第四章 汽油机混合气的形成与燃烧

第四章 汽油机混合气的形成与燃烧

§4-1 汽油机燃烧过程

1、汽油机 ①混合气均匀，在气缸外部形成混合气预混合时间长。 燃烧过程的特点： ②火花塞放电点火，可控制点火时间、地点、能量。

③传播式燃烧，燃烧速度和放热速率取决于火焰传播速度。

2、火焰传播速度U T ——单位时间内火焰前锋面相对未燃混合气向前推动的

距离。用U T 表示[m/s]。

3、燃烧速度U m ： 单位时间燃烧的混合气质量。

燃烧速度用U m 表示[kg/s].

U m =dt

dm =T T A U T ρ [kg/s]. 式中 T ρ——未燃混合气密度；

U T ——火焰传播速度；

T A ——火焰前锋面积。

一、汽油机正常燃烧：

定义：唯一地由火花塞点火且火焰前锋以特定的速度传遍整个燃烧室的过程。

（一）汽油机正常燃烧过程：

燃烧过程分为三个阶段： （Ⅰ）着火延迟期；

（Ⅱ）明显燃烧期；

（Ⅲ）后燃期。0

（Ⅰ）着火延迟期i τ（1-2点）：

从火花塞跳火?压力偏离压缩线（出现火焰，5％放热量）的时间或曲轴转角。。

作用：火花塞放电点燃混合气形成火焰核心（链引发）；

①两极电压达10～15Kv ；

②击穿电极间隙的混合气，造成电极间电流通过；

火花塞 ③电火花能量多在40～80m J ；

放电特性 ： ④局部温度可达3000K ，使电极附近的混合气立即点燃；

⑤形成火焰中心，火焰向四周传播；

⑥气缸压力脱离压缩线开始急剧上升。

特点：燃烧量小，压力升高不明显。

①燃料，辛烷值↑→i τ↑；

影响i τ ②缸内温度↓↑→i τ、压力↑↑→i τ；

长短的因素： ③混合气浓度（i τα,9.0~8.0=最短）；

④残余废气系数γ↑→i τ↑

⑤点火能量↓↑→i τ。

希望：尽量缩短i τ并保持稳定。

（Ⅱ）明显燃烧期（2-3点）：从火焰核心形成（开始燃烧）?max P （火焰传播到整个燃烧室）。

作用：迅速地把大部分燃料的化学能迅速转变为热能；

特点：是汽油机燃烧的主要时期，热量利用率高。明显燃烧期愈短，愈靠近上止点，汽油机经济性、动力性愈好。

要求：在压力升高率（平均压力升高率）不过高（0.175MPa －0.25MPa ）的前提下尽量缩短明显燃烧期（20-40°CA ）并靠近上止点（Pmax 在12-15°CA ）。

气缸内压力上升的程度，用平均压力升高率表示：

2

323???--=??p p p ， 式中23,p p —第二阶段终点3和起点2的压力； 23,??—第3和2相对上止点的曲轴转角。

一般明显燃烧期约占20CA ?～40CA ?曲轴

转角，燃烧最高压力m a x P 出现在上止点后

12CA ?～15CA ?曲轴转角，~175.0=???

p CA MPa ?/25.0为宜。 ?

??p 值过高，工作粗暴，机械负荷、热负荷增加对NOx 排放增加。

（Ⅲ）后燃期（3点以后），

定义：从压力最高点到燃料燃烧90%以上的时间或曲轴转角。

促使①火焰前锋后未及燃烧的燃料再燃烧；

作用： ②贴附在缸壁上未燃混合气层的部分燃烧；

③高温分解的燃烧产物（H 2、CO 等）重新氧化。

特点：燃烧速度慢，远离上止点，热量利用率低，。

希望：尽量减少后燃期。

（二）影响燃烧速度U m =dt

dm =T T A U T ρ的因素： （1）燃混合气密度T ρ：↑ε和↑P 进→T ρ↑→U m ↑。

（2）火焰传播速度U T ：控制U m 就能控制明显燃烧期的长短及相对曲轴转角的位置。一般在5000～8000r ／min ，燃烧时间极短，仅0.001～0.002s 。

*影响 U T 的因素：

①缸内紊流↑→U T ↑

紊流是有一定运动方向的涡流运动和无数

小气团的无规则脉动运动所组成，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，但宏观流动方向则是一致的。

紊流强度u ：各点速度的均方根值，

火焰速度比：紊流火焰速度与层流火焰速

度之比。

加强燃烧室的紊流尤其是微涡流运动，火

焰速度增加。

②混合气成分：

当α=0.85～0.95时，U m 最快，

e P

最大，称为功率混合比。

当α=l.03～1.l 时，氧气充足燃烧完全，汽油

机经济性最好，此混合比称为经济混

合比。

当 α＞1.3～1.4时，火焰难以传播，汽油机不

能工作，此种混合比称为火焰传播下限。

当α<0.4～0.5时，由于严重缺氧，使火焰不能

传播，这种混合比称为火焰传播上限。

注意，混合气火焰传播界限并非常数，

它是随条件而变化的，如混合气温度高，

点火能量大，气体紊流强等，火焰传播界

限就扩大；混合气中废气含量多，界限就

变窄。

③残余废气系数γ↑→U T ↓

④混合气初始温度：混合气初始温度高，

火焰速度增加。

（3）火焰前锋面积T A ：

利用燃烧室几何形状及其与火花塞位置的配合，可以改变不同时期

火焰前锋扫过的面积，以调整燃烧速度。图4-6为不同燃烧室火焰前锋面积变化的情况。它直接影响到明显燃烧期相当曲轴转角的位置及燃烧速度变化的情况，与压力上升密切相关。

（三）不规则燃烧：汽油机不规则燃烧是指在稳定正常运转的情况下

1. 各循环之间的燃烧变动;

2. 各气缸之间的燃烧差异。

1. 循环变动

工况一定各个循环的示功不同。

原因：①火花塞附近混合气的混合比； ②气体紊流性质、程度在各循环均有变动，致使火焰中心形成的时间不同，

即由有效着火时间变动而引起。

危害：

使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→ ↑e b ，↓P e ，不正常燃烧倾向增加，整个汽油机性能下降。

影响的因素： ①当α=0.8～0.9时循环燃烧变动最小；

②在中等负荷以上变动较小；

③加强紊流有助于减少变动，因此转速增加，一般变动减小；

④加大点火能量，采用多点点火，情况可有所改善；

⑤点火时刻和点火位置对燃烧变动很敏感。

2．各缸间燃烧差异

T

原因：主要是由于分配不均匀造成的

危害：整个汽油机功率下降，

耗油率上升；排放性能恶化。

影响的因素：

①分配不均匀

在进气管内存在着空

气、燃料蒸气、各种比例

的混合气、大小不一的雾化油

粒以及沉积在进气管壁上厚

薄不同的油膜，要想让它们均

匀分配到各个气缸是很困难

的。

②进气歧管的差别

各缸间进气重叠引起的干涉等现象，导致各缸进气量、进气速度以及气流的紊流状态等不能完全一致。

③α的影响

各缸混合气成分不同，使得各缸不可能在最佳调整状况下工作，即各缸不可能都处于经济混合气或功率混合气浓度。

④进气管的设计

进气系统所有零件的设计和安装位置都有关系，任何不对称和流动阻力不同的情况都会破坏均匀分配，其中影响最大的是进气管的设计。（四）燃烧室壁面的熄火作用：

在火焰传播过程中，即紧靠壁面附近的火焰不能传播的。

（1）原因：由链反应中断和冷缸壁使接近缸壁的一层气体冷却所造成。

（2）影响因素是：

①当α=1左右，熄火厚度最小，混合气加浓或减稀，此厚度均增加；

②负荷减小时，熄火厚度显著增加；

③燃烧室温度、压力提高，气缸紊流加强，熄火厚度均减小。

（3）危害：存在大量未燃烧的烃，排气中HC↑↑。

（4）解决措施：尽量减小熄火厚度及燃烧室的面容比F/V，以降低汽油机的HC排出量。

二、不正常燃烧

不正常燃烧可分爆燃和表面点火两类。

（一）爆燃

特征：气缸内发出特别尖锐的金属敲击声，亦称之敲缸。

（1）原因：处在最后燃烧位置上的那部分未燃混合气（常称末端混合气），受到压缩和辐射热的作用，加速了先期反应产生了自燃。压力冲击

波反复撞击缸壁。

（2）影响因素是：

1）燃料性质：辛烷值高的燃料，抗爆燃能力强。

2）末端混合气的压力、温度和压缩比

①末端混合气的压力和温度增高，则爆燃倾向增大。

②提高压缩比，则气缸内压力、温度升高，爆燃易发生；

③气缸盖、活塞的材料使用轻金属，由于其导热性好，末端混合气压

力、温度低，爆燃倾向小，可提高压缩比0.4～0.7单位。

3）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，都会减少火焰前锋传播到末端混合气的时间，这有利于避免爆燃。例如，气缸直径大时，火焰

