第四章 汽油机混合气形成和燃烧
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汽油机混合气[29113]
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第四章 汽油机混合气形成与燃烧
—— 汽油机燃烧室
4. 6 汽油机燃烧室
4.6.3 新型汽油机燃烧室 非均质稀混合气燃烧
传统汽油机采用均匀混合气，具有以下缺点： （1）空燃比范围狭窄，造成低负荷的经济性较差； （2）浓混合气燃烧时容易爆燃； （3）热效率低，油耗高； （4）排气污染严重。 稀薄混合气燃烧的主要困难是： 着火困难，不可靠； 燃烧不稳定，速度低。 解决问题的思路： 保证可靠点火；组织气流运动，加快燃烧。 分层燃烧的思路： 加大点火能量，在火花塞形成较浓混合气，保证可靠着火。 混合气浓度由浓到稀逐步过渡，组织气流运动，快速稳定燃烧。
第四章 汽油机混合气形成与燃烧
—— 汽油机燃烧室
4. 6 汽油机燃烧室
4.6.2 典型汽油机燃烧室 楔形燃烧室
火花塞在楔形高处的进、排 气门之间，火焰距离较长。 一般设置挤气面积，气门稍 倾斜。 气道转弯较小，减少进气阻 力，提高充气效率。 压缩比高，达9~10。 有较高的动力性和经济性。
第四章 汽油机混合气形成与燃烧
第四章 汽油机混合气形成与燃烧
—— 汽油机燃烧室
4. 6 汽油机燃烧室
4.6.3 新型汽油机燃烧室 均质稀混合气燃烧 TGP燃烧室 燃烧室
燃烧室设置副室，加强 燃气的气流运动。 喷孔部位放置火花塞， 保证可靠着火。 利用燃气火焰加快燃烧。 压缩比高达15。 动力性和经济性好，压 力升高率低，工作柔和。 对点火时刻敏感。
—— 汽油机燃烧室
4. 6 汽油机燃烧室
4.6.2 典型汽油机燃烧室 碗形燃烧室
燃烧室在活塞顶内，结 构紧凑，火花塞在中间，火 焰传播距离短。 挤流效果好。 气道转弯小， 进气阻力 大，充气效率高。 压缩比可达13。 动力性和经济性好，压 力升高率低，工作柔和。 对点火时刻敏感。
第四章 汽油机混合气的形成与燃烧1
组织气流运动的目的是为 组织气流运动的目的是为 了加速火焰传播，防止爆 了促进燃油与空气更好地 燃 混合
4
第一节 汽油机混合气的形成
一 混合气形成过程（电喷发动机）
1 节气门开度一定, n ，喉口流速升高 压力P降低 雾化效果好 2 节气门开度，n 喉口真空度高 蒸发性好
5
二 汽油喷射
第四章
汽油机混合气的形成和燃烧
主要内容
第一节 汽油机混合气的形成 第二节 汽油机的燃烧过程 第三节 汽油机混合气形成和燃 烧的技术发展
2
桑塔纳轿车汽油供给系示意图
油管 油箱
空气滤清器
汽油滤清器 汽油泵 化油器
3
汽油机与柴油机的比较:
汽油机 点燃式 进入汽缸的是混合气，燃 油与空气的混合时间长 压缩比低， = 6～12 有爆燃问题 柴油机 压燃式 进入汽缸的是新鲜空气， 燃油与空气的混合时间短 压缩比高， = 12～22 有工作粗暴问题
11
通常测取燃烧过程的展开示功图研究燃烧过程。 在燃烧压力线上，1点为火花塞跳火点（开始点 火点），2点为形成火焰中心，3为最高压力点。
•将燃烧过程分为 三个阶段：Ⅰ着
火延迟期（滞燃 期）、Ⅱ明显燃烧 期、Ⅲ补燃期（后燃 期）。
12
1、着火延迟期（滞燃期）Ⅰ 着火延迟期：从火花塞跳火到形成火焰中心的时间 或曲轴转角，从1-2。 1点以前为压缩过程, 缸内压力升高不大；1 点处火花 塞跳火；2 点处形成火焰中心，缸内压力脱离压缩线 开始急骤增高。
26
运行因素： 1）点火提前角—θ增加， t1减少；混合气压力、温 度增高，t2减少。但t2起主要作用，故爆燃倾向增加。 -----可以通过推迟点火提前角来降低爆燃倾向。 2）转速的影响—n增加，火焰传播速度增加， t1减 少；而冲量系数下降， 混合气压力下降， t2增加。 -----n增加，爆燃倾向减弱。
第四章汽油机混合气的形成和燃烧解析
电控化油器
二、电控汽油喷射式混合气的形成 1、电控汽油喷射系统 包括 燃料供给系统 空气供给系统 电子控制系统
①燃料供给系统 发动机工作时，电 动燃油泵把汽油从油 箱中泵送出去，经燃 油滤清器除去杂质和 水分后，经过供油管， 流入燃油分配管，然 后分送到各个喷油器。 燃油分配管末端装有 油压调节器，对燃油 压力进行调整，多余 的燃油经油压调节器 流回油箱。
炎热——加强冷却 寒冷——预热
2、表面点火
1）定义 汽油机中,凡是不靠电火花点火而由燃烧室内炽热表 面点燃混合气的现象统称表面点火。
炽热点：排气门头部，火花塞电极，燃烧室积炭
早燃是表面点火的一种现象。
2)早燃
