汽油機(jī)混合氣的形成和燃燒

1第三章汽油機(jī)混合氣的形成和燃燒本章要求：掌握：汽油機(jī)混合氣形成方式、汽油機(jī)的正常燃燒過(guò)程和不正常燃燒過(guò)程。

理解：汽油機(jī)不規(guī)則燃燒的形成了解：燃燒的特點(diǎn)及燃燒室設(shè)計(jì)原則。2燃燒之前，用于燃燒的混合氣是如何形成的？裝置結(jié)構(gòu)——化油器式、汽油噴射式簡(jiǎn)單工作原理34化油器式利用空氣流動(dòng)時(shí)在喉管處產(chǎn)生的負(fù)壓，把汽油吸向節(jié)流閥上部的進(jìn)氣通道中。5空氣供給系統(tǒng)2.電控汽油噴射系統(tǒng)空氣供給系統(tǒng)燃油供給系統(tǒng)電子控制系統(tǒng)6燃料供給系統(tǒng)7控制系統(tǒng)8傳感器主信號(hào)修正信號(hào)反饋信號(hào)主信號(hào)主信號(hào)主信號(hào)主信號(hào)主信號(hào)9執(zhí)行元件10控制單元（ECU）不同的工況下，對(duì)汽油與空氣的混合氣濃度有何不同要求？1112穩(wěn)定工況過(guò)渡工況怠速起動(dòng)小負(fù)荷急加速中等負(fù)荷急減速大負(fù)荷、全負(fù)荷13如何使汽油與空氣的混合氣比例是合適的？14化油器式15怠速系統(tǒng)機(jī)械加濃系統(tǒng)加速加濃系統(tǒng)16控制方式：開(kāi)環(huán)控制——只按給定的控制量進(jìn)行控制，而被控量在整個(gè)控制過(guò)程中對(duì)控制量不產(chǎn)生任何影響，即無(wú)反饋。閉環(huán)控制——將被控量反饋到系統(tǒng)的輸入端與控制量進(jìn)行比較，得出誤差信號(hào)，作為控制執(zhí)行元件動(dòng)作的依據(jù)，以消除由于各種干擾使被控量偏離期望值的偏差，提高控制精度。2.電控汽油噴射系統(tǒng)17噴油器的驅(qū)動(dòng)方式1）電流驅(qū)動(dòng)方式2）電壓驅(qū)動(dòng)方式a）電流驅(qū)動(dòng)b）電壓驅(qū)動(dòng)（低阻）C）電壓驅(qū)動(dòng)（高阻）18一、噴油正時(shí)的控制

在采用間歇噴射方式的電控燃油噴射系統(tǒng)中，電腦必須控制噴油器噴油的開(kāi)始時(shí)刻，這就是噴油正時(shí)控制。其控制目標(biāo)一般是在進(jìn)氣行程開(kāi)始前，噴油結(jié)束。

1．同步噴油正時(shí)控制

2．異步噴油正時(shí)控制19（1）同時(shí)噴射正時(shí)控制（2）分組噴射正時(shí)控制（3）順序噴射正時(shí)控制1.同步噴油正時(shí)控制分為：20（1）同時(shí)噴射正時(shí)控制

特點(diǎn)：所有各缸噴油器由ECU控制同時(shí)噴油和停油。工作原理：噴油正時(shí)控制是以發(fā)動(dòng)機(jī)最先進(jìn)入作功行程的缸為基準(zhǔn)，在該缸排氣行程上止點(diǎn)前某一位置，ECU輸出指令信號(hào)，接通該組噴油器電磁線(xiàn)圈電路，該組噴油器開(kāi)始噴油。

21同時(shí)噴射正時(shí)圖22（2）分組噴射正時(shí)控制

特點(diǎn)：把所有噴油器分成2～4組，由ECU分組控制噴油器。工作原理：以各組最先進(jìn)入作功的缸為基準(zhǔn)，在該氣缸排氣行程上止點(diǎn)前某一位置，ECU輸出指令信號(hào)，接通該組噴油器電磁線(xiàn)圈電路，該組噴油器開(kāi)始噴油。23分組噴射正時(shí)圖24（3）順序噴射正時(shí)控制

工作原理：ECU根據(jù)凸輪軸位置傳感器（G信號(hào)）、曲軸位置傳感器（Ne信號(hào)）和發(fā)動(dòng)機(jī)的作功順序，確定各氣缸工作位置。當(dāng)確定各缸活塞運(yùn)行至排氣行程上止點(diǎn)某一位置時(shí)，ECU輸出噴油控制信號(hào)，接通噴油器電磁線(xiàn)圈電路，該缸開(kāi)始噴油。特點(diǎn)：噴油器驅(qū)動(dòng)回路數(shù)與氣缸數(shù)目相等。25順序噴射正時(shí)圖26（1）起動(dòng)時(shí)異步噴油正時(shí)控制在同步噴油基礎(chǔ)上，為改善發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)性能，在增加一次異步噴油。在起動(dòng)開(kāi)關(guān)處于接通狀態(tài)時(shí)，ECU接受到第一個(gè)凸輪軸位置傳感器信號(hào)（Ne信號(hào)）后，接收到第一個(gè)曲軸位置傳感器信號(hào)（G信號(hào)）時(shí)，開(kāi)始進(jìn)行起動(dòng)時(shí)的異步噴油。（2）加速時(shí)異步噴油正時(shí)控制為了改善加速性能，ECU根據(jù)節(jié)氣門(mén)位置傳感器中怠速信號(hào)從接通到斷開(kāi)時(shí)，增加依次固定量的噴油。