传播距离增加，爆燃倾向增大，故没有很大缸径的汽油机。（3）危害

①严重时破坏缸壁表面的附面气膜和油膜，使传热增加，气缸盖和活塞顶温

度升高，冷却系过热，功率减少，耗油率增加，

②甚至造成活塞、气门烧坏，轴瓦破裂，火花塞绝缘体破裂，润滑油氧化成

胶质，活塞环粘在槽内。轻微敲缸时，发动机功率上升，油耗下降；严重时，可产生冷却水过热，功率下降，耗油率上升。

（二）表面点火----热点点火

由燃烧室内炽热表面（如排气门头部、火花塞绝缘体或零件表面炽热的沉积物等）点燃混合气的现象，统称表面点火。点火时刻是不可控制的，多发生在ε>9的汽油机上。

1.早燃是指在火花塞点火之前，炽热表面就点燃混合气的现象。

由于它提前点火而且热点表面比火花大，使燃烧速率快，气缸压力、温度增高，发动机工作粗暴，并且由于压缩功增大，向缸壁传热增加，致使功率下降，火花塞、活塞等零件过热。图4-11给出汽油机

早燃示功图情况。

早燃会诱发爆燃，爆燃又会让更多的炽热

表面温度升高，促使更剧烈的表面点火，两者

互相促进，危害可能更大。

2.后燃是指在火花塞点火之后，炽热表面或

受热辐射点燃混合气的现象。与爆燃不同，表

面点火一般是在正常火焰烧到之前由炽热物点

燃混合气所致，没有压力冲击波，“敲缸声”比较沉闷，主要是由活塞、连杆、曲轴等运动件受到冲击负荷产生振动而造成。各种燃烧示功图的比较如图所示。

凡是能促使燃烧室温度和压力升高以及促使积炭一等炽热点形成的一切条件，都能促成表面点火。

三、使用因素对燃烧的影响

分析方法：

最终要分析的性能为1、发动机性能：动力性（Pe ）、经济性（e η）、排放特

性（HC ：壁面淬熄及混合气过浓，NOx ：高温、富氧、作用时间，CO ：1<α时或不均匀时）；2、燃烧过程因素：点火提前角（正比与着火延迟期）、不规则燃烧、不正常燃烧、壁面淬熄等。

主要影响因素：燃烧速率（密度、T 、P 、紊流强度等）、点火提前角、T 、P 、混合气浓度等等。从初始条件入手，分析出对中间层因素的影响规律最终推导到性能即完全分析正确了。

1、混合气浓度α

当=α8~0.9时，U T 、Pz 、z T 、?

??p 、 Pe 均达最高值，且爆燃倾向↑。 当=αl.03~1.1时，燃烧完全，e b 最低。

最高温度+富裕空气→NOx ↑。

当α＜l 燃烧不完全→CO ↑。

e b ↓；

当α＜0．8及α>1.2时，U T ↓→燃烧不完全 HC ↑；

工作不稳定。

可见，在均质混合气燃烧中，混合气浓度对燃烧影响极大，必须严格控制。

2、点火提前角

点火提高角是从发出电火花到上止

点间的曲轴转角。其数值应视燃料性质、

转速、负荷、过量空气系数等很多因素

而定。

随辛烷值的增加点火提前角增加

随负荷（T、P）升高点火提前角减

小

随转速升高点火提前角增加。

当汽油机保持节气门开度、转速以及混合气浓度一定时，汽油机功率和耗油率随点火提前角改变而变化的关系称为点火提前角调整特性，如图4-14所示。

0.

图4-14 25Y－6100Q型汽油机的点火调整特性

3、转速(平均紊流强度增加，每循环时间缩短)

一般有m i n t -∝，m i n -∝1?，其中m<1。即随转速的升高以时间计的着火延

迟期缩短（紊流强度增加），但以曲轴转角计的着火延迟期增加（每°曲轴转角对应的时间正比与转速的负1次方）

n ↑→紊流↑，火焰速度大体与转速成正比增加（图4-16），因而以秒计的燃烧过程缩短，但由于循环时间亦缩短，一般燃烧过程相当的曲轴转角增加，应该相应加大点火提前角（图41-4a ）而装置离心调节点火提前器。转速增加时，火焰速度亦增加，爆燃倾向减小。

4、负荷（负荷增加－>T,P 增加，充气效率升高，残余废气系数下降）

当负荷↓→混合气数量↓→↑γ→混合气稀释程度↑→起火界限更窄，火焰速度↓燃烧恶化。

当负荷↓→气缸的（温度+压力）↓→爆燃的倾向↓。

5、大气状况

大气压力低，气缸充气量减少，则混合气变浓，另外，压缩压力低，着火延迟期长和火焰速度慢，则经济性和动力性下降，但爆燃倾向减小。

大气温度高，同样气缸充气量下降，经济性、动力性变差，而且容易发生爆燃和气阻。气阻是由于燃油蒸发而在供油系中形成气泡，减少甚至中断供油的现象。因此，在炎热地区行车时，应加强冷却系散热能力，用泵油量大的汽油泵。反之，在寒冷地区行车时，要加强进气系统的预热，增强火花能量等，以保证燃油雾化、点火及起动。

§4-2 汽油机混合气的形成

汽油机混合气形成的方式主要有两类：一类是化油器式，另一类是汽油喷射式。但它们都属于在气缸外部形成混合气，都是依靠控制节流阀开闭来调节混合气数量的。

一、化油器式混合气形成

1、机理

空气流过一定截面时由于速度的增加（动能增加）会产生真空（势能下降）从而将燃油吸出并与流动的空气混合、蒸发形成均质混合气。

2、两个真空度

喉口真空度（?Pn ，环境压力与喉口处的压力之差）和进气管真空度（?Pa ，环境压力与进气压力之差）随负荷（节气门开度、每循环进气量、pme 、Pe ‘n ＝C ’）的变化规律。如下图所示。

真空

度 ?Pn

?Pa

负荷

在小负荷时由于节气门开度很小其流通面积小于喉口面积，节气门处的节流作用大于喉口，因此进气管真空度（节气门后真空度）大于喉口。

随负荷的增加（节气门开大）喉口的面积小于节气门处的流通面积。因此喉口的真空度将逐步等于并大于进气管真空度。

3、简单化油器特性

由于随负荷的增加供油量的增加大于进气量的增加，使得空燃比随负荷逐渐减小（过量空气系数减小）混合气过浓。（见图4-21）

4、理想化油器特性

在进行供油系与汽油机配合试验的时候，需要有一个可供调试的依据，即所谓理想空燃比特性。这种理想空燃比特性就是在满足最佳性能要求的情况下，混合气成分随负荷（或充气流量）的变化关系（图4－36）。

具体地说，当汽油机在各种转速下以全负荷运行，即节气门全开时，应向汽缸提供适当加浓的功率混合气F

A =12－14。 当汽油机按中等负荷运行，即在节气门部分开度时，应有最好的经济性，适宜使用较稀的经济混合气。如图示，理想混合气随负荷增加而逐渐变稀，小负荷范围内变化较陡，随负荷加大变

