第五章1汽油机燃烧及燃烧室

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。

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。

在燃烧室出口环形通道上温度分布要尽可能均匀
出口环截面上的最高温度与其平均温度之差Δ不得超过100－ 120℃
在径向上: 靠近涡轮叶片叶尖和叶根处的温度应低一些, 而 在距叶尖大约三分之一处温度最高
理论和实验证明, 只有在距叶尖1/3处温度允许高些,这是在使涡 轮叶片各处的强度基本一致的条件下的温度分布要求
增大了燃气与新鲜混合气的接触面积、向混合气传递的热 量和活中心的扩散作用, 使火焰的传播速度显著地增大
一般说来, 紊流状态时的火焰传播速度比静止时要大二十 多倍
提高火焰传播速度的方法
增大紊流强度的方法, 通过在火焰筒前部中心安装旋流器 来达到
组成余气系数合适的混合气
促使燃油迅速汽化
燃油汽化的快慢取决于燃油雾化的质量和燃油周围的温度
燃油的雾化是通过喷油嘴实现的
目前燃气涡轮喷气发动机通常使用喷油嘴有离心式喷油嘴，蒸发 管式喷油嘴和气动式喷油嘴。
离心式喷油嘴
内装有一个旋流器,燃油从切向孔进入旋流室内, 在旋流室内作急速的 旋转运动
燃油从喷孔喷出后,受惯性力和空气撞击的作用破裂成无数细小的油珠, 从而获得良好的雾化结果
目前有的发动机使用双路离心喷油嘴
▪ 由于发动机在不同的转速下工作时,所需油量的变化很大, 大转速时 的供油量, 一般比小转速时的供油量大十几至几十倍, 只有一条通路 面积的单路喷油嘴就不能满足要求
气动式喷油嘴
克服了离心式喷油嘴以下两个缺点：喷油量与喷油雾化质 量都直接与供油压力相关；在大供油量时，由于雾化质量好， 大部分是小直径的油珠，由于其动量小，都聚集在喷油嘴附近， 容易形成积炭。而气动式喷油嘴油量的改变是依靠供油压力， 而雾化质量则依靠另外的气动因素
管形燃烧室
管环形燃烧室

汽油机是一种内燃机，主要由以下几个部分构成：
汽缸：汽油机通常有多个汽缸，每个汽缸内部有一个活塞。

活塞在汽缸内上下运动，通过连杆与曲轴相连。

曲轴：曲轴是汽油机的主轴，通过连杆与活塞相连，将活塞的上下往复运动转化为旋转运动。

气门：汽油机有进气气门和排气气门。

进气气门负责让混合气进入汽缸，而排气气门则负责将燃烧产生的废气排出汽缸。

燃烧室：燃烧室是混合气燃烧的区域，它位于活塞顶部的凸起部分。

燃烧室内的燃烧会产生高温和高压气体，推动活塞向下运动。

点火系统：汽油机的点火系统用于在燃烧室中点燃混合气。

它包括点火塞、高压线和点火线圈等组件，通过产生高压电火花点燃混合气。

燃油系统：燃油系统负责将汽油输送到发动机中，包括燃油箱、燃油泵、喷油嘴等部件。

冷却系统：汽油机需要通过冷却系统来控制发动机温度，以保持适当的工作温度。

冷却系统包括水泵、散热器、风扇等组件。

润滑系统：润滑系统负责对发动机内部的运动部件提供润滑和冷却，以减少摩擦和磨损。

润滑系统包括油泵、机油滤清器、油底壳等组件。

这些是汽油机的基本构造，不同类型的汽油机可能会有一些差异。

汽油机通过燃烧混合气驱动活塞运动，将热能转化为机械能，推动车辆或设备的运行。

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
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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。

