??? 這里重點闡述以汽油機為主的預(yù)混合點燃式發(fā)動機的燃燒過程及其性能與排放。

??? 活塞在壓縮行程中將要達到上止點前，混合氣被火花塞放出的火花點燃。在火花生長到足夠大并形成火焰中心之前有一個著火落后期。在這個著火落后期以后，火焰前鋒傳遍了燃燒室，成為明顯燃燒時期或稱速燃期。其傳播速度決定于火焰擾動的速度，而它又是空氣—燃料比、溫度和擾動程度的函數(shù)。'燃燒氣體膨脹體積的增加落后于火焰前鋒對冷的未燃燒充量表面的壓縮過程。整個氣缸的壓力增加，并通過壓縮熱升高未燃充量的溫度。最后，過后燃燒期間剩余的未燃燒的混合氣在活塞下降時燒盡。

? ??1. 壓縮比及爆燃

? ??對于理論的等容加熱循環(huán)發(fā)動機，理論熱效率η_t可近似為：

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??? 式中ε為壓縮比，而k(約為1.4)為工作氣體的比熱比。壓縮比越高，理論熱效率也越高，但壓縮比超過大約12:1以后，其改善速率變小。壓縮比增加時摩擦損失也趨于增加，因此大部分發(fā)動機有一個6:1至16:1之間的優(yōu)化壓縮比。但是，在火花點燃式發(fā)動機中，由于爆燃問題使合理的壓縮比被限制在較低的數(shù)值。壓縮比增加時，缸內(nèi)氣體溫度和壓力均增高，當發(fā)動機氣缸中未燃燒的空氣—燃料混合氣在火焰前鋒到來前被壓縮時，它的溫度由于壓縮熱而升高并且進行焰前反應(yīng)。如果有足夠的時間和足夠商的溫度，混合氣就會產(chǎn)生極為迅速的自燃即爆燃。所產(chǎn)生的沖擊波會損壞發(fā)動機或者使它過熱，因此爆燃是一種不正常的燃燒。

??? 爆燃趨勢隨壓縮比的增加而增加，因而燃料的抗爆性決定了所能使用的最大的壓縮比，也就是決定了發(fā)動機的熱效率。

? ??2. 排放污染物及其形成過程

? ??對等容加熱循環(huán)發(fā)動機的排放污染物最主要的是氮氧化物(NO_x)、非甲烷碳氫化合物(NMHC)和一氧化碳(CO)。

??? NO_x——NO和NO₂都是在發(fā)動機的燃燒過程中排放出來的。它們統(tǒng)稱為NO_x，NO_x的絕大部分為NO。這種氣體是由氮氣和自由氧在高溫下反應(yīng)形成的。NO形成的速率是氧氣數(shù)量的函數(shù)，并與溫度成指數(shù)關(guān)系。大部分的NO_x最終形成于燃燒過程的早期即當活塞接近上止點并且達到最高溫度時。可通過降低火焰溫度(通過減慢燃燒、廢氣再循環(huán)或過量的空氣稀釋可燃混合氣)和縮短高溫燃燒時間控制NO_x的排放。

??? CO——C0的排放產(chǎn)生首先是由于濃混合氣的燃燒所致，此時過量空氣系數(shù)α小于1.0。在這種混合氣中沒有足夠的氧氣使所有的碳氧化成CO₂。CO有時甚至在稀薄燃燒的條件下排出。

??? 非甲烷碳氫化合物——碳氫化合物(HC)的排放是排氣門打開時，由未完全燃燒的混合氣形成。這些排放物是未燃燒燃料的一部分和部分燃燒產(chǎn)物的一部分如乙烯和甲醛等組成。

??? HC排放的來源包括如活塞環(huán)以上的活塞和氣缸壁之間的“縫隙”容積和緊挨著燃燒室壁的淬火層。在壓縮和燃燒時未燃燒的混合氣被迫進入這些縫隙，在膨脹后期和排氣沖程時排出。這是正常工作時發(fā)動機HC排放的主要來源。非正常工作如氣缸缺火，可引起大量的未燃燒燃料進入廢氣。在非常稀的混合氣中，火焰?zhèn)鞑ニ俣忍谌紵^程中燃料不能完全燃燒，或者在某些循環(huán)中燃燒未進行。這些情況都會引起非常高的HC排放。

? ??3. 空燃比及點火正時對發(fā)動機的影響

發(fā)動機充量的空燃比對發(fā)動機的功率輸出、熱效率、爆燃和污染物的排放具有極其重要的影響。其它情況相同時，最大輸出功率是在過量空氣系數(shù)α稍小于1.0時得到(即理論配比稍濃的混合氣)。但這也是最易引起爆燃發(fā)生的條件。稀混合氣使爆燃有所減輕，具有使用較高壓縮比的能力，所使用稀混合氣(α＞1.0)的發(fā)動機比用理論配比混合氣時有較好的熱效率。發(fā)動機設(shè)計成燃燒很稀的混合氣(α＞1.2)時稱為“稀燃”。在同樣氣缸容積下由于稀混合氣含有較少的燃料，稀燃發(fā)動機比理論配比工作時產(chǎn)生的功率要小，但燃燒效率較高。