化渐趋平缓，负荷超过50%以后，空燃比变化不大，这时，F

A =17左右。

当汽油机在怠速时，节气门

接近全闭，为了抵销废气对新鲜

充量稀释的影响，保证稳定运转，

需要提供更浓的混合气，

F A =10~12.4

2、匹配试验

燃料调整特性：在一定节气

门开度、一定转速和最佳点火提

前角下，发动机功率和燃油消耗率随燃料消耗量（或过量空气系数a ）而变化的曲线。做法；让发动机节气门开度和转速一定。调节化油器主量孔针阀或浮子室真空度以改变化油器的供油量，记录不同供油量时的燃油消耗量和发动机扭矩。根据所得的试验数据，作出燃料调整特性曲线()B =P f e 及()B =f b e 。图4－48为在某一转速下的燃料调整特性曲线。图a 表示在节气门开全时的调整特性，A 点表示在该转速下的最大功率，相应的混合气成分叫做功率混合气。B 点对应的是经济混合气。最佳调整时，并不一定在A 点，而选在最大功率（A 点）和最低油耗（B 点）之间。这是考虑到在大批量生产中性能的波动与大气条件的影响，应具备必要的裕度。此外。用途不同，考虑的裕度也不一样。例如，汽车常用工况不在最大功率，所以，功率混合气的调整可以稍浓一些，使最大功率有所提高；拖拉机常在满负荷下运行，此值的调整宜稍低。图b 为节气门部分开度时的调整特性。通常可以转变成该转速、某一开度下()B =f b e 的钩形曲线，作不同开度

的钩形曲线的包络线，即为该转速下的理想负荷特性。有了在该转速下的理想负荷特性，便可以选择若干组主量孔、空气量孔及喷嘴的开关时间。

5、从简单到理想的措施

主喷孔的泡沫管矫正，使得过量空气系数维持在1.03-1.1的经济混合气范围。

增设起动系、怠速系、加速系、加浓系等，满足理想化油器特性要求。

6、化油器式混合气形成的缺点

与电控系统相对

二、汽油喷射式混合气的形成

（一）系统简介

电控汽油喷射系统（Electronic Fuel Injection）是汽油机综合控制中最主要、最基本的部分。系统的基本构成见图4-35。

由①空气系统：计量并控制燃烧所必要的空气量。

②燃料系统；由电动汽油泵向各缸喷嘴及起动喷嘴压送具有一定压

力的燃油。

③控制系统：根据信号决定合适的喷射时间并使喷嘴动作。

（二）空气系统

空气系统用来计量

并控制燃烧所必要的空

气量。其中空气流量计

是进行空气量测量，并

将其转换为电信号的关

键部分；

空气阀是冷机起动

时，在节流阀全闭时起

快怠速作用；发动机的

负荷仍由节流阀的开度

调节。

常用空气流量传感器有

①叶片式；

②热线风速（或热膜）式；

③卡门涡街式。

作用：空气阀安装在与节流阀并联的旁通空气回路上，在发动机冷机起动而且节流阀全闭时，为加速暖机而开启旁通回路。

（三）燃料系统

燃料系统的主要部件是

①电动汽油泵；

②喷嘴；

③压力调节器。

电动汽油泵是将直流电动机与转子式（或叶轮式）汽油泵联成一体的结构。

电磁线圈通电的时间决定了喷油量的多少。

压力调节器的作用是使喷嘴的供油压力相对于进气管压力总是高出一个恒定值。保证喷嘴针阀两端的压差恒定，防止因进气管压力变化而引起喷油量变化。

多点喷射方式MPI（Multi Point Injection）：

喷射

单点喷射方式SPI（Sinsle Point Injection）。将喷嘴、压力调节器、

进出油路、空气阀、怠速控制阀（ISCV）、节流阀位置传感器等，

均集中于节流阀体，又称为“节流阀体喷射（TBI）”、或“中央

燃料喷射（CFI）”。同时喷射

分组喷射

（四）控制系统

1、系统的构成

控制系统的构成见图4-43。它由各类传感器、电器及电控单元（ECU）组成。

三、两种混合气形成方式的比较

汽油喷射系统的优点：

1）通电时间计算准确，油量、空气计量控制的精度高，修正因素多。

2）燃油正压喷射，雾化质量好，改善了燃烧过程，经济性好。

3）改善瞬态响应性能，实现反馈控制，整机加速性能及排放性能好。

4）采用多点顺序喷射，使各缸分配均匀性，避免燃油在进气管中沉积。

5）取消了化油器喉管，提高了充气效率，有利于改善整机动力性。

§4-4燃烧室

一、燃烧室设计要点

1、结构紧凑

主要以面容比（A／V）——燃烧室表面积与其容积之比来表征。

①火焰传播距离小，不易爆燃，可提高压缩比。

A／V值小：②相对散热损失小，热效率高。

③熄火面积小，HC排量少。

2、具有良好的充气性能

主要应考虑进气门、进气造的布置。应允许有较大的进气门直径或进气流通面积，适于多气门布置。进气流线短，转弯少，使混合气尽可能平直、光顺地流入燃烧室。

3、火花塞位置安排适当

①扫除火花塞周围残余废气性要好，使点燃性，低速稳定性好，循环变动小。

②火花塞尽量布置在使末端混合气受热少的位置，如排气门附近。

③应使由火花塞传播开的火焰面变化分配合理，确保运转平稳。

④火焰传播距离应尽可能短。

4、燃烧室形状合理分布

?p不致过高。

燃烧持续期控制在60o CA之内；?

?

5、组织适当的紊流运动

紊流运动：

①增大火焰传播速度；

②增大火焰速度后冷却末端混合气区。

③减少循环间的燃烧变动。

④减小熄火厚度，降低HC的排量。

但、紊流过强会使热损失增加，点火困难，压力上升速度过大。

紊流：进气涡流：它是利用进气口和进气道的形状，在进气过程中造成气

流绕气缸中心线的旋转运动。

压缩挤流：在接近压缩终点时，利用活塞顶部和缸盖底面之间的狭

小间隙S称挤气间隙），将混合气挤入主要燃烧室内，形成涡流。

挤流正好在上止点前达到最大，上止点后还有反挤流运动，因此，

增大挤流强度可以提高明显燃烧期火焰传播速度，缩短燃烧时间；而

且挤流不会引起充气效率降低，受负荷、转速影响较小，曾是汽油机

形成紊流的主要途径。

二、典型燃烧室分析

1、浴盆形燃烧室

燃烧室形状像一个椭圆

形浴盆，高度一致，宽度允许

略超出气缸范围，以加大气门

直径。要求气门头部外径与燃

烧室壁面之间保持6~8mm的

距离，避免壁面对气流的遮蔽

作用，故气门大小受到限制。

有一定的挤气面积。

优缺点：

①A／V较大，火焰传播

距离较长；故ε一般不高，燃

?p小，动力

烧时间拖长，?

?

性、经济性不高，HC排出量多而NOx较少。

制造工艺性好，便于维修，故曾经在载货汽车和轻型车上广泛应用。

2、楔形燃烧室

①燃烧室较紧凑，A／V较小，火焰传播距离较短；

②挤气面积大，末端混合气冷却作用较强，故ε可达9.5～10.5；初期m U大，

?p较高，工作粗暴，NOx↑。挤气面积内的熄火现象，废气中HC↑，故须?

?

控制挤气面积。

η好。经济性、

③气门倾斜布置（6～30o），气门直径较大，气道转弯小，

v

动力性好。

④火花塞在楔形高处，扫除火花塞附近的废气性好，低速、低负荷性能稳定。

由于楔形燃烧室进、排气门只能单行排列，采用多气门机构困难，故近年来高性能轿车汽油机上较少应用。

3、多球形燃烧室（或称屋脊形燃烧室）

火花塞多布置在中央，具有双行倾斜排列的气门，如图4－60所示。在双气门（一进一排）发动机上，此种燃烧室常称为半球形燃烧室；

①结构紧凑，A／V值小，火焰传播距离短；

η好，动力性、经济性好，

②容许较大的气门直径和平直圆滑的进气通道

v

③不组织挤流，紊流较弱HC↓；容易在低速、大负荷时引起爆燃。

?p部大，工作粗暴，噪声较大。

④火花塞附近的容积较大，使?

?

