《发动机原理》 长安大学汽车学院曹建明 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影响小 ;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。 4Tma高,热负荷大。 Pm高,机械负荷大。 5压缩比低,E=6~10 压缩比高,E=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 、混合气形成过程 喉口流速↑→P>雾化效果↑ 2节气门开度↑→喉口真空度△pn,进气管真空度△p↓ 3节气门开度一定n7→4个,DBN4 从△pn90%以及怠速,低速下一加浓。 (二)简单化油器特性
《发动机原理》 长安大学汽车学院曹建明 ― 46 ― 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 i 影响小。 i 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 Tmax 高，热负荷大。 pmax 高，机械负荷大。 5 压缩比低，= 6～10。 压缩比高，= 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 pn , 进气管真空度 pi → 从 pn pi 到 pn pi 3. 节气门开度一定, n → pn , pi 4. 节气门开度，n→ pn → 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
《发动机原理》 长安大学汽车学院曹建明 单纯依靠喉口真空度△pn决定供油量的化油器。 节气门开度变化→AF变化 A/F yn→A/F一混合气浓 理想化油器 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 简单化油器 渗入空气法: 原因:△n个、 d rn d mA △P 改善措施:△pn↑→m,mA↑(主要方法) 加入泡沫管 开始工作时一简单化油器。之后,△pn↑→泡沫孔起作用 第一排孔一m个→A/F 第二排孔一m→A/F个 AF (四)满负荷加浓与怠速加浓 简单化油器 经主供油系统校正后, 负荷↑→Apn↑→A/F↑。 满负荷时一要求A/F↓ 怠速时一要求A/F 满负荷加浓 加浓装置一机械省油装置和真空省油装置。 △P 节气门开度80~85%,4n一定程度开始起作用 2怠速加浓 怠速加浓系统→可使怠速n↓ 燃料调整特性 在一定节气门开度和一定转速下,有效功率N、有效比油耗g随发动机燃 料消耗量Gr或过空气系数α的变化关系。 调节:化油器主量孔针阀位置或浮子室真空度以改变化油器的供油量 2记录:Gr和N 得:Ne=f(Gr),ge=f(Gr)曲线 4曲线 (1)节气门全开A-功率混合气 B—经济混合气 (2)节气门部分开启 A做出不同节气门开度下的Ne=f1(Gr),8e=f2(G7)曲线
《发动机原理》 长安大学汽车学院曹建明 ― 47 ― 单纯依靠喉口真空度 pn 决定供油量的化油器。 节气门开度变化 → A/F 变化 pn → 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 渗入空气法： 原因： pn → d m dt d m dt F A 改善措施: pn → m F , m A （ 主要方法 ） 加入泡沫管 开始工作时 — 简单化油器。之后, pn → 泡沫孔起作用。 第一排孔 — m F → A / F 第二排孔 — m F → A / F （四） 满负荷加浓与怠速加浓 经主供油系统校正后, 负荷 → pn →A / F。 满负荷时 — 要求 A / F 怠速时 — 要求 A / F 1 满负荷加浓 加浓装置 — 机械省油装置和真空省油装置。 