①定义：指在火花塞点火之前，炽热表面就点燃混合 气的现象。 ②原因：炽热表面引起早燃 ③危害 a) b) c) d) 早燃诱发爆燃、爆燃加剧表面点火。 压缩功增大，发动机功率下降。 零件过热。 燃烧速率快，发动机工作粗暴。
1-节气门；2-旁通气道；3-旁通阀；4-怠速控制阀；5-ECU； 6-转速传感器；7-节气门位置传感器；8-水温传感器
在怠速自动控制过程中，ECU不断地从发动机转速传感器 得到发动机的实际转速信号，并将这一实际转速与目标转速相 比较，最后按实际转速和目标转速的偏差，向怠速控制阀发出 控制信号。 怠速转速的调节
氧传感器检测排气中的氧浓度，
空燃比＞14.7，氧多余。
ECU
喷油量修正
起动、大负荷、暖机 氧传感器未达到一定温度（如350℃） 氧传感器出现故障 进行开环控制
3、怠速自动控制 怠速时的进气是通过两条绕过节气门的旁通气道进入发动 机的。一条旁通气道的流通截面由怠速调节螺钉调整，在使用 中保持不变；另一条旁通气道的流通截面由怠速控制阀控制。
汽油机混合气的形成和燃烧教学课件
THANKS
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。
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。
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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.
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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。
第4章 汽油机混合气的形成和燃烧练习题(含答案)
第4章练习题一、解释术语1、不规则燃烧2、点火提前角3、空燃比二、选择题1．提高汽油机的压缩比，要相应提高所使用汽油的（）A、热值B、点火能量C、辛烷值D、馏程2．汽油机的燃烧过程是（）A、温度传播过程B、压力传播过程C、热量传播过程D、火焰传播过程3、汽油机混合气形成过程中，燃料（）、燃料蒸汽与空气之间的扩散同步进行。
A、喷射B、雾化C、蒸发D、混合4、下面列出的（）属于汽油机的燃烧特点。
A、空气过量B、有时缺氧C、扩散燃烧D、混合气不均匀5、汽油机爆震燃烧的根本原因是远端混合气（）A、自燃B、被火花塞点燃C、火焰传播不到D、被压缩6、汽油机的火焰速度是（）A、燃烧速度B、火焰锋面移动速度C、扩散速度D、气流运动速度7、提高压缩比使汽油机的爆震倾向加大，为此，可采取（）的措施。
A、减小喷油提前角B、减小点火提前角C、加大喷油提前角D、加大点火提前角三、填空题1、根据汽油机燃烧过程中气缸压力变化的特点，可以将汽油机燃烧过程分为、和三个阶段。
2、汽油机混合气的形成方式可以分为和两种。
3、压缩比是发动机热效率的重要因素。
但高压缩比会给汽油机增加的趋势。
4、对液态燃料，其混合气形成过程包括两个基本阶段：和。
5、燃油的雾化是指燃油喷入_________________后被粉碎分散为细小液滴的过程。
6、发动机转速增加时，应该相应地____________点火提前角。
7、在汽油机上调节负荷是通过改变节气门开度来调节进入气缸_______________的多少。
四、简答题1、P—φ图上画出汽油机正常燃烧，爆震燃烧和早燃的示功图，并简要说明它们的区别？2. 用示功图说明汽油机点火提前角过大、过小，对燃烧过程和发动机性能的影响。
3. 汽油机燃烧室组织适当的紊流运动的作用有哪些？第4章 练习题参考答案一、解释术语1、不规则燃烧是指在稳定正常运转的情况下，各循环之间的燃烧变动和各气缸之间的燃烧差异。
2、点火提前角是从火花塞跳火到上止点之间的曲轴转角。
第04章 汽油机的混合气形成与燃烧
第四章 汽油机的混合气形成与燃烧
第一节 汽油机燃烧过程
在测取气缸内燃烧过程的展开压力示功图 （P-坐标系曲线）基础上进行分析，加以讨 论。研究燃烧过程各阶段的工作情况。
一、正常燃烧过程
（一）正常燃烧过程进行情况—三个阶段
（1）着火延迟期（图中1-2段）：从火花塞点火（点1） 至气缸内压力明显脱离压缩线而急剧上升时（点2）的 时间或曲轴转角。 火花塞放电时两极电压达 10~15KV，击穿电极间隙内 的混合气，造成电极间电流 （很小）通过。电火花能量 多在40~80mJ，局部温度可 达3000K，使电极附近的混 合气立即点燃，气缸内压力 脱离压缩线急剧上升。