在多气门（每缸三、四或五个气门）发动机上均采用多球形燃烧室，以能充分利用燃烧室表面积布置气门。两行气门间的夹角小，燃烧室比较紧凑，但气门头部直径较小，进、然气道弯曲度大。一般燃烧室不组织挤流或有很小的挤流，为解决中、低速燃烧问题，有时利用两进气道形状不同而在缸内产生涡流，以改善燃烧。

三、采用均质稀混合气的燃烧室

常现汽油机，特别是用三元催化反应器的汽油机，过量空气系数必须控制在α=1左右，从而限制其性能进一步提高。增大过量空气系数，使用稀薄混合气工作，可以提高压缩比，增大约热指数K值，保证燃料完全燃烧，所以是提高汽油机经济性，降低排气污染的有效方法。

目前采取的主要措施是增强紊流，缩短火焰传播距离，依次多点喷射等，以加速燃烧。现介绍如下几种。

1、火球高压缩比燃烧室

如图4-61所示，

特点：①结构紧凑；②挤气紊流较强；③可以形成反挤流运动；

U大大提

m

高。压缩比从8.5提高到16，一般可达13～14，有与一般汽油机相同的比较，可见燃烧稀薄均匀混合气，空燃比达到过26，最经济的空燃比为19。

但它必须使用高辛烷值汽油，对缸内积炭比较敏感，需要严格控制压缩比、混合气浓度和点火定时，并应有爆震反馈系统来控制爆震发生。

2、碗形燃烧室

如图4-63所示，

特点：①结构紧凑；②挤气紊流较强；火焰传播距离短，

挤气面积大，紊流强，火花塞位于凹坑内。压缩比从9提

高到13，最经济的空燃比为21.5，可以在A／F=16～22.5

的范围内运行。由于压缩提高和挤流增加，使滞燃期明显缩

短，火焰传播速度增加，因而采用推迟点火（上止点前～6。），

这也使爆燃不易产生，并有利于稀混合气着火。HRCC燃烧

室的燃油经济性明显提高排污降低。

碗形燃烧室已在波尔舍轿车发动机上得到应用，TOP

924汽油机 =12.5，与普通型比较，油耗降低10％～12％。

3、四气门稀燃系统

高性能轿车汽油机大多采用每缸四个气门，在其上进一步发展稀混合气燃烧，以降低油耗的排气污染，这是很有前途的发展方向。

典型的稀燃系统原理如图4-65所示。两个进气道分别通向两个进气门，一个是平滑的直进气道，其上装有控制进气的控制阀，另一个是产生涡流的涡流进气道。

在部分负荷工作时，控制阀关闭直进气道，进气只通过涡流进气道，高速涡流促使喷火的燃料细化与混合，且一部分气体高速流经连接通道进入直气道，使其中的燃油雾化，从而保证低负荷时气流的高速运动及均匀混合气的形成，加速了燃烧。

在高负荷时。打开控制阀，两进气道同时进气，由于油束雾化好再加上涡流

作用，亦可改善高负荷时混合气的形成和燃烧。

为了充分利用稀燃界限，发动机应尽可能接近稀燃极限运行，因此必须装置检测稀燃界限的传感器。传感器种类很多，例如装燃烧压力传感器，精确检测燃烧压力的变动，然后调节各缸供油量，使空燃比接近稀燃界限，这常称为稀燃极限控制。

四、分层给气式燃烧室（缸内喷射）

（一）分层给气燃烧

汽油是挥发性好而较难自燃的燃料，汽油机一直采用均质混合气并用外源点燃的燃烧方式，如前面所述。这样就存在两个问题：

1、工作时混合气浓度范围窄，α=0.6～l.2（A／F=9～18），并且常在α＜1的浓混合气下工作，必然使汽油机经济性差，并生成大量CO。

2、理论和实践都已证明，提高压缩比是提高汽油机热效率最有效的办法，但受到不正常燃烧和排气污染的限制。目前汽油机的有效热效率远不如柴油机。

为了解决汽油机经济性和排气污染问题，提出了新的燃烧方式——分层给气燃烧。

分层给气燃烧的基本原则是：

1、由量调节改成质调节，总的空燃比A／F可以很大。

2、混合气在气缸中分层，在火花塞附近为浓混合气，A／F=12～14，保证在火花塞附近形成稳定的着火核心，并由此向可燃混合气传播火焰。

根据试验，在两个试管内分别充入A／F＞18的混合气，在分层充气的管内，其燃烧速度比均匀充气的管高出两倍，最后燃烧部分混合气的A／F达60时还可以引燃。因此，汽油机分层给气燃烧采用的是稀薄的不均匀混合气，由外源点燃的燃烧方式。其特点为：

1、低负荷时不需使用过浓的混合气，从而改善了低负荷时的经济性，并减少了CO及HC的排放量。

2、如果用缸内喷射，可使满负荷时混合气的自燃可能性小，因而可提高压缩比。

3、对燃料要求可以降低。

从理论上分析，分层给气燃烧是有

一定发展潜力的燃烧方式。

（二）分层给气燃烧室

按照燃烧室形式，分层给气可分成

统一式燃烧室和具有副定式燃烧室两

类。下面介绍三个典型例子。

1、美德士古燃烧系统（Texaco

controlled combustion Process）TCCS

燃烧室它是汽油喷射统一式的类型，如

图4-67所示。气流经螺旋气道或由导气

屏导向进入气缸，形成强烈的进气涡流

运动。在压缩上止点前30o曲轴转角左右通过喷嘴（也可用柴油机常规单孔喷嘴），喷油压力大约为2000kPa左右，将燃油顺气流喷火燃烧室，燃油随着气流流动，首先油束外表面的小油粒在喷油后很快蒸发形成可燃混合气。火花塞位于油束下方的一个边缘，这样它正处于较浓混合气的附近容易着火的位置。着火后火焰及

燃气随气流扩展，燃烧散混合气被空气涡流带离火花塞和喷嘴，新鲜空气又被涡流带到燃油喷射区域。这种燃烧系统并不一定利用气缸中的全部空气，小负荷时，燃烧产物扩展区域并不大，随负荷增加，喷油持续期延长，燃烧产物的区域也随之扩展。因此，它的总空燃比可达100。

TCCS燃烧室的压缩比可以提高到12，使用稀薄混合气，低负荷经济性好，使用油耗比一般汽油机可低30％，对辛烧值不敏感，适应多种燃料。由于总空燃比大，CO排出量少，高负荷时HC亦少。但由于初期燃烧是在较浓的局部混合气中进行，燃烧快，温升率大，NOx排放量较高，而且在分层不好时、高负荷时会排出碳烟，低负荷时造成混合气过稀，HC排放量较多。TCCS燃烧室要想使空气涡流运动、喷射、点火等满足所有负荷和转速尚有困难，对加速、减速等过渡工况的要求及对周围条件的适应亦不够理想。

统一式分层给气燃烧室对排气污染和降低油耗都能收到较好的效果，但技术要求高，稳定分层给气不易，适应变工况能力差，目前实用还有一定困难。

2、本田公司的CVCC燃烧系统

如图4-69所示，燃烧室分成立燃室和副燃室两部分，副室内装有辅助过气门和火花塞，该进气门与主进气门分开驱动。副室有5个火焰通孔与生室相通。工作时向副室供给少量浓混合气，在点火瞬时，A／F=12.5～13.5。向主室供给稀混合气，A／F=20～21.5，通过火焰扎进行适当混合，在副室内和在火焰孔附近形成较浓的中间混合气层，从而使混合气可靠地着火，并从火焰孔喷出火焰，点燃主室可燃混合气。

由于是火焰点火燃烧稀混合气，燃烧室内又无强烈紊流，因此燃烧缓慢，在膨胀过程尚有明显的燃烧，使燃烧温度较低，最高温度仅1220C，减少NOx的形成，其NOx排放量只有一般汽油机的1／3，同时排温高，排气中剩余氧气较多，所以CVCC排气管有意做成双层大容积，起热反应器作用，进一步氧化排气中的HC和CO。正因为CVCC着眼于解决排气污染，故其排放性能很好。

3、轴向分层燃烧

轴向分层燃烧是指：对进气管喷射汽油时，只要将喷油定时和空气涡流运动巧妙地配合，就可能实现气缸内混合气的轴向分层，如图4-71所示。进气过程早期只有空气进入气缸，进气组织较强的涡流；当进气门开启接近最大升程时，将燃料喷火进气道；燃料在涡流的作用下，沿气缸轴向便能发生分层。若涡流运动的径向分量比轴向分量强，则在压缩过程就能维持这种轴向分层，在火花塞附近一层有较浓的混合气，而其余部分混合气较稀。