2.異步噴油正時(shí)控制

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噴油時(shí)間的計(jì)算T—噴射時(shí)間，ms；Tp—基本噴射時(shí)間，ms；Fc—基本噴射時(shí)間修正系數(shù)，包括FET、FAD、FO、

FL、FH

等各項(xiàng)；Tu—無(wú)效噴射時(shí)間，ms。式（3-2）二、噴油量的控制28（一）基本噴射時(shí)間的確定（一）基本噴射時(shí)間的確定Tp只與每循環(huán)吸入的空氣量有關(guān)，空氣量測(cè)量方法不同，其計(jì)算方法也各有不同。質(zhì)量法體積法291.質(zhì)量法K—由噴油器尺寸/性能、發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸數(shù)、空燃比等確定的常數(shù)；G—空氣流量計(jì)測(cè)出的質(zhì)量空氣流量，kg/s；n—發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min。式（3-4）30（1）大氣標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的基本噴射時(shí)間2.體積法K1—由噴油器尺寸/性能、發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸數(shù)、空燃比等確定的常數(shù)；Q—空氣體積流量，m3/s；n—發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，1/s；Q/n—一個(gè)進(jìn)氣行程中填充氣缸的空氣量，m3；A/F—目標(biāo)空燃比；（US/UB）——翼片式空氣流量計(jì)輸出信號(hào)。式（3-5）31（2）基本噴油時(shí)間t—實(shí)際進(jìn)氣溫度，℃；p—實(shí)際大氣壓力，kPa。式（3-6）32（二）與發(fā)動(dòng)機(jī)溫度有關(guān)的修正系數(shù)FET1.啟動(dòng)后的修正初期值衰減系數(shù)332.暖機(jī)時(shí)的修正3.高溫時(shí)的修正34（三）加減速時(shí)的修正系數(shù)FAD1.加速時(shí)的修正系數(shù)FAC負(fù)荷變化量修正系數(shù)（加速時(shí)）冷卻水溫度修正系數(shù)（加速時(shí)）352.減速時(shí)的修正系數(shù)FDC負(fù)荷變化量修正系數(shù)（減速時(shí)）冷卻水溫度修正系數(shù)（減速時(shí)）36（四）急加速的異步噴射37381.控制條件

只在怠速和部分負(fù)荷工況范圍，且結(jié)束暖機(jī)后，才激活空燃比閉環(huán)控制。（五）理論空燃比的反饋修正FO392.控制過(guò)程

401.必要性2.方法和步驟（六）空燃比學(xué)習(xí)控制產(chǎn)生的修正FL412.方法和步驟42（七）大負(fù)荷、高轉(zhuǎn)速時(shí)的修正FH扭矩、排氣溫度與空燃比的關(guān)系431.減速時(shí)（八）燃油停供減速時(shí)燃油停供與復(fù)供特性1-停供轉(zhuǎn)速；2-復(fù)供轉(zhuǎn)速VG30E發(fā)動(dòng)機(jī)減速停供示意圖442.超速時(shí)45啟動(dòng)時(shí)的噴油時(shí)間計(jì)算實(shí)現(xiàn)方式：——冷啟動(dòng)噴油器——微機(jī)控制噴油器式（4-7）啟動(dòng)時(shí)噴射時(shí)間特性46汽油機(jī)缸內(nèi)是如何著火的？發(fā)動(dòng)機(jī)混合氣的燃燒，本質(zhì)上是燃油激烈的氧化反應(yīng)。根據(jù)氧化反應(yīng)進(jìn)行的激烈程度不同，燃燒分為兩個(gè)階段：著火與燃燒。

著火是燃燒的物理和化學(xué)準(zhǔn)備階段。物理準(zhǔn)備：燃料的霧化、蒸發(fā)、與空氣形成可燃混合氣等化學(xué)準(zhǔn)備：焰前的緩慢氧化反應(yīng)。速度很低，壓力和溫度無(wú)明顯升高。此過(guò)程逐漸積累熱量或形成活化中心。活化中心：在壓縮終了高溫作用下，燃油分子分裂成大量自由原子或自由基（如H、O、CH、OH等），它們具有很強(qiáng)的反應(yīng)能力。

