内燃机的燃烧过程
内燃机的原理
内燃机的原理内燃机是一种利用燃料在燃烧时产生的高温高压气体推动活塞做功的热机。
它是现代工业和交通运输中最常用的动力装置之一，广泛应用于汽车、飞机、船舶等各个领域。
内燃机的原理是基于热力学和动力学的相关理论，下面将对内燃机的原理进行详细介绍。
内燃机的原理主要包括燃烧室、活塞、曲轴、气缸、进气门、排气门等关键部件。
当内燃机工作时，首先是通过进气门将混合气（空气和燃料的混合物）进入气缸，然后活塞向上运动压缩混合气，接着点火系统点燃混合气，燃烧产生高温高压气体，气体推动活塞向下运动，最终通过曲轴传递动力。
内燃机的原理可以分为四个基本过程，进气、压缩、燃烧和排气。
在进气过程中，活塞向下运动，气缸内的进气门打开，混合气被吸入气缸；在压缩过程中，活塞向上运动，进气门关闭，混合气被压缩至高压状态；在燃烧过程中，点火系统点燃混合气，燃烧产生高温高压气体推动活塞做功；在排气过程中，活塞再次向上运动，排气门打开，燃烧产生的废气被排出气缸。
内燃机的原理涉及到热力学和动力学的知识。
热力学是研究热能转化和热现象的科学，而内燃机正是利用燃料燃烧产生的热能转化为机械能。
动力学则是研究物体运动的科学，内燃机的活塞和曲轴的运动就是动力学的研究对象。
内燃机的原理也与燃烧化学有关。
燃料在燃烧时会释放出能量，这是内燃机能够工作的基础。
燃料的选择、燃烧的稳定性、燃烧产物的排放等都是内燃机设计和优化的重要方面。
总的来说，内燃机的原理是通过燃料燃烧产生的高温高压气体推动活塞做功，从而驱动机械设备工作。
它涉及到热力学、动力学和燃烧化学等多个学科的知识，是一种复杂而又高效的动力装置。
随着科学技术的不断发展，内燃机的原理也在不断完善和优化，为人类社会的发展做出了重要贡献。
内燃机原理内燃机的燃烧
曲轴
将活塞的直线运动转化为旋转 运动，并输出功率。
内燃机的应用和发展趋势
内燃机广泛应用于汽车、飞机、船舶等交通工具，同时也在发电和工业领域 中发挥着重要作用。未来的发展趋势包括电动化、节能技术和可再生能源的 应用。
总结和展望
内燃机作为一种高效、可靠的动力装置，在社会发展中起着重要作用。随着 技术的不断进步，内燃机将继续适应新的需求，并为我们的生活创造更多可 能。
循环过程和效率
四冲程循环
进气、压缩、爆发、排气的四个过程交替进行，形成循环。
热效率
内燃机的热效率是指输出的有用功与燃料输入的热能之间的比值。
提高效率
使用先进的喷射技术、增压系统和废气回收技术可以提高内燃机的效率。
Байду номын сангаас
主要部件的功能和结构
活塞
将高温高压气体的能量转化为 直线运动功。
缸盖
密闭燃烧室，承受燃烧过程的 高温高压。
3
点燃过程
燃料与空气混合后，在火花塞点火的 作用下燃烧，产生爆发力推动活塞。
高温高压气体
燃烧产生的高温高压气体通过扩容和 排气过程释放能量。
点燃方式和燃料种类
火花塞点火
使用火花塞将点火能量传递到 燃料混合物，引发燃烧反应。
燃料喷射系统
通过喷射器将燃料雾化并喷入 燃烧室，提高燃烧效率。
柴油喷嘴
使用高压喷嘴将柴油喷射到压 缩空气中，在高温高压下点燃。
内燃机原理内燃机的燃烧
内燃机是一种高效且广泛应用的发动机类型。它的燃烧过程和传热特性、循 环过程和效率都是实现动力转化的关键。
内燃机的工作原理
内燃机利用可燃物质在密闭燃烧室中的燃烧产生的高温高压气体推动活塞运 动，从而产生功率。
动力燃烧的原理
动力燃烧的原理动力燃烧是指在引擎中利用燃料与氧气发生化学反应产生能量，并将能量转化为机械能用于驱动车辆运动的过程。
