1、汽車發(fā)動機原理,同學(xué)們好,汽車發(fā)動機原理,第四章,汽油機混合氣 形成與燃燒,第四章 汽油機混合氣形成與燃燒 概述,4. 1 概述,發(fā)動機的燃燒過程是將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿倪^程。 燃燒過程的基本要求是： （1）燃燒完全。充分利用燃油的化學(xué)能；盡量減少有害污染物排放。 （2）時機恰當。在上止點后的10 20CA 達到最大燃燒壓力。 （3）穩(wěn)定正常。保證發(fā)動機穩(wěn)定、可靠地工作。,多數(shù)汽油機的燃燒過程為：利用噴嘴或化油器，在進氣管內(nèi)使空氣和燃油混合，再進入氣缸，到壓縮行程接近終了時，以電火花點燃并燃燒。,第四章 汽油機混合氣形成與燃燒 概述,4. 1 概述,汽油機的燃燒分為正常與不正常燃燒兩種 當

2、汽油機的燃燒不能按正常燃燒的要求，燃燒不穩(wěn)定、最高燃燒壓力出現(xiàn)過早，則出現(xiàn)不正常燃燒。汽油機的不正常燃燒主要是爆震和表面點火。,第四章 汽油機混合氣形成與燃燒 汽油機的燃燒過程,4. 2 汽油機的燃燒過程,4.2.1正常燃燒過程 以展開示功圖研究燃燒過程。,壓縮線,無燃燒膨脹線,火花塞點火,著火,最高壓力,壓縮線,無燃燒膨脹線,火花塞點火,著火,最高壓力,著火延遲期,明顯燃燒期,后燃期,點火提前角,第四章 汽油機混合氣形成與燃燒 汽油機的燃燒過程,4. 2 汽油機的燃燒過程,4.2.1正常燃燒過程 以展開示功圖研究燃燒過程。,展開示功圖的氣缸壓力線上，在1點，火花塞跳火，經(jīng)過短暫的著火延遲，到

3、2點出現(xiàn)火焰中心和明顯燃燒，隨之，在3點出現(xiàn)最高燃燒壓力。 燃燒過程分為三個階段： 著火延遲期 即階段。 明顯燃燒期 即階段。 后燃期 即階段。,第四章 汽油機混合氣形成與燃燒 汽油機的燃燒過程,4. 2 汽油機的燃燒過程,4.2.1正常燃燒過程,著火延遲期,明顯燃燒期,后燃期,第四章 汽油機混合氣形成與燃燒 汽油機的燃燒過程,4. 2 汽油機的燃燒過程,4.2.1正常燃燒過程,1正常燃燒過程的評價,A、特點： 火花放電的電壓高，局部溫度可達3000 K，混合氣氧化反應(yīng)速度逐漸加快；缸內(nèi)壓力無明顯升高。 B、評價指標 著火延遲期長度 Dj12 = j2 -j1,著火延遲期,（1）著火延遲期,第

4、四章 汽油機混合氣形成與燃燒 汽油機的燃燒過程,4. 2 汽油機的燃燒過程,4.2.1正常燃燒過程,1正常燃燒過程的評價,著火延遲期,（1）著火延遲期,混合氣成分 混合氣過量空氣系數(shù)a 為0.8 0.9時，著火延遲期最短。 點火時的缸內(nèi)氣體狀態(tài) 氣體溫度和壓力越高，著火延遲期越短。,C、影響因素：,第四章 汽油機混合氣形成與燃燒 汽油機的燃燒過程,4. 2 汽油機的燃燒過程,4.2.1正常燃燒過程,1正常燃燒過程的評價,著火延遲期,（1）著火延遲期,C、影響因素：,缸內(nèi)氣體流動 紊流運動強，加快混合氣氧化速度，著火延遲期縮短。,火花能量 火花能量大，著火延遲期縮短。,第四章 汽油機混合氣形成與

5、燃燒 汽油機的燃燒過程,4. 2 汽油機的燃燒過程,4.2.1正常燃燒過程,1正常燃燒過程的評價,著火延遲期,（1）著火延遲期,C、影響因素：,殘余廢氣量 殘余廢氣多，著火延遲期變長。,第四章 汽油機混合氣形成與燃燒 汽油機的燃燒過程,4. 2 汽油機的燃燒過程,4.2.1正常燃燒過程,1正常燃燒過程的評價,（1）著火延遲期,點火提前角,為克服著火延遲期，點火需要提前。 從火花塞跳火到上止點間的曲軸轉(zhuǎn)角稱為點火提前角，表示點火時刻。,第四章 汽油機混合氣形成與燃燒 汽油機的燃燒過程,4. 2 汽油機的燃燒過程,4.2.1正常燃燒過程,1正常燃燒過程的評價,（2）明顯燃燒期,明顯燃燒期,A、特點

6、： 燃燒速度快，缸內(nèi)壓力急劇升高。 B、評價指標 最高燃燒壓力（最高爆發(fā)壓力）pZ 以及出現(xiàn)時刻j3 。 希望j3在上止點后15曲軸轉(zhuǎn)角之內(nèi)。,第四章 汽油機混合氣形成與燃燒 汽油機的燃燒過程,4. 2 汽油機的燃燒過程,4.2.1正常燃燒過程,1正常燃燒過程的評價,（2）明顯燃燒期,明顯燃燒期,平均壓力升高率 表示壓力變化升高的急劇程度。,第四章 汽油機混合氣形成與燃燒 汽油機的燃燒過程,4. 2 汽油機的燃燒過程,4.2.1正常燃燒過程,1正常燃燒過程的評價,（2）明顯燃燒期,明顯燃燒期,C、燃燒過程 燃燒過程為火焰?zhèn)鞑?。在均質(zhì)混合氣中，當火焰中心形成之后，火焰向四周傳播，形成一個近似球面