2、点火提前角—从火花塞发出电火花到上止点间的曲 轴转角。点火提前角的大小受燃料性质、转速、负荷、 过量空气系数等很多因素而定。 当汽油机保持节气门开度、转速以及混合气浓度一定时， 汽油机功率和耗油率随点火提前角改变而变化的关系称 为点火提前角调整特性。对应每一工况都存在一个最佳 点火提前角，这时发动机功率最大、耗油率最低。
点火提前角增大，压缩终了的气体压力、温度增高，爆 燃倾向增大，因此，电喷发动机ESA电子点火控制系统 就是根据爆震传感器信号控制点火提前角是否需要推迟。 同样，点火提前角增大，压缩终了的气体压力、温度增 高，燃烧的最高爆发压力和最高气体温度升高，NOx排 放量增加。 3、发动机转速
转速增加，气缸内紊流增强，火焰传播速率增加，燃烧 持续时间缩短，但所占曲轴转角间隔却延长，因此，最 佳点火提前角应提前。传统汽油机在分电器总成上装离 心调节点火提前器。 ESA电子点火控制系统根据转速 信号电子控制点火触发信号。
第二节 汽油机混合气的形成
汽油机混合气形成方式分成两大类：化油器式和汽油喷 射式，后者又分成进气管内汽油喷射式和气缸内直接汽 油喷射式。化油器式和进气管内汽油喷射式都是气缸外 部形成均匀混合气形式，即便是气缸内直接喷射，发动 机负荷调节也是靠改变
第一节 汽油机燃烧过程
在测取气缸内燃烧过程的展开压力示功图 （P-坐标系曲线）基础上进行分析，加以讨 论。研究燃烧过程各阶段的工作情况。
一、正常燃烧过程
（一）正常燃烧过程进行情况—三个阶段
（1）着火延迟期（图中1-2段）：从火花塞点火（点1） 至气缸内压力明显脱离压缩线而急剧上升时（点2）的 时间或曲轴转角。 火花塞放电时两极电压达 10~15KV，击穿电极间隙内 的混合气，造成电极间电流 （很小）通过。电火花能量 多在40~80mJ，局部温度可 达3000K，使电极附近的混 合气立即点燃，气缸内压力 脱离压缩线急剧上升。
2、点火提前角—从火花塞发出电火花到上止点间的曲 轴转角。点火提前角的大小受燃料性质、转速、负荷、 过量空气系数等很多因素而定。 当汽油机保持节气门开度、转速以及混合气浓度一定时， 汽油机功率和耗油率随点火提前角改变而变化的关系称 为点火提前角调整特性。对应每一工况都存在一个最佳 点火提前角，这时发动机功率最大、耗油率最低。
点火提前角增大，压缩终了的气体压力、温度增高，爆 燃倾向增大，因此，电喷发动机ESA电子点火控制系统 就是根据爆震传感器信号控制点火提前角是否需要推迟。 同样，点火提前角增大，压缩终了的气体压力、温度增 高，燃烧的最高爆发压力和最高气体温度升高，NOx排 放量增加。 3、发动机转速
转速增加，气缸内紊流增强，火焰传播速率增加，燃烧 持续时间缩短，但所占曲轴转角间隔却延长，因此，最 佳点火提前角应提前。传统汽油机在分电器总成上装离 心调节点火提前器。 ESA电子点火控制系统根据转速 信号电子控制点火触发信号。
第二节 汽油机混合气的形成
汽油机混合气形成方式分成两大类：化油器式和汽油喷 射式，后者又分成进气管内汽油喷射式和气缸内直接汽 油喷射式。化油器式和进气管内汽油喷射式都是气缸外 部形成均匀混合气形式，即便是气缸内直接喷射，发动 机负荷调节也是靠改变
汽车构造 第四章 汽油机供给系
2．可燃混合气成分对发动机性能的影响（图4-4）
因为α >1时混合气中，有适量较多的空气，正好满足完全燃烧的条 件，此混合气称为经济混合气，对于不同的汽油机经济混合气成分 不同，一般在 α =1.05～1.15 范围内。当α 大于或小于1.05～ 1.15时，be（油耗率）↑，经济性变坏。 当α = 0.88时，Pe最大，因为这种混合气中汽油含量较多，汽油分 子密集，因此，燃烧速度最高，热量损失最小，因而使得缸内平均 压力最高，功率最大，此混合气称为功率混合气。对不同的汽油机 来说，功率混合气一般在 α =0.85～0.95 之间。 α >1.11的混合气称为过稀混合气，α <0.88的混合气称为过浓混合 气，混合气无论过稀过浓都会使发动机功率降低Pe↓，耗油率增加 be↑。
α
∆Ph/kPa
现在让我们看看简单化油器特性。
节气门由小→大，混合气由稀变浓α ↓ 怠速时也供给稀混合 气，与理想化油器特性截然相反，这就与发动机实际工作的要求发 生也矛盾，它只能满足汽油机的一种工况，而其它工况都不适应， 因此，简单化油器在车用汽油机上不能使用。
为了解决这一矛盾，在现代化油器结构上，采用了一系列自动 调配混合气浓度的装置，其中包括主供油系统、起动系统、怠速系 统、大负荷加浓系统（省油器）和加速系统，以保证车用汽油机在 各种工况下都能供给适当浓度的可燃混合气。
（3）全负荷工况-要求发出最大功率Pemax，α =0.85～0.95量多.
