点燃式内燃机的燃烧
点燃式CNG发动机燃烧过程研究
车
用
发
动
机
２０ 年第 ６ ０７ 期
试验 中采用 的主要仪 器设备 见表 ２ 在第 １缸 ， 气 缸盖上 安装压 力 传感 器 ， 以测量 缸 内压力 。在 用 皮 带 轮 上 安装 了 Ｄ Ｌ Ｒ ６ ３ Ｅ ＴＥ ２ １ Ｂ角 标仪 用 以判 断
维普资讯
第 ６期 （ 第 １ ２ ） 总 ７期 ２０ ０ ７年 １ 月 ２
车
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发
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机
Ｎｏ ６ Ｓ ｒａ ． ７ ） ． （ ｅ ｉｌＮｏ １ ２
Ｄｅ ． ００ ｃ２ ７
Ｖ ＥＨ Ｉ ＣＬＥ ＥＮ ＧＩ ＮＥ
点燃式 Ｃ Ｇ发动机燃烧过程研究 Ｎ
指 标
１６ ０ １５ ２
６６ ．２ １． ２ｏ
在 工程 实 际 中 ， 许多 问题 是 无法 通 过 实 际运 有 行来加 以研究 的 ， 如果 采用计 算机模 拟 ， 可 在抽象 则
的模 型上反复 进行 模 拟研 究 ， 而解 决 试 验难 以解 从
决 的问题ｌ。。 ＿ｊ ３ 。
表 １ Ｃ ６ Ｅ１ ２ Ｎ发 动 机 主 要 技 术 参 数 ＡＳ －Байду номын сангаас１
技 术 参数
缸 径 ／ｍｍ 行 程 ／ｍｍ
总 排 量 ／Ｉ 压 缩 比
域分布优 势而 成为 最有 前 途 的 车用 代 用燃 料 ， 缩 压
天然气 （ ＮＧ） 动机 得 以深入研 究和 发展＿ ］ Ｃ 发 】。
王忠 恕 ，刘忠 长 ，窦慧 莉 ，吴晓 云。
（． １ 吉林 大学 汽 车 工 程 学 院 内燃 机 工程 系 ，吉 林 长春
２ 中 国第 一 汽 车 集 团技 术 中心 ，吉 林 长春 ．
内燃机原理 各章重点内容
《内燃机原理》各章提纲及重点内容第一章绪论1、内燃机发展。
前期：1673~1680年荷兰物理学家柯.惠更斯(Christian Huygens)首先提出了真空活塞式火药燃烧的高温燃气在气缸中冷却后形成真空而带动活塞作功，在人类历史上第一次把燃气与活塞联系起来，实现了“内燃”1690年法国医生德.巴本(Deni Papin)，采用相当于真空原理用水蒸气作功质的活塞式发动机，成为近代蒸汽机的直接祖先。
1705~1711年英国人纽卡姆(New Comen)制成了矿井用直立气缸密封式活塞、缸|内水冷却的真空式蒸汽机，热效率不到1%。
| 1776年英国人瓦特(Watt) 改良了纽卡姆蒸汽机，发明了水汽分离冷凝器，大大完善了蒸汽机，热效率达3%，开始了蒸汽时代，掀起了第一次工业革命浪潮。
1794年英国人罗伯特.斯却里塔(RobertSteet)提出了燃用松节油或柏油的内燃机原理，首次提出燃料与空气混合的原理。
1799年法国化学家莱蓬(Lebon) 建议采用照明煤气作燃料并用电火花点火。
| 1820年英国人塞歇尔(W . Cecil) 用氢煤气作燃料,使内燃机以60+/ min转动起来。
1833年英国人莱特(WL. Weight)提出“爆发” 发动机，摆脱了真空发动机的影响，直接利用燃烧压力推动活塞作功。
1857年意大利恩.巴尔桑奇(Engenio Bersanti)和马特依西(Matteucci) 制成自由活塞发动机，第一次实现了爆发作功。
1860年法国人兰诺(Lenoir) 研制成功第一台实用的二冲程、无压缩、电火花点火的煤气机。
