内燃机混合气的形成和燃烧.ppt

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1、内燃机混合气的形成内燃机混合气的形成和燃烧和燃烧一、点火过程与着火落后期一、点火过程与着火落后期 1 1火花点火过程火花点火过程整个放电过程对分为三个整个放电过程对分为三个阶段：阶段：v击穿阶段击穿阶段v电弧放电阶段电弧放电阶段v辉光放电阶段辉光放电阶段(1)(1)击穿阶段击穿阶段击穿阶段击穿阶段v电极在电极在1015kV电压作用下，击穿电极间的混电压作用下，击穿电极间的混合气，离子流从一个电极奔向另一个电极；合气，离子流从一个电极奔向另一个电极；v间隙阻抗迅速下降，一个直径约间隙阻抗迅速下降，一个直径约40um的圆柱状的圆柱状离子化的气体通道建立起来，它的温度升至离子化的气体通道建立起来，它

2、的温度升至60000K，压力上升到几十个压力上升到几十个MPa，产生产生一个一个强烈的激波向四周传播；强烈的激波向四周传播；v随着膨胀，压力、温度迅速下降。随着膨胀，压力、温度迅速下降。v这一阶段称为击穿阶段。这一阶段称为击穿阶段。v通过火花塞间隙的峰值电流高达通过火花塞间隙的峰值电流高达200A，击穿阶击穿阶段的时间很短，约段的时间很短，约10ns。(2)(2)电弧阶段电弧阶段电弧阶段电弧阶段 击穿阶段的末期造成了电极间的电流通道，因此击穿阶段的末期造成了电极间的电流通道，因此电弧放电的电压较低电弧放电的电压较低(50l00v)，但电流仍很高。但电流仍很高。在阴极和阳极上的电压降是电弧放电电

3、压降的主在阴极和阳极上的电压降是电弧放电电压降的主要部分电能储存在这些电极的表层区域由金要部分电能储存在这些电极的表层区域由金属电极导走，这是电弧总能量属电极导走，这是电弧总能量个重要部分。此个重要部分。此外，电弧要求有灼热的阴极，因此就造成了阴极外，电弧要求有灼热的阴极，因此就造成了阴极材料的蒸发蚀损材料的蒸发蚀损(由于击穿阶段末期等离子体体由于击穿阶段末期等离子体体积膨胀、体外的热交换和扩散作用增强，使电弧积膨胀、体外的热交换和扩散作用增强，使电弧中心区温度下降到中心区温度下降到6000K)，一般认为，在电弧阶一般认为，在电弧阶段火焰传播开始发生。段火焰传播开始发生。(3)(3)辉光放电阶

4、段辉光放电阶段辉光放电阶段辉光放电阶段辉光放电阶段的特征是电流低于辉光放电阶段的特征是电流低于200mA在阴极在阴极上有较大的电压降上有较大的电压降(300500v)且温度较高，离子且温度较高，离子化程度很低化程度很低(低于低于0.01)，点火系统和储能装置点火系统和储能装置(如点火线圈如点火线圈)的设计细节将决定这一的设计细节将决定这一阶段的进程，阶段的进程，绝大部分的点火能量在此时放出，但能量损失比绝大部分的点火能量在此时放出，但能量损失比电弧阶段更大，气体的最高平衡温度下降到电弧阶段更大，气体的最高平衡温度下降到3000K。(3)(3)辉光放电阶段辉光放电阶段辉光放电阶段辉光放电阶段在发

5、动机运行条件下：在发动机运行条件下：v对静止的具有化学计量比的混合气点火能量只对静止的具有化学计量比的混合气点火能量只需要需要0.2mJ；v对于较稀或较浓的混合气，以及电极处混合气对于较稀或较浓的混合气，以及电极处混合气有较高流速时，需要点火能量为有较高流速时，需要点火能量为3mJ；v为能使发动机在各种工况下都能可靠点火，常为能使发动机在各种工况下都能可靠点火，常规点火系统供给的能量一般为规点火系统供给的能量一般为30一一50mJ；1 1n=1400 rpm,n=1400 rpm,l l=1,=1,a a=40 CA BTDC=40 CA BTDC2.2.滞燃期滞燃期滞燃期滞燃期滞燃期一般用以

6、下三种方法定义；滞燃期一般用以下三种方法定义；v从火花点火至缸内压力明显脱离压缩线时的时从火花点火至缸内压力明显脱离压缩线时的时间或曲轴转角。间或曲轴转角。v火花点火开始后观察气缸内的火焰传播至某一火花点火开始后观察气缸内的火焰传播至某一设定的小的半径时所需的时间：设定的小的半径时所需的时间：v从火花点火开始直到气缸内从火花点火开始直到气缸内10的燃料燃烧完的燃料燃烧完了的时间或曲轴转角了的时间或曲轴转角(又名火馅发展角又名火馅发展角)；以上三种方法测出的滞燃期在数值上差别较大，以上三种方法测出的滞燃期在数值上差别较大，在使用时应指明采用何种定义的滞燃期。在使用时应指明采用何种定义的滞燃期。二