汽车需要克服很大阻力（如上陡坡或在艰难路上行驶）时，驾驶员 往往需要将加速踏板踩到底，使节气门全开，发动机在全负荷下工 作，显然要求发动机能发出尽可能大的功率，即尽量发挥其动力性， 而经济性要求居次要地位。故要求化油器供给Pemax时的α 值。
汽油机混合气形成和燃烧 ppt课件
热应力 零件寿命
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,
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,
第四章汽油机混合气的形成与燃烧
第四章汽油机混合⽓的形成与燃烧第四章汽油机混合⽓的形成与燃烧§4-1 汽油机燃烧过程1、汽油机①混合⽓均匀，在⽓缸外部形成混合⽓预混合时间长。
燃烧过程的特点：②⽕花塞放电点⽕，可控制点⽕时间、地点、能量。
③传播式燃烧，燃烧速度和放热速率取决于⽕焰传播速度。
2、⽕焰传播速度U T ——单位时间内⽕焰前锋⾯相对未燃混合⽓向前推动的距离。
⽤U T 表⽰[m/s]。
3、燃烧速度U m ：单位时间燃烧的混合⽓质量。
燃烧速度⽤U m 表⽰[kg/s].U m =dt dm=T T A U T ρ [kg/s].式中 T ρ——未燃混合⽓密度；U T ——⽕焰传播速度；T A ——⽕焰前锋⾯积。
⼀、汽油机正常燃烧：定义：唯⼀地由⽕花塞点⽕且⽕焰前锋以特定的速度传遍整个燃烧室的过程。
（⼀）汽油机正常燃烧过程：燃烧过程分为三个阶段：（Ⅰ）着⽕延迟期；（Ⅱ）明显燃烧期；（Ⅲ）后燃期。
0（Ⅰ）着⽕延迟期i τ（1-2点）：从⽕花塞跳⽕?压⼒偏离压缩线（出现⽕焰，5％放热量）的时间或曲轴转⾓。
作⽤：⽕花塞放电点燃混合⽓形成⽕焰核⼼（链引发）；①两极电压达10～15Kv ；②击穿电极间隙的混合⽓，造成电极间电流通过；⽕花塞③电⽕花能量多在40～80m J ；放电特性：④局部温度可达3000K ，使电极附近的混合⽓⽴即点燃；⑤形成⽕焰中⼼，⽕焰向四周传播；⑥⽓缸压⼒脱离压缩线开始急剧上升。
特点：燃烧量⼩，压⼒升⾼不明显。
①燃料，⾟烷值↑→i τ↑；影响i τ②缸内温度↓↑→i τ、压⼒↑↑→i τ；长短的因素：③混合⽓浓度（i τα,9.0~8.0=最短）；④残余废⽓系数γ↑→i τ↑⑤点⽕能量↓↑→i τ。
希望：尽量缩短i τ并保持稳定。
（Ⅱ）明显燃烧期（2-3点）：从⽕焰核⼼形成（开始燃烧）?max P （⽕焰传播到整个燃烧室）。
作⽤：迅速地把⼤部分燃料的化学能迅速转变为热能；特点：是汽油机燃烧的主要时期，热量利⽤率⾼。
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正常燃烧 正常燃烧与爆燃的不同
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爆
燃
正常燃烧的μt 为50~80m/s，无压力波，压力升高率在200~400 kpa/(º)的范围内。 轻 微 爆 燃 时 ， μt 约 为 100m/s~300m/s ， 强 烈 爆 燃 时 可 高 达 800m/s~1000m/s。形成强烈的压力冲击波。冲击波反复撞击燃 烧室壁,发出尖锐的敲缸声。
补燃是在活塞向下运行中燃烧，热效率低，应尽量缩短补燃期。
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燃烧速度
定义： 单位时间燃烧的混合气量 影响因素
火焰速度
决定明显燃烧期长短的主要因素，50~80m/s， 燃烧室中气体的紊流运动、混合气成分（0.85~0.95）
及混合气初始温度。 火焰前锋的面积
利用燃烧室的几何形状及与火花塞位置的配合改变不 同时期火焰前锋扫过的面积，以调整燃烧速度。
（6）轻微爆燃有利
接近等容燃烧，膨胀功大，热效率提高。
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（四） 影响爆燃的因素
t1：火焰形成至传到末端混合气所需时间。 t2 ：火焰形成至末端混合气自燃着火所需时间。 不发生爆燃的条件： 减小火焰传播距离
t1 < t 2
燃烧室结构紧凑，缸径不宜过大
t1
加快火焰传播速度
火花塞尽可能中央布置 提高压缩比 提高混合气的紊流运动 降低残余废气系数 控制过量空气系数 提高进气温度
p z max 在上止点后12º~15º CA出现。
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(三) 补燃期 从最高压力点开始到燃料基本烧完为止。
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在此阶段参加燃烧的燃料主要有
（1）火焰前锋后未及时燃烧的燃料再燃烧。 （2）贴附在缸壁未燃混合气层的部分燃烧。 （3）高温分解的燃烧产物（H2、O2、CO等） 重新氧化。
第四章 汽油机混合气形成和燃烧
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发动机的燃烧过程是将燃料的化学能转变为热能 的过程。 燃烧过程是影响发动机经济性、动力 性和排气污染的主要过程，与噪声、振动、起动 性能和使用寿命也有重大关系。
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汽油机燃烧过程概述
在气缸外部的进气管（进气道）内，利用喷嘴使空 气和燃油混合，形成混合气；混合气进入气缸后，到 压缩行程终了时已大致构成均质混合气 ，再经电火花 点火进行燃烧 。
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近年来汽油机发展 ，涌现新型燃烧系统：稀薄燃烧系 统 、非均质混合气燃烧系统 及缸内喷射技术等
