現(xiàn)代汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理課件：汽油機(jī)預(yù)混合氣形成與燃燒-

汽油機(jī)預(yù)混合氣

形成與燃燒

本章要求：本章要求學(xué)生掌握電控汽油噴射系統(tǒng)的組成、類型；掌握預(yù)混合氣中火焰形成過(guò)程及工況對(duì)混合氣濃度的影響；掌握汽油機(jī)正常燃燒過(guò)程的分段及其特點(diǎn)；理解汽油機(jī)爆燃和熱面點(diǎn)火的產(chǎn)生機(jī)理、危害及改善措施；掌握影響汽油機(jī)燃燒過(guò)程的因素；熟悉汽油機(jī)燃燒室的類型及其特點(diǎn)3.1預(yù)混合氣形成與火焰?zhèn)鞑?.2汽油機(jī)的燃燒過(guò)程3.3汽油機(jī)的不正常燃燒3.4影響燃燒過(guò)程的因素3.5汽油機(jī)的燃燒室知識(shí)要點(diǎn)3.1預(yù)混合氣形成與火焰?zhèn)鞑?.1.1電控汽油噴射系統(tǒng)1.電控汽油噴射系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：

(1)進(jìn)氣阻力小。

(2)霧化良好。

(3)供油滯后性小。

(4)空燃比控制精度高。

(5)可實(shí)現(xiàn)汽車減速斷油控制。

(6)可實(shí)現(xiàn)與其它電子控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性控制。2.電控汽油噴射系統(tǒng)的類型：1)按進(jìn)氣量的檢測(cè)方式分類

(1)壓力型：在節(jié)氣門后面裝壓力傳感器，以測(cè)量進(jìn)氣管內(nèi)的壓力。

(2)流量型：在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管處安裝空氣流量傳感器，直接測(cè)定進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣量。2)按噴油器的位置不同分類

(1)缸外噴射式：將噴油器安裝在進(jìn)氣管或進(jìn)氣歧管上，以0.20～0.35MPa的噴射壓力將汽油噴入進(jìn)氣管或進(jìn)氣道內(nèi)，前者稱為進(jìn)氣管噴射TBI（也稱為單點(diǎn)噴射SPI），后者稱為進(jìn)氣道噴射PFI（也稱為多點(diǎn)噴射MPI）。

(2)缸內(nèi)直接噴射(GDI)，其噴油器安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋上,汽油直接噴射到氣缸內(nèi)。a)單點(diǎn)噴射(SPI)b)進(jìn)氣道噴射c)多點(diǎn)噴射(MPI)缸內(nèi)噴射方式1.燃油；2.空氣；3.節(jié)氣門；4.進(jìn)氣道；5.噴油器；6.汽油機(jī)3)按噴射的連續(xù)性分類

(1)連續(xù)噴射式:指在發(fā)動(dòng)機(jī)工作期間，噴油器連續(xù)不斷地向進(jìn)氣道內(nèi)噴油，且大部分汽油是在進(jìn)氣門關(guān)閉的噴射的。

(2)間歇噴射式:指在發(fā)動(dòng)機(jī)工作期間，間歇地將汽油噴入進(jìn)氣道內(nèi)。間歇噴射式又可按各缸噴射時(shí)間分為同時(shí)噴射、分組噴射和按序噴射等三種方式。多點(diǎn)噴射控制方式a)同時(shí)噴射

b)分組噴射

c)按序噴射4)按控制系統(tǒng)有無(wú)反饋分類(1)開環(huán)系統(tǒng)：不帶有氧傳感器的反饋控制系統(tǒng)。(2)閉環(huán)系統(tǒng)圖3.8閉環(huán)控制噴射系統(tǒng)圖1-傳感器；2-控制器；3-空氣流量傳感器；4-點(diǎn)火裝置；5-發(fā)動(dòng)機(jī)；6-氧傳感器；7-噴油嘴；8-催化劑3.電控汽油噴射系統(tǒng)的組成燃料供給系統(tǒng)：包括汽油箱、電動(dòng)汽油泵、壓力調(diào)節(jié)器、汽油濾清器、噴油器等部件空氣供給系統(tǒng)：主要由空氣濾清器、進(jìn)氣管道、節(jié)氣門及節(jié)氣門體、怠速輔助空氣通道及怠速調(diào)節(jié)電磁閥、進(jìn)氣歧管等組成控制系統(tǒng)：控制系統(tǒng)主要由控制器及各種傳感器組成圖3.9電控汽油噴射系統(tǒng)圖

