第五章汽油机

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1、吉吉林林大大学学汽汽车车学学院院作业二p已知柴油的质量成分为已知柴油的质量成分为 gc=0.874， gh=0.126，相，相对分子量对分子量mrT=170，低热值，低热值 42500kJ/kg； 试求试求：1）1kg柴油完全燃烧所需的理论空气质量是柴油完全燃烧所需的理论空气质量是多少多少？ 2)每立方米理论混合气的热值每立方米理论混合气的热值？ 3)在在过量空气系数为过量空气系数为2.3时单位时单位质量混合质量混合气气的的热值热值？复习题：复习题： 汽油、柴油的使用特性及其意义；汽油、柴油的使用特性及其意义； 过量空气系数、过量空气系数、热值、混合气热值热值、混合气热值的定义；的定义； 根据

2、着火热理论解释着火条件；根据着火热理论解释着火条件； 根据连锁反应机理解释着火条件。根据连锁反应机理解释着火条件。 第五章第五章 汽油机混合气的形成和燃汽油机混合气的形成和燃烧5-1 汽油机混合气形成及汽油机混合气形成及热功功转换特点特点（掌握）（掌握） 5-2 汽油机燃汽油机燃烧过程程（掌握）（掌握） 5-3 汽油机燃料汽油机燃料喷射量的控制射量的控制（理解，（理解，难点）点）5-4汽油机燃汽油机燃烧组织方式及燃方式及燃烧室室（理解）（理解）5-5汽油机的有害排放物及其控制汽油机的有害排放物及其控制（了解）（了解）吉吉林林大大学学汽汽车车学学院院内燃机内燃机实现热功功转换的关的关键问题 ：混

3、合气形成方式混合气形成方式 着火方式着火方式 石油能源的石油能源的发现和和应用，用，为内燃机提供了能源内燃机提供了能源 汽油的特点汽油的特点，确定其混合气形成方式和着火方式，确定其混合气形成方式和着火方式挥发性好性好外部混合气形成法外部混合气形成法均匀可燃混合气均匀可燃混合气 点燃温度低点燃温度低强制点制点燃燃火焰火焰传播燃播燃烧方式方式 问题：限制：限制压缩比比过高均匀混合气易爆燃；高均匀混合气易爆燃； 所以，所以，热效率低效率低 吉吉林林大大学学汽汽车车学学院院一、外部混合气形成特点一、外部混合气形成特点燃料供给方式分为：化油器和电控喷射两种方式燃料供给方式分为：化油器和电控喷射两种方式1

4、）化油器式混合气形成原理及特点）化油器式混合气形成原理及特点混合气形成基本原理：混合气形成基本原理： 利用空气动力学。利用空气动力学。设置喉管设置喉管加快气流速度加快气流速度 产生喉管真空度产生喉管真空度喷油；喷油；高速空气高速空气冲散、雾化、蒸发冲散、雾化、蒸发 喉管喉管浮子室浮子室高速气流高速气流吉吉林林大大学学汽汽车车学学院院u化油器存在化油器存在的问题：的问题：喉管节流：进气阻力喉管节流：进气阻力 ，泵气损失，泵气损失 ， v ，结冰；，结冰；多缸机一个化油器：各缸进气支管不等长，造成各缸不多缸机一个化油器：各缸进气支管不等长，造成各缸不均匀性较大；均匀性较大； 空然比控制精度空然比控

5、制精度 不能满足现代节能与排放法规的要求不能满足现代节能与排放法规的要求淘汰淘汰 被电控汽油喷射技术替代被电控汽油喷射技术替代吉吉林林大大学学汽汽车车学学院院（1）汽车电子技术发展背景）汽车电子技术发展背景 社会要求：社会要求：2）电控汽油控汽油喷射（射（EFI）式混合气形成）式混合气形成航空技术的发展航空技术的发展化油器结冰成为致命缺陷化油器结冰成为致命缺陷1930年德国因战争需要着手开发机械式喷射系统年德国因战争需要着手开发机械式喷射系统 但燃料系统改成机械喷射式成本高，安装不方便但燃料系统改成机械喷射式成本高，安装不方便 为降低成本着手开发电控式汽油喷射系统为降低成本着手开发电控式汽油喷

6、射系统 1945年洛杉矶烟雾事件；年洛杉矶烟雾事件；1960年制定年制定/1965年实施排年实施排放法规放法规重视排放控制技术重视排放控制技术空燃比的控制精度空燃比的控制精度 1883年戴姆勒发明年戴姆勒发明 轻便快速汽油机轻便快速汽油机广泛应用广泛应用吉吉林林大大学学汽汽车车学学院院 技术支撑：半导体技术的发展及应用技术支撑：半导体技术的发展及应用1948年晶体管发明，年晶体管发明，1957年使用化；年使用化；1958年发明集年发明集成（成（IC）电路）电路促进汽车电子技术的发展促进汽车电子技术的发展 1970年后基于美国发布安全、排放、油耗三大法规；年后基于美国发布安全、排放、油耗三大法规

7、； 1971年微机问世年微机问世使汽车电子控式技术迅速发展使汽车电子控式技术迅速发展 1972年波许公司开发年波许公司开发L-J型质量流量式电控汽油喷射系统型质量流量式电控汽油喷射系统 1976年年GM公司开发应用应用点火时期的微机控制技术公司开发应用应用点火时期的微机控制技术控制技术由模拟控制向数字控制化发展控制技术由模拟控制向数字控制化发展 1977年日产年日产/丰田实现用氧传感器对空燃比的反馈控制丰田实现用氧传感器对空燃比的反馈控制 1980年三菱推出卡门涡式空气流量计；年三菱推出卡门涡式空气流量计；1981年波许年波许/日日立制作所推出热线式空气流量计立制作所推出热线式空气流量计 电电

8、控控汽汽油油喷喷射射技技术术逐逐渐渐成成熟熟吉吉林林大大学学汽汽车车学学院院u电控汽油喷射的主要优点：电控汽油喷射的主要优点：1 1 提高了控制自由度，提高了控制自由度，减小进气阻力，改善各缸均减小进气阻力，改善各缸均匀性；进气管设计可按动力性要求设计，匀性；进气管设计可按动力性要求设计，最大限度地提高最大限度地提高充气效率。充气效率。2 2提高空燃比的控制精度，提高空燃比的控制精度，改善经济性，且配合三效改善经济性，且配合三效催化转化器的应用，有效净化尾气排放。催化转化器的应用，有效净化尾气排放。3 3因汽油喷射雾化，改善混合气形成条件，故提高发动因汽油喷射雾化，改善混合气形成条件，故提高发

