汽车发动机原理汽油机混合气形成和燃烧.pptx
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1、第五章第五章 汽油机混合气形成和燃烧汽油机混合气形成和燃烧重点:正常与不正常燃烧过程及使用因重点:正常与不正常燃烧过程及使用因素的影响;燃烧室。素的影响;燃烧室。难点:不正常燃烧过程及影响因素。难点:不正常燃烧过程及影响因素。第第5章章 汽油机混合气的形成和燃汽油机混合气的形成和燃烧汽油机与柴油机相比主要有如下特点汽油机与柴油机相比主要有如下特点:汽油机汽油机 柴油机柴油机1 点燃式。点燃式。压燃式。压燃式。2 i影响小。影响小。i影响大。影响大。3 进入气缸的是混合气,进入气缸的是混合气,进入气缸的是新鲜空气,进入气缸的是新鲜空气,混合时间长。混合时间长。混合时间短。混合时间短。4 最高温度
2、高,热负荷大。最高温度高,热负荷大。最高压力高,机械负荷大。最高压力高,机械负荷大。5 压缩比低,压缩比低,=610。压缩比高,压缩比高,=1222。6 有爆燃问题。有爆燃问题。有工作粗暴问题。有工作粗暴问题。7 组织气流运动的目的是为了组织气流运动的目的是为了 组织气流运动的目的是为了组织气流运动的目的是为了 加速火焰传播,防止爆燃。加速火焰传播,防止爆燃。进燃油与空气更好地混合。进燃油与空气更好地混合。第一节第一节 汽油机混合气的形成汽油机混合气的形成 第第5章章 汽油机混合气的形成和燃汽油机混合气的形成和燃烧5.1 汽油机混合气的形成第第5章章 汽油机混合气的形成和燃汽油机混合气的形成和
3、燃烧5.1 汽油机混合气的形成第第5章章 汽油机混合气的形成和燃汽油机混合气的形成和燃烧5.1 汽油机混合气的形成第第5章章 汽油机混合气的形成和燃汽油机混合气的形成和燃烧一、混合气形成过程一、混合气形成过程(一一)化油器式化油器式1.喉口流速喉口流速 P 雾化效果雾化效果 2.节气门开度节气门开度 喉口真空度喉口真空度 ,进气管进气管真空度真空度 从从 到到 3.节气门开度一定节气门开度一定,n ,4.节气门开度节气门开度,n 蒸发性蒸发性 5.进气温度进气温度 蒸发性蒸发性 5.1 汽油机混合气的形成第第5章章 汽油机混合气的形成和燃汽油机混合气的形成和燃烧二、理想化油器特性与供油系校正二
4、、理想化油器特性与供油系校正(一)(一)理想化油器特性理想化油器特性 各种工况下满足最佳性能要求的理想混合比各种工况下满足最佳性能要求的理想混合比 试验试验结果。结果。1 影响因素影响因素(1)转速转速n 影响较小。影响较小。(2)负荷负荷 影响大。影响大。2 空燃比空燃比 5.1 汽油机混合气的形成第第5章章 汽油机混合气的形成和燃汽油机混合气的形成和燃烧 经济混合气经济混合气 A/F=17 功率混合气功率混合气 A/F=1214 怠速混合气怠速混合气 A/F=1012.4(1)常用工况常用工况 中等负中等负荷要求提供经济混合气。荷要求提供经济混合气。(2)负荷负荷 90%以及怠以及怠速速,
5、低速下低速下 加浓。加浓。5.1 汽油机混合气的形成第第5章章 汽油机混合气的形成和燃汽油机混合气的形成和燃烧(二)汽油喷射(二)汽油喷射1.化油器式发动机的不足之处化油器式发动机的不足之处:(1)部分负荷时节流损失大部分负荷时节流损失大(2)不可能在各种工况下均提供最佳混合比不可能在各种工况下均提供最佳混合比(3)对大气条件和环境适应性差对大气条件和环境适应性差(4)仅提供均质混合气仅提供均质混合气(5)油膜流动油膜流动 各缸混合气分配不均匀各缸混合气分配不均匀5.1 汽油机混合气的形成第第5章章 汽油机混合气的形成和燃汽油机混合气的形成和燃烧 2.汽油喷射系统的优点汽油喷射系统的优点 v汽