节气门开度 80～85%，pn 一定程度开始起作用。 2 怠速加浓 怠速加浓系统 → 可使怠速 n 三 燃料调整特性 在一定节气门开度和一定转速下, 有效功率 Ne 、有效比油耗 ge 随发动机燃 料消耗量 GT 或过空气系数的变化关系。 1 调节：化油器主量孔针阀位置或浮子室真空度以改变化油器的供油量。 2 记录： GT 和 Ne、ge。 3 得： Ne = f GT ( ) , ge = f GT ( ) 曲线 4 曲线： （1） 节气门全开 A— 功率混合气 B— 经济混合气 （2） 节气门部分开启 A 做出不同节气门开度下的 Ne = f1 GT ( ), ge = f 2 GT ( ) 曲线
《发动机原理》 长安大学汽车学院曹建明 B做两组曲线的包络线一理想负荷特性 B 100% 80% 60% 40% 20% 40%60%80%100% 节气门全开Gr 节气门部分开启Gr 5主量孔、空气量孔的调节和确定 作不同主量孔及空气量孔尺寸的负荷特性试验,选择与理想负荷特性曲线 拟合最好的作为主量孔和空气量孔的定型尺寸(配剂尺寸)。P1l5图4-12。 但转速不同,该配剂尺寸很难保证化油器在所有转速下均与理想负荷特性 拟合好,这是化油器式发动机不能很好地与车用性能匹配的关键所在。 四、化油器变工况运行 1加速过程 (1)急加速 d 节气门突然开大→ dt 油量增大滞后,导致α↑,混合气变稀,Me反而下降,不能满足车用。因此 加设加速系统一加速泵,瞬间向缸内额外喷油。 (2)稳定加速一加速泵不起作用。 2急减速过程 节气门突然关闭→αx,混合气瞬间变浓。设置节气门缓冲器,以减慢节气 门关闭速度 3起动过程 起动需浓混合气,但此时以→△pn√,可能吸不出油,加之喉口速度↓, 雾化差,油滴沉积严重,使α↑,混合气稀。 起动需α=0.4~0.5,A/F=3~9的浓混合气。 设置阻风门一关闭→>△pn↑→主油系,怠速油系,加速油系同时供油 混合气变浓。 4多喉口与多腔化油器 多重喉口,多腔化油器一主副腔 小喉口一雾化好 大喉口一保证进气 主腔一小流量 主、副腔一大流量
《发动机原理》 长安大学汽车学院曹建明 ― 48 ― B 做两组曲线的包络线 — 理想负荷特性 5 主量孔、空气量孔的调节和确定 作不同主量孔及空气量孔尺寸的负荷特性试验, 选择与理想负荷特性曲线 拟合最好的作为主量孔和空气量孔的定型尺寸（配剂尺寸）。P115 图 4-12。 但转速不同, 该配剂尺寸很难保证化油器在所有转速下均与理想负荷特性 拟合好, 这是化油器式发动机不能很好地与车用性能匹配的关键所在。 四、化油器变工况运行 1 加速过程 （1） 急加速 节气门突然开大 → d m dt d m dt A F 油量增大滞后, 导致, 混合气变稀，Me 反而下降，不能满足车用。因此 加设加速系统 — 加速泵, 瞬间向缸内额外喷油。 （2） 稳定加速 — 加速泵不起作用。 2 急减速过程 节气门突然关闭 → , 混合气瞬间变浓。设置节气门缓冲器, 以减慢节气 门关闭速度。 3 起动过程 起动需浓混合气, 但此时 v → pn , 可能吸不出油, 加之喉口速度, 雾化差, 油滴沉积严重, 使, 混合气稀。 起动需 = 0.4～0.5，A / F = 3～9 的浓混合气。 设置阻风门 — 关闭 → pn → 主油系, 怠速油系, 加速油系同时供油 → 混合气变浓。 4 多喉口与多腔化油器 多重喉口, 多腔化油器 — 主副腔 小喉口 — 雾化好 大喉口 — 保证进气 主腔 — 小流量 主、副腔 — 大流量