3.1.2預(yù)混合氣中的火焰?zhèn)鞑?/p>

1.火焰核心的形成在預(yù)混合氣體中，從火花塞跳火花至火焰核心形成要經(jīng)歷一段時(shí)間，這段時(shí)間的長(zhǎng)短與火花塞附近預(yù)混合氣體的壓力、溫度、氧的濃度、燃料種類、混合氣濃度、氣流運(yùn)動(dòng)狀況、電火花的性質(zhì)、電極幾何形狀和距離等諸多因素有關(guān)。2.火焰的傳播

燃燒速度是指單位時(shí)間內(nèi)燃燒的混合氣數(shù)量，可用下式表示式中；m——混合氣的質(zhì)量，；

——火焰前鋒面積,；

——未燃混合氣密度；

——火焰?zhèn)鞑ニ俣龋?；影響燃燒速度的因素?)火焰?zhèn)鞑ニ俣龋?1)混合氣濃度的影響當(dāng)過(guò)量空氣系數(shù)=0.85～0.95時(shí)，為最大功率混合氣；當(dāng)過(guò)量空氣系數(shù)=1.05～1.15時(shí)，為最經(jīng)濟(jì)混合氣。有利的混合氣濃度一般在=0.85～1.2范圍內(nèi)。(2)氣體流動(dòng)狀況的影響氣體的流動(dòng)狀況可分為層流和紊流，因此火焰?zhèn)鞑シ绞娇煞譃閷恿骰鹧鎮(zhèn)鞑ズ屯牧骰鹧鎮(zhèn)鞑?/p>

a.層流火焰?zhèn)鞑?/p>

b.湍流火焰?zhèn)鞑?/p>

圖3.16在不同湍流作用下的火焰前鋒

a)湍流較弱b)湍流較強(qiáng)圖3.15火焰前鋒面的構(gòu)造2)火焰前鋒面積AT3)未燃混合氣密度圖3.17燃燒室形狀與粗暴性的關(guān)系3.1.3工況對(duì)混合氣濃度的影響汽油機(jī)在不同工況下對(duì)于混合氣濃度有下列要求：(1)發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)：應(yīng)供給較濃的混合氣(=0.6～0.8)。(2)發(fā)動(dòng)機(jī)小負(fù)荷(發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷在25%)時(shí)：混合氣濃度略為減小(=0.7～0.9)。(3)當(dāng)汽油機(jī)在中等負(fù)荷（發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷在25%～85%之間）運(yùn)行時(shí)，為獲得較好的經(jīng)濟(jì)性，應(yīng)當(dāng)供給較稀的混合氣(=1.05～1.15)。(4)當(dāng)汽油機(jī)在大負(fù)荷(發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷在85%以上)或全負(fù)荷工況時(shí)，為保證較好的動(dòng)力性，應(yīng)供給較濃的混合氣(=0.85～0.95)。(5)為了保證汽油機(jī)過(guò)渡工況(起動(dòng)與加速)的需要，應(yīng)當(dāng)對(duì)混合氣的濃度作相應(yīng)的調(diào)整。通常將總噴油量分成基本噴油量、修正油量和增加油量三個(gè)部分。(1)基本噴油量：(2)修正油量：(3)附加油量：1)起動(dòng)時(shí)的噴油控制：在起動(dòng)時(shí)，ECU根據(jù)當(dāng)時(shí)的冷卻水溫度，由內(nèi)存的水溫—噴油時(shí)間圖找出相應(yīng)的基本噴油時(shí)間，然后進(jìn)行進(jìn)氣溫度和蓄電池電壓修正，得到起動(dòng)的噴油持續(xù)時(shí)間。2)起動(dòng)后的噴油控制噴油信號(hào)持續(xù)時(shí)間＝基本噴油持續(xù)時(shí)間×噴油修正系數(shù)+電壓修正值對(duì)基本噴油時(shí)間進(jìn)行修正，修正內(nèi)容如下：(1)起動(dòng)后加濃(2)暖機(jī)加濃(3)進(jìn)氣溫度修正(4)大負(fù)荷加濃(5)過(guò)渡工況空燃比控制(6)怠速穩(wěn)定性修正(只用于D系統(tǒng))3)斷油控制(1)減速斷油(2)發(fā)動(dòng)機(jī)超速斷油3.26減速斷油控制3.2汽油機(jī)的燃燒過(guò)程

