汽油机混合气形成和燃烧学习教案.pptx

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1、会计学1汽油机混合气形成和燃烧汽油机混合气形成和燃烧第一页，编辑于星期二：一点 三十八分。4-1 4-1 汽油机的燃烧过程汽油机的燃烧过程一、汽油机的正常燃烧一、汽油机的正常燃烧 电火花点燃均匀的可燃混合气电火花点燃均匀的可燃混合气,形成火焰中心形成火焰中心,并且火焰从此中心按一定的速率并且火焰从此中心按一定的速率 （一般为（一般为202060 m/s 60 m/s）连续地传播到整个燃烧室空间连续地传播到整个燃烧室空间,在此期间火焰传播速率在此期间火焰传播速率,火火焰前锋形状均没有急剧的变化焰前锋形状均没有急剧的变化,称之为正常燃烧。称之为正常燃烧。正常燃烧分三个阶段。正常燃烧分三个阶段。（一

2、）（一）着火延迟期着火延迟期 （或着火延迟角或着火延迟角 ）1 12 2 从电火花跳火从电火花跳火 形成火焰中心。形成火焰中心。第1页/共42页第二页，编辑于星期二：一点 三十八分。1 1点以前为压缩过程点以前为压缩过程点以前为压缩过程点以前为压缩过程,缸内压力升高不大。缸内压力升高不大。缸内压力升高不大。缸内压力升高不大。1 1 火花塞跳火。火花塞跳火。2 2 缸内压力脱离压缩线开始急骤增高。缸内压力脱离压缩线开始急骤增高。点火提前角点火提前角 :1:1点点 上止点的曲轴转角。上止点的曲轴转角。为什么要提前：因为要使着火在上为什么要提前：因为要使着火在上止点附近完成止点附近完成,压力最高点出

3、现在上止压力最高点出现在上止点后某一角度。点后某一角度。2 3 第2页/共42页第三页，编辑于星期二：一点 三十八分。火花塞在火花塞在1 1点跳火之后点跳火之后,并不马上形成火焰中心并不马上形成火焰中心 （虽然此时着火虽然此时着火的物理准备过程已比较充分的物理准备过程已比较充分,但化学准备但化学准备 氧化反应尚需一定氧化反应尚需一定的时间的时间,哪怕这一时间再短哪怕这一时间再短 ）。）。根据高速摄影表明在根据高速摄影表明在1 1点出现第一次亮点后点出现第一次亮点后 （火花火花 ）,到到2 2点点出第二次亮点出第二次亮点 （火焰中心已形成火焰中心已形成,但缸内压力并不是在此时但缸内压力并不是在此

4、时急骤升高急骤升高 ）,这一段占整个燃烧过程的这一段占整个燃烧过程的15%15%左右。但一般我们是左右。但一般我们是按气缸内的压力线开始与压缩压力线分离的按气缸内的压力线开始与压缩压力线分离的2 2点来计算的。点来计算的。2 2和和2 2点相差甚微点相差甚微,并且和底片的感光性能与测压仪的灵敏度有关并且和底片的感光性能与测压仪的灵敏度有关 （与与测试手段的精密度有关测试手段的精密度有关 ）。）。所以所以,我们把我们把2 2点看做与点看做与2 2点重合点重合,即在即在2 2点才形成火焰中心点才形成火焰中心,并立即使压力脱离压缩线急骤升高。并立即使压力脱离压缩线急骤升高。第3页/共42页第四页，编

5、辑于星期二：一点 三十八分。（二）（二）火焰传播期火焰传播期 （急燃期急燃期 ）2 23 3 这一阶段为燃烧过程的主要阶段。这一阶段为燃烧过程的主要阶段。在此时间内在此时间内,火焰迅速传遍整个燃烧室火焰迅速传遍整个燃烧室,混合气的绝大部分在此混合气的绝大部分在此时期内完成燃烧时期内完成燃烧 （80%80%以上以上 ），燃料的热能绝大部分在此），燃料的热能绝大部分在此时间内放出时间内放出 （这与柴油机不同这与柴油机不同,柴油机随喷随燃柴油机随喷随燃,在上止点以在上止点以后还在向缸内喷入燃料后还在向缸内喷入燃料 ）。缸内压力、温度迅速升高）。缸内压力、温度迅速升高,代表工作粗暴的程度代表工作粗暴的