《发动机原理》 长安大学汽车学院曹建明 五、大气条件对化油器使用的影响 海拔高度个→P空气↓→ 海拔高度↑1000m→a56% 大气温度↑→P空气ν→→经济性,排放多。 六、汽油喷射 (一)化油器式发动机的不足之处 1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 对大气条件和环境适应性差 4仅提供均质混合气 5油膜流动一各缸混合气分配不均匀 (二)分类 1缸内喷射 喷咀开启压力3~5[Mpa 进气过程上止之后30~50°一开始喷油。 压缩冲程上止点一停止喷油。 喷油持续近2冲程一火花点火,火焰传播。 2进气管内喷射 (1)单点喷射 大喷咀位于节气门之前的化油器位置,安装空气计量装置和电子控制喷油 装置,可以克服1~4的不足,但5仍存在 (2)多点喷射 小喷咀安装于各个进气歧管之中,可克服1~5的不足,但结构复杂,成本 §4-2汽油机的燃烧过程 、汽油机的正常燃烧 电火花点燃均匀的可燃混合气,形成火焰中心,并且火焰从此中心按一定 的速率(一般为20~60m/s)连续地传播到整个燃烧室空间,在此期间火焰 传播速率,火焰前锋形状均没有急剧的变化,称之为正常燃烧。 正常燃烧分三个阶段。 (一)着火延迟期;(或着火延迟角q;)1-2 从电火花跳火→形成火焰中心 1点以前为压缩过程,缸内压力升高不大。 一火花塞跳火
《发动机原理》 长安大学汽车学院曹建明 ― 49 ― 五、大气条件对化油器使用的影响 海拔高度→ 空气 → 。 海拔高度1000 m → 5.6 %。 大气温度→ 空气 → → 经济性, 排放多。 六、汽油喷射 （一） 化油器式发动机的不足之处: 1 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 3 对大气条件和环境适应性差 4 仅提供均质混合气 5 油膜流动 — 各缸混合气分配不均匀 （二） 分类 1 缸内喷射 喷咀开启压力 3～5 [ Mpa ] 进气过程上止之后 30～50 — 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, 火焰传播。 2 进气管内喷射 （1） 单点喷射 大喷咀位于节气门之前的化油器位置, 安装空气计量装置和电子控制喷油 装置, 可以克服 1～4 的不足, 但 5 仍存在。 （2） 多点喷射 小喷咀安装于各个进气歧管之中, 可克服 1～5 的不足, 但结构复杂, 成本 高。 §4-2 汽油机的燃烧过程 一、汽油机的正常燃烧 电火花点燃均匀的可燃混合气, 形成火焰中心, 并且火焰从此中心按一定 的速率 （一般为 20～60 m/s ） 连续地传播到整个燃烧室空间, 在此期间火焰 传播速率, 火焰前锋形状均没有急剧的变化, 称之为正常燃烧。 正常燃烧分三个阶段。 （一） 着火延迟期 i （ 或着火延迟角 i ） 1－2 从电火花跳火 → 形成火焰中心。 1 点以前为压缩过程, 缸内压力升高不大。 1 — 火花塞跳火
《发动机原理》 长安大学汽车学院曹建明 2一缸内压力脱离压缩线开始急骤增高 点火提前角0—1点上止点的曲轴转角。 为什么要提前:因为要使着火在上 止点附近完成,压力最高点出现在上止 点后某一角度。 火花塞在1点跳火之后,并不马上 形成火焰中心(虽然此时着火的物理 压缩线 准备过程已比较充分,但化学准备 氧化反应尚需一定的时间,哪怕这 时间再短)。根据高速摄影表明在1点 出现第一次亮点后(火花),到2点 出第二次亮点(火焰中心已形成,但缸内压力并不是在此时急骤升高),这 段占整个燃烧过程的15%左右。但一般我们是按气缸内的压力线开始与压缩 压力线分离的2点来计算的。2和2点相差甚微,并且和底片的感光性能与测压 仪的灵敏度有关(与测试手段的精密度有关)。所以,我们把2点看做与2 点重合,即在2点才形成火焰中心,并立即使压力脱离压缩线急骤升高。 (二)火焰传播期(急燃期)2-3 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(这与柴油机 不同,柴油机随喷随燃,在上止点以后还在向缸内喷入燃料)。