47燃燒的基本理論燃燒是氧化反應(yīng)加速至激化的結(jié)果。進(jìn)入燃燒有兩種方法：點(diǎn)燃—利用點(diǎn)火系向可燃混合氣增加能量，在局部混合氣內(nèi)進(jìn)行。自燃—利用自身積累的熱量或活化中心著火，在全部混合氣內(nèi)同時(shí)發(fā)生的。發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的燃燒過(guò)程經(jīng)歷三個(gè)基本步驟：（1）燃油與空氣形成可燃混合氣（2）點(diǎn)燃可燃混合氣，或可燃混合氣發(fā)生自燃。（3）火源擴(kuò)大到整個(gè)可燃混合氣，形成全面燃燒。48一、著火機(jī)理按化學(xué)動(dòng)力學(xué)的觀點(diǎn)分：熱自燃和鏈鎖自燃機(jī)理1.熱自燃（或熱爆）定義：若化學(xué)反應(yīng)所釋放的熱量大于散失的熱量，混合氣的溫度升高，進(jìn)而促使混合氣的反應(yīng)速率和放熱速率增大，最終導(dǎo)致極快的反應(yīng)速率而著火。氣體分子要進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)需要相互碰撞，碰撞分子所具備一定大小的能量，稱(chēng)為反應(yīng)活化能。

活化分子—能量超過(guò)活化能的分子。49能保證著火的缸內(nèi)最低溫度、壓力稱(chēng)為著火臨界溫度和著火臨界壓力。著火臨界線(xiàn)在一定P0下，只要外界溫度低于T0，混合氣不會(huì)發(fā)生熱爆；在一定T0下，只要壓力低于P0，也不會(huì)發(fā)生熱爆。著火臨界溫度和著火臨界壓力著火臨界線(xiàn)50

發(fā)動(dòng)機(jī)能否著火，取決于著火階段有無(wú)熱量積累，氧化反應(yīng)能否自動(dòng)加速。2.鏈鎖反應(yīng)(鏈爆炸)反應(yīng)自動(dòng)加速不一定要依靠熱量的積累使大量分子活化，通過(guò)鏈鎖反應(yīng)逐漸積累活化中心的方法也能使反應(yīng)自動(dòng)加速，直至著火。鏈鎖反應(yīng)：其中一個(gè)活化作用能引起很多基本反應(yīng)，即反應(yīng)鏈。鏈鎖反應(yīng)的過(guò)程：鏈引發(fā)→鏈傳播→鏈中斷51鏈引發(fā)：反應(yīng)物分子分解為自由原子或自由基，形成活化中心。鏈傳播：反應(yīng)進(jìn)一步推進(jìn)，生成新的自由原子或自由基。直鏈反應(yīng)—一個(gè)活化中心與反應(yīng)物作用產(chǎn)生一個(gè)新的活化中心，反應(yīng)以恒速進(jìn)行。支鏈反應(yīng)—一個(gè)活化中心引起的反應(yīng)，同時(shí)生成兩個(gè)以上的活化中心，反應(yīng)速度急劇增長(zhǎng)。鏈中斷:具有反應(yīng)能力的自由原子或自由基與冷的壁面或惰性氣體碰撞,使反應(yīng)能力減小。52實(shí)際過(guò)程是：鏈引發(fā)：H2→2H鏈傳播(鏈爆炸)：H+O2→OH+OO+H2→OH+H2OH+H2→2H2O+2H鏈中斷：H+H+M→H2+M（M是惰性氣體分子）H+OH+M→H2O+MH+O+M→OH+M混合氣的著火往往不是單一機(jī)理進(jìn)行，二者機(jī)理同時(shí)存在相互促進(jìn)。一般說(shuō)，在高溫下以熱自燃為主，在低溫下以鏈鎖反應(yīng)為主。例如：氫的燃燒化學(xué)方程：2H2+O2→2H2O53均勻可燃混合氣在燃燒室內(nèi)的燃燒，燃燒前后一瞬間，燃燒室內(nèi)只有一個(gè)相。燃燒前的可燃混合氣相和燃燒后的燃燒產(chǎn)物相。2.預(yù)混合燃燒

過(guò)量空氣系數(shù)是一個(gè)常數(shù)。燃燒傳播到整個(gè)燃燒室內(nèi)，燃燒室內(nèi)壓力基本一致，而溫度各不相同。燃燒其間，燃燒室存在未然混合氣和燃燒產(chǎn)物兩個(gè)相。1.同時(shí)爆炸燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒方式54汽油機(jī)的著火過(guò)程燃油與空氣的均勻混合氣受到壓縮，由于壓縮比較小，壓縮終了的溫度、壓力較低不能自行著火，需要借助于火花塞點(diǎn)火來(lái)實(shí)現(xiàn)著火。汽油機(jī)在壓縮過(guò)程已進(jìn)行一定的化學(xué)反應(yīng)，火花塞跳火，其電極附近混合氣溫度急劇上升，同時(shí)馬上出現(xiàn)好多活化中心（OH、CH），并迅速開(kāi)展自行加速的鏈反應(yīng)，在很短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)桔黃色熱火焰。在出現(xiàn)熱火焰之前，看不到明顯的幾個(gè)不同級(jí)的化學(xué)反應(yīng)