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燃烧希望：
完全：燃烧完全，能充分利用燃油的热能； 排出的废气成分减少。 及时：在上止点附近燃烧，循环功最多。 正常：正常燃烧，保证发动机稳定、可 靠的工作。
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第一节
汽油机燃烧过程
a) 空气系统
b) 燃料系统 c) 控制系统
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系统的基本构成图
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电控燃油系统
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空气系统
•计量并控制燃烧所必要的空气量 •空气过滤器 空气流量计等组成
燃料系统
• 由电动汽油泵向各缸喷嘴及启动喷嘴压送具有一定压 力的燃油. •电动汽油泵 喷嘴 压力调节器等
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（2）各缸之间的燃烧差异
各缸之间的燃烧差异主要是由于燃料分配不均使空 燃比不一致造成的。
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危害：
由于各缸混合气成分不同，使各缸不可能都处于经 济混合气或功率混合气工作，则发动机功率下降， 油耗上升，排放污染严重。
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(三) 燃烧室壁面的熄火作用
在火焰传播过程中,燃烧室壁对火焰有熄火作用， 是HC的主要来源 α=1.0时，熄火厚度最小 负荷减小，熄火厚度显著增加 燃烧室温度、压力提高，紊流加强，厚度减小。 为降低HC的排出量，要减小熄火厚度和燃烧室的面容比。
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压力升高率λp
表征压力变化的急剧程度〔kPa／（º）〕
Δp p3 − p2 λp = = Δϕ ϕ 3 − ϕ 2
式中:
p2 、p3 —明显燃烧期始点和终点气体压力（kPa）;
Φ1 、φ2—明显燃烧期始点、终点相对上止点曲轴转角（CAº）。
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汽油机的λp在200~400 kpa/(º)的范围内。 λp=175~250kpa/(º)为宜 占20º~40º曲轴转角
下降不 明显。
n↑ → 每循环所用时间↓, 相对于缩短了的循环时间下降不明 显。 转速增加时，应当相应加大点火提前角。 汽油机装有离心式的点火提前角调节装置。 转速增加时，紊流强度↑，火焰传播速度加快，爆燃倾向 减小。
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四、负荷
负荷↓ → 节气门开度↓ → 进入气缸的混合气↓ 废气的比例相对↑ → 每循环时间↑ → 传热损失↑ τ ↑ （必须） → θ ↑
控制系统
•监测发动机状态的各类传感器,并将测得信号送给发动 机控制单元,并执行控制单元的控制信息. •各类传感器、控制单元、电器 •汽油喷射方式(按喷射时间)
同时喷射 分组喷射 顺序喷射
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汽油喷射系统的优点
能根据发动机工况的变化供给最佳空燃比的混合气 发动机冷起动性和加速性较好 汽油喷射系统油量计量与控制的精度高 供油系统雾化质量好，改善了燃烧过程 电控技术的应用有利于改变瞬态响应性能 多点顺序喷射，改善了各缸分配的均匀性 提高了充气效率，从而增加了发动机的功率和扭矩
可燃混合气密度
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(二) 汽油机的不规则燃烧
在稳定正常运转的情况下,各循环之间的燃烧变动和 各缸之间的燃烧差异。
（1）各循环之间的
燃烧变动
表现为循环 的压力波动。
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循环波动的原因 火花塞附近混合气成分和气体紊流性质、程度各循环 有变动，使有效着火时间（着火延迟期）变动。 循环波动的危害 对每一循环，点火提前角和空燃比不可能调整到最 佳值，使发动机的性能指标不可能得到充分优化。
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着火延迟期的长短与以下因素有关：
（1）混合气成分
混合气过量空气α=0.8~0.9时，着火延迟期最短。
（2）开始点火时的缸内气体温度和压力
气体温度和压力越高，着火延迟期越短。
（3）缸内气体流动
加强紊流运动，氧化反应速度加快，着火延迟期缩短。
（4）火花能量 加大火花能量，着火延迟期缩短。 （5）残余废气量
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炽热表面：排气门头部、火花塞绝缘体或积碳等。
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早燃
火花塞点火之前，炽热表面 点燃混合气的现象。 外部特征：沉闷的低频敲缸 声（600 ~1200）Hz。
危害：