6、程度,它与火它与火它与火它与火 焰传播速率焰传播速率焰传播速率焰传播速率 有关。有关。有关。有关。工作粗暴，噪声工作粗暴，噪声。但但 不正常燃烧趋势不正常燃烧趋势。第4页/共42页第五页，编辑于星期二：一点 三十八分。气流运动气流运动 所以所以,在汽油机中在汽油机中,火焰传播速率是一个重要参数火焰传播速率是一个重要参数,它直接影响不它直接影响不正常燃烧的抑制正常燃烧的抑制,从而影响发动机的功率、效率和使用寿命。从而影响发动机的功率、效率和使用寿命。3 3点为点为 点点,3,3点点 为为,往往往往3 3点与点与3 3点重合。点重合。若取放热效率骤然下降的时刻作为急燃期的终点则更合理若取放热效率骤

7、然下降的时刻作为急燃期的终点则更合理 （3 3点稍后一点点稍后一点 ）,但这一点不易确定但这一点不易确定,故我们通常以使故我们通常以使 的的3 3点作为急燃期的终点。点作为急燃期的终点。3 3点的到来时刻非常重要点的到来时刻非常重要,太早太早,则压缩负功则压缩负功 。太迟。太迟,则则热量利用热量利用 。因为汽油机的燃烧与柴油机不同因为汽油机的燃烧与柴油机不同,可以人为控制可以人为控制,故可用调整点故可用调整点火提前角的方法来调整火提前角的方法来调整3 3点的到达时刻。点的到达时刻。注意：示功图的上下止点不容易测注意：示功图的上下止点不容易测,目前全世界尚无一准确、目前全世界尚无一准确、标准、权

8、威的测量方法。标准、权威的测量方法。第5页/共42页第六页，编辑于星期二：一点 三十八分。（三）（三）补燃期补燃期 3 34 4 3 3点点 燃料基本燃烧完的燃料基本燃烧完的4 4点。点。3 3点过后点过后,燃烧速度下降燃烧速度下降,活塞下行活塞下行,使使p p,在在3 3点过后的燃烧主要点过后的燃烧主要为为1 1）在火焰传播期火焰前锋面没有燃烧掉的燃料继续燃烧。）在火焰传播期火焰前锋面没有燃烧掉的燃料继续燃烧。2 2）粘附在缸壁上的混合气层继续燃烧。）粘附在缸壁上的混合气层继续燃烧。3 3）由于汽油机燃烧温度高）由于汽油机燃烧温度高,高温分解严重。产生的高温分解严重。产生的 ,COCO,在在

9、补燃期内补燃期内,由于温度降低由于温度降低,重新燃烧生成重新燃烧生成 ,放出热量。放出热量。补燃补燃 ，热负荷，热负荷,经济性经济性。希望补燃期希望补燃期。但汽油机不象柴油机随喷随燃。但汽油机不象柴油机随喷随燃,燃料在燃料在 以以后还有喷入，补燃情况要小得多。后还有喷入，补燃情况要小得多。总结：为了保证汽油机工作柔和总结：为了保证汽油机工作柔和,动力性好动力性好,一般应使一般应使2 2点处点处于上止点前于上止点前1212 1515 。3 3点处于上止点后点处于上止点后1212 1515,。第6页/共42页第七页，编辑于星期二：一点 三十八分。二、汽油机的不正常燃烧二、汽油机的不正常燃烧（一）（