1862年法国工程师包.德.罗沙(Beau de Rochas)第一次提出了近代发动机等容燃烧的四冲程循环原理。
诞生：1876年Nikolaus August Otto发明了世界第一台四冲程煤气机。
1886年Benz和Daimlet按Otto的四冲程原理，造出第一台车用汽油机。
1886年Benz和Daimler将发明的汽油机用在车.上，发明了第一部汽车。
点燃式内燃机的燃烧ppt课件
06
总结与展望
当前存在问题与挑战
01
燃油消耗和排放问题
随着环保要求的提高，如何降低点燃式内燃机的燃油消耗和减少排放成
为亟待解决的问题。
02
燃烧效率与性能提升
当前点燃式内燃机的燃烧效率仍有提升空间，需要研究如何提高燃烧效
率，同时保持或提升发动机性能。
03
新技术应用与融合
随着新技术的发展，如缸内直喷、可变气门正时等，如何将这些技术应
稀薄燃烧技术
在过量空气系数较大的条件 下进行燃烧，可以降低燃烧 温度，减少NOx的生成。
分层燃烧技术
在缸内形成不同浓度的可燃 混合气层，实现分层燃烧， 提高燃烧效率并降低污染物 排放。
均质压燃技术
通过提高压缩比、采用高热 值燃料等手段，实现均质混 合气的压燃式燃烧，具有高 效、低污染的特点。
05
新型点燃式内燃机技术进展
高效率与低排放
未来点燃式内燃机将更 加注重提高燃烧效率和 降低排放，采用先进的 燃烧技术、优化燃烧室 设计等方式来实现。
行业创新机遇挖掘
新型燃烧技术
研究新型燃烧技术，如预混合压缩点火、 均质压燃等，以提高燃烧效率和降低排放
。
新材料与新工艺
探索新材料和新工艺在点燃式内燃机中的 应用，如高强度轻质材料、3D打印技术等
03
影响因素与优化措施
空燃比对燃烧性能影响
空燃比定义
空燃比是指空气与燃料的质量比，是影响燃烧性能的关键因素。
空燃比对燃烧速度的影响
空燃比过低会导致燃烧速度减慢，燃烧不充分；空燃比过高则会使 燃烧速度过快，产生爆震现象。
空燃比对排放性能的影响
空燃比不合理会导致排放物中CO、HC等有害物质含量增加，对环 境造成污染。
内燃机工作原理
内燃机工作原理
内燃机是一种利用燃料在活塞内燃烧产生高温高压气体推动活塞做功的热机。
它是现代工业中最为常见的动力装置之一，被广泛应用于汽车、飞机、船舶等各种交通工具以及工业生产中。
内燃机的工作原理主要包括吸气、压缩、爆燃和排气四个基本过程。
首先，在内燃机的工作过程中，活塞在上行运动时，气门打开，气缸内的空气
和燃料混合物被吸入气缸内。
这个过程称为吸气，它使得气缸内的混合气体浓度增加，为后续的爆燃提供条件。
接着，活塞在下行运动时，气门关闭，气缸内的混合气体被压缩。
这个过程称
为压缩，通过压缩使得混合气体的温度和压力升高，增加了爆燃的能量释放。
然后，当活塞接近顶点时，点火系统发出火花，点燃混合气体，使其爆炸燃烧。
这个过程称为爆燃，燃烧产生的高温高压气体推动活塞做功，驱动曲轴转动，从而输出动力。
最后，随着活塞的下行运动，废气通过排气门排出气缸外。
这个过程称为排气，将燃烧后的废气排出，为下一个工作循环做准备。
内燃机的工作原理简单而又精密，它通过上述四个基本过程不断循环，将燃料
的化学能转化为机械能，为各种交通工具和机械设备提供动力。
同时，内燃机在工作过程中也会产生噪音、振动和废气等环境污染问题，因此在实际应用中需要加强对其排放和噪声的控制。
总的来说，内燃机作为一种重要的动力装置，其工作原理的理解对于工程技术
人员和相关领域的专业人士来说至关重要。