轴向分层在四气门汽油机上应用较好，有的是只用一个气道产生强烈涡流，也有的是两个气道均形成涡流。例如三菱公司发展一种纵涡流旋转的发动机（图4-72），在进气道中设置一薄薄的垂直隔板，它一直延伸到进气口中心部位，控制进入气缸的气流，气流在气缸内部产生三股独立翻滚的涡流。外层的两股涡流仅由空气组成，中间的一股是浓空燃比混合物，这样强的空气和燃料线型气流，大大抑制了水平涡流的形成，同时防止它们彼此混合，使燃料和空气在压缩过程维持分层，保证火花塞附近形成浓混合气，向缸壁逐渐稀化。

第五章1汽油机燃烧及燃烧室

第五章1 汽油机燃烧及燃烧室 一、选择题（48分） 1.进气过程中形成的绕垂直于气缸轴线旋转的有组织的气流运动称为（） A. 涡流 B. 挤流 C. 湍流 D.滚流 2.下列燃烧现象中属于汽油机不规则燃烧的是（） A.爆燃 B.表面点火 C.循环变动 D.早燃 3.当过量空气系数为（）时，燃烧温度最高，火焰传播速度最大，有效功率最高。 A.0.4~0.8 B.0.8~0.9 C.1.05~1.15 D.1.2~1.5 4.汽油机早燃的原因是混合气（） A.自燃 B.被火花塞点燃 C. 被帜热表面点燃 D.被废气点燃 5.汽油机燃烧特点中包括（） A.有时缺氧 B.空气过量 C. 扩散燃烧 D.喷雾燃烧 6.汽油机的火焰速度是指（） A.锋面速度 B.点火速度 C.燃烧速度 D.气流速度 二.问答题（52分） 1.汽油机燃烧过程分为哪几个阶段？每个阶段有何特点？（18分） 2.汽油机为何要点火提前角？说明转速和负荷对点火提前角的影响？（18分） 3.分析汽油机爆燃的机理？影响爆燃的因素有哪些？（16分） 1.D 2.C 3.B 4.C 5.A 6.A 第五章2 柴油机燃烧及燃烧室 一选择题：（每题8分，共48分） 1.柴油机的燃烧方式包括（｝ A.层流火焰传播 B. 紊流火焰传播 C. 扩散燃烧 D.不规则燃烧 2.为了衡量发动机工作的平稳性，用（)作为速燃期的重要评价指标。 A.温度升高率 B.压力升高率 C.最高温度 D.最高压力 3.合适的柴油机放热规律是（） A.燃烧先缓后急，开始放热要适中，随后燃烧要快，使燃烧尽量接近上止点附近燃烧 B.燃烧先急后缓，开始要燃烧快，随后要放热适中，使燃烧尽量在下止点附近燃烧 C.燃烧要一直平缓，满足运转柔和性的要求 D.燃烧要一直平缓，满足经济运转的要求 4.供油提前角过大对柴油机性能的影响有（） A.柴油机排气温度升高 B.热效率下降 C.柴油机工作粗暴 D.柴油机工作柔和 5.下列四种燃烧室中对喷射系统要求最高的是（） A.浅盆型燃烧室 B.深坑型燃烧室 C.涡流室式燃烧室 D.预燃室式燃烧室 6.球形油膜燃烧室属于柴油机（）燃烧室、 A.涡流室式燃烧室 B.预燃室式燃烧室 C.间接喷射式 D.直接喷射式 二问答题： 1.柴油机的燃烧过程分为哪几个阶段？重点控制哪个过程？产生噪声的原因及解决办法？（20分） 2.分析柴油机冷起动困难的原因？如何改善冷起动？（16分） 3.什么是HCCI?分析HCCI技术的特点及目前存在的问题？（16分）

汽车发动机原理第4章 练习题

第4章练习题 一、解释术语 1、不规则燃烧 2、点火提前角 3、空燃比 二、选择题 1．提高汽油机的压缩比，要相应提高所使用汽油的（） A、热值 B、点火能量 C、辛烷值 D、馏程 2．汽油机的燃烧过程是（） A、温度传播过程 B、压力传播过程 C、热量传播过程 D、火焰传播过程 3、汽油机混合气形成过程中，燃料（）、燃料蒸汽与空气之间的扩散同步进行。 A、喷射 B、雾化 C、蒸发 D、混合 4、下面列出的（）属于汽油机的燃烧特点。 A、空气过量 B、有时缺氧 C、扩散燃烧 D、混合气不均匀 5、汽油机爆震燃烧的根本原因是远端混合气（） A、自燃 B、被火花塞点燃 C、火焰传播不到 D、被压缩 6、汽油机的火焰速度是（） A、燃烧速度 B、火焰锋面移动速度 C、扩散速度 D、气流运动速度 7、提高压缩比使汽油机的爆震倾向加大，为此，可采取（）的措施。 A、减小喷油提前角 B、减小点火提前角 C、加大喷油提前角 D、加大点火提前角 三、填空题 1、根据汽油机燃烧过程中气缸压力变化的特点，可以将汽油机燃烧过程分为、和三个阶段。 2、汽油机混合气的形成方式可以分为和两种。 3、压缩比是发动机热效率的重要因素。但高压缩比会给汽油机增加的趋 势。

4、对液态燃料，其混合气形成过程包括两个基本阶段： 和。 5、燃油的雾化是指燃油喷入_________________后被粉碎分散为细小液滴的过程。 6、发动机转速增加时，应该相应地____________点火提前角。 7、在汽油机上调节负荷是通过改变节气门开度来调节进入气缸_______________的多 少。 四、简答题 1、P—φ图上画出汽油机正常燃烧，爆震燃烧和早燃的示功图，并简要说明它们的区别？ 2. 用示功图说明汽油机点火提前角过大、过小，对燃烧过程和发动机性能的影响。 3. 汽油机燃烧室组织适当的紊流运动的作用有哪些？

PFI汽油机混合气形成的三维数值模拟

哈尔滨。２００６年９月中国内燃机学会第四届青年学术年会论文集１８９ 体中蒸发。因此，气相流是一种两单元系统，即 蒸汽和无凝结气体．但每种单元可以由不同成分 混合气组成。引入当地表面热流量寸｜和蒸发质量 通量ｋ，依据液滴表面均匀一致性假设，质量通 量控制方程可以表示为： 盟：Ｏ盖 ｄｔ’吼 于是，液滴的能量方程可以表示为： ｍｄｃｐｄ鲁＝∞“扫 喷雾蒸发模型采用单液滴蒸发试验１５］的试验 来验证。计算时采用建立特定的试验条件下：喷 嘴出口的异辛烷粒子直径蕊＝０．２１６ｌｌｌｍ，出口速度 为ｕ＝６．７７ｍ／ｓ，环境压力０．３ＭＰａ，环境温度为 ３７３Ｋ。 Ｔ㈦ 图Ｉ蒸发速率的模拟值与试验值的对比 １．２油膜蒸发模型 油膜的蒸发模型，假设油膜总是处于平衡状态，即物理和热力学性质一直处于平衡状态，没有过热液体模型。在油膜表面采用饱和条件。蒸发从机理上可以用Ｆｉｃｋ的扩散定律来描述。 ∥：一ｆ监±驯堡 Ｌ１一ｃ『Ｊ印 从式中可以看出．蒸发速率受浓度梯度（０ｃ／ａｙ），温度（与温度相关的特性参数ｃ．和Ｄ１，）以及湍流扩散过程（湍流扩散系数Ｄｆ）的影响。 为了验证油膜蒸发模型，采用定容燃烧弹内的压力测量试验Ｍ。将压力测量曲线与模拟曲线相比较。从压力测量曲线可以看出，在喷油的瞬间，燃烧弹内的压力突降，然后随着汽油的慢慢蒸发，压力慢慢升高，逐渐稳定在一个更高的压力值。可以看出，试验曲线与理论预测的变化趋势一致，而最终的压力上升幅度与理论预测的３１９Ｐａ也符台的很好。 ２ ：㈣ ■ 时阿艟 图２压力模拟曲线与测量曲线的比较 ２三维建模 基于一台实际四气门ＰＦＩ汽油机的进气道进行三维建模。由于排气过程不是本文研究的重点，仅将进气道和气缸作为研究对象。利用ＦＩＲＥ软件生成整个混合气形成过程的三维动网格，如图３所示。移动网格规模达３５．４万，全局网格单元尺 （ｂ） 图３带进气道的移动网格 （Ｂ）气阀间隙处的网格局部细化；（ｂ）进气一气缸网格

