汽油机的燃烧过程
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说明汽油机燃烧过程各阶段的主要特点,以及对它们的要求。
说明汽油机燃烧过程各阶段的主要特点,以及
对它们的要求。
汽油机燃烧过程是指汽油在发动机中燃烧时所经过的各个阶段。
燃烧过程的各个阶段具有不同的特点和要求，下面我们就来一一介绍。
1. 吸入阶段：在吸入阶段，汽油通过进气门进入到气缸内，在此
过程中需要保证充分的进气流量和良好的压缩，从而使汽油能够充分
混合并分配到所有气缸。
2. 压缩阶段：在压缩阶段，汽油被压缩和挤压，形成高压、高温、高能的混合气，使得气缸内的压力急剧升高。
这一阶段需要高效的压
缩机构和精密的燃油喷射系统。
3. 点火阶段：在点火阶段，点火塞点亮混合气，在高温环境中将
其中反应生成大量的热能。
这一阶段需要准确的点火时间和热值。
4. 燃烧阶段：在燃烧阶段，混合气被点燃并燃烧，从而产生大量
的热能和机械能。
这一阶段需要精准的燃烧控制和高质量的燃烧室。
5. 排气阶段：在排气阶段，废气被排出气缸，从而通风并清除燃
烧过程中产生的废气。
这一阶段需要高效的排气机构和稳定的排气温度。
对于汽油机燃烧过程各个阶段的要求，主要包括：精准的配气和
进气、高效的压缩和点火、精准的混合和燃烧控制、稳定的排气和节
能降耗等。
同时，汽油机还需要经受住高温高压和复杂工况下的考验，因此对发动机的性能、耐用性、可靠性等方面提出了更高的要求。
因此，制造汽油机需要经过多次完整的燃油动力性能测试和部件
功能测试，以确保汽油机能够稳定、高效地运行。
同时，不断提高汽
油机性能、降低油耗、提高排放标准，也是当前汽车制造业的主要发
展方向。
汽油机燃烧过程讲诉
2、速燃期
*从火焰中心形成到示功图上的压力达到最高点为止称
为速燃期。 *在均质混合气中，当火焰中心出现后，与其临近的一 薄层混合气首先燃烧即形成极薄的火焰层，称为火焰前 锋。 *火焰前锋向前推进的法向移动速度，称为火焰传播速度。 *火焰传播速度：车用一般30—60m/s。
*混合气约80—90%在此期间燃烧完毕，温度、 压力迅速升高，最高压力在上止点后 12℃A~15℃A（循环功最多）一般占20— 30º CA。缸内最高压力点与最高温度点重合。 *急燃期越短，愈靠近上止点，汽油机经济 性、动力性越好。但可能导致压力升高率值 过高，工作粗暴。
2)汽油辛烷值。也就是汽油牌号，越高抗爆震能力越 强，相应允许更大的点火提前角。 3)燃气混合比。过浓过稀燃烧速度皆慢，需增加点火 提前角。这个主要看节气门开度、海拔高度。 对于 难以预料的情况，有些车还加装了爆震传感器，发 生爆震时自动降低点火提前角。 显然，要完成如此复杂的运算，靠传统的模拟 点火器是难以胜任的。只有微电脑点火器，才能高 速、精确、稳定地实现最佳点火提前角。
点火提前角：
从点火时刻起到活塞到达压缩上止 点这段时间内，曲轴转过的角度称为 点火提前角。
混合可燃气体从点燃、燃烧到烧完有一个时间过 程，最佳点火提前角的作用就是在各种不同工况下使 气体膨胀趋势最大段处于活塞做功下降行程。这样效 率最高，震动最小，温升最低。
*点火过早，会造成爆震，活塞上行受阻，效率降低， 热负荷、机械负荷、噪声和震动加剧，这是应该防止的。 点火过迟，发动机无力，功效率低，油耗大，排气声大。 不论点火过早或过迟，都会影响转速的提升。 *最佳点火角受很多因素影响，如果要发动机工作在 理想状态下，以下因素必须考虑： 1)缸温缸压。越高燃烧越快，点火提前角要越小。影响缸 温缸压的因素有：发动机压缩比、气温、缸温、负荷。大 家的车在气温变化的季节有不同表现正缘于此。
汽油机燃烧过程、柴油及机燃烧过程