只有深入理解内燃机的工作原理，才能更好地进行设计、维护和改进，使其在实际应用中发挥更大的作用。
同时，对内燃机的工作原理有着清晰的认识，也有助于我们更好地理解和利用能源，推动工业技术的发展。
内燃机燃烧技术的研究现状及发展
内燃机燃烧技术的研究现状及发展关键词：内燃机；燃烧技术；工作原理前言：内燃机的发明至今已有100多年的历史，经过大量的应用实践，其供热效率、功率范围、应用技术都得到了长足的发展。
现如今，内燃机燃烧技术已经在工业、农业、交通运输业等领域普及，不过，随着科学发展观与生态保护意识的不断发展，各生产领域对内燃机燃烧技术提出了更高、更严格的要求，如何有效的降低内燃机有害气体的排放量，成为了全世界共同关心的课题。
一、关于内燃机燃烧技术（一）压燃式发动机压燃式发动机俗称柴油机，其工作原理是通过缸内压缩混合气体到一定温度和压力，使混合气体产生自燃，其预热混燃烧量与初始放热率峰值成正比，然后继续扩散燃烧工作，使燃油与空气边混合边燃烧。
所以，传统柴油机对喷射压力的要求较高，保证适当的空气涡流强度，方便扩散燃烧工作顺利完成。
压燃式燃烧技术的主要优缺点包括：（1）由于柴油机燃烧技术可以采用较高的压缩比，其热效率比较高，性价比与经济产能比较高。
（2）由于在上止点前的第一阶段非均质预混合燃烧会引起较高的压力升高率，所以压燃式燃烧技术在应用的过程中会产生的噪音。
（3）预混合燃烧会使燃烧温度不断提高，而且缸内空气比较充足，所以，柴油机在工作的过程中会排放大量的PM。
（二）点燃式发动机点燃式发动机俗称汽油机，与柴油机相比，汽油机属于典型的预混燃烧技术的应用，其燃烧技术的主要优缺点包括：（1）为了防止在工作过程中出现爆震现象，汽油机的压缩比较低、热效率比较低、经济产能比较低。
与柴油机相比HC、CO排放量比较高。
（2）在进气行程燃油就喷入进气管，燃油与空气有足够的时间在燃放发生之前进行充分的混合，形成均匀的可燃混合气体。
因此汽油机在工作的过程当中比柴油机更为柔和，震动幅度和噪音比较小。
（3）由于柴油机的工作动力源于基本均匀的预混合气体燃烧，PM的排放量比较少。
除此之外，由于燃烧温度比较低，所以汽油机在工作过程中产生的NO某要比柴油机产生的少。
内燃机典型燃烧故障特征与诊断
水平 。这类产品市场容量 大 、 但竞争也较 为激烈 ， 面临着产能过
剩的危机 。 而 国 内重 、 大 型 卧式 加 工 中心 制 造 技 术 还 处 于 发 展 阶
ｗ１ ３ ． ０ １ — ３ １ 沈阳经济技术开发大路
段， 国内能够掌握其核 心技 术生产制造 的企 业不多 ， 重、 大型产
启、 关闭产生 的撞击 、 进排气流噪声 和燃烧噪声等相互交织在一
起， 另外 时域 的瞬时 冲击在频域表现为宽带白噪声 ， 这使得常规
的 以傅 立 叶 变 换 为 基 础 的振 动 监 测 技 术 对 内燃 机 的 监 测诊 断无
④后燃期 ， 从最高温度点开始到燃料基本燃烧完毕的阶段 。
点 。②急燃期 ， 从火焰核心开始出现火焰 传播 ， 至火焰遍及 燃烧
室绝大部分燃料的～段时间。 在这一段时间里 ， 由于 燃 烧 的 混 合
气量很大 ， 放 热量急剧增加 ， 缸 内温度和压力上升很快 。在示功 图上 ， 它 常以缸 内压力开始脱离纯压缩线 的时刻为其始点 ， 而以
最高燃烧压力点为其终点 。 ③后燃期 ， 从最高燃烧压力点起至燃
内燃机典型燃烧故 障特征 与诊 断
张远征
摘要
朱荣乾
刘光勇 陈健宇
