文档介绍：第四章汽油机混合气的形成和燃烧
第四章汽油机混合气的形成和燃烧
课程重点:正常与不正常燃烧过程及使用因素的影响,燃烧室。
课程难点:不正常燃烧过程及影响因素。
课程要求:熟悉汽油机的混合气形成(化油器式和电子控制汽油喷射式)和燃烧过程以及影响因素,掌握爆燃、表面点火和续走的成因和对燃烧过程的影响。了解各种燃烧室的特点。
燃烧过程将燃料的化学能转变为热能的过程。充入气缸的可燃混合气的燃烧是否完全。将影响热量产生的多少,影响工质作功的能力;而燃烧放热的时间是否及时,将影响工质在气缸中作功的机会;燃烧进行的是否正常,影响发动机工作稳定性和可靠性。燃烧过程是影响发动机动力性、经济性、排放污染、噪声及可靠性的主要过程。传统的汽油机燃烧方式为电火花点火如图。随着汽油机全面节油及限制排放的要求的逐渐提高。迫切需要设计新型燃烧系统及改善混合气形成的质量。目前越来越多地出现了汽油喷射、分层燃烧等新型燃烧系统。
汽油机的正常燃烧
火花塞跳火点燃可燃混合气,形成火焰中心,火焰按一定速度连续地传播到整个燃烧室的空间。在此期间,火焰传播速度以及火焰前锋的形状均没有急剧变化,这种状况称为正常燃烧。
一、汽油机的正常燃烧过程
通常根据高速摄影摄取的燃烧图或激光吸收光谱仪来分析燃烧过程。但最简便的方法是测取燃烧过程的展开示功图。展开示功图以发动机曲轴转角为横坐标,气缸内气体压力为纵坐标。图5-1为汽油机展开示功图。
图中虚线表示只压缩不点火的压缩线,在燃烧压力线上,1点为火花塞跳火点。2点为燃烧压力线脱离压缩压力线点,3点为最高压力点。燃烧过程的进行是连续的,为分析方便,按其压力变化的特征,可人为地将汽油机的燃烧过程分为三个阶段。
(一)着火落后期
从火花塞跳火开始到形成火焰中心为止这段时间,称为着火落后期。如图5-1中阶段1所示。从火花塞跳火开始到上止点的曲轴转角称为点火提前角,用θig 表示。火花塞跳火后,并不能立刻形成火焰中心,因为混合气氧化反应需要一定时间,当火花能量使局部混合气温度迅速升高,以及火花放电时两极电压在15000伏以上时,混合气局部温度可达2000c,加快了混合气的氧化反映速度。这种反应达到一定的程度(所需要时间约占整个燃烧时间的15%左右时)出现发光区,形成火焰中心。此阶段压力无明显升高。着火落后期的长短与燃料本身的分子结构和物理化学性质、过量空气系数( φat =~)、开始点火时气缸内温度和压力(取决于压缩比)、残余废气量、气缸内混合气的运动、火花能量大小等因素有关。汽油机燃烧过程中,着火落后期的影响不如柴油机大。
(二)明显燃烧期
从火焰中心形成到气缸内出现最高压力为止这段时间称为明显燃烧期。图5-1中第2阶段。当火焰中心形成后,火馅前锋以20一30m的速度从火焰中心开始逐层向四周的未燃混合气传播,直到连续不断扫过整个燃烧室。混合气的绝大部分(约80%以上)在此期间内燃烧完毕、压力、温度迅速升高,出现最高压力点3。图5-2为正常燃饶时,火焰前锋的瞬时位置。
最高压力点3出现的时刻对发动机功率、燃油消耗有很大影响。过早,混合气点火早,使压缩功增加,热效率下降;过迟,燃烧产物的膨胀比减小,燃烧在较大容积下进行,散热损失增加, 热效率也下降。实践证明,最高压力出现在上止点后12 °一15 °曲轴转角时,示功图面积最大,循环功最多。此时对应的点火提取前角为最佳点火捉前角。因而,可以通过调整点火提前角,使最高燃饶压力出现在适宜的位置。常用压力升高率λp ,表示汽油机工作粗暴的程度,压力升高率的表达公式为
            λp=δp/δθ      kpa/(°)                (5-1) 式中: δp —明显燃烧期始点和终点的气体压力差,kpa;          δθ—明显燃烧期始点和终点相对于上止点的曲轴转角差,(°)。压力升高率表征燃烧讨程中,压力变化的急剧程度,明显燃烧期,压力上升高,压力升高率λp 较大,若λp 过大,会导致发动机的振动及噪声加大,工作粗暴,排放污染严重。汽油机的λp 大致在2~4kpa/(°)的范围内。实践证明,为保证汽油机工作柔和,性能良好, λp =~/(°)为宜。
(三)补燃期(后燃期)
从最高压力点开始到燃料基本燃烧完为止称为补燃期。这一阶段的燃烧主要是;明显燃烧期火焰前锋扫过的区域,部分未燃饶的燃料继续燃烧;吸附气缸在缸壁上的混合气层继续燃烧;部分高温分解产物(H2、O2、CO等),因在膨胀过程中温度下降又重新燃烧,放热。由于活塞下行,压力降低,散热面积增大,使补燃期内燃烧放出的热量不能有效地转变为功。同时排气温度增加,热效率下降,影响发动机动力性和经济性。因此,应尽量减少补燃