7、、点燃式内燃机中的正常燃烧二、点燃式内燃机中的正常燃烧二、点燃式内燃机中的正常燃烧二、点燃式内燃机中的正常燃烧(一一)定容燃烧弹中的燃烧定容燃烧弹中的燃烧 图图图图5-75-7燃烧部分的膨胀和对已燃、未燃部分的压缩燃烧部分的膨胀和对已燃、未燃部分的压缩燃烧部分的膨胀和对已燃、未燃部分的压缩燃烧部分的膨胀和对已燃、未燃部分的压缩v燃烧以后，压力温度升高，其余部分由于压缩燃烧以后，压力温度升高，其余部分由于压缩与传热的影响，温度与压力也有所提高。与传热的影响，温度与压力也有所提高。v后续部分的燃烧在更高的压力温度下进行。后续部分的燃烧在更高的压力温度下进行。v燃烧时气体膨胀，压缩已燃烧气体和未燃烧

8、气燃烧时气体膨胀，压缩已燃烧气体和未燃烧气体，使它们的压力温度再升高。体，使它们的压力温度再升高。由定容燃烧弹得出的结论由定容燃烧弹得出的结论由定容燃烧弹得出的结论由定容燃烧弹得出的结论v相继投入燃烧的混合气，比前一层有更高的密相继投入燃烧的混合气，比前一层有更高的密度，燃烧速率也不相同。度，燃烧速率也不相同。v初期燃烧的气体因获得压缩功，最终温度较高。初期燃烧的气体因获得压缩功，最终温度较高。后燃烧的混合气，损失部分功，因而温度较低，后燃烧的混合气，损失部分功，因而温度较低，两者相差可达数百度。两者相差可达数百度。v燃烧造成压缩一膨胀，引起气流运动，且燃烧燃烧造成压缩一膨胀，引起气流运动，且

9、燃烧初期运动方向与末期相反。初期运动方向与末期相反。v火焰传播速度先加速后减速。远离火焰中心的火焰传播速度先加速后减速。远离火焰中心的混合气在火焰前锋到达前，先期反应已有较大混合气在火焰前锋到达前，先期反应已有较大的发展，因而火焰前锋的速度越来越大，最后的发展，因而火焰前锋的速度越来越大，最后因缸壁的冷却作用而变慢。因缸壁的冷却作用而变慢。(二二二二)预混燃烧与扩散燃挠预混燃烧与扩散燃挠预混燃烧与扩散燃挠预混燃烧与扩散燃挠v汽油机和气体燃料发动机中，燃烧时在火焰到汽油机和气体燃料发动机中，燃烧时在火焰到达之前燃料与空气已充分混合，这种燃烧称之达之前燃料与空气已充分混合，这种燃烧称之为预混燃烧。

10、为预混燃烧。v在柴油机中，在滞燃期内蒸发并与空气的部分在柴油机中，在滞燃期内蒸发并与空气的部分燃料的燃烧可以看作是预混燃烧。燃料的燃烧可以看作是预混燃烧。v柴油机的大部分燃料是在着火后喷入气缸的，柴油机的大部分燃料是在着火后喷入气缸的，它处于一边与空气混合、一边燃烧的情况下，它处于一边与空气混合、一边燃烧的情况下，由于混合过程比反应速率慢，因此燃烧速率取由于混合过程比反应速率慢，因此燃烧速率取决于混合速率决于混合速率。混合过程控制了燃烧速率，这混合过程控制了燃烧速率，这就是所谓的扩散燃烧。就是所谓的扩散燃烧。(三三三三)点燃式发动机的燃烧过程点燃式发动机的燃烧过程点燃式发动机的燃烧过程点燃式发

11、动机的燃烧过程点燃式发动机燃烧过程的实际进展分成三个阶段点燃式发动机燃烧过程的实际进展分成三个阶段第第第第1 1阶段阶段阶段阶段-着火阶段着火阶段着火阶段着火阶段火花跳火到形成火焰中心的阶段。火花跳火到形成火焰中心的阶段。滞燃期滞燃期 i的长短与下列因素有关：的长短与下列因素有关：v燃料本身的分子结构和物理化学性能。燃料本身的分子结构和物理化学性能。v点火时缸内气体的压力温度。点火时缸内气体的压力温度。c，i；v汽油汽油-空气混合气在空气混合气在0.8-0.9时时 i最短。最短。v残余废气量残余废气量，i。v气缸内混合气运动强则气缸内混合气运动强则 i稍有增加。稍有增加。v火花能量火花能量，i

12、。内着火的时间可以用点火提前角控制，滞燃期内着火的时间可以用点火提前角控制，滞燃期长短对汽油机工作的影响不大。长短对汽油机工作的影响不大。第第第第IIII阶段阶段阶段阶段-急燃期急燃期急燃期急燃期v火焰由火焰中心烧遍整个燃烧室的阶段，称为火焰由火焰中心烧遍整个燃烧室的阶段，称为火焰传播阶段。在这一阶段内，压力升高很快，火焰传播阶段。在这一阶段内，压力升高很快，dp/d=0.2-0.4MPa。v急燃期终点一般为最高压力点或最高温度点；急燃期终点一般为最高压力点或最高温度点；取放热率骤然下降的时刻则更为合理。取放热率骤然下降的时刻则更为合理。v最高燃烧压力点时刻，影响发动机性能最高燃烧压力点时刻，

