汽油机混合气的形成与燃烧

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1、 汽油机的燃烧过程 汽油机电控汽油喷射系统 燃油喷射的控制 汽油机的燃烧室第六章 汽油机混合气的 形成与燃烧汽油机供油系统的变迁1、缸外混合气形成，混合时间较长，混合气均匀2、外源（火花塞）点火，着火时间、地点确定3、着火后火焰扩散，适当的涡流运动可加速火焰传播4、量调节传统汽油机的工作过程特点 发动机的燃烧过程：将 燃料化学能转变为热能 影响发动机经济性、动 力性和排气污染 与噪声、振动、起动性 能等有重大关系。 第一节 汽油机的燃烧过程 着火延迟期 n 明显燃烧期n 后燃期 点燃混合气，形成 火焰中心。 着火延迟期长短有变 动。 希望尽量缩短着火延 迟期并保持稳定。 火焰传遍整个燃 烧室。

2、 绝大部分燃料在 这一阶段燃烧，是 汽油机的主燃烧期 。 汽油机p/ 在0.2- 0.4MPa/()的范围 内。 火焰前锋后未 及燃烧的燃料再 燃烧。 这种燃烧已远 离上止点，应尽 量减少。1、正常燃烧过程进行情况 一、正常燃烧过程 01的放热量定义为着火延迟期 放热量从1到90定义为火焰传播期 90以后定义为补燃期燃烧过程的另一种定义（1） 定义式中： 未燃混合气密度火焰传播速度 火焰前锋面积（2） 影响因素可燃混合气密度火焰传播速度 火焰前锋面积2、 燃烧速度 以球型的形状向外扩 展“高温单阶段着火” 可燃混合气着火后， 即形成火焰中心，火 焰由此中心以一定的 速率传播到整个燃烧 室。火焰

3、扩散（1）层流火焰传播速度l指火焰前锋相对于未然混合气的相对速度（2）湍流火焰速度l由于汽缸内存在湍流，湍流火焰速度较之层流 火焰大大增加（3）火焰传播速度l指火焰前锋相对于燃烧室壁面传播的绝对速度表达式式中： 火焰传播速度静态速度 f (p、T、 、残余气体成份) 进气运动速度挤气运动速度、 f（燃烧室尺寸、 ） 在稳定正常运转的情况下，各循环之间的燃烧变 动和各气缸之间的燃烧差异。 各循环间的燃烧变动气缸内混合气不均匀、每循环残余废气分布不同小标度涡流运动、不同的扰动和运动速度 各缸间燃烧差异 各缸空燃比不均匀及燃烧不一致二、 不规则燃烧 1、 燃烧循环变动现象 发动机在某一工况稳定运行时

4、，各个循 环燃烧过程火焰传播情况和示功图压力 曲线均不相同，称为燃烧循环变动。2、 产生燃烧循环变动的原因 气流速度（平均参数和湍流参数） 空燃比 空气、燃料和废气混合情况（1）多点点火有利于减少燃烧的循环变动（2）组织进气涡流能增加燃烧速率 （3）提高发动机转速，在气缸内形成更强烈的湍流也 能减少循环变动 （4）采用化学计量空燃比，由于火焰温度和传播速度 比较高，因此压力变动最小 （5）采用燃油电控喷射技术（特别是多点燃油喷射） 可改善循环之间的混合气浓度不均匀性 （6）采用快燃、速燃燃烧技术，提高火焰传播速度 （7）加大点火能量、优化放电方式、采用大的火花塞 间隙3、 降低燃烧循环变动的措

5、施 正常燃烧由火花点火引燃并以火核为中心的 火焰传播燃烧过程。 燃烧过程中，火焰前锋以正常的传 播速度向前推进， 火焰前方未燃的混合气受到强烈的 压缩和热辐射，先期反应加速，并 放出部分热量，使自身温度急剧升 高。 如果火焰前锋及时到达将其引燃， 直到燃烧完为止，属正常燃烧。三、 不正常燃烧 设计或控制不当，汽油 机偏离正常点火的时间 及地点，由此引起燃烧 速度急剧上升，压力急 剧增大等异常现象。 包括爆燃和表面点火不正常燃烧 （1）成因电火花跳火，火焰正常传播（30-70 m/s）末端混合气受到压缩和热辐射加速其先期反应，本身的温度升高在火焰到达之前，末端混合气内部出现火焰中心火焰以100-

