談汽油機可燃混合氣的形成與燃燒過程

唐勛華+李宏

摘 要 氣缸內(nèi)的可燃混合氣通過火花塞點火燃燒，使氣缸內(nèi)氣體的壓力、溫度急劇升高，為膨脹做功積聚能量。在燃燒過程中，燃料的燃燒是否正常，與混合氣的濃度有很大關(guān)系，只有燃料正常的燃燒，才能在燃燒進程位于上止點附近最大限度的提高缸內(nèi)氣體的壓力和溫度，燃料燃燒的是否完全、最高壓力點的位置、壓力增長率是否合適，對發(fā)動機性能有很大的影響。

關(guān)鍵詞 混合氣 濃度 可燃

一、可燃混合氣的形成

現(xiàn)代大多數(shù)汽油機都采用進氣道間歇式多點噴射系統(tǒng)，在進氣行程開始和排氣行程結(jié)束時，噴油器根據(jù)發(fā)動機電子控制單元（ECU）發(fā)出的指令，向進氣門前方的進氣道中（或直接向氣缸中）噴射出霧狀汽油，與空氣混合后，由進氣門進入氣缸，直到壓縮行程接近終了形成可燃混合氣。

二、可燃混合氣濃度的表示方法

可燃混合氣是指汽油與空氣按一定比例混合的混合物。可燃混合氣的濃度是指可燃混合氣中燃料的含量?？扇蓟旌蠚獾臐舛韧ǔＳ每杖急群瓦^量空氣系數(shù)表示。

1.空燃比

混合氣中所含空氣質(zhì)量（kg）與燃料質(zhì)量（kg）的比值，稱為空燃比。即

R=空氣質(zhì)量燃料質(zhì)量

理論混合氣是指1 kg汽油完全燃燒需要空氣14.7 kg，即空燃比為147。R＜147的混合氣稱為濃混合氣；R＞147的混合氣稱為稀混合氣。對于不同燃料，其理論空燃比數(shù)值不同。

2.過量空氣系數(shù)

過量空氣系數(shù)就是在燃燒過程中，實際供給的空氣質(zhì)量與理論上燃料完全燃燒時所需的空氣質(zhì)量之比，也就是實際空燃比與理論空燃比之比，即

α=燃燒過程中實際供給的空氣質(zhì)量理論上完全燃燒時所需的空氣質(zhì)量=實際空燃比理論空燃比

由以上可知，無論使用何種燃料，α=1的可燃混合氣即為理論混合氣（又稱標(biāo)準(zhǔn)混合氣）；α＜1的為濃混合氣；α＞1的為稀混合氣?？扇蓟旌蠚獾臐舛葘Πl(fā)動機的動力性和經(jīng)濟性有很大影響。

三、燃燒過程

Ⅰ-著火延遲期；Ⅱ-速燃期；Ⅲ-補燃期；θ-點火提前角

1開始點火；2形成火燃中心；3最高壓力點

圖 汽油機燃燒過程

燃料在氣缸內(nèi)從著火到燃燒是很復(fù)雜的熱反應(yīng)過程，高速汽油機的燃燒過程持續(xù)時間很短，正常燃燒過程如圖所示。它分為著火延遲期、速燃期、補燃期等三個階段。

1．著火延遲期

著火延遲期是指從火花塞點火開始到火焰中心形成的階段。如圖中的階段Ⅰ所示，火花塞在Ⅰ點跳火，火焰在2點稍前出現(xiàn)，氣缸壓力線在2點開始偏離壓縮壓力線，火花塞跳火以后，火花塞間隙處混合氣的溫度急劇升高，使燃料的氧化反應(yīng)速度得到急劇提高，經(jīng)過一段時間后，形成了明顯的燃燒火焰中心，這一階段只有少量的混合氣燃燒，氣缸內(nèi)的溫度、壓力變化不急劇，其過程曲線與壓力曲線相差不大，混合氣進行著火準(zhǔn)備。

2．速燃期

速燃期是指從火焰中心形成開始到氣缸內(nèi)出現(xiàn)最高壓力為止的階段，如圖中的階段Ⅱ所示。隨著火焰的形成及壓縮行程的繼續(xù)，火焰以極快的速度向四周迅速擴散，形成火焰前鋒，在火焰前鋒內(nèi)，可燃混合氣迅速轉(zhuǎn)變?yōu)槿紵a(chǎn)物，在火焰前鋒通過后，大部分的反應(yīng)結(jié)束。在這個階段，火焰掠過整個燃燒室，缸內(nèi)可燃混合氣迅速完全燃燒?；旌蠚夥懦龅臒崃慷嗲宜俣瓤欤瑝毫γ黠@上升，很快出現(xiàn)很陡的尖峰。