7、的火焰層，即火焰前鋒，從火焰中心開始層層向四周未燃混合氣傳播，直到連續(xù)不斷的火焰前鋒掃過整個燃燒室。,第四章 汽油機混合氣形成與燃燒 汽油機的燃燒過程,4. 2 汽油機的燃燒過程,4.2.1正常燃燒過程,1正常燃燒過程的評價,（2）明顯燃燒期,火焰前鋒的位置隨著燃燒的進行而變化。,第四章 汽油機混合氣形成與燃燒 汽油機的燃燒過程,4. 2 汽油機的燃燒過程,4.2.1正常燃燒過程,1正常燃燒過程的評價,（2）明顯燃燒期,火焰?zhèn)鞑ニ俣龋夯鹧媲颁h相對于未燃混合氣向前推進的速度。 汽油機火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤蛇_50 80m/s。,第四章 汽油機混合氣形成與燃燒 汽油機的燃燒過程,4. 2 汽油機的燃燒過程,

8、4.2.1正常燃燒過程,1正常燃燒過程的評價,（3）后燃期,后燃期,特點： 燃燒速度慢，燃燒放熱因活塞下行不能利用，反而使排氣溫度升高。 后燃雖不能絕對消除，但通過完善燃燒過程，可盡量減少。,第四章 汽油機混合氣形成與燃燒 汽油機的燃燒過程,4. 2 汽油機的燃燒過程,4.2.1正常燃燒過程,2正常燃燒過程的定義 唯一地由火花定時點火開始，火焰前鋒以正常速度傳播到整個燃燒室。,3汽油機的不規(guī)則燃燒 汽油機的不規(guī)則燃燒是指在穩(wěn)定正常運轉(zhuǎn)時，汽油機存在同一氣缸各循環(huán)之間的燃燒差異和各缸之間的燃燒差異。,第四章 汽油機混合氣形成與燃燒 汽油機的燃燒過程,4. 2 汽油機的燃燒過程,4.2.1正常燃燒

9、過程,4汽油機的不正常燃燒 當汽油機的燃燒不能按正常燃燒的要求，即并非由火花定時點火開始，或者火焰前鋒速度過快；或者不是火焰前鋒傳播到整個燃燒室，則出現(xiàn)不正常燃燒。汽油機的不正常燃燒主要是爆震和表面點火。,第四章 汽油機混合氣形成與燃燒 汽油機的燃燒過程,4. 2 汽油機的燃燒過程,4.2.2燃燒速度,衡量汽油機燃燒過程完善程度的指標主要是最高燃燒壓力 pZ 及其出現(xiàn)時刻j3 、平均壓力升高率、排氣溫度和排放性能(反映燃料完全燃燒程度)等指標。 從發(fā)動機的動力性和經(jīng)濟性角度，主要是最高燃燒壓力、最高燃燒壓力出現(xiàn)時刻和平均壓力升高率，這些指標與燃燒速度有關(guān)。 燃燒速度是指單位時間燃燒的混合氣量，

10、可以表達為,第四章 汽油機混合氣形成與燃燒 汽油機的燃燒過程,4. 2 汽油機的燃燒過程,4.2.2燃燒速度,式中 rT 未燃混合氣密度； UT 火焰?zhèn)鞑ニ俣龋?AT 火焰前鋒面積。,控制燃燒速度就能控制明顯燃燒期的長短及其相對曲軸轉(zhuǎn)角的位置，即控制最高燃燒壓力、最高燃燒壓力出現(xiàn)時刻和平均壓力升高率。,第四章 汽油機混合氣形成與燃燒 汽油機的燃燒過程,4. 2 汽油機的燃燒過程,4.2.2燃燒速度,燃燒速度的影響因素,火焰?zhèn)鞑ニ俣仁菦Q定明顯燃燒期長短的主要因素。 現(xiàn)代汽油機的UT可高達50 80 m/s。 影響UT的主要因素是：燃燒室中氣體的紊流運動、混合氣成分和混合氣初始溫度。,1. 火焰?zhèn)?/p>

11、播速度UT,第四章 汽油機混合氣形成與燃燒 汽油機的燃燒過程,4. 2 汽油機的燃燒過程,4.2.2燃燒速度,燃燒速度的影響因素,1. 火焰?zhèn)鞑ニ俣萓T,（1）紊流運動,紊流運動使火焰前鋒燃燒區(qū)加厚，火焰?zhèn)鞑ニ俣燃涌?。（參考第三章?第四章 汽油機混合氣形成與燃燒 汽油機的燃燒過程,4. 2 汽油機的燃燒過程,4.2.2燃燒速度,燃燒速度的影響因素,1. 火焰?zhèn)鞑ニ俣萓T,a = 0.85 0.95 時，火焰?zhèn)鞑ニ俣茸畲?，燃燒速度最快，發(fā)動機功率最大，這種混合氣稱為功率混合氣。 a = 1.03 1.1 時，火焰?zhèn)鞑ニ俣容^大，氧氣充足故燃燒完全，發(fā)動機經(jīng)濟性最好，這種混合氣稱為經(jīng)濟混合氣。,（