13、影响发动机性能。过早，则混合气必然过早点燃，压缩负功过早，则混合气必然过早点燃，压缩负功、dp/d，pz。过迟，则膨胀比过迟，则膨胀比，燃烧高温时期的传热表，燃烧高温时期的传热表面积面积。第第第第IIIIII阶段阶段阶段阶段-后燃期后燃期后燃期后燃期v急燃期终点至燃料基本上完全燃烧点为止。急燃期终点至燃料基本上完全燃烧点为止。v到燃烧室主要容积被火焰充满，混合气燃烧到燃烧室主要容积被火焰充满，混合气燃烧速度开始降低，活塞向下止点加速移动，气速度开始降低，活塞向下止点加速移动，气缸中压力开始下降，进入后燃期。缸中压力开始下降，进入后燃期。v在后燃期中主要是湍流火焰前锋后面没有完在后燃期中主要是湍

14、流火焰前锋后面没有完全燃烧掉的燃料，以及附在气缸壁面上的混全燃烧掉的燃料，以及附在气缸壁面上的混合气层继续燃烧。此外，汽油机燃烧产物中合气层继续燃烧。此外，汽油机燃烧产物中CO2和和HC的离解现象比柴油机严重，在膨胀的离解现象比柴油机严重，在膨胀过程中温度下降后又部分复合而过程中温度下降后又部分复合而放出热量，放出热量，一一般也作后燃看待。般也作后燃看待。v一一般着火开始点般着火开始点出现在上止点前出现在上止点前的的1215CA;v最高燃烧压力点最高燃烧压力点出现在上止点后出现在上止点后1215CA;v压升率在压升率在0.1750.25MPa/CA。(四四四四)燃烧过程按已燃质量分量划分燃烧过

15、程按已燃质量分量划分燃烧过程按已燃质量分量划分燃烧过程按已燃质量分量划分在火花点火在火花点火后，燃料后，燃料-空气混合气空气混合气的燃烧速率的燃烧速率从很低的数从很低的数值很快达到值很快达到最大，然后最大，然后当燃烧终点当燃烧终点时接近零。时接近零。利用已燃质最百分数表示燃烧过程阶段利用已燃质最百分数表示燃烧过程阶段利用已燃质最百分数表示燃烧过程阶段利用已燃质最百分数表示燃烧过程阶段v火焰发展期火焰发展期，是指从火花点火到燃料化学能释，是指从火花点火到燃料化学能释放放10之间的曲轴转角间隔期。之间的曲轴转角间隔期。v快速燃烧期快速燃烧期，指火焰扩展阶段，指火焰扩展阶段(通常指已燃质量通常指已燃

16、质量百分数达到百分数达到10)到火焰传播过程终点到火焰传播过程终点(通常指通常指已燃质量百分数达到已燃质量百分数达到90)之间的曲轴转角间隔之间的曲轴转角间隔期。期。v总燃烧期总燃烧期，整个燃烧过程的持续期，指火焰发，整个燃烧过程的持续期，指火焰发展期与快速燃烧期之和展期与快速燃烧期之和。（五（五（五（五)火焰传播速度和燃烧速率火焰传播速度和燃烧速率火焰传播速度和燃烧速率火焰传播速度和燃烧速率第一章第一章第一章第一章 概概概概论论论论(六六六六)着火界限或可燃范围着火界限或可燃范围着火界限或可燃范围着火界限或可燃范围v电火花点燃电极间隙内的可燃混合气，它放出电火花点燃电极间隙内的可燃混合气，它

17、放出的热量大于向四周混合气的散热量，火焰才能的热量大于向四周混合气的散热量，火焰才能传播发展；反之，将自行熄灭。传播发展；反之，将自行熄灭。v过浓的混合气燃烧不完全、放热量少，过稀混过浓的混合气燃烧不完全、放热量少，过稀混合气的热值低、放热量少，均不能点火。合气的热值低、放热量少，均不能点火。v不能点火的混合气浓度界限称为可燃范围或着不能点火的混合气浓度界限称为可燃范围或着火界限。火界限。v要使混合气正常燃烧，必须保证混合气浓度在要使混合气正常燃烧，必须保证混合气浓度在可燃范围内。可燃范围内。几种燃料的可燃范围几种燃料的可燃范围几种燃料的可燃范围几种燃料的可燃范围Engine ignition

18、 limits for different fuels(selection)Engine ignition limits for different fuels(selection)实际发动机着火界限实际发动机着火界限实际发动机着火界限实际发动机着火界限v由于各处温度、压力不完全相同，混合气不一由于各处温度、压力不完全相同，混合气不一定绝对均匀，因此着火界限比理论值范围窄。定绝对均匀，因此着火界限比理论值范围窄。v若火花塞间隙附近是浓度合适的新鲜可燃混合若火花塞间隙附近是浓度合适的新鲜可燃混合气，就比较容易着火；气，就比较容易着火；v若火花塞附近有较多的残余废气，着火界限就若火花塞附近有较多的

19、残余废气，着火界限就变窄，以致不能着火。变窄，以致不能着火。v现代汽油机在较高负荷且工作正常时的着火界现代汽油机在较高负荷且工作正常时的着火界限大致为限大致为1.3-1.4，一般到，一般到1.25-1.35时，汽油机时，汽油机工作循环已不稳定，燃油消耗率迅速上升，混工作循环已不稳定，燃油消耗率迅速上升，混合气再稀一些，发动机即自行熄灭。合气再稀一些，发动机即自行熄灭。(七七七七)不同工况下燃烧过程的特点不同工况下燃烧过程的特点不同工况下燃烧过程的特点不同工况下燃烧过程的特点第一章第一章第一章第一章 概概概概论论论论1 1点火提前角不同时的燃烧过程点火提前角不同时的燃烧过程点火提前角不同时的燃烧