9、动机加减速等过渡工况响应性和冷起动性。机加减速等过渡工况响应性和冷起动性。成成为现代汽代汽车的主的主导地位地位吉吉林林大大学学汽汽车车学学院院（2）电控汽油喷射（）电控汽油喷射（EFI）式混合气形成特点）式混合气形成特点进入气缸的空气量和燃料量分别控制：进入气缸的空气量和燃料量分别控制： 空气量空气量空气流量计空气流量计驾驶员控制；驾驶员控制； 燃料喷射量燃料喷射量目标空然比目标空然比ECU控制。控制。电控汽油喷射的主要问题：电控汽油喷射的主要问题： 根据不同工况下进入气缸的空气量，如何精确控制根据不同工况下进入气缸的空气量，如何精确控制燃料喷射量燃料喷射量控制最佳混合气浓度。控制最佳混合气浓

10、度。 关键问题：关键问题： 确定不同工况下的目标空燃比；确定不同工况下的目标空燃比； 精确控制燃料喷射量。精确控制燃料喷射量。 需要精确测量进入气缸的空气量需要精确测量进入气缸的空气量 吉吉林林大大学学汽汽车车学学院院u电控汽油喷射系统：电控汽油喷射系统： 空气系统：清洁、定量空气系统：清洁、定量 空滤器、空气流量计、节气门及传感器空滤器、空气流量计、节气门及传感器 燃料系统：雾化，计量燃料系统：雾化，计量 燃油泵、滤清器、共轨、喷油器燃油泵、滤清器、共轨、喷油器 控制系统：控制精度控制系统：控制精度 传感器、传感器、ECU、执行器、执行器 吉吉林林大大学学汽汽车车学学院院 u电控汽油喷射系统

11、的控制：电控汽油喷射系统的控制： 由台架试验由台架试验,事先确定不同工况对应的最佳空然比及其事先确定不同工况对应的最佳空然比及其影响因素影响因素制成控制脉谱图，存储于制成控制脉谱图，存储于ECU的的ROM中。中。由专门进气流量测量装置，测量每一工况进入气缸的由专门进气流量测量装置，测量每一工况进入气缸的空气量，作为控制喷油量的主要依据。空气量，作为控制喷油量的主要依据。ECU根据传感器信息，判断演算工况、目标空燃比、根据传感器信息，判断演算工况、目标空燃比、燃油喷射量；燃油喷射量；控制喷油器通电脉宽，按一定喷射压控制喷油器通电脉宽，按一定喷射压力喷射雾化，完成混合气的形成过程。力喷射雾化，完成

12、混合气的形成过程。 质量流量计、进气压力传感器质量流量计、进气压力传感器/ /温度传感器以及转速传感器，温度传感器以及转速传感器，吉吉林林大大学学汽汽车车学学院院二、缸内直喷（二、缸内直喷（GDI）式混合气形成：）式混合气形成： 由控制目的不同，由控制目的不同， GDI系统混合气形成特点不同：系统混合气形成特点不同：用三效催化装置降低排放角度用三效催化装置降低排放角度均质的理论空燃比为控制均质的理论空燃比为控制目的时：进气过程某一时刻喷油，利用缸内适当气流形成目的时：进气过程某一时刻喷油，利用缸内适当气流形成均匀混合气。均匀混合气。 控制法与控制法与PFI同同以节能排放为目的的稀薄燃烧过程时，

13、需要在气缸内形成以节能排放为目的的稀薄燃烧过程时，需要在气缸内形成A/F的梯度分布的梯度分布 缸内滚流缸内滚流+喷射时刻（压缩）；喷射压力喷射时刻（压缩）；喷射压力为为210MPa GDI混合气形成特点：混合气形成特点：无气道黏附油膜现象，节省额外无气道黏附油膜现象，节省额外耗油，耗油， 起动性、响应性及起动性、响应性及A/F的控制精确的控制精确 缸内雾化、气化吸热缸内雾化、气化吸热有利于有利于 充气效率。充气效率。吉吉林林大大学学汽汽车车学学院院三、混合气浓度与发动机性能的关系三、混合气浓度与发动机性能的关系 1）混合气浓度对发动机性能的影响）混合气浓度对发动机性能的影响理论上：理论上： a

14、=1时完全燃烧，时完全燃烧，实际上：实际上： a=1.031.15时接近完全燃烧时接近完全燃烧 因缸内混因缸内混 合气非均匀；残余废气稀释作用直接影响燃烧。合气非均匀；残余废气稀释作用直接影响燃烧。 称此混合气为经济混合气称此混合气为经济混合气 ab。 a1.031.15时：富氧，可完全燃烧；但燃料密度小，放时：富氧，可完全燃烧；但燃料密度小，放热少，燃烧压力和温度低，燃烧速度热少，燃烧压力和温度低，燃烧速度动力性、经济性动力性、经济性下降，下降，NOx排放也降低。排放也降低。吉吉林林大大学学汽汽车车学学院院 a =1.31.4时：混合气过稀，燃料分子间距增大；时：混合气过稀，燃料分子间距增大

15、； 氧化速率氧化速率 ，放热，放热散热散热 热量不能积累；热量不能积累； 火焰难传播而熄火。火焰难传播而熄火。 称该混合气浓度为着火下限。称该混合气浓度为着火下限。 a =0.80.9时：燃料密度相对较高，氧气浓度足够时：燃料密度相对较高，氧气浓度足够 燃烧速率最快，热损失最小燃烧速率最快，热损失最小 动力性最好。动力性最好。 称此混合气为功率混合气称此混合气为功率混合气 aP。 但但因不完全燃烧因不完全燃烧be、CO、HC 吉吉林林大大学学汽汽车车学学院院 a40mJ; 作用：形成火焰中心作用：形成火焰中心使火焰传播。使火焰传播。 要求：尽可能短、稳定。要求：尽可能短、稳定。影响因素：影响因

