理學(xué)汽油機(jī)混合氣的形成及燃燒

2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院

正常燃燒過程三個(gè)階段，滯燃期、急燃期和后燃期一、正常燃燒過程：

§4-1汽油機(jī)燃燒過程2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院

在此時(shí)期內(nèi)，混合氣的活化中心濃度迅速增長(zhǎng)，反應(yīng)速率很快提高，形成高溫單階段著火過程。1、滯燃期（著火階段）:三種定義，有一定的差別

a、從點(diǎn)火開始至缸內(nèi)壓力明顯脫離壓縮線所需的時(shí)間。

b、點(diǎn)火作為起點(diǎn)直到形成設(shè)定半徑火焰核心，開始傳播一段時(shí)間。C、從點(diǎn)火開始至缸內(nèi)10%的燃料燃燒完畢所需的時(shí)間。2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院滯燃期影響因素：

a.燃料的分子結(jié)構(gòu)和理化性能、混合氣成分.b.點(diǎn)火時(shí)缸內(nèi)氣體的壓力、溫度；

c.氣流運(yùn)動(dòng)以及點(diǎn)火能量的大小。

d.過量空氣系數(shù)、殘余廢氣量。

2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2、急燃期（2-3）—火焰核心開始出現(xiàn)火焰?zhèn)鞑ィ粱鹧姹榧皫缀跽麄€(gè)燃燒室燃燒完絕大部分燃料的一段時(shí)間，稱為急燃期。推進(jìn)速度取決于層流火焰速度和混合氣紊流狀態(tài)2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院特點(diǎn)：燃燒的混合氣量很大，放熱量急劇增加，缸內(nèi)溫度和壓力升高很快，壓力升高率達(dá)到0.2～0.4MPa／°CA。持續(xù)時(shí)間短，因燃燒放熱集中于壓縮上止點(diǎn)附近，故其熱量利用情況較好。

應(yīng)避免點(diǎn)3在壓縮上止點(diǎn)前過早出現(xiàn)，否則將引起壓縮過程負(fù)功的增加，或產(chǎn)生過高的壓力升高率和最高燃燒壓力。2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院3、后燃期（3-4）—是從最高燃燒壓力點(diǎn)起至燃料基本燒完為止的一段時(shí)間。

主要有火焰前鋒后未及燃燒的燃料再燃燒，貼附在缸壁上未燃混合氣層的部分燃燒以及高溫分解的燃燒產(chǎn)物（H2、CO）等重新氧化。壓力最高點(diǎn)3后至95%以上燃料熱量基本釋放出，應(yīng)盡量減少。2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院

二、燃燒速度燃燒速度：指單位時(shí)間燃燒的混合氣量

T－未燃混合氣密度

UT

－火焰?zhèn)鞑ニ俣?/p>

AT

－火焰前鋒面積影響燃燒速度的因素：火焰速度、火焰前鋒面積、未燃混合氣的密度2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院1、火焰?zhèn)鞑ニ俣華：紊流運(yùn)動(dòng)

影響火焰速度的主要因素有：2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院B：混合氣成分C：混合氣初始溫度高，火焰速度增加。

影響火焰速度的主要因素有：紊流運(yùn)動(dòng)、混合氣成分和混合氣初始溫度。2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2、火焰前鋒面積

它直接影響到主燃燒期相當(dāng)曲軸轉(zhuǎn)角的位置，而這與缸內(nèi)壓力上升情況密切相關(guān)2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院3、可燃混合氣密度

增大T，可以提高燃燒速度，因此提高壓縮比和進(jìn)氣壓力，均可加大燃燒速度。2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院

三、不規(guī)則燃燒不規(guī)則燃燒：是指在穩(wěn)定正常運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，各循環(huán)之間的燃燒變動(dòng)和各缸之間的燃燒差異。

這是汽油機(jī)燃燒過程的一大特征。2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院1、燃燒的循環(huán)變動(dòng)2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院