3.2.1汽油機(jī)的正常燃燒過(guò)程1.正常燃燒過(guò)程按其壓力變化特點(diǎn)，將燃燒過(guò)程分成三個(gè)階段：滯燃期、急燃期和補(bǔ)燃期。1)滯燃期(著火落后期)：從點(diǎn)火電極跳火開始(點(diǎn)1)到形成獨(dú)立的火焰核心(點(diǎn)2)為止。2)急燃期(明顯燃燒期)：從形成獨(dú)立的火焰核心(點(diǎn)2)開始到氣缸內(nèi)出現(xiàn)最高壓力（點(diǎn)3）為止的一段時(shí)期。3)補(bǔ)燃期(后燃期)：從最高燃燒壓力(點(diǎn)3)到燃燒結(jié)束。圖3.27汽油機(jī)的燃燒過(guò)程Ⅰ-滯燃期；Ⅱ-急燃期；Ⅲ-補(bǔ)燃期1-開始點(diǎn)火；2-形成火焰中心；3-最高壓力點(diǎn)；-點(diǎn)火提前角

3.2.2汽油機(jī)的不規(guī)則燃燒1.各循環(huán)之間的燃燒差異各循環(huán)間的燃燒差異主要是燃燒的不穩(wěn)定性，表現(xiàn)為循環(huán)的壓力波動(dòng)，這種波動(dòng)幅度越大，燃燒越不穩(wěn)定，最高燃燒壓力對(duì)曲軸轉(zhuǎn)角的分布離散性越大。2.各缸間的燃燒差異各缸間的燃燒差異主要是由于燃料分配不均使空燃比不一致造成的

3.3汽油機(jī)的不正常燃燒

3.3.1爆燃1.爆燃產(chǎn)生的機(jī)理：火焰前鋒未到達(dá)前，末端混合氣溫度達(dá)到了自燃溫度，形成新的火焰中心，產(chǎn)生新的火焰快速傳播，這種現(xiàn)象稱為爆燃。2.爆燃的危害