20、过程点火提前角不同时的燃烧过程Influence of ignition timing on the mean pressure tracesInfluence of ignition timing on the mean pressure traces点火提前角不同时的燃烧过程点火提前角不同时的燃烧过程点火提前角不同时的燃烧过程点火提前角不同时的燃烧过程v保持节气门开度、转速以及混合气浓度一定，保持节气门开度、转速以及混合气浓度一定，记录功率、燃油消耗率、排气温度随点火提前记录功率、燃油消耗率、排气温度随点火提前角的变化，称为汽油机点火提前特性。角的变化，称为汽油机点火提前特性。v每一工况都

21、存在一最佳点火提前角，对应发动每一工况都存在一最佳点火提前角，对应发动机功率最大，燃油消耗率最低。机功率最大，燃油消耗率最低。v最佳点火提前角相当于使最高燃烧压力在上止最佳点火提前角相当于使最高燃烧压力在上止点后点后12-15CA时达到，这时实际示功图与理论时达到，这时实际示功图与理论示功图最为接近。示功图最为接近。v选择最佳点火提前角时，要考虑到发动机的整选择最佳点火提前角时，要考虑到发动机的整个运行范围能保证最大功率而无爆燃发生。个运行范围能保证最大功率而无爆燃发生。2 2混合气浓度不同时的燃烧过程混合气浓度不同时的燃烧过程混合气浓度不同时的燃烧过程混合气浓度不同时的燃烧过程汽油机的转速、

22、节汽油机的转速、节气门开度保持一定，气门开度保持一定，点火提前角为最佳点火提前角为最佳值时，功率、燃油值时，功率、燃油消耗率、排气温度消耗率、排气温度随过量空气系数的随过量空气系数的变化曲线，称为汽变化曲线，称为汽油机在某一转速和油机在某一转速和节气门开度下的调节气门开度下的调整特性。整特性。混合气浓度不同时的燃烧混合气浓度不同时的燃烧混合气浓度不同时的燃烧混合气浓度不同时的燃烧v a=0.8-0.9时，时，i最短，火焰传播速率最高。最短，火焰传播速率最高。v a1时，分子变更系数时，分子变更系数，燃料蒸发量，燃料蒸发量，进，进气温度气温度，c有所有所，pz、dp/d、Tmax、Pe均均达到最

23、大值，但由于不完全燃烧，达到最大值，但由于不完全燃烧，be。v a=1.031.1时，时，be达较佳值，因为气缸内燃料、达较佳值，因为气缸内燃料、空气和残余废气不能绝对均匀混合，因而不可空气和残余废气不能绝对均匀混合，因而不可能刚好在能刚好在 a=1时获得完全燃烧。时获得完全燃烧。v混合气稍稀时，混合气稍稀时，Tmax，燃烧产物离解等不良，燃烧产物离解等不良影响减少，有利于提高热效率，但是过稀的混影响减少，有利于提高热效率，但是过稀的混合气使燃烧速率合气使燃烧速率,燃烧时间燃烧时间，热效率，热效率。混合气浓度不同时的燃烧混合气浓度不同时的燃烧混合气浓度不同时的燃烧混合气浓度不同时的燃烧3 3负

24、荷不同时的燃烧过程负荷不同时的燃烧过程负荷不同时的燃烧过程负荷不同时的燃烧过程v汽油机上，转速不变，改变节气门开度调节进汽油机上，转速不变，改变节气门开度调节进入气缸的混合气量，以达不同的负荷要求。入气缸的混合气量，以达不同的负荷要求。v节气门关小时，节气门关小时，c，但留在气缸内的残余废，但留在气缸内的残余废气量不变，使残余废气系数气量不变，使残余废气系数，i，火焰传，火焰传播速率播速率，pz、Tmax、dp/d ，冷却水散热，冷却水散热损失相对损失相对，be。v随着负荷随着负荷，最佳点火提前角要提早，在汽油，最佳点火提前角要提早，在汽油机中，均用点火提前真空洞节器来自动调整。机中，均用点火

25、提前真空洞节器来自动调整。4 4转速不同时的燃烧过程转速不同时的燃烧过程转速不同时的燃烧过程转速不同时的燃烧过程当当n 时：时：v气缸中湍流气缸中湍流，火焰传播速率大体与，火焰传播速率大体与n成正比例成正比例，因而，因而pz、dp/d 随随n的变化不大。的变化不大。v散热损失散热损失，进气被加热，缸内混合得更均匀，进气被加热，缸内混合得更均匀，有利于有利于i。残余废气系数。残余废气系数 气流吹走电火花气流吹走电火花的倾向的倾向，促使，促使 i。因此，以秒计的。因此，以秒计的 i与与n的关的关系不大，但是按系不大，但是按 计的计的 i却随却随n的的 而而。v在汽油机上均设有点火提前角的离心自动调

