汽车发动机原理课件,第七章 汽油机混合气的 形成和燃烧,目录,第一节 汽油机的燃烧过程 第二节 影响燃烧过程的因素 第三节 汽油机燃烧室,第一节 汽油机燃烧过程,燃烧过程：均匀混合气点燃火焰传播； 一、正常燃烧过程,1）正常燃烧过程的示功图分析： 根据缸内压力变化特点，分为三个时期 第I阶段：着火阶段，点火12点。 作用：形成火焰中心使火焰传播。 要求：尽可能短、稳定。,图7-1 汽油机的燃烧过程,第II阶段：明显燃烧期，从2点3点 特点： 火焰传遍整个燃烧室 火焰传播速度取决于： 层流火焰速度； 混合气紊流状态； 燃烧室形状。,压力急剧升高，用平均压力上升速度为： 明显燃烧期越短，燃烧越快(等容)，经济性动力性愈 好；但p/高噪声振动大，粗暴。,第三阶段：后燃期，3点4点，前阶段未燃分解物在膨胀过程中再次氧化的过程。 来源：缸壁附近，缝隙处，高温分解物等. 后燃越多，排温越高；热效率  要求：尽量减少。,2）火焰传播速率,1层流火焰传播速率VL： 指火焰前锋面相对未燃混合气的速度影响混合气的质量燃烧速率。,图7-2层流火焰与火焰前锋面形状的关系,质量燃烧速率定义：单位时间燃烧的混合气量，即,主要控制明显燃烧期。,特点： 大尺度湍流火焰前锋面扭曲，其面积；形成多个燃烧中心；扩大火焰前锋燃烧区厚度。 小尺度湍流加大火焰面中燃料分子与空气分子之间的相互渗透，加快湍流火焰传播速率。,2湍流火焰传播速率,湍流：由宏观涡流运动和无数个微小气团的无规则运动组成。,图7-3在不同湍流作用下的火焰前锋厚度,二、不规则燃烧,是描述汽油机在稳定运转的情况下，存在的各循环间的燃烧变动和各气缸间的燃烧差异。,图7-4 汽油机典型的气缸压力循环变化情况 a)稀混合气a=1.22,n=2000r/min,c=9,节气门全开, pi变动4.5%，pz变动28% b)浓混合气a=0.8,n=2000r/min,c=9,节气门全开, pi变动3.6%，pz变动10%,三、不正常燃烧,是指设计或控制不当，使汽油机偏离正常点火时间及地点，从而引发燃烧速度急剧上升，压力迅速增大等异常现象。,图7-5 正常燃烧与爆燃时P-t图和dp/dt图的比较 a)正常燃烧          b)爆燃,1.爆燃：火花塞点火后，末端气体的自燃 现象,原因：点火后，末端气体受火焰面热辐射、压缩，其压力温度，在火焰前锋到达之前自燃。 影响因素： 1) 燃料性质。 2) 末端混合气的温度和压力。 3）点火提前角。 4) 火焰前锋传播到末端混合气的时间。,2表面点火,不靠电火花点火而由燃烧室内炽热表面（如排气门头部、火花塞绝缘体或积碳等）点燃混合气的现象称为表面点火,图7-6 汽油机早燃示功图,早燃: 是指在火花塞点火之前，炽热表面点燃混合气的现象。 后燃: 是指发生在电火花点火后的表面点火，,3不正常燃烧的控制,改进燃烧室的形状设计; 改善燃烧室的冷却; 点火提前角推迟; 选用沸点低的汽油或成焦性小的润滑油.,第二节 影响燃烧过程的因素,一、混合气成分,图7-7 混合气成分对火焰传播的影响,（1）功率混合气,当   =0.850.95时，火焰传播速度最快，这种浓度的混合气将使发动机发出的功率最大，因此称为功率混合气。,（2）经济混合气 当=1.051.15时，火焰传播速度仍较快，混合气中的氧气完全能够使燃料充分燃烧，此时发动机的热效率最高 ，有效油耗率最低，因此称为经济混合气。 （3）过浓、过稀混合气 若混合气过稀，则由于火焰传播速度下降，容易使燃烧不稳定，补燃量增加，燃烧过程延续到排气冲程终了，由于此时进气阀已开启，高温废气可以点燃进气管内的新气，造成进气管回火。