6、油喷射系统油量计量与控制的精度高汽油喷射系统油量计量与控制的精度高v v供油系统雾化质量好,改善了燃烧过程供油系统雾化质量好,改善了燃烧过程 v电控技术的应用有利于改善瞬态响应性能电控技术的应用有利于改善瞬态响应性能v v多点顺序喷射,改善了各缸分配的均匀性多点顺序喷射,改善了各缸分配的均匀性 v v取消了化油器喉管,提高了充气效率取消了化油器喉管,提高了充气效率 5.1 汽油机混合气的形成第第5章章 汽油机混合气的形成和燃汽油机混合气的形成和燃烧 3.分类分类(1)缸内喷射 喷嘴开启压力35 Mpa 进气过程上止之后3050 开始喷油。压缩冲程上止点 停止喷油。喷油持续近2冲程 火花点火,火
7、焰传播。5.1 汽油机混合气的形成第第5章章 汽油机混合气的形成和燃汽油机混合气的形成和燃烧v(2)进气管内喷射(1)单点喷射单点喷射 大喷咀位于节气门之前的化油器位置大喷咀位于节气门之前的化油器位置,安装空安装空气计量装置和电子控制喷油装置气计量装置和电子控制喷油装置,可以克服可以克服14的不足的不足,但但5仍存在。仍存在。(2)多点喷射多点喷射 小喷咀安装于各个进气歧管之中小喷咀安装于各个进气歧管之中,可克服可克服15的不足的不足,但结构复杂但结构复杂,成本高。成本高。5.1 汽油机混合气的形成第第5章章 汽油机混合气的形成和燃汽油机混合气的形成和燃烧第二节第二节 汽油机的燃烧过程汽油机的
8、燃烧过程第第5章章 汽油机混合气的形成和燃汽油机混合气的形成和燃烧 电火花点燃均匀的可燃混合气电火花点燃均匀的可燃混合气,形成火焰中心形成火焰中心,并且火焰从此中心按一定的速率并且火焰从此中心按一定的速率(一般为(一般为2060 m/s)连续地传播到整个燃烧室空间连续地传播到整个燃烧室空间,在此期间火焰传播速率在此期间火焰传播速率,火焰前锋形状均没有火焰前锋形状均没有急剧的变化急剧的变化,称之为正常燃烧。称之为正常燃烧。1.燃烧过程的分段燃烧过程的分段 正常燃烧分三个阶段正常燃烧分三个阶段。一、汽油机的正常燃烧一、汽油机的正常燃烧5.2 汽油机的燃烧过程第第5章章 汽油机混合气的形成和燃汽油机
9、混合气的形成和燃烧I 滞燃期滞燃期第第第第I I阶段称为着火阶段,阶段称为着火阶段,阶段称为着火阶段,阶段称为着火阶段,从电火花跳火从电火花跳火从电火花跳火从电火花跳火 形形形形成火焰中心。成火焰中心。成火焰中心。成火焰中心。1 1点以前为压缩过程点以前为压缩过程点以前为压缩过程点以前为压缩过程,缸内压力升高不大。缸内压力升高不大。缸内压力升高不大。缸内压力升高不大。1 1 火花塞跳火。火花塞跳火。火花塞跳火。火花塞跳火。2 2 缸内压力脱离压缸内压力脱离压缸内压力脱离压缸内压力脱离压缩线开始急骤增高。缩线开始急骤增高。缩线开始急骤增高。缩线开始急骤增高。点火提前角点火提前角点火提前角点火提前
10、角 1 1点点点点 上止点的曲轴转角。上止点的曲轴转角。上止点的曲轴转角。上止点的曲轴转角。II 急燃期急燃期III III 补燃期补燃期补燃期补燃期第II阶段23称为急燃期(明显燃烧期)这一阶段为燃烧过程的主要阶段。在此时间内,火焰迅速传遍整个燃烧室,混合气的绝大部分在此时期内完成燃烧(80%以上),燃料的热能绝大部分在此时间内放出。缸内压力、温度迅速升高,dp/d=0.20.4MPa/(CA代表工作粗暴的程度,它与火焰传播速率有关。工作粗暴,噪声。但 不正常燃烧趋势。气流运动 所以,在汽油机中,火焰传播速率是一个重要参数,它直接影响不正常燃烧的抑制,从而影响发动机的功率、效率和使用寿命。I
11、II34称补燃期(后燃期)称补燃期(后燃期)3点点 燃料基本燃烧完的燃料基本燃烧完的4点。点。3点过后点过后,燃烧速度下降燃烧速度下降,活塞下行活塞下行,使使p,在在3点过后的点过后的燃烧主要为:燃烧主要为:1 在火焰传播期火焰前锋在火焰传播期火焰前锋面没有燃烧掉的燃料继续燃烧。面没有燃烧掉的燃料继续燃烧。2 粘附在缸壁上的混合气粘附在缸壁上的混合气层继续燃烧。层继续燃烧。3 由于汽油机燃烧温度高由于汽油机燃烧温度高,高温分解严重。产生的高温分解严重。产生的,CO,在补燃期内在补燃期内,由于温度由于温度降低降低,重新燃烧生成重新燃烧生成,,,放出热量。放出热量。第第5章章 汽油机混合气的形成和