產(chǎn)生這種現(xiàn)象的主要原因：火花塞附近混合氣的混合比和氣體湍流性質(zhì)、程度在各循環(huán)均有變動(dòng)，致使火焰中心形成的時(shí)間不同，即由有效著火時(shí)間變動(dòng)而引起的。2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院改善循環(huán)間的燃燒變動(dòng)可：1、當(dāng)φa＝0.8～0.9時(shí)，循環(huán)燃燒變動(dòng)最小。2、在中等負(fù)荷以上變動(dòng)較小，低負(fù)荷和低轉(zhuǎn)速時(shí)殘余廢氣相對(duì)量多，變動(dòng)明顯。3、加強(qiáng)湍流有助于減少變動(dòng)，所以轉(zhuǎn)速增加時(shí)一般變動(dòng)減小。4、加大點(diǎn)火能量，采用多點(diǎn)點(diǎn)火。5、點(diǎn)火時(shí)刻和點(diǎn)火位置對(duì)燃燒變動(dòng)很敏感。2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院針對(duì)多缸機(jī)而言的，各缸間燃燒差異稱各缸間工作差異。

進(jìn)氣管內(nèi)空氣、燃料蒸汽、各種比例的混合氣、大小不一的霧化油粒以及沉浸在進(jìn)氣管壁上厚薄不同的油膜各缸進(jìn)氣歧管的差別，各缸間進(jìn)氣重疊引起的干涉等現(xiàn)象導(dǎo)致各缸進(jìn)氣量、進(jìn)氣速度以及氣流的湍流狀態(tài)不一致影響最大的是進(jìn)氣管的設(shè)計(jì)。2、各缸間燃燒差異主要原因：各缸進(jìn)氣充量不均勻，混合氣成分不均勻。2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院

四、不正常燃燒爆震和表面點(diǎn)火的定義1、影響爆燃的因素：（1）運(yùn)行因素（2）結(jié)構(gòu)因素2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院（1）運(yùn)行因素1）點(diǎn)火提前角—θ增加，

t1減少；pZ，TZ增大，t2減少。但t2起主要作用，故爆燃傾向增加。可以用推遲點(diǎn)火提前角辦法降低爆燃傾向。

2）轉(zhuǎn)速的影響—n增加，Sf增加，

t1減少；吸氣損失增加，溫度增大，使t2減少；而沖量系數(shù)下降，

pZ下降，

t2增加；

n增加，爆燃傾向減少。令t1為火焰?zhèn)鞑r(shí)間，t2為爆燃時(shí)間2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院3）負(fù)荷—節(jié)氣門關(guān)小，殘余廢氣增大，傳熱損失增加，pZ下降，t2增加，故爆燃傾向減小。4）混合氣濃度影響—Φa=0.8-0.9時(shí)，Sf最高，t1最小；t2也最小，t2起主要作用，爆燃傾向增加，過濃過稀混合氣有助于減少爆振。5）沉淀物（積碳）—積碳溫度較高，使爆燃傾向增加。2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院

1）氣缸直徑：D增大，

t1增大，

t2減小，爆燃傾向增加。

2）火花塞安裝位置：靠近排氣門不易引起爆燃，遠(yuǎn)離進(jìn)氣工作不穩(wěn)。

3）氣缸蓋與活塞的材料：輕鋁合金具有導(dǎo)熱好特性，爆燃減輕。

4）燃燒室結(jié)構(gòu)：火燃傳播距離短、傳播速度高，湍流強(qiáng)度高的結(jié)構(gòu)有助于降低爆燃。（2）結(jié)構(gòu)因素：2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院

爆燃成為限制火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)功率提高和經(jīng)濟(jì)性改善的一個(gè)重要因素。增加其抗爆性能，不斷改進(jìn)燃燒系統(tǒng)和進(jìn)氣系統(tǒng)以減少爆燃傾向，已成為提高汽油機(jī)性能的一個(gè)重要方面。爆燃的危害：1）輸出功率、熱效率均降低：2）氣缸過熱：3）零件的應(yīng)力增加：4）爆燃促使積碳形成，容易破壞活塞環(huán)、氣門和火花塞的正常工作；壓力波沖擊缸壁表面，使之不易形成油膜，會(huì)導(dǎo)致機(jī)件加速磨損。2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院1）推遲點(diǎn)火；防止爆燃的方法：2）縮短火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x；3）冷卻中冷混合氣；4）增加流動(dòng)加速火焰?zhèn)鞑?，降低溫度?）增強(qiáng)燃燒室掃氣。2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院表面點(diǎn)火分為早燃和灼熱表面點(diǎn)火，前者指在火花塞點(diǎn)燃之前，某一灼熱表面就點(diǎn)燃混合氣；后者指爆燃發(fā)生后引起發(fā)動(dòng)機(jī)過熱，引起更多的灼熱表面點(diǎn)燃混合氣，現(xiàn)在一般將灼熱表面點(diǎn)火于爆燃混為一談。2、表面點(diǎn)火2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院

