汽油机混合气的形成和燃烧.共127页
发动机原理第五章汽油机混合气的形成和燃烧
发动机原理第五章汽油机混合气的形成和燃烧汽油机是一种内燃机，其工作原理是通过将空气和汽油混合后，利用火花塞点火将混合气体燃烧产生的能量转化为机械能。
汽油机混合气的形成是通过进气管、节气门和进气道来完成的。
当驱动节气门打开时，汽油喷油器会喷射适量的汽油进入进气道中。
同时，空气经过进气管进入气缸。
汽油和空气在进气道中混合，形成可燃混合气体。
混合气的形成过程中有几个关键参数需要控制，例如进气量、燃料喷射量和混合气的浓度。
进气量取决于节气门的开度，而燃料喷射量则由喷油器决定。
为了保证混合气的浓度适中，汽油机通常会配备一个氧传感器，根据氧气浓度的反馈来调节喷油量。
这样可以确保混合气的化学组成接近于最佳的燃烧比例。
燃烧是汽油机中最关键的环节，也是产生动力的过程。
当混合气被点火后，燃烧产生的高温高压气体会向外膨胀，推动活塞运动，驱动曲轴旋转。
混合气的点燃是通过火花塞完成的。
火花塞由中心电极和接地电极组成，中心电极中的电火花将混合气点燃。
燃烧的过程主要包括点火延迟期、燃烧期和尾气期。
点火延迟期是指在点燃混合气之前，混合气在活塞顶部开始自燃的时间。
延迟期的长短会受到很多因素的影响，如混合气的浓度、温度、压力等。
燃烧期是指混合气完全燃烧的时间，这一阶段混合气的能量会被释放并用于驱动活塞运动。
尾气期是指废气在活塞向下运动排出气缸的时间。
为了提高燃烧效率，汽油机通常会采用一些技术来增加混合气的起燃性、均匀度和稳定性。
例如，在进气道中安装气流直通装置可以提高混合气的均匀度；在燃烧室中设置喷油器可以将燃油直接喷到燃烧室中，提高了起燃性；通过调整点火提前角度可以改变燃烧时机，提高燃烧效率。
总结起来，汽油机混合气的形成和燃烧是通过控制进气量、燃料喷射量和混合气的浓度来实现的。
混合气的形成需要一系列的控制和调节来确保混合气的化学组成接近于最佳的燃烧比例。
燃烧则是通过点火将混合气燃烧产生高温高压气体，推动活塞运动，从而驱动汽油机工作。
汽油机混合气的形成与燃烧
3）防止表面点火的措施： （a）选用低沸点的汽油（芳香烃含量多——分 子结构坚固，热稳定性好，化学稳定性强，良 好的抗爆剂）。 （b）降低压缩比到8.5以下。 （c）避免长时间低负荷运行和汽车频繁加减速 行驶。 （d）燃料中加入抑制表面点火的添加剂，如磷 化物可改变沉积物的物理化学性质，降低其着 火能力。
端混合气温度上升，爆燃倾向增加。
b) 当 0 ：
P
3
12~15°CA
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
1
2
0
O 上止点
1）最佳点火提前角： 能保证最高燃烧压力点出现在上止点后 12 ~ 15 曲轴转角所对应的点火提前角。
a) 当 0 ： 点火提前角增大，点火时刻提前，压缩 负功增大，发动机功率下降，爆发压力和末 端混合气温度上升，爆燃倾向增加。
3）爆燃的危害：