缸内压力、温 度迅速升高,△p=02~04M/ deg CA,2P代表工作粗暴的程度,它与 q 火焰传播速率。有关。 D"√h P AP个→pm个工作粗暴,噪声个 △ 但u↑→不正常燃烧趋势↓。 气流运动↑→个 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。 3点为Pma点,3点为7max,往往3点与3点重合。 若取放热效率骤然下降的时刻作为急燃期的终点则更合理(3点稍后 点),但这一点不易确定,故我们通常以使Pnax的3点作为急燃期的终点 3点的到来时刻非常重要太早,则压缩负功个→m1太迟,则热量利用↓ 7
《发动机原理》 长安大学汽车学院曹建明 ― 50 ― 2 — 缸内压力脱离压缩线开始急骤增高。 点火提前角 — 1 点 → 上止点的曲轴转角。 为什么要提前：因为要使着火在上 止点附近完成, 压力最高点出现在上止 点后某一角度。 火花塞在 1 点跳火之后,并不马上 形成火焰中心 （ 虽然此时着火的物理 准备过程已比较充分, 但化学准备 — 氧化反应尚需一定的时间, 哪怕这一 时间再短 ）。根据高速摄影表明在 1 点 出现第一次亮点后 （ 火花 ）, 到 2’点 出第二次亮点 （ 火焰中心已形成, 但缸内压力并不是在此时急骤升高 ）, 这 一段占整个燃烧过程的 15%左右。但一般我们是按气缸内的压力线开始与压缩 压力线分离的 2 点来计算的。2’和 2 点相差甚微, 并且和底片的感光性能与测压 仪的灵敏度有关 （ 与测试手段的精密度有关 ）。所以, 我们把 2’点看做与 2 点重合, 即在 2 点才形成火焰中心, 并立即使压力脱离压缩线急骤升高。 （二） 火焰传播期 （ 急燃期 ） 2－3 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 （ 这与柴油机 不同, 柴油机随喷随燃, 在上止点以后还在向缸内喷入燃料 ）。缸内压力、温 度迅速升高, p Mpa CA = 0.2 ~ 0.4 / deg , p 代表工作粗暴的程度, 它与 火焰传播速率 us 有关。 us → p 。 p → pmax →工作粗暴，噪声。 但 us → 不正常燃烧趋势。 气流运动→ us 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。 3 点为 pmax 点, 3’点为 Tmax , 往往 3’点与 3 点重合。 若取放热效率骤然下降的时刻作为急燃期的终点则更合理 （ 3 点稍后一 点 ）, 但这一点不易确定, 故我们通常以使 pmax 的 3 点作为急燃期的终点。 3 点的到来时刻非常重要, 太早, 则压缩负功 → t 。太迟, 则热量利用 → t
《发动机原理》 长安大学汽车学院曹建明 因为汽油机的燃烧与柴油机不同,可以人为控制,故可用调整点火提前角 的方法来调整3点的到达时刻。 注意:示功图的上下止点不容易测,目前全世界尚无一准确、标准、权威的 测量方法。 (三)补燃期3-4 3点燃料基本燃烧完的4点。 3点过后,燃烧速度下降,活塞下行,使p,在3点过后的燃烧主要为 1在火焰传播期火焰前锋面没有燃烧掉的燃料继续燃烧 2粘附在缸壁上的混合气层继续燃烧。 3由于汽油机燃烧温度高,高温分解严重。产生的H2,O2CO,在补燃期内 由 于温度降低,重新燃烧生成CO2,H2O,放出热量。 补燃↑→m,,T址个,热负荷↑,经济性。 希望补燃期ψ。但汽油机不象柴油机随喷随燃,燃料在Pma以后还有喷入, 补燃情况要小得多。 总结:为了保证汽油机工作柔和,动力性好,一般应使2点处于上止点前 12~15°。3点处于上止点后12°~154 =0.175-0.25 Mpa/deg Ca △O 、汽油机的不正常燃烧 (一)爆震燃烧 1爆震燃烧 终端混合气 正常燃烧 火花塞5 爆震燃烧 汽油机在运转过程中有时会听到气缸内有明显的金属敲击声。