影響表面點(diǎn)火的因素

1）燃料形成沉積物的能力。

2）混合氣本身抵抗點(diǎn)燃的能力。發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)和運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)變化時(shí)，凡促進(jìn)沉積物溫度升高、氧氣供應(yīng)好以及降低混合氣點(diǎn)火能量的因素，均將促進(jìn)表面點(diǎn)火的發(fā)生防止表面點(diǎn)火的主要措施有：

1）選用沸點(diǎn)低的汽油和成焦性小的潤(rùn)滑油。

2）降低壓縮比。

3）避兔長(zhǎng)時(shí)間的低負(fù)荷運(yùn)行和汽車頻繁加減速行駛。

4）應(yīng)用磷化物為燃油添加劑，使沉積物中的鉛化合物形成磷酸鉛，從而使碳的著火溫度提高到560℃，且氧化緩慢，放出熱量少，減少激爆的發(fā)生。2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院1、混合氣濃度：五、使用因素的不同對(duì)內(nèi)燃機(jī)的影響

2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院混合氣濃度：

=0.8~0.9時(shí)，火焰?zhèn)鞑ニ俣茸羁欤虼?，pz、tz、p/、Pe均達(dá)最高值，且爆燃傾向增大。在=1.03~1.1時(shí)，由于燃燒完全，油耗率be最低，但NOx排放量最大。隨著混合氣濃度增加，CO排放量明顯增加。混合氣濃度過濃（<0.8）或過?。?gt;1.2），HC排放量均明顯增加。2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院

2、點(diǎn)火提前角:汽油機(jī)點(diǎn)火提前特性：保持節(jié)氣門開度、轉(zhuǎn)速以及混合氣濃度一定，功率、燃油消耗率、排氣溫度隨點(diǎn)火提前角的變化。2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院

最佳點(diǎn)火提前角θ一般為20-30°CA。2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院請(qǐng)解釋汽油機(jī)最佳點(diǎn)火提前角隨發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷和轉(zhuǎn)速的變化關(guān)系及其原因

轉(zhuǎn)速增加，氣缸內(nèi)紊流增強(qiáng)，火焰?zhèn)鞑ニ俾试黾?，燃燒持續(xù)時(shí)間縮短，但所占曲軸轉(zhuǎn)角間隔卻延長(zhǎng)，因此，為減少后燃損失，最佳點(diǎn)火提前角應(yīng)提前。負(fù)荷減小時(shí)，氣缸內(nèi)氣體的壓力、溫度降低，氣缸內(nèi)實(shí)際混合氣成分由于廢氣稀釋程度增加而較稀，爆燃的傾向減小，最佳點(diǎn)火提前角可以增大，有利于改善燃油經(jīng)濟(jì)性。但是，怠速時(shí)，由于可燃混合氣數(shù)量最少，后燃損失不大，不進(jìn)行點(diǎn)火提前。2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院

當(dāng)轉(zhuǎn)速增加時(shí)，氣缸中湍流增加，火焰?zhèn)鞑ニ俾蚀篌w與轉(zhuǎn)速成正比例增加，因而最高爆發(fā)壓力、壓力升高比隨轉(zhuǎn)速的變化不大。3、轉(zhuǎn)速不同時(shí)的燃燒過程

2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院1.在轉(zhuǎn)速升高時(shí)，由于散熱損失減少，進(jìn)氣被加熱，使氣缸內(nèi)混合得更均勻，有利于縮短滯燃期。

2.由于殘余廢氣系數(shù)增加，氣流吹走電火花的傾向增大，又促使滯燃期增加。按曲軸轉(zhuǎn)角計(jì)的滯燃期卻隨轉(zhuǎn)速的增加而增大。

在轉(zhuǎn)速增加時(shí)，應(yīng)增大點(diǎn)火提前角。

轉(zhuǎn)速特性：在節(jié)氣門開度一定時(shí)，負(fù)荷油耗隨轉(zhuǎn)速變化的規(guī)律。

傳統(tǒng)點(diǎn)火系統(tǒng)進(jìn)考慮了轉(zhuǎn)速和負(fù)荷，不能對(duì)點(diǎn)火系統(tǒng)精確控制。2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院4、負(fù)荷的影響：