16、素： a，缸内，缸内T、p， 气流运动，火花能，气流运动，火花能， 残气等残气等 吉吉林林大大学学汽汽车车学学院院(1) 燃料特性和燃料特性和 a： 碳链长的烷烃类成分越多自然性越好，碳链长的烷烃类成分越多自然性越好， i越短。当越短。当 a=0.80.9时时，反应速率最快，反应速率最快， i最短。最短。 (2)点火时刻气缸内的点火时刻气缸内的p和和T： 越高，越高，p( )和和T越高越高反应速反应速 度越快度越快 i 。但。但 受爆震限制。受爆震限制。(3) r：残余废气是惰性气体其热容高。残余废气是惰性气体其热容高。 r ，化学反应速度，化学反应速度 ， i 。(4)缸内气流强度：缸内气流

17、缸内气流强度：缸内气流使使火焰中心偏离电极间隙处。火焰中心偏离电极间隙处。火花塞附近气流过强，火焰中心散热损失就增加，火花塞附近气流过强，火焰中心散热损失就增加， i 。影响影响 i因素：因素：吉吉林林大大学学汽汽车车学学院院(5)点火能量：点火能量： 点火能量，电极间隙处的混合气更容易击点火能量，电极间隙处的混合气更容易击 穿而导通，穿而导通，i 。p 蓄电池蓄电池-点火线圈式点火系统的点火能量：与初级电流切点火线圈式点火系统的点火能量：与初级电流切断之前初级线圈所储蓄的能量断之前初级线圈所储蓄的能量E成正比。即成正比。即 其中，其中，L1：初级线圈自感系数；：初级线圈自感系数；i1：初级电

18、流：初级电流 ； V：线圈两端电压，：线圈两端电压，R1：初级线圈的阻抗；：初级线圈的阻抗； t：通电时间：通电时间 吉吉林林大大学学汽汽车车学学院院第第II阶段：明显燃烧期，从阶段：明显燃烧期，从2点点p最高最高(3)点点 特点：特点： 火焰传遍整个燃烧室火焰传遍整个燃烧室 火焰传播速度取决于：层流火焰速度；火焰传播速度取决于：层流火焰速度； 混合气紊流状态；混合气紊流状态； 燃烧室形状。燃烧室形状。 压力急剧升高，用压力升高率评价：压力急剧升高，用压力升高率评价： 明显燃烧期越短，经济性动力性愈好；明显燃烧期越短，经济性动力性愈好； 但，但， p/高高噪声振动大，粗暴。噪声振动大，粗暴。吉

19、吉林林大大学学汽汽车车学学院院第三阶段：后燃期，第三阶段：后燃期，3点点4点；点； 前前阶段未燃分解物在膨胀过程中再次氧化的过程。阶段未燃分解物在膨胀过程中再次氧化的过程。 来源来源：缸壁附近，缝隙处，高温分解物等：缸壁附近，缝隙处，高温分解物等 后燃越多，排温越高；热效率后燃越多，排温越高；热效率 要求：尽量减少。要求：尽量减少。吉吉林林大大学学汽汽车车学学院院p燃烧过程的主要参数：燃烧过程的主要参数： 1pz及其对应曲轴转角及其对应曲轴转角&Tz及其对应曲轴转角：及其对应曲轴转角： pz和和Tz代表燃烧过程中的机械负荷和热负荷；代表燃烧过程中的机械负荷和热负荷； 对应曲轴转角位置对应曲轴转

20、角位置评价燃烧过程组织是否及时评价燃烧过程组织是否及时2(dp/d )max及其对应曲轴转角及其对应曲轴转角& (dQ/d )max及其对应曲及其对应曲轴转角：主要表明燃烧速率的控制情况。轴转角：主要表明燃烧速率的控制情况。3放热率曲线面心对应的曲轴转角：表明放热规律的控制放热率曲线面心对应的曲轴转角：表明放热规律的控制情况。即情况。即越小越小燃烧越靠近上燃烧越靠近上止点，定容度和热效止点，定容度和热效率就越高率就越高吉吉林林大大学学汽汽车车学学院院1层流火焰传播速率层流火焰传播速率SL： 指火焰前锋面相对未燃混合气的速度指火焰前锋面相对未燃混合气的速度影响混合气的质量影响混合气的质量燃烧速率

21、。燃烧速率。 p 质量燃烧速率定义：单位时间燃烧的混合气量，即质量燃烧速率定义：单位时间燃烧的混合气量，即 主要控制明显燃烧期。主要控制明显燃烧期。2）火焰）火焰传播速率播速率吉吉林林大大学学汽汽车车学学院院p影响影响SL的主要因素：的主要因素： 燃料特性、气缸内压力和温度状态。燃料特性、气缸内压力和温度状态。 用经验公式表示，即用经验公式表示，即 其中，其中， a：过量空气系数；：过量空气系数； p,Tu:分别为火焰前锋面前未燃气体压力和温度分别为火焰前锋面前未燃气体压力和温度 吉吉林林大大学学汽汽车车学学院院 a =0.850.95时，时， SL max; 功率最大功率最大功率混合气功率混

22、合气 a =1.051.15时，时，SL降低不多降低不多 且有足够氧，促进完全燃烧且有足够氧，促进完全燃烧 经济性最好经济性最好经济混合气经济混合气 a过大，过大， SL太慢，热效率低太慢，热效率低 a 1.31.4时，不能传播，下限；时，不能传播，下限； a t2 t1：点火开始到火焰传播末端气体所需时间；：点火开始到火焰传播末端气体所需时间； t2： 点火开始末端气体自燃所经历时间。点火开始末端气体自燃所经历时间。一切使一切使t1延长、延长、t2缩短的因素，均使爆燃倾向缩短的因素，均使爆燃倾向 外部现象：金属敲击声外部现象：金属敲击声冲击波撞击缸壁；冲击波撞击缸壁； 冷却系过热冷却系过热破

