汽车发动机原理与汽车理论基本课件-第七章PPT资料.ppt

1、一、正常燃烧过程：汽油机正常燃烧过程汽油机正常燃烧过程是由定时的火花点火开始，且火焰前锋以一定的正常速度传遍整个燃烧室的过程。第二节汽油机的燃烧过程（一一）正常燃烧过程进行情况正常燃烧过程进行情况将燃烧过程分为三个阶段：着火落后期、明着火落后期、明显燃烧期显燃烧期和和补燃期补燃期。1、着火落后期、着火落后期 从火花塞点火到火焰从火花塞点火到火焰核心核心形成形成的阶段。的阶段。为了提高效率，希望为了提高效率，希望尽量缩短着火落后期。为尽量缩短着火落后期。为了发动机运转稳定，希望了发动机运转稳定，希望着火落后期保持稳定。着火落后期保持稳定。2、明显燃烧期、明显燃烧期 指指火火焰焰由由火火焰焰中中心

2、心烧烧遍遍整整个个燃燃烧烧室室的的阶阶段段，因此也可称为火焰因此也可称为火焰传播阶段。传播阶段。在示功图上指气在示功图上指气缸压力线脱离压缩线缸压力线脱离压缩线开始急剧上升（图中开始急剧上升（图中2点）到压力达到最点）到压力达到最高点高点（图中图中3点点）止。止。燃燃烧的主要时期。烧的主要时期。明显燃烧期的火焰传播明显燃烧期的火焰传播 在在均均值值混混合合气气中中，当当火火焰焰中中心心形形成成之之后后，火火焰焰向向四四周周传传播播，形形成成一一个个近近似似球球面面的的火火焰焰层层，即即火火焰焰前前锋锋，从从火火焰焰中中心心开开始始层层层层向向四四周周未未燃燃混混合合气气传传播播，直直到到连连续

3、续不不断断的的火火焰焰前前锋锋扫过整个燃烧室。扫过整个燃烧室。补燃期中，混合气燃烧速度开始降低，加上活补燃期中，混合气燃烧速度开始降低，加上活塞向下止点加速移动，使气缸中压力从点塞向下止点加速移动，使气缸中压力从点3开始下降，开始下降，在后燃期中主要是湍在后燃期中主要是湍流火焰前锋后面没有完全流火焰前锋后面没有完全燃烧掉的燃料，以及附在燃烧掉的燃料，以及附在气缸壁面上的混合气层继气缸壁面上的混合气层继续燃烧。续燃烧。为了保证高的循环热为了保证高的循环热效率和循环功，应使补燃效率和循环功，应使补燃期尽可能短。期尽可能短。3、补燃期、补燃期 从最高压力点开始到燃料基本燃烧为止称从最高压力点开始到燃

4、料基本燃烧为止称为补燃期。为补燃期。（二）燃烧速度（二）燃烧速度（率率）火焰传播方式可分为火焰传播方式可分为层流火焰传播层流火焰传播和和湍流火湍流火焰传播焰传播。1.层流火焰燃烧速率层流火焰燃烧速率 层流火焰层流火焰图图6-2 层流火焰与火层流火层流火焰与火层流火焰前锋面形状的关系焰前锋面形状的关系 层流火焰传播速度远层流火焰传播速度远远不能满足实际发动机燃远不能满足实际发动机燃烧的要求。烧的要求。实际发动机中的火焰传实际发动机中的火焰传播是以湍流火焰方式进行播是以湍流火焰方式进行的。的。层流火焰燃烧速率层流火焰燃烧速率 燃烧速度燃烧速度（率率）是指单位时间燃烧的混合气量，是指单位时间燃烧的混

5、合气量，可以表达为可以表达为未燃混合气密度火焰前锋面积火焰传播速度 2.湍流火焰燃烧速率湍流火焰燃烧速率 湍流是指由流体质点组成的微元气体所进行的无湍流是指由流体质点组成的微元气体所进行的无规则的脉动运动。这些由气体质点所组成的小气团大规则的脉动运动。这些由气体质点所组成的小气团大小不一，流动的速度、方向也不相同，但宏观流动方小不一，流动的速度、方向也不相同，但宏观流动方向则是一致的。这种湍流运动使火焰前锋表面出现皱向则是一致的。这种湍流运动使火焰前锋表面出现皱折，强湍流运动使火焰前锋面严重扭曲，甚至分隔成折，强湍流运动使火焰前锋面严重扭曲，甚至分隔成许多燃烧中心，导致火焰前锋燃烧区的厚度增加

6、。湍许多燃烧中心，导致火焰前锋燃烧区的厚度增加。湍流运动使火焰前锋表面积明显增大，火焰传播速度加流运动使火焰前锋表面积明显增大，火焰传播速度加快。快。湍流强烈湍流强烈湍流较弱湍流较弱湍湍流流火火焰焰湍流火焰燃烧速率湍流火焰燃烧速率未燃混合气密度火焰前锋面积火焰传播速度 提高混合气的湍流程度是改善汽油机燃提高混合气的湍流程度是改善汽油机燃烧的有效手段。烧的有效手段。二、汽油机的不规则燃烧二、汽油机的不规则燃烧 汽汽油油机机的的不不规规则则燃燃烧烧是是指指在在稳稳定定正正常常运运转转情情况况下下，循循环环变变动动和和各各缸缸工工作不均匀。作不均匀。（一）循环变动（一）循环变动指指发发动动机机以以某

