第十章 发动机燃烧过程
柴油机燃烧过程
• *废气再循环(EGR)是将排气管中的一部分废气引入进气管与新 气混合后再进到气缸中，用废气中的N2和CO2抑制缸内的燃烧， 降低燃烧室中的温度，从而减缓了NO生成速度，有效地降低了 NO排放浓度。但EGR在高负荷时由于减少了供氧量，使炭烟排 放增加，同时使柴油机的油耗率增加，功率下降。
2)后处理
燃烧过程的影晌因素
• 1、燃油品质：十六烷值高，自燃性好 • 2、缸内工质状态：压缩终点的空气温度、压力和扰动 • 3、喷油定时：过大：将因喷油时刻缸内工质状态不利于着火，
使滞燃期增长;最高爆发压力过高，燃烧粗暴。 • 过小，将因着火前缸内温度与压力己下降，而使滞燃期也增长，
但活塞己下行使最高爆发压力降低，后燃增加，排气温度上升。 • 4、雾化质量 • 5、换气质量 • 6、运转工况：转速 和负荷
内过程中所产生的有害排放物。如对燃油去硫、减少芳香烃含量、 精细过滤、乳化、磁化、放添加剂及对空气喷水、废气再循环等 • 对硫化物处理燃油去硫可能是今后优先使用的措施。
前处理：
• *应用乳化技术在燃油中掺水或在进气管中喷水均因水蒸气的汽 化潜热和比热较大，降低了缸内温度，增加了缸内OH基以及因乳 化油滴引起的“微爆”现象，提高了雾化质量从而大大降低NO物 和炭烟污染物。同时乳化燃油尚可提高经济性，但可能造成气缸 部件锈蚀及水沾污滑油等问题。
• 此阶段燃烧室中的废气和燃烧中间产物增多而氧分子变少缓燃期的主 要矛盾是油气得到氧分子的速度赶不上燃烧速度的需要而发生不完全燃 烧。此燃烧期的长短主要取决于负荷大显燃烧时期，故统称为主燃期。
航空发动机的燃烧过程研究
航空发动机的燃烧过程研究航空发动机的燃烧过程是指在发动机内部将燃料与氧气进行反应，产生燃烧的过程。
这个过程是航空发动机能够产生动力的关键步骤之一、在航空领域，对航空发动机的燃烧过程进行研究，有助于提高发动机的性能和效率，减少污染物排放，并确保航空器的安全性。
首先是混合阶段。
在这个阶段，燃料和空气被混合在一起形成可燃混合气。
燃料可以是液体燃料，如航空汽油或喷气燃料，也可以是固体燃料，如喷气发动机中使用的固体燃料。
接下来是点火阶段。
在这个阶段，点火系统会引发混合气中的火焰。
点火可以使用火花塞或其他点火设备进行。
一旦火焰点燃，它会迅速传播到整个燃烧室。
然后是排气阶段。
在燃烧过程中，燃料和氧气会发生化学反应，产生燃烧产物和大量的热。
这些热能会将工作介质（通常是空气）加热，并使其膨胀。
膨胀的气体会形成高压，从而驱动涡轮转动，进而推动飞机的其他部分（如涡轮增压器、风扇等）运转。
最后是冷却阶段。
在燃烧过程中，燃料和空气会产生大量的热，需要通过冷却系统来散发掉。
冷却系统可以采用多种形式，如通过喷射冷气或液体冷却剂进行冷却。
冷却系统的设计和性能对发动机的寿命和性能有着重要的影响。
在研究航空发动机燃烧过程时，有几个关键的考虑因素。
首先是燃料的选择和质量。
不同的燃料在燃烧过程中产生不同的热量和污染物排放。
研究人员需要选择合适的燃料，并优化其组成，以提高燃烧效率和减少污染物排放。
其次是燃烧室的设计。
燃烧室的形状和结构对燃烧过程有很大的影响。
一个好的燃烧室设计可以提供良好的燃烧效率和热交换性能，从而提高发动机的性能。
还有一个重要的方面是燃烧过程的控制。
研究人员需要设计合适的燃烧控制系统，以确保燃烧过程的稳定性和可控性。
这包括控制燃料的供应速度、燃烧空气的量和速度等。
此外，研究人员还需要关注燃烧过程中产生的污染物排放。
