第六章燃烧过程及混合气形成6.1实际发动机的燃烧过程及放热规律燃烧过程对发动机动力性、经济性和排放特性等主要特性有重大影响。本节基于示功图和燃烧放热规律，对汽油机和柴油机的燃烧过程进行介绍和分析，并对两者的燃烧过程特征进行对比。一．汽油机燃烧过程一般将汽油机燃烧过程分为三个阶段：着火落后期、明显燃烧期、后燃期。1．着火落后期由火花塞跳火的A点到气缸压力线脱离压缩线的B点所界定的时期称为着火落后期，其长短用着火落后时间i或着火落后角i来表示。电火花在上止点前ig角（点火提前角）跳火，可燃混合气按高温单阶段方式着火后，经过一个阶段形成稳定的火核。此时，压力和温度升高，缸内气体压力开始脱离压缩压力线，这标志着火落后期结束。一般i约为10°-20°。形成火核的时间往往在B点之前，但在实际中难以测定，因此一般都以B点作为确定着火落后期的标志。也有的资料中以燃烧放热量的1%-10%内的某一数值着火落后期的标准，可见它是一个工程概念。若能保证汽油机正常工作，着火落后期的长短对汽油机性能影响不大，这一点与柴油机不同，因为汽油机性能主要取决于何时着火而不是何时点火。对着火落后期的要求主要是要稳定并尽可能短。稳定是指每循环中的i长短不要离散过大，这就使B点的位置相对稳定，由此使最高燃烧压力pmax所对应的角度相对稳定，发动机循环波动率（见后述）不致于过大。所谓i尽可能短是因为，过长会使i的大小不稳定。考虑到pmax出现在上止点稍后为最佳时刻，一般使B点出现在上止点前12-15°较为合适。2．明显燃烧期由B点到C点的期间称为明显燃烧期，在此期间，火焰由火焰中心传播至整个燃烧室，约90%的燃料被烧掉。随燃烧的进行，缸内温度和压力很快升高，并达到最高燃烧压力pmax，一般将pmax作为明显燃烧期的终点。pmax及压力升高率dp/d是与发动机性能密切相关的两个燃烧特性参数。汽油机的最高燃烧压力pmax一般小于5.0MPa。pmax高，一般会使循环热效率和循环功增加，但机械负荷及热负荷也会随之增加。pmax出现的时间也非常重要，一般希望pmax出现在上止点后10°~15°。出现过早，则混合气着火必然过早，引起压缩过程负功增加；过晚则预膨比上升，等容度下降，循环热效率下降，同时散热损失也上升，如图6-2所示。如前所述，pmax出现的位置可用点火提前角θig来控制。压力升高率dp/d在实际中往往有两种表示方式，一种是最大压力升高率（dp/d）max；另一种是平均压力升高率dp/d，其定义为dp/d=（pc-pb）/（c-b）（6-1）压力升高率是表征内燃机燃烧等容度和粗暴度的指标。压力升高率越高，则燃烧等容度越高，这对动力性和经济性是有益的；但会使燃烧噪声及振动增加，同时也是氮氧化物增高的重要原因（见后述）。一般汽油机的平均压力升高率为dp/d=0.2~0.4MPa/（°），也有资料上推荐最佳范围为dp/d=0.17~0.25MPa/（°），这时综合性能比较好。3．后燃期由C点到D点的期间称为后燃期。在C点时，火焰前锋面已传播到燃烧室壁面，整个燃烧室被火焰充满。由于90%左右的燃烧放热已完成，因而继续燃烧的是火焰前锋面扫过后未完全燃烧的燃料以及壁面及其附近的未燃混合气；另外，高温裂解产生的CO，HO等成分，在膨胀过程中随温度下降又部分化合而放出热量。由于燃烧放热速率下降，加之气体膨胀作功，使缸内压力很快下降。为保证高的循环热效率和循环功，应使后燃期尽可能短。一般要求整个燃烧持续期在40-60ºCA。二．柴油机燃烧过程柴油机的燃烧过程要比汽油机复杂的多，往往要同时借助于实测的示功图和燃烧放热率曲线进行分析。如图6-3所示，柴油机的燃烧过程可分为4个时期，即着火落后期（滞燃期）、速燃期、缓燃期和后燃期（分别对应图中1、2、3、4阶段）。1．着火落后期（滞燃期）图6-3中由喷油始点A到气缸压力线与压缩线脱离点B对应的时期称为着火落后期，或称滞燃期。随压缩过程的进行，缸内空气压力和温度不断升高，在上止点附近气体温度高达600℃以上，高于燃料在当时压力下的自燃温度。在A点被喷入气缸的柴油，经历一系列复杂的物理化学过程，这包括雾化、蒸发、扩散、与空气混合等物理准备阶段，以及低温多阶段着火的化学准备阶段，在空燃比、压力、温度以及流速等条件合适处，多点同时着火，随着火区域的扩展，缸内压力和温度升高，并脱离压缩线。与汽油机相同，实际着火点应该在B点之前，用燃烧放热速率曲线或高速摄影等方法可以更精确地判定着火点。如图6-3所示，由于柴油汽化吸热，造成在着火前dQB/d曲线出现负值，一旦开始燃烧放热，dQB/d很快由负变正。因此可以取dQB/d明显上升前第1个极小值点，或dQB/d=0点作为着火点，