轉(zhuǎn)速保持不變，通過改變節(jié)氣門開度來調(diào)節(jié)進(jìn)入氣缸的混合氣量，以達(dá)到不同的負(fù)荷要求。（量的調(diào)節(jié)）。

節(jié)氣門關(guān)小時(shí)，充量系數(shù)急劇下降，使殘余廢氣系數(shù)增加，滯燃期增加，火焰?zhèn)鞑ニ俾氏陆?，最高爆發(fā)壓力和燃燒溫度、壓力升高比均下降，散熱損失相對(duì)增加，因而燃油消耗率增加；

隨著負(fù)荷的減小，最佳點(diǎn)火提前角要增加。

采用點(diǎn)火提前真空調(diào)節(jié)器來自動(dòng)調(diào)整。2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院大氣壓力低（如高原、高空），氣缸充氣量（質(zhì)量）減少，則混合氣變濃。另外，壓縮壓力低，著火延遲期長(zhǎng)和火焰?zhèn)鞑ニ俣嚷加徒?jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性下降，但爆燃傾向減?。ɑ旌蠚怏w密度低，壓縮終了壓力、溫度低，不易自燃）。大氣溫度高，氣缸充氣量（質(zhì)量）減少，發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性變差（夏天和冬天發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo)的不同），而且容易爆燃（點(diǎn)火提前角隨進(jìn)氣溫度升高應(yīng)推遲）和氣阻。大氣溫度低，應(yīng)采取措施，保證燃油的霧化、點(diǎn)火可靠及起動(dòng)順利，如進(jìn)氣管加熱、增強(qiáng)火花能量等。5、大氣狀況2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院§4-2汽油機(jī)混合氣的形成汽油機(jī)混合氣的形成方式有：化油器內(nèi)形成汽油噴射方式2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院一、化油器式混合氣形成2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院簡(jiǎn)單化油器特性2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院3、發(fā)動(dòng)機(jī)全負(fù)荷時(shí)，化油器應(yīng)供給氣缸較濃的功率混合氣成分（

=0.8~0.9，A/F=12~14）；2、發(fā)動(dòng)機(jī)中等負(fù)荷時(shí)，化油器應(yīng)供給氣缸較稀的經(jīng)濟(jì)混合氣成分（