航空发动机燃烧过程中会产生一系列的污染物，如二氧化碳、一氧化碳、氮氧化物和颗粒物等。
研究人员需要寻找降低这些污染物排放的方法，以提高发动机的环保性能。
第十章发动机燃烧过程
紊流较弱
紊流强烈
第十章发动机燃烧过程
10.2.2．燃烧速度
燃烧速度的影响因素
1. 火焰传播速度UT
（2）混合气成分
a = 0.85 ~ 0.95 时，火焰
传播速度最大，燃烧速度最快， 发动机功率最大，这种混合气 称为功率混合气。
a = 1.03 ~ 1.1 时，火焰传播
速度较大，氧气充足故燃烧完 全，发动机经济性最好，这种 混合气称为经济混合气。
燃烧过程为火焰传播。在均质 混合气中，当火焰中心形成之后， 火焰向四周传播，形成一个近似 球面的火焰层，即火焰前锋，从 火焰中心开始层层向四周未燃混 合气传播，直到连续不断的火焰 前锋扫过整个燃烧室。
第十章发动机燃烧过程
明显燃烧期
10.2.1．正常燃烧过程
1．正常燃烧过程的评价
（2）明显燃烧期
火焰传播速度： 火焰前锋相对于 未燃混合气向前 推进的速度。
当汽油机的燃烧不能按正常燃烧的要求，燃烧不稳定、最
高燃烧压力出现过早，则出现不正常燃烧。汽油机的不正常
燃烧主要是爆震和表面点火。
2．正常燃烧过程的定义
唯一地由火花定时点火开始，火焰前锋以正常速度传播到
整个燃烧室。
3．汽油机的不正常燃烧 当汽油机的燃烧不能按正常燃烧的要求，
即并非由火花定时点火开始，或者火焰前
多数汽油机的燃烧过程为：利用喷嘴或化油器，在进气管 内使空气和燃油混合，再进入气缸，到压缩行程接近终了时， 以电火花点燃并燃烧。
多数的燃烧过程为：在接近压缩终了由喷油器将燃油喷入 气缸中，然后与空气混合，通过压缩升温使其自燃。
第十章发动机燃烧过程
10. 2 汽油机的燃烧过程
1. 汽油机的燃烧分为正常与不正常燃烧两种
航空发动机的燃烧过程与热力学分析
航空发动机的燃烧过程与热力学分析航空发动机是现代航空运输的核心机械装置，负责提供足够的推力使飞机正常运行。
而发动机的燃烧过程则是其能量转化的核心环节，它涉及到火焰的形成、能量的释放以及热力学循环等关键问题。
在本篇文章中，我们将以热力学的角度来探讨航空发动机的燃烧过程。
航空发动机的燃料燃烧主要分为两个阶段：预混合燃烧和均质燃烧。
预混合燃烧是指燃料与空气在喷嘴附近预先混合，形成可燃混合物，然后在火花塞的引燃下发生燃烧。
均质燃烧是指在发动机燃烧室内，燃料和空气充分混合，形成可燃混合物，然后通过点火器点燃。
燃料在燃烧过程中会发生氧化反应，释放出大量的热能。
而热能的释放会使燃烧室内的温度急剧上升，使燃料和空气更好地混合，形成火焰。
这种燃烧反应是一个复杂的非平衡过程，涉及到燃料的氧化、燃烧产物的生成以及燃烧室内的能量转化等多个方面。
热力学分析可以帮助我们理解燃烧过程中能量的流动和转化，进而优化航空发动机的性能。
在燃烧室内，燃料和空气的混合比例对燃烧过程有着重要的影响。
如果空气过多，燃料无法充分燃烧，会产生大量的不完全燃烧产物，影响到发动机的效率。
如果燃料过多，燃料会在燃烧室内燃烧不完全，增加了发动机的排放量。
因此，确定合适的混合比例对于优化燃烧过程至关重要。
燃烧室内的温度分布也会对燃烧过程产生重要影响。
温度过高会导致燃烧产物中的氮氧化物形成，对环境污染严重；温度过低则会影响燃料的燃烧效率。
因此，通过调整燃烧室的结构和燃烧参数，可以实现温度的控制以及燃烧产物的有效处理。
除了燃料和空气的混合比例和温度分布，燃烧室内的压力变化也是热力学分析的关键之一。