它是内燃机的基本工作原理，广泛应用于汽车、船舶、飞机等交通工具中。
动力燃烧的原理可以分为三个关键步骤：燃烧、膨胀和排放。
首先是燃烧过程。
在内燃机中，通过喷射燃料到氧气中形成混合气，并且引发点火。
点火是通过火花塞产生的火花，将混合气中的燃料点燃。
当燃料进入氧气时，其中的碳氢化合物与气体氧化剂反应，产生水和二氧化碳等废气。
这个燃烧过程具有放热的特点，能够向汽缸内的气体传输能量。
然后是膨胀过程。
在内燃机中，燃料的燃烧产生的高温高压气体会推动活塞向下运动，使得活塞与连杆构成的曲轴相连，从而传递能量。
在往复式内燃机中，曲轴的旋转驱动连杆、活塞、缸体等部件的运动，最终将化学能转化为机械能。
而在涡轮增压发动机中，高温高压气体涡轮会驱动压气机增加压气机的进气压力，提高气缸内气体的密度，进而增加爆发力。
最后是排放过程。
在燃烧过程中，不仅会产生水和二氧化碳等废气，还会产生一些有害物质，如一氧化碳、氮氧化物等。
为了保护环境和人类的健康，燃烧产生的废气需要经过排气系统处理后排放到大气中。
常用的排气处理设备包括催化剂和尾气净化装置，通过一系列化学反应将有害物质转化为无害物质。
动力燃烧的原理可以继续分为两种不同的燃烧方式：汽油燃烧和柴油燃烧。
对于汽油燃烧来说，燃料进入汽缸后形成可燃混合气，进一步被压缩。
这个过程中，汽缸内的气体温度和压力升高，进而使得混合气开始燃烧。
燃烧产生的热能推动活塞向下运动，将燃料的化学能转化为机械能。
汽油燃烧有着较高的反应速率，比较容易产生点火所需的火焰。
这种燃烧方式在高速转速下表现出较好的性能，广泛应用于汽车等领域。
而对于柴油燃烧来说，燃料直接喷射到高压气体中，形成可燃混合气。
柴油燃料因为较高的点火温度而不需要点火系统，只需通过压缩使其自燃。
因此，柴油燃烧的特点是压燃，燃料颗粒在高温高压气体中被压缩导致快速点火和燃烧。
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
内燃机工作特点是，燃料在气缸内燃烧，所产生的燃气直接推动活塞作功。
下面，以图示的汽油机为例加以说明。
开始，活塞向下移动，进气阀开启，排气阀关闭，汽油与空气的混合气进入气缸。
当活塞到达最低位置后，改变运动方向而向上移动，这时进排气阀关闭，缸内气体受到压缩。
压缩终了，电火花塞将燃料气点燃。
燃料燃烧所产生的燃气在缸内膨胀，向下推动活塞而作功。
当活塞再次上行时，进气阀关闭，排气阀打开，作功后的烟气排向大气。
重复上述压缩、燃烧，膨胀，排气等过程，周期循环，不断地将燃料的化学能转化为热能，进而转换为机械能。
内燃机工作原理简述内燃机（Internal combustion engine）是一种热机，它将液体或气体燃料与空气混合后，直接输入机器内部燃烧产生热能再转化为机械能。
内燃机具有体积小、质量小、便于移动、热效率高、起动性能好的特点。
但是内燃机一般使用石油燃料，同时排出的废气中含有害气体的成分较高。
往复活塞式内燃机的工作腔称作气缸，气缸内表面为圆柱形。
在气缸内作往复运动的活塞通过活塞销与连杆的一端铰接，连杆的另一端则与曲轴相连，构成曲柄连杆机构。
因此，当活塞在气缸内作往复运动时，连杆便推动曲轴旋转，或者相反。
同时，工作腔的容积也在不断的由最小变到最大，再由最大变到最小，如此循环不已。
气缸的顶端用气缸盖封闭。
在气缸盖上装有进气门和排气门，进、排气门是头朝下尾朝上倒挂在气缸顶端的。
通过进、排气门的开闭实现向气缸内充气和向气缸外排气。
进、排气门的开闭由凸轮轴控制。
凸轮轴由曲轴通过齿形带或齿轮或链条驱动。
