《发动机原理》课程教学课件（PPT讲稿）第五章 汽油机混合气的形成和燃烧

第五章汽油机混合气的形成与燃烧燃烧过程对发动机动力性、经济性和排放等主要特性有重大影响，与噪声、振动、起动性能和使用寿命也有重大关系。对燃烧过程的基本要求是：（1）燃烧完全。以保证充分利用燃油的热能，减少废气排出。（2）燃烧及时。循环功最多，热效率最高。（3）正常燃烧。以保证发动机稳定、可靠的工作

第五章 汽油机混合气的形成与燃烧 燃烧过程对发动机动力性、经济性和排放等主 要特性有重大影响，与噪声、振动、起动性能和使 用寿命也有重大关系。 对燃烧过程的基本要求是： （1）燃烧完全。以保证充分利用燃油的热能，减少废 气排出。 （2）燃烧及时。循环功最多，热效率最高。 （3）正常燃烧。以保证发动机稳定、可靠的工作

85.1汽油机的燃烧过程：汽油机混合气形成和燃烧特点1.气缸外部形成混合气混合气形成时间长，混合均匀2.外源点火一容易控制点火地点和时间3.火焰传播式燃烧一火焰传播速度决定燃烧速度

§5.1 汽油机的燃烧过程  汽油机混合气形成和燃烧特点 1.气缸外部形成混合气 混合气形成时间长，混合均匀 2.外源点火—容易控制点火地点和时间 3.火焰传播式燃烧—火焰传播速度决定燃烧速度

5.1.1汽油机的正常燃烧过程汽油机的正常燃烧根据压力变化特点分成三个阶段：I滞燃期（着火延迟期）T：（1-2）指从火花塞点火（1点）到气缸压力明显脱离压缩线而急剧上升（2点）的时间或曲轴转角。其长短用着火落后时间T；或着火落后角の来表示。着火落后角P基本在10°～20°CA范围内。作用：形成稳定的火焰核心

5.1.1 汽油机的正常燃烧过程 一. 汽油机的正常燃烧根据压力变化特点分成三 个阶段： Ⅰ滞燃期（着火延迟期）τi（1-2） 指从火花塞点火（1点）到气缸压力明显脱离压 缩线而急剧上升（2点）的时间或曲轴转角。其长短 用着火落后时间 或着火落后角 来表示。着火 落后角 基本在10°～ 20°CA 范围内。 作用：形成稳定的火焰核心。 i  i i

压缩线D气缸压力火花塞信号上止点1图5-1汽油机燃烧过程展开示功图

P 图5-1 汽油机燃烧过程展开示功图

着火延迟期长短对汽油机正常燃烧无影响，可以通过点火提前角调整。但对爆震燃烧有重要影响。汽油机T长，柴油机T,短。影响着火延迟期的因素：①燃料性质：辛烷值↑→T;1;②点火时，缸内温度↑压力个→T;1;③中。=0.85-0.9时，T，最短；④残余废气系数Φ,↑→T;↑;混合气运动强→T稍有个；?点火能量E个→T

着火延迟期长短对汽油机正常燃烧无影响，可 以通过点火提前角调整。但对爆震燃烧有重要影 响。汽油机τi长，柴油机τi短。 影响着火延迟期的因素： ①燃料性质：辛烷值↑→τi ↑； ②点火时，缸内温度↑压力↑ → τi ↓； ③Φa=0.85-0.9时，τi 最短； ④残余废气系数Φr ↑ → τi ↑； ⑤混合气运动强→ τi 稍有↑； ⑥点火能量E ↑ → τi ↓

II急燃期（速燃期）（2-3）指从形成火焰核心到火焰传遍整个燃烧室，最高压力点出现。特征：火焰迅速传遍整个燃烧室，热量迅速释放，缸内容积几乎不变，压力急剧上升。一般用平均压力升高率来评定压力上升程度。Ap /△ =(P3-P2)/(P3-P2)=0.2-0.4MPa /°CAAp/A>0.25时，爆震燃烧

Ⅱ 急燃期（速燃期）（2-3） 指从形成火焰核心到火焰传遍整个燃烧 室，最高压力点出现。 特征：火焰迅速传遍整个燃烧室，热量 迅速释放，缸内容积几乎不变，压力急剧上 升。一般用平均压力升高率来评定压力上升 程度。 Δp /Δ =(p3 -p2 )/(φ3 -φ2 )≈0.2-0.4 MPa / °CA Δp /Δ >0.25 时，爆震燃烧

速燃期是汽油机燃烧的主要时期。速燃期愈短，愈靠近上止点，汽油机经济性、动力性愈好但可能导致△p/△β值过高，噪声、振动大，工作粗暴，对排放也不利。一般速燃期约占20～40°CA，燃烧最高压力出现在上止点后10~15°CA，△p/△β=0.175~0.25MPa/°CA为宜。最高压力点3到达的时刻，对发动机的动力性经济性及压力升高率等都有重大影响。可用点火提前角来调整

速燃期是汽油机燃烧的主要时期。速燃期愈 短，愈靠近上止点，汽油机经济性、动力性愈好， 但可能导致Δp/Δ 值过高，噪声、振动大，工 作粗暴，对排放也不利。 一般速燃期约占20～40°CA，燃烧最高压力出 现在上止点后10～15°CA，Δp/Δ=0.175～0.25 MPa/°CA为宜。 最高压力点3到达的时刻，对发动机的动力性、 经济性及压力升高率等都有重大影响。可用点火提 前角来调整

ⅢI后燃期（补燃期）指速燃期终点到燃烧基本上结束。特点：①燃烧速度慢；②补燃发生在膨胀冲程的中后期，热量利用率低，所以希望补燃期越短越好综上所述，汽油机的正常燃烧过程是唯一地由定时的火花点火开始，且火焰前锋以一定的正常速度传遍整个燃烧室

Ⅲ 后燃期（补燃期） 指速燃期终点到燃烧基本上结束。 特点： ①燃烧速度慢； ②补燃发生在膨胀冲程的中后期，热量利用率 低，所以希望补燃期越短越好。 综上所述，汽油机的正常燃烧过程是唯一地由 定时的火花点火开始，且火焰前锋以一定的正常速 度传遍整个燃烧室

二.火焰传播速度和燃烧速度1.火焰传播速度一单位时间内火焰前锋面在法线方向相对未燃混合气移动的距离Vr（m/s）2.燃烧速度一单位时间内燃烧的混合气质量U，（kg/s）Un = Vr ArPm kg/s式中：A一火焰前锋面的面积；pm一未燃混合气密度3.放热速度一单位时间放出的热量（kg/s）dQ/dt= U, Hu.式中：Hm一混合气热值

二.火焰传播速度和燃烧速度 1.火焰传播速度—单位时间内火焰前锋面在法线方向 相对未燃混合气移动的距离VT（m/s）。 2.燃烧速度—单位时间内燃烧的混合气质量Un（kg/s） Un = VT Afρm kg/s 式中：Af—火焰前锋面的面积； ρm—未燃混合气密度。 3.放热速度—单位时间放出的热量（kg/s） dQ/dt= Un Hum 式中：Hum—混合气热值

未燃气体已燃气体(b）湍流较弱(a）层流火焰(c）瑞流强烈图5-3火焰前锋厚度8a）层流火焰b）流较弱c）流强烈

图5-3 火焰前锋厚度δ a）层流火焰 b）湍流较弱 c）湍流强烈