（1） 气缸压力、温度急剧 升高，工作粗暴。 （2）早燃太早, 则使压缩末期 负功增大, 热效率↓, 功率损失↑, 功率↓,动力性和经济性恶化。
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汽油机混合气形成的方式
化油器式 （早期） 汽油喷射式 它属于在气缸外部形成混合气，依靠控制节气门 开闭来调节混合气数量
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电控汽油喷射式混合气的形成
电控汽油喷射系统（Electronic Fuel Injection ）是汽油 机综合控制中最主要、最基本的部分。 汽油喷射：定数量和压力的汽油经过喷油器直接喷入气 缸或进气岐管 系统的基本构成：
阻碍燃烧反应，使着火延迟期变长。
尽量缩短着火延迟期并保持稳定。
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点火提前角
从火花塞跳火到上 止点间的曲轴转角 。 可用其表示点火时 刻。
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(二) 明显燃烧期
从形成火焰中心到最高 压力出现。 火焰传遍整个燃烧 室，火焰速度UT 绝大部分燃料在这一 阶段燃烧,是汽油机的 主燃烧期
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与爆燃的不同点 早：火花塞跳火前 爆：火花塞跳火后 早：炽热点点燃 爆：混合气自燃
时刻不同 着火方式
外部特征
早：无压力波，敲缸声沉闷、频率低。 爆：有压力冲击波敲缸声清脆、频率高。
早燃会导致爆燃，爆燃又形成积炭且使温度升高， 促使表面点火。
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影响燃烧过程的因素
一、混合气成分 1. α=0.8~0.9 (功率混合气) 着火延迟期最短，火焰传播速度最大。 爆燃倾向最大。因温度高。 2. α =1 .03~1.1(经济混合气) 燃烧完全，be最低。 Nox排放量大(温度最高且富氧)。
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
各循环间燃烧变动产生机理:
当α=0.8~0.9时循环燃烧变动最小，混合气加浓或 减稀，变动均增加； 在中等负荷以上变动较小，低负荷时，残余废气相 对量多，变动更为明显； 加强紊流有助于减小变动，增加转速，变动减小； 加大点火能量，采用多点点火，得到改善； 点火时刻和点火位置对燃烧变动很敏感。
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爆燃的危害
（1）发动机过热
燃烧终了时的温度达2000℃~2500℃, 而活塞顶、燃烧 室壁及缸壁的温度仅为200℃~300℃。 冷却水的作用；气体的附面层，起到隔热的作用。 爆燃的冲击波破坏了附面层，使机件过热。严重时， 会使活塞头部和气门等机件烧损。
（2）机件过载
强烈爆燃时的冲击波能使机件的机械负荷增加，使机件 变形甚至损坏。
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二、点火提前角
θ
点火提前角是从火花塞跳火到上止点间的曲轴转 角。其数值应视燃料性质、转速、负荷、过量空气 系数等很多因素而定。
最佳点火提前角：动力性、经济性最好时对应的 点火提前角。
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压缩功
发动机容易过热,工作粗爆程度
θ
爆燃倾向 混合气的压力 末端混合气燃烧前 的温度较高。
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二 汽油机的不正常燃烧
1. 爆燃
爆燃的外部特征 尖锐的金属敲击声，亦称为敲缸；排气冒黑烟。 爆燃产生的原因
正常燃烧：有明显的火焰前锋, 逐层向外传播，直至燃烧完毕。 爆燃：火焰前锋未到，未燃混合气的温度达到其自燃温度而 着火燃烧，形成新的火焰中心，产生新的火焰传播。 即跳火后，末端混合气的自燃。
正常燃烧 正常燃烧与爆燃的不同
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爆
燃
正常燃烧的μt 为50~80m/s，无压力波，压力升高率在200~400 kpa/(º)的范围内。 轻 微 爆 燃 时 ， μt 约 为 100m/s~300m/s ， 强 烈 爆 燃 时 可 高 达 800m/s~1000m/s。形成强烈的压力冲击波。冲击波反复撞击燃 烧室壁,发出尖锐的敲缸声。
补燃是在活塞向下运行中燃烧，热效率低，应尽量缩短补燃期。
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燃烧速度
定义： 单位时间燃烧的混合气量 影响因素
火焰速度
决定明显燃烧期长短的主要因素，50~80m/s， 燃烧室中气体的紊流运动、混合气成分（0.85~0.95）
及混合气初始温度。 火焰前锋的面积
利用燃烧室的几何形状及与火花塞位置的配合改变不 同时期火焰前锋扫过的面积，以调整燃烧速度。
（6）轻微爆燃有利
接近等容燃烧，膨胀功大，热效率提高。
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（四） 影响爆燃的因素
t1：火焰形成至传到末端混合气所需时间。 t2 ：火焰形成至末端混合气自燃着火所需时间。 不发生爆燃的条件： 减小火焰传播距离
t1 < t 2
燃烧室结构紧凑，缸径不宜过大
t1
加快火焰传播速度
