??? 這里重點(diǎn)闡述以汽油機(jī)為主的預(yù)混合點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒過(guò)程及其性能與排放。

??? 活塞在壓縮行程中將要達(dá)到上止點(diǎn)前，混合氣被火花塞放出的火花點(diǎn)燃。在火花生長(zhǎng)到足夠大并形成火焰中心之前有一個(gè)著火落后期。在這個(gè)著火落后期以后，火焰前鋒傳遍了燃燒室，成為明顯燃燒時(shí)期或稱速燃期。其傳播速度決定于火焰擾動(dòng)的速度，而它又是空氣—燃料比、溫度和擾動(dòng)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(duì)冷的未燃燒充量表面的壓縮過(guò)程。整個(gè)氣缸的壓力增加，并通過(guò)壓縮熱升高未燃充量的溫度。最后，過(guò)后燃燒期間剩余的未燃燒的混合氣在活塞下降時(shí)燒盡。

? ??1. 壓縮比及爆燃

? ??對(duì)于理論的等容加熱循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)，理論熱效率η_t可近似為：

???

?

??? 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(guò)大約12:1以后，其改善速率變小。壓縮比增加時(shí)摩擦損失也趨于增加，因此大部分發(fā)動(dòng)機(jī)有一個(gè)6:1至16:1之間的優(yōu)化壓縮比。但是，在火花點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)中，由于爆燃問(wèn)題使合理的壓縮比被限制在較低的數(shù)值。壓縮比增加時(shí)，缸內(nèi)氣體溫度和壓力均增高，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸中未燃燒的空氣—燃料混合氣在火焰前鋒到來(lái)前被壓縮時(shí)，它的溫度由于壓縮熱而升高并且進(jìn)行焰前反應(yīng)。如果有足夠的時(shí)間和足夠商的溫度，混合氣就會(huì)產(chǎn)生極為迅速的自燃即爆燃。所產(chǎn)生的沖擊波會(huì)損壞發(fā)動(dòng)機(jī)或者使它過(guò)熱，因此爆燃是一種不正常的燃燒。

??? 爆燃趨勢(shì)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(dòng)機(jī)的熱效率。

? ??2. 排放污染物及其形成過(guò)程

? ??對(duì)等容加熱循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)的排放污染物最主要的是氮氧化物(NO_x)、非甲烷碳?xì)浠衔?NMHC)和一氧化碳(CO)。

??? NO_x——NO和NO₂都是在發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒過(guò)程中排放出來(lái)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?dú)夂妥杂裳踉诟邷叵路磻?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(guò)程的早期即當(dāng)活塞接近上止點(diǎn)并且達(dá)到最高溫度時(shí)。可通過(guò)降低火焰溫度(通過(guò)減慢燃燒、廢氣再循環(huán)或過(guò)量的空氣稀釋可燃混合氣)和縮短高溫燃燒時(shí)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(shí)過(guò)量空氣系數(shù)α小于1.0。在這種混合氣中沒(méi)有足夠的氧氣使所有的碳氧化成CO₂。CO有時(shí)甚至在稀薄燃燒的條件下排出。

??? 非甲烷碳?xì)浠衔?span>——碳?xì)浠衔?HC)的排放是排氣門(mén)打開(kāi)時(shí)，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(lái)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(shí)未燃燒的混合氣被迫進(jìn)入這些縫隙，在膨脹后期和排氣沖程時(shí)排出。這是正常工作時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)HC排放的主要來(lái)源。非正常工作如氣缸缺火，可引起大量的未燃燒燃料進(jìn)入廢氣。在非常稀的混合氣中，火焰?zhèn)鞑ニ俣忍谌紵^(guò)程中燃料不能完全燃燒，或者在某些循環(huán)中燃燒未進(jìn)行。這些情況都會(huì)引起非常高的HC排放。

? ??3. 空燃比及點(diǎn)火正時(shí)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的影響

發(fā)動(dòng)機(jī)充量的空燃比對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)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(shí)，最大輸出功率是在過(guò)量空氣系數(shù)α稍小于1.0時(shí)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(dòng)機(jī)比用理論配比混合氣時(shí)有較好的熱效率。發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)成燃燒很稀的混合氣(α＞1.2)時(shí)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(dòng)機(jī)比理論配比工作時(shí)產(chǎn)生的功率要小，但燃燒效率較高。