12、2）混合氣成分,第四章 汽油機混合氣形成與燃燒 汽油機的燃燒過程,4. 2 汽油機的燃燒過程,4.2.2燃燒速度,燃燒速度的影響因素,1. 火焰?zhèn)鞑ニ俣萓T,（2）混合氣成分,燃燒界限（參考第三章） a 1.3 1.4，混合氣過稀，火焰不能傳播，為火焰?zhèn)鞑ハ孪蓿?a 0.4 0.5，混合氣過濃，火焰也不能傳播，為火焰?zhèn)鞑ド舷蕖?汽油機a = 0.6 1.2，即空燃比A / F = 9 18。,第四章 汽油機混合氣形成與燃燒 汽油機的燃燒過程,4. 2 汽油機的燃燒過程,4.2.2燃燒速度,燃燒速度的影響因素,1. 火焰?zhèn)鞑ニ俣萓T,混合氣初始溫度高，火焰?zhèn)鞑ニ俣仍黾印?發(fā)動機壓縮比大，混合氣初

13、始溫度高；大氣溫度高則混合氣初始溫度也高。 其他引起進氣終了溫度提高的因素也導(dǎo)致混合氣初始溫度上升，但會造成充氣效率下降。,（3）混合氣初始溫度,第四章 汽油機混合氣形成與燃燒 汽油機的燃燒過程,4. 2 汽油機的燃燒過程,4.2.2燃燒速度,燃燒速度的影響因素,火焰前鋒面積與火花塞位置、燃燒室結(jié)構(gòu)及活塞位置有關(guān)。利用燃燒室?guī)缀涡螤罴捌渑c火花塞位置的配合，可以改變不同時刻火焰前鋒掃過的面積，以調(diào)整燃燒速度。它直接影響燃燒速度的變化、明顯燃燒期相對應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角位置以及壓力升高率。,2. 火焰前鋒面積AT,第四章 汽油機混合氣形成與燃燒 汽油機的燃燒過程,4. 2 汽油機的燃燒過程,4.2.2燃燒

14、速度,燃燒速度的影響因素,2. 火焰前鋒面積AT,火花塞位置對火焰?zhèn)鞑サ挠绊?第四章 汽油機混合氣形成與燃燒 汽油機的燃燒過程,4. 2 汽油機的燃燒過程,4.2.2燃燒速度,燃燒速度的影響因素,3. 可燃混合氣密度rT 增大未燃混合氣密度，可以提高燃燒速度。因此增大壓縮比、提高進氣壓力、采用增壓技術(shù)等，均可加大燃燒速度。,第四章 汽油機混合氣形成與燃燒 汽油機的燃燒過程,4. 2 汽油機的燃燒過程,4.2.2燃燒速度,燃燒速度的影響因素,第四章 汽油機混合氣形成與燃燒 汽油機的燃燒過程,4. 2 汽油機的燃燒過程,4.2.3汽油機的不規(guī)則燃燒,1、循環(huán)間燃燒變動,同一氣缸不同循環(huán)之間的燃燒差

15、異稱為循環(huán)間燃燒變動，是燃燒不穩(wěn)定性體現(xiàn)，表現(xiàn)為循環(huán)的壓力波動。,混合氣濃度以及混合質(zhì)量對氣缸壓力變化情況影響甚大。,第四章 汽油機混合氣形成與燃燒 汽油機的燃燒過程,4. 2 汽油機的燃燒過程,4.2.3汽油機的不規(guī)則燃燒,1、循環(huán)間燃燒變動,這種循環(huán)間的燃燒變動使汽油機空燃比和點火提前角調(diào)整對每一循環(huán)都不可能處于最佳狀態(tài)，因而油耗上升，功率下降，不正常燃燒傾向增加，使汽油機性能下降。 產(chǎn)生這種現(xiàn)象的主要原因是：火花塞附近混合氣的混合比和氣體紊流性質(zhì)、程度在各循環(huán)均有變動，致使火焰中心形成所用的時間不同，即由有效著火時間變動而引起的。,第四章 汽油機混合氣形成與燃燒 汽油機的燃燒過程,4.

16、2 汽油機的燃燒過程,4.2.3汽油機的不規(guī)則燃燒,1、循環(huán)間燃燒變動,循環(huán)間燃燒變動現(xiàn)象的某些特點 （1）a = 0.8 0.9時循環(huán)燃燒變動最小，混合氣加濃或減稀變動均增加。 （2）低負荷時變動更為明顯。 （3）加強紊流有助于減少變動。 （4）加大點火能量，采用多點點火，情況有所改善。 （5）點火時刻和點火位置對燃燒變動很敏感。,第四章 汽油機混合氣形成與燃燒 汽油機的燃燒過程,4. 2 汽油機的燃燒過程,4.2.3汽油機的不規(guī)則燃燒,多缸發(fā)動機各個氣缸之間的燃燒存在差異，稱為缸間燃燒差異，是燃燒不均衡性體現(xiàn)，表現(xiàn)為各氣缸的工作循環(huán)變化。,2、缸間燃燒差異,第四章 汽油機混合氣形成與燃燒

17、汽油機的燃燒過程,4. 2 汽油機的燃燒過程,4.2.3汽油機的不規(guī)則燃燒,2、缸間燃燒差異,各缸間燃燒差異主要原因有：由于燃料分配不均，使各缸空燃比不一致；各缸進氣量分配不均勻；各缸內(nèi)空氣運動不相同以及燃燒室結(jié)構(gòu)的微小差異等等。,第四章 汽油機混合氣形成與燃燒 汽油機的燃燒過程,4. 2 汽油機的燃燒過程,4.2.3汽油機的不規(guī)則燃燒,2、缸間燃燒差異,這些原因各自又包含若干復(fù)雜因素。 其中，最主要的影響方面是混合氣濃度以及分配。一般地說，所有影響到混合氣形成，影響到氣缸進氣的因素都會發(fā)生作用。 這種氣缸間的燃燒差異使汽油機各氣缸的空燃比和點火提前角調(diào)整不可能處于最佳狀態(tài)，因而整機油耗上升，