介绍 内燃机的次级点火电压 、 压力、 振动 、 超 声波、 温度 等波形监 测方法， 分析判断 内燃机存在 的点 火线 圈损 坏、 点火提前
燃烧故 障特征 诊断
Ｂ
角过早与过迟 、 喷 油时刻偏 离、 爆 燃、 不点火、 软点 火、 失火等典型燃烧故障特征 。
机床产 品到机床商品的转变 ，为我国重点发展领域及新兴产业 提供先进适用 的机床装备。 作者通联 ：沈 阳机床设计研 究院
内燃机循环
内燃机循环刘环宇工程力学2班0904020238 燃气动力循环（或气体动力循环）按热机的工作原理分类，可分为内燃机循环和燃气轮机循环两类。
内燃机的燃烧过程在热机的汽缸中进行，燃气轮机的燃烧过程在热机以外的燃烧室中进行。
本论文主要研究内燃机循环内燃机使用气体或液体燃料，以燃料在汽缸中燃烧时产生的燃气作为工质。
活塞式内燃机按燃烧方式的不同，可分为点燃式内燃机（或称汽油机）和压燃式内燃机（或称柴油机）。
相应的，内燃机理论循环分为定容加热循环、定压加热循环和混合加热循环。
定容加热循环定容加热理想循环是汽油机实际工作的理想化，它是德国工程师奥托（Otto）于1876年提出的，所以又称奥托循环。
内燃机的实际工作循环可通过装在汽缸上的示功器将活塞在汽缸中的位置与工质压力的关系曲线描绘下来，即示功图。
右图就是一个四冲程汽油机的工作循环的理想图。
活塞由上死点向下移动时将燃料与空气的混合物经进气阀吸入汽缸中，活塞的这一行程称为吸气冲程。
吸气过程中，由于气阀的节流作用，使汽缸中压力略低于大气压力。
活塞到达下死点时，进气阀关闭，进气停止。
活塞随即反向移动，汽缸中的可燃气体被压缩升温，称为压缩冲程（图中1——2）。
当活塞接近上死点时，点火装置将可燃气体点燃，气缸内瞬间生成高温高压燃烧产物。
因燃烧反应进行极快，在燃烧的瞬间活塞移动极小，可以认为工质是在定容下燃烧而升压升温（2——3）。
活塞到达上死点后，工质膨胀，推动活塞做工（3——4），称为工作冲程。
膨胀终了时排气阀门打开，废气开始排出。
活塞从下死点返回时，继续将废气排出缸外，称为排气冲程（4——0）。
由于排气阀的阻力，所以排气压力略高于大气压力。
这样就完成了一个实际工作循环。
由上述可见，内燃机是个开口系统每一个循环都要从外界吸入工质，循环结束时又将废气排于外界。
同时，活塞在移动时与汽缸壁不断发生摩擦，高温工质也可能通过汽缸壁向外界少量放热，因此，世界的汽油机循环并不是闭合循环，也不是可逆循环。
发动机原理复习之简答题(简化版)精选全文完整版
可编辑修改精选全文完整版发动机原理复习之简答题（简化版）1. 内燃机机械效率测量有哪几种方法，每种方法的适用场合是什么？答：内燃机机械效率测定方法有：示功图法，倒拖法，灭缸法和油耗线法。
其中，示功图法适合于所有类型发动机，倒拖法适合于压缩比不高的汽油机，灭缸法适合于非增压多缸柴油机，油耗线法适合于非增压或增压压力不高的柴油机。
4. 试比较内燃机定压涡轮增压系统和脉冲涡轮增压系统的优缺点。
答：脉冲涡轮增压系统在排气能量利用率、扫气作用、发动机加速性能等方面较优。
而定压涡轮增压系统在涡轮效率、增压系统结构方面较优。
5.基于p—压力示功图上点燃式内燃机燃烧过程各个阶段的特点。
答：汽油机燃烧过程分成三个阶段。
第1阶段为着火阶段，指火花跳火到形成火焰中心的阶段。
这一阶段反映火核形成过程，着火滞燃期与燃料特性、缸内温度、混合气浓度、残余废气系数、点火能量有关。
着火阶段影响到火焰形成、失火和后续的燃烧过程。
第2阶段为急燃期，指火焰由火焰中心烧遍整个燃烧室的阶段，又称火焰传播阶段。