Ⅰ.机件过载：压力波使缸壁、缸盖、活塞、连杆、曲轴等机 件的机械负荷增加，变形或损坏。 Ⅱ.发动机过热：导致活塞头部、气门等机件烧损。 Ⅲ.性能指标下降：强烈冲击波会破坏气膜，气体向缸壁传热 增加，使热效率下降，功率降低，油耗增加。 Ⅳ.零件磨损加剧：由于传热损失增加，冷却水和润滑油温度 增加，零件磨损加剧。严重爆燃时磨损量比正常燃烧大27倍。 Ⅴ.排放污染增加：局部高温引起热分解--CO、H2、O2、NO及 游离碳的增加，排气冒烟严重。 Ⅵ.排气温度高：CO、H2、O2在膨胀过程中重新燃烧使补燃增 加，排气温度增高。 Ⅶ.积碳：爆燃产生的碳粒形成积碳，破坏活塞环、火花塞、 气门等的正常工作，使发动机可靠性下降。 Ⅷ.振动、噪声大：强烈的压力冲击波，在缸壁、活塞顶及缸 盖底面之间来回反射，强迫零件振动，使噪声增大。
（b）表面点火火焰传播速度比较正常，无压力波冲
汽油机混合气的形成和燃烧
炎热——加强冷却 寒冷——预热
第二节
汽油机混合气的形成
一、化油器式混合气的形成 二、汽油喷射式混合气的形成 系统简介
空气系统 燃料系统 控制系统
三、两种混合气形成方式的比较 汽油直接喷射与化油器式相比有以下优点： （1）进气管道中设有狭窄的喉管，空气流动阻力小，充气性能 好，输出功率大。 （2）混合气的分配均匀性较好。 （3）可以随着发动机使用工况及使用场合的变化而配制一个最 佳的混合气成分。 （4）具有良好的加速等过渡性能。 （5）经济性能较好。 缺点：系统布置复杂，制造成本高。
4、转速的影响
随燃烧时期不同而不同，转速的变化几乎不影响着火延 迟期所需的时间，但转速对明显燃烧期的影响是很大的。
在转速增时，点火提前角也应适当增大，否则燃烧将拖 延到膨胀过程，致使发动机的功率和经济性下降。为此， 在汽油机的分电器中一般都装有离心点火提前角装置。
当运转中的发动机产生的爆震燃烧可以用提高转速的方 法来消除它。
三．不正常燃烧
1、爆燃（爆震燃烧） 1）、产生的原因
远离火花塞的末端 混合气产生自燃
2）、影响爆燃的因素
①燃料性质：辛烷值越高，抗爆性越好。
②末端混合气的压力和温度 ③火焰前锋传播到末端混合气的时间。
3）、造成的危害
1）零件承受过度载荷
2）零件温度过高，冷却水温度过高， 发动机效率 下降 （附面层被冲击破坏， 则高温燃气会传到缸壁及外 面介质，致使温度过高） 3）加剧磨损 因为爆燃使摩擦副表面的油膜被破坏，爆燃磨损 比正常磨损大27倍．
第四章
汽油机混合气的形成和燃烧
第一节 汽油机燃烧过程
一、正常燃烧过程
1、着火延迟期（1~2）
从电火花跳火开始到明显的火焰核心形成以前的 这段时间，称为着火延迟期。 当汽油和空气的混合气进入汽缸以后，由于汽油的自 燃温度远远高于其点燃温度，这时还不能产生自燃。只 有在火花塞跳火以后，由于电火花的高能量，使火花塞 电极间隙处的混合气温度急剧升高。极大地加速了反应 的进行，经过一段时间后，才形成明显燃烧的火焰核心。
汽油机混合气的形成和燃烧教学课件
可燃的混合气。
压缩和点火
02 在压缩过程中，混合气被压缩，温度和压力升高，当
温度达到燃点时，混合气被点燃。
燃烧和膨胀
03
混合气燃烧产生大量热量，推动活塞运动，产生动力
和热量。
汽油机混合气的燃烧产物
燃烧产物的种类
汽油机混合气燃烧产生的主要产物包括二氧化碳、水 蒸气、未燃燃料和有害气体等。
燃烧产物的排放控制
更多的思路和方法。
06
参考文献
参考文献
朱义名. (2006). 内燃机的传热与热负荷. 北京: 人民交通出 版社.
王建平, 刘艳玲, 王宝艳. (2012). 内燃机原理与实践. 北京: 机械工业出版社.
中国汽车工程学会. (2010). 内燃机燃烧学. 北京: 机械工业 出版社.