26、节在汽油机上均设有点火提前角的离心自动调节装置，使在装置，使在n 时，时，点火提前角。点火提前角。点火提前角对汽油机的经济性影响点火提前角对汽油机的经济性影响点火提前角对汽油机的经济性影响点火提前角对汽油机的经济性影响v点火提前角偏离最佳值点火提前角偏离最佳值5CA，热效率下降热效率下降1；偏离偏离10CA，热效率下降热效率下降5；偏离；偏离20CA，热热效率下降效率下降16。v影响最佳点火提前角的因素：大气压力、温度、影响最佳点火提前角的因素：大气压力、温度、湿度、缸体温度、燃料辛烷值、空燃比、残余湿度、缸体温度、燃料辛烷值、空燃比、残余废气系数、排气再循环等。废气系数、排气再循环等。v传统

27、的点火控制装置只考虑点火提前角随转速、传统的点火控制装置只考虑点火提前角随转速、负荷的变化。负荷的变化。点火提前角对汽油机的经济性影响点火提前角对汽油机的经济性影响点火提前角对汽油机的经济性影响点火提前角对汽油机的经济性影响电喷系统中，调节点火提前角的控制逻辑为：当电喷系统中，调节点火提前角的控制逻辑为：当负荷不变时，改变点火提前角一个步长，则：负荷不变时，改变点火提前角一个步长，则：v点火提前后，转速增加点火提前后，转速增加点火再提前点火再提前v点火提前后，转速下降点火提前后，转速下降点火推迟点火推迟v点火推迟后，转速增加点火推迟后，转速增加点火再推迟点火再推迟v点火推迟后转速下降点火推迟后

28、转速下降点火提前点火提前(八八八八)燃烧的循环变动燃烧的循环变动燃烧的循环变动燃烧的循环变动燃烧循环变动的危害燃烧循环变动的危害燃烧循环变动的危害燃烧循环变动的危害1 1燃烧循环变动现象燃烧循环变动现象燃烧循环变动现象燃烧循环变动现象v燃烧循环变动是点燃式发动机燃烧过程的一大燃烧循环变动是点燃式发动机燃烧过程的一大特征。特征。v燃烧循环变动的定义是，在发动机以其一工况燃烧循环变动的定义是，在发动机以其一工况稳定运行时，这一循环和下一循环燃烧过程的稳定运行时，这一循环和下一循环燃烧过程的进行情况不断变化；进行情况不断变化；v燃烧循环变动的具体表现在压力曲线、火焰传燃烧循环变动的具体表现在压力曲线

29、、火焰传播情况及发动机功率输出均不相同。播情况及发动机功率输出均不相同。v当采用稀薄燃烧和在低负荷、低转速下运转时，当采用稀薄燃烧和在低负荷、低转速下运转时，这种循环的变动会加剧。这种循环的变动会加剧。多循环示功图多循环示功图多循环示功图多循环示功图多循环示功图多循环示功图多循环示功图多循环示功图循环差别循环差别循环差别循环差别A/F:A/F:A/F:A/F:化油器化油器化油器化油器 14.7 14.7 14.7 14.7 电喷电喷电喷电喷14.514.514.514.5燃烧循环变动燃烧循环变动燃烧循环变动燃烧循环变动燃烧循环变动的危害燃烧循环变动的危害燃烧循环变动的危害燃烧循环变动的危害v循

30、环的燃烧过程快馒不同，使发动机的转速和循环的燃烧过程快馒不同，使发动机的转速和输出转矩产生波动，影响发动机的性能。输出转矩产生波动，影响发动机的性能。v燃烧快的循环，燃烧快的循环，pz和爆燃的趋势都和爆燃的趋势都，限制了使，限制了使用低辛烷值汽油和采用高压缩比用低辛烷值汽油和采用高压缩比。燃烧慢的循燃烧慢的循环，可能在环，可能在EVO时混合气还未燃烧完，因而时混合气还未燃烧完，因而HC排放及油耗都会排放及油耗都会，尤其在稀薄混合气燃，尤其在稀薄混合气燃烧或怠速工况时。烧或怠速工况时。v由于循环变动，每一循环点火提前角不可能都由于循环变动，每一循环点火提前角不可能都处在最佳值，影响发动机性能指标

31、的提高，如处在最佳值，影响发动机性能指标的提高，如果消除循环变动，可以果消除循环变动，可以 pz，改善工作粗暴性和改善工作粗暴性和be，降低发动机排放污染降低发动机排放污染。燃烧循环变动的危害燃烧循环变动的危害燃烧循环变动的危害燃烧循环变动的危害v发动机最佳点火提前角、空燃比是根据平均循发动机最佳点火提前角、空燃比是根据平均循环的要求确定的，对于有循环变动的绝大多数环的要求确定的，对于有循环变动的绝大多数循环将不一定是最佳值循环将不一定是最佳值;v发动机的压缩比和燃料辛烷值是根据最倾向于发动机的压缩比和燃料辛烷值是根据最倾向于敲缸的要求确定的，因此只有减少燃烧循环变敲缸的要求确定的，因此只有减

32、少燃烧循环变动，才有可能获得最佳的性能。动，才有可能获得最佳的性能。v导致较高的排气污染。导致较高的排气污染。v燃烧的循环变动导致平均指示压力以及输出转燃烧的循环变动导致平均指示压力以及输出转距的变动，使车辆的驱动性能恶化。距的变动，使车辆的驱动性能恶化。燃烧循环变动的危害燃烧循环变动的危害燃烧循环变动的危害燃烧循环变动的危害燃烧循环变动的危害燃烧循环变动的危害燃烧循环变动的危害燃烧循环变动的危害如图：过早，负功如图：过早，负功；NOx；爆燃爆燃过晚，等容度过晚，等容度，散热，散热，i改变改变ig可调整可调整c（注：（注：MBT，MinimumadvanceforBestTorque，最大扭矩