第二节 汽油机混合气的形成与燃烧一．汽油机混合气的形成1.化油器式汽油机混合气的形成汽油机的不同工况，对混合气成分的要求也不同。
化油器式汽油机的可燃混合气，是在气缸外部由化油器形成的，并通过节气门开度不同控制混合气的量，从而实现混合气的量调节。
1）发动机不同工况对混合气的要求理想的化油器，能够在满足最佳性能要求的前提下，使混合气成分随负荷（或混合气量）的变化而变化，如图3－1所示。
2）化油器的工作原理为满足发动机不同工况对混合气的要求，化油器设有主供油装置、怠速供油装置、加速供油装置、加浓供油装置和起动供油装置等。
2．电子控制燃油喷射汽油机混合气的形成电子控制的汽油喷射系统，以发动机转速和空气量为依据，由ECU 接受来自各个传感器的信号，如：进气量、曲轴转角、发动机转速、加速减速、冷却水温度、过气温度、节气门开度及排气中氧含量等，经处理后，将控制信号送到喷油器，通过控制喷油器开闭时间的长短，控制供油量，使达到最佳空燃比，以适应发动机运行工况的要求。
常用的多点燃油喷射系统示意图如图3－6所示。
二．汽油机正常燃烧过程当汽油机压缩行程接近终了时，由火花塞跳火形成火焰中心，点燃可燃混合气，火焰以一定速度传播到整个燃烧室，燃烧混合气。
1. 正常燃烧进行情况在混合气的燃烧过程中，火焰的传播速度及火焰前锋的形状均没有急剧变化，这种燃烧现象称为正常燃烧。
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。
如图3－7所示，为汽油机燃烧过程的展开示功图，它以发动机曲轴转角为横坐标，气缸内气体压力为纵坐标。
图中虚线表示只压缩不点火的压缩线。
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着火延迟期、明显燃烧期和补燃期三个阶段，分别用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ表示。
1）着火延迟期从火花塞跳火开始到形成火焰中心为止的这段时间，称为着火延迟期。
如图3－7中I 阶段所示。
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。
汽油机燃烧过程
混合气形成
缸内直喷技术
现代汽油机采用缸内直喷技术，将燃 油直接喷入气缸内，与空气混合，实 现更精确的燃油控制和更高的燃油效 率。
汽油和空气在气缸内混合，形成一定 比例的混合气，其浓度直接影响燃烧 效率和发动机性能。
燃烧产物的形成与排放
燃烧产物
汽油机燃烧后产生的产物包括二 氧化碳、水蒸气、未完全燃烧的
碳氢化合物和氮氧化物等。
排放控制
现代汽油机配备三元催化器和氧 传感器等装置，用于减少有害气
体排放和提高排放， 部分汽油机采用废气再循环技术， 将部分废气引入进气系统，降低
燃烧温度和压力。
04 汽油机燃烧过程的优化
提高汽油机的效率
01
02
03
优化燃油喷射
通过精确控制燃油喷射的 时间和量，提高汽油机的 燃油利用率，从而提高效 率。
汽油机燃烧过程的节能要求
提高燃油效率
通过优化燃烧过程和改进 发动机设计，提高汽油机 的燃油效率，降低油耗和 运行成本。
轻量化设计
采用轻量化材料和设计， 减轻发动机重量，降低机 械损失和燃油消耗。
能量回收技术
利用发动机余热和其他可 回收能量，提高能源利用 效率，降低能耗。
汽油机燃烧过程的智能化发展
燃烧优化算法
采用遗传算法、粒子群算法等优化算法，对燃烧模型进行优化，寻 找最优的燃烧参数组合，以提高汽油机的效率和降低排放。
实验验证
通过实验验证模拟结果的准确性，不断修正和优化燃烧模型，为汽油 机燃烧过程的实际应用提供理论支持。
05 汽油机燃烧过程的未来发展
汽油机燃烧过程的环保要求
1 2
减少污染物排放