6、300m/s（轻微爆震）直至800- 1000m/s或更高（强烈爆震）的速率传播，将末端混合 气燃烧完 发生爆震时，出现频率高达7kHz的冲击波，缸内压 力明显波动，出现金属敲击声1、爆 燃汽油机正常燃烧和爆震燃烧 爆震：末端混合气的自燃现象 爆震工况：低速全负荷加速（加速爆震）高速全负荷（高速爆震）（2） 爆震的危害性敲缸声 轻微爆震时功率略有增加 强烈爆震时转速下降，工作不稳定，功率下降，振动增加冲击波破坏了燃烧室壁面的油膜和气膜 传热量增加，冷却系统过热，气缸盖温度上升 不爆震的条件： tf1.2时 : 火焰速度缓慢，经济性差 燃料不完全燃烧，HC排放 量增多 工作不稳定 2、混合气浓度

7、 转速增加时，气缸中紊流增强，火焰速 度大体与转速成正比增加 转速增加时，爆燃倾向减小 转速增加时，应加大点火提前角 3、转 速4、负 荷 汽油机负荷调节是量调节 当负荷减小时，残余废气所占比例相对 增加 当负荷减小时，最佳点火提前角要提前 全负荷点火推迟，部分负荷点火提前5、大气状况 大气压力低（高原），气缸充气量减少 ，经济性和动力性下降 大气温度高，同样气缸充气量下降，容 易发生爆燃和气阻 。第二节 汽油机电控汽油 喷射系统概述 1、空燃比对发动机性能影响 空燃比：空气和燃油的混合比，即空气质量与燃油 质量之比。 理论空燃比： 14.9 功率空燃比： 13.514.0 燃烧火焰温度出现最

8、高值 经济空燃比： 16.0 燃烧完全且油耗率最低一、汽油机对可燃混合气的要求2、发动机各种工况对混合气的要求 （1）怠速和小负荷工况 怠速指发动机在无对外功率输出的情况下的最低 转速。 怠速时，=0.60.8； 小负荷时0.7 0.9。 （2）中等负荷工况 车用发动机大部分时间在中等负荷工作， 0.91.1，其中主要是 1.051.1的 经济混合气。 2、发动机各种工况对混合气的要求 （3）大负荷和全负荷 当汽车需要克服较大的阻力时 0.850.95 此时火焰传播的速度最快 （4）起动工况 （ 0.20.6） （5）加速二、电控汽油喷射供给系统的类型 1、按喷射位置分类 缸内喷射（高压喷射，

9、压力约34MPa ） 进气管喷射：单点喷射和多点喷射二、电控汽油喷射供给系统的类型 2、按喷射控制装置分类 机械式和电控式 3、按喷射方式分类 连续喷射 间歇喷射：同时喷射、分组喷射和顺序喷射 4、按空气流量测量方法分类 质量流量控制、速度密度控制和节流速度控制三、化油器供油系统与汽油喷射供油系统的比较 （1）可对混合气成分和点火提前角进行精确控制 ，使发动机保持最佳的工作状态 ； （2）进气管道中没有狭窄的喉管，空气流动阻力 小，提高了发动机的充气效率，从而增加了发动 机的功率和扭矩（5%10%） ； （3）因进气温度较低而使爆震燃烧得到有效控制 ，可采用较高的压缩比； （4）解决了发动机各

10、缸混合气的分配不均匀问题 ； （5）发动机的冷起动性和加速性较好，过渡圆滑 。四、电控汽油喷射系统的基本组成发动机原 理动画PENSHE.SWF （1）空气供给系统（2）燃油供给系统（3）点火系统（4）电子控制系统电 控 汽 油 喷 射 系 统 简 图 由空气滤清器、空气流量传感器、进气总 管及进气歧管等组成。发动机原理动画空气供 给系统.SWF 行车时，空气流量是由驾驶员通过操纵节 气门控制的。第三节 电控汽油喷射空气供给系统怠速时节气门全 闭，空气量由怠速调 整螺钉控制的旁通道 截面积控制，怠速转 速高低通过调整螺钉 调节。.在冷却水温较低时 ，为加快暖机过程，设 置了快怠速装置，由空 气