混合氣的絕大部分是在速燃期內(nèi)燃燒完畢，燃料熱能的絕大部分在此期間內(nèi)放出，因此氣缸內(nèi)部壓力、溫度迅速升高。速燃期是燃燒過程的主要階段，其放熱量和放熱規(guī)律直接影響發(fā)動機的性能。

3．補燃期

補燃期是指從壓力最高點出現(xiàn)到燃油基本上完全燃燒的階段，如圖中的Ⅲ階段所示。它從3點開始，終點較難判斷。在此階段，少量未燃燒的燃油、不完全燃燒的中間產(chǎn)物以及附著在氣缸內(nèi)壁表面的混合氣層在膨脹過程中繼續(xù)燃燒，由于補燃期間氣缸的容積已明顯擴大，燃燒放出的熱量產(chǎn)生的壓力比速燃期低得多，氣缸內(nèi)壓力從3點開始下降，熱量不能充分地轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械功，反而使排氣溫度升高，因此，為了提高發(fā)動機熱效率，應(yīng)盡可能縮短補燃期。

參考文獻：

[1] 李宏.汽車發(fā)動機構(gòu)造與維修[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011.

[2] 董克發(fā).電控發(fā)動機疑難故障分析排除精華[M].北京：機械工業(yè)出版社，2007.

(04)

endprint

摘 要 氣缸內(nèi)的可燃混合氣通過火花塞點火燃燒，使氣缸內(nèi)氣體的壓力、溫度急劇升高，為膨脹做功積聚能量。在燃燒過程中，燃料的燃燒是否正常，與混合氣的濃度有很大關(guān)系，只有燃料正常的燃燒，才能在燃燒進程位于上止點附近最大限度的提高缸內(nèi)氣體的壓力和溫度，燃料燃燒的是否完全、最高壓力點的位置、壓力增長率是否合適，對發(fā)動機性能有很大的影響。

關(guān)鍵詞 混合氣 濃度 可燃

一、可燃混合氣的形成

現(xiàn)代大多數(shù)汽油機都采用進氣道間歇式多點噴射系統(tǒng)，在進氣行程開始和排氣行程結(jié)束時，噴油器根據(jù)發(fā)動機電子控制單元（ECU）發(fā)出的指令，向進氣門前方的進氣道中（或直接向氣缸中）噴射出霧狀汽油，與空氣混合后，由進氣門進入氣缸，直到壓縮行程接近終了形成可燃混合氣。

二、可燃混合氣濃度的表示方法

可燃混合氣是指汽油與空氣按一定比例混合的混合物?？扇蓟旌蠚獾臐舛仁侵缚扇蓟旌蠚庵腥剂系暮俊？扇蓟旌蠚獾臐舛韧ǔＳ每杖急群瓦^量空氣系數(shù)表示。

1.空燃比

混合氣中所含空氣質(zhì)量（kg）與燃料質(zhì)量（kg）的比值，稱為空燃比。即

R=空氣質(zhì)量燃料質(zhì)量

理論混合氣是指1 kg汽油完全燃燒需要空氣14.7 kg，即空燃比為147。R＜147的混合氣稱為濃混合氣；R＞147的混合氣稱為稀混合氣。對于不同燃料，其理論空燃比數(shù)值不同。

2.過量空氣系數(shù)

過量空氣系數(shù)就是在燃燒過程中，實際供給的空氣質(zhì)量與理論上燃料完全燃燒時所需的空氣質(zhì)量之比，也就是實際空燃比與理論空燃比之比，即

α=燃燒過程中實際供給的空氣質(zhì)量理論上完全燃燒時所需的空氣質(zhì)量=實際空燃比理論空燃比

由以上可知，無論使用何種燃料，α=1的可燃混合氣即為理論混合氣（又稱標(biāo)準(zhǔn)混合氣）；α＜1的為濃混合氣；α＞1的為稀混合氣?？扇蓟旌蠚獾臐舛葘Πl(fā)動機的動力性和經(jīng)濟性有很大影響。

