汽油機(jī)混合氣的

形成和燃燒

第一節(jié)汽油機(jī)燃燒過程燃燒過程：均勻混合氣

點(diǎn)燃

火焰?zhèn)鞑ィ灰?、正常燃燒過程1）正常燃燒過程的示功圖分析：根據(jù)缸內(nèi)壓力變化特點(diǎn)，分為三個(gè)時(shí)期第I階段：著火階段，點(diǎn)火1～2點(diǎn)。

作用：形成火焰中心

使火焰?zhèn)鞑?。要求：盡可能短、穩(wěn)定。圖7-1汽油機(jī)的燃燒過程第II階段：明顯燃燒期，從2點(diǎn)～3點(diǎn)特點(diǎn)：火焰?zhèn)鞅檎麄€(gè)燃燒室火焰?zhèn)鞑ニ俣热Q于：層流火焰速度；混合氣紊流狀態(tài)；燃燒室形狀。壓力急劇升高，用平均壓力上升速度為：

明顯燃燒期越短，燃燒越快(等容)，經(jīng)濟(jì)性動(dòng)力性愈好；但

p/高噪聲振動(dòng)大，粗暴。第三階段：后燃期，3點(diǎn)～4點(diǎn)，前階段未燃分解物在膨脹過程中再次氧化的過程。來源：缸壁附近，縫隙處，高溫分解物等.后燃越多，排溫越高；熱效率

要求：盡量減少。2）火焰?zhèn)鞑ニ俾?．層流火焰?zhèn)鞑ニ俾蔞L：指火焰前鋒面相對未燃混合氣的速度

影響混合氣的質(zhì)量燃燒速率。圖7-2層流火焰與火焰前鋒面形狀的關(guān)系質(zhì)量燃燒速率定義：單位時(shí)間燃燒的混合氣量，即主要控制明顯燃燒期。特點(diǎn)：大尺度湍流

火焰前鋒面扭曲，

其面積；形成多個(gè)燃燒中心；擴(kuò)大火焰前鋒燃燒區(qū)厚度。

小尺度湍流

加大火焰面中燃料分子與空氣分子之間的相互滲透，加快湍流火焰?zhèn)鞑ニ俾省?．湍流火焰?zhèn)鞑ニ俾释牧鳎河珊暧^渦流運(yùn)動(dòng)和無數(shù)個(gè)微小氣團(tuán)的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)組成。湍流弱湍流強(qiáng)圖7-3在不同湍流作用下的火焰前鋒厚度δ二、不規(guī)則燃燒是描述汽油機(jī)在穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，存在的各循環(huán)間的燃燒變動(dòng)和各氣缸間的燃燒差異。

圖7-4汽油機(jī)典型的氣缸壓力循環(huán)變化情況a)稀混合氣Φa=1.22,n=2000r/min,εc=9,節(jié)氣門全開,pi變動(dòng)±4.5%，pz變動(dòng)±28%b)濃混合氣Φa=0.8,n=2000r/min,εc=9,節(jié)氣門全開,pi變動(dòng)±3.6%，pz變動(dòng)±10%三、不正常燃燒是指設(shè)計(jì)或控制不當(dāng)，使汽油機(jī)偏離正常點(diǎn)火時(shí)間及地點(diǎn)，從而引發(fā)燃燒速度急劇上升，壓力迅速增大等異常現(xiàn)象。圖7-5正常燃燒與爆燃時(shí)P-t圖和dp/dt圖的比較a)正常燃燒b)爆燃1.爆燃：火花塞點(diǎn)火后，末端氣體的自燃現(xiàn)象

原因：點(diǎn)火后，末端氣體受火焰面熱輻射、壓縮，其壓力溫度

，在火焰前鋒到達(dá)之前自燃。影響因素：

1)燃料性質(zhì)。2)末端混合氣的溫度和壓力。3）點(diǎn)火提前角。4)火焰前鋒傳播到末端混合氣的時(shí)間。2．表面點(diǎn)火不靠電火花點(diǎn)火而由燃燒室內(nèi)熾熱表面（如排氣門頭部、火花塞絕緣體或積碳等）點(diǎn)燃混合氣的現(xiàn)象稱為表面點(diǎn)火圖7-6汽油機(jī)早燃示功圖早燃:是指在火花塞點(diǎn)火之前，熾熱表面點(diǎn)燃混合氣的現(xiàn)象。后燃:是指發(fā)生在電火花點(diǎn)火后的表面點(diǎn)火，3．不正常燃燒的控制改進(jìn)燃燒室的形狀設(shè)計(jì);改善燃燒室的冷卻;點(diǎn)火提前角推遲;選用沸點(diǎn)低的汽油或成焦性小的潤滑油.第二節(jié)影響燃燒過程的因素一、混合氣成分圖7-7混合氣成分對火焰?zhèn)鞑サ挠绊懀?）功率混合氣當(dāng)=0.85～0.95時(shí)，火焰?zhèn)鞑ニ俣茸羁?，這種濃度的混合氣將使發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的功率最大，因此稱為功率混合氣。