汽油机燃烧室的设计原则

汽油机燃烧室的设计及发展 2094021519 李杏梅农机专业摘要： 本文介绍了燃烧室的设计要求，并对每一个设计原则进行了详细的论述，提出了几种新型典型燃烧室如火球高压缩比燃烧室、美国德士古燃烧系统tccs燃烧室、本田cvcc燃烧系统，并分析了他们各自的优缺点。 关键词： 发动机燃烧室压缩 引言： 对于一辆装配完成的汽车，燃料在发动机气缸中发出的总热量其中只有约20%—45%转化为有效功，因此提高燃料利用率对于目前全球资源短缺，油价不断上涨，资源竞争激烈有很大的缓解作用。而燃烧室作为发动机的主要部件，改进燃烧室设计无论是对于提高发动机动力性，燃油经济性都有很大的帮助。 一、燃烧室设计原则 汽油机燃烧室的设计对发动机动力性、经济性、工作稳定性及排放特性有很大影响，为此，燃烧室的设计应满足以下要求。 （一）结构尽量紧凑 用燃烧室的面容比—燃烧室表面积与其容积之比来表征燃烧室的紧凑性。面容比小，燃烧室结构紧凑，从而使火焰传播距离短，燃烧可在短时间内完成、使爆燃倾向减小，还可以提高发动机压缩比。同时，由于单位体积的表面积较小，相对散热面积小，热损失减小， 发动机热效率高，面容比小，使缸壁激冷区减小，HC排放量减少。燃烧室面容比大小取决 于气缸直径与然烧室的形状，在采用小燃烧室情况下，为减少单位体积的表面积，多用半球形燃烧室。 （二）火花塞位置适当 火花塞位置不同，火焰传播距离和燃烧速度的变化率也不同，从而影响汽油机的工作性能，为此，确定火花塞位置时，应考虑以下几个方面： 1）应使火焰传播距离短，如火花塞布置在燃烧室中央。 2）使末端气体受热减少，如火花塞布置在排气门附近。 3）减少各循环之间的燃烧变动，保证暖机和低速稳定性好，如火花塞布置在进、排气门之 间，便于利用新鲜混合气扫除火花塞周围的残余废气，使混合气易于点燃，同时应控制气流的强度，避免吹散火花。 4）确保发动机运转平稳，火花塞的位置应能使从火花塞传播开的火焰面逐渐扩大。 （三）燃烧室形状合理分布 燃烧室的容积分布情况反映了混合气体的分布情况。与火花塞位置相配合，决定了燃烧的放热规律、火焰燃烧到边缘可燃混合气的距离，从而影响发动机的抗爆性，工作粗暴型，性，经济性，压力上升速度及工作稳定性等。如：当圆链形燃烧室在其底部点火时，燃烧速率先快后慢，楔形燃烧室与此类似，在圆链形燃烧室顶部点火时，燃烧速率先慢后快，圆柱形的

发动机原理——第四章-汽油机混合气形成和燃烧..

第四章 汽油机混合气形成和燃烧 汽油机与柴油机相比主要有如下特点: 汽油机 柴油机 1 点燃式。 压燃式。 2 τi 影响小。 τi 影响大。 3 进入汽缸的是混合气，混合时间长。 进入汽缸的是新鲜空气，混合时间短。 4 T max 高，热负荷大。 p max 高，机械负荷大。 5 压缩比低，ε = 6～10。 压缩比高，ε = 12～22。 6 有爆燃问题。 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 加速火焰传播，防止爆燃。 促进燃油与空气更好地混合。 §4-1 汽油机混合气形成 一、混合气形成过程 1 喉口流速↑ → P ↓ → 雾化效果↑ 2 节气门开度↑ → 喉口真空度?p n ↑, 进气管真空度?p i ↓ → 从 ??p p n i <到??p p n i > 3. 节气门开度一定, n ↑ →

?p n ↑, ?p i ↑ 4. 节气门开度↓，n ↑ → ?p n ↑ → 蒸发性↑ 进气温度↑ → 蒸发性↑ 二、理想化油器特性与供油系校正 （一） 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 — 试验结果。 1 影响因素 （1） 转速n — 影响较小。 （2） 负荷 — 影响大。 2 空燃比A F /=空气质量 燃料质量 经济混合气 A / F = 17 功率混合气 A / F = 12～14 怠速混合气 A / F = 10～12.4 （1） 常用工况 — 中等负荷要求提供经济混合气。 （2） 负荷 > 90% 以及怠速, 低速下 — 加浓。 （二） 简单化油器特性 单纯依靠喉口真空度? p n 决定供油量的化油器。 节气门开度变化 → A/F 变化 ?p n ↑ → A/F ↓ — 混合气浓 与理想化油器有差异, 不能满足 汽油机要求。 （三） 主供油系校正

4-4第四节 混合气的形成和燃烧

第四节混合气的形成和燃烧 在柴油机中燃油经过喷油器，以很高的压力喷入气缸，与气缸中的压缩空气混合，自行发火并燃烧。由于时间有限，要保证后续的燃烧完善，必须有一套完好的喷油设备，及与之配合的燃烧室。有些柴油机的燃烧必须有适当的空气运动，这就要求燃油雾化、空气运动及燃烧室这三要素之间有良好的配合。 一、燃油的雾化 燃油自喷油器喷孔中在高压下以高速（可达200m/s）喷出，被雾化成很微小的细粒，其直径从5μm到250μm不等。较大油粒在运动中根据空气压力和燃油表面张力及粘度之间的平衡，还可进一步分裂为微细的颗粒，这些油粒具有一定的贯穿力，使它们能够均匀地分布在燃烧室中。即燃油雾化靠的是（1）紊流，（2）空气分子的撞击、摩擦。燃油雾化成无数的细微油滴，增加了表面面积，加速了从空气中的吸热过程和油滴的气化过程，加快了燃烧和能量转化，对提高柴油机性能有极大的帮助。 1．油雾的形成 油束参数及周围空气情况如图4-4-1所示。 喷油初期，喷注前锋首先依靠自己的惯性力，然后依靠后续喷注对它的推进而向前飞驰。根据喷射过程的压力变化，初始喷注的速度并不是最高速度，而在最大喷射压力时，喷口处的喷注速度才是最高喷速。喷注在最高喷速下以最大的惯性力推动先头喷注前进。 喷油后期，缸内压力升高，而喷油压力却迅速下降。这时喷孔两端的压力差迅速减小。喷注尾部的速度低于其前面的喷注速度。 喷注前锋部分，实际上是不断补充和更新的。因为最早进入缸内的喷注，受迎面空气阻力最早也最大，同时受热时间也最长，因而气化也最早。 供油停止后，喷注失去了后续部分，Array由于喷孔两端压力差和喷速均较小，因而 向径向扩展较慢，密度较大，不易雾化和 汽化。此阶段的液相油注是最后参加燃烧 的燃油，其热效率较差，容易在高温中裂 解成碳烟。 喷注的前锋高速飞驰时，其后会形成 低压区。因而出现引射效应和四周空气补 充入内的卷吸效应。燃油的引射效应和空 气的卷吸效应对喷注的撕裂、破碎和雾化 起着加速和促进作用。 每束油注在燃烧室中的空间分布，形 成一个由许多油粒组成、外形与圆锥体相 图4-4-1 油束参数及周围空气情况 似的油束，如图4-4-1所示。在油束中间部 分油粒密集、直径大，称油雾核区；而外

汽油机燃烧室设计

Pro/Engineer与发动机设计 汽油机燃烧室设计ver.1 2010年10月09日 李睿Copyright ?MarcoLRU 汽油机燃烧室设计 目前常见的汽油机燃烧室多为篷形燃烧室，这种结构建模非常简单，但通常在绘制时将接近篷顶的曲面绘制为变倒圆，一般情况下这个特征并非是变倒圆，而是由燃烧室结构尺寸确定的。 非变倒圆 ?当前经验 一般燃烧室容积公差约为±1.5%，非加工成形的燃烧室容积公差约为±3% 《Pro/Engineer与发动机设计》应用篇李睿2