11、阀或ECU控制的ISC 阀来控制快怠速需要的 空气量（额外增加空气 量）。这时，经过空气 流量计计量后的空气， 绕过节气门直接进入进 气总管。 空气流量计是用来测定吸入发动机的空气量的传感器。发 动机原理动画空气流量传感器.rm (1)直接测量型是直接测量进入发动机的空气量，按其工 作原理的不同又可分为体积流量型和质量流量型。 体积流量型是直接测量进入发动机的空气流量的体积量； 常见的有翼板式、量芯式、卡门旋涡式等。发动机原理动 画卡门空气流量传感器.rm 质量流量型是利用电热器与空气之间热传递现象进行空气 质量测量的，常见的有热线式、热膜式等。发动机原理动 画空气质量流量传感器.rm (2)

12、间接测量型空气流量计，是用一个进气管压力传感器 来测量节气门之后的进气管真空度，间接地测量进气量的 。 一、空气流量计二、进气管压力传感器 波许D型汽油喷射系统不设空气流量计，而是用一个 进气管压力传感器测量节气门之后的进气管真空度 ，来间接地测量进气量。发动机原理动画进气绝对压 力传感器.rm 波许D型汽油喷射系统就是以进气管真空度作为计算 喷油量的主要参数之一。 现代采用大规模集成电路和电脑的波许D型汽油喷射 系统，利用进气管真空度信号并结合发动机转速信 号和节气门开度信号，能精确控制喷油量。 进气管压力传感器有多种，目前常用的是膜盒式和 应变仪式两种。 由燃油箱、燃油泵、燃油滤清器、燃油

13、压力调 节器及喷油器等组成。第四节 燃油供给系统4 电动汽油泵是一种由小型直流电动机驱动的油 泵，它为汽油喷射提供所需的压力燃油。发动 机原理动画燃油泵dkrypsxt1.rm 一、燃油泵根据进气歧管真空度的变化，自动调节进人喷油器 的燃油压力，使燃油压力与进气歧管压力之差保持 不变，让喷油压力在不同的节气门开度下保持定值 。 喷油器的喷油量取决于喷油时间的长短，电脑通过 控制喷油时间的长短来精确地控制喷油量。 二、燃油压力调节器发动机原理动画燃油压力 调节器.rm三、喷油器发动机原理动画喷油器.rm 四、冷起动喷油器 发动机在低温环境下起动时，需要极浓的混合气。 冷起动时，除了通过延长各缸喷

14、油器的喷油时间来 增加喷油量外，还借助节气门后的进气管或谐振腔 上的冷起动喷油器，喷入一部分额外的燃油，以加 浓混合气，提高发动机的冷起动性能。 冷起动喷油器与安装在进气歧管上的各缸喷油器相 似，也是一种电磁阀。 五、燃油滤清器发动机原理动画燃油滤请器.rm 由电控单元、各种传感器及执行器三部分组成第五节 电子控制系统一、电 子控制 功能及 内容 发动机原理 动画 liucheng .swf1、温度传感器 为了判定发动机的热状态、计算进气空气的质量流 量以及排气净化处理，需要能够连续精确地测量冷 却水温度发动机原理动画冷却水温度传感器1.rm、进气 温度与排气温度的传感器。发动机原理动画空气温

15、度 传感器.rm 常见的有绕线电阻式、热敏电阻式、扩散电阻式、 半导体晶体管式、金属芯式和热电偶式等。 应用较多的是绕线电阻式和热敏电阻式温度传感器 。 二、传感器 检测发动机转速，又称为转速传感器； 检测活塞上止点位置，也称为上止点传感器，包括 检测用于控制点火的各缸上止点信号、用于控制顺 序喷油的第一缸上止点信号。 曲轴位置传感器主要有三种类型： 电磁感应式、霍尔效应式和光电式2、曲轴位置传感器发动机原理动画曲轴位置传 感器.rm 为了降低废气中有害气体的排放，在汽车上装置了 三元催化转换器。 空燃比一旦偏离理论空燃比，三元催化剂对CO、 HC和NOx 净化能力将急剧下降。 目前较有效的方法：在排气管中设置氧传感器，根 据排气中的氧浓度测定空燃比，向ECU发出反馈信 号，修正喷油量，以控制空燃比接近于理论值。 常用的氧传感器：氧化锆式和氧化钛式 三、ECU 四、执行机构 3、氧传感器发动机原理动画氧传感器.rm 控制核心：EC