火花塞尽可能中央布置 提高压缩比 提高混合气的紊流运动 降低残余废气系数 控制过量空气系数 提高进气温度
p z max 在上止点后12º~15º CA出现。
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(三) 补燃期 从最高压力点开始到燃料基本烧完为止。
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在此阶段参加燃烧的燃料主要有
（1）火焰前锋后未及时燃烧的燃料再燃烧。 （2）贴附在缸壁未燃混合气层的部分燃烧。 （3）高温分解的燃烧产物（H2、O2、CO等） 重新氧化。
第四章 汽油机混合气形成和燃烧
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发动机的燃烧过程是将燃料的化学能转变为热能 的过程。 燃烧过程是影响发动机经济性、动力 性和排气污染的主要过程，与噪声、振动、起动 性能和使用寿命也有重大关系。
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汽油机燃烧过程概述
在气缸外部的进气管（进气道）内，利用喷嘴使空 气和燃油混合，形成混合气；混合气进入气缸后，到 压缩行程终了时已大致构成均质混合气 ，再经电火花 点火进行燃烧 。
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近年来汽油机发展 ，涌现新型燃烧系统：稀薄燃烧系 统 、非均质混合气燃烧系统 及缸内喷射技术等
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燃烧希望：
完全：燃烧完全，能充分利用燃油的热能； 排出的废气成分减少。 及时：在上止点附近燃烧，循环功最多。 正常：正常燃烧，保证发动机稳定、可 靠的工作。
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第一节
汽油机燃烧过程
a) 空气系统
b) 燃料系统 c) 控制系统
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系统的基本构成图
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电控燃油系统
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空气系统
•计量并控制燃烧所必要的空气量 •空气过滤器 空气流量计等组成
燃料系统
• 由电动汽油泵向各缸喷嘴及启动喷嘴压送具有一定压 力的燃油. •电动汽油泵 喷嘴 压力调节器等
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（2）各缸之间的燃烧差异
各缸之间的燃烧差异主要是由于燃料分配不均使空 燃比不一致造成的。
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危害：
由于各缸混合气成分不同，使各缸不可能都处于经 济混合气或功率混合气工作，则发动机功率下降， 油耗上升，排放污染严重。
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(三) 燃烧室壁面的熄火作用
在火焰传播过程中,燃烧室壁对火焰有熄火作用， 是HC的主要来源 α=1.0时，熄火厚度最小 负荷减小，熄火厚度显著增加 燃烧室温度、压力提高，紊流加强，厚度减小。 为降低HC的排出量，要减小熄火厚度和燃烧室的面容比。
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压力升高率λp
表征压力变化的急剧程度〔kPa／（º）〕
Δp p3 − p2 λp = = Δϕ ϕ 3 − ϕ 2
式中:
p2 、p3 —明显燃烧期始点和终点气体压力（kPa）;
Φ1 、φ2—明显燃烧期始点、终点相对上止点曲轴转角（CAº）。
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汽油机的λp在200~400 kpa/(º)的范围内。 λp=175~250kpa/(º)为宜 占20º~40º曲轴转角
下降不 明显。
n↑ → 每循环所用时间↓, 相对于缩短了的循环时间下降不明 显。 转速增加时，应当相应加大点火提前角。 汽油机装有离心式的点火提前角调节装置。 转速增加时，紊流强度↑，火焰传播速度加快，爆燃倾向 减小。
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四、负荷
负荷↓ → 节气门开度↓ → 进入气缸的混合气↓ 废气的比例相对↑ → 每循环时间↑ → 传热损失↑ τ ↑ （必须） → θ ↑
控制系统
•监测发动机状态的各类传感器,并将测得信号送给发动 机控制单元,并执行控制单元的控制信息. •各类传感器、控制单元、电器 •汽油喷射方式(按喷射时间)
同时喷射 分组喷射 顺序喷射
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汽油喷射系统的优点
能根据发动机工况的变化供给最佳空燃比的混合气 发动机冷起动性和加速性较好 汽油喷射系统油量计量与控制的精度高 供油系统雾化质量好，改善了燃烧过程 电控技术的应用有利于改变瞬态响应性能 多点顺序喷射，改善了各缸分配的均匀性 提高了充气效率，从而增加了发动机的功率和扭矩
可燃混合气密度
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(二) 汽油机的不规则燃烧