23、坏缸壁表面附面层破坏缸壁表面附面层正常燃烧正常燃烧轻微爆振轻微爆振严重爆振严重爆振吉吉林林大大学学汽汽车车学学院院影响爆燃因素：影响爆燃因素：燃料的性质：辛烷值高，抗爆性强燃料的性质：辛烷值高，抗爆性强末端气体状态：末端气体状态：p、T高，易自燃高，易自燃爆振倾向爆振倾向 ；如；如负荷转速：负荷转速：n ，传播速度，传播速度 ，爆振倾向爆振倾向 ； 低速大负荷低速大负荷相反，相反，爆振倾向爆振倾向 缸径缸径D：D ，传播距离长，传播距离长，爆振倾向爆振倾向 。 故，汽油机限制大缸径发动机故，汽油机限制大缸径发动机 功率覆盖范围受限制。功率覆盖范围受限制。吉吉林林大大学学汽汽车车学学院院2）表面

24、点火）表面点火炽热表面：排气门炽热表面：排气门/火花塞裙部火花塞裙部/积炭等。积炭等。特点：点火时刻不可控制。特点：点火时刻不可控制。早燃：表面点火发生在正常早燃：表面点火发生在正常 点火之前；点火之前； 工作粗暴，诱发爆燃；工作粗暴，诱发爆燃； 无压力冲击波，低频沉闷声。无压力冲击波，低频沉闷声。后燃：表面点火发生在正常后燃：表面点火发生在正常 点火之后。点火之后。 指不靠火花塞而是由燃烧室内炽热表面点燃的现象。指不靠火花塞而是由燃烧室内炽热表面点燃的现象。吉吉林林大大学学汽汽车车学学院院1） a： a=0.850.95时，燃烧速度最大时，燃烧速度最大 Pe、Tz、p/ Max; a=1.0

25、51.15时，完全燃烧，时，完全燃烧， beMin，NOxMax； a1时时，O2不足，不足，CO ； a1.15时，燃烧速度慢时，燃烧速度慢， 部分部分燃料来不及完全燃烧燃料来不及完全燃烧; be ，HC 四、使用因素四、使用因素对燃燃烧过程的影响程的影响u结论：均质混合气结论：均质混合气 a对对燃烧过程影燃烧过程影响很大，必须严格控制。响很大，必须严格控制。吉吉林林大大学学汽汽车车学学院院2）点火提前角：）点火提前角： 指火花塞跳火时刻到上止点的曲轴转角。指火花塞跳火时刻到上止点的曲轴转角。 不同点火提前角对燃烧过程影响：不同点火提前角对燃烧过程影响： 即每一工况存在最佳点火提前角即每一工

26、况存在最佳点火提前角随工况变化随工况变化u最佳点火提前角的确定：最佳点火提前角的确定： Pe Max； be Min； 示功图面积最大。示功图面积最大。吉吉林林大大学学汽汽车车学学院院最佳点火时刻的确定方法最佳点火时刻的确定方法点火调整特性（曲线）。点火调整特性（曲线）。点火过早点火过早：压缩负功：压缩负功 ，pz ,T ,易爆燃；易爆燃；点火过迟点火过迟：燃烧过程在膨胀线上延迟：燃烧过程在膨胀线上延迟传热传热 ， 排温排温 热效率热效率 3）负荷增加，节气门开度）负荷增加，节气门开度 ，m1 ， r减小；减小； 燃烧条件得到改善，燃烧所需时间燃烧条件得到改善，燃烧所需时间t缩短缩短 对应曲轴

27、转角减小对应曲轴转角减小最佳点火提前角最佳点火提前角 。但随负荷增大，缸压和温度升高，爆燃倾向增加。但随负荷增大，缸压和温度升高，爆燃倾向增加。 =6nt吉吉林林大大学学汽汽车车学学院院4）转速）转速n：n ，缸内湍流强度，缸内湍流强度 ，火焰传播速度，火焰传播速度 ； 燃烧过程所占时间燃烧过程所占时间t缩短；缩短； 爆震倾向爆震倾向 。 但，由但，由 =6nt；随；随n ，t变化量很小，而变化量很小，而 ； 最佳点火提前角最佳点火提前角 。吉吉林林大大学学汽汽车车学学院院5.3 汽油机燃料汽油机燃料喷射量的控制射量的控制混合气形成方式：有化油器，电喷系统：混合气形成方式：有化油器，电喷系统：

28、一、电控汽油喷射系统一、电控汽油喷射系统(EFI)1） EFI (Electronic Fuel Injection)的分类：的分类： 根据进气量的测试方式：分为三种：根据进气量的测试方式：分为三种： 质量流量式质量流量式 速度密度式：速度密度式： 节气门节气门-速度式速度式 ： 热线热线/热膜式热膜式 卡门涡式卡门涡式 板式板式直接测量进直接测量进气质量流量气质量流量由由n和进气压力推和进气压力推测进气流量测进气流量 节气门开度和节气门开度和n推测进气流量推测进气流量 吉吉林林大大学学汽汽车车学学院院根据喷射位置：分为两种根据喷射位置：分为两种 缸内直喷式（缸内直喷式（GDI） 进气管喷射式

29、（进气管喷射式（PFI）：）： 根据喷油器的安装位置，根据喷油器的安装位置，PFI又分为又分为 单点喷射（单点喷射（SPI）淘汰淘汰 多点喷射（多点喷射（MPI） 主流主流 喷油器受燃气的高温、喷油器受燃气的高温、高压的影响，而且在结高压的影响，而且在结构设计以及布置上要求构设计以及布置上要求保证喷油器的安装空间保证喷油器的安装空间各缸喷油器独立各缸喷油器独立进气管设计自进气管设计自由度大由度大改善各缸均匀性改善各缸均匀性 吉吉林林大大学学汽汽车车学学院院按喷射方式分类：按喷射方式分类：根据喷射时期：分为同期喷射和非同期喷射根据喷射时期：分为同期喷射和非同期喷射 p同期喷射：喷射时刻由曲轴转角

30、位置确定同期喷射：喷射时刻由曲轴转角位置确定因此因此与发动机转速同步；与发动机转速同步； 包括：顺序喷射、同时喷射、分组喷射。包括：顺序喷射、同时喷射、分组喷射。p非同期喷射：喷射时刻与曲轴转角位置无关的一非同期喷射：喷射时刻与曲轴转角位置无关的一种随机性喷射方式种随机性喷射方式用于起动、怠速或急加速等用于起动、怠速或急加速等工况，工况， 过渡响应特性过渡响应特性 。 按喷射压力分类：高压喷射按喷射压力分类：高压喷射: 200kPa 低压喷射：低压喷射：设定定值时修正。修正。修正条件修正条件吉吉林林大大学学汽汽车车学学院院FTW：当负荷变化率相同：当负荷变化率相同时，若时，若TW不同，因油膜不