10、一）爆震燃烧爆震燃烧1 1 爆震燃烧爆震燃烧 汽油机在运转过程中有时会听到气缸内有明显的金属敲击声。这汽油机在运转过程中有时会听到气缸内有明显的金属敲击声。这种声音如果持续较长时间以后种声音如果持续较长时间以后,会引起发动机的功率会引起发动机的功率,冲击载荷冲击载荷,摩擦摩擦,热负荷热负荷,使用寿命使用寿命,排气冒烟排气冒烟,经济性经济性。根据对发动机理想循环的分析根据对发动机理想循环的分析,我们知道我们知道 。但。但,则爆震则爆震倾向倾向,限制了限制了 的提高。的提高。所以所以,克服爆燃现象克服爆燃现象,是汽油机的重要议题之一。是汽油机的重要议题之一。第7页/共42页第八页，编辑于星期二：一

11、点 三十八分。2 2 产生的原因产生的原因 终端混合气自燃终端混合气自燃 电火花点火后电火花点火后,火焰以正常的传播速度火焰以正常的传播速度20 60 m 20 60 m 向前推进向前推进,未未燃混合气受到强烈的压缩和热幅射。处于最后燃烧位置上的那部分燃混合气受到强烈的压缩和热幅射。处于最后燃烧位置上的那部分终端燃混合气（终端燃混合气（End gas End gas）,由于热幅射作用由于热幅射作用,促使先期反应加速促使先期反应加速进行进行,并放出部分热量并放出部分热量,又使本身的温度不断升高又使本身的温度不断升高,以致在正常火焰以致在正常火焰尚未到达时尚未到达时,终端混合气最适于发火的部位已经

12、形成了一终端混合气最适于发火的部位已经形成了一个或几个火焰中心。以远大于正常燃烧火焰前锋面推进个或几个火焰中心。以远大于正常燃烧火焰前锋面推进的速度向周围传播。的速度向周围传播。轻微爆燃轻微爆燃 =100 300 m/s =100 300 m/s 强烈爆燃强烈爆燃 =800 2000 m/s =800 2000 m/s 爆燃使终端混合气迅速燃烧完毕。由于爆燃使局部压力突爆燃使终端混合气迅速燃烧完毕。由于爆燃使局部压力突然增加然增加,而形成强烈的压力冲击波：冲击波撞击到燃烧室壁面上就而形成强烈的压力冲击波：冲击波撞击到燃烧室壁面上就会发生金属敲击声。强烈时会引起发动机振动。会发生金属敲击声。强烈

13、时会引起发动机振动。若自燃区占整个燃烧室容积的若自燃区占整个燃烧室容积的5%,5%,则为强烈爆燃。则为强烈爆燃。第8页/共42页第九页，编辑于星期二：一点 三十八分。关于爆燃的机理已从许多试验研究中得到了证实。用高速摄影（包括纹影和阴影方式）可以清晰地观察到发生在气缸壁面附近的自发火区域；采用缸内快速采样方法也在这些区域检测到了低温多阶段着火过程产生的过氧化物和醛类。第9页/共42页第十页，编辑于星期二：一点 三十八分。3.3.示功图的比较示功图的比较（1 1）正常燃烧与爆震燃烧的比较正常燃烧与爆震燃烧的比较第10页/共42页第十一页，编辑于星期二：一点 三十八分。a a 在上止点附近为最高在

14、上止点附近为最高,过上止点后过上止点后,压力升高慢压力升高慢 （由于（由于V V ）,虽然虽然 0,0,但但 0 90%90%以及怠速以及怠速以及怠速以及怠速,低速时提供加浓混合气。低速时提供加浓混合气。低速时提供加浓混合气。低速时提供加浓混合气。第28页/共42页第二十九页，编辑于星期二：一点 三十八分。（二）（二）简单化油器特性简单化油器特性 单纯依靠喉口真空度决定供油量的化油器。单纯依靠喉口真空度决定供油量的化油器。节气门开度变化节气门开度变化 A/F A/F 变化变化 A/F A/F 混合气浓混合气浓 与理想化油器有差异与理想化油器有差异,不能满足不能满足 汽油机要求。汽油机要求。第2