18、功率下降，不正常燃燒傾向增加，排放性能變差，整個汽油機性能達不到最佳狀態(tài)。,第四章 汽油機混合氣形成與燃燒 汽油機的不正常燃燒,4. 3 汽油機的不正常燃燒,A、爆震的外部特征 氣缸內(nèi)發(fā)出特別尖銳的金屬敲擊聲，亦稱為敲缸。 嚴重時會產(chǎn)生冷卻水過熱。 功率下降，油耗上升。 排放污染增加（主要是排氣冒黑煙）。,1、爆震（爆燃）,第四章 汽油機混合氣形成與燃燒 汽油機的不正常燃燒,4. 3 汽油機的不正常燃燒,B、爆震產(chǎn)生的原因 遠端混合氣在火焰前鋒尚未到達，受已燃氣體的高溫輻射和壓縮作用，未燃混合氣的溫度達到其自燃溫度而著火燃燒（多點燃燒）。 這種燃燒的速度極快，幾乎是爆炸。,1、爆震（爆燃）,第

19、四章 汽油機混合氣形成與燃燒 汽油機的不正常燃燒,4. 3 汽油機的不正常燃燒,C、爆震與正常燃燒的區(qū)別,1、爆震（爆燃）,正常燃燒：有明顯的單一火焰前鋒，逐層向外傳播，速度正常，直至燃燒完畢。,爆震：無明顯的火焰前鋒或多個火焰前鋒，幾乎無傳播過程，燃燒速度極快。,第四章 汽油機混合氣形成與燃燒 汽油機的不正常燃燒,4. 3 汽油機的不正常燃燒,C、爆震與正常燃燒的區(qū)別,1、爆震（爆燃）,正常燃燒火焰?zhèn)鞑ニ俣葹?0 80 m/s，無壓力波，壓力升高率在200 400 kPa/(CA)的范圍內(nèi)。 爆震火焰?zhèn)鞑ニ俣龋狠p微爆震的火焰?zhèn)鞑ニ俣燃s為100 300 m/s，強烈爆震時可高達800 1000

20、 m/s。未燃混合氣瞬時燃燒完畢，局部壓力、溫度很高，壓力升高率特大，形成強烈的壓力沖擊波。 沖擊波反復(fù)撞擊燃燒室壁，發(fā)出尖銳的敲缸聲。,第四章 汽油機混合氣形成與燃燒 汽油機的不正常燃燒,4. 3 汽油機的不正常燃燒,C、爆震與正常燃燒的區(qū)別,1、爆震（爆燃）,爆震與正常燃燒示功圖的差異,輕微爆震時，發(fā)動機功率上升，油耗下降。,第四章 汽油機混合氣形成與燃燒 汽油機的不正常燃燒,4. 3 汽油機的不正常燃燒,D、爆震的危害,1、爆震（爆燃）,機件過載 強烈爆震的沖擊波能使缸壁、缸蓋、活塞、連桿、曲軸等機件的機械負荷增加，使機件變形甚至損壞。 性能惡化 嚴重爆震時，氣體向缸壁的傳熱量增加，熱效

21、率下降，功率降低，耗油率增加。爆震容易形成積碳，破壞發(fā)動機零件的正常工作，使發(fā)動機可靠性下降。 發(fā)動機磨損加劇 潤滑效果變差，零件磨損加劇。嚴重爆震的磨損比正常燃燒時大27倍。,第四章 汽油機混合氣形成與燃燒 汽油機的不正常燃燒,4. 3 汽油機的不正常燃燒,D、爆震的危害,1、爆震（爆震）,機件燒損 汽油機最高燃燒溫度可達到2000 2500, 而活塞頂、燃燒室壁及缸壁的溫度僅為200 300，除了冷卻的作用外，還由于在這些壁面上形成了氣體的附面層，起到隔熱的作用，所以能夠維持如此低溫度。強烈爆震的沖擊波會破壞這一附面層，使機件直接與高溫燃氣接觸。嚴重爆震的局部燃氣溫度可高達4000以上，會

22、使活塞頭部和氣門等機件燒損。同時熱量傳給冷卻水引起發(fā)動機過熱。,第四章 汽油機混合氣形成與燃燒 汽油機的不正常燃燒,4. 3 汽油機的不正常燃燒,D、爆震的危害,1、爆震（爆震）,排氣溫度高，冒黑煙 汽油機爆震時局部高溫引起熱分解現(xiàn)象嚴重，使燃燒產(chǎn)物分解為HC、CO、H2、O2、NO及游離碳，排氣冒煙嚴重。HC、H2和CO等在膨脹過程中重新燃燒，使后燃增加，排氣溫度增高。,第四章 汽油機混合氣形成與燃燒 汽油機的不正常燃燒,4. 3 汽油機的不正常燃燒,E、爆震的影響因素,1、爆震（爆震）,燃料的品質(zhì) 辛烷值高的燃料抗爆震能力強。 末端混合氣的溫度 末端混合氣的溫度高，爆震傾向大。氣缸蓋、活塞