燃料燃烧产生的高温高压气体通过喷嘴排出，形成喷气推力。
而热力学循环则解释了燃烧室内气体由高压、高温到低压、低温的变化过程。
这一过程中，部分能量转化为做功，推动飞机的运行，而部分能量则通过排气系统散失。
因此，热力学分析可以帮助我们了解航空发动机的热能转化效率，从而提出改进建议。
发动机的燃烧过程及工作原理
发动机的燃烧过程及工作原理发动机是汽车、飞机等各种交通工具的核心组件，而燃烧过程是发动机能够产生动力的关键。
本文将介绍发动机的燃烧过程及其工作原理，以揭示发动机背后的奥秘。
一、燃烧过程简介燃烧是指可燃物料与氧气在一定条件下发生的氧化反应。
而发动机的燃烧过程是指通过可燃物料（通常为汽油或柴油）与空气的混合物在气缸内燃烧，从而驱动活塞运动，转化为机械能的过程。
二、火花点火式火花点火式发动机是目前大多数汽车所采用的发动机类型，下面将以火花点火式发动机为例，介绍其燃烧过程及工作原理。
1. 吸气冲程：活塞从上止点开始向下运动，此时气缸内压力低于大气压，进气阀开启。
活塞下行使气缸内形成负压，使得进气阀打开，进气门将燃料和空气混合物送入气缸。
2. 压缩冲程：活塞自下行止点开始向上运动，进气阀关闭。
活塞上行使气缸内的混合物开始被压缩，同时引擎控制单元（ECU）发送信号，点燃火花塞产生的火花，点燃燃料和空气混合物。
3. 爆发冲程：在压缩冲程的末端，点火系统点燃燃料和空气混合物，产生火焰。
火焰迅速蔓延，形成高温高压的气体，推动活塞向下运动。
4. 排气冲程：活塞自下行止点运动至上止点，此时进气气门关闭，排气气门开启。
废气被排出气缸，准备进入下一个工作循环。
三、柴油与火花点火式发动机不同，柴油发动机采用压燃燃料（柴油），无需火花塞点火。
下面将以柴油发动机为例，介绍其燃烧过程及工作原理。
1. 进气冲程：活塞从上止点开始向下运动，进气阀开启，气缸内形成负压，柴油燃料由喷油器喷射至气缸内。
2. 压缩冲程：活塞自下行止点开始向上运动，进气阀关闭。
柴油燃料被压缩至高温高压状态。
在压缩过程的末端，柴油燃料达到自燃温度并点燃。
3. 扩展冲程：点燃后的柴油形成火焰，在气缸内迅速扩展。
高温高压的火焰推动活塞向下运动。
4. 排气冲程：活塞自下行止点运动至上止点，进气气门关闭，排气气门开启。
废气被排出气缸。
四、发动机工作原理总结发动机的工作原理可以归纳为吸气、压缩、燃烧和排气四个基本过程。
发动机的工作原理
发动机的工作原理引言概述：发动机是现代交通工具中不可或缺的重要组成部分，它负责产生动力以驱动车辆运行。
了解发动机的工作原理对于驾驶员和机械工程师来说至关重要。
本文将详细介绍发动机的工作原理，包括燃烧过程、气缸循环、燃油供给、点火系统和排气系统。
一、燃烧过程1.1 空气和燃料混合发动机的燃烧过程始于空气和燃料的混合。
空气通过进气道进入发动机，同时燃料由喷油器喷入燃烧室。
混合物的比例对燃烧效率和动力输出有重要影响。
1.2 压缩混合物被活塞压缩，压缩过程中空气和燃料分子之间的碰撞增加，使混合物的温度和压力升高。
压缩过程中，发动机的缸体和活塞起到密封作用，确保混合物不会泄漏。
1.3 燃烧点火系统引燃混合物，产生火花，使混合物燃烧。
燃烧产生的高温高压气体推动活塞向下运动，转化为机械能。
燃烧过程中产生的废气会通过排气系统排出。
二、气缸循环2.1 吸气冲程活塞从上往下运动，通过进气门将空气吸入气缸。
进气门在活塞下行时打开，活塞上行时关闭，确保空气只能进入气缸而不会泄漏。
2.2 压缩冲程活塞从下往上运动，将进入气缸的空气和燃料混合物压缩。