15、9页/共42页第三十页，编辑于星期二：一点 三十八分。（三）（三）各工况要求各工况要求 中负荷中负荷中负荷中负荷 满负荷加浓满负荷加浓满负荷加浓满负荷加浓(节气门开度节气门开度808085%)85%)怠速加浓怠速加浓怠速加浓怠速加浓 加速加速加速加速 起动起动起动起动第30页/共42页第三十一页，编辑于星期二：一点 三十八分。在一定节气门开度和一定转速下在一定节气门开度和一定转速下,有效功率有效功率 、有效比油耗、有效比油耗 随发随发动机燃料消耗量动机燃料消耗量 或过空气系数或过空气系数 的变化关系。的变化关系。1 1 调节：调节：。2 2 记录：记录：和和 、gege。3 3 得：得：,曲线

16、曲线4 4 曲线：曲线：（1）节气门全开 A 功率混合气B 经济混合气（2）节气门部分开启做出不同节气门开度下的,曲线 三、燃料调整特性第31页/共42页第三十二页，编辑于星期二：一点 三十八分。四、汽油喷射四、汽油喷射（一）（一）化油器式发动机的不足之处化油器式发动机的不足之处:1 1 部分负荷时节流损失大部分负荷时节流损失大 2 2 不可能在各种工况下均提供最佳混合比不可能在各种工况下均提供最佳混合比 3 3 对大气条件和环境适应性差对大气条件和环境适应性差 4 4 仅提供均质混合气仅提供均质混合气 5 5 油膜流动油膜流动 各缸混合气分配不均匀各缸混合气分配不均匀（二）（二）分类分类 第

17、32页/共42页第三十三页，编辑于星期二：一点 三十八分。1 1 缸内喷射缸内喷射 喷咀开启压力喷咀开启压力3 35 Mpa 5 Mpa 进气过程上止之后进气过程上止之后30305050 开始喷油。开始喷油。压缩冲程上止点压缩冲程上止点 停止喷油。停止喷油。喷油持续近喷油持续近2 2冲程冲程 火花点火火花点火,火焰传播。火焰传播。2 2 进气管内喷射进气管内喷射（1 1）单点喷射单点喷射 大喷咀位于节气门之前的化油器位置大喷咀位于节气门之前的化油器位置,安装空气计量装置安装空气计量装置和电子控制喷油装置和电子控制喷油装置,可以克服可以克服1 14 4的不足的不足,但但5 5仍存在。仍存在。（2

18、 2）多点喷射多点喷射 小喷咀安装于各个进气歧管之中小喷咀安装于各个进气歧管之中,可克服可克服1 15 5的不足的不足,但结构复杂但结构复杂,成本高。成本高。第33页/共42页第三十四页，编辑于星期二：一点 三十八分。(三三三三)燃油喷射的控制燃油喷射的控制燃油喷射的控制燃油喷射的控制1 1 喷油时刻控制喷油时刻控制2 2 喷油量控制喷油量控制(1)(1)起动工况的喷油控制起动工况的喷油控制n n通过通过ECUECU控制冷起动加浓控制冷起动加浓n n通过冷起动喷油器和冷起动温度控制开关通过冷起动喷油器和冷起动温度控制开关(2)(2)起动后的喷油控制起动后的喷油控制n n蓄电池电压修正蓄电池电压

19、修正n n进气温度修正进气温度修正n n起动后喷油修正起动后喷油修正n n暖机加浓修正暖机加浓修正n n加速修正加速修正n n大负荷修正大负荷修正n n断油控制断油控制3 3 理论空燃比反馈控制理论空燃比反馈控制第34页/共42页第三十五页，编辑于星期二：一点 三十八分。4-3 4-3 汽油机的燃烧室汽油机的燃烧室汽油机的燃烧室汽油机的燃烧室一一 按气门布置分类按气门布置分类（一）（一）顶置顶置 楔型、半球型、浴盆型楔型、半球型、浴盆型 结构紧凑，面容比小，火焰传播距离短结构紧凑，面容比小，火焰传播距离短,不易爆燃不易爆燃,但结构较复杂。但结构较复杂。（二）（二）侧置侧置 L L型型 结构简单