23、采用輕金屬材料，由于其導(dǎo)熱性好，末端混合氣的溫度低，爆震傾向小，可提高壓縮比0.4 0.7單位。 火焰?zhèn)鞑r間 縮短火焰?zhèn)鞑r間，有利于避免爆震。氣缸直徑加大，爆震傾向增加。,第四章 汽油機混合氣形成與燃燒 汽油機的不正常燃燒,4. 3 汽油機的不正常燃燒,凡是不靠電火花點火而由燃燒室內(nèi)熾熱表面（如排氣門頭部、火花塞絕緣體或零件表面熾熱的沉積物等）點燃混合氣的現(xiàn)象，統(tǒng)稱表面點火。 表面點火的特征在于點火時刻不可控制。 壓縮比較高（ e 9）的汽油機容易出現(xiàn)表面點火。,2、表面點火,第四章 汽油機混合氣形成與燃燒 汽油機的不正常燃燒,4. 3 汽油機的不正常燃燒,A、表面點火類型,2、表面點火,

24、后火 在火花塞不跳火時，混合氣仍能著火，并且形成的火焰前鋒仍以正?；鹧?zhèn)鞑ニ俣认蛭慈細怏w推進，這種表面點火稱為后火。 這種現(xiàn)象在發(fā)動機斷火后出現(xiàn)。發(fā)動機仍像有電火花一樣，繼續(xù)運轉(zhuǎn)，直到熾熱點溫度下降到不能點燃混合氣為止，發(fā)動機才停轉(zhuǎn)。,第四章 汽油機混合氣形成與燃燒 汽油機的不正常燃燒,4. 3 汽油機的不正常燃燒,A、表面點火類型,2、表面點火,早燃 在火花塞點火之前，熾熱表面就點燃混合氣的表面點火稱為早燃。 由于早燃提前點火而且熱點表面比火花大，燃燒速率快，氣缸壓力溫度增高快，發(fā)動機工作粗暴；壓縮功增大，缸壁傳熱增加，功率下降，發(fā)動機過熱。 早燃會誘發(fā)爆震，爆震又會讓更多的熾熱表面溫度升高

25、，促使更劇烈的表面點火，兩者互相促進，危害可能更大。,第四章 汽油機混合氣形成與燃燒 汽油機的不正常燃燒,4. 3 汽油機的不正常燃燒,B、表面點火與爆震的區(qū)別,2、表面點火,（1）爆震出現(xiàn)在火花塞跳火后，是末端混合氣的自燃；表面點火出現(xiàn)在火花塞跳火前，不依賴火花塞跳火，是熾熱物點燃混合氣。 （2）爆震時有強烈的壓力沖擊波，有尖銳的金屬敲擊聲；表面點火沒有壓力沖擊波，敲缸聲比較沉悶。,第四章 汽油機混合氣形成與燃燒 汽油機的不正常燃燒,4. 3 汽油機的不正常燃燒,B、表面點火與爆震的區(qū)別,2、表面點火,（3）爆震可以通過推遲點火提前角消除，表面點火則不能。,C、影響表面點火的因素 凡是能降低

26、燃燒室溫度和壓力升高率、減少積碳等熾熱點形成的因素都有助于防止表面點火。,第四章 汽油機混合氣形成與燃燒 燃燒過程的影響因素,4. 4 燃燒過程的影響因素,內(nèi)因方面,1、汽油的品質(zhì) 汽油的蒸發(fā)性與抗爆性直接影響燃燒過程。,2、混合氣成分 功率混合氣的燃燒速度快，最高燃燒壓力和溫度、壓力升高率都達最大值，但爆震傾向也最大。 經(jīng)濟混合氣的空氣富裕，可以燃燒完全，油耗低，但有害物NOX排放多。 濃混合氣必然產(chǎn)生不完全燃燒，所以CO和HC排放量大。 混合氣過濃或過稀則火焰?zhèn)鞑ニ俣染徛?，燃料不能完全燃燒，因而?jīng)濟性差，發(fā)動機工作不穩(wěn)定。,第四章 汽油機混合氣形成與燃燒 燃燒過程的影響因素,4. 4 燃燒

27、過程的影響因素,內(nèi)因方面,第四章 汽油機混合氣形成與燃燒 燃燒過程的影響因素,4. 4 燃燒過程的影響因素,外因方面,3、燃燒室結(jié)構(gòu)型式 汽油機燃燒室結(jié)構(gòu)型式是燃燒過程最重要的外部條件。,4、點火提前角 點火提前角過大，則在壓縮過程中燃燒的混合氣增多，活塞上行的壓縮功增加，發(fā)動機容易過熱，有效功率下降，工作粗暴程度增加。同時，爆震傾向加大。 點火提前角過小，則后燃嚴重，最高燃燒壓力和溫度下降，傳熱損失增多，排氣溫度升高，功率下降，耗油量增多。,第四章 汽油機混合氣形成與燃燒 燃燒過程的影響因素,4. 4 燃燒過程的影響因素,外因方面,第四章 汽油機混合氣形成與燃燒 燃燒過程的影響因素,4. 4

28、 燃燒過程的影響因素,外因方面,5、冷卻水溫度 冷卻水溫度應(yīng)控制在合適范圍內(nèi)。水溫過高、過低均影響混合氣的燃燒和發(fā)動機的正常使用。 水溫過高，燃燒室壁面溫度高，爆震及表面點火傾向增加?；旌蠚鉁囟壬?，氣缸充量減少，發(fā)動機動力性、經(jīng)濟性下降。,因此，存在一個最佳點火提前角。發(fā)動機在最佳點火提前角工作時，壓力升高率不會太高，最高爆發(fā)壓力出現(xiàn)在上止點后的最佳角度，示功圖面積最大，發(fā)動機的動力性、經(jīng)濟性最好。,第四章 汽油機混合氣形成與燃燒 燃燒過程的影響因素,4. 4 燃燒過程的影響因素,外因方面,冷卻水溫過低，散熱量增多，發(fā)動機熱效率降低，功率下降，耗油率增加；潤滑油粘度增大，潤滑效果變差，摩擦損