压缩过程使混合物的密度增加，为燃烧提供更好的条件。
2.3 工作冲程燃烧过程推动活塞向下运动，产生机械能。
活塞下行时，排气门打开，废气通过排气系统排出。
活塞上行时，进气门关闭，确保混合物不会泄漏。
三、燃油供给3.1 燃油系统燃油系统负责将燃料从油箱输送到发动机燃烧室。
它包括燃油泵、喷油器和燃油滤清器等组件。
燃油泵将燃料从油箱抽取，并将其送入喷油器。
喷油器根据发动机的工作状态和负荷需求，以适当的压力和时间将燃料喷入燃烧室。
3.2 燃油喷射喷油器将燃料以细小的液滴喷入燃烧室。
喷油器的喷射方式和时间根据发动机的工作要求进行调整，以确保燃料的充分燃烧和燃油经济性。
3.3 燃油过滤燃油滤清器用于过滤燃料中的杂质和污染物，以防止其进入发动机，保护发动机的正常工作。
定期更换燃油滤清器有助于保持发动机的性能和寿命。
柴油发动机的燃烧过程
柴油发动机的燃烧过程柴油发动机是一种利用柴油燃烧产生能量来驱动车辆或机械的内燃机。
与汽油发动机相比，柴油发动机具有更高的热效率和更大的扭矩输出，因此在货车、大型卡车、船舶等重型交通工具中广泛应用。
以下是柴油发动机的燃烧过程。
1.进气：柴油发动机的进气系统包括空气滤清器、进气管道和进气门等组件。
进气门打开时，活塞在上行冲程时会吸入外部空气。
空气经过空气滤清器过滤，进入气缸内。
2.压缩：在进气冲程结束后，活塞开始向下行冲程，同时进气门关闭。
当活塞下行时，气缸内的空气被压缩，体积减小，压力和温度增加。
通过该过程，空气的压力和温度达到了足够高的水平，使柴油燃烧变得可行。
3.燃烧：在压缩冲程结束时，柴油燃油喷射器会将高压柴油喷入气缸中。
柴油遇热会迅速蒸发并形成可燃的柴油蒸气。
当柴油蒸气与高温和高压空气混合时，会快速燃烧。
这种燃烧过程被称为自燃。
自燃释放的能量推动活塞向下运动，产生动力。
4.排气：燃烧完成后，进气门再次打开，活塞开始向上行冲程，将排出的废气排出气缸。
这些废气通过排气管道排放到大气中。
高压共轨喷射系统具有较高的喷油压力和精准的喷油控制，可以确保柴油燃烧过程的效率和性能。
其中，柴油的喷射时机、喷雾角度和喷雾量等参数都可以通过电子控制单元(ECU)进行调整和控制。
这种精确的喷油控制有助于提高燃烧效率和减少排放。
总之，柴油发动机的燃烧过程包括进气、压缩、燃烧和排气四个基本步骤。
其中燃烧过程是最关键的一步，柴油的喷射系统对燃烧过程的效率和性能起着重要的影响。
不断的技术创新和发展使得柴油发动机具有更高的工作效率和更低的排放水平。
发动机燃烧过程的分子模拟与分析
发动机燃烧过程的分子模拟与分析发动机燃烧过程是整个发动机运行中最重要的环节之一。
如果燃烧过程不顺畅，会对发动机产生重大危害。
为了更好地研究发动机燃烧过程，科学家们开始使用计算机来模拟和分析发动机燃烧过程。
一、发动机燃烧的基本过程在发动机正常工作时，每个气缸内都在相同的时间内进行四个过程：进气、压缩、燃烧和排放。
其中，燃烧是最重要的过程之一。
燃烧过程分为两个阶段：自燃期和传播期。
自燃期是指在燃气达到一定的压力和温度下，混合气体自然发生燃烧的过程。
传播期是指在某个点燃后，火焰在气缸内向四周的扩散过程。
发动机中的燃烧过程是一个非常复杂的过程，涉及到燃料、空气等多种化学物质的反应。
而这些反应往往发生得非常快，难以直接观察和控制。
因此，科学家们采用了分子模拟的方法来研究发动机燃烧过程。
二、分子模拟的原理与方法分子模拟是一种利用计算机对物质分子进行模拟的方法。
它能够通过计算机模拟出物质分子在不同条件下的运动和相互作用。