33、的最佳点火提前最大扭矩的最佳点火提前)2 2燃烧循环变动的表征参数燃烧循环变动的表征参数燃烧循环变动的表征参数燃烧循环变动的表征参数v与气缸压力有关的参数，如最高气缸压力及相与气缸压力有关的参数，如最高气缸压力及相应的曲轴转角、最大压力升高比及相应的曲轴应的曲轴转角、最大压力升高比及相应的曲轴转角、平均指示压力的变化。转角、平均指示压力的变化。v与燃烧速率有关的参数，如最大燃烧速率、火与燃烧速率有关的参数，如最大燃烧速率、火焰发展角、快速燃烧角焰发展角、快速燃烧角。v与火焰前锋位置相应的参数，如火焰半径、火与火焰前锋位置相应的参数，如火焰半径、火焰前锋面积、己燃和未燃的容积随时间的变化焰前锋面

34、积、己燃和未燃的容积随时间的变化曲线、火焰到达某一指定位置所需要的时间。曲线、火焰到达某一指定位置所需要的时间。2 2不同燃烧状况时火花塞附近出现火焰的时刻不同燃烧状况时火花塞附近出现火焰的时刻不同燃烧状况时火花塞附近出现火焰的时刻不同燃烧状况时火花塞附近出现火焰的时刻2 2部分燃烧时缸内着火时刻及质量燃烧率曲线部分燃烧时缸内着火时刻及质量燃烧率曲线部分燃烧时缸内着火时刻及质量燃烧率曲线部分燃烧时缸内着火时刻及质量燃烧率曲线 平均指示压力变动系数平均指示压力变动系数平均指示压力变动系数平均指示压力变动系数v由于压力参数比较容易测量，因此常用它来表由于压力参数比较容易测量，因此常用它来表征燃烧的

35、循环变动。征燃烧的循环变动。v从压力参数出发、可以定义出度量燃烧循环变从压力参数出发、可以定义出度量燃烧循环变动的一个重要参数动的一个重要参数平均指示压力变动系数平均指示压力变动系数平均指示压力变动系数平均指示压力变动系数平均指示压力变动系数平均指示压力变动系数怠速工况燃烧循环变动的评价怠速工况燃烧循环变动的评价怠速工况燃烧循环变动的评价怠速工况燃烧循环变动的评价 平均指示压力变动系数平均指示压力变动系数平均指示压力变动系数平均指示压力变动系数3.3.产生燃烧循环变动的原因产生燃烧循环变动的原因产生燃烧循环变动的原因产生燃烧循环变动的原因v缸内气体运动状况的循环变动缸内气体运动状况的循环变动。

36、火花塞附近和。火花塞附近和整个气缸内的气流场是变动的，点火后形成的整个气缸内的气流场是变动的，点火后形成的火焰中心的轨迹以及初始生长速率，均随气流火焰中心的轨迹以及初始生长速率，均随气流速度的大小和方向改变。火焰向整个燃烧室发速度的大小和方向改变。火焰向整个燃烧室发展的进程也受到气流变化的影响展的进程也受到气流变化的影响。v由于发动机高速运行，空气、燃料、由于发动机高速运行，空气、燃料、EGR和残和残余废气不可能获得充分的混合，缸内混合气成余废气不可能获得充分的混合，缸内混合气成份不均匀，份不均匀，火花塞电极间隙附近混合气成分的火花塞电极间隙附近混合气成分的循环变动循环变动，影响早期火焰的发展

37、，持别是影响，影响早期火焰的发展，持别是影响火焰从层流燃烧阶段到形成稳定火核的过程。火焰从层流燃烧阶段到形成稳定火核的过程。4 4降低燃烧循环变动的措施降低燃烧循环变动的措施降低燃烧循环变动的措施降低燃烧循环变动的措施1)多点点火。多点点火。2)组织进气涡流，增加燃烧速率。组织进气涡流，增加燃烧速率。3)提高发动机转速，在缸内形成更强烈的湍流提高发动机转速，在缸内形成更强烈的湍流。4)采用化学计量空燃比，由于火焰温度和传播速采用化学计量空燃比，由于火焰温度和传播速度比较高，因此压力变动最小、度比较高，因此压力变动最小、5)电喷技术，改善循环间的混合气浓度不均性电喷技术，改善循环间的混合气浓度不

38、均性6)采用速燃燃烧技术，提高火焰的传播速率采用速燃燃烧技术，提高火焰的传播速率7)加大点火能量、优化放电方式、采用大的火花加大点火能量、优化放电方式、采用大的火花塞间隙。塞间隙。三、代用燃料的燃烧三、代用燃料的燃烧三、代用燃料的燃烧三、代用燃料的燃烧()醇类燃料的主要物理化学特性和使用性能醇类燃料的主要物理化学特性和使用性能1甲醇、乙醇的主要物理化学性质和使用特点甲醇、乙醇的主要物理化学性质和使用特点醇类燃料的特点醇类燃料的特点醇类燃料的特点醇类燃料的特点1)甲醇甲醇Hu仅为汽油的仅为汽油的46，乙醇为汽油的，乙醇为汽油的62，但甲醇、乙醇燃烧时的理论空气量也小，甲醇但甲醇、乙醇燃烧时的理论

