油率率随随点点火火提提前前角角改改变变而而变变化化的的关系。关系。最最佳佳点点火火提提前前角角：对对应应于于每每一一工工况况都都存存在在一一个个最最佳佳点点火火提提前前角角，最最佳佳点点火火提提前前角角相相当当于于使使最最高高燃燃烧烧压压力力在在上上止止点点后后1212。-15-15。时时到到达达，这这时时实实际际与与理理论论示示功功图图最最为为接接近近（时时间间损损失失最最小小），发发动动机机功功率率最最大，耗油率最低。大，耗油率最低。影响最佳点火提前角的因素：影响最佳点火提前角的因素：大气压力、温度、湿度、缸体大气压力、温度、湿度、缸体

38、温度、燃料辛烷值、空燃比、残余废气系数、排气再循环等。温度、燃料辛烷值、空燃比、残余废气系数、排气再循环等。在现代实际应用中，一般都是采用开环和闭环并用的混合电在现代实际应用中，一般都是采用开环和闭环并用的混合电子控制方式来实现最佳点火提前角的精确控制。子控制方式来实现最佳点火提前角的精确控制。点点火火提提前前角角过过小小，则则燃燃烧烧延延长长到到膨膨胀胀过过程程，燃燃烧烧最最高高压压力力和和温温度度下下降降，传传热热损损失失增增多多，排排气气温温度度升升高高，功率下降，耗油量增多。功率下降，耗油量增多。点点火火提提前前角角过过大大，则则大大部部分分混混合合气气在在压压缩缩过过程程中中燃燃烧烧

39、，活活塞塞上上行行所所消消耗耗的的压压缩缩功功增增加加，发发动动机机容容易易过过热热，有有效效功功率率下下降降，工工作作粗粗爆爆程程度度增增加加。同同时时由由于于混混合合气气的的压压力力过过高高，末末端端混混合合气气燃燃烧烧前前的的温温度度较较高高，爆爆燃燃倾倾向向加加大。大。点火提前角为最佳值时，点火提前角为最佳值时，压力升高率不是过高，最高压力升高率不是过高，最高压力出现在上止点后合适的角度内，示功图面积最大，完压力出现在上止点后合适的角度内，示功图面积最大，完成的循环功最多，发动机的动力性、经济性最好。成的循环功最多，发动机的动力性、经济性最好。4 4、发动机转速发动机转速 转转速速增增

40、加加时时，气气缸缸中中湍湍流流增增强强，火火焰焰传传播播速速度度加加快快，因因而而以以秒秒计计的的燃燃烧烧过过程程缩缩短短、滞滞燃燃期期缩缩短短；另另一一方方面面由由于于残残余余废废气气系系数数增增加加，气气流流吹吹走走电电火火花花的的倾倾向向增增大大，滞滞燃燃期期增增加加。因因而而使使得得以以秒秒计计的的滞滞燃燃期期与与转转速速的的关关系系不不大大，但但一一般般燃燃烧烧过过程程相相当当的的曲曲轴轴转转角角增增加加，应应当当相相应应加加大大点点火火提提前前角角（靠靠离离心心提提前前调调节节装装置置）。转速增加时，火焰传播速度加快，爆燃倾向减小。转速增加时，火焰传播速度加快，爆燃倾向减小。5 5

41、、发动机负荷、发动机负荷 转速一定，负荷减小时，转速一定，负荷减小时，节节气门开度减小，进入气缸的新鲜气门开度减小，进入气缸的新鲜混合气量减小，而残余废气量基混合气量减小，而残余废气量基本不变，故残余废气所占比例相本不变，故残余废气所占比例相对增加。因为残余废气对燃烧反对增加。因为残余废气对燃烧反应起阻碍作用，使燃烧速度减慢。应起阻碍作用，使燃烧速度减慢。为保证燃烧过程在上止点附近完为保证燃烧过程在上止点附近完成，成，需增大点火提前角需增大点火提前角（靠真空（靠真空提前点火装置来调节）。提前点火装置来调节）。低低负负荷荷时时，爆爆燃燃倾倾向向较较小小。主主要要是是负负荷荷低低时时，进进气气量量