通过对分子的运动和相互作用进行模拟，可以更好地理解和预测物质的性质和行为。
对于发动机燃烧过程的分子模拟，主要是通过建立一个数学模型来模拟燃料分子和氧气分子在高温高压条件下的化学反应过程。
这个数学模型可以通过数值计算方法来求解，从而预测燃烧过程的各种参数，比如燃烧温度、燃烧速度等。
为了进行发动机燃烧过程的分子模拟，需要进行以下步骤：1.选择合适的化学反应模型。
为了准确模拟发动机燃烧过程的化学反应，需要选择一个合适的化学反应模型。
一般来说，这个模型需要考虑燃料分子和空气中的氧气分子之间的各种反应过程。
2.确定计算区域。
计算区域需要涵盖整个气缸，并尽可能准确地模拟气缸内的各种条件，比如温度、压力等。
3.建立数学模型。
建立一个能够描述化学反应和运动过程的数学模型，在计算区域内对物质分子进行模拟。
4.选择数值计算方法。
为了求解数学模型，需要选择一种合适的数值计算方法。
目前比较常用的计算方法有有限元法、有限体积法等。
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10.2.1．正常燃烧过程
明显燃烧期 着火延迟期
后燃期
10.2.1．正常燃烧过程
1．正常燃烧过程的评价
（度可达3000 K，混合气氧化反 应速度逐渐加快；缸内压力无 明显升高。 B、评价指标
当汽油机的燃烧不能按正常燃烧的要求，燃烧不稳定、最
高燃烧压力出现过早，则出现不正常燃烧。汽油机的不正常
燃烧主要是爆震和表面点火。
2．正常燃烧过程的定义
唯一地由火花定时点火开始，火焰前锋以正常速度传播
到整个燃烧室。
3．汽油机的不正常燃烧 当汽油机的燃烧不能按正常燃烧的要求，
即并非由火花定时点火开始，或者火焰前
10.2.2．燃烧速度
燃烧速度的影响因素
1. 火焰传播速度UT
（2）混合气成分
燃烧界限
a ＞1.3 ~ 1.4，混合气过
稀，火焰不能传播，为火焰传 播下限；
a ＜0.4 ~ 0.5，混合气过浓，
火焰也不能传播，为火焰传播 上限。
汽油机a = 0.6 ~ 1.2，即空
燃比A / F = 9 ~ 18。
从火花塞跳火到上止点间的 曲轴转角称为点火提前角，表 示点火时刻。
点火提前角
10.2.1．正常燃烧过程
1．正常燃烧过程的评价
（2）明显燃烧期
A、特点： 燃烧速度快，缸内压力急剧升
高。 B、评价指标
最高燃烧压力（最高爆发压力） pZ 以及出现时刻j3 。
希望j3在上止点后15°曲轴转 角之内。 平均压力升高率 Dp pz p2
后燃虽不能绝对消除，但通 过完善燃烧过程，可尽量减少。
后燃期
10.2.2．燃烧速度
衡量汽油机燃烧过程完善程度的指标主要是最高燃烧压 力 pZ 及其出现时刻j3 、平均压力升高率、排气温度和排 放性能(反映燃料完全燃烧程度)等指标。
从发动机的动力性和经济性角度，主要是最高燃烧压力、 最高燃烧压力出现时刻和平均压力升高率，这些指标与燃 烧速度有关。
明显燃烧期
10.2.1．正常燃烧过程
1．正常燃烧过程的评价
（2）明显燃烧期
火焰传播速 度：火焰前锋相 对于未燃混合气 向前推进的速度。
汽油机火焰 传播速度可达50 ~ 80m/s。
10.2.1．正常燃烧过程
1．正常燃烧过程的评价
（3）后燃期
特点： 燃烧速度慢，燃烧放热因活
塞下行不能利用，反而使排气 温度升高。
第十章 发动机燃烧过程
10. 1 概述
—— 概述
发动机的燃烧过程是将燃料的化学能转变为热能的过程。 燃烧过程的基本要求是： （1）燃烧完全。充分利用燃油的化学能；尽量减少有害污 染物排放。 （2）时机恰当。在上止点后的10°~ 20°CA 达到最大燃烧 压力。 （3）稳定正常。保证发动机稳定、可靠地工作。