20、结构简单,易维修保养易维修保养,但火焰传播距离长但火焰传播距离长,易爆燃易爆燃,故压缩比小。故压缩比小。（三）（三）顶侧置顶侧置 F F型型 充气性好充气性好,但结构复杂。但结构复杂。第35页/共42页第三十六页，编辑于星期二：一点 三十八分。二二 常用典型燃烧室常用典型燃烧室（一）（一）L L型型 里卡多里卡多 （Ricardo Ricardo）公司研制，在老解放车上及某些风公司研制，在老解放车上及某些风冷汽油机上应用。冷汽油机上应用。（二）（二）楔型楔型 应用较多，性能稳定。应用较多，性能稳定。燃烧室侧剖面为楔型。安排激冷区，防止爆燃。燃烧速度高，燃烧室侧剖面为楔型。安排激冷区，防止爆燃。

21、燃烧速度高，但噪声、振动大，工作易粗暴。但噪声、振动大，工作易粗暴。第36页/共42页第三十七页，编辑于星期二：一点 三十八分。（三）（三）倒盆型倒盆型 （浴盆型浴盆型 ）性能稳定，应用较多。性能稳定，应用较多。挤气面积不能小于挤气面积不能小于30%30%。（四）（四）半球型或蓬型半球型或蓬型1 1 半球型半球型 应用于高速汽油机中。应用于高速汽油机中。流动阻力小，面容比小，散热损失少。激冷区小，流动阻力小，面容比小，散热损失少。激冷区小，HCHC排放低。排放低。2 2 蓬型蓬型 比半球型高度低。比半球型高度低。气流运动强，高速性能更好。可安排四气门机构，充气效气流运动强，高速性能更好。可安排

22、四气门机构，充气效率更高。压缩比、空燃比大，率更高。压缩比、空燃比大，=7=71313，A/F=16A/F=1622.522.5，可实现稀薄燃烧。可实现稀薄燃烧。第37页/共42页第三十八页，编辑于星期二：一点 三十八分。（五）（五）福特福特 CVH CVH 型型 堤岸型活塞顶，产生压缩涡流，挤气面积为堤岸型活塞顶，产生压缩涡流，挤气面积为16%16%。切向进气道，产生进气涡流。切向进气道，产生进气涡流。充气效率较高。激冷区小，使充气效率较高。激冷区小，使HC HC 排放下降。使排放下降。使 用用9090号汽油时，压缩比可达号汽油时，压缩比可达8.58.5。功率、扭矩较大。功率、扭矩较大。第3

23、8页/共42页第三十九页，编辑于星期二：一点 三十八分。三三 采用均质混合气的燃烧室采用均质混合气的燃烧室（一）（一）射流型射流型 天津大学刘友均教授研制。天津大学刘友均教授研制。挤气面积大挤气面积大,方可实现强射流方可实现强射流,促使主室内紊流增强。着火后促使主室内紊流增强。着火后,混合气和火焰从射流孔高速喷向活塞顶部。混合气和火焰从射流孔高速喷向活塞顶部。形成双重火焰区形成双重火焰区,减小爆燃减小爆燃,压缩比可达压缩比可达9.89.811.211.2。但缸盖热应力大但缸盖热应力大,易开裂。易开裂。第39页/共42页第四十页，编辑于星期二：一点 三十八分。（二）（二）碗型碗型 燃烧室位于活塞

24、顶部。燃烧室位于活塞顶部。挤气紊流挤气紊流 可达可达1111。火焰传播距离火焰传播距离 爆燃趋势爆燃趋势,可采用稀混气体。可采用稀混气体。第40页/共42页第四十一页，编辑于星期二：一点 三十八分。第四章第四章第四章第四章 思考题思考题思考题思考题1.1.汽油机的燃烧过程是什么汽油机的燃烧过程是什么?各阶段有什么特点各阶段有什么特点?2.2.汽油机的不正常燃烧有哪些汽油机的不正常燃烧有哪些?有什么危害有什么危害?3.3.使用因素对燃烧过程有什么影响使用因素对燃烧过程有什么影响?4.4.汽油机的燃烧室有哪些形式汽油机的燃烧室有哪些形式?各有什么特点各有什么特点?第41页/共42页第四十二页，编辑于星期二：一点 三十八分。