31、同，因油膜蒸发量不同，蒸发量不同， a不同，不同，故，需故，需修正。修正。 减速修正系数减速修正系数 FDC：原因：减速时，随节气门开度原因：减速时，随节气门开度 ，进气量，进气量 ，进气压力，进气压力 ，管，管内壁表面油膜蒸发内壁表面油膜蒸发 ， a变浓变浓 修正方法：与修正方法：与FAC相反相反修正区及方向修正区及方向吉吉林林大大学学汽汽车车学学院院氧传感器反馈修正系数氧传感器反馈修正系数FO： 原因：汽油机用三效催化装置只在原因：汽油机用三效催化装置只在 a=1附近，才附近，才能同时净化能同时净化CO、HC和和NOx三项有害排放物。三项有害排放物。故，用故，用O2传感器反馈控制传感器反馈

32、控制 a=1，提高，提高 a的控制精度的控制精度。ZnO2氧氧传感感器器输出特性出特性 修正方法：修正方法： a=1的正确判定的正确判定ECU反馈控制。反馈控制。反反馈控制控制目目标A/F吉吉林林大大学学汽汽车车学学院院 学习控制修正系数学习控制修正系数FL： 原因：因发动机长原因：因发动机长期使用一些零部件磨期使用一些零部件磨损等使反馈控制的空损等使反馈控制的空燃比偏离目标值的部燃比偏离目标值的部分，分， 控制精度控制精度 修正方法：三过程修正方法：三过程a)学习过程：确定学习过程：确定量量b)记忆过程：记忆记忆过程：记忆c)实施过程：修正实施过程：修正吉吉林林大大学学汽汽车车学学院院学学习

33、控制效果：控制效果：过渡工况：反渡工况：反馈控制控制无学无学习控制控制时加学加学习控制控制反反馈控制响控制响应性慢：性慢：积分速率百分之几秒数量分速率百分之几秒数量级；发动机高速机高速过渡工况以几十毫秒数量渡工况以几十毫秒数量级变化；不能化；不能实现理理论空燃比的反空燃比的反馈控制。控制。学学习控制：响控制：响应迅速，可迅速，可实现理理论空燃比控制空燃比控制 吉吉林林大大学学汽汽车车学学院院 大大负荷高荷高转速增量修正系数速增量修正系数FH：原因：大原因：大负荷荷时，要求，要求输出最大出最大转矩矩需要功率需要功率混合气混合气 a=0.850.95 。 修正方法：由修正方法：由节气气门开度开度传

34、感器判断全感器判断全负荷状荷状态； 开度开度80%（设定定值）时，停止反，停止反馈控制；控制； 取取FH=1.18，并开，并开环控制。控制。吉吉林林大大学学汽汽车车学学院院三、速度密度式三、速度密度式 1进气量的推气量的推测原理原理 由充气效率定由充气效率定义：进入气缸的空气入气缸的空气质量：量：即，通即，通过台架台架试验确定各工况下的充气效率，确定各工况下的充气效率，实时检测进气气压力和温度，力和温度，求得求得Ga。 吉吉林林大大学学汽汽车车学学院院2喷油脉油脉宽Ti的确定：的确定：Ka：进气温度修正系数；气温度修正系数；Kw：怠速暖：怠速暖车修正系数修正系数;Kk：加减速修正系数；：加减速

35、修正系数；Kp：节气气门开度修正系数；开度修正系数；Kf：反：反馈修正系数；修正系数；Ks：起：起动后增量修正及油耗控制修正系数；后增量修正及油耗控制修正系数；Ki：怠速：怠速稳定修正系数。定修正系数。吉吉林林大大学学汽汽车车学学院院1）Tp的确定：三的确定：三维脉脉谱法法 试验确定各工况下的充气效确定各工况下的充气效率；并根据率；并根据n和和进气气压力力p，标定各工况下的定各工况下的Tp脉脉谱。 任任E点点Tp：用：用4点插点插值法：法：吉吉林林大大学学汽汽车车学学院院2）FC修正系数的确定修正系数的确定 进气温度修正系数气温度修正系数Ka： 原因：因原因：因Tp是在是在进气温度气温度Ta=

36、20时标定。定。 当当Ta变化化时，取，取 怠速暖怠速暖车修正系数修正系数Kw: 与与FI相同相同修正范修正范围：TW=-3090 ，一，一维脉脉谱形式。形式。 一般：一般：TW70 时，Kw=1； TW30 时，Kw=1.2； TW-10 时，Kw=1.5吉吉林林大大学学汽汽车车学学院院 加减速修正系数加减速修正系数Kk：修正原理基本与：修正原理基本与FAD相同。相同。 方法：同方法：同时监测每每转进气气压力和力和节气气门开度开度变化量。化量。 当其中某一当其中某一项变化量化量设定定值时，根据超，根据超过设定定值的的该参数来确定修正系数。当参数来确定修正系数。当进气气压力和力和节气气门开度同

37、开度同时超超过设定定值时，修正系数取两者，修正系数取两者较大大值。 比比较吉吉林林大大学学汽汽车车学学院院 节气气门开度修正系数开度修正系数Kp： 原因：修正原因：修正 v随随节气气门开度开度变化化造成造成 a的偏差量的偏差量修正方法：修正方法：Kp=f(节气气门开度开度,n)的三的三维脉脉谱形式形式; 设定定节点之外，采用点之外，采用4点插点插值法。法。 又，当又，当节气气门开度开度某一某一设定定值时，表示需要，表示需要输出出大功率大功率此此时直接取直接取Kp=1.18。 反反馈修正系数修正系数Kf：与：与FO相同相同 Kf=1.20.8 起起动、怠速、大、怠速、大负荷修正荷修正时,停止；并