发动机原理与汽车理论汽油机的燃 料与燃烧课件
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二、汽油机对混合气的要求
（1）怠速工况 （2）小负荷工况 （3）中等负荷工况 （4）大负荷工况和全负荷工况 （5）冷起动工况 （6）暖机工况 （7）加速工况
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三、汽油机混合气的形成
1．汽油机混合气的形成过程 （1）单点喷射汽油机混合气的形成过程。 （2）多点喷射汽油机混合气的形成过程 （3）缸内喷射汽油机混合气的形成过程
一、汽油机的排气污染物 二、汽油机排气污染的控制措施
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一、汽油机的排气污染物
1．一氧化碳（CO） 2．碳氢化合物（HC） 3．氮氧化合物（NOX） 4．二氧化碳（CO2） 5．二氧化硫（SO2）
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二、汽油机排气污染的控制措施
二、汽油机的不正常燃烧
1.爆燃： 2.表面点火：
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爆燃
1.爆燃：在某种条件下（如压缩比过高或点火过早），汽 油机的燃烧变得不正常（这时火焰传播速度和火焰前锋形 状发生急剧的变化），上止点附近的压力急剧波动。 2.爆燃时外部特征： 1）发出金属振音（敲缸）； 2）冷却系统过热（冷却水、润滑油温度均上升），汽缸 盖温度上升； 3）在轻微爆震时，功率略有增加；强烈爆震时，功率下 降，转速下降，发动机有较大的振动。
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三、汽油机混合气的形成
2．汽油机混合气形成过程的控制 （1）顺序喷射方式喷油正时控制（图3-2和图3-3 ） （2）分组喷射方式喷油正时控制（图3-4和图3-5） （3）同时喷射方式喷油正时控制（图3-6和图3-7） （4）异步喷油正时控制

（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)。

简述单缸汽油机的工作原理
汽油机是一种典型的内燃机，它将汽油燃烧后产生的热能转换成机械能，能够提供汽车、摩托车等机动车辆发动机运转所需的动力。

单缸汽油机由燃烧室、活塞、曲轴、缸盖、配气装置、润滑系统等组成，其工作原理是：
1、燃烧室中的燃烧：汽油机的工作是靠汽油燃烧发动，因此，燃烧室是整个汽油机的中心系统。

燃烧室是由汽油、空气和火花塞组成。

汽油从汽油泵经过喷油器进入燃烧室，空气由空气滤清器、涡轮增压装置等进入燃烧室，火花塞由电脉冲点火系统进行点火，燃烧室中的燃料和空气在火花塞的火花点燃，接着产生爆燃、燃烧，形成高温燃气，从而产生动力能。

2、活塞的运动：汽油机的活塞是一种往复运动的零件，它由燃烧室的爆燃烧气推动，在缸筒内上下运动。

在活塞的运动过程中，由于活塞和缸内壁之间的摩擦力，会产生一定的热量，从而把润滑油熔化，加快机件的磨损，所以汽油机配备有润滑系统，起到润滑分散机件热量，延长汽油机的使用寿命。

3、曲轴的运动：活塞上有活塞环和活塞杆，活塞杆的连接头有一个凸轮，与曲轴上的凸轮啮合，当活塞上升时，转动凸轮，推动曲轴转动，曲轴带动连接杆，连接杆连接曲轴动力传递系统，使曲轴上的缸盖、曲轴套、连杆轴、曲轴轴承等都转动起来，汽油机的动力来源就是来自活塞燃烧室的爆燃烧气推动活塞上升和下降，从而使曲轴转动，从而使机件运转，产生动力。