(1)機(jī)件過(guò)載

(2)機(jī)件燒損

(3)性能指標(biāo)下降圖3.32正常燃燒與爆燃情況下和的比較a）正常燃燒b）爆燃3.爆燃的影響因素1)運(yùn)轉(zhuǎn)因素的影響

(1)點(diǎn)火提前角的影響

(2)轉(zhuǎn)速的影響

(3)負(fù)荷的影響

(4)混合氣濃度的影響

(5)燃燒室沉積物的影響2)結(jié)構(gòu)因素的影響

(1)氣缸直徑

(2)火花塞位置

(3)氣缸蓋與活塞的材料

(4)燃燒室結(jié)構(gòu)4.減少爆燃傾向的措施

(1)使用抗爆性高的燃料

(2)降低末端混合氣的溫度和壓力

(3)縮短火餡前鋒傳播到末端混合氣的時(shí)間

(4)減小負(fù)荷或提高轉(zhuǎn)速

3.2.2熱面點(diǎn)火1.熱面點(diǎn)火現(xiàn)象：在汽油機(jī)中，凡是不靠電火花點(diǎn)火而由燃燒室熾熱表面(如過(guò)熱的火花塞絕緣體和電極、排氣門、熾熱的積炭等)點(diǎn)燃混合氣面引起的不正常燃燒現(xiàn)象。1)非爆燃性熱面點(diǎn)火(1)早火：高溫?zé)霟岜砻嬖诨鸹ㄈ鹎包c(diǎn)燃混合氣的現(xiàn)象稱為早火。(2)后火火花塞跳火點(diǎn)燃混合氣后，在火焰?zhèn)鞑ミ^(guò)程中，由于熾熱表面使火焰前鋒未掃過(guò)區(qū)域的混合氣被點(diǎn)燃，但形成的火焰前鋒仍以正常的火焰?zhèn)鞑ニ俣认蛭慈細(xì)怏w推進(jìn)，稱為后火。2)爆燃性熱面點(diǎn)火(激爆)

激爆是一種熱面點(diǎn)火現(xiàn)象，是由燃燒室沉積物引起的爆燃性熱面點(diǎn)火，是一種危害最大的熱面點(diǎn)火現(xiàn)象。2.影響熱面點(diǎn)火的因素和防止產(chǎn)生的措施1)影響熱面點(diǎn)火的因素

(1)壓縮比增加。

(2)進(jìn)氣終點(diǎn)壓力增加(節(jié)氣門開大)。

(3)進(jìn)氣溫度增加。(4)轉(zhuǎn)速增加。

(5)在功率混合比下運(yùn)行。

(6)大氣濕度下降。2)防止熱面點(diǎn)火產(chǎn)生的措施

(1)選用低沸點(diǎn)的汽油和成焦性小的潤(rùn)滑油

(2)壓縮比降低到8.5或以下。

(3)避免長(zhǎng)時(shí)間低負(fù)荷運(yùn)行和汽車頻繁加減速行駛。

(4)在燃料中加入抑制熱面點(diǎn)火的添加劑，如添加磷化物可改變沉積物的物理化學(xué)性質(zhì)，降低其著火能力。3.4影響燃燒過(guò)程的因素1.汽油的使用性能1)汽油的蒸發(fā)性液態(tài)汽油汽化的難易程度稱為汽油的蒸發(fā)性。2)汽油的抗爆性汽油的抗爆性是指汽油在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)燃燒時(shí)抵抗爆燃的能力，用辛烷值評(píng)定，汽油的辛烷值越高，其抗爆性越好。2.混合氣成分在各種混合氣成分中，以供給最大功率混合氣時(shí)最易產(chǎn)生爆燃，如汽車滿載爬坡時(shí)容易產(chǎn)生爆燃。3.點(diǎn)火提前角：指從火花塞發(fā)出電火花到上止點(diǎn)間的曲軸轉(zhuǎn)角。過(guò)大過(guò)小的點(diǎn)火提前角都不好，只有選擇合適的點(diǎn)火提前角才能得到合適的最高壓力及壓力升高率，使最高壓力出現(xiàn)在上止點(diǎn)后12°～15°曲軸轉(zhuǎn)角內(nèi)，保證發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、功率大、油耗低，這種點(diǎn)火提前角稱為最佳點(diǎn)火提前角。4.發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速：隨轉(zhuǎn)速增加，爆燃傾向減小。5.發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷：低負(fù)荷時(shí)，爆燃傾向較小。發(fā)動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)速大負(fù)荷時(shí)易爆燃。6.冷卻水溫度：冷卻水溫度過(guò)高時(shí)，會(huì)使燃燒室壁及缸壁過(guò)熱，爆燃及熱面點(diǎn)火傾向增加。7.燃燒室積炭：積炭使爆燃傾向增加；積炭表面溫度很高，形成熾熱表面或熾熱點(diǎn)，易引起熱面點(diǎn)火。