12、燃汽油机混合气的形成和燃烧v2.燃烧速度燃烧速度v定义定义:指单位时间内燃烧的混合气数量。指单位时间内燃烧的混合气数量。v式中:式中:m混合气的质量;混合气的质量;v AT火焰前锋面积;火焰前锋面积;v T未燃混合气密度;未燃混合气密度;v UT火焰传播速度。火焰传播速度。5.2 汽油机的燃烧过程第第5章章 汽油机混合气的形成和燃汽油机混合气的形成和燃烧燃烧速度影响因素燃烧速度影响因素v火焰速度火焰速度UT 气体的紊流运动气体的紊流运动 混合气成分混合气成分 混合气初始温度混合气初始温度 n 火焰前锋面积火焰前锋面积AT n 可燃混合气密度可燃混合气密度T 5.2 汽油机的燃烧过程第第5章章
13、汽油机混合气的形成和燃汽油机混合气的形成和燃烧5.2 汽油机的燃烧过程第第5章章 汽油机混合气的形成和燃汽油机混合气的形成和燃烧v3.不规则燃烧v1)循环间的燃烧变动)循环间的燃烧变动v产生原因:产生原因:气体运动的循环变动气体运动的循环变动混合气成分的变动,主要与点火过程(滞燃期)混合气成分的变动,主要与点火过程(滞燃期)有关。有关。v2)各缸间的燃烧差异)各缸间的燃烧差异5.2 汽油机的燃烧过程第第5章章 汽油机混合气的形成和燃汽油机混合气的形成和燃烧v二、汽油机的不正常燃烧二、汽油机的不正常燃烧v不正常燃烧v注意:爆燃和表面点火产生机理的差异、影响因素爆爆 燃燃表面点火表面点火 续续 走
14、走部分燃烧、失火及发动机部分燃烧、失火及发动机部分燃烧、失火及发动机部分燃烧、失火及发动机工作稳定性工作稳定性工作稳定性工作稳定性5.2 汽油机的燃烧过程第第5章章 汽油机混合气的形成和燃汽油机混合气的形成和燃烧v(一)(一)爆燃爆燃v1 爆燃现象:爆燃现象:vv 1)1)发出金属振音发出金属振音发出金属振音发出金属振音(敲缸敲缸敲缸敲缸)。vv 2)2)在轻微爆燃时,发动机功率略有增加;强烈在轻微爆燃时,发动机功率略有增加;强烈在轻微爆燃时,发动机功率略有增加;强烈在轻微爆燃时,发动机功率略有增加;强烈爆燃时,发动机功率下降,工作变得不稳定,转速爆燃时,发动机功率下降,工作变得不稳定,转速爆
15、燃时,发动机功率下降,工作变得不稳定,转速爆燃时,发动机功率下降,工作变得不稳定,转速下降,发动机有较大振动。下降,发动机有较大振动。下降,发动机有较大振动。下降,发动机有较大振动。vv 3)3)冷却系统过热冷却系统过热冷却系统过热冷却系统过热(冷却水、润滑油温度均上升冷却水、润滑油温度均上升冷却水、润滑油温度均上升冷却水、润滑油温度均上升)。vv 4)4)气缸盖温度上升。气缸盖温度上升。气缸盖温度上升。气缸盖温度上升。根据对发动机理想循环的分析根据对发动机理想循环的分析,我们知道我们知道 。但。但,则爆震倾向则爆震倾向,限制了限制了 的提高。的提高。5.2 汽油机的燃烧过程第第5章章 汽油机
16、混合气的形成和燃汽油机混合气的形成和燃烧v2 产生的原因产生的原因 终端混合气自燃终端混合气自燃v 电火花点火后电火花点火后,火焰以正常的传播速度火焰以正常的传播速度20 60 m 向前推进向前推进,未燃混合气受到强烈的压缩和热幅射。未燃混合气受到强烈的压缩和热幅射。处于最后燃烧位置上的那部分终燃混合气(处于最后燃烧位置上的那部分终燃混合气(End gas),由于热幅射作用由于热幅射作用,促使先期反应加速进行促使先期反应加速进行,并放出部分热量并放出部分热量,又使本身的温度不断升高又使本身的温度不断升高,以致在以致在正常火焰尚未到达时正常火焰尚未到达时,终端混合气最适于发火的部终端混合气最适于
17、发火的部位已经形成了一个或几个火焰中心。以远大于正常位已经形成了一个或几个火焰中心。以远大于正常燃烧火焰前锋面推进的速度向周围传播。燃烧火焰前锋面推进的速度向周围传播。因此,因此,汽汽汽汽油机的爆燃现象就是终端混合气的自燃现象。油机的爆燃现象就是终端混合气的自燃现象。油机的爆燃现象就是终端混合气的自燃现象。油机的爆燃现象就是终端混合气的自燃现象。v 轻微爆燃轻微爆燃 =100 300 m/s v 强烈爆燃强烈爆燃 =800 2000 m/s v若自燃区占整个燃烧室容积的若自燃区占整个燃烧室容积的5%,则为强烈爆燃。则为强烈爆燃。5.2 汽油机的燃烧过程第第5章章 汽油机混合气的形成和燃汽油机混