=1.05~1.15，50%負(fù)荷后，A/F=17左右）；1、怠速時(shí)，由于廢氣稀釋，化油器應(yīng)供給氣缸濃混合氣成分（

=0.6~0.8，A/F=10~12.4）。理想化油器特性是針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定工況的要求，通過簡(jiǎn)單化油器基礎(chǔ)上增加一系列自動(dòng)供油裝置（怠速系統(tǒng)、主供油系統(tǒng)、加濃系統(tǒng)）及其各種油、氣量孔的尺寸選擇，使實(shí)際供油特性與理想化油器特性基本相符。2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2）暖機(jī)：發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)后開始自動(dòng)繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，直至穩(wěn)定的怠速運(yùn)轉(zhuǎn)。這段過渡期間，由于發(fā)動(dòng)機(jī)溫度、轉(zhuǎn)速上升，汽油霧化條件改善，要求化油器供給的混合氣成分由極濃逐漸變換到怠速工況的較濃混合氣成分。1）冷起動(dòng)：發(fā)動(dòng)機(jī)在外力推動(dòng)下起動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)速極低，汽油霧化質(zhì)量很差，要求化油器供給極濃混合氣成分（0.2~0.6）（注：非氣缸內(nèi)混合氣成分）。4、過渡工況3）加速：加速時(shí)，節(jié)氣門開度驟然加大，由于燃料慣性大于空氣，氣缸內(nèi)混合氣成分出現(xiàn)瞬間過稀，發(fā)動(dòng)機(jī)功率下降，轉(zhuǎn)速降低，甚至?xí)霈F(xiàn)熄火現(xiàn)象，因此，要求化油器供給加濃混合氣成分（額外供給一部分燃料）。2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院二、汽油噴射式混合氣的形成電控汽油噴射系統(tǒng)（ElectronicFuelInjection）由空氣系統(tǒng)、燃料系統(tǒng)及控制系統(tǒng)三部分組成。2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院（怠速控制閥）空氣系統(tǒng)作用是計(jì)量并控制燃燒所必要的空氣量。主要由空濾器、空氣流量計(jì)、節(jié)氣門體組成?？諝忾y空氣流量計(jì)節(jié)氣門2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院燃料系統(tǒng)作用是通過由電動(dòng)汽油泵向各缸進(jìn)氣歧管上的噴油嘴及進(jìn)氣總管上的冷起動(dòng)噴油嘴噴射具有一定相對(duì)壓力（燃油軌油壓與進(jìn)氣管氣壓之差一定）的燃油，將燃油噴散霧化并控制噴油量。2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院壓力調(diào)節(jié)器的作用2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院控制系統(tǒng)作用是根據(jù)各傳感器信號(hào)，由計(jì)算機(jī)控制單元判斷發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)，決定合適的噴射時(shí)間，并使噴油嘴動(dòng)作。各類傳感器將測(cè)量吸入空氣量、轉(zhuǎn)速、負(fù)荷、排氣中的氧含量、吸氣溫度、冷卻水溫度、蓄電池電壓、曲軸相位、加減速狀態(tài)等，并轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)控制單元ECU。2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院系統(tǒng)簡(jiǎn)圖電控汽油噴射系統(tǒng)簡(jiǎn)圖及基本構(gòu)成2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院電控汽油噴射系統(tǒng)簡(jiǎn)圖及基本構(gòu)成2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院電控燃油噴射方式發(fā)動(dòng)機(jī)每循環(huán)噴油量如何控制？通過由電動(dòng)汽油泵向各缸進(jìn)氣歧管上的噴油嘴及進(jìn)氣總管上的冷起動(dòng)噴油嘴噴射具有一定相對(duì)壓力（燃油軌油壓與進(jìn)氣管氣壓之差一定）的燃油，將燃油噴散霧化并控制噴油量。噴油嘴噴孔直徑、各工況下的針閥升程、噴射壓力差均一定，則控制系統(tǒng)僅需控制針閥開啟時(shí)間（即通電脈沖時(shí)間）長(zhǎng)短即可控制噴油量的計(jì)量。2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院對(duì)汽油機(jī)燃燒過程影響最主要的缸內(nèi)空氣運(yùn)動(dòng)有哪些？汽油機(jī)產(chǎn)生紊流的方法有兩種：進(jìn)氣渦流和擠流。進(jìn)氣渦流—在進(jìn)氣過程中造成繞氣缸中心線的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。進(jìn)氣渦流對(duì)平頂式活塞的汽油機(jī)來說，在進(jìn)氣過程中逐漸增強(qiáng)，在壓縮過程中逐漸減弱。由于紊流源自渦流運(yùn)動(dòng)，因此進(jìn)氣過程中產(chǎn)生的紊流在進(jìn)氣結(jié)束時(shí)達(dá)到最大，但不能維持到壓縮終了階段。由于進(jìn)氣渦流通過進(jìn)氣紊流促進(jìn)了油氣微觀混合，加速了火焰?zhèn)鞑ニ俾?，擠流—在接近壓縮終了階段，利用活塞頂部和氣缸蓋底面之間的狹小間隙（擠氣間隙），將混合氣擠入燃燒室內(nèi)，形成渦流。擠流正好在壓縮上止點(diǎn)前達(dá)到最大，上止點(diǎn)后因活塞下行形成反擠流，也在上止點(diǎn)后不久達(dá)到峰值。增大擠流強(qiáng)度可以明顯提高火焰?zhèn)鞑ニ俾剩s短燃燒時(shí)間，而且不會(huì)導(dǎo)致充氣效率降低，受負(fù)荷、轉(zhuǎn)速影響較?。ㄈ莘e變化引起的），因此，增強(qiáng)擠流運(yùn)動(dòng)一直是汽油機(jī)形成紊流、改善混合氣形成與燃燒的主要途徑。2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院汽油機(jī)是否采用螺旋式進(jìn)氣道以組織進(jìn)氣渦流運(yùn)動(dòng)？為什么？為保證最大充氣量，一般汽油機(jī)不組織強(qiáng)進(jìn)氣渦流，使低速、低負(fù)荷的進(jìn)氣渦流更弱，對(duì)明顯燃燒期影響較小，故汽油機(jī)不采用螺旋式進(jìn)氣道組織進(jìn)氣渦流。2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院§4-3點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒室一、燃燒室