这种声音如 果持续较长时间以后,会引起发动机的功率,冲击载荷↑,摩擦↑,热负荷个,使 用寿命ψ,排气冒烟,经济性 根据对发动机理想循环的分析,我们知道↑→71个。但ε↑,则爆震倾向↑ 限制了ε的提高。 所以,克服爆燃现象,是汽油机的重要议题之一。 2产生的原因一终端混合气自燃 电火花点火后,火焰以正常的传播速度20~60m向前推进,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( End gas) 51一
《发动机原理》 长安大学汽车学院曹建明 ― 51 ― 因为汽油机的燃烧与柴油机不同, 可以人为控制, 故可用调整点火提前角 的方法来调整 3 点的到达时刻。 注意：示功图的上下止点不容易测, 目前全世界尚无一准确、标准、权威的 测量方法。 （三） 补燃期 3－4 3 点 → 燃料基本燃烧完的 4 点。 3 点过后, 燃烧速度下降, 活塞下行, 使 p, 在 3 点过后的燃烧主要为 1 在火焰传播期火焰前锋面没有燃烧掉的燃料继续燃烧。 2 粘附在缸壁上的混合气层继续燃烧。 3 由于汽油机燃烧温度高, 高温分解严重。产生的 H2 , O2 , CO, 在补燃期内, 由 于温度降低, 重新燃烧生成 CO2 , H2 O, 放出热量。 补燃 → t ，T排 ，热负荷, 经济性。 希望补燃期。但汽油机不象柴油机随喷随燃, 燃料在 pmax 以后还有喷入， 补燃情况要小得多。 总结：为了保证汽油机工作柔和, 动力性好, 一般应使 2 点处于上止点前 12～15 。3 点处于上止点后 12～15, p Mpa CA = 0.175 ~ 0.25 / deg 。 二、汽油机的不正常燃烧 （一） 爆震燃烧 1 爆震燃烧 汽油机在运转过程中有时会听到气缸内有明显的金属敲击声。这种声音如 果持续较长时间以后, 会引起发动机的功率, 冲击载荷, 摩擦, 热负荷, 使 用寿命, 排气冒烟, 经济性。 根据对发动机理想循环的分析, 我们知道 → t 。但, 则爆震倾向, 限制了的提高。 所以, 克服爆燃现象, 是汽油机的重要议题之一。 2 产生的原因 — 终端混合气自燃 电火花点火后, 火焰以正常的传播速度 20 ~ 60 m 向前推进, 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（ End gas ）
《发动机原理》 长安大学汽车学院曹建明 由于热幅射作用,促使先期反应加速进行,并放出部分热量,又使本身的温度不 断升高,以致在正常火焰尚未到达时,终端混合气最适于发火的部位已经形成 了一个或几个火焰中心。以远大于正常燃烧火焰前锋面推进的速度向周围传播。 轻微爆燃一ls=100~300[m/ 强烈爆燃一ls=800~2000m/s] 爆燃使终端混合气迅速燃烧完毕。由于爆燃使局部压力突然増加,而形成强 烈的压力冲击波:沖击波撞击到燃烧室壁面上就会发生金属敲击声。强烈时会 引起发动机振动。 若自燃区占整个燃烧室容积的5%,则为强烈爆燃。 3.示功图的比较 (1)正常燃烧与爆震燃烧的比较 p d p d p dφ (a)正常燃烧 (b)爆震燃烧 a d( 在上止点附近为最高,过上止点后,压力升高慢(由于V个) d p 虽然>0,但d-p∠0(曲线向下),到了3点,pmb0 d bpnm已高于正常燃烧的pm,在3点后p波动很大,使“忽正忽负 d 破坏了正常的示功图,使Pe (2)汽油杋爆燃与柴油机工作粗暴性的比较 汽油杋的爆燃现象就是终端混合气的自燃现象,它与柴油机的工作粗暴性, 在燃烧本质上是一致的,均是可燃混合气自燃的结果。但两者发生的部位不