三、燃燒過程

Ⅰ-著火延遲期；Ⅱ-速燃期；Ⅲ-補燃期；θ-點火提前角

1開始點火；2形成火燃中心；3最高壓力點

圖 汽油機燃燒過程

燃料在氣缸內(nèi)從著火到燃燒是很復(fù)雜的熱反應(yīng)過程，高速汽油機的燃燒過程持續(xù)時間很短，正常燃燒過程如圖所示。它分為著火延遲期、速燃期、補燃期等三個階段。

1．著火延遲期

著火延遲期是指從火花塞點火開始到火焰中心形成的階段。如圖中的階段Ⅰ所示，火花塞在Ⅰ點跳火，火焰在2點稍前出現(xiàn)，氣缸壓力線在2點開始偏離壓縮壓力線，火花塞跳火以后，火花塞間隙處混合氣的溫度急劇升高，使燃料的氧化反應(yīng)速度得到急劇提高，經(jīng)過一段時間后，形成了明顯的燃燒火焰中心，這一階段只有少量的混合氣燃燒，氣缸內(nèi)的溫度、壓力變化不急劇，其過程曲線與壓力曲線相差不大，混合氣進行著火準(zhǔn)備。

2．速燃期

速燃期是指從火焰中心形成開始到氣缸內(nèi)出現(xiàn)最高壓力為止的階段，如圖中的階段Ⅱ所示。隨著火焰的形成及壓縮行程的繼續(xù)，火焰以極快的速度向四周迅速擴散，形成火焰前鋒，在火焰前鋒內(nèi)，可燃混合氣迅速轉(zhuǎn)變?yōu)槿紵a(chǎn)物，在火焰前鋒通過后，大部分的反應(yīng)結(jié)束。在這個階段，火焰掠過整個燃燒室，缸內(nèi)可燃混合氣迅速完全燃燒。混合氣放出的熱量多且速度快，壓力明顯上升，很快出現(xiàn)很陡的尖峰。

混合氣的絕大部分是在速燃期內(nèi)燃燒完畢，燃料熱能的絕大部分在此期間內(nèi)放出，因此氣缸內(nèi)部壓力、溫度迅速升高。速燃期是燃燒過程的主要階段，其放熱量和放熱規(guī)律直接影響發(fā)動機的性能。

3．補燃期

補燃期是指從壓力最高點出現(xiàn)到燃油基本上完全燃燒的階段，如圖中的Ⅲ階段所示。它從3點開始，終點較難判斷。在此階段，少量未燃燒的燃油、不完全燃燒的中間產(chǎn)物以及附著在氣缸內(nèi)壁表面的混合氣層在膨脹過程中繼續(xù)燃燒，由于補燃期間氣缸的容積已明顯擴大，燃燒放出的熱量產(chǎn)生的壓力比速燃期低得多，氣缸內(nèi)壓力從3點開始下降，熱量不能充分地轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械功，反而使排氣溫度升高，因此，為了提高發(fā)動機熱效率，應(yīng)盡可能縮短補燃期。

參考文獻：

[1] 李宏.汽車發(fā)動機構(gòu)造與維修[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011.

[2] 董克發(fā).電控發(fā)動機疑難故障分析排除精華[M].北京：機械工業(yè)出版社，2007.

(04)

endprint

摘 要 氣缸內(nèi)的可燃混合氣通過火花塞點火燃燒，使氣缸內(nèi)氣體的壓力、溫度急劇升高，為膨脹做功積聚能量。在燃燒過程中，燃料的燃燒是否正常，與混合氣的濃度有很大關(guān)系，只有燃料正常的燃燒，才能在燃燒進程位于上止點附近最大限度的提高缸內(nèi)氣體的壓力和溫度，燃料燃燒的是否完全、最高壓力點的位置、壓力增長率是否合適，對發(fā)動機性能有很大的影響。

關(guān)鍵詞 混合氣 濃度 可燃

一、可燃混合氣的形成

現(xiàn)代大多數(shù)汽油機都采用進氣道間歇式多點噴射系統(tǒng)，在進氣行程開始和排氣行程結(jié)束時，噴油器根據(jù)發(fā)動機電子控制單元（ECU）發(fā)出的指令，向進氣門前方的進氣道中（或直接向氣缸中）噴射出霧狀汽油，與空氣混合后，由進氣門進入氣缸，直到壓縮行程接近終了形成可燃混合氣。