1.設(shè)計(jì)要求：在降低排放污染的同時(shí)提高經(jīng)濟(jì)性。

經(jīng)濟(jì)性高，

ηit↑、bi↓；其中壓縮比影響最大。

燃燒放熱曲線接近等容曲線的程度。由曲線xb=f(φ)、dxb/dφ考察

污染小。

動(dòng)力性高

不出現(xiàn)爆燃與表面點(diǎn)火

燃燒循環(huán)變動(dòng)小

工作柔和，燃燒噪聲小

滿足速燃的要求：

φz<60°

稀燃能力好

起動(dòng)性、瞬態(tài)特性、EGR承受能力好

2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2、燃燒室設(shè)計(jì)要點(diǎn)—?jiǎng)恿π?、燃油?jīng)濟(jì)性好，工作輕聲平穩(wěn)、排氣污染小等。1）壓縮比—影響汽油機(jī)性能指標(biāo)的最重要的結(jié)構(gòu)參數(shù)既提高壓縮比又不促使爆燃的發(fā)生，燃燒室設(shè)計(jì)應(yīng)從以下幾個(gè)方面考慮：a）縮短火焰?zhèn)鞑ゾ嚯xb）利用適當(dāng)強(qiáng)度的湍流，加快火焰?zhèn)鞑ニ俣萩）在離火花塞較遠(yuǎn)的區(qū)域設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)睦鋮s面積。d）燃燒室內(nèi)沒有易受高溫影響而產(chǎn)生的熱點(diǎn)和表面沉積物2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2）結(jié)構(gòu)緊湊—減小燃燒室表面積與其容積之比（A/F）

火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x短，不易爆燃，可提高壓縮比。相對(duì)散熱損失小，熱效率高。熄火面積小，HC排放量少。2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院3）具有良好的充氣性能：進(jìn)排氣門，進(jìn)排氣道主要考慮進(jìn)氣門、進(jìn)氣道的布置，應(yīng)允許較大的進(jìn)氣流通截面積，適用于多氣門布置，進(jìn)氣道流動(dòng)阻力小，充氣效率高。2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院4）火花塞位置安排適當(dāng)—2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院a）能利用新鮮混合氣充分掃除火花塞周圍的殘余廢氣，使混合氣易于點(diǎn)燃，保證低速工作穩(wěn)定。b）火花塞盡可能布置在燃燒室內(nèi)最熱處，如排氣門處，一則容易點(diǎn)燃，二則使遠(yuǎn)端混合氣遠(yuǎn)離最熱處，避免加熱自燃。c）應(yīng)使火花塞傳播開的火焰面變化合理，確保運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。d）火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x盡可能短，如火花塞居中布置，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x均等。2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院5）燃燒室形狀合理分布滿足速燃要求，一般將燃燒90%燃料的燃燒持續(xù)期控制在60CA之內(nèi)。考慮燃燒速率的變化率，使壓力升高速率不至過高（始燃放熱量多）。2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院但：過強(qiáng)的紊流運(yùn)動(dòng)會(huì)使熱損失增加，點(diǎn)火困難（如火花塞間隙內(nèi)擾動(dòng)過強(qiáng)，可能將火核吹熄），壓力上升速度過高。6）組織適當(dāng)?shù)奈闪鬟\(yùn)動(dòng)增大火焰?zhèn)鞑ニ俣?。冷卻末端未燃混合氣區(qū)。減少循環(huán)之間的燃燒變動(dòng)。減小熄火厚度，降低HC排放量。7）防止早燃和爆燃2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院燃燒室應(yīng)有最大的火焰前鋒面積、最小的面容比、最大的氣門尺寸，最佳的幾何形狀。能夠改善混合氣分布和均勻性。二、燃燒室的優(yōu)化：燃燒室的幾何形狀缸蓋和活塞頂形狀火花塞的位置燃燒室應(yīng)適當(dāng)?shù)慕M織氣體運(yùn)動(dòng)2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院三、典型燃燒室：按氣門布置分側(cè)置式（已淘汰）和頂置式燃燒室。1）楔形燃燒室：優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)較緊湊，火焰距離較短，散熱損失小，充氣效率較高。抗暴性強(qiáng)。經(jīng)濟(jì)性較好。缺點(diǎn)：混合氣過分集中于火花塞處，使初期燃燒率大，壓升率高，工作有些粗暴，而且燃燒溫度較高，NOx生成也較多。2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2）浴盆形燃燒室：優(yōu)點(diǎn)：浴盆形燃燒室面容比A/F較大，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x長(zhǎng)，故壓縮比不高，燃燒時(shí)間拖長(zhǎng)，