压力升高快，燃烧压力和温度达到最大值。
NO排放物主要在此阶段形成。
此阶段决定了发动机的动力性。
第3阶段为后燃期，指从急燃期终点到完全燃烧点的阶段。
后燃期不应过长，否则传热损失增加，排温增加，热效率降低。
6. 什么是火花点火发动机的爆燃？产生爆震的原因以及影响爆燃的因素？答：在某种条件下(如压缩比过高)，汽油机的燃烧会变得不正常，在测录的p-t示功图上，出现压力曲线出现高频大幅波动，上止点附近的dp/dt值急剧波动，此时火焰传播速度和火焰前锋形状发生急剧的改变，称为爆燃。
发生爆燃的原因可归结为终燃混合气的快速自燃。
运转因素的影响: 点火提前角; 转速; 负荷; 混合气浓度; 燃烧室沉积物.结构因素：气缸直径；火花塞位置；气缸盖与活塞的材料；燃烧室结构.7. 什么是排气再循环？排气再循环能够降低NO x排放的原因？答：排气再循环是指将排气的一部分气体引入进气系统，用于降低NOx排放的措施。
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火焰前锋面积不变的层流燃烧速率 火焰前锋面积变化的层流燃烧速率
由试验装置直接测出拉伸层流燃烧速率，经数据处 理得到无拉伸层流燃烧速率
湍流火焰速率ＳＴ
大尺度的湍流使火焰前锋面扭曲，增大火焰 前锋面积，分裂成更多的燃烧中心，火焰速 率增大； 小尺度增大火焰面中气体的6 0.22( 1)
dmk
SL
dt
Af u
经验公式
SL
SL0
(
Tu ) 293
( p ) 101.3
SL0 30.5 54.9( 1.21)2 当量燃空比
21.8 0.8( 1)
0.16 0.22( 1)
层流燃烧速率 无拉伸 拉伸
• 1、火花塞跳火 • 2、缸内压力线偏离纯
压缩线的始点
气缸压力
压缩线 火花塞信 号
• 3、缸内最高压力点 • θ -点火提前角
Ⅰ-滞燃期 Ⅱ-显燃期 Ⅲ-补燃期 汽油机的燃烧过程
5.2点燃式内燃机的燃烧
燃烧是一种放热的氧化反应。
汽油机具有重量轻、尺寸小和低温起动性能好等优点， 且工作柔和、运转平稳、制造成本低。 注意：汽油机和气体燃料发动机的燃烧属于预混合燃烧。
不形成火焰中心， 无火焰传播
混合气的浓度界限称为着火界限（稀限、浓限）
１）与燃料有关 ２）混合气的初期放热率和散热速率 温升有利于放热率的提高和散热率的降低，扩大着火界限 ３）残余废气系数增大，着火界限缩小 ４）火花塞附近，易着火 ５）燃烧室相互作用设计要利于火花塞附近废气的清扫
汽油机着火稀限φamax=1.3-1.4，一般地1.25~1.35，汽油机工作 不稳定，油耗增大，再稀，则熄火；浓限φamin无意义
原因：在进气过程中，汽油蒸发及其和空气混合的时间 比燃烧反应要快得多，或者在火焰到达前燃料与空气已 充分混合。 缺点：热效率低，燃油消耗率高。
一、均质混合气的着火界限、点火过程、 火核生成与火焰传播
定容燃烧弹来研究燃烧过程。均质混合气与汽油机类似。
１.着火界限
过稀 过浓
放电
热值低，放热少 燃烧不完全，放热少
２.点火过程
击穿阶段 电弧阶段
辉光放电阶段
火花塞电极在很高的电压（约10～15kv）作用下击穿 电极间隙内的混合气，离子流从火花塞的一个电极奔 向另一个电极。这时，间隙阻抗迅速下降，形成一个 很窄的（大约40μm直径）的圆柱状的离子化的气体 通 道 。 它 的 温 度 升 至 60000K ， 压 力 上 升 到 几 十 个 MPa，从而产生一个强烈的激波向四周传播，使等离 子通道的体积迅速膨胀（约膨胀到直径2mm），而 它的压力、温度迅速下降，通过火花塞间隙的峰值电 流高达200A，但整个击穿阶段的时间很短，约10ns。