38、取停止；并取Kf=1吉吉林林大大学学汽汽车车学学院院 起起动后增量修正系数和油耗修正系数后增量修正系数和油耗修正系数Ks：起起动后的增量修正：与后的增量修正：与 相同相同以以 HC当当nn1(=400r/min)时，由当，由当时的的TWFg0=Ks0 后，随后，随n ， Ks。 油耗修正：指油耗修正：指发动机机轻负荷状荷状态下运下运转时，将，将 a控制控制在比在比 a=1稍微稀薄的范稍微稀薄的范围，以达到改善油耗的目的。以达到改善油耗的目的。 Ks=1.030.97范范围内内时，从从Ks=1逐逐渐减小减小 吉吉林林大大学学汽汽车车学学院院 怠速修正系数怠速修正系数Ki：速度：速度-密度式特有方

39、式。密度式特有方式。原因：原因：这种方式种方式Tp是通是通过进气气压力确定；而在力确定；而在过渡工况下渡工况下进气气压力的力的变化相化相对n的的变化有化有迟后后现象象 当当节气气门下游下游进气气容容积 ，或怠速，或怠速n 时，这种响种响应迟后后现象更象更为严重。重。 措施：由措施：由Ks与与转矩矩变动相反方向相反方向进行行 a的修正的修正消除消除转矩矩变动 吉吉林林大大学学汽汽车车学学院院一、一、对燃燃烧室的基本要求室的基本要求燃燃烧室室结构构形形状状: 影影响响混混合合气气形形成成、火火焰焰传播播、放放热规律、律、传热损失以及爆燃失以及爆燃倾向。向。5.4 汽油机燃汽油机燃烧组织方式及燃方式

40、及燃烧室室所以，要求：所以，要求：1) 结构要构要紧凑凑面容比面容比A/V：表征火焰：表征火焰传播距离、播距离、散散热面面积以及熄火面以及熄火面积 ； 2) 良好的充气性能良好的充气性能进气气门/进气道布置，气道布置，流通流通面面积， 进气阻力气阻力吉吉林林大大学学汽汽车车学学院院3) 火花塞位置火花塞位置缩短火焰短火焰传播距离播距离排气道排气道双火花塞，双火花塞， 抗爆性抗爆性4) 可可 组织适当的气流适当的气流通通过火焰前火焰前锋面面积，控制燃控制燃烧速率和放速率和放热速率速率 进气道气道吉吉林林大大学学汽汽车车学学院院二、燃二、燃烧室内的气流特性室内的气流特性p燃燃烧室内宏室内宏观气流运

41、气流运动特性的定特性的定义：涡流：流：绕气缸中心气缸中心线（z轴）旋）旋转的气流的气流滚流：流：绕于气缸于气缸中心与缸心距沟成的中心与缸心距沟成的面面(y轴)旋旋转的气流的气流侧滚流：流：绕气气缸中心与缸心距构缸中心与缸心距构成面的（成面的（x轴）旋）旋转的气流的气流吉吉林林大大学学汽汽车车学学院院p组织燃燃烧室内气流的方式室内气流的方式:进气系气系统和燃和燃烧室形状配合室形状配合进气气涡流方式流方式; 只通只通过燃燃烧室形状在室形状在压缩过程中形成程中形成挤流方式流方式 涡流流强度度螺旋螺旋进气道，气道， 进气阻力，气阻力， v为代价，代价，且在且在压缩过程中衰减。程中衰减。故需随故需随负荷

42、可荷可变控制控制 多气多气门涡流流可可变方式方式大大负荷荷时小小负荷荷时吉吉林林大大学学汽汽车车学学院院三、典型燃三、典型燃烧室室楔形：楔形：结构构较紧凑、火焰凑、火焰传播距离播距离短，短，挤气面气面较大大半球形：半球形：结构构紧凑，凑，A/V值小火焰小火焰传播距离播距离最短初期燃最短初期燃烧速率快速率快 浴盆形：浴盆形：椭圆形形挤气效果差，气效果差，A/V值大，大，火焰火焰传播距离播距离长 碗形：碗形：结构构紧凑，火焰凑，火焰传播距离短，播距离短，挤气效果好燃气效果好燃烧室的室的A/V较大，散大，散热损失失 活塞活塞顶上的回上的回转体体 吉吉林林大大学学汽汽车车学学院院四、汽油机分四、汽油机

43、分层给气和稀薄燃燃气和稀薄燃燃烧系系统1）分）分层燃燃烧均匀混合燃均匀混合燃烧特点：特点：A/F变化范化范围窄窄(=12.617)，且在且在较高温度下易爆燃高温度下易爆燃限制限制 , t ;分分层给气燃气燃烧的特点：缸内形成的特点：缸内形成A/F梯度分布梯度分布; 火花塞附近火花塞附近较浓可靠点燃可靠点燃 ； A/F梯度分布：靠燃梯度分布：靠燃烧室内室内组织的气流与的气流与喷射方式射方式配合配合实现。 分分层燃燃烧方式分方式分类：根据燃料：根据燃料喷射方式分射方式分为 进气道气道喷射式和缸内直射式和缸内直喷式两种式两种 。吉吉林林大大学学汽汽车车学学院院（1）进气道气道喷射式分射式分层给气燃气

44、燃烧方式方式根据缸内气流特性分根据缸内气流特性分为：轴向分向分层燃燃烧方式方式 横向分横向分层燃燃烧方式方式 1轴向分向分层稀薄燃稀薄燃烧 关关键技技术：喷射射时期与缸内气流的匹配期与缸内气流的匹配A/F可达可达22 晚晚喷，配合缸内，配合缸内强列列涡流，流，实现A/F的的轴向梯度分布向梯度分布 进气初期只有气初期只有空气空气进入气缸入气缸强烈烈涡流流 气气门达达hmax时喷油，靠油，靠涡流流上上浓下稀分下稀分层 径向分量径向分量轴分量分量大大时轴向分向分层 吉吉林林大大学学汽汽车车学学院院2横向分横向分层稀薄燃稀薄燃烧利用利用4气气门机构，采用机构，采用滚流式流式进气道，配合活塞气道，配合活