P/

小，熱效率低，發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)均不高，而且，HC排放量多，但NOX排放量較少。缺點(diǎn)：制造工藝性好，便于維修，過去主要應(yīng)用于載貨汽車和輕型車上。如東風(fēng)6100Q、北京吉普BJ212、普桑JV、奧迪100型026BJW型汽油機(jī)。2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院3）半球形燃燒室：優(yōu)點(diǎn)：

燃燒室內(nèi)混合氣的渦流較弱，容易在低速大負(fù)荷工況時(shí)引起爆燃。汽油機(jī)壓升率高，工作較粗暴，NOx排放也較高。缺點(diǎn)：

半球形燃燒室結(jié)構(gòu)緊湊，其面容比在各種燃燒室中是最小的?；鸹ㄈ懿贾迷谌紵抑醒搿⒒鹧?zhèn)鞑ヂ窂蕉?，燃燒速率高，熱損失小，汽油機(jī)高速動(dòng)力性最好。2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院4）碗形燃燒室：優(yōu)點(diǎn)：

對(duì)點(diǎn)火時(shí)刻要求較高。缺點(diǎn)：

緊湊，擠流效果好，壓縮比可高達(dá)11。面容比較大，散熱好。2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院常規(guī)汽油機(jī)的主要缺點(diǎn)：A、壓縮比低，熱效率低B、濃混合氣的比熱容比較低，熱效率低C、排放高特別是NOx排放比較高。D、混合氣的濃度影響火焰的傳播速度。四、稀薄燃燒及缸內(nèi)直噴式汽油機(jī)2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院(A)汽油機(jī)產(chǎn)生湍流的輔助燃燒室(TGP)1、均質(zhì)稀混合氣的燃燒室2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院在燃燒室中設(shè)置副室，并在噴孔部位配置火花塞(圖5—29)，混合氣被點(diǎn)燃后流入副室，在壓縮過程中，一邊對(duì)火花塞間隙進(jìn)行掃氣，一邊使混合氣產(chǎn)生適當(dāng)?shù)牧魉?。副室?nèi)的壓力隨著火焰?zhèn)鞑ザ?，然后噴入主燃燒室，產(chǎn)生湍流，促進(jìn)主燃燒室的燃燒。2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院

一種新型燃燒室,解決小型高速汽油機(jī)燃燒時(shí)間短、燃燒過程不充分的難題.它利用在活塞頂與缸蓋形狀相吻合的特殊突起,可在發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮和膨脹過程中產(chǎn)生強(qiáng)烈的擠氣旋流.將它應(yīng)用在高速汽油機(jī)中,可提高混合氣的燃燒速率和火焰?zhèn)鞑ニ俾?從而全面改善內(nèi)燃機(jī)的性能.實(shí)驗(yàn)研究表明,在空燃比和壓縮比優(yōu)化條件下使用該燃燒室,與原機(jī)相比發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率和轉(zhuǎn)矩分別提高了3.8%和1%,燃油消耗率節(jié)省19.3%,HC排放降低50%以上。2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院(B)雙火花塞燃燒室2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院圖5—32所示的燃燒室中，在離半球形中心的兩邊等距離處布置兩只火花塞(相距1/2直徑)，因而火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x接近縮短了1/2，從而可推遲最佳點(diǎn)火定時(shí)，提高了點(diǎn)火時(shí)的混合氣溫度和壓力，使著火性能改善，燃燒持續(xù)期縮短，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院

稀薄燃燒的基本思路：通過稀燃可以提高壓縮比和減少泵氣損失，從而能大幅度改善燃料的經(jīng)濟(jì)性。

采取的措施：為了能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的著火，和快速的火焰?zhèn)鞑?。采取的措施是高能點(diǎn)火，加強(qiáng)缸內(nèi)工質(zhì)運(yùn)動(dòng)和設(shè)計(jì)緊湊的燃燒室。

局限：僅限于部分負(fù)荷工況，全負(fù)荷不能保證動(dòng)力輸出。2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院