汽油機(jī)的著火為點(diǎn)燃式的高溫單級(jí)著火過(guò)程。56著火后的火焰是如何傳播的？57火焰前鋒面積FL

利用燃燒室?guī)缀涡螤罴捌渑c火花塞位置的配合，可以改變不同時(shí)期火焰前鋒掃過(guò)的面積，從而調(diào)整燃燒速度。它直接影響到明顯燃燒期相當(dāng)曲軸轉(zhuǎn)角的位置及燃燒速度變化的情況，與壓力上升密切相關(guān)。58

火焰?zhèn)鞑ニ俣龋夯鹧媲颁h相對(duì)于未燃混合氣向前推進(jìn)的速度。車(chē)用汽油機(jī)，燃燒室的火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤蛇_(dá)50-80m/s。汽油機(jī)正常燃燒時(shí)火焰前鋒的瞬時(shí)位置59

燃燒速率是指單位時(shí)間燃燒的混合氣量，可以表達(dá)為：式中ρm—未燃混合氣密度

vL—火焰?zhèn)鞑ニ俣?/p>

FL—火焰前鋒面積控制燃燒速度就能控制明顯燃燒期的長(zhǎng)短及其相對(duì)曲軸轉(zhuǎn)角的位置。60哪些因素會(huì)影響火焰?zhèn)鞑ィ?1

1.火焰?zhèn)鞑ニ俣葀L火焰?zhèn)鞑ニ俣仁菦Q定明顯燃燒期長(zhǎng)短的主要因素。影響FL的主要因素是：燃燒室中氣體的紊流運(yùn)動(dòng)、混合氣成分和混合氣初始溫度。(1)紊流運(yùn)動(dòng)：紊流運(yùn)動(dòng)是由渦流和無(wú)規(guī)則的氣體脈動(dòng)所組成。渦流運(yùn)動(dòng)可使火焰前鋒表面扭曲，甚至分隔成許多火焰中心，使火焰前鋒燃燒區(qū)加厚，火焰?zhèn)鞑ニ俣燃涌臁Ｓ绊懭紵俣鹊囊蛩赜校?2

(2)混合氣成分混合氣濃度不同，火焰?zhèn)鞑ニ俣纫裁黠@不同?；鹧?zhèn)鞑ハ孪蓿害?gt;1.3~1.4時(shí)，火焰?zhèn)鞑ニ俣冉档?，甚至不能傳播。火焰?zhèn)鞑ド舷蓿害?lt;0.4~0.5時(shí)，混合氣過(guò)濃，也使火焰不能傳播。為了保證可靠的工作，汽油機(jī)的α在0.6~1.2范圍，即空燃比A/F=9~18。(3)混合氣初始溫度混合氣初始溫度高，火焰?zhèn)鞑ニ俣仍黾印?3汽油機(jī)燃燒會(huì)經(jīng)歷哪些階段？每個(gè)階段是如何劃分的？有什么特點(diǎn)？64正常燃燒過(guò)程6566

汽油機(jī)的燃燒過(guò)程指從點(diǎn)火開(kāi)始到燃料基本燒完為止的過(guò)程。

通常測(cè)取燃燒過(guò)程的展開(kāi)示功圖研究燃燒過(guò)程。在燃燒壓力線(xiàn)上，1點(diǎn)為火花塞跳火點(diǎn)，2點(diǎn)為出現(xiàn)火焰中心，3點(diǎn)為最高壓力點(diǎn)。將燃燒過(guò)程分為三個(gè)階段：滯燃期、急燃期和補(bǔ)燃期。汽油機(jī)燃燒過(guò)程示功圖67滯燃期（著火落后期）

從火花塞開(kāi)始跳火到火焰中心形成的階段。它是燃燒的準(zhǔn)備階段，主要進(jìn)行熱量的積累，缸內(nèi)的壓力線(xiàn)與純壓縮線(xiàn)基本重合。當(dāng)反應(yīng)的混合氣的溫度升高到一定程度后，形成發(fā)火區(qū)，即火焰中心，缸內(nèi)壓力開(kāi)始脫離壓縮線(xiàn)。汽油機(jī)燃燒過(guò)程示功圖68(1)混合氣成分(2)開(kāi)始點(diǎn)火時(shí)的缸內(nèi)氣體溫度和壓力(3)缸內(nèi)氣體流動(dòng)(4)火花能量

(5)殘余廢氣量(6)燃料性質(zhì)Φa=0.8~0.9時(shí)，著火落后期最短。

開(kāi)始點(diǎn)火時(shí)缸內(nèi)氣體溫度和壓力越高，著火落后期越短。加強(qiáng)紊流運(yùn)動(dòng)，會(huì)加快混合氣的氧化反應(yīng)速度，著火落后期縮短。加大火花能量，著火落后期縮短。

殘余廢氣對(duì)燃燒反應(yīng)起阻礙作用，使著火延遲期變長(zhǎng)，所以應(yīng)盡量減少殘余廢氣。著火落后期的長(zhǎng)短與以下因素有關(guān)：69

點(diǎn)火提前角：是指從火花塞跳火到上止點(diǎn)間的曲軸轉(zhuǎn)角?？捎闷浔硎军c(diǎn)火時(shí)刻。70急燃期（明顯燃燒期）從形成火焰中心到最高壓力出現(xiàn)的階段。火焰?zhèn)鞑テ蜋C(jī)燃燒過(guò)程示功圖71補(bǔ)燃期（后燃期）