45、塞顶结构形状，形成构形状，形成滚流。流。 喷油器安装在油器安装在进气支气支管，向两个管，向两个进气气门之之间喷油，火花塞布置在气油，火花塞布置在气缸中央缸中央 滚流的引流的引导下下浓混合气混合气经过火花塞；而火花塞两火花塞；而火花塞两侧为纯空空气，气，形成以火花塞形成以火花塞为中心的中心的横向混合气横向混合气浓度梯度分布度梯度分布 A/F=23，经济性性 68%，NOx 80% 吉吉林林大大学学汽汽车车学学院院(2) 缸内直接缸内直接喷射（射（GDI）式稀薄燃）式稀薄燃烧GDI燃燃烧系系统与与PFI的比的比较 pPFI：保留：保留节气气门；进气道气道喷射形成油膜；稀燃范射形成油膜；稀燃范围有限

46、。有限。pGDI：将：将喷油器安装在气缸盖上直接向燃油器安装在气缸盖上直接向燃烧室内室内喷油。油。更容易控制缸内混合气形成。更容易控制缸内混合气形成。通通过喷射射时期的期的控制可控制可实现均均质混合气燃混合气燃烧、分、分层稀薄燃稀薄燃烧以及以及HCCI吉吉林林大大学学汽汽车车学学院院1GDI混合气形成机理混合气形成机理关关键技技术：进气系气系统和燃和燃烧室形状室形状缸内缸内滚流；流； 高高压喷射射控制控制喷雾与缸内气流配合；与缸内气流配合； 火花塞及火花塞及喷射位置匹配射位置匹配 分分层混合气的形成方式混合气的形成方式3 5MPa喷油器中央布置油器中央布置+涡流流火花塞中央布置火花塞中央布置+

47、涡流流滚流流为主主挤流流为主主吉吉林林大大学学汽汽车车学学院院2GDI燃燃烧方式的特点方式的特点 气缸气缸压力力推推迟点火提前角，放点火提前角，放热速率速率 ，放，放热持持续时间 质调节，取消，取消节气气门泵气气损失失 。油油雾缸内蒸缸内蒸发燃燃烧室壁面室壁面T ，传热损失失 。 v， t。分分层混合燃混合燃烧，外，外围稀混合气稀混合气对火焰起隔火焰起隔热作用，作用， 传热损失。失。混合气易分混合气易分层稳定分定分层稀燃稀燃接近空气循接近空气循环。A/F控制及控制及过渡工况控制更精确。渡工况控制更精确。吉吉林林大大学学汽汽车车学学院院p因因车用用发动机不同工况机不同工况对A/F要求不同：要求不

48、同：稀燃工稀燃工况范况范围只限于中小只限于中小负荷区。荷区。大大负荷或全荷或全负荷荷区：区：进气行程中气行程中喷油油目目标空燃比空燃比实现均匀混合气均匀混合气 在中小在中小负荷区：荷区：压缩行程后期行程后期喷油油上上浓下稀的分下稀的分层混混合气。合气。吉吉林林大大学学汽汽车车学学院院螺旋螺旋进气道气道或或导气屏气屏进气气涡流流 顺着气流着气流喷油，油，喷射射压力力 2MPa气流外气流外缘形成形成较浓混合混合气气火花塞安装火花塞安装 位置位置3典型的典型的GDI分分层稀燃系稀燃系统 TCCS燃燃烧系系统（Texaco controlled combustion process）燃气体和未燃气体和

49、未燃气体靠密燃气体靠密度差分离度差分离吉吉林林大大学学汽汽车车学学院院 GDI滚流分流分层稀燃系稀燃系统三菱三菱4G型汽油机：型汽油机： 早早喷射射晚晚喷射射纵向直向直进气道气道+半球形半球形燃燃烧室室强烈的反烈的反滚流流与与喷雾配合，分配合，分层A/F=40， =12 丰田丰田D4型汽油机：型汽油机： 通通过喷射方式的有效控制射方式的有效控制和燃和燃烧室内室内涡流的流的优化匹化匹配配实现A/F=50稳定燃定燃烧 吉吉林林大大学学汽汽车车学学院院2）稀薄燃）稀薄燃烧控制控制主要控制目的：主要控制目的：精确控制精确控制A/F，使，使汽汽车百公里油耗最百公里油耗最低；同低；同时降低排放降低排放 关

50、关键技技术：A/F精精确控制在确控制在 Ttq允允许的范的范围内内 吉吉林林大大学学汽汽车车学学院院控制方法控制方法p空燃比反空燃比反馈控制法：由控制法：由A/F传感器反感器反馈控制。控制。 空燃比空燃比传感器感器在在ZrO2固体上施加固体上施加电压时，产生与排气中的生与排气中的O2浓度成比例的度成比例的O2离子的移离子的移动，从而形成，从而形成电流，即流，即 吉吉林林大大学学汽汽车车学学院院p气缸气缸压力反力反馈控制法：控制法： 通通过气缸气缸压力力传感器感器检测每循每循环缸缸压，求求 Ttq，A/F反反馈控制控制使使 Ttq限制在允限制在允许范范围内内 步步骤：规定曲定曲轴位置上位置上测缸

51、缸压p；N循循环求求Ttq 、 Ttq吉吉林林大大学学汽汽车车学学院院一、汽油机有害排放物及其产生机理一、汽油机有害排放物及其产生机理汽油机的有害排放物：排气中的汽油机的有害排放物：排气中的CO、HC、NOx、CO2；曲轴箱通风向大气排出的；曲轴箱通风向大气排出的HC排放；燃料供给系中燃排放；燃料供给系中燃料蒸发的料蒸发的HC等。等。污染物来源不同，措施不同：污染物来源不同，措施不同： 尾气排放尾气排放燃烧系统改进燃烧系统改进+后处理技术；后处理技术； 曲轴箱通风曲轴箱通风PCV阀阀回流到进气管；回流到进气管； 燃料供给系蒸发物燃料供给系蒸发物活性碳罐吸收装置来控制活性碳罐吸收装置来控制 5.