《发动机原理》 长安大学汽车学院曹建明 ― 52 ― 由于热幅射作用, 促使先期反应加速进行, 并放出部分热量, 又使本身的温度不 断升高, 以致在正常火焰尚未到达时, 终端混合气最适于发火的部位已经形成 了一个或几个火焰中心。以远大于正常燃烧火焰前锋面推进的速度向周围传播。 轻微爆燃 — us = 100 ~ 300 [ m/s ] 强烈爆燃 — us = 800 ~ 2000 [ m/s ] 爆燃使终端混合气迅速燃烧完毕。由于爆燃使局部压力突然增加, 而形成强 烈的压力冲击波：冲击波撞击到燃烧室壁面上就会发生金属敲击声。强烈时会 引起发动机振动。 若自燃区占整个燃烧室容积的 5%, 则为强烈爆燃。 3. 示功图的比较 （1） 正常燃烧与爆震燃烧的比较 a dp d 在上止点附近为最高, 过上止点后, 压力升高慢 （由于 V ）, 虽然 d p d > 0, 但 d p d 2 2 < 0 （ 曲线向下 ）, 到了 3 点, pmax , d p d = 0 b pmax 已高于正常燃烧的 pmax , 在 3 点后, p 波动很大, 使 d p d 忽正忽负。 破坏了正常的示功图, 使 Pe （2） 汽油机爆燃与柴油机工作粗暴性的比较 汽油机的爆燃现象就是终端混合气的自燃现象, 它与柴油机的工作粗暴性, 在燃烧本质上是一致的, 均是可燃混合气自燃的结果。但两者发生的部位不一
《发动机原理》 长安大学汽车学院曹建明 致 柴油机工作粗暴发生在急燃期的始点 使个→pm个。而汽油机的爆燃是发 生在急燃期的终点,故pmx↑不是非常大。 气缸内压力有冲击现象。 柴油机工作粗暴 就这一点而言,A优良的柴油 十六烷值↑→自燃性↑→1→4 P max 汽油机的爆燃 但对汽油机:由于初期燃烧不剧烈,使l、→爆 燃趋向↑,B优良的汽油,使↑→爆燃趋向, 对柴油机↑,pmx个 所以,对汽油机而言的优良燃料,对柴油机就是最差的,反之亦然 4.造成的危害 爆燃出现后,使正常规则的火焰前锋面发生急骤的扭曲 (1)压力脉冲 △ 正常 4o02-04 Mpa/deg CA 爆炒(dP=02[Mpa/ degA d o 可见压力波动之巨。压力的突变产生在容积的某一局部,汽缸内压力来不及 平衡,也就是说这时的化学反应速率远远大于气体膨胀的速率,从而形成强烈 的压力脉冲,并以极高的速度(1000m/s左右)向周围推进 A噪声 压力脉冲在汽缸壁面、活塞顶面及缸盖底面之间来回反射,强迫气缸壁等零 件振动而产生高频噪声,其频率在5000Hz以上 B零件寿命↓ 爆燃使缸内压力増加,活塞,气缸壁,气缸盖等各零件机械荷↑,若爆燃时 间长,则零件寿命↓ 压力脉冲破坏了壁面上的层流边界层。层流边界层有隔热作用,缸内温度 可达2000℃(爆燃时,T会更高),而壁面温度只有200~300℃,之所以如此, 主要是层流边界层在起作用。但层流边界层被破坏,使导热量个,则 热应力个→零件寿命↓ 热损失↑→71↓ 冷却水,机油温度↑↑→丶润滑↓→零件磨损个
《发动机原理》 长安大学汽车学院曹建明 ― 53 ― 致。 柴油机工作粗暴发生在急燃期的始点, 使 d p d → pmax 。而汽油机的爆燃是发 生在急燃期的终点, 故 pmax 不是非常大。 气缸内压力有冲击现象。 就这一点而言, A 优良的柴油, 十六烷值 → 自燃性 → i → d p d , pmax , 但对汽油机：由于初期燃烧不剧烈, 使 us →爆 燃趋向, B 优良的汽油, 使 us →爆燃趋向, 对柴油机 d p d , pmax 。 所以, 对汽油机而言的优良燃料, 对柴油机就是最差的, 反之亦然。 4. 造成的危害 爆燃出现后, 使正常规则的火焰前锋面发生急骤的扭曲。 （1） 压力脉冲 正常 — p Mpa CA = 0.2 ~ 0.4[ / deg ] 爆燃 — d p d max = 0.2 [ Mpa / degCA ] 可见压力波动之巨。压力的突变产生在容积的某一局部, 汽缸内压力来不及 平衡, 也就是说这时的化学反应速率远远大于气体膨胀的速率, 从而形成强烈 的压力脉冲, 并以极高的速度 （1000 m / s 左右） 向周围推进。 