4、配气装置：配气装置是汽油机重要的部件，它的作用是根据进气道的口径，积聚更多的气体，使其在汽油机的燃烧室中形成更高的压力，从而提高机械动力。

常用的配气装置有气门、涡轮增压装置等，气门的作用是控制进气量和出气量，涡轮增压装置的作用是通过压缩空气，使其在燃烧室中形成更高的压力。

危害 1）由于它提前点火而且热点表 面比火花大，燃烧速率快气缸 压力、温度增高，发动机工作 粗暴； 2）压缩负功增大，向缸壁传热 增加，致使功率下降； 3）T，P升高；火花塞、活塞 等零件过热。 早燃与爆燃相互促进：T、P升 高诱发爆燃，爆燃促进更多热 点形成更剧烈的表面点火。
2.后燃
是指在火花塞点火之后，炽热表面或热辐射点燃混合气 的现象。
应尽量减少后燃期。 着眼于排放性：
应适当的延长后燃期
（二）燃烧速度
定义：燃烧速度是指单位时间燃烧的混合气量，可以表达为
Um=
dm dt
=
U T
AT
燃烧速度表征了燃烧的快慢程度。控制了燃烧速度，就 能控制明显燃烧期的长短及其相对曲轴转角的位置。进 而影响到汽油机的燃烧过程，及汽油机的综合性能。
节气门开度一定时，最 佳点火提前角随转速n的变 化关系如图
n 燃烧所占曲轴转角
t 6nt 佳
负荷对最佳点火提前角的影响
当转速一定时，最佳点 火提前角， 随负荷的变化 关系如图所示。
负荷↓→节气门关小→残余废 气系数γ↑→着火延迟期↑→火 焰传播速度UT↓→θ 佳↑
3、转速对燃烧的影响
当α ＜l燃烧不完全CO增加。
当α ＜0.8及α >1.2时，UT下降燃 烧不完全 －> be增加＋HC排放 增加＋工作不稳定。
可见，在均质混合气燃烧中， 混合气浓度对燃烧影响极大，必 须严格控制。
2、点火提前角对燃烧的影响
点火提前角是从发出电火花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。
中间因素： 燃烧速率（密度、T、P、紊流强度等） 燃烧始点（点火提前角、T、P、混合气浓度等等、辛烷值）

第五章预混合气体火焰5.1 概述讨论预混合气体火焰问题就是要研究着火前燃料与氧化剂已经均匀混合成可燃混合气中的火焰传播机理。

在预混合火焰的传播过程中化学反应速度、传热、流动、扩散等都起着各自的重要的作用。

例如，汽油机中的燃烧是预混合火焰，火焰能在极短时间内传遍整个燃烧室，很重要的因素就是发动机在高速运动时气缸内有足够的气流及湍流强度，使燃烧能力大大增强。

在低温时化学反应速度慢，与扩散及传热相比，它在燃烧过程中所需的时间长。

因此，化学反应动力学(即反应速度)对火焰的传播起控制作用（即对燃烧过程起主要作用)。

在高温时则化学反应速度极快，而扩散与传热却相对是速度慢的环节。

因而，扩散与传热对火焰的传播起着控制作用。

预混合气体的火焰锋面将燃料混合气体与燃烧产物分开。

火焰锋面及其前后成分、温度、密度、速度、压力等的分布情况如图5-5(b)所示。

由于燃烧过程是复杂的化学反应过程，通常它是由许多个中间反应过程所组成。

因而，在火焰锋面处有许多复杂的、不稳定的、极为活泼的中间产物。

所有上述变量随火焰锋面厚度方向的变化情况称之为火焰的结构。

5.2 燃烧分类 (爆燃与缓燃)在燃烧现象中，火焰的传播速度与气流的流动状态及速度有关。

当火焰的传播速度大到有激波出现并同时伴随着燃烧时，在火焰锋面两侧有很大的压力突变，称之为爆燃(爆震波、爆轰，取决于所在学科，见下表)，此时火焰锋面随同爆震波一起前进，燃烧速度(即火焰传播速度)极快。

当载气流的流速较低时燃烧速度较慢。

火焰锋面前后的压差较小，称之为缓燃，一般的工业及生活中的燃烧均属此类。

表5-4所示为一些预混合气的爆震速度。

下面讨论上述两种燃烧现象与载气流速度及燃烧前后压力变化的关系。

图5-2所示为一水平安置的内部充满可燃混合物的等截面圆管，火焰面从管的左端向管内传播。

图5-2 在可燃混和气的水平管内的反应锋面的传播设燃烧波以稳定的速度沿管向右传播。

如取运动着的波面为坐标，取该处为x=0，则可将该波面看作静止的，可燃混合气以恒速（即燃烧速度）流向反应波处，并认为波前方的反应物及波后面的产物各自为均匀的、无粘性并不导热的，下标s 及f 分别代表反应物及产物，由一维的质量守恒、动量守恒及能量守恒方程对介质从s 状态到f 状态的流动有:s s f f u u ρρ= （连续方程） (5.1)22s s s f f fu p u p ρρ+=+ （Bernolli 动量方程） (5.2) 2222f s s f u u h h +=+ （能量方程）(5.3)在这里，焓的定义中还包括化学生成焓在内。