随着环保意识的提高，汽油机燃烧过程需要进一 步降低污染物排放，如氮氧化物、碳氢化合物和 颗粒物等。
汽油机的燃烧过程
汽油机的燃烧过程
2. 中等负荷工况
中等负荷工况是指节气门开度为25%~85%的各种转速工况。 在此工况下，由于节气门有足够的开度，进入气缸的混合气数 量增多，燃烧条件好，如果只考虑发动机的燃料经济性，应供给较 稀的经济混合气。但在当前发动机压缩比较大的情况下，稀混合气 容易产生过多的氮氧化物(NOx)排放，为了控制发动机的排放污染， 同时保证排气管中的三效催化转化器能正常发挥作用，在中等负荷 工况下也必须使用理论混合气。
汽油机的燃烧过程
2. 稀混合气(α>1)
要使混合气中的汽油都能完全燃烧，混合气必须是α>1的 稀混合气。当混合气适当稀时，可使发动机的经济性最好，这 种混合气称为经济混合气。
如果混合气过稀(α>1.15)，虽然混合气中的汽油可以保证 完全燃烧，但是，由于过稀的混合气燃烧速度低，在燃烧过程 中，有很大一部分混合气的燃烧是在活塞向下止点移动时进行 的，会使发动机的动力性和经济性都相应变坏。
汽油机的燃烧过程
（一）可燃混合气浓度的表示方法
可燃混合气浓度可以用空燃比(A/F)或过量空气系数(α)来表示。
空燃比就是可燃混合气中所含空气和燃料的质量的比，即
A/F=空气质量(kg)/燃料质量(kg)
(1-1)
汽油机的燃烧过程
（二）可燃混合气浓度对发动机性能的影响
1. 理论混合气(α=1)
理论混合气是理论上燃料完全燃烧的混合气浓度。但 实际上，由于时间和空间条件的限制，汽油不可能及时与 空气绝对均匀混合，实现完全燃烧。因此，理论混合气既 不能实现最佳的燃油经济性，也不能获得最高的动力性。 但理论混合气燃烧后的排气能在排气管中的三效催化转化 器中获得最佳的综合净化效果。
汽油机的燃烧过程
汽油机的燃烧过程
（3）补燃期。从最高燃烧压力点(图1-1中点3)开始到燃料基本上 燃烧完全为止称为补燃期(图1-1中第Ⅲ阶段)。
汽油机的燃烧过程
图1-1 汽油机燃烧过程的展开示功图
汽油机的燃烧过程
（二）汽油机的不正常燃烧
1. 爆震燃烧
爆震燃烧简称爆燃。汽油机在燃烧过程中，火焰前锋以正常的传播 速度向前推进，使得火焰前方未燃的混合气(末端混合气)受到已燃混合气 强烈的压缩和热辐射作用，加速其先期反应，并放出部分热量，使本身 的温度急剧升高。如果火焰前锋及时到达将其引燃，直到燃烧完为止， 属正常燃烧。如果在火焰前锋未到达前，末端混合气温度达到了自燃温 度，则在其内部最适宜发火的部位产生一个或数个新的火焰中心，引发 爆炸式的燃烧反应，发出尖锐的金属敲击声，这种现象称爆燃。
2. 表面点火
汽油机的燃烧过程
在汽油机中，凡是不靠电火花点火而由燃 烧室炽热表面(如过热的火花塞绝缘体和电极、 排气门、炽热的积炭等)点燃混合气而引起的不 正常燃烧现象，称为表面点火。表面点火出现 时，会使发动机运转不平稳并发生沉闷的敲击 声，容易使发动机过热，有效功率下降，甚至 在压缩过程末期的高温高压下使机件损坏。
汽油机的燃烧过程
（一）汽油机的正常燃烧过程
（1）着火延迟期。从火花塞跳火(图1-1中点1)开始到形成火焰中 心(图1-1中点2)为止这段时间，称为着火延迟期(图1-1中出现最高压 力(图1-1中点3)为止这段时间称为急燃期(图1-1中第Ⅱ阶段)。
汽油机燃烧过程
⑴早燃的危害
压缩负功↑， 缸内温度↑， 与缸壁接触面积↑,
→散热量↑,
有效功率↓。
另外高温、高压加重了活塞 连杆组的机械负荷、热负荷, 使用寿命↓。
早燃时的示功图
⑵ 与爆燃的区别
①沉闷的“敲缸声”。 ②被炽热表面点燃，无压力波产生，而爆燃时为自燃，有压 力波产生。 另外:
爆燃
缸内炽热表面产生 缸内温度、压力升高
3、补燃期
*从最高压力点到燃烧结束为补燃期：指明显燃烧期