汽油机燃烧室设计 ?建模规范 绘制燃烧室主体结构草图（参考应用篇中配气机构骨架设计第31页） 汽油机燃烧室设计 基于YZ建立篷顶抻伸曲面特征 基于XY建立拉伸剪切曲面特征 尺寸参数 z sd0=(0.01～0.05)*VEX_DIA z sd1=(0.01～0.05)*VIN_DIA z sd13取值根据燃烧室结构设定 《Pro/Engineer与发动机设计》应用篇李睿4

汽油机燃烧室设计 基于XY绘制燃烧室下半部拉伸曲面特征，并对其进行相应的拔模及圆角修整，然后根据结构对其进行裁剪 汽油机燃烧室设计 建立边界混合特征 在“约束”选项中将链1与链2的条件改为“切线” 有时这步操作不一定能成功，可以在“控制点”选项中人工控制对齐点 将上述三部分曲面逐一合并，并镜像几何，合并成封闭曲面 《Pro/Engineer与发动机设计》应用篇李睿6

汽油机燃烧室设计 建立火花塞孔曲面特征 将火花塞孔曲面与燃烧室模型进行合并，并倒圆 完成其他燃烧室细节特征 燃烧室容积调整参见应用篇中柴油机燃烧室设计第9页，本文不再赘述汽油机燃烧室设计 谢谢 Thank you for your attention 转载请通知作者 marcolru@https://www.wendangku.net/doc/9b18566244.html, 《Pro/Engineer与发动机设计》应用篇李睿8

第四章 汽油机混合气的形成与燃烧

第四章 汽油机混合气的形成与燃烧 §4-1 汽油机燃烧过程 1、汽油机 ①混合气均匀，在气缸外部形成混合气预混合时间长。 燃烧过程的特点： ②火花塞放电点火，可控制点火时间、地点、能量。 ③传播式燃烧，燃烧速度和放热速率取决于火焰传播速度。 2、火焰传播速度U T ——单位时间内火焰前锋面相对未燃混合气向前推动的 距离。用U T 表示[m/s]。 3、燃烧速度U m ： 单位时间燃烧的混合气质量。 燃烧速度用U m 表示[kg/s]. U m =dt dm =T T A U T ρ [kg/s]. 式中 T ρ——未燃混合气密度； U T ——火焰传播速度； T A ——火焰前锋面积。 一、汽油机正常燃烧： 定义：唯一地由火花塞点火且火焰前锋以特定的速度传遍整个燃烧室的过程。 （一）汽油机正常燃烧过程： 燃烧过程分为三个阶段： （Ⅰ）着火延迟期； （Ⅱ）明显燃烧期； （Ⅲ）后燃期。0 （Ⅰ）着火延迟期i τ（1-2点）： 从火花塞跳火?压力偏离压缩线（出现火焰，5％放热量）的时间或曲轴转角。。 作用：火花塞放电点燃混合气形成火焰核心（链引发）； ①两极电压达10～15Kv ； ②击穿电极间隙的混合气，造成电极间电流通过； 火花塞 ③电火花能量多在40～80m J ； 放电特性 ： ④局部温度可达3000K ，使电极附近的混合气立即点燃； ⑤形成火焰中心，火焰向四周传播； ⑥气缸压力脱离压缩线开始急剧上升。 特点：燃烧量小，压力升高不明显。

①燃料，辛烷值↑→i τ↑； 影响i τ ②缸内温度↓↑→i τ、压力↑↑→i τ； 长短的因素： ③混合气浓度（i τα,9.0~8.0=最短）； ④残余废气系数γ↑→i τ↑ ⑤点火能量↓↑→i τ。 希望：尽量缩短i τ并保持稳定。 （Ⅱ）明显燃烧期（2-3点）：从火焰核心形成（开始燃烧）?max P （火焰传播到整个燃烧室）。 作用：迅速地把大部分燃料的化学能迅速转变为热能； 特点：是汽油机燃烧的主要时期，热量利用率高。明显燃烧期愈短，愈靠近上止点，汽油机经济性、动力性愈好。 要求：在压力升高率（平均压力升高率）不过高（0.175MPa －0.25MPa ）的前提下尽量缩短明显燃烧期（20-40°CA ）并靠近上止点（Pmax 在12-15°CA ）。 气缸内压力上升的程度，用平均压力升高率表示： 2 323???--=??p p p ， 式中23,p p —第二阶段终点3和起点2的压力； 23,??—第3和2相对上止点的曲轴转角。 一般明显燃烧期约占20CA ?～40CA ?曲轴 转角，燃烧最高压力m a x P 出现在上止点后 12CA ?～15CA ?曲轴转角，~175.0=??? p CA MPa ?/25.0为宜。 ? ??p 值过高，工作粗暴，机械负荷、热负荷增加对NOx 排放增加。 （Ⅲ）后燃期（3点以后）， 定义：从压力最高点到燃料燃烧90%以上的时间或曲轴转角。 促使①火焰前锋后未及燃烧的燃料再燃烧； 作用： ②贴附在缸壁上未燃混合气层的部分燃烧； ③高温分解的燃烧产物（H 2、CO 等）重新氧化。

可燃混合气的形成与燃烧知识

可燃混合气的形成与燃烧知识 一．可燃混合气的形成与燃烧 柴油机可燃混合气的形成和燃烧都是直接在燃烧室内进行的。当活塞接近压缩上止点时，柴油喷入气缸，与高压高温的空气接触，混合，经过一系列的物理，化学变化才开始燃烧。之后便是边喷射，边燃烧。其混合气的形成和燃烧是一个非常复杂的物理化学变化过程，其主要特点是： （1）燃料的混合和燃烧是在气缸内进行的。 （2）混合与燃烧的时间很短0.0017～0.004秒（气缸内） （3）柴油粘度大，不易挥发，必须以雾状喷入。 （4）可燃混合气的形成和燃烧过程是同时，连续重叠进行的，即边喷射，边混合，边燃烧。 二．可燃混合气的形成与燃烧大体分四个时期 （1）备燃期:从喷油开始→开始着火燃烧为止 喷入气缸中的雾状柴油并不能马上着火燃烧，气缸中的气体温度，虽然已高于柴油的自燃点，但柴油的温度不能马上升高到自燃点，要经过一段物理和化学的准备过程。也就是说，柴油在高温空气的影响下，吸收热量，温度升高，逐层蒸发而形成油气，向四周扩散并与空气均匀混合（物理变化）。 随着柴油温度升高，少量的柴油分子首先分解，并与空气中的氧分子进行化学反映，具备着火条件而着火，形成了火源中心，为燃烧作好了准备。这一时期很短，一般仅为0.0007～0.003 秒。 （2）速燃期:从燃烧开始→气缸内出现时为止 火源中心已经形成，已准备好了的混合气迅速燃烧，在这一阶段由于喷入的柴油几乎同时着火燃烧，而且是在活塞接近上止点，气缸工作容积很小的情况下进行燃烧的，因此，气缸内的压力P迅速增加,温度升高很快。