29、失及機件磨損加?。蝗紵涣家仔纬煞e碳，燃氣中容易生成酸類物質(zhì)，使氣缸腐蝕磨損增加；不完全燃燒現(xiàn)象嚴重。 6、壓縮比 壓縮比高，壓縮行程終了混合氣的溫度和壓力高，加快火焰?zhèn)鞑ニ俣?，燃燒在更小的容積下進行，燃燒終了的溫度、壓力高，因此，燃氣膨脹充分，熱效率高，發(fā)動機功率、扭矩大，有效油率降低。但壓縮比高，容易產(chǎn)生爆震。,第四章 汽油機混合氣形成與燃燒 燃燒過程的影響因素,4. 4 燃燒過程的影響因素,外因方面,發(fā)動機轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)速增加，氣缸中紊流增強，火焰?zhèn)鞑ニ俣燃涌?，燃燒過程縮短。由于循環(huán)時間也縮短，燃燒過程相對應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角增加，應(yīng)當相應(yīng)加大點火提前角。以保證燃燒過程在上止點附近完成。 轉(zhuǎn)速增加時，

30、火焰?zhèn)鞑ニ俣燃涌?，爆震傾向減小。,7、工況,第四章 汽油機混合氣形成與燃燒 燃燒過程的影響因素,4. 4 燃燒過程的影響因素,外因方面,發(fā)動機負荷 轉(zhuǎn)速一定，負荷減小，進入氣缸的新鮮混合氣量減小，而殘余廢氣量不變，所占比例相對增加。殘余廢氣對燃燒反應(yīng)起阻礙作用，使燃燒速度減慢。為保證燃燒過程在上止點附近完成，需增大點火提前角。,7、工況,第四章 汽油機混合氣形成與燃燒 燃燒過程的影響因素,4. 4 燃燒過程的影響因素,外因方面,反之，轉(zhuǎn)速一定，負荷增加，進入氣缸的新鮮混合氣量多，殘余廢氣量所占比例相對減少，到大負荷時混合氣為功率混合氣，燃燒速度快，需減小點火提前角。 低負荷時，爆震傾向較小。,

31、7、工況,第四章 汽油機混合氣形成與燃燒 燃燒過程的影響因素,4. 4 燃燒過程的影響因素,外因方面,7、工況,第四章 汽油機混合氣形成與燃燒 燃燒過程的影響因素,4. 4 燃燒過程的影響因素,外因方面,燃燒室積碳 積碳不易傳熱，本身占有體積，減小了燃燒室體積，因而提高了壓縮比，使爆震傾向增加；積碳表面溫度很高，易引起表面點火。 氣缸直徑 氣缸直徑大，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x增加，爆震傾向大。 氣缸蓋和活塞材料 氣缸蓋和活塞采用鋁合金材料，可使燃燒室表面溫度降低，減小了爆震傾向。 此外，大氣狀態(tài)對燃燒也有影響。,8、其它,第四章 汽油機混合氣形成與燃燒 燃燒過程的影響因素,4. 4 燃燒過程的影響因素,第

32、四章 汽油機混合氣形成與燃燒 汽油機混合氣的形成,4. 5 汽油機混合氣的形成,汽油機混合氣形成方式主要是兩類： 化油器式和汽油噴射式,第四章 汽油機混合氣形成與燃燒 汽油機混合氣的形成,4. 5 汽油機混合氣的形成,相應(yīng)地，汽油機采用的燃料供給系統(tǒng)主要有化油器式燃料供給系統(tǒng)和汽油噴射燃料供給系統(tǒng)。燃料供給系統(tǒng)主要由燃油箱、燃油濾清器和化油器或電控噴油泵、噴油器等零部件組成。 汽油噴射燃料供給系統(tǒng)通常采取微電子控制，電控汽油噴射燃料供給系統(tǒng)又可分為進氣道內(nèi)噴射和向氣缸內(nèi)噴射兩種工作方式。,第四章 汽油機混合氣形成與燃燒 汽油機混合氣的形成,4. 5 汽油機混合氣的形成,4. 5. 1 化油器方

33、式,化油器式燃料供給系統(tǒng)由化油器、油氣分離器、汽油泵、燃油濾清器、燃油箱、油管和燃油表等組成。,第四章 汽油機混合氣形成與燃燒 汽油機混合氣的形成,4. 5 汽油機混合氣的形成,4. 5. 1 化油器方式,化油器方式形成混合氣的原理,第四章 汽油機混合氣形成與燃燒 汽油機混合氣的形成,4. 5 汽油機混合氣的形成,4. 5. 1 化油器方式,理想化油器特性,化油器特性 混合氣濃度隨負荷的變化關(guān)系 理想化油器特性 根據(jù)汽車運行情況對混合氣濃度的要求而假想的化油器特性。,第四章 汽油機混合氣形成與燃燒 汽油機混合氣的形成,4. 5 汽油機混合氣的形成,4. 5. 1 化油器方式,混合氣濃度隨負荷的