42、少少，残残余余废废气气相相对对较较多多，使使燃燃烧烧最最高高压压力力和和温温度、压力升高率下降，冷却液散热损失相对增加。度、压力升高率下降，冷却液散热损失相对增加。6 6、冷却水温度、冷却水温度 冷冷却却水水温温过过高高时时：1 1）会会使使燃燃烧烧室室壁壁及及缸缸壁壁过过热热，爆爆燃燃及及表表面面点点火火倾倾向向增增加加。2 2）同同时时进进入入气气缸缸的的混混合合气气温温度度升升高高，密密度度下下降降，充充量量减减小小，使使发发动动机机动动力力性性、经济性下降。经济性下降。冷却水温过低时：冷却水温过低时：1 1）传给冷却水热量增多，发动传给冷却水热量增多，发动机热效率降低，功率下降，耗油率

43、增加；机热效率降低，功率下降，耗油率增加；2 2）润滑油粘润滑油粘度增大，流动性差，润滑效果变差，摩擦损失及机件度增大，流动性差，润滑效果变差，摩擦损失及机件磨损加剧；磨损加剧；3 3）容易使燃气中的酸根和水蒸气结合成酸容易使燃气中的酸根和水蒸气结合成酸类物质，使气缸腐蚀磨损增加；类物质，使气缸腐蚀磨损增加；4 4）燃烧不良易形成积燃烧不良易形成积炭；炭；5 5）不完全燃烧现象严重，使排污增多。不完全燃烧现象严重，使排污增多。7 7、燃烧室积炭、燃烧室积炭 1 1）促促使使爆爆燃燃倾倾向向增增加加：积积炭炭不不易易传传热热，温温度度较较高高，在在进进气气、压压缩缩过过程程中中不不断断加加热热混

44、混合合气气，使使温温度度升升高高很很快快；积积炭炭本本身身占占有有体体积积，减减小小了了燃燃烧烧室室体体积积，因因而而提提高高了了压压缩缩比比；2 2）易易引引起起表表面面点点火火：积积炭炭表表面面温温度度很很高高，形形成成炽热表面或炽热点。炽热表面或炽热点。8 8、压缩比、压缩比 1 1）热热效效率率提提高高，发发动动机机功功率率、扭扭矩矩大大，有有效效油油耗耗率降低。率降低。2 2）提高压缩比，会增加未燃混合气自燃的倾向，提高压缩比，会增加未燃混合气自燃的倾向，易产生爆燃。易产生爆燃。9 9、气缸直径、气缸直径 气气缸缸直直径径增增大大，火火焰焰传传播播距距离离增增加加，爆爆燃燃倾倾向向增

45、大，所以没有很大缸径的汽油机。增大，所以没有很大缸径的汽油机。1010、气缸盖和活塞材料、气缸盖和活塞材料 铝铝合合金金比比铸铸铁铁导导热热性性好好，气气缸缸盖盖和和活活塞塞采采用用铝铝合合金金材材料料，可可使使燃燃烧烧室室表表面面温温度度降降低低，热热负负荷荷明明显显减小，减小了爆燃倾向。减小，减小了爆燃倾向。1111、燃烧室的形状、燃烧室的形状 不同燃烧室形状和火花塞布置直接影响到发动不同燃烧室形状和火花塞布置直接影响到发动机充气系数、火焰传播率及放热率、传热损失及爆机充气系数、火焰传播率及放热率、传热损失及爆燃的发生，从而影响发动机性能。燃的发生，从而影响发动机性能。第二节第二节 汽油机