39、空气量也小，甲醇为汽油的为汽油的43，乙醇为汽油的，乙醇为汽油的60。因此，当。因此，当在汽油机上燃烧甲醇、乙醇时，需要加大燃料在汽油机上燃烧甲醇、乙醇时，需要加大燃料供应量，使混合气的热量大体与汽油混合气的供应量，使混合气的热量大体与汽油混合气的相等。相等。2)醇类燃料汽化潜热大，甲醇为汽油的醇类燃料汽化潜热大，甲醇为汽油的3.7倍，乙倍，乙醇为汽油的醇为汽油的2.9倍，从而使混合气在汽化时的温倍，从而使混合气在汽化时的温降差异较大降差异较大(甲醇为汽油的甲醇为汽油的7倍，乙醇为汽油的倍，乙醇为汽油的4.16倍，有利于提高发动机的充量和动力性，倍，有利于提高发动机的充量和动力性，但不利于燃料

40、在低温下的蒸发，造成冷起动困但不利于燃料在低温下的蒸发，造成冷起动困难和暖机时间长。难和暖机时间长。醇类燃料的特点醇类燃料的特点醇类燃料的特点醇类燃料的特点3)醇类燃料的辛烷值高，在汽油机上使用时，可醇类燃料的辛烷值高，在汽油机上使用时，可以提高压缩比，有利于提高发动机的动力性能以提高压缩比，有利于提高发动机的动力性能和经济性能和经济性能.4)醇类燃料的汽化潜热大，进入气缸的混合气温醇类燃料的汽化潜热大，进入气缸的混合气温度低，滞燃期长，应适当加大点火提前角度低，滞燃期长，应适当加大点火提前角。2 2 2 2醇类燃料在汽油机中的浴溶解度和助溶剂醇类燃料在汽油机中的浴溶解度和助溶剂醇类燃料在汽油

41、机中的浴溶解度和助溶剂醇类燃料在汽油机中的浴溶解度和助溶剂v汽油与一定比例的甲醇或乙醇混合起来成为一汽油与一定比例的甲醇或乙醇混合起来成为一种混合燃料种混合燃料(15甲醇甲醇+85汽油称为汽油称为M15混合混合燃料，纯甲醇称为燃料，纯甲醇称为M100)。v由于甲醇是极性物质，在与非极性物质的碳氢由于甲醇是极性物质，在与非极性物质的碳氢化合物掺混时，只要有微量的水存在，就可能化合物掺混时，只要有微量的水存在，就可能引起醇与汽油的相分离。引起醇与汽油的相分离。v为使混合燃料在常温和低温下保持单相，须加为使混合燃料在常温和低温下保持单相，须加中、高炭醇、苯、丙酮等作为助溶剂。中、高炭醇、苯、丙酮等作

42、为助溶剂。v试验表明，在试验表明，在0C溶解溶解20的甲醇仅需的甲醇仅需3.5容积的杂醇容积的杂醇。2 2 2 2醇类燃料在汽油机中的浴溶解度和助溶剂醇类燃料在汽油机中的浴溶解度和助溶剂醇类燃料在汽油机中的浴溶解度和助溶剂醇类燃料在汽油机中的浴溶解度和助溶剂v燃用混合燃料或纯甲醇时，燃用混合燃料或纯甲醇时，NOx和和CO均比燃用均比燃用汽油时低，但未燃甲醇和甲醛的排放高于汽油汽油时低，但未燃甲醇和甲醛的排放高于汽油机。机。v甲醇对有色金属、橡胶均有强烈的腐蚀作用，甲醇对有色金属、橡胶均有强烈的腐蚀作用，需要对燃油系统在结构和材料上采取措施需要对燃油系统在结构和材料上采取措施。乙醇乙醇乙醇乙醇-

43、柴油混合燃料的烟度排放特性柴油混合燃料的烟度排放特性柴油混合燃料的烟度排放特性柴油混合燃料的烟度排放特性乙醇乙醇乙醇乙醇-柴油混合燃料的柴油混合燃料的柴油混合燃料的柴油混合燃料的NOxNOxNOxNOx排放特性排放特性排放特性排放特性不同乙醇掺混比时的燃油消耗率变化不同乙醇掺混比时的燃油消耗率变化排气成分色谱分析结果排气成分色谱分析结果排气成分色谱分析结果排气成分色谱分析结果乙醇乙醇乙醇乙醇-柴油混合燃料产生的新排放柴油混合燃料产生的新排放柴油混合燃料产生的新排放柴油混合燃料产生的新排放不同乙醇掺混比时的放热规律不同乙醇掺混比时的放热规律不同乙醇掺混比时的放热规律不同乙醇掺混比时的放热规律不同

44、乙醇掺混比时的放热规律不同乙醇掺混比时的放热规律不同乙醇掺混比时的放热规律不同乙醇掺混比时的放热规律四、点燃式内燃机的不正常燃烧四、点燃式内燃机的不正常燃烧四、点燃式内燃机的不正常燃烧四、点燃式内燃机的不正常燃烧(一一)爆燃爆燃在某种条件下，汽油机的燃烧会变得不正常，在某种条件下，汽油机的燃烧会变得不正常，在测录的在测录的p-a图上，压力曲线出现高频、大振幅图上，压力曲线出现高频、大振幅波动，上止点附近的波动，上止点附近的dp/dt值急剧波动，值急剧波动，dp/dt)max0.2MPa/us，此时火焰传播速度和火此时火焰传播速度和火焰前锋形状发生急剧的改变，称为爆燃。焰前锋形状发生急剧的改变，