52、5 汽油机的有害排放物及其控制汽油机的有害排放物及其控制吉吉林林大大学学汽汽车车学学院院活性碳罐吸收装置活性碳罐吸收装置用活性碳罐吸附燃用活性碳罐吸附燃油系油系统的蒸的蒸发物；物；在在进气气过程中随情程中随情系空气系空气进入气缸。入气缸。活性炭活性炭活性活性炭罐炭罐单向向阀吉吉林林大大学学汽汽车车学学院院产生机理：产生机理：N2和和O2在高温下化合的结果在高温下化合的结果 Zeldovich机理机理:因素及措施：因素及措施：O2浓度，燃烧温度浓度，燃烧温度Tz，滞留时间，滞留时间 危害：危害： NO2 是刺激性毒气是刺激性毒气; 破坏破坏O3层平衡层平衡 测量方法测量方法: 化学发光法化学发光

53、法(CLD) N2N2分解需分解需较大活化大活化能能决定决定NONO形成的形成的高温条件高温条件 O在在NO形成中起活形成中起活化化链作用，所需活作用，所需活化能小，反化能小，反应快快 1）NO吉吉林林大大学学汽汽车车学学院院2）CO1产生机理及影响因素产生机理及影响因素 C/H不完全燃烧产物不完全燃烧产物受反应速度、温度及受反应速度、温度及 a的的影响影响在在 a 1下燃烧时局部不均匀下燃烧时局部不均匀局部燃烧不完全局部燃烧不完全CO排气中，未燃碳氢化合物排气中，未燃碳氢化合物HC不完全氧化不完全氧化少量少量CO 2危害：与血红素的结合能力强，是氧的危害：与血红素的结合能力强，是氧的300倍

54、；倍； 破坏造血功能破坏造血功能中毒中毒死亡死亡(0.3%) 3. 测量方法：不分光红外线分析仪（测量方法：不分光红外线分析仪（NDIR） 吉吉林林大大学学汽汽车车学学院院3）HC1HC的生成机理及影响因素的生成机理及影响因素来源：尾气、燃油供给系统以及曲轴箱通风来源：尾气、燃油供给系统以及曲轴箱通风汽油机燃烧过程中汽油机燃烧过程中HC的生成：的生成： 缸内壁面淬冷效应：壁面对火焰的冷却作用缸内壁面淬冷效应：壁面对火焰的冷却作用 缝隙效应：火焰无法传入缝隙；壁面冷却淬冷效应缝隙效应：火焰无法传入缝隙；壁面冷却淬冷效应 ， 生成大量生成大量HC 缝隙：活塞与缸壁间，缸盖、缸垫和缸体间；缝隙：活塞

55、与缸壁间，缸盖、缸垫和缸体间； 进、排气门和气门座间；进、排气门和气门座间； 花塞螺纹和火花塞中心电极周围等处花塞螺纹和火花塞中心电极周围等处吉吉林林大大学学汽汽车车学学院院积碳和壁面油膜的吸附效应：缸壁上的润滑油膜，活塞积碳和壁面油膜的吸附效应：缸壁上的润滑油膜，活塞顶及燃烧室壁面、进排气门上的积碳顶及燃烧室壁面、进排气门上的积碳吸附吸附HC膨胀和膨胀和排气中释放出来排气中释放出来不完全燃烧：不完全燃烧： a1状态，怠速时状态，怠速时 r较大；加减速时混合较大；加减速时混合气瞬间过浓或过稀气瞬间过浓或过稀局部不均匀局部不均匀不完全燃烧不完全燃烧HC 。 失火：易失火条件失火：易失火条件混合气

56、局部过稀或过浓，或点火时混合气局部过稀或过浓，或点火时刻不当以及点火系统出现故障等。刻不当以及点火系统出现故障等。2危害：阳光下与危害：阳光下与NOx反应反应光化学烟雾；醛类和多环芳光化学烟雾；醛类和多环芳香烃危害大香烃危害大 3. 测量方法：氢火焰离子化法（测量方法：氢火焰离子化法（FID） 吉吉林林大大学学汽汽车车学学院院二、影响汽油机排放特性的使用因素二、影响汽油机排放特性的使用因素p排放物是燃烧过程的产物排放物是燃烧过程的产物凡是凡是影响混合气形成和燃烧影响混合气形成和燃烧条件的因素条件的因素影响排放物。影响排放物。1） a的影响的影响 NOx的峰值出现在的峰值出现在 ab=1.031

57、.16 a ab虽虽O2浓度浓度 ，但，但Tz 过稀：过稀：HC 吉吉林林大大学学汽汽车车学学院院NOxHCbe2）点火提前角的影响）点火提前角的影响 a一定时，一定时， igTz ，NOx ； 后燃后燃 ，排温，排温HC ； e 3）转速的影响）转速的影响 n燃烧滞留时间燃烧滞留时间 ,NOx ； 紊流强度紊流强度 ； 紊流过强紊流过强CO/HC 4）负荷的影响）负荷的影响 中小负荷：随负荷中小负荷：随负荷 ， r , 改善燃烧条件改善燃烧条件CO/HC ; 但，但，NOx ；大负荷；大负荷 aP NOx ，CO/HC 吉吉林林大大学学汽汽车车学学院院三、汽油机排放控制技三、汽油机排放控制技

58、术p机内措施：机内措施：燃烧系统的改善燃烧系统的改善 A/F控制精确，控制精确，GDI技术实现稀燃技术实现稀燃可变技术：进气系统、配气相位、进气涡流及排量可变技术：进气系统、配气相位、进气涡流及排量(休缸休缸) 汽油机增压汽油机增压 。p后处理：两级催化转化器后处理：两级催化转化器高低温；高低温； 电加热催化转化器；电加热催化转化器； 三效催化器三效催化器+ a=1精确控制；精确控制； 稀燃稀燃+NOx还原装置还原装置+EGR技术技术 吉吉林林大大学学汽汽车车学学院院四、汽油机的增四、汽油机的增压及米勒循及米勒循环1）汽油机增压存在的主要问题）汽油机增压存在的主要问题 易爆震易爆震热负荷高热负荷高汽油机与增压器的匹配困难汽油机与增压器的匹配困难 2）汽油机与增压器匹配要求：）汽油机与增压器匹配要求： 保证额定功率保证额定功率部分工况下具有良好扭矩特性和动态响部分工况下具有良好扭矩特性和动态响应特性；保证转矩储备系数；应特性；保证转矩储备系数；3）米勒循环）米勒循环 几何几何 不变，将有效压缩行程缩短不变，将有效压缩行程缩短1/5，但膨胀比不变，但膨胀比不变; 米勒循环米勒循环+偶合螺杆压气机，实现增压兼顾高低速。偶合螺杆压气机，实现增压兼顾高低速。