46、的燃烧室汽油机的燃烧室 燃烧室结构直接影响到燃烧室结构直接影响到发动机充气系数发动机充气系数、火焰传播率火焰传播率及及放热率放热率、传热损失传热损失及及爆燃的发生爆燃的发生，从而影响发动机性能。从而影响发动机性能。不同燃烧室形状实际上反映混合气气体的不同燃烧室形状实际上反映混合气气体的分布情况，与火花塞位置相配合，也就决定了分布情况，与火花塞位置相配合，也就决定了不同的燃烧放热率和火焰传播到边缘可燃混合不同的燃烧放热率和火焰传播到边缘可燃混合气的距离，从而影响抗爆性、工作粗暴性、经气的距离，从而影响抗爆性、工作粗暴性、经济性和济性和动力性动力性。对燃烧室提出的一系列要求：对燃烧室提出的一系列要

47、求：（1 1）结构紧凑：）结构紧凑：面容比值面容比值F/VF/V小，燃烧室紧凑的优点小，燃烧室紧凑的优点:1 1、火焰传播距离小，不易爆燃，可提高压缩比；、火焰传播距离小，不易爆燃，可提高压缩比；2 2、相对散热损失小，热效率高；、相对散热损失小，热效率高；3 3、熄火面积小，、熄火面积小，HCHC排量少。排量少。顶置气门燃烧室顶置气门燃烧室F/VF/V值比侧置气门燃烧室小值比侧置气门燃烧室小很多。很多。（2 2）具有良好的充气性能：）具有良好的充气性能：允许有较大的进、排气门流通截面，可允许有较大的进、排气门流通截面，可以提高充气系数、降低泵气损失；燃烧室以提高充气系数、降低泵气损失；燃烧室

48、壁面与气门头部要有足够的间隙，以避免壁面与气门头部要有足够的间隙，以避免壁面的遮蔽作用。壁面的遮蔽作用。（3 3）火花塞位置安排得当：）火花塞位置安排得当：火花塞的位置直接影响火焰传播距离的火花塞的位置直接影响火焰传播距离的长短，火焰面积扩散、扩展率和燃烧率，长短，火焰面积扩散、扩展率和燃烧率，从而影响抗爆性。从而影响抗爆性。在布置火花塞时必须考虑以下因素：在布置火花塞时必须考虑以下因素：1 1、能利用新鲜混合气充分，扫除火花塞间隙处的、能利用新鲜混合气充分，扫除火花塞间隙处的残余废气，使混合气易于着火。这一点对暖机和残余废气，使混合气易于着火。这一点对暖机和低负荷的稳定运转性更为重要，使气流

49、不能过强，低负荷的稳定运转性更为重要，使气流不能过强，以免吹散火花；以免吹散火花；2 2、火花塞应靠近排气门处，使受灼热表面加热的、火花塞应靠近排气门处，使受灼热表面加热的混合气及早燃烧，以免发展为爆燃燃烧；混合气及早燃烧，以免发展为爆燃燃烧；3 3、火花塞的布置应使火焰传播距离尽可能短；、火花塞的布置应使火焰传播距离尽可能短；4 4、不同的火花塞位置对燃料辛烷值要求也不同。、不同的火花塞位置对燃料辛烷值要求也不同。使火焰传播速度增使火焰传播速度增大；混合气的着火界限大；混合气的着火界限扩大，可以燃烧更稀的扩大，可以燃烧更稀的混合气；降低循环变动混合气；降低循环变动率；降低率；降低HCHC排量

50、。排量。（4 4）要产生适当的气体紊流流动：）要产生适当的气体紊流流动：进气涡流：为了不影响进气充量，较弱进气涡流：为了不影响进气充量，较弱 挤流：可以提高明显燃烧期火焰传播速挤流：可以提高明显燃烧期火焰传播速度，不会影响进气充量。度，不会影响进气充量。（5 5）适当冷却末端混合气：）适当冷却末端混合气：末末端端混混合合气气要要有有足足够够的的冷冷却却强强度度，以以降降低低终终燃燃混混合合气气温温度度，减减轻轻爆爆燃燃倾倾向向；但但又又不不可可使使激激冷冷层层过过大大，以以免增加免增加HCHC的排放。的排放。1 1、楔形燃烧室、楔形燃烧室优点：优点：1 1）结构较紧凑，火焰传播距离较短；）结构