8.壓縮比：提高壓縮比會(huì)增加未燃混合氣自燃的傾向，容易產(chǎn)生爆燃。應(yīng)注意選用合適的壓縮比。9.燃燒室結(jié)構(gòu)：適當(dāng)布置火花塞位置或采用多火花塞，可以縮短火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x，減少爆燃傾向。10.大氣狀況：大氣壓力低時(shí)，爆燃傾向減??；大氣溫度高時(shí)，容易發(fā)生爆燃和氣阻。3.5汽油機(jī)的燃燒室3.5.1燃燒室設(shè)計(jì)要求1)燃燒室結(jié)構(gòu)緊湊2)火花塞位置和點(diǎn)火性能3)燃燒室的容積分布4)形成適當(dāng)?shù)耐牧鬟\(yùn)動(dòng)圖3.44常見汽油機(jī)燃燒室形狀3.5.2燃燒室類型1.楔型燃燒室火花塞在楔形高側(cè)的進(jìn)排氣門之間，可在火花塞附件形成較強(qiáng)的掃氣氣流，保證低速低負(fù)荷性能良好。結(jié)構(gòu)緊湊，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x短，擠氣面積較大，對(duì)末端混合氣冷卻作用較強(qiáng)，使爆燃傾向減小。但同時(shí)由于擠氣面積內(nèi)的熄火區(qū)增大，HC排放量較多。2.浴盆形燃燒室形狀像橢圓形浴盆，在雙側(cè)或單側(cè)設(shè)置擠氣面。高度相同，寬度略大于氣缸范圍，以便于加大氣門直徑。圖3.50楔形燃燒室圖3.51浴盆形燃燒室3.半球形燃燒室發(fā)動(dòng)機(jī)半球形燃燒室的形狀大致呈半球形或蓬形，結(jié)構(gòu)緊湊，如圖3.52所示。與前兩種相比，面容比最小，加之火花塞布置于燃燒室中央，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x最短。4.碗形燃燒室碗形燃燒室是布置在活塞中的一個(gè)回轉(zhuǎn)體（圖3.53）。采用平底氣缸蓋，工藝性好。燃燒室全部機(jī)械加工而成，有精確的形狀和容積，燃燒室表面光滑、緊湊、擠流效果好，壓縮比可高達(dá)11。

圖3.52半球形燃燒室圖圖3.53碗形燃燒室5.其他燃燒室1)帶湍流罐的燃燒室在燃燒室中設(shè)置小副室，并在噴孔部位配置火花塞（圖3.54），混合氣被點(diǎn)燃后流入副室。2)雙火花塞燃燒室如圖3.55所示的半球形燃燒室中，相距D/2對(duì)稱布置兩只火花塞，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x縮短1/2左右，從而可推遲點(diǎn)火時(shí)刻，提高點(diǎn)火時(shí)混合氣溫度和壓力，使著火性能改善，燃燒持續(xù)期縮短，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。圖5.54帶有湍流罐的燃燒室圖3.55雙火花塞燃燒室3)火球型燃燒室圖3.56為火球形燃燒室的結(jié)構(gòu)圖。燃燒室呈直徑較小的盆形，位于缸蓋的排氣門下方，進(jìn)氣門下部有一淺凹坑，通過(guò)切向通道與燃燒室相連。4)分層燃燒室為合理組織燃燒室內(nèi)的混合氣分布，即在火花間隙周圍局部形成具有良好著火條件的較濃混合氣，空燃比在12～13.4左右，而在燃燒室的大部分區(qū)域是較稀的混合氣，為了有利于火焰?zhèn)鞑?，混合氣濃度從火花塞開始由濃到稀逐步過(guò)渡，這就是所謂的分層燃燒系統(tǒng)。(1)進(jìn)氣道噴射的分層燃燒方式進(jìn)氣道噴射的分層燃燒方式有軸向分層燃燒系統(tǒng)和橫向分層燃燒系統(tǒng)兩種。軸向分層燃燒系統(tǒng)在進(jìn)氣閥導(dǎo)氣屏的作用下造成強(qiáng)烈的進(jìn)氣渦流；橫向分層稀燃系統(tǒng)是利用滾流來(lái)實(shí)現(xiàn)的(2)缸內(nèi)直噴分層燃燒方式汽油機(jī)缸內(nèi)直噴（GDI）燃燒系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)均質(zhì)混合氣燃燒、分層混合氣燃燒以及均質(zhì)混合氣壓燃燃燒。習(xí)題一、填空題1.缸外噴射系統(tǒng)是將噴油器安裝在

或

上，以0.20～0.35MPa的噴射壓力將汽油噴