34、增加而變濃，呈現(xiàn)出拋物線趨勢。 因此簡單化油器的特性必須校正。,簡單化油器的缺陷,第四章 汽油機混合氣形成與燃燒 汽油機混合氣的形成,4. 5 汽油機混合氣的形成,4. 5. 1 化油器方式,簡單化油器的校正,主供油系校正（1）： 部分負荷增加空氣，減少供油。,第四章 汽油機混合氣形成與燃燒 汽油機混合氣的形成,4. 5 汽油機混合氣的形成,4. 5. 1 化油器方式,主供油系校正（2）： 大負荷加濃,簡單化油器的校正,第四章 汽油機混合氣形成與燃燒 汽油機混合氣的形成,4. 5 汽油機混合氣的形成,4. 5. 1 化油器方式,增加怠速系統(tǒng)： 無負荷加濃,簡單化油器的校正,第四章 汽油機混合氣

35、形成與燃燒 汽油機混合氣的形成,4. 5 汽油機混合氣的形成,4. 5. 1 化油器方式,增加加速裝置： 急加速加油,簡單化油器的校正,第四章 汽油機混合氣形成與燃燒 汽油機混合氣的形成,4. 5 汽油機混合氣的形成,4. 5. 1 化油器方式,增加減速緩沖裝置 增加起動裝置,簡單化油器的校正,第四章 汽油機混合氣形成與燃燒 汽油機混合氣的形成,4. 5 汽油機混合氣的形成,4. 5. 1 化油器方式,發(fā)動機的調(diào)整特性,第四章 汽油機混合氣形成與燃燒 汽油機混合氣的形成,4. 5 汽油機混合氣的形成,4. 5. 2 汽油噴射方式,汽油噴射具有下列優(yōu)點：,（1）充氣效率高。進氣系統(tǒng)不需設(shè)置節(jié)流喉

36、管，減少了進氣系統(tǒng)的阻力損失；不需要對進氣加熱，因此可以提高發(fā)動機的充氣效率。 （2）可采用較高的壓縮比。不加熱進氣，壓縮開始的溫度較低，可采用較高的壓縮比，從而提高熱效率。 （3）起動性能好。燃油霧化由噴油器決定，與汽油機轉(zhuǎn)速無關(guān)。因此，起動時能保持良好的霧化特性。 （4）沒有氣阻。整個燃料系統(tǒng)都處于一定壓力下的密封狀態(tài)。在高溫時沒有氣阻問題，使用方便。,第四章 汽油機混合氣形成與燃燒 汽油機混合氣的形成,4. 5 汽油機混合氣的形成,4. 5. 2 汽油噴射方式,汽油噴射具有下列優(yōu)點：,（5）混合氣質(zhì)量好。高壓噴射使燃油的霧化，燃油顆粒細小，蒸發(fā)快，混合均勻。 （6）加速性好?；旌蠚赓|(zhì)量好

37、，燃燒快，改善發(fā)動機加速性。 （7）整機性能提高。充氣效率高，可采用較高的壓縮比，混合氣質(zhì)量好等為改善發(fā)動機燃燒，提高整機的動力性和經(jīng)濟性創(chuàng)造條件，燃燒完全，排放性能好。,第四章 汽油機混合氣形成與燃燒 汽油機混合氣的形成,4. 5 汽油機混合氣的形成,4. 5. 2 汽油噴射方式,汽油噴射結(jié)合微電腦控制優(yōu)點更加突出：,可以按各種工況的要求對燃油量進行校正，其廢氣排放指標比化油器式汽油機好；發(fā)動機工況適應(yīng)性好。 在電控多點噴射系統(tǒng)中，每缸單獨供油，提高各缸空燃比的均勻性和噴油量的精確性。 可以實現(xiàn)加負荷、加速時加油，小負荷、減速時減油，碰撞斷油，汽車安全性和經(jīng)濟性提高。,第四章 汽油機混合氣形

38、成與燃燒 汽油機混合氣的形成,4. 5 汽油機混合氣的形成,4. 5. 2 汽油噴射方式,1、系統(tǒng)簡介,汽油噴射系統(tǒng)按控制方式可分為機械式和電控式；按燃油噴射方式可分為連續(xù)噴射式和間歇噴射式(或脈沖噴射式)；按噴油嘴數(shù)量可分為多點噴射式和單點噴射式，其中多點式噴射系統(tǒng)按噴射時間可分為順序噴射、分組噴射和同時噴射三種形式；按噴油位置可分為進氣道噴射和缸內(nèi)噴射（GDI）。 電子控制汽油噴射系統(tǒng)由空氣系統(tǒng)、燃料系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等三個子系統(tǒng)組成。,第四章 汽油機混合氣形成與燃燒 汽油機混合氣的形成,4. 5 汽油機混合氣的形成,4. 5. 2 汽油噴射方式,1、系統(tǒng)簡介,電控燃油噴射系統(tǒng)以電子控制單元(

39、ECU)為中心，用安裝在發(fā)動機不同部位上的各種傳感器測定發(fā)動機的各種工作參數(shù)，如進氣量、轉(zhuǎn)速、溫度等，將它們傳送給ECU；ECU對輸入信號作運算、處理、分析判斷后，向執(zhí)行器發(fā)出指令控制噴射系統(tǒng)的工作，通過噴油器定時、定量地把汽油噴入進氣道或氣缸，同時控制發(fā)動機的點火提前角，使發(fā)動機在各種工況下都能獲得最佳濃度的混合氣。,第四章 汽油機混合氣形成與燃燒 汽油機混合氣的形成,4. 5 汽油機混合氣的形成,4. 5. 2 汽油噴射方式,2、空氣系統(tǒng),空氣系統(tǒng)的作用是： 計量空氣，由進氣流量計擔任； 控制怠速運轉(zhuǎn)時空氣量，由怠速裝置實現(xiàn)。 進氣流量測量有兩種方式，直接測量和間接測量，前者稱為質(zhì)量流量測