汽油机燃烧室的设计原则1.燃烧效率：燃烧室的设计应确保燃烧过程充分、稳定和完全。

燃烧室应该能够提供足够的空气和燃料混合，并且使其在适当的时间和位置点火。

合适的燃烧过程可以保证发动机提供的动力更强大，同时减少能量损失和废气排放。

2.热传递和热损失：燃烧室的设计应尽量减少热能的损失和传递。

通过合理地选择材料和减小热辐射、对流和传导等热能流失方式，可以提高燃烧室热效率，使燃料的能量更好地转化为机械动力，从而提高发动机的整体能效。

3.燃烧稳定性：燃烧室的设计需要保证燃烧的稳定性，因为不稳定的燃烧容易引起发动机噪音、震动、磨损和过度自燃等问题。

通过合理的气缸形状、喷油器的位置和喷雾特性等设计，可以提供稳定的燃烧条件，使发动机运行更加平稳和可靠。

4.污染物排放：燃烧室的设计需要降低废气排放，特别是氮化物（NOx）、碳氢化合物（HC）和颗粒物的排放。

通过优化燃烧室的结构和形状，改善燃烧过程，可以减少废气中有害物质的生成和排放，从而降低对环境的污染。

5.运行特性：燃烧室的设计需要满足不同工况下的需求，包括低负荷和高负荷工况。

燃烧室应该能够在不同负荷下提供合适的燃烧速率、效率和排放性能，并且保持较宽的工作范围。

6.成本和制造工艺：燃烧室的设计还需要考虑成本和制造工艺的因素。

燃烧室的结构应该简单、易于制造，并且能够适应大批量生产的要求。

综上所述，燃烧室的设计要遵循燃烧效率、热能传递、燃烧稳定性、排放控制、运行特性和成本等原则。

通过合理地选择燃烧室的结构、形状、喷油器位置和喷雾特性等设计参数，可以实现更高效、环保和可靠的汽油机燃烧室。

燃烧持续期
燃烧持续时间
燃烧持续期是从燃烧开始到燃烧结束的时间。
燃烧效率
燃烧效率是指实际燃烧的燃料与理论完全燃烧的燃料之比，反映了燃烧过程的完善程度。
燃烧结束与废气排放
燃烧结束
随着可燃混合气被完全燃烧，燃烧过程结束。
废气排放
燃烧结束后，废气通过排气门排出气缸，进入排气管和消声 器，最终排放到大气中。
先进的燃烧控制技术
缸内直喷技术
缸内直喷技术可以将燃料直接喷入发动机缸内，实现更 精确的燃料控制和更高的燃油效率。通过优化缸内直喷 系统的设计和控制策略，可以进一步降低汽油机的排放 和提高其性能。
多段燃烧控制
多段燃烧控制技术可以根据发动机工况和负荷的不同， 采用不同的燃烧模式和燃料喷射策略。通过多段燃烧控 制，可以优化汽油机的燃烧过程，降低污染物排放和提 高燃油效率。
燃烧的重要性
在汽油机中，燃烧是产生动力的 关键过程，它使得燃料释放出的 能量能够推动活塞运动，进而驱 动汽车行驶。
汽油机燃烧的化学反应
汽油机中的主要化学反应
汽油中的碳氢化合物与空气中的氧气反应，生成二氧化碳和水，同时释放出能 量。
化学反应的详细过程
汽油分子中的碳原子与空气中的氧气结合，形成二氧化碳分子；同时，氢原子 与氧气结合形成水分子。在这个过程中，化学键的断裂和形成释放出能量。
详细描述
在进气过程中，进气门打开，新鲜空 气通过进气道进入汽缸，与上一循环 留下的残余废气混合，形成混合气。
压缩过程
总结词
活塞向上运动，混合气被压缩，温度升高。
详细描述
在压缩过程中，活塞向上运动，将混合气压缩，使其密度和温度升高，为即将到 来的燃烧做好准备。
汽油喷射与混合气形成