從最高壓力點(diǎn)開(kāi)始到燃料基本燃燒完為止的階段。汽油機(jī)燃燒過(guò)程示功圖72

(1)火焰前鋒后未及燃燒的燃料再燃燒。(2)貼附在缸壁未燃混合氣層的部分燃燒。壁面溫度低，對(duì)火焰具有熄火作用，這樣在熄火存在大量未燃烴，在隨后的膨脹中部分未燃烴繼續(xù)燃燒。(3)高溫分解的燃燒產(chǎn)物(H2、O2、CO等)重新氧化。燃燒產(chǎn)物CO2、H2O中，有少部分在高溫的作用下，分解成H2、O2、CO等產(chǎn)物，在膨脹過(guò)程中，因工質(zhì)溫度下降，熱分解產(chǎn)物又繼續(xù)燃燒、放熱。這種燃燒已遠(yuǎn)離上止點(diǎn)，應(yīng)盡量減少補(bǔ)燃。在補(bǔ)燃階段參加燃燒的燃料主要有：73汽油機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)是否燃燒就一定是穩(wěn)定不變的？（循環(huán)還有哪些變動(dòng)現(xiàn)象？）74燃燒差異汽油機(jī)的燃燒差異是指在穩(wěn)定正常運(yùn)轉(zhuǎn)情況下，各循環(huán)之間的燃燒變動(dòng)和各缸之間的燃燒差異。前者稱(chēng)為循環(huán)變動(dòng)，后者稱(chēng)為各缸工作不均勻。75

各循環(huán)之間的燃燒差異主要是燃燒的不穩(wěn)定性，表現(xiàn)為循環(huán)的壓力波動(dòng)。如圖示出不同循環(huán)的氣缸壓力變化情況。從中可以看到變化較大，低負(fù)荷時(shí)情況更嚴(yán)重。稀混合氣濃混合氣

1.循環(huán)變動(dòng)76主要原因：火花塞附近混合氣的混合比和氣體紊流性質(zhì)、程度在各循環(huán)均有變動(dòng)，致使火焰中心形成所用的時(shí)間不同，即由有效著火時(shí)間變動(dòng)而引起的。危害：這種循環(huán)間的燃燒變動(dòng)使汽油機(jī)空燃比和點(diǎn)火提前角調(diào)整對(duì)每一循環(huán)都不可能處于最佳狀態(tài)，因而油耗上升，功率下降，不正常燃燒傾向增加，使汽油機(jī)性能下降，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)隨機(jī)性斷火現(xiàn)象。7677(1)混合氣濃度

α=0.8-0.9時(shí)循環(huán)燃燒變動(dòng)最小，混合氣加濃或減稀變動(dòng)均增加，這成為用稀混合氣的障礙。(2)負(fù)荷在中等負(fù)荷以上變動(dòng)較小，低負(fù)荷時(shí)，殘余廢氣量相對(duì)增多，變動(dòng)更為明顯。(3)加強(qiáng)紊流有助于減少變動(dòng)，因此轉(zhuǎn)速增加，一般變動(dòng)減小。(4)加大點(diǎn)火能量，采用多點(diǎn)點(diǎn)火，情況有所改善。(5)點(diǎn)火時(shí)刻和點(diǎn)火位置對(duì)燃燒循環(huán)變動(dòng)很敏感。影響因素和改善措施：78

各缸之間的燃燒差異主要是由于燃料分配不均使空燃比不一致造成的?；旌蠚夥峙洳痪鶆蛑饕c進(jìn)氣系統(tǒng)所有零件的設(shè)計(jì)和安裝位置都有關(guān)系，任何不對(duì)稱(chēng)和流動(dòng)阻力不同的情況都會(huì)破壞均勻分配，其中影響最大的是進(jìn)氣管的設(shè)計(jì)。2.各缸工作不均勻79改善分配不均的措施采用雙歧管進(jìn)氣結(jié)構(gòu)(DualManifoldSystem)雙歧管系統(tǒng)；采用汽油噴射技術(shù)，如多點(diǎn)噴射；利用廢氣或冷卻水熱量預(yù)熱進(jìn)氣管，改善燃料蒸發(fā)。(但要限制加熱，避免影響進(jìn)氣量)雙歧管結(jié)構(gòu)80汽油機(jī)有時(shí)會(huì)出現(xiàn)一些不正常燃燒情況。不正常燃燒時(shí)的現(xiàn)象是怎樣的？什么樣的原因會(huì)引起不正常燃燒？81不正常燃燒

由于設(shè)計(jì)或控制不當(dāng)，汽油機(jī)偏離正常點(diǎn)火的時(shí)間及地點(diǎn)，而引起的燃燒速率急劇上升，壓力急劇增大等異?，F(xiàn)象。可分為爆燃和表面點(diǎn)火兩類(lèi)。1.爆燃火焰前鋒未到，而末端未燃混合氣的溫度達(dá)到其自燃溫度而著火燃燒，形成新的火焰中心，產(chǎn)生新的火焰?zhèn)鞑ァ?283地點(diǎn)：遠(yuǎn)離火花塞的末端混合氣；時(shí)間：正?；鹧?zhèn)鞑サ竭_(dá)之前；燃燒方式：自燃著火(為低溫多階段的著火過(guò)程)；外部特征：