进、排气门和凸轮轴以及其他一些零件共同组成配气机构。
通常称这种结构形式的配气机构为顶置气门配气机构。
现代汽车内燃机无一例外地都采用顶置气门配气机构。
构成气缸的零件称作气缸体，支承曲轴的零件称作曲轴箱，气缸体与曲轴箱的连铸体称作机体。
甲，基本术语1. 工作循环活塞式内燃机的工作循环是由进气、压缩、作功和排气等四个工作过程组成的封闭过程。
简述内燃机的工作过程
简述内燃机的工作过程
内燃机的工作过程可以分为以下四个冲程：
1. 吸气冲程：活塞下行形成气缸内压力小于大气压的差，这个压力差使空气进入气缸。
对于汽油机，吸入的是汽油和空气的混合物；对于柴油机，吸入的是纯空气。
2. 压缩冲程：吸气冲程完成后，活塞上行压缩空气达到一定温度，使燃料燃烧。
对于柴油机，由于压缩的工质是纯空气，压缩比高于汽油机，压缩终点的温度和压力都大大超过柴油的自燃温度，使其自燃。
3. 做功冲程：燃烧的空气使活塞下行，从而将热能转换成机械能。
这种转换是通过连杆活塞组和曲轴实现的，高温高压的燃气推动活塞下行，通过连杆使曲轴做圆周运动。
4. 排气冲程：在飞轮惯性的驱动下，活塞上行将燃烧后的废气从打开的排气阀门中排出。
当活塞行至上终点位置时，整个内燃机的工作循环完成。
这四个冲程中，只有做功冲程是内燃机中唯一对外做功的冲程，其他三个冲程都是依靠飞轮的惯性来完成的。
在压缩冲程中，机械能转化为内能；在做功冲程中，内能转化为机械能。
飞机活塞发动机工作原理
飞机活塞发动机工作原理
飞机活塞发动机是一种内燃机，由多个活塞运动往复产生动力。
其工作原理可以简单概括为以下几个步骤：
1. 进气：在活塞下行过程中，活塞拔出气缸，形成缸内的低压区域。
气缸上方装有进气门，当活塞下行时，进气门打开，将空气进入气缸内。
2. 压缩：在活塞上行过程中，活塞推入气缸，将空气压缩。
在达到一定压力后，进气门关闭，防止压缩空气被排出。
3. 燃烧：当活塞到达上行的最高点时，喷油嘴会向气缸内喷射燃油，与已压缩的空气混合。
在活塞下行的过程中，压缩空气与燃油混合被点燃，产生能量。
这个过程称为燃烧。
4. 排气：在燃烧过程中，燃气的能量将活塞向下推动。
当活塞到达下行的最低点时，排气门打开，将燃烧产生的废气排出气缸。
5. 再次进气：完成排气后，活塞开始上行，进气门再次打开，循环重新开始。
通过以上的循环，活塞发动机可以持续不断地产生动力，驱动飞机前进。
值得注意的是，活塞发动机一般使用汽油或柴油作为燃料，并通过点火系统来点燃燃料。
内燃机燃烧效率的提高
内燃机燃烧效率的提高一、引言内燃机是利用燃料经过燃烧释放能量驱动活塞运动来产生动力的一种机械设备。
燃烧过程是内燃机能量转换的关键环节，且其效率决定了发动机的性能和燃料利用率。
因此，如何提高内燃机的燃烧效率是一个非常重要的问题。
二、内燃机的燃烧过程内燃机燃烧过程是将空气和燃料混合在一起，在燃烧室中进行高温高压下的燃烧反应，将化学能转化为热能推动活塞运动，从而产生动力。
简而言之，内燃机的燃烧过程包括燃料的氧化和燃烧产物的放出。
燃料主要分为液体燃料和气体燃料，其中，最常用的液体燃料是汽油和柴油，最常用的气体燃料是天然气和液化石油气。
三、内燃机燃烧效率的影响因素内燃机燃烧效率受到多种因素的影响，其中最主要的因素包括下列三个方面。
1. 空燃比空燃比是燃油进入燃烧室时，与氧气混合的比例。
理论上，当燃料与氧气的比例为化学计量比时，可以得到最大的燃烧量。
此时的空燃比称为化学计量空燃比。
但是，实际上化学计量空燃比并不一定能够实现最高的燃烧效率。