二、可燃混合氣濃度的表示方法

可燃混合氣是指汽油與空氣按一定比例混合的混合物?？扇蓟旌蠚獾臐舛仁侵缚扇蓟旌蠚庵腥剂系暮俊？扇蓟旌蠚獾臐舛韧ǔＳ每杖急群瓦^量空氣系數(shù)表示。

1.空燃比

混合氣中所含空氣質(zhì)量（kg）與燃料質(zhì)量（kg）的比值，稱為空燃比。即

R=空氣質(zhì)量燃料質(zhì)量

理論混合氣是指1 kg汽油完全燃燒需要空氣14.7 kg，即空燃比為147。R＜147的混合氣稱為濃混合氣；R＞147的混合氣稱為稀混合氣。對于不同燃料，其理論空燃比數(shù)值不同。

2.過量空氣系數(shù)

過量空氣系數(shù)就是在燃燒過程中，實際供給的空氣質(zhì)量與理論上燃料完全燃燒時所需的空氣質(zhì)量之比，也就是實際空燃比與理論空燃比之比，即

α=燃燒過程中實際供給的空氣質(zhì)量理論上完全燃燒時所需的空氣質(zhì)量=實際空燃比理論空燃比

由以上可知，無論使用何種燃料，α=1的可燃混合氣即為理論混合氣（又稱標(biāo)準(zhǔn)混合氣）；α＜1的為濃混合氣；α＞1的為稀混合氣?？扇蓟旌蠚獾臐舛葘Πl(fā)動機的動力性和經(jīng)濟性有很大影響。

三、燃燒過程

Ⅰ-著火延遲期；Ⅱ-速燃期；Ⅲ-補燃期；θ-點火提前角

1開始點火；2形成火燃中心；3最高壓力點

圖 汽油機燃燒過程

燃料在氣缸內(nèi)從著火到燃燒是很復(fù)雜的熱反應(yīng)過程，高速汽油機的燃燒過程持續(xù)時間很短，正常燃燒過程如圖所示。它分為著火延遲期、速燃期、補燃期等三個階段。

1．著火延遲期

著火延遲期是指從火花塞點火開始到火焰中心形成的階段。如圖中的階段Ⅰ所示，火花塞在Ⅰ點跳火，火焰在2點稍前出現(xiàn)，氣缸壓力線在2點開始偏離壓縮壓力線，火花塞跳火以后，火花塞間隙處混合氣的溫度急劇升高，使燃料的氧化反應(yīng)速度得到急劇提高，經(jīng)過一段時間后，形成了明顯的燃燒火焰中心，這一階段只有少量的混合氣燃燒，氣缸內(nèi)的溫度、壓力變化不急劇，其過程曲線與壓力曲線相差不大，混合氣進行著火準(zhǔn)備。

2．速燃期

速燃期是指從火焰中心形成開始到氣缸內(nèi)出現(xiàn)最高壓力為止的階段，如圖中的階段Ⅱ所示。隨著火焰的形成及壓縮行程的繼續(xù)，火焰以極快的速度向四周迅速擴散，形成火焰前鋒，在火焰前鋒內(nèi)，可燃混合氣迅速轉(zhuǎn)變?yōu)槿紵a(chǎn)物，在火焰前鋒通過后，大部分的反應(yīng)結(jié)束。在這個階段，火焰掠過整個燃燒室，缸內(nèi)可燃混合氣迅速完全燃燒。混合氣放出的熱量多且速度快，壓力明顯上升，很快出現(xiàn)很陡的尖峰。

混合氣的絕大部分是在速燃期內(nèi)燃燒完畢，燃料熱能的絕大部分在此期間內(nèi)放出，因此氣缸內(nèi)部壓力、溫度迅速升高。速燃期是燃燒過程的主要階段，其放熱量和放熱規(guī)律直接影響發(fā)動機的性能。

3．補燃期

補燃期是指從壓力最高點出現(xiàn)到燃油基本上完全燃燒的階段，如圖中的Ⅲ階段所示。它從3點開始，終點較難判斷。在此階段，少量未燃燒的燃油、不完全燃燒的中間產(chǎn)物以及附著在氣缸內(nèi)壁表面的混合氣層在膨脹過程中繼續(xù)燃燒，由于補燃期間氣缸的容積已明顯擴大，燃燒放出的熱量產(chǎn)生的壓力比速燃期低得多，氣缸內(nèi)壓力從3點開始下降，熱量不能充分地轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械功，反而使排氣溫度升高，因此，為了提高發(fā)動機熱效率，應(yīng)盡可能縮短補燃期。

參考文獻：

[1] 李宏.汽車發(fā)動機構(gòu)造與維修[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011.

[2] 董克發(fā).電控發(fā)動機疑難故障分析排除精華[M].北京：機械工業(yè)出版社，2007.

(04)

endprint