7、某一一工工况况稳稳定定运运行行时时，这这一一循循环环和和下下一一循循环环燃燃烧烧过过程程的的进进行行情情况况不不断断变变化化，具具体体表表现现在在压压力力曲曲线线、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出均不相同输出均不相同。这种循环间的燃烧变动使汽油机空燃比和点火提前角调整对每一循环都不可能处于最佳状态，因而油耗上升，功率下降，不正常燃烧倾向增加，使汽油机性能下降。产生这种现象的主要原因是：1）混合气成分波动；混合气成分波动；2）气体运动状态波动。气体运动状态波动。下列因素或措施影响或改善循环波动下列因素或措施影响或改善循环波动:：（1）过量空气系数）过量空气系数=0.8-0.9

8、时循环波动最小，时循环波动最小，过浓或过稀都会使循环波动加剧。过浓或过稀都会使循环波动加剧。（2）适当提高气流运动速度和湍流程度可改善）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，进而改善循环波动。混合气的均匀性，进而改善循环波动。（3）残余废气系数过大，则循环波动加剧。）残余废气系数过大，则循环波动加剧。（4）发动机在低负荷、低转速时，循环波动加）发动机在低负荷、低转速时，循环波动加剧。剧。（5）多点点火有利于减少循环波动。多点点火有利于减少循环波动。（6）提高点火能量、优化放电方式、采用大的）提高点火能量、优化放电方式、采用大的火花塞间隙火花塞间隙,有助于减小循环波动。有助于减小循

9、环波动。（二）（二）各缸之间的燃烧差异各缸之间的燃烧差异各缸间燃烧差异称为各缸工作不均匀。各缸间燃烧差异称为各缸工作不均匀。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燃燃料料分分配配不不均使空燃比不一致造成的。均使空燃比不一致造成的。影响混合气分配不均匀的因素很多，总的来说，影响混合气分配不均匀的因素很多，总的来说，与进气系统所有零件的与进气系统所有零件的设计和安装位置都有关设计和安装位置都有关系，任何不对称和流动系，任何不对称和流动阻力不同的情况都会破阻力不同的情况都会破坏均匀分配，其中影响坏均匀分配，其中影响最大的是进气管的设计。最大的是进气管的设计。三、不正常燃烧三、不正常

10、燃烧汽油机的不正常燃烧是指设计或控制不当，汽油机偏离正常点火时间及地点，由此引起的燃烧速率急剧上升，压力急剧增大等异常现象。汽油机的不正常燃烧主要是爆燃爆燃和和表面点表面点火火。1、爆燃的外部特征、爆燃的外部特征 爆爆燃燃时时，缸缸内内压压力力曲曲线线出出现现高高频频大大幅幅度度波波动动（锯锯齿齿波波），同同时时发发动动机机会会产产生生一一种种高高频频金金属属敲敲击击声声，因因此此也也称称爆爆燃燃为为敲敲缸缸。轻轻微微敲敲缸缸时时，发发动动机机功功率率上上升升，严严重敲缸时，发动机重敲缸时，发动机功率下降，转速下功率下降，转速下降，工作不稳定，降，工作不稳定，机身有较大振动，机身有较大振动，同

11、时冷却水过热，同时冷却水过热，润滑油温度明显上润滑油温度明显上升。升。（一一）爆燃（爆燃（爆震燃烧爆震燃烧）a）正常燃烧正常燃烧 b）爆燃爆燃2 2、爆燃产生的原因、爆燃产生的原因 末端混合气自燃末端混合气自燃 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传播播，直至燃烧完毕。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，产产生生新新的的火火焰焰传传播播。在在较较大大面面积积上上多多点点着着火火，局局部部区区域域的的温温度度压压力力急急剧剧增增加

12、加。这这种种类类似似阶阶跃跃的的压压力力变变化化，形形成成燃燃烧烧室室内内往往复复传传播播的的激激波波，猛猛烈烈撞撞击击燃燃烧烧室室壁壁面面，使使壁壁面面产生振动，发出高频振音产生振动，发出高频振音（即敲缸声即敲缸声），产生爆燃。，产生爆燃。（1）机件过载）机件过载（2 2）活塞、气缸和活塞环磨损加剧；活塞、气缸和活塞环磨损加剧；（3）动力性和经济性恶化）动力性和经济性恶化；（4）排气冒黑烟，补燃增加，排气温度）排气冒黑烟，补燃增加，排气温度 增加。增加。3、爆燃的危害爆燃的危害 4、影响爆燃的因素、影响爆燃的因素（1）燃料性质）燃料性质 辛烷值高的燃料，抗爆燃能力强。辛烷值高的燃料，抗爆燃能

13、力强。（2）末端混合气的压力和温度）末端混合气的压力和温度 末端混合气的压力和温度增高，则爆燃倾末端混合气的压力和温度增高，则爆燃倾向增大。向增大。（3）火焰前锋传播到末端混合气的时间）火焰前锋传播到末端混合气的时间 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播到末端混合气的时间，都会减少火焰前锋传播到末端混合气的时间，有利于避免爆燃。有利于避免爆燃。（二）表面点火与早燃（二）表面点火与早燃 1 表面点火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气的的现现象，统称表面点火。象，统称表面点火。表面点火时