第五章 内燃机混合气的形成和燃烧
主要内容
• 第一节 内燃机缸内的气体流动 • 第二节 点燃式内燃机的燃烧 • 第三节 点燃式内燃机的燃烧室 • 第四节 压燃式内燃机的燃烧 • 第五节 压燃式内燃机的燃烧室 • 第六节 均质充量压缩着火燃烧发动机
• 1.燃烧过程的重要性
• 燃料燃烧完全的程度，直接影响到 热量产生的多少和排出的废气的成分， 而燃烧时机又关系到热量的利用程度。 所以燃烧过程是影响发动机的动力性、 经济性和排气污染的主要过程，同时与 噪声、振动、启动性能和使用寿命也有 重大关系。
2.对燃烧过程的要求
1）燃烧完全，释放出尽可能多的热能， 减少废气中的有害物质。
2）燃烧及时，使放热集中在上止点附 近，提高热功转换能力。
3.燃烧过程的研究方法
高速摄影法、示功图法
汽油机的燃烧过程 指从点火开始到燃 料基本烧完为止的 过程。
汽油机的正常燃烧
研究方法：测取燃烧过程的展开示功图。
一、示功图上的 关键点
ST SL (1 0.00197 n)
火焰传播速率：火焰前锋相对燃烧室壁 面传播的绝对速率
ST SL(10.00197n)
二、点燃式内燃机中的正常燃烧
汽油机的燃烧阶段
如果在正常火焰锋面到达后，将（火焰锋面前）未 燃混合气引燃，称为正常燃烧。
汽油机的正常燃烧过程一般分为三个阶段，即：
1、着火阶段（滞燃期） 首先，在压缩行程中，在上止
2、急燃期
点前θ角跳火后，并不立即形成火 焰核心。
3、后燃期
一段时间后，在电火花附近形成 了火焰核心。随后向外传播。
滞燃期τi因素： 燃料的理化性质
点火时缸内压力、温度——压缩比 压缩比高，滞燃期短
过量空气系数φa=0.8-09 汽油机τi最短 残余废气量↑，τi↑ 气流运动强，τi略增 火花能量大，τi↓
辉光放电阶段
辉光放电阶段的特征是电流低于200mA，在 阴极上有大的电压降（300～500V）且温度较高， 离子化程度很低（低于0.01%）。绝大部分的点 火能量在此时放出，但能量损失比电弧阶段更大， 气体的最高平均温度下降到3000K 。
３.火核生成与火焰传播
火花点火的 着火过程：
小部分混合气温升被点燃、形成火核。
1、滞燃期（着火延迟期）
形成火焰核心
燃烧角
滞燃角 滞燃期 开始点火
最高压力 急燃角 急燃期
后燃期
点火提前角
滞燃期－从电火花点火起，到形成火焰中心并开始 火焰传播，气缸内压力开始脱离纯压缩线为止所经历 的时期。
初始火杭快 速传播，放 热大，不被 淬熄
高的点火能量诱导出高的火焰传播速度
４.层流燃烧速率与火焰传播速率
层流燃烧速率ＳＬ
定义：火焰前锋面相当于静止未 燃混合气的传播速率
dmk
SL
dt
Af u
质量燃烧率
未燃混合 气密度
火焰面积
SL
SL0
(
Tu ) 293
( p ) 101.3
SL0 30.5 54.9( 1.21)2 21.8 0.8( 1)
电弧阶段
击穿阶段的末期形成了电极间的电流通道，因此电弧放电的电压较低 （50-100V），但电流仍很高，与击穿阶段的电极间电流通道内气体完全离 解或离子化相反，在电弧阶段放电带的中心部分的离解程度仍很高，但离子 化程度比较低（约1%）。在阴极和阳极山的电压降是电弧放电电压降的主要 部分，电能储藏在这些电极的表层区域，由金属电极导走，这是电弧总能量 的一个重要部分。