45、称为爆燃。汽油机爆燃时外部特征汽油机爆燃时外部特征汽油机爆燃时外部特征汽油机爆燃时外部特征 1)发出金属振音发出金属振音(敲缸敲缸)。2)在轻微爆燃时，发动机功率略有增加；强烈爆在轻微爆燃时，发动机功率略有增加；强烈爆燃时，工作不稳定，转速下降，发动机有较大振燃时，工作不稳定，转速下降，发动机有较大振动。动。3)冷却系统过热冷却系统过热(冷却水、润滑油温度均上升冷却水、润滑油温度均上升)。4)气缸盖温度上升。气缸盖温度上升。Flame propagation of knocking combustion cycleFlame propagation of knocking combustion

46、 cycle发生爆燃的原因发生爆燃的原因发生爆燃的原因发生爆燃的原因混合气内部最适宜着火部位已出现一个或数个火混合气内部最适宜着火部位已出现一个或数个火焰中心，并从这些中心以焰中心，并从这些中心以100-300m/s(轻微爆燃轻微爆燃)直到直到800-1000m/s或更高的速率或更高的速率(强烈爆燃强烈爆燃)传播，传播，迅速将终燃混合气燃烧完毕。迅速将终燃混合气燃烧完毕。火焰向前推进，使处于火焰向前推进，使处于最后燃烧位置的那部分最后燃烧位置的那部分终燃混合气，在压缩终终燃混合气，在压缩终点温度的基础上进一步点温度的基础上进一步受到压缩和热辐射，加受到压缩和热辐射，加速其先期反应，以致在速其先

47、期反应，以致在正常火焰到达前，终燃正常火焰到达前，终燃发生爆燃的原因发生爆燃的原因发生爆燃的原因发生爆燃的原因v汽油机的爆燃现象就是终燃混合气的自燃现象，汽油机的爆燃现象就是终燃混合气的自燃现象，它与柴油机的工作粗暴性在燃烧本质上是一致它与柴油机的工作粗暴性在燃烧本质上是一致的，均是可燃混合气自燃结果，但两者发生的的，均是可燃混合气自燃结果，但两者发生的时间和气缸内的状况是有差异的时间和气缸内的状况是有差异的。v柴油机的工作粗暴性发生在急燃期始点，压力柴油机的工作粗暴性发生在急燃期始点，压力升高比大，但气缸内压力还是均匀的；升高比大，但气缸内压力还是均匀的；v汽油机的爆燃是发生在急燃期的终点，

48、气缸内汽油机的爆燃是发生在急燃期的终点，气缸内有压力波冲击现象。有压力波冲击现象。v对汽油机是最优的燃料，对柴油机就是最差的对汽油机是最优的燃料，对柴油机就是最差的燃料，反之亦然。燃料，反之亦然。爆燃的发生条件爆燃的发生条件爆燃的发生条件爆燃的发生条件v由于滞燃期，终燃混合气的温度即使达自燃温由于滞燃期，终燃混合气的温度即使达自燃温度，也不能立即着火，若在此期间，正常火焰度，也不能立即着火，若在此期间，正常火焰通过了终燃混合气，就不会爆燃；因此，如火通过了终燃混合气，就不会爆燃；因此，如火焰传播速度快，或是火焰传播距离短，即使是焰传播速度快，或是火焰传播距离短，即使是着火温度低的燃料也来不及发

49、生自燃。着火温度低的燃料也来不及发生自燃。v爆燃易在燃烧室中离火花塞最远的地方以及具爆燃易在燃烧室中离火花塞最远的地方以及具有高温的地方有高温的地方(如排气门和积碳处如排气门和积碳处)发生；爆燃发生；爆燃发生前，正常燃烧的混合气数越少，爆燃就在发生前，正常燃烧的混合气数越少，爆燃就在更大的容积中进行，爆燃也就越强烈。更大的容积中进行，爆燃也就越强烈。v发动机总充量中只要有大于发动机总充量中只要有大于5的部分自燃时，的部分自燃时，就足以引起剧烈爆燃。就足以引起剧烈爆燃。爆燃燃烧对发动机工的影响爆燃燃烧对发动机工的影响爆燃燃烧对发动机工的影响爆燃燃烧对发动机工的影响(1)输出功率、热效率输出功率、

50、热效率：爆燃时局部压力和温度：爆燃时局部压力和温度 ，缸内压力来不及平衡，形成压力脉冲，破，缸内压力来不及平衡，形成压力脉冲，破坏气缸壁面的层流边界层，使向气缸壁面的传坏气缸壁面的层流边界层，使向气缸壁面的传热量热量，冷却损失，冷却损失，输出功率，输出功率。(2)气缸过热：爆燃时，燃烧室局部过热会产生气缸过热：爆燃时，燃烧室局部过热会产生表面点火，引起气缸进一步过热，导致气缸盖、表面点火，引起气缸进一步过热，导致气缸盖、活塞发生局部金属变软、熔化或烧损。由于燃活塞发生局部金属变软、熔化或烧损。由于燃气向冷却水的传热量气向冷却水的传热量，排气温度，排气温度。(3)零件的应力零件的应力：爆燃时，由