A 噪声 压力脉冲在汽缸壁面、活塞顶面及缸盖底面之间来回反射, 强迫气缸壁等零 件振动而产生高频噪声, 其频率在 5000 Hz 以上。 B 零件寿命 爆燃使缸内压力增加, 活塞, 气缸壁, 气缸盖等各零件机械荷, 若爆燃时 间长, 则零件寿命。 压力脉冲破坏了壁面上的层流边界层。层流边界层有隔热作用，缸内温度 可达 2000℃（ 爆燃时, T 会更高 ）, 而壁面温度只有 200～300℃, 之所以如此, 主要是层流边界层在起作用。但层流边界层被破坏, 使导热量, 则 热应力→ 零件寿命 热损失→ t 冷却水, 机油温度 → 润滑 → 零件磨损
《发动机原理》 长安大学汽车学院曹建明 磨耗量可达正常燃烧的27倍 (2)高温分解 按提高循环热效率的热力学观点看,爆燃接近于等容燃烧,热利用好,是人 们所希望的,事实上也是如此,当轻微爆燃,发动机的热效率可以有所提高,平 均有效压力亦有所增长。 但在强烈爆燃时,会使局部温度个,出现高温分解,生成CO,H2,O2 NO等,严重时析出游离炭粒,这就是爆震时可能排气冒烟的原因。使油耗个,且 热效率反而会下降。产生出的炭粒又会形成累积,破坏活塞,活塞环,火花塞和 气阀的正常工作。爆燃还会促使表面点火的发生 (二)表面点火 在火花点火式发动机中,凡是不依靠电火花点火,而是由于炽热表面(如 过热的绝缘体电极、排气阀,尤其是燃烧室表面炽热的沉积物)点燃混合气的 不正常燃烧现象,均称为表面点火或炽热点火 这类表面点火现象较多在出现在ε≥9的强化汽油机上,目前由于控制排 放等要求,汽油机ε大都降到9以下,因此对表面点火的重视程度已下降。 非爆燃性表面点火 (1)后火 在火花塞点燃混合气以后,炽热表面才点燃混合气的现象。形成火焰中心, 但火焰传播速度正常,虽有时可使补燃↑但影响不大,发动机后火,则在断火 的下,仍继续运转。 (2)早火 发生在火花塞点火以前,火焰传播速度很高4P 个个,Pma个1(颇似柴 油机工作粗暴)。早火太早,则使压缩末期负功增大,热效率↓,功率损失↑,功 率↓。单缸早火,往往会导致停车。多缸早火会使Ne,工作粗暴,寿命↓。 非爆燃性表面点火,大体是在发动机按高速、高负荷长时间运转以后,火花 塞绝缘体,电极或排气阀高温所引起(不包括积炭)。 2爆燃性表面点火(激爆) 早火积炭引起,往往是多点早火,危害很大,dp可比正常值高5倍,Pmⅸ 可比正常高150%‰ 总结:由上所述,爆燃与表面点火是两 种完全不同的不正常燃烧现象,爆燃是在 电火花点火以后,终端混合气的自燃现象, 而表面点火则是炽热表面点燃混合气所致 然而,它们之间存在着某种互相促进的内 在关系 爆燃促使以后循环的炽热表面易点火, 压缩状 而表面点火亦促使循环的爆燃倾向增
《发动机原理》 长安大学汽车学院曹建明 ― 54 ― 磨耗量可达正常燃烧的 27 倍。 （2） 高温分解 按提高循环热效率的热力学观点看, 爆燃接近于等容燃烧, 热利用好, 是人 们所希望的, 事实上也是如此, 当轻微爆燃, 发动机的热效率可以有所提高, 平 均有效压力亦有所增长。 但在强烈爆燃时, 会使局部温度, 出现高温分解, 生成 CO, H2 , O2 , NO 等, 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, 且 热效率反而会下降。产生出的炭粒又会形成累积, 破坏活塞, 活塞环, 火花塞和 气阀的正常工作。爆燃还会促使表面点火的发生。 （二） 表面点火 在火花点火式发动机中, 凡是不依靠电火花点火, 而是由于炽热表面 （ 如 过热的绝缘体电极、排气阀, 尤其是燃烧室表面炽热的沉积物 ） 点燃混合气的 不正常燃烧现象, 均称为表面点火或炽热点火。 这类表面点火现象较多在出现在 9 的强化汽油机上, 目前由于控制排 放等要求, 汽油机 大都降到 9 以下, 因此对表面点火的重视程度已下降。 