紊流较弱
紊流强烈
10.2.2．燃烧速度
燃烧速度的影响因素
1. 火焰传播速度UT
（2）混合气成分
a = 0.85 ~ 0.95 时，火焰
传播速度最大，燃烧速度最快， 发动机功率最大，这种混合气 称为功率混合气。
a = 1.03 ~ 1.1 时，火焰传
播速度较大，氧气充足故燃烧 完全，发动机经济性最好，这 种混合气称为经济混合气。
燃烧速度是指单位时间燃烧的混合气量，可以表达为
dm dt
TUT
AT
10.2.2．燃烧速度
dm dt
TUT
AT
式中 T 未燃混合气密度；
UT 火焰传播速度，
AT 火焰前锋面积。
控制燃烧速度就能控制明显燃烧期的长短及其相对 曲轴转角的位置，即控制最高燃烧压力、最高燃烧压力 出现时刻和平均压力升高率。
10.2.2．燃烧速度 燃烧速度的影响因素
1．正常燃烧过程的评价
（1）着火延迟期
C、影响因素： 缸内气体流动
紊流运动强，加快混合气 氧化速度，着火延迟期缩短。
火花能量 火花能量大，着火延迟期缩短。
残余废气量 残余废气多，着火延迟期变长。
着火延迟期
10.2.1．正常燃烧过程
1．正常燃烧过程的评价
（1）着火延迟期
为克服着火延迟期，点火需 要提前。
多数汽油机的燃烧过程为：利用喷嘴或化油器，在进气管 内使空气和燃油混合，再进入气缸，到压缩行程接近终了时， 以电火花点燃并燃烧。
多数柴油机的燃烧过程为：在接近压缩终了由喷油器将燃 油喷入气缸中，然后与空气混合，通过压缩升温使其自燃。
10. 2 汽油机的燃烧过程
1. 汽油机的燃烧分为正常与不正常燃烧两种
1. 火焰传播速度UT
火焰传播速度是决定明显燃烧期长短的主要因素。 现代汽油机的UT可高达50 ~ 80 m/s。 影响UT的主要因素是： 燃烧室中气体的紊流运动 混合气成分 混合气初始温度。
10.2.2．燃烧速度 燃烧速度的影响因素 1. 火焰传播速度UT
（1）紊流运动
紊流运动使火 焰前锋燃烧区加 厚，火焰传播速 度加快。
Dj j3 j2
明显燃烧期
10.2.1．正常燃烧过程
1．正常燃烧过程的评价
（2）明显燃烧期 C、燃烧过程
燃烧过程为火焰传播。在均质 混合气中，当火焰中心形成之后， 火焰向四周传播，形成一个近似 球面的火焰层，即火焰前锋，从 火焰中心开始层层向四周未燃混 合气传播，直到连续不断的火焰 前锋扫过整个燃烧室。
着火延迟期长度 Dj12 = j2 -j1
着火延迟期
10.2.1．正常燃烧过程
1．正常燃烧过程的评价
（1）着火延迟期 C、影响因素： 混合气成分
混合气过量空气系数a 为0.8
~ 0.9时，着火延迟期最短。
点火时的缸内气体状态 气体温度和压力越高，着火 延迟期越短。
着火延迟期
10.2.1．正常燃烧过程
10.2.2．燃烧速度
燃烧速度的影响因素
1. 火焰传播速度UT
（3）混合气初始温度
混合气初始温度高，火焰 传播速度增加。
发动机压缩比大，混合气 初始温度高；大气温度高则混 合气初始温度也高。
锋速度过快；或者不是火焰前锋传播到整 个燃烧室，则出现不正常燃烧。
10.2.1．正常燃烧过程 以展开示功图研究燃烧过程。
着火 火花塞点火
压缩线
最高压力
无燃烧 膨胀线
10.2.1．正常燃烧过程 以展开示功图研究燃烧过程。
展开示功图的气缸压力线上，在1点，火花塞跳火， 经过短暂的着火延迟，到2点出现火焰中心和明显燃 烧，随之，在3点出现最高燃烧压力。