40、量法，后者稱為密度流速測量法。 進氣流量計目前主要采用葉片式、熱線式和卡門渦街式。它們的工作原理各有特色。 怠速裝置目前主要是受控式，自動式（即空氣閥）曾經(jīng)有一定范圍的使用。受控式怠速裝置按ECU指令工作，有步進電機式和電磁閥式兩種。,第四章 汽油機混合氣形成與燃燒 汽油機混合氣的形成,4. 5 汽油機混合氣的形成,4. 5. 2 汽油噴射方式,2、空氣系統(tǒng),受控電磁閥式 怠速裝置,第四章 汽油機混合氣形成與燃燒 汽油機混合氣的形成,4. 5 汽油機混合氣的形成,4. 5. 2 汽油噴射方式,3、燃料系統(tǒng),燃料系統(tǒng)的作用是： 按ECU的指令，將燃料從油箱輸送到噴油器，多余燃料回送到油箱，由油泵

41、、油軌和油管完成； 按ECU的指令，定時、定量地噴射汽油并霧化，由噴油器實現(xiàn)； 控制汽油噴射壓力，由燃油壓力調(diào)節(jié)器擔任。 燃料系統(tǒng)的壓力受油泵的單向閥和安全閥控制。 油泵是一體式電動油泵，是直流電機和汽油泵連結(jié)一體的結(jié)構(gòu)，內(nèi)有單向閥和安全閥，分內(nèi)置式和外置式兩種。,第四章 汽油機混合氣形成與燃燒 汽油機混合氣的形成,4. 5 汽油機混合氣的形成,4. 5. 2 汽油噴射方式,3、燃料系統(tǒng),燃油壓力調(diào)節(jié)器是一個自動閥門，根據(jù)進氣管壓力調(diào)節(jié)汽油噴射壓力，使汽油噴射壓力與進氣管壓力之差保持恒定。,噴油器的結(jié)構(gòu)如圖。,噴嘴根據(jù)其結(jié)構(gòu)可分為軸針型和孔型兩種。軸針型噴嘴不易堵塞而孔型噴嘴噴出的燃油霧化好。

42、近年來，出現(xiàn)了雙孔噴油器，其特點是可向四氣門發(fā)動機的兩個進氣門等量均勻地噴射燃料。,3、燃料系統(tǒng),4. 5. 2 汽油噴射方式,第四章 汽油機混合氣形成與燃燒 汽油機混合氣的形成,4. 5 汽油機混合氣的形成,第四章 汽油機混合氣形成與燃燒 汽油機混合氣的形成,4. 5 汽油機混合氣的形成,4. 5. 2 汽油噴射方式,4、控制系統(tǒng),控制系統(tǒng)的作用是根據(jù)發(fā)動機工作時的各種信號，確定發(fā)動機的供油量和點火時刻?？刂葡到y(tǒng)由電子控制單元(ECU)、各種傳感器和執(zhí)行器組成。,包括控制系統(tǒng)的發(fā)動機示意如下,第四章 汽油機混合氣形成與燃燒 汽油機混合氣的形成,4. 5 汽油機混合氣的形成,4. 5. 2 汽

43、油噴射方式,5、典型系統(tǒng),電控單點汽油噴射系統(tǒng) 單點汽油噴射系統(tǒng)又稱節(jié)氣門體噴射系統(tǒng)(簡稱TBI)或中央噴射系統(tǒng)(簡稱CFl)。這種汽油噴射系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)布置上與化油器式發(fā)動機相似，即在多缸發(fā)動機上只用一個噴油器，直接將汽油噴入節(jié)氣門上方的節(jié)氣門體中，燃油與空氣混合后，形成的混合氣通過進氣歧管分配至各個氣缸。,第四章 汽油機混合氣形成與燃燒 汽油機混合氣的形成,4. 5 汽油機混合氣的形成,4. 5. 2 汽油噴射方式,5、典型系統(tǒng),電控多點汽油噴射系統(tǒng) 電控多點汽油噴射系統(tǒng)中，對應(yīng)于每一個氣缸設(shè)置一個或多個噴油器，噴油器可安裝在進氣道或氣缸內(nèi)?，F(xiàn)在多數(shù)多點汽油噴射系統(tǒng)，噴油器安裝在進氣門前。桑塔

44、納(Santana)2000型轎車上的電控多點噴射系統(tǒng)的布置簡圖如下。,第四章 汽油機混合氣形成與燃燒 汽油機混合氣的形成,4. 5 汽油機混合氣的形成,4. 5. 3 汽油噴射的控制,汽油噴射是汽油噴射系統(tǒng)的主要控制對象之一，包括噴油時刻控制和噴油量控制。 1、噴油時刻控制 對不同噴射時間方式，設(shè)置ECU不同的噴射時刻控制計算方式。,第四章 汽油機混合氣形成與燃燒 汽油機混合氣的形成,4. 5 汽油機混合氣的形成,4. 5. 3 汽油噴射的控制,2噴油量控制 ECU根據(jù)各種傳感器測得的發(fā)動機運行參數(shù)，如進氣量、轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門開度等，按設(shè)定的程序進行計算，然后向噴油器發(fā)出信號。噴油器通電時間越長，噴射時間越長，所噴射的汽油量越大。通過改變噴油器通電時間，實現(xiàn)噴油量控制。 發(fā)動機在不同工況下運轉(zhuǎn)時，對混合氣濃度的要求也不同。ECU根據(jù)有關(guān)傳感器的信號，按不同情況控制噴油量。噴油量的控制模式有起動控制、運轉(zhuǎn)控制、斷油控制和反饋控制幾種。,起動控