（三）补燃期（后燃期）
从最高压力点开始到燃料基本燃烧完为止称为补燃 期。这一阶段的燃烧主要是；明显燃烧期火焰前锋扫过 的区域，部分未燃饶的燃料继续燃烧;吸附气缸在缸壁 上的混合气层继续燃烧;部分高温分解产物（H2、O2、 CO等），因在膨胀过程中温度下降又重新燃烧，放热。 由于活塞下行，压力降低，散热面积增大，使补燃期内 燃烧放出的热量不能有效地转变为功。同时排气温度增 加，热效率下降，影响发动机动力性和经济性。因此， 应尽量减少补燃。正常燃烧时汽油机补燃现象比柴油机 轻得多。
（三）、防止爆燃的方法
使用抗爆性高的燃料采用高辛烷值燃料，使 用抗爆剂提高汽油的抗爆性。发生爆燃结论:汽 油机在压缩比降低、油门关小或转速提高时，都 不宜发生爆燃。点火时刻推迟是避免爆燃的有效 手段。提高汽油辛烷值及加入添加剂，能减轻爆 燃。
二、表面点火
（一）表面点火现象
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。根据被炽热表面点 火的火焰是否始终以正常速度进 行传播，表面点火可分为非爆燃 性表面点火和爆燃性表面点火。
试验证明，此时压力 升高率比正常值高5倍，最 高燃烧压力比正常值高 l50%，气缸内的高温、高 压又促使爆燃的产生，发 出强烈的震音，危害极大。 爆燃和表面点火均属不正 常燃烧现象。但两者是完 全不同的不正常燃烧现象。 图5-6为各种非正常燃烧过 程的示功图。
1.非爆燃性表面点火
如果表面点火发生在正常点火时刻之前称为早火，发生在正 常点火时刻之后称为后火。 图5-5 为非爆燃性表面点火示功图。
1）后火
火花塞跳火点燃混合气后， 在托火焰传播过 程中，由于炽热表面使火焰前锋未扫过区域的混 合气被点燃，但形成的火焰前锋仍以正常的火焰 传播速度向未燃气体推进，称为后火。这种现象 可在 发动机断火后发现，发动机仍象 有电火花 点火一样，继续运转，直到炽热点温度下降到不 能点燃混 合气为止，发动机才停止转动。

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

汽油机燃烧室
一、燃烧室的要求 1．燃烧室结构紧凑——面容比（F/V） F/V值小的优点：
① 火焰传播距离小，不易爆燃，可提高 压缩比。
② 相对散热损失小，热效率高。 ③ 熄火面积小，HC排量少。
一、燃烧室的要求
2.具有良好的充气性能
应允许有较大的进气门直径或进气流通面 积，适于多气门布置。
进气流线短，转弯少，使混合气尽可能平 直、光顺地流入燃烧室。
1．火球高压缩比燃烧室
直径小，形状紧凑，能形成挤气 紊流。
进气门下方容积较小，通过一浅 槽与燃烧室连通。
压缩过程，部分进入进气门下方 的混合气，通过浅槽切向进入燃 烧室，产生涡流运动。
活塞下行时，燃气形成反流，使 燃烧速度加快。
允许使用高压缩比，耗油率低， 排放污染少，可燃烧稀薄均匀混 合气，空燃比为19～26。
一、燃烧室的要求
6.末端混合气要有适当的冷却 降低终燃混合气的温度，减轻
爆燃倾向 又不可使激冷层过大，以免增
加HC的排量。
二、典型燃烧室
１．浴盆形燃烧室
具有ห้องสมุดไป่ตู้定的挤气面 积，但挤流效果较 差。
火焰传播距离较长， 燃烧时间拖长，动 力性、经济性不高， HC排出量多而 NOx较少。
制造工艺性好，便 于维修。
点火后，副燃烧室混合 气着火，并从火焰孔喷 出火焰，点燃主燃烧室 的可燃混合气。燃烧缓 慢，最高燃烧温度仅为 1200℃左右，使NOx生 成量减少(低3倍)。主要 优点是排放性能好。
副燃烧室混合气(α =12.5～
13.5)，主燃烧室混合气
(α=20～21.5)，
一、燃烧室的要求
4、燃烧室形状合理 燃烧持续期控制在60度CA之内
燃烧初期：压力升高率不致过高，工作柔和 燃烧中期：放热量最大，获得较大的功 燃烧后期：补燃较少，有较高的热效率