在稳定正常运转的情况下,各循环之间的燃烧变动和 各缸之间的燃烧差异。
（1）各循环之间的
燃烧变动
表现为循环 的压力波动。
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循环波动的原因 火花塞附近混合气成分和气体紊流性质、程度各循环 有变动，使有效着火时间（着火延迟期）变动。 循环波动的危害 对每一循环，点火提前角和空燃比不可能调整到最 佳值，使发动机的性能指标不可能得到充分优化。
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着火延迟期的长短与以下因素有关：
（1）混合气成分
混合气过量空气α=0.8~0.9时，着火延迟期最短。
（2）开始点火时的缸内气体温度和压力
气体温度和压力越高，着火延迟期越短。
（3）缸内气体流动
加强紊流运动，氧化反应速度加快，着火延迟期缩短。
（4）火花能量 加大火花能量，着火延迟期缩短。 （5）残余废气量
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炽热表面：排气门头部、火花塞绝缘体或积碳等。
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早燃
火花塞点火之前，炽热表面 点燃混合气的现象。 外部特征：沉闷的低频敲缸 声（600 ~1200）Hz。
危害：
（1） 气缸压力、温度急剧 升高，工作粗暴。 （2）早燃太早, 则使压缩末期 负功增大, 热效率↓, 功率损失↑, 功率↓,动力性和经济性恶化。
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汽油机混合气形成的方式
化油器式 （早期） 汽油喷射式 它属于在气缸外部形成混合气，依靠控制节气门 开闭来调节混合气数量
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电控汽油喷射式混合气的形成
电控汽油喷射系统（Electronic Fuel Injection ）是汽油 机综合控制中最主要、最基本的部分。 汽油喷射：定数量和压力的汽油经过喷油器直接喷入气 缸或进气岐管 系统的基本构成：
阻碍燃烧反应，使着火延迟期变长。
尽量缩短着火延迟期并保持稳定。
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点火提前角
从火花塞跳火到上 止点间的曲轴转角 。 可用其表示点火时 刻。
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(二) 明显燃烧期
从形成火焰中心到最高 压力出现。 火焰传遍整个燃烧 室，火焰速度UT 绝大部分燃料在这一 阶段燃烧,是汽油机的 主燃烧期
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与爆燃的不同点 早：火花塞跳火前 爆：火花塞跳火后 早：炽热点点燃 爆：混合气自燃
时刻不同 着火方式
外部特征
早：无压力波，敲缸声沉闷、频率低。 爆：有压力冲击波敲缸声清脆、频率高。
早燃会导致爆燃，爆燃又形成积炭且使温度升高， 促使表面点火。
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影响燃烧过程的因素
一、混合气成分 1. α=0.8~0.9 (功率混合气) 着火延迟期最短，火焰传播速度最大。 爆燃倾向最大。因温度高。 2. α =1 .03~1.1(经济混合气) 燃烧完全，be最低。 Nox排放量大(温度最高且富氧)。
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
各循环间燃烧变动产生机理:
当α=0.8~0.9时循环燃烧变动最小，混合气加浓或 减稀，变动均增加； 在中等负荷以上变动较小，低负荷时，残余废气相 对量多，变动更为明显； 加强紊流有助于减小变动，增加转速，变动减小； 加大点火能量，采用多点点火，得到改善； 点火时刻和点火位置对燃烧变动很敏感。
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爆燃的危害
（1）发动机过热
燃烧终了时的温度达2000℃~2500℃, 而活塞顶、燃烧 室壁及缸壁的温度仅为200℃~300℃。 冷却水的作用；气体的附面层，起到隔热的作用。 爆燃的冲击波破坏了附面层，使机件过热。严重时， 会使活塞头部和气门等机件烧损。
（2）机件过载
强烈爆燃时的冲击波能使机件的机械负荷增加，使机件 变形甚至损坏。
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二、点火提前角
θ
点火提前角是从火花塞跳火到上止点间的曲轴转 角。其数值应视燃料性质、转速、负荷、过量空气 系数等很多因素而定。
最佳点火提前角：动力性、经济性最好时对应的 点火提前角。
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压缩功
发动机容易过热,工作粗爆程度
θ
爆燃倾向 混合气的压力 末端混合气燃烧前 的温度较高。
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二 汽油机的不正常燃烧
1. 爆燃
爆燃的外部特征 尖锐的金属敲击声，亦称为敲缸；排气冒黑烟。 爆燃产生的原因
正常燃烧：有明显的火焰前锋, 逐层向外传播，直至燃烧完毕。 爆燃：火焰前锋未到，未燃混合气的温度达到其自燃温度而 着火燃烧，形成新的火焰中心，产生新的火焰传播。 即跳火后，末端混合气的自燃。