以后在膨胀过程中的燃烧。
*此阶段参加燃烧的燃料主要有： ①火焰前锋面过后，后面未及燃烧的燃料（燃烧室边缘 和缝隙）再燃烧。 ②贴附在缸壁未燃混合气层的部分燃烧。壁面温度低，
对火焰具有熄火作用，这样在壁面存在大量未燃烴，在
随后的膨胀中部分未燃烴继续燃烧。
过量空气系数在0.85~0.95时，自燃温度低，着火延迟期 短，爆燃最严重；BTDC大，易爆燃；缸内积碳使热阻加大， 壁面温度升高，实际压缩比增加，爆燃加重。—影响混合 气的温度和压力
3、结构因素 燃烧室结构能使压缩终了气体紊流速 度提高，火焰传播速度加快，能避免爆燃； 火花塞的位臵和数目使火焰行程缩短，可 减少爆燃；使末端气体接触的燃烧室壁强 冷却，可减少爆燃；采用小直径的气缸， 不易爆燃。
3．最高燃烧温度高（接近定容燃烧）。
4．易燃烧不完全（过量空气系数小，防止爆燃燃烧室 内的激冷区），CO、HC、NOx排放高。
5．挥发损失大（汽油的挥发性好）。
【2】汽油机的不正常燃烧
常见的不正常燃烧:爆燃和表 面点火。
一、爆燃
(一)现象
1.缸内出现尖锐的金属敲击声 2.油膜破坏,机件磨损加剧；
3.燃烧室、冷却系过热，排温增加；
发动机原理-§3汽油机燃烧
别高的压力和压力升高率
〔并出 ddp现m高≥ax 频3 激MP振a/波°(C锯A 齿〕
波)，敲击气缸和燃烧室
正常燃烧
爆燃
壁面，除发生金属敲击声
图3-2 汽油机正常燃烧与爆燃的比较
外，还会破坏缸壁上润滑油膜，加剧运动件的磨损。经常敲
缸的发动机排气温度增加，冷却水过热，润滑油老化加剧。
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❖ ⑵ 产生机理 火花塞点火后，火焰前锋面呈球面波形状以正常
② 补燃期的燃烧与柴油机有所区别。（汽油机不象柴 油机随喷随燃，燃料在 以p后max还有喷入，补燃情 况要小得多。） ⑵ 对性能的影响 补燃期燃烧放出的热量不能有效转变为功，使排气温度 升高，热效率下降。（活塞下行，压力降低） 要求：尽量缩短补燃期。
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二、汽油机不正常燃烧
❖ 1.爆燃
⑴现象：
爆燃时，缸内出现特
燃易发生。提高冷却强度，爆燃倾向减小。 汽油机压缩比的提高受到爆燃的限制。
❖ ③ 火焰前锋传播到末端混合气的时间 缩短火焰前锋传播到末端混合气的时间，有利于避
免爆燃。 提高火焰传播速度（增加气流运动的紊流度）
缩短火焰传播距离（燃烧室结构、火花塞位置等）
12电火花点火而是由燃烧室内炽热表面(如排气门 头部、火花塞绝缘体或零件表面炽热的沉积物等)点燃混合气 的现象，统称表面点火。
高压力可达3～5MPa 。
⑵ 对性能的影响 最高压力pmax到达的时刻（点3 ）对汽油机动力性、经济 性、工作粗暴等有重大影响。
6
3点位置：
3点的出现的时刻非常重要。
太早：压缩功，膨胀功 t，动力性，经济性
pmax、Tmax
、
p
，机械负荷热负荷。
（压力升高率代表发动机工作粗暴程度）
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汽油机的正常燃烧过程
1、课堂提问：正常燃烧分为哪3个阶段？ 其定义分别是什么？ 2、课后作业：正常燃烧分为哪3个阶段？ 其定义和特征分别是什么？
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谢谢！
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着火延迟期
发动机原理
汽油机的正常燃烧过程