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。 产生这种现象的主要原因是：火花塞附近混合气的混合比和气体紊流性质、程度在各循环均有变动，致使火焰中心形成所用的时间不同，即由有效着火时间变动而引起的。
6．轻微爆燃有利 接近等容燃烧，热效率提高，汽车上坡时驾驶员感觉轻松。
（四）影响爆燃的因素 1．燃料的性质 辛烷值高的燃料抗爆燃能力强。四乙铅添加剂能有效地提高燃料的抗爆燃能力，但这会排除有毒的含铅颗粒，污染大气并影响催化剂的使用，因此近年来各国都对含铅汽油的使用
二、表面点火 在汽油机中，凡是不靠电火花点火而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。它的点火时刻是不可控制的，多发生在ε=9以上的强化汽油机上。
炽 热 表 面
1．后火 表面点火出现在火花塞跳火后，并且形成的火焰前锋仍以正常的火焰传播速度向未燃气体推进，称为后火。出现这种现象时，可在发动机断火后发现，发动机仍像有电火花一样，继续运转，直到炽热点温度下降到不能点燃混合气为止，发动机才停转。
5．排气冒黑烟，补燃增加，排气温度增加 爆燃时局部高温引起热分解现象严重，使燃烧产物分解为CH、H2、O2、NO及游离碳的现象增多，排气冒烟严重。CH、H2、O2等在膨胀过程中重新燃烧又使补燃增加，排气温度增高。 爆燃产生的炭粒形成积炭，破坏活塞环、火花塞、气门等零件的正常工作，使发动机可靠性下降。
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。
正常燃烧与爆燃的不同
正常燃烧的火焰传播速度为50~80m/s，无压力波，压力升高率在200~400 kpa/(º)的范围内。 爆燃的火焰传播速度：轻微爆燃时，火焰传播速度约为100m/s~300m/s，强烈爆燃时可高达800m/s~1000m/s。使未燃混合气瞬时燃烧完毕，局部压力、温度很高，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。

汽油机燃烧室基本要求是汽油机燃烧室是发动机工作的核心部件，它决定了发动机的性能和效率。

下面将介绍汽油机燃烧室的基本要求。

1. 容积和形状汽油机燃烧室的容积和形状对发动机的性能和效率有着非常重要的影响。

燃烧室的容积应该与缸内活塞的移动相适应，以确保燃料被完全燃烧。

燃烧室的形状应该有利于混合气体的均匀分布和燃烧。

通常，燃烧室的顶部是圆形或半球形的，底部是扁平的或有一定的倾斜角度。

2. 燃烧室壁面燃烧室壁面应该具有一定的光滑度和导热性，以便降低燃烧过程中的热损失和防止积炭。

同时，为了保证混合气体的快速燃烧，燃烧室的壁面应该具有一定的凸起或凹陷，以增加燃烧面积。

3. 燃烧室进气口燃烧室的进气口应该位于燃烧室的正中央，并且尽可能大，以确保混合气体的快速进入和充分混合。

此外，进气口的角度和方向也应该考虑到燃烧室的形状和容积，以保证混合气体的均匀分布。

4. 点火系统点火系统是燃烧室中燃料燃烧的关键。

点火系统的设计应该使火花能够快速传播到燃烧室中的混合气体，并且能够在短时间内完成点火过程。

此外，点火系统的位置也应该考虑到燃烧室的形状和容积，以保证点火能够覆盖整个燃烧室。

5. 排气系统排气系统对燃烧室的正常工作也有着重要的影响。

排气系统应该能够及时排出燃烧后的废气，并且将废气排出至远离发动机的位置，以避免对发动机产生负面影响。

此外，排气系统的设计还应该保证废气能够尽可能快地排出，以避免影响发动机的性能和效率。

汽油机燃烧室是发动机工作的核心部件，其设计应该考虑到容积和形状、燃烧室壁面、燃烧室进气口、点火系统和排气系统等方面，以确保发动机具有良好的性能和效率。