汽油機混合氣的形成與燃燒

1、第四章 汽油機混合氣的形成與燃燒§4-1 汽油機燃燒過程1、汽油機 混合氣均勻，在氣缸外部形成混合氣預(yù)混合時間長。燃燒過程的特點： 火花塞放電點火，可控制點火時間、地點、能量。傳播式燃燒，燃燒速度和放熱速率取決于火焰?zhèn)鞑ニ俣取?、火焰?zhèn)鞑ニ俣萓T單位時間內(nèi)火焰前鋒面相對未燃混合氣向前推動的距離。用UT表示m/s。 3、燃燒速度Um： 單位時間燃燒的混合氣質(zhì)量。燃燒速度用Um表示kg/s. Um= kg/s. 式中 未燃混合氣密度； UT火焰?zhèn)鞑ニ俣龋?火焰前鋒面積。一、汽油機正常燃燒：定義：唯一地由火花塞點火且火焰前鋒以特定的速度傳遍整個燃燒室的過程。（一）汽油機正常燃燒過程： 燃燒

2、過程分為三個階段： （）著火延遲期； （）明顯燃燒期； （）后燃期。0（）著火延遲期（1-2點）：從火花塞跳火壓力偏離壓縮線（出現(xiàn)火焰，5放熱量）的時間或曲軸轉(zhuǎn)角。作用：火花塞放電點燃混合氣形成火焰核心（鏈引發(fā)）； 兩極電壓達(dá)1015Kv；擊穿電極間隙的混合氣，造成電極間電流通過；火花塞 電火花能量多在4080mJ；放電特性 ： 局部溫度可達(dá)3000K，使電極附近的混合氣立即點燃；形成火焰中心，火焰向四周傳播；氣缸壓力脫離壓縮線開始急劇上升。 特點：燃燒量小，壓力升高不明顯。 燃料，辛烷值；影響 缸內(nèi)溫度、壓力；長短的因素： 混合氣濃度（最短）；殘余廢氣系數(shù)點火能量。希望：盡量縮短并保持穩(wěn)定。

3、（）明顯燃燒期（2-3點）：從火焰核心形成（開始燃燒）（火焰?zhèn)鞑サ秸麄€燃燒室）。 作用：迅速地把大部分燃料的化學(xué)能迅速轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?；特點：是汽油機燃燒的主要時期，熱量利用率高。明顯燃燒期愈短，愈靠近上止點，汽油機經(jīng)濟性、動力性愈好。要求：在壓力升高率（平均壓力升高率）不過高（0.175MPa0.25MPa）的前提下盡量縮短明顯燃燒期（20-40°CA）并靠近上止點（Pmax在12-15°CA）。氣缸內(nèi)壓力上升的程度，用平均壓力升高率表示：123p，式中第二階段終點3和起點2的壓力；第3和2相對上止點的曲軸轉(zhuǎn)角。一般明顯燃燒期約占2040曲軸轉(zhuǎn)角，燃燒最高壓力出現(xiàn)在上止點后12

4、15曲軸轉(zhuǎn)角，為宜。值過高，工作粗暴，機械負(fù)荷、熱負(fù)荷增加對NOx排放增加。（）后燃期（3點以后），定義：從壓力最高點到燃料燃燒90%以上的時間或曲軸轉(zhuǎn)角。 促使火焰前鋒后未及燃燒的燃料再燃燒；作用： 貼附在缸壁上未燃混合氣層的部分燃燒；高溫分解的燃燒產(chǎn)物（H2、CO等）重新氧化。特點：燃燒速度慢，遠(yuǎn)離上止點，熱量利用率低，。 希望：盡量減少后燃期。（二）影響燃燒速度Um=的因素：（1）燃混合氣密度：和Um。（2）火焰?zhèn)鞑ニ俣萓T：控制Um就能控制明顯燃燒期的長短及相對曲軸轉(zhuǎn)角的位置。一般在50008000rmin，燃燒時間極短，僅0.0010.002s。*影響 UT的因素：缸內(nèi)紊流UT紊流是

5、有一定運動方向的渦流運動和無數(shù)小氣團(tuán)的無規(guī)則脈動運動所組成，這些由氣體質(zhì)點所組成的小氣團(tuán)大小不一，流動的速度、方向也不相同，但宏觀流動方向則是一致的。紊流強度u：各點速度的均方根值，火焰速度比：紊流火焰速度與層流火焰速度之比。加強燃燒室的紊流尤其是微渦流運動，火焰速度增加?；旌蠚獬煞郑寒?dāng)=0.850.95時，Um最快， 最大，稱為功率混合比。 當(dāng)=l.031.l時，氧氣充足燃燒完全，汽油機經(jīng)濟性最好，此混合比稱為經(jīng)濟混合比。當(dāng) 1.31.4時，火焰難以傳播，汽油機不能工作，此種混合比稱為火焰?zhèn)鞑ハ孪?。?dāng)<0.40.5時，由于嚴(yán)重缺氧，使火焰不能傳播，這種混合比稱為火焰?zhèn)鞑ド舷?。注意，混?/p>