分層燃燒的基本思路：在火花塞附近形成濃混合氣易點(diǎn)燃，其它區(qū)域形成稀混合氣提高經(jīng)濟(jì)性和降低有害物排放。2、分層燃燒2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院

燃用過稀的、已進(jìn)入一般汽油機(jī)失火范圍的混合氣的主要困難是難以形成火核。若采用大能量點(diǎn)火，可以點(diǎn)燃較稀的混合氣，但當(dāng)混合氣過稀時(shí)，大能量的電火花雖可點(diǎn)火，出現(xiàn)火核，但在微小體積內(nèi)的燃料量太小，產(chǎn)生熱量過少，不足以聚集形成火焰而傳播。從而導(dǎo)致失火。但是只要一旦形成火焰，在火焰?zhèn)鞑ミ^程中，即使是相當(dāng)稀的混合氣，還是能夠正常燃燒的。2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院分層燃燒室A、美國德士古分層燃燒系統(tǒng)（TCCS)2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院TCCS系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）壓縮比可提高到12，功率可采用變質(zhì)調(diào)節(jié)，因此部分負(fù)荷時(shí)有較高的經(jīng)濟(jì)性能。（2）對(duì)燃料辛烷值不敏感，可以燃燒汽油、煤油、柴油，具有優(yōu)異的多種燃料性能。2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院缺點(diǎn)：（1）NOx的排放量高。（2）分層不好時(shí)，高負(fù)荷冒黑煙，低負(fù)荷因過量空氣系數(shù)過大，燃燒不好，HC排放量增加。（3）對(duì)加速、減速等過渡工況及周圍環(huán)境變化適應(yīng)性較差。（4）技術(shù)要求高，推廣有一定困難。2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院B、CVCC燃燒系統(tǒng)（CompoundVortexContrlledCombustion)它實(shí)際上是分區(qū)燃燒，有主、副燃燒室。向主燃燒室供較稀混合氣，副燃燒室供較濃混合氣，先點(diǎn)燃副燃燒室的混合氣，再由副燃燒室噴出的火焰點(diǎn)燃主燃燒室的稀混合氣。特點(diǎn)：主燃燒室不組織進(jìn)氣渦流，主副燃燒室之間的火焰孔面積大，燃燒速度低，過后燃燒嚴(yán)重。2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院C、軸向分層稀燃系統(tǒng)進(jìn)氣過程早期只有空氣進(jìn)入氣缸，進(jìn)氣組織較強(qiáng)的渦流，當(dāng)進(jìn)氣門開啟接近最大升程時(shí)，通過安裝在進(jìn)氣道上的噴油器將燃料對(duì)準(zhǔn)進(jìn)氣閥噴入缸內(nèi)，燃料在渦流的作用下，沿汽缸軸向產(chǎn)生上濃下稀分層。2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院D、滾流分層稀燃系統(tǒng)在進(jìn)氣道中設(shè)置兩塊薄的垂直隔板，使進(jìn)氣在汽缸內(nèi)形成三股獨(dú)立的滾流，外層的兩股渦流僅由空氣組成，中間的一股濃的混合氣，使燃料和空氣在壓縮過程維持分層，保證火花塞附近形成濃混合氣，向缸壁逐漸稀化。MVV：MitsubishiVerticalVortex2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院E、四氣門分層稀燃系統(tǒng)進(jìn)氣系統(tǒng)有一個(gè)切向進(jìn)氣道和一個(gè)中性進(jìn)氣道組成。雙束噴油，向兩個(gè)進(jìn)氣道噴油，由3控制渦流強(qiáng)度，當(dāng)3不完全開啟時(shí)，中性進(jìn)氣道內(nèi)濃混合氣，切向氣道稀混合氣，造成分層。2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院

3、典型缸內(nèi)直噴燃燒系統(tǒng)簡(jiǎn)介GDI：GasolineDirectInjection2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院A、福特缸內(nèi)直噴燃燒系統(tǒng)(PROCO)2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院1)由于直接噴射，使缸內(nèi)充量得到冷卻，可以使用較大的壓縮比。

2)與進(jìn)氣管單點(diǎn)噴射式汽油機(jī)相比，由于提高了燃油霧化質(zhì)量和降低了泵吸損失，低速時(shí)功率可增加5%~10%。

3)由于壓縮比的提高，部分負(fù)