產(chǎn)生壓力沖擊波，約3000~5000Hz，氣缸內(nèi)發(fā)出特別尖銳的金屬敲擊聲，亦稱(chēng)為敲缸。輕微敲缸時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)功率上升，油耗下降；嚴(yán)重時(shí)會(huì)產(chǎn)生冷卻水過(guò)熱，功率下降，油耗上升，發(fā)動(dòng)機(jī)磨損加劇，排放污染增加(主要是排氣冒黑煙)。爆燃的特點(diǎn)：84機(jī)件過(guò)載沖擊負(fù)荷大，機(jī)件的機(jī)械負(fù)荷增加，使機(jī)件變形損壞。噪聲增大。機(jī)件燒損爆燃沖擊波破壞燃燒室內(nèi)附面層和局部高溫，使活塞頭和氣門(mén)等燒損，同時(shí)會(huì)引起發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)熱。磨損加劇發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)熱，使?jié)櫥Ч儾?，使磨損加劇。爆燃的危害：85正常燃燒后爆燃后86排氣冒黑煙，補(bǔ)燃增加，排氣溫度增加高溫裂解產(chǎn)生的碳粒形成積炭，并使燃燒產(chǎn)物分解為CO、H2、O2、NO及游離碳增多，排氣冒煙嚴(yán)重。CO、H2、O2等膨脹過(guò)程中重新燃燒，使排溫增高。性能指標(biāo)下降嚴(yán)重爆燃時(shí)的局部高溫及強(qiáng)烈的壓力沖擊波，破壞了附面層，氣體向缸壁的傳熱量大大增加，使熱效率下降，功率降低，耗油率增加。87內(nèi)因——燃料性質(zhì)、缸內(nèi)的壓力和溫度辛烷值高的燃料抗爆燃能力強(qiáng)；缸內(nèi)的壓力和溫度增高，則末端混合氣的壓力和溫度增高，爆燃傾向增大。例如，壓縮比增大，則氣缸內(nèi)壓力、溫度升高，爆燃易發(fā)生；又如，使用輕金屬材料的氣缸蓋、活塞，由于其導(dǎo)熱性好，末端混合氣壓力、溫度低，爆燃傾向小，可提高壓縮比0.4~0.7單位。影響爆燃的因素：88外因——火焰前鋒傳到末端混合氣的時(shí)間提高火焰?zhèn)鞑ニ俣?、縮短火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x，都會(huì)減少火焰前鋒傳到末端混合氣的時(shí)間，有利于避免爆燃。例如，氣缸直徑大時(shí)，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x增加，爆燃傾向增大，所以沒(méi)有很大缸徑的汽油機(jī)。89防止爆燃的方法：設(shè)計(jì)中——1)合理組織氣流運(yùn)動(dòng)，提高火焰?zhèn)鞑ニ俣龋?)合理設(shè)計(jì)燃燒室，使火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x縮短；3)在末端混合氣區(qū)設(shè)置冷卻區(qū)，克服燃燒室表面粗糙度，進(jìn)氣節(jié)流，降低進(jìn)氣溫度，冷卻排氣門(mén)等；4)采用稀薄燃燒和分層燃燒技術(shù)。使用中——1)油門(mén)關(guān)小或轉(zhuǎn)速提高；2)推遲點(diǎn)火時(shí)刻；3)提高汽油辛烷值；4)清除積炭。90

在汽油機(jī)中，凡是不靠電火花點(diǎn)火而由燃燒室內(nèi)熾熱表面(如排氣門(mén)頭部、火花塞絕緣體或零件表面熾熱的沉積物等)點(diǎn)燃混合氣的現(xiàn)象，統(tǒng)稱(chēng)表面點(diǎn)火。它的點(diǎn)火時(shí)刻是不可控制的，多發(fā)生在高壓縮比的強(qiáng)化汽油機(jī)上。2.表面點(diǎn)火91

如果表面點(diǎn)火出現(xiàn)在火花塞跳火后，并且形成的火焰前鋒仍以正常的火焰?zhèn)鞑ニ俣认蛭慈細(xì)怏w推進(jìn)，稱(chēng)為后火。出現(xiàn)這種現(xiàn)象時(shí)，可在發(fā)動(dòng)機(jī)斷火后發(fā)現(xiàn)，發(fā)動(dòng)機(jī)仍像有電火花一樣，繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，直到熾熱點(diǎn)溫度下降到不能點(diǎn)燃混合氣為止，發(fā)動(dòng)機(jī)才停轉(zhuǎn)。(2)早燃火花塞點(diǎn)火之前，熾熱表面就點(diǎn)燃混合氣的現(xiàn)象。早燃會(huì)誘發(fā)爆燃，爆燃又會(huì)讓更多的熾熱表面溫度升高，促使更劇烈的表面點(diǎn)火，兩者互相促進(jìn)，危害可能更大。(1)后火92表面點(diǎn)火與爆燃的不同點(diǎn)：