（3）缓燃期:从出现→出现为止 这一阶段喷油器继续喷油，由于燃烧室内的温度和压力都高，柴油的物理和化学准备时间很短，几乎是边喷射边燃烧。但因为气缸中氧气减少，废气增多，燃烧速度逐渐减慢，气缸容积增大。所以气缸内压力略有下降，温度达到最高值，通常喷油器已结束喷油。 （4）后燃期:缓燃期以后的燃烧 这一时期，虽然不喷油，但仍有一少部分柴油没有燃烧完，随着活塞下行继续燃烧。后燃期没有明显的界限，有时甚至延长到排气冲程还在燃烧。后燃期放出的热量不能充分利用来作功，很大一部分热量将通过缸壁散至冷却水中，或随废气排出，使发动机过热，排气温度升高，造成发动机动力性下降，经济性下降。因此，要尽可能地缩短后燃期。 综上所述，要使燃烧过程进行得好，混合气形成的好环是关键，所以对混合气形成的要求如下： ①必须要有足够的空气量和适当的柴油量 因为柴油燃烧放出热量是由于柴油和空气中的氧气在一定温度和压力条件下产生化学作用的结果，所以空气与柴油是放热的两个重要因素。空气量与柴油量比例不同，所形成的可燃混合气的成分也就不同，一般要求：α=1.3～1.5 ；α过大，混合气过稀，燃烧速度慢，散发热量多，Ne↓；α过小，混合气过浓，燃烧不完全，油耗增加，冒黑烟，经济性变坏。可见α是影响发动机功率和油耗的重要因素。 ②喷油时刻要准确，混合气形成的规律应合适 气缸中燃烧过程的主要放热阶段应该是上止点稍后，容积小可得到较高的压力，热效率高，热损失小，所以要求喷油时刻要准确。喷油过早，过晚对发动机工作都是不利的。 过早：混合气提前形成，并在活塞到达上止点前像爆炸似的同时着火燃烧，结果给正在上行的活塞造成一个短时间阻力，并严重"敲缸"工作粗暴。 过迟：混合气在活塞下行时才开始形成和燃烧，结果燃烧空间增大，从气缸壁面传走的热量增加，造成发动机过热，燃烧压力降低（P↓）气体压力推动活塞的效果减小，甚至有可能使部分混合气来不及燃烧而随废气排出去，使Ne↓。 最好的喷油时刻与燃烧室的型式和发动机转速有关，对于一定结构的发动机在规定转速下，可通过试验找到一个功率大，油耗低的最好喷油时刻，通常用曲轴距活塞到达上止点的转角表示，称为喷油提前角。 ③喷油质量应与燃烧室形状相适应，形成均匀的混合气 雾化良好：喷油泵和喷油器的喷射质量应与燃烧室相适应。

汽油机燃烧室结构与发动机性能的关系

汽油机燃烧室结构与发动机性能的关系 摘要：本文主要介绍了我学习《汽车拖拉机发动机》这门课目的、意义、体会以及自己所选汽油机燃烧室结构与发动机性能的关系。内燃机的课程我们主要学习了：发动机的循环、热效率，换气过程和充气效率，汽油机、柴油机混合气的形成和燃烧，发动机动力性、经济型的评定，废气涡轮增压，排气污染和控制。 关键词：内燃机；燃烧室；发动机性能 1 学习的目的和意义 1）了解发动机的内部结构，原理 2）掌握发动机效率提高和结构的关系 3）掌握发动机评定的各项指标，合理选用发动机 2 学习体会 老师讲解了发动机的总体结构，分类，各零部件的结构和主要性能。从发动机的动力性、经济性方面出发，依据公式功率正比于气体压力、充气效率、内耗摩擦、燃烧效率、转速，之间的关系，分析发动机的燃烧室结构，气门、火花塞的位置，晚关角、提前角，增压等对发动机性能的提高。我整体上了解了内燃机的结构和相关性能指标关系。内燃机不再是个神秘的东西。我想在以后的生活和学习中我所学习的东西会对我有很大帮助。 3 对燃烧室的要求 汽油机燃烧室一般应注意以下几个原则：1）结构紧凑：面容比(A/V)——燃烧表面积与其容积之比。A/V值小，则燃烧室紧凑，优点是:①火焰传播距离小，不易爆燃，可提高压缩比。②相对散热损失小，热效率高。③熄火面积小，HC排量少。2）有良好的充气性能：充气性能的好坏，主要应考虑进气门、进气道的布置。3）火花塞位置应布置合理在决定火花塞位置时必须考虑:要能利用新鲜混合气充分扫除火花塞周围的残余废气；火花塞尽量布置在使末端混合气受热少的位置。3) 火焰面变化分配合理；确保运转平稳；火焰传播距离应尽可能的短。4）燃烧室形状合理分布:形状首先应满足速燃的要求，一般应将燃烧完90%燃料的燃烧持续期控制60度曲轴转角之内，同时要控制压力升高速度不致过高。5）组织适当的紊流运动气体紊流运动可以①增大火焰速度。②冷却末端混合气区③减少循环间的燃烧变动。④减小熄火厚度，降低HC排量汽油机产生紊流。6）防止爆燃和早燃：应对末端混合气进行适当冷却，燃烧室应避免局部热点和突出物。

练习四、汽油机混合气的形成与燃烧

四、汽油机混合气的形成与燃烧 一、解释术语 1、燃烧速度 2、火焰速度 3、滞燃期* 二、选择题 1．汽油机爆震燃烧的根本原因是远端混合气（） A、被过热表面点燃 B、因温度过高自燃 C、受火焰传播燃烧 D、由已燃气体点燃 2．汽油机出现表面点火的原因中包括（） A、压力过高 B、水垢过多 C、浓度过高 D、积炭过多 3．提高汽油机的压缩比，要相应提高所使用汽油的（） A、热值 B、点火能量 C、辛烷值 D、馏程 4．汽油机的燃烧过程是（） A、温度传播过程 B、压力传播过程 C、热量传播过程 D、火焰传播过程 5．汽油机的燃烧过程人为地分为（） A、5个阶段 B、4个阶段 C、3个阶段 D、2个阶段 6、汽油机混合气形成过程中，燃料（）、燃料蒸汽与空气之间的扩散同步进行。 A、喷射 B、雾化 C、蒸发 D、混合 7、下面列出的（）属于汽油机的燃烧特点。 A、空气过量 B、有时缺氧 C、扩散燃烧 D、混合气不均匀 8、汽油机爆震燃烧的根本原因是远端混合气（）。 A、自燃 B、被火花塞点燃 C、火焰传播不到 D、被压缩 9、汽油机的火焰速度是（）。 A、燃烧速度 B、火焰锋面移动速度 C、扩散速度 D、气流运动速度 10、提高压缩比使汽油机的爆震倾向加大，为此，可采取（）的措施。 A、减小喷油提前角 B、减小点火提前角 C、加大喷油提前角 D、加大点火提前角 11、评价速燃期的重要指标中有（）。* A、温度升高率 B、最大压力出现时刻 C、最高温度 D、压力升高时刻 12、下列措施中，不能够消除汽油机爆震的是（）。 A、增大点火提前角 B、推迟点火提前角 C、加强冷却 D、选用高标号的汽油

谈汽油机可燃混合气的形成与燃烧过程

谈汽油机可燃混合气的形成与燃烧过程 摘要气缸内的可燃混合气通过火花塞点火燃烧，使气缸内气体的压力、温度急剧升高，为膨胀做功积聚能量。在燃烧过程中，燃料的燃烧是否正常，与混合气的浓度有很大关系，只有燃料正常的燃烧，才能在燃烧进程位于上止点附近最大限度的提高缸内气体的压力和温度，燃料燃烧的是否完全、最高压力点的位置、压力增长率是否合适，对发动机性能有很大的影响。 关键词混合气浓度可燃 一、可燃混合气的形成 现代大多数汽油机都采用进气道间歇式多点喷射系统，在进气行程开始和排气行程结束时，喷油器根据发动机电子控制单元（ECU）发出的指令，向进气门前方的进气道中（或直接向气缸中）喷射出雾状汽油，与空气混合后，由进气门进入气缸，直到压缩行程接近终了形成可燃混合气。 二、可燃混合气浓度的表示方法 可燃混合气是指汽油与空气按一定比例混合的混合物。可燃混合气的浓度是指可燃混合气中燃料的含量。可燃混合气的浓度通常用空燃比和过量空气系数表示。 1.空燃比 混合气中所含空气质量（kg）与燃料质量（kg）的比值，称为空燃比。即 R=空气质量燃料质量 理论混合气是指1 kg汽油完全燃烧需要空气14.7 kg，即空燃比为147。R＜147的混合气称为浓混合气；R＞147的混合气称为稀混合气。对于不同燃料，其理论空燃比数值不同。 2.过量空气系数 过量空气系数就是在燃烧过程中，实际供给的空气质量与理论上燃料完全燃烧时所需的空气质量之比，也就是实际空燃比与理论空燃比之比，即 α=燃烧过程中实际供给的空气质量理论上完全燃烧时所需的空气质量=实际空燃比理论空燃比 由以上可知，无论使用何种燃料，α=1的可燃混合气即为理论混合气（又