感谢您的观看
燃油喷射量 燃油喷射量对混合气的形成和燃烧也有重要影响。喷射量 过多或过少都会导致混合气浓度不合适，影响燃烧效率。
空气流量 空气流量与燃油喷射量之间的比例关系直接影响混合气的 形成和燃烧。空气流量过少会导致混合气过浓，反之则会 导致混合气过稀。
汽油机混合气燃烧的影响因素
01 02
压缩比
压缩比是影响混合气燃烧的重要因素之一。压缩比过高会导致混合气燃 烧过快，温度过高，产生爆震；反之则会导致混合气燃烧过慢，功率输 出低下。
建议：针对实验结论，提出以 下建议
1. 进一步深入研究汽油机混合 气的形成机制，尤其是燃油喷 射和空气流动的过程。
实验研究的结论和建议
2. 加强燃烧过程的模拟和优化，以 提高汽油机的动力性能和经济性。
3. 在实际应用中，根据实验研究成果， 对汽油机设计和性能进行优化，提高 汽车的动力和经济性能。
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（又称标准混合气）；α＜1的为浓混合气；α＞1的为稀混合气。
可燃混合气的浓度对发动机的动力性和经济性有很大影响。
三、燃烧过程Ⅰ-着火延迟期；Ⅱ-速燃期；Ⅲ-补燃期；θ-点火提前角1开始点火；2形成火燃中心；3最高压力点图汽油机燃烧过程燃料在气缸内从着火到燃烧是很复杂的热反应过程，高速汽油机的燃烧过程持续时间很短，正常燃烧过程如图所示。
汽油机混合气形成和燃烧 ppt课件
热损失 t
冷却水, 机油温度 润滑 零件磨损
磨耗量可达正常燃烧的27倍。
2020/12/27
15
（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。
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。
5 压缩比低， = 6～10。
pmax 高，机械负荷大。
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
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）。
5
气流运动 u s
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 Tmax 为, 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。
分在此时间内放出 （ 这与柴油机不同, 柴油机随喷随燃,
第4章 汽油机混合气的形成与燃烧(2016年3月版)
汽车发动机原理
（一）循环变动 指发动机以某一工况稳定 运行时，这一循环和下一循 环燃烧过程的进行情况不断 变化，具体表现在压力曲线、 火焰传播情况及发动机功率 输出均不相同 。
汽车发动机原理
汽油机循环变动
汽车发动机原理
这种循环间的燃烧变动使汽油机空燃比和点火 提前角调整对每一循环都不可能处于最佳状态，因 而油耗上升，功率下降，不正常燃烧倾向增加，使 汽油机性能下降。当采用稀薄燃烧时，循环变动会 加剧，所以汽油机稀薄燃烧困难。 产生这种现象的主要原因是： 1）混合气成分波动； 2）气体运动状态波动。
炽热表面
汽车发动机原理
早燃指在火花塞点火之前，炽热表面就点燃混合 气的现象。反之则称为后燃。 早燃对发动机危害最大，实际着火时间提前，点 火面积大，火核面积和燃烧速度大，压力、温度急 剧增高，工作粗暴； 压缩行程作负功，动力 性和经济性恶化；火花 塞、活塞等零件过热； 活塞和连杆等在压缩行 程末端受冲击载荷产生 振动发出低频敲缸声。
汽车发动机原理
四、使用因素对燃烧过程的影响 1、混合气浓度 在 a=0.8~0.9 时， Pe 达最高值， 且爆燃倾向最大。 在a=1.03~1.1时，be最低。 当 a ＜ 0.8 及 a ＞ 1.2 时，经济性 差， HC 、 CO 排放量增多且工作 不稳定。 混合气浓度对燃烧影响极大，必 须严格控制。
汽车发动机原理
爆燃的机理 火花塞点火
vL < 100 m/s
正常燃烧 压力波压缩 热辐射
压力波传播
低温多阶段着火
满足着火条件
末端混合气 压力温度升高
vn = 800 ~ 1000 m/s
dp = 65 MPa/(°CA) dϕ
激波冲击燃烧室壁面
汽油机混合气的形成与燃烧汽车发动机原理
PPT文档演模板
汽油机混合气的形成与燃烧汽车发动 机原理
化油器形成混合 气的原理：
•流体动力学原理
PPT文档演模板
汽油机混合气的形成与燃烧汽车发动 机原理
• 1）燃料性质 • 辛烷值高的燃料，抗爆燃能力强。添加剂能有效地提 高燃料的抗爆燃能力。 • 2）末端混合气的压力和温度 • 末端混合气的压力和温度增高，则爆燃倾向增大。 • 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。
•
PPT文档演模板
汽油机混合气的形成与燃烧汽车发动 机原理
• 火焰传播下限：＞1.31.4时，火焰传播速度降低， 甚至不能传播。
• 火焰传播上限：＜0.40.5时，混合气过浓，也使火 焰不能传播。
• 为了保证可靠的工作，
汽油机的 在0.6-1.2范围，
•
即空燃比A/F=9-18。
• （3）混合气初始温度：
PPT文档演模板
汽油机混合气的形成与燃烧汽车发动 机原理
• 2、爆燃产生的原因
• 正常燃烧：有明显的火焰前锋，且逐层向外传播，
•
直至燃烧完毕。
• 爆燃：火焰前锋未到，混合气受到压缩，热辐射，
•
自行起火形成新的火焰中心，产生新的火焰传播。
PPT文档演模板
汽油机混合气的形成与燃烧汽车发动 机原理
•轻微爆燃 — • = 100 ~ 300 [ m/s ]
PPT文档演模板
汽油机混合气的形成与燃烧汽车发动 机原理
第四章：汽油机混合气的形成与燃烧
4-1 汽油机燃烧过程 4-2 汽油机混合气形成 4-3 汽油机燃烧室
PPT文档演模板