1 非爆燃性表面点火 （1） 后火 在火花塞点燃混合气以后, 炽热表面才点燃混合气的现象。形成火焰中心, 但火焰传播速度正常, 虽有时可使补燃, 但影响不大, 发动机后火, 则在断火 的下, 仍继续运转。 （2） 早火 发生在火花塞点火以前, 火焰传播速度很高, d p d ，pmax （ 颇似柴 油机工作粗暴 ）。早火太早, 则使压缩末期负功增大, 热效率, 功率损失, 功 率。单缸早火, 往往会导致停车。多缸早火, 会使 Ne, 工作粗暴, 寿命。 非爆燃性表面点火, 大体是在发动机按高速、高负荷长时间运转以后, 火花 塞绝缘体, 电极或排气阀高温所引起（不包括积炭）。 2 爆燃性表面点火 （ 激爆 ） 早火积炭引起, 往往是多点早火, 危害很大, d p d 可比正常值高 5 倍, pmax 可比正常高 150%。 总结：由上所述, 爆燃与表面点火是两 种完全不同的不正常燃烧现象, 爆燃是在 电火花点火以后, 终端混合气的自燃现象, 而表面点火则是炽热表面点燃混合气所致。 然而, 它们之间存在着某种互相促进的内 在关系。 爆燃促使以后循环的炽热表面易点火， 而表面点火亦促使循环的爆燃倾向增
《发动机原理》 长安大学汽车学院曹建明 加 1早火2P d o 2正常 3后火Pmax,且出现晚、补燃↑ (三)续走 发动机在断火和节气门关闭后仍继续运转。断火、并关闭节气门后,n,进 气少,废气回流使T个。怠速时,冷却水又冷却不良,使缸内T个,从而使混合气 自燃。 三种不正常燃烧,主要是爆震燃烧。 使用因素对燃烧过程的影响 (一)点火提前角0 点火提前角θ的有效调整可以使我们获得较 为完美的示功图,θ对燃烧过程影响很大,可以通 过人为进行控制。 p-q图,在节气门全开,标定转速,混合气 成份不变时,调整θ,得到三条曲线 在O1下得曲线1 在62下得曲线2 在3下得曲线3 1θ=b1,较大。这时,点火提前较多。Pma 出现在上止点附近 压缩负功↑→损失↑→n1 压缩负功↑个→损失↑→>单缸汽油机易熄火。 初期放热↑4个→Pma个→零件机械负荷↑。 d o 由于此时缸内p,T较高,使其终端混合气较为具备着火条件,到一定程度时, 爆燃出现,所以 θ↓>爆燃趋势↓。 2θ=θ2,较小。点火提前少。Pma值出现较晚。 dP↓→fmx、→Ne↓>膨胀功损失↑→n1↓ d o 补燃↑→m,,热负荷个,排放差 所以,有一最佳θ值 30=日3,合适
《发动机原理》 长安大学汽车学院曹建明 ― 55 ― 加。 1 早火, d p d , pmax 2 正常 3 后火 pmax , 且出现晚、补燃 （三） 续走 发动机在断火和节气门关闭后仍继续运转。断火、并关闭节气门后, n, 进 气少, 废气回流使 T。怠速时, 冷却水又冷却不良, 使缸内 T, 从而使混合气 自燃。 三种不正常燃烧, 主要是爆震燃烧。 三 使用因素对燃烧过程的影响 （一） 点火提前角 点火提前角的有效调整可以使我们获得较 为完美的示功图, 对燃烧过程影响很大, 可以通 过人为进行控制。 p－图, 在节气门全开, 标定转速, 混合气 成份不变时, 调整, 得到三条曲线。 在 1 下得曲线 1 在 2 下得曲线 2 在 3 下得曲线 3 1 = 1 , 较大。这时, 点火提前较多。 pmax 出现在上止点附近。 压缩负功→ 损失 → t 压缩负功→ 损失 → 单缸汽油机易熄火。 初期放热→ d p d → pmax → 零件机械负荷。 由于此时缸内p, T 较高, 使其终端混合气较为具备着火条件, 到一定程度时, 爆燃出现, 所以, → 爆燃趋势。 2 = 2 , 较小。点火提前少。 pmax 值出现较晚。 d p d → pmax → Ne → 膨胀功损失→ t 补燃→ t ，热负荷，排放差。 所以, 有一最佳 值。 3 = 3 ，合适