（2）經(jīng)濟(jì)混合氣當(dāng)=1.05～1.15時(shí)，火焰?zhèn)鞑ニ俣热暂^快，混合氣中的氧氣完全能夠使燃料充分燃燒，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率最高，有效油耗率最低，因此稱為經(jīng)濟(jì)混合氣。（3）過濃、過稀混合氣若混合氣過稀，則由于火焰?zhèn)鞑ニ俣认陆担菀资谷紵环€(wěn)定，補(bǔ)燃量增加，燃燒過程延續(xù)到排氣沖程終了，由于此時(shí)進(jìn)氣閥已開啟，高溫廢氣可以點(diǎn)燃進(jìn)氣管內(nèi)的新氣，造成進(jìn)氣管回火。二、點(diǎn)火提前角圖7-8汽油機(jī)點(diǎn)火提前特性a)不同轉(zhuǎn)速下調(diào)整b)不同負(fù)荷下調(diào)整三、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增高時(shí)，混合氣流經(jīng)進(jìn)氣系統(tǒng)的流速會(huì)增大，活塞運(yùn)動(dòng)速度加快，壓縮過程的擠氣作用增強(qiáng)，使混合氣的霧化和混合質(zhì)量得到改善；燃燒速度加快，同時(shí)燃?xì)馀c缸壁的接觸時(shí)間縮短，傳熱損失減小,所以指示效率增加。當(dāng)轉(zhuǎn)速增加到某一值后，由于燃燒所占曲軸轉(zhuǎn)角增加，燃燒不及時(shí)，汽油機(jī)的指示效率又下降四、發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷當(dāng)轉(zhuǎn)速不變而負(fù)荷減小時(shí)，進(jìn)入氣缸內(nèi)的新鮮混合氣量減小，而殘余廢氣量則基本上不變，這使殘余廢氣所占的比例也相應(yīng)增大，因?yàn)闅堄鄰U氣對燃燒反應(yīng)起阻礙作用，使燃燒速度減慢。

圖7-9點(diǎn)火提前角不同時(shí)的p-φ圖1-6分別代表10°、20°、30°、40°、50°、60°點(diǎn)火提前角五、冷卻水溫度冷卻水溫度過高、過低都會(huì)影響混合氣的燃燒和發(fā)動(dòng)機(jī)的正常使用，一般應(yīng)控制在80℃～90℃（進(jìn)口車為90℃～100℃）范圍內(nèi)。六、壓縮比提高壓縮比，可以提高壓縮行程終了工作介質(zhì)的壓力、溫度，加快火焰?zhèn)鞑サ乃俣?國內(nèi)載貨汽車壓縮比約為6.5～7.5，轎車為7.5～8.5，國外載貨汽車壓縮比約為7～9，轎車約為8～10，

第三節(jié)汽油機(jī)燃燒室一、汽油機(jī)對燃燒室的要求1．結(jié)構(gòu)應(yīng)緊湊圖7-10幾種燃燒室的F/V與HC排放2．具有高的充氣效率3．火花塞位置安排得當(dāng)4．燃燒室形狀分布合理5．要適當(dāng)冷卻末端混合氣6.要形成適當(dāng)?shù)臍怏w流動(dòng)圖7-11燃燒室容積分布對燃燒過程的影響二、典型燃燒室及其性能對比1．浴盆形燃燒室圖7-12浴盆形燃燒室2．楔形燃燒室圖7-13楔形燃燒室3．半球形燃燒室圖7-14半球形燃燒室4．多球形燃燒室圖7-15多球形燃燒室常規(guī)、非直噴稀燃和直噴稀燃三種燃燒方式的汽油機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性和排放特性的對比:圖7-16不同燃燒方式的性能對比三、汽油機(jī)稀薄燃燒系統(tǒng)1．均質(zhì)稀混合氣的燃燒室TGP燃燒室圖7-17TCP燃燒室1-進(jìn)氣口2-火花塞3-紊流發(fā)生器4-孔道5-主燃燒室VM雙火花塞燃燒室圖7-20雙火花塞燃燒室示意圖（n=2400r/min,α=15,排量：4缸，2000ml）2．分層燃燒燃燒室

TCCS系統(tǒng)圖7-21德士古TCCS燃燒室1、4、6-噴嘴2、5-火花塞3-空氣流動(dòng)方向7-擋板閥CVCC燃燒系統(tǒng)圖7-22CVCC燃燒系統(tǒng)1-主燃燒室2-火焰通道3-副燃燒室4-火花塞5-輔助進(jìn)氣門6-副進(jìn)氣道7-主進(jìn)氣門軸向分層稀燃系統(tǒng)圖7-23軸向分層工作原理a)進(jìn)氣過程早期b)進(jìn)氣過程后期c)壓縮過程1-活塞2-氣缸3-火花塞4-導(dǎo)氣屏進(jìn)氣門5-輔助進(jìn)氣門6-副進(jìn)氣道7-主進(jìn)氣門滾流（縱渦）分層稀燃系統(tǒng)圖7-24三菱縱渦流旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)1-燃料噴射器2-進(jìn)氣口隔板3-翻滾控制活塞四氣門分層稀燃系統(tǒng)圖7-25AVL四氣門高壓縮快速燃燒系統(tǒng)1-切向進(jìn)氣道2-中性進(jìn)氣道3-渦流控制閥4-雙油束噴油器5-雙油束3．缸內(nèi)直噴式稀薄燃燒方式福特缸內(nèi)直噴燃燒系統(tǒng)(PROCO)圖7-26福特缸內(nèi)直噴燃燒系統(tǒng)豐田D-4缸內(nèi)直噴稀燃發(fā)動(dòng)機(jī)圖7-27豐