,二、点火提前角,图7-8 汽油机点火提前特性 a) 不同转速下调整  b) 不同负荷下调整,三、发动机转速,发动机转速增高时，混合气流经进气系统的流速会增大，活塞运动速度加快，压缩过程的挤气作用增强，使混合气的雾化和混合质量得到改善；燃烧速度加快，同时燃气与缸壁的接触时间缩短，传热损失减小,所以指示效率增加。当转速增加到某一值后，由于燃烧所占曲轴转角增加，燃烧不及时，汽油机的指示效率又下降,四、发动机负荷 当转速不变而负荷减小时，进入气缸内的新鲜混合气量减小，而残余废气量则基本上不变，这使残余废气所占的比例也相应增大，因为残余废气对燃烧反应起阻碍作用，使燃烧速度减慢。,图7-9 点火提前角不同时的p-图 1-6分别代表10、20、30、40、50、60点火提前角,五、冷却水温度,冷却水温度过高、过低都会影响混合气的燃烧和发动机的正常使用，一般应控制在8090（进口车为90100）范围内。,六、压缩比,提高压缩比，可以提高压缩行程终了工作介质的压力、温度，加快火焰传播的速度.国内载货汽车压缩比约为6.57.5，轿车为7.58.5，国外载货汽车压缩比约为79，轿车约为810，,第三节 汽油机燃烧室,一、汽油机对燃烧室的要求,1结构应紧凑,图7-10 几种燃烧室的F/V与HC排放,2具有高的充气效率 3火花塞位置安排得当 4燃烧室形状分布合理 5要适当冷却末端混合气 6.要形成适当的气体流动,图7-11 燃烧室容积分布对燃烧过程的影响,二、典型燃烧室及其性能对比,1浴盆形燃烧室,图7-12 浴盆形燃烧室,2楔形燃烧室,图7-13 楔形燃烧室,3半球形燃烧室,图7-14 半球形燃烧室,4多球形燃烧室,图7-15 多球形燃烧室,常规、非直喷稀燃和直喷稀燃三种燃烧方式的汽油机燃油经济性和排放特性的对比:,图7-16 不同燃烧方式的性能对比,三、汽油机稀薄燃烧系统,1均质稀混合气的燃烧室,TGP燃烧室,图7-17  TCP燃烧室 1-进气口 2-火花塞 3-紊流发生器 4-孔道 5-主燃烧室VM,双火花塞燃烧室,图7-20  双火花塞燃烧室示意图 （n=2400r/min,=15,排量：4缸，2000ml）,2分层燃烧燃烧室,TCCS系统,图7-21  德士古TCCS燃烧室 1、4、6-喷嘴2、5-火花塞3-空气流动方向7-挡板阀,CVCC燃烧系统,图7-22  CVCC燃烧系统 1-主燃烧室 2-火焰通道 3-副燃烧室 4-火花塞 5-辅助进气门 6-副进气道 7-主进气门,轴向分层稀燃系统,图7-23 轴向分层工作原理 a)进气过程早期 b)进气过程后期 c)压缩过程 1-活塞 2-气缸 3-火花塞 4-导气屏进气门 5-辅助进气门 6-副进气道 7-主进气门,滚流（纵涡）分层稀燃系统,图7-24 三菱纵涡流旋转系统 1-燃料喷射器 2-进气口隔板 3-翻滚控制活塞,四气门分层稀燃系统,图7-25 AVL四气门高压缩快速燃烧系统 1-切向进气道 2-中性进气道 3-涡流控制阀 4-双油束喷油器 5-双油束,3缸内直喷式稀薄燃烧方式,福特缸内直喷燃烧系统(PROCO),图7-26 福特缸内直喷燃烧系统,丰田D-4缸内直喷稀燃发动机,图7-27 丰田D-4缸内直喷燃烧系统示意图,三菱4G系列缸内直喷式稀薄燃烧,图7-28 三菱GDI燃烧系统,思考与练习：,1. 爆燃和早燃有什么区别？ 2何谓汽油机表面点火？防止表面点火的主要措施有哪些？ 3. 分析使用因素对汽油机燃烧过程的影响。 4.在汽油机上燃烧均质稀混合气有什么优点，它所面临的主要困难是什么？目前解决的途径有哪些？,结束,