通常情况下，随着空燃比的升高，燃烧产物中氧化物含量下降，产生的热量也会降低，同时也会增加不完全燃烧产物的生成，燃烧效率反而降低。
2. 点火提前角点火提前角是指点火正时提前于最佳点火正时的角度。
在正时点后适当提前点火可以使燃气在燃烧室内完成燃烧，从而产生更高的压力来推动活塞，提高发动机性能。
但是，点火提前角过大会导致正常燃烧失控，甚至会出现爆震现象；而点火提前角过小则会降低燃烧效率。
3. 发动机排放系统发动机排放系统是控制发动机废气中有害成分排放的装置，包括三元催化剂、再生式净化器、DNOX系统等。
发动机排放系统工作正常对发动机燃烧效率的提高起着至关重要的作用。
如果腐蚀、老化或堵塞阻塞了排放系统中的某些部件，就会影响排气量，限制燃烧室内气流的正常运动，降低燃烧效率。
四、提高内燃机燃烧效率的措施目前，有多种方法可以提高内燃机燃烧效率，包括下列三个方面。
1. 优化进气和排气系统优化进气和排气系统可以加强内燃机的吸气和排气能力，从而加强燃料混合，提高空燃比。
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（一）运转因素
燃料性质：辛烷值愈大，燃料的爆燃倾向愈小 混合气质量
混合气浓度：混合气浓度对火焰传播速度的影响 混合气分配：各缸均匀性←进气管布置、进气管断面尺寸、
混合气预热
点火提前角：对燃烧的及时性影响大。过大，过小 转速与负荷
转速： 火焰传播速度随转速的增加而增加←涡流运动增强 转速增加，点火提前角也应适当增大 发动机的爆燃倾向随转速的增加而减弱
二、分开式燃烧室
燃烧室被明显地分隔成两部分
主燃烧室 辅助燃烧室
涡流室燃烧室
辅助燃烧室为涡流室 [图8-24] ，喷油器形式 混合气形成 特点
预燃室燃烧室
辅助燃烧室为预燃室[图8-26] 混合气形成 特点
喷油压力
增大，雾化质量改善；过高
活塞材料
铸铁材料可缩短滞燃期，工作比较柔和
喷油规律
说明叫喷油规律？与什么有关？
燃烧室形式 空气涡流
进气涡流；挤压涡流
第五节
柴油机的燃烧室
柴油机混合气的形成和燃烧与燃烧室有密切关 系
可分为两大类 直接喷射式燃烧室
开式 半开式
转速愈高，后燃期愈长。应力求缩短后燃期
综上所述：
喷油提前角？
为了工作可靠…
为了工作柔和…
为了燃烧完全及时…
二、影响燃烧过程的因素
一）运转因素
燃油性质 喷油提前角 转速和负荷
转速 负荷
冷却强度
二）构造因素
压缩比 喷油压力 活塞材料 喷油规律 燃烧室形式 空气涡流
（一）运转因素
燃料性质：
柴油的发火性能影响滞燃期的长短，即工作粗暴性 柴油的十六烷值越高，自燃能力越强，滞燃期短，工作柔和
喷油提前角：
增大，滞燃期延长，工作粗暴 减小，工作柔和，降低NOx排放；过小，…，热效率显著下降
转速与负荷
转速：
增加，…，混合改善，喷油提前角应适当增大
喷油器结构和尺寸
喷孔直径，小；大
喷油压力
压力越大，雾化质量好，射程增加
气缸内压缩空气反压力
增加，雾化有所改善，喷雾锥角增加，射程减小
喷油泵凸轮外形及转速
外形较陡或转速较高，燃油压力增加
燃油黏度
增大，油粒不易分散成细粒，雾化不良
第四节
柴油机的燃烧过程
一、燃烧过程的4个时期参见图[8-12]
第三节
燃油的喷射雾化
将燃油分散成细粒的过程称燃油的喷雾 （雾化）
一、喷注的形成及特征
何谓喷注？中间部分，外部 喷注的特征
喷雾锥角β：大说明喷注松散，油粒细，雾化质量 好
喷注射程L （贯穿距离）：过大，过小 雾化质量（雾化质量）：指喷散的细度和喷散的均
匀度
二、影响喷注特性的因素
结构紧凑，散热面积小