18、合气的形成和燃烧v3.示功图的比较v(1)正常燃烧与爆震燃烧的比较5.2 汽油机的燃烧过程第第5章章 汽油机混合气的形成和燃汽油机混合气的形成和燃烧v汽油机的爆燃现象就是终端混合气的自燃现汽油机的爆燃现象就是终端混合气的自燃现象象,它与柴油机的工作粗暴性它与柴油机的工作粗暴性,在燃烧本质上在燃烧本质上是一致的是一致的,均是可燃混合气均是可燃混合气自燃自燃的结果。但两的结果。但两者发生的部位不一致。者发生的部位不一致。v 柴油机工作粗暴柴油机工作粗暴 发生在急燃期的始点发生在急燃期的始点,v 汽油机的爆燃是汽油机的爆燃是 发生在急燃期的终点发生在急燃期的终点5.2 汽油机的燃烧过程第第5章章 汽
19、油机混合气的形成和燃汽油机混合气的形成和燃烧4.造成的危害造成的危害 爆燃出现后爆燃出现后,使正常规则的火焰前锋面发生急骤的扭使正常规则的火焰前锋面发生急骤的扭曲。曲。(1)压力脉冲压力脉冲噪声:压力脉冲在气缸壁面、活塞顶面及缸盖底面之间噪声:压力脉冲在气缸壁面、活塞顶面及缸盖底面之间来回反射来回反射,强迫气缸壁等零件振动而产生高频噪声强迫气缸壁等零件振动而产生高频噪声,其频率在其频率在5000 Hz 以上。以上。零件寿命零件寿命 爆燃使缸内压力增加爆燃使缸内压力增加,活塞活塞,气缸壁气缸壁,气缸盖等各零件气缸盖等各零件机械荷机械荷,若爆燃时间长若爆燃时间长,则零件寿命则零件寿命。压力脉冲破坏
20、了壁面上的层流边界层。压力脉冲破坏了壁面上的层流边界层。但层流边界层被破坏但层流边界层被破坏,使导热量使导热量,则则 热应力热应力 零件零件寿命寿命;热损失;热损失 热效率热效率;冷却水冷却水,机油温度机油温度 润滑润滑 零件磨损零件磨损5.2 汽油机的燃烧过程第第5章章 汽油机混合气的形成和燃汽油机混合气的形成和燃烧(2)高温分解高温分解 按提高循环热效率的热力学观点看按提高循环热效率的热力学观点看,爆燃接近于等爆燃接近于等容燃烧容燃烧,热利用好热利用好,是人们所希望的是人们所希望的,事实上也是如此事实上也是如此,当轻微爆燃当轻微爆燃,发动机的热效率可以有所提高发动机的热效率可以有所提高,平
21、均有平均有效压力亦有所增长。效压力亦有所增长。但在强烈爆燃时但在强烈爆燃时,会使局部温度会使局部温度,出现高温分解出现高温分解,生成生成CO,H2,O2,NO等等,严重时析出游离炭粒,这严重时析出游离炭粒,这就是爆震时可能排气冒烟的原因。使油耗就是爆震时可能排气冒烟的原因。使油耗,且热且热效率反而会下降。产生出的炭粒又会形成累积效率反而会下降。产生出的炭粒又会形成累积,破坏破坏活塞活塞,活塞环活塞环,火花塞和气阀的正常工作。爆燃还会火花塞和气阀的正常工作。爆燃还会促使表面点火的发生。促使表面点火的发生。5.2 汽油机的燃烧过程第第5章章 汽油机混合气的形成和燃汽油机混合气的形成和燃烧5影响爆燃
22、的因素影响爆燃的因素1)燃料品质:燃料品质:2)末端混合气的温度和压力。末端混合气的温度和压力。3)火焰传播到末端混和气的时间。火焰传播到末端混和气的时间。爆燃最容易在燃烧室中离开正常燃烧最远爆燃最容易在燃烧室中离开正常燃烧最远的地方以及具有高温的地方的地方以及具有高温的地方(如排气门和积碳如排气门和积碳处处)发生。爆燃发生前,正常燃烧的混合气数发生。爆燃发生前,正常燃烧的混合气数量越少,爆燃就在更大的容积内进行,爆燃量越少,爆燃就在更大的容积内进行,爆燃也就越强烈。也就越强烈。5.2 汽油机的燃烧过程第第5章章 汽油机混合气的形成和燃汽油机混合气的形成和燃烧 由于上述原因,由于上述原因,爆燃
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