1.爆燃是火花塞跳火后末端混合氣的自燃現(xiàn)象；表面點(diǎn)火一般是在正常火焰燒到之前由熾熱物點(diǎn)燃混合氣所致。2.爆燃時(shí)有強(qiáng)烈的壓力沖擊波，有尖銳的金屬敲擊聲；表面點(diǎn)火沒(méi)有壓力沖擊波，敲缸聲比較沉悶。

凡是能降低燃燒室溫度和壓力升高率、減少積炭等熾熱點(diǎn)形成的因素都有助于防止熱面點(diǎn)火。小結(jié)：哪些因素會(huì)影響汽油機(jī)的燃燒過(guò)程？9394燃料性質(zhì)

汽油由C5~C11各族烴類(lèi)組成，沸點(diǎn)通常在205℃以下，主要性能有：（1）蒸發(fā)性指標(biāo)：餾程和蒸汽壓餾程：汽油餾出的溫度范圍10%的餾出溫度：低，冷啟動(dòng)性好；過(guò)低，易氣阻。50%的餾出溫度：低，平均揮發(fā)性好，汽車(chē)的加速性和平穩(wěn)性好，暖機(jī)時(shí)間短。90%的餾出溫度：標(biāo)志含有難揮發(fā)的重質(zhì)成分。高，則重質(zhì)成分多，易形成積炭，從而稀釋機(jī)油。蒸氣壓：蒸發(fā)性強(qiáng)，易起動(dòng)，但易氣阻和蒸發(fā)損失大。夏季不大于67KPa，冬季不大于80KPa。95（2）抗爆性指標(biāo)：辛烷值—ON（正庚烷C7H16—辛烷值定為0，異辛烷C8H18—辛烷值定為100，二者混合液與汽油的爆燃程度進(jìn)行比較—汽油的辛烷值，即混合液中異辛烷的體積百分?jǐn)?shù)。）二者之差為汽油的靈敏度，是衡量抗暴性隨著燃燒條件而變化的尺度。MON=RON×0.8+10，AKI（抗爆指數(shù)）＝(RON+MON)/2車(chē)用汽油按MON分70、75、80、85號(hào)4種牌號(hào)新標(biāo)準(zhǔn)按RON分90、93、95號(hào)和97號(hào)4種牌號(hào)測(cè)定方法：研究法辛烷值—RON

馬達(dá)法辛烷值—MON96使用α<1的濃混合氣工作，必然產(chǎn)生不完全燃燒，經(jīng)濟(jì)性變差，有害排放量上升。當(dāng)α<0.8及α>1.2時(shí)，火焰?zhèn)鞑ニ俣染徛?，部分燃料?lái)不及完全燃燒，因而經(jīng)濟(jì)性差，有害排放量上升，工作不穩(wěn)定。α=0.8~0.9：火焰?zhèn)鞑ニ俣茸畲?，爆燃傾向也較大，功率混合氣。α=1.03~1.1：缸內(nèi)溫度最高且空氣富裕，燃燒完全，經(jīng)濟(jì)混合氣?；旌蠚鉂舛葘?duì)火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊挠绊懟旌蠚鉂舛?7點(diǎn)火提前角點(diǎn)火提前角不同的展開(kāi)示功圖

點(diǎn)火提前角過(guò)大，則大部分混合氣在壓縮過(guò)程中燃燒，所消耗的壓縮功增加，發(fā)動(dòng)機(jī)容易過(guò)熱，有效功率下降，工作粗爆程度增加。同時(shí)由于混合氣的壓力過(guò)高，末端混合氣燃燒前的溫度較高，爆燃傾向加大。點(diǎn)火提前角過(guò)小，則燃燒延長(zhǎng)到膨脹過(guò)程，燃燒最高壓力和燃燒溫度下降，傳熱損失增多，排氣溫度升高，功率下降，耗油量增多。98

轉(zhuǎn)速增加時(shí)，氣缸中紊流增強(qiáng)，火焰?zhèn)鞑ニ俣燃涌欤蚨悦胗?jì)的燃燒過(guò)程縮短，但循環(huán)時(shí)間也縮短，一般燃燒過(guò)程相當(dāng)?shù)那S轉(zhuǎn)角增加，應(yīng)當(dāng)相應(yīng)加大點(diǎn)火提前角。為此汽油機(jī)裝有離心提前調(diào)節(jié)裝置，使得在轉(zhuǎn)速增加時(shí)，自動(dòng)增大點(diǎn)火提前角，以保證燃燒過(guò)程在上止點(diǎn)附近完成。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速Pe/kW99

轉(zhuǎn)速一定，負(fù)荷減小時(shí)，進(jìn)入氣缸的新鮮充量減小，而殘余廢氣量基本不變，殘余廢氣系數(shù)增加。殘余廢氣對(duì)燃燒反應(yīng)起阻礙作用，使燃燒速度減慢。為保證燃燒過(guò)程在上止點(diǎn)附近完成，需增大點(diǎn)火提前角，靠真空提前點(diǎn)火裝置來(lái)調(diào)節(jié)。發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷Pe/kW100

溫度過(guò)高，燃燒室及燃燒壁

，不正常燃燒傾向

，混合氣密度，充量

，性能

。溫度過(guò)低，熱量傳遞，發(fā)動(dòng)機(jī)性能，潤(rùn)滑效果，零件磨損。燃燒完全程度？冷卻水溫度Pe/kW過(guò)熱增加低減少下降過(guò)多降低變差加劇其他影響因素

燃燒室積炭壓縮比大氣狀況燃燒室101102燃燒室一、對(duì)燃燒室的要求1.設(shè)計(jì)要求：(1)保證發(fā)動(dòng)機(jī)有良好的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性；(2)使發(fā)動(dòng)機(jī)工作柔和，排污少；(3)抑制不正常燃燒；(4)燃燒室結(jié)構(gòu)應(yīng)簡(jiǎn)單，利于制造。103(1)結(jié)構(gòu)盡量緊湊(面容比A/V表征燃燒室的緊湊性)；火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x短，不易爆燃相對(duì)散熱損失少，熱效率高熄火面積小，HC排量少HC的排放主要是由燃燒室壁面的淬熄效應(yīng)引起的，面容比小，淬熄面積小，HC排放就少。2.設(shè)計(jì)原則104燃燒室的形狀應(yīng)考慮允許有較大的進(jìn)氣門(mén)直徑。進(jìn)氣口、進(jìn)氣道的布置應(yīng)盡量減小進(jìn)氣阻力，提高進(jìn)氣充量。(2)具有良好的充氣性能105新氣掃除殘余廢氣，保證低速穩(wěn)定性好，循環(huán)間燃燒變動(dòng)小火花塞布置在使末端混合氣受熱少的排氣門(mén)附近由火花塞傳播開(kāi)的火焰面變化分配合理，確保運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x應(yīng)盡可能短，避免爆燃(3)火花塞布置安排適當(dāng)106

和火花塞配合滿(mǎn)足速燃要求，同時(shí)控制壓力升高率，燃燒室的容積分布應(yīng)配合火花塞的位置考慮，最有利的分布是使燃燒過(guò)程初期壓力升高率較小，發(fā)動(dòng)機(jī)工作柔和，中期放熱量最多，以獲得較大的循環(huán)功。后期補(bǔ)燃較小，具有高的熱效率。(4）燃燒室形狀合理分布107(5)組織適當(dāng)?shù)奈闪鬟\(yùn)動(dòng)

紊流過(guò)強(qiáng)時(shí)，即使點(diǎn)火提前角減小，壓力升高率仍較高，使工作粗暴，熱效率降低。(6)防止爆燃和早燃應(yīng)對(duì)末端混合氣進(jìn)行適當(dāng)冷卻，燃燒室避免局部熱點(diǎn)和突出物，以防爆燃和早燃。108本章小結(jié)對(duì)燃燒過(guò)程的基本要求是完全、及時(shí)、正常。汽油機(jī)的燃燒過(guò)程分為著火延遲期、明顯燃燒期、補(bǔ)燃期。最佳點(diǎn)火提前角使壓力升高率燃燒最高壓力出現(xiàn)在上止點(diǎn)后12°~15°CA，=0.175~0.25MPa/(°CA)為宜，能保證發(fā)動(dòng)機(jī)較好的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、且工作柔和。燃燒速度是指單位時(shí)間燃燒的混合氣量，與火焰前鋒面積、未燃混合氣密度、火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊纫蛩赜嘘P(guān)。增大火焰?zhèn)鞑ニ俣?、合理利用燃燒室?guī)缀涡螤罴捌渑c火花塞位置的配合、增大未燃混合氣密度，均可提高燃燒速度。109汽油機(jī)的不規(guī)則燃燒是指各循環(huán)間的燃燒變動(dòng)和各缸間燃燒差異。由于這些差異使汽油機(jī)功率下降，油耗率上升。汽油機(jī)有兩種不正常燃燒現(xiàn)象。爆燃是末端混合氣的自燃現(xiàn)象。嚴(yán)重爆燃會(huì)產(chǎn)生尖銳的金屬敲擊聲，使發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)件過(guò)載、燒損、性能指標(biāo)下降。發(fā)動(dòng)機(jī)低速大負(fù)荷時(shí)容易爆燃。表面點(diǎn)火是混合氣被熾熱表面點(diǎn)燃的現(xiàn)象，使發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo)下降，運(yùn)轉(zhuǎn)粗暴增加。汽油機(jī)混合氣形成的方式主要有兩類(lèi)：化油器式和汽油噴射式。它們?cè)诮Y(jié)構(gòu)與供油方法上有所不同，但它們都屬于在氣缸外部形成混合氣，都是依靠控制節(jié)流閥開(kāi)閉來(lái)調(diào)節(jié)混合氣數(shù)量的，空燃比在不同工況下的要求也是一致。補(bǔ)充：如何讓發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)適應(yīng)燃燒要求？111典型燃燒室浴盆形燃燒室楔形燃燒室半球形