压缩终了时具有一定的涡流运动
几种燃烧室形式
特点 应用
楔形燃烧室
盆形燃烧室
半球形燃烧室
L形燃烧室：侧置式
第二节
柴油机可燃混合气的形成
一、柴油机混合气形成的特点
在压缩过程终了时把柴油高压喷射，自燃 混合气形成时间很短(30~60℃A) ，混合气质量较
差
混合气浓的地方，燃油因缺乏氧气而燃烧缓慢，甚 至燃烧不完全而引起排气冒黑烟
混合气稀的地方，空气得不到充分的利用
所以，柴油机和混合气形成与燃烧是决定柴油 机动力性和经济性的关键
二、柴油机混合气形成的基本形式
空间雾化混合
燃油喷向燃烧室空间与空气混合
油膜蒸发混合
燃油喷射到燃烧室壁面形成一层油膜，油膜受热汽 化蒸发
显燃期的长短对内燃机的影响
从热效率、功率的角度来看 从工作粗暴和噪声来看 解决上述矛盾的原则？ P209
火焰传播速度与燃烧速度
火焰传播速度 燃烧速度 以上两者的关系 衡量发动机工作粗暴程度的指标
二、不正常燃烧
爆震燃烧
含义 外部特征 爆燃时的示功图：显燃期之末，有冲击波存在 危害 消除爆燃的基本措施
负荷 负荷减小，爆燃的倾向减弱←进气量/残余废气量↓，燃烧速 度↓ 负荷小时，须使点火提前角适当加大
冷却：过度冷却；冷却不足
（二）构造因素
压缩比： ε ↑→功率和经济性↑；→爆燃可能性↑；排气污
染↑
燃烧室形状及火花塞位置
希望燃烧室具备的条件 火花塞位置要近于燃烧室中心，且靠近最热部分(如排气门)
表面点火： 含义
早燃：含义、特征、与爆燃的区别 激爆
三、影响燃烧过程的因素
一）运转因素
燃料性质 混合气质量
混合气浓度 混合气分配
点火提前角 转速与负荷
转 压缩比 燃烧室形状及火花塞位
置 混合气涡流 气缸直径 气缸盖和活塞材料 冷却方式
负荷
增大，缩短了滞燃期，工作柔和；但后燃严重，不完全燃烧现 象增加，经济性下降，排气污染增加
冷起动或怠速运转时，…
冷却强度
温度升高，滞燃期缩短，工作柔和
（二）构造因素
压缩比
较大，滞燃期缩短，工作柔和；还能提高经济性和改善 起动性能；但零件负荷高，影响寿命且对排气净化不利
间接喷射式（分开式）燃烧室
涡流室燃烧室 预燃室燃烧室
一、直接喷射式燃烧室
结构直接取决于活塞顶上的凹坑形状 根据燃烧室深浅又划分为
开式燃烧室：结构特点，相匹配的喷油器，混合气 形成
半开式燃烧室：结构特点，相匹配的喷油器，混合 气形成
ω形燃烧室 [图8-21] 球形燃烧室 [图8-22] 四角形燃烧室 [图8-23]
滞燃期：喷油开始到着火开始2
对柴油机工作有很大影响
滞燃期长，喷油多，压力升高大，经济性有所提高，但工作 粗暴性增加，加速机件磨损。因此，…
影响滞燃期的主要因素
速燃期：燃油着火开始到迅速燃烧出现最高压力3 ；特点
缓燃期：从最高压力开始到出现最高温度4； 特点
后燃期：从最高温度点开始到燃烧基本结束5； 特点
混合气涡流
涡流强，好…；过强，？（传热损失增加，吹灭火焰中心） 燃烧室内形成涡流的方法：进气涡流，挤压涡流
气缸直径：直径↑→热损失减少，经济性较好，但爆燃倾
向增加
气缸盖和活塞材料：铝合金材料可显著减小爆燃倾向 冷却方式：空气冷却方式爆燃倾向较强
四、汽油机的燃烧室
对燃烧室的两点基本要求
第八章 内燃机的燃烧过程
燃烧完全与燃烧及时是燃烧过程 的两个基本要求
第一节
汽油机的燃烧过程与燃烧室
一、正常燃烧
燃烧过程(0.0015~0.003s, 30~60℃A)的3个时期
参见[图8-1]
诱导期 显燃期
温度和压力迅速提高，最后达到压力最大值 对发动机工作影响大
后燃期 什么叫化油器的回火现象？ 点火提前角有多大？