着火延迟期 着火延迟期的长短与以下因素有关：燃料本身 的分子结构等性质、过量空气系数、 开始点 火时的缸内气体温度和压力、缸内混合气的运 动、火花能量 、残余废气量等
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汽油机的正常燃烧过程
明显燃烧期 定义：从形成火焰中心到最高压力出现为止。 特性：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 火焰中心开始以20-30m/s的速度层层向四周未 燃混合气传播，直到连续不断的火焰前锋扫过 整个燃烧室。绝大部分混合气在此期间内燃烧 完毕，缸内最高压力和温度迅速升高，最高压 力为3-5MPa。
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着火延迟期
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汽油机的正常燃烧过程
发动机原理
汽油机的正常燃烧过程
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汽油机的正常燃烧过程
பைடு நூலகம்
补燃期 定义：从最高压力点开始到燃料基本燃烧为止 称为补燃期。 特征：主要是部分未燃几尽的燃料、吸附在缸 壁上的混合气层和部分高温分解产物（H2、 O2、CO等）继续燃烧放热。由于活塞下行， 缸内压力下降，使补燃期内燃烧放出的热量不 能有效地转变为功，使排气温度升高，热效率 下降，应尽量缩短补燃期。
一、汽油机不同工况对混合气的要求 1、发动机起动时，空气过量系数在0.2-0.6，使进入汽缸的混合气 在火焰传播界限之内； 2、发动机怠速时，空气过量系数在0.6-0.8，以补偿废气的稀释作 用； 3、发动机小负荷时，空气过量系数在0.7-0.9，保证汽油机小负 荷工况的稳定性； 4、发动机中等负荷时，空气过量系数在1.05-1.15（经济混合气）， 保证有较好的燃油经济性； 5、大负荷和全负荷时，空气过量系数在0.85-0.95（功率混合气）， 保证发动机发出最大功率以克服较大的外界阻力或加速行驶； 6、当发动机加速时，节气门突然开大，大量空气进入汽缸，由于 燃油的粘性作用（流动惯性大），使混合气变稀，应额外供应部 分燃油（利用加速装置）得到浓混合气。
汽油机的燃烧过程
汽油机的正常燃烧过程
汽油机的正常燃烧过程
导入新课：前面我们已经学习了发动机的换气 过程，那么被吸入发动机汽缸内的气体是如何 进行燃烧的呢？燃烧过程对发动机的性能有什 么影响呢？ 燃烧的定义：发动机燃烧过程是将燃料的化学 能转变为热能过程。
发动机原理
汽油机的正常燃烧过程
发动机原理
汽油机的正常燃烧过程
二、对燃烧过程的要求： 1、完全：燃烧完全，才能充分利用燃油的热 能；同时影响排出废气的成分； 2、及时：在上止点附近燃烧（即在上止点后 12°-15°燃烧完毕），循环功最多； 3、正常：正常燃烧，才能保证发动机稳定、 可靠的工作。
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汽油机的正常燃烧过程
正常燃烧的定义：在混合气的燃烧过程中，火焰传 播速度及火焰前锋的形状均没有急剧变化。按缸内 压力的变化特征分为3个阶段： 着火延迟期 明显燃烧期 补燃期
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汽油机的正常燃烧过程
着火延迟期 定义：从火花塞跳火到形成火焰中心时的时间 或曲轴转角。 特征： a、火花放电时两极电压达15kV，局部 温度可达 2000K，加快了混合气的氧化反应速 度。出现发火区并形成火焰中心的时间占整个 燃烧时间的15%； b、此阶段缸内压力无明显升高，对燃烧过程 的影响不大。
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着火延迟期 着火延迟期的长短与以下因素有关：燃料本身 的分子结构等性质、过量空气系数、 开始点 火时的缸内气体温度和压力、缸内混合气的运 动、火花能量 、残余废气量等
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明显燃烧期 定义：从形成火焰中心到最高压力出现为止。 特性：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 火焰中心开始以20-30m/s的速度层层向四周未 燃混合气传播，直到连续不断的火焰前锋扫过 整个燃烧室。绝大部分混合气在此期间内燃烧 完毕，缸内最高压力和温度迅速升高，最高压 力为3-5MPa。
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补燃期 定义：从最高压力点开始到燃料基本燃烧为止 称为补燃期。 特征：主要是部分未燃几尽的燃料、吸附在缸 壁上的混合气层和部分高温分解产物（H2、 O2、CO等）继续燃烧放热。由于活塞下行， 缸内压力下降，使补燃期内燃烧放出的热量不 能有效地转变为功，使排气温度升高，热效率 下降，应尽量缩短补燃期。
一、汽油机不同工况对混合气的要求 1、发动机起动时，空气过量系数在0.2-0.6，使进入汽缸的混合气 在火焰传播界限之内； 2、发动机怠速时，空气过量系数在0.6-0.8，以补偿废气的稀释作 用； 3、发动机小负荷时，空气过量系数在0.7-0.9，保证汽油机小负 荷工况的稳定性； 4、发动机中等负荷时，空气过量系数在1.05-1.15（经济混合气）， 保证有较好的燃油经济性； 5、大负荷和全负荷时，空气过量系数在0.85-0.95（功率混合气）， 保证发动机发出最大功率以克服较大的外界阻力或加速行驶； 6、当发动机加速时，节气门突然开大，大量空气进入汽缸，由于 燃油的粘性作用（流动惯性大），使混合气变稀，应额外供应部 分燃油（利用加速装置）得到浓混合气。
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导入新课：前面我们已经学习了发动机的换气 过程，那么被吸入发动机汽缸内的气体是如何 进行燃烧的呢？燃烧过程对发动机的性能有什 么影响呢？ 燃烧的定义：发动机燃烧过程是将燃料的化学 能转变为热能过程。
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二、对燃烧过程的要求： 1、完全：燃烧完全，才能充分利用燃油的热 能；同时影响排出废气的成分； 2、及时：在上止点附近燃烧（即在上止点后 12°-15°燃烧完毕），循环功最多； 3、正常：正常燃烧，才能保证发动机稳定、 可靠的工作。
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正常燃烧的定义：在混合气的燃烧过程中，火焰传 播速度及火焰前锋的形状均没有急剧变化。按缸内 压力的变化特征分为3个阶段： 着火延迟期 明显燃烧期 补燃期
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着火延迟期 定义：从火花塞跳火到形成火焰中心时的时间 或曲轴转角。 特征： a、火花放电时两极电压达15kV，局部 温度可达 2000K，加快了混合气的氧化反应速 度。出现发火区并形成火焰中心的时间占整个 燃烧时间的15%； b、此阶段缸内压力无明显升高，对燃烧过程 的影响不大。