6、氣火焰?zhèn)鞑ソ缦薏⒎浅?shù)，它是隨條件而變化的，如混合氣溫度高，點火能量大，氣體紊流強等，火焰?zhèn)鞑ソ缦蘧蛿U大；混合氣中廢氣含量多，界限就變窄。殘余廢氣系數(shù)UT混合氣初始溫度：混合氣初始溫度高，火焰速度增加。（3）火焰前鋒面積：利用燃燒室?guī)缀涡螤罴捌渑c火花塞位置的配合，可以改變不同時期火焰前鋒掃過的面積，以調(diào)整燃燒速度。圖4-6為不同燃燒室火焰前鋒面積變化的情況。它直接影響到明顯燃燒期相當(dāng)曲軸轉(zhuǎn)角的位置及燃燒速度變化的情況，與壓力上升密切相關(guān)。（三）不規(guī)則燃燒：汽油機不規(guī)則燃燒是指在穩(wěn)定正常運轉(zhuǎn)的情況下1. 各循環(huán)之間的燃燒變動;2. 各氣缸之間的燃燒差異。1. 循環(huán)變動工況一定各個循環(huán)的示功不同。

7、原因：火花塞附近混合氣的混合比； 氣體紊流性質(zhì)、程度在各循環(huán)均有變動，致使火焰中心形成的時間不同，即由有效著火時間變動而引起。危害：使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) ，不正常燃燒傾向增加，整個汽油機性能下降。影響的因素： 當(dāng)=0.80.9時循環(huán)燃燒變動最小；在中等負(fù)荷以上變動較小；加強紊流有助于減少變動，因此轉(zhuǎn)速增加，一般變動減?。患哟簏c火能量，采用多點點火，情況可有所改善；點火時刻和點火位置對燃燒變動很敏感。 2各缸間燃燒差異原因：主要是由于分配不均勻造成的危害：整個汽油機功率下降，耗油率上升；排放性能惡化。影響的因素：分配不均勻在進(jìn)氣管內(nèi)存在著空氣、 燃料蒸氣、各種比

8、例的混合氣、大小不一的霧化油粒以及沉積在進(jìn)氣管壁上厚薄不同的油膜，要想讓它們均勻分配到各個氣缸是很困難的。進(jìn)氣歧管的差別各缸間進(jìn)氣重疊引起的干涉等現(xiàn)象，導(dǎo)致各缸進(jìn)氣量、進(jìn)氣速度以及氣流的紊流狀態(tài)等不能完全一致。的影響各缸混合氣成分不同，使得各 缸不可能在最佳調(diào)整狀況下工作，即各缸不可能都處于經(jīng)濟混合氣或功率混合氣濃度。進(jìn)氣管的設(shè)計 進(jìn)氣系統(tǒng)所有零件的設(shè)計和安裝位置都有關(guān)系，任何不對稱和流動阻力不同的情況都會破壞均勻分配，其中影響最大的是進(jìn)氣管的設(shè)計。（四）燃燒室壁面的熄火作用：在火焰?zhèn)鞑ミ^程中，即緊靠壁面附近的火焰不能傳播的。（1）原因：由鏈反應(yīng)中斷和冷缸壁使接近缸壁的一層氣體冷卻所造成。（2

9、）影響因素是：當(dāng)=1左右，熄火厚度最小，混合氣加濃或減稀，此厚度均增加；負(fù)荷減小時，熄火厚度顯著增加；燃燒室溫度、壓力提高，氣缸紊流加強，熄火厚度均減小。（3）危害：存在大量未燃燒的烴，排氣中HC。（4）解決措施：盡量減小熄火厚度及燃燒室的面容比 F/V，以降低汽油機的 HC排出量。 二、不正常燃燒 不正常燃燒可分爆燃和表面點火兩類。（一）爆燃特征：氣缸內(nèi)發(fā)出特別尖銳的金屬敲擊聲，亦稱之敲缸。（1）原因：處在最后燃燒位置上的那部分未燃混合氣（常稱末端混合氣），受到壓縮和輻射熱的作用，加速了先期反應(yīng)產(chǎn)生了自燃。壓力沖擊波反復(fù)撞擊缸壁。（2）影響因素是：1）燃料性質(zhì)：辛烷值高的燃料，抗爆燃能力強。

10、2）末端混合氣的壓力、溫度和壓縮比 末端混合氣的壓力和溫度增高，則爆燃傾向增大。提高壓縮比，則氣缸內(nèi)壓力、溫度升高，爆燃易發(fā)生；氣缸蓋、活塞的材料使用輕金屬，由于其導(dǎo)熱性好，末端混合氣壓力、溫度低，爆燃傾向小，可提高壓縮比0.40.7單位。3）火焰前鋒傳播到末端混合氣的時間 提高火焰?zhèn)鞑ニ俣?、縮短火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x，都會減少火焰前鋒傳播到末端混合氣的時間，這有利于避免爆燃。例如，氣缸直徑大時，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x增加，爆燃傾向增大，故沒有很大缸徑的汽油機。（3）危害嚴(yán)重時破壞缸壁表面的附面氣膜和油膜，使傳熱增加，氣缸蓋和活塞頂溫度升高，冷卻系過熱，功率減少，耗油率增加，甚至造成活塞、氣門燒壞，軸瓦破裂，火花

11、塞絕緣體破裂，潤滑油氧化成膠質(zhì)，活塞環(huán)粘在槽內(nèi)。輕微敲缸時，發(fā)動機功率上升，油耗下降；嚴(yán)重時，可產(chǎn)生冷卻水過熱，功率下降，耗油率上升。 （二）表面點火-熱點點火由燃燒室內(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。點火時刻是不可控制的，多發(fā)生在>9的汽油機上。1.早燃是指在火花塞點火之前，熾熱表面就點燃混合氣的現(xiàn)象。由于它提前點火而且熱點表面比火花大，使燃燒速率快，氣缸壓力、溫度增高，發(fā)動機工作粗暴，并且由于壓縮功增大，向缸壁傳熱增加，致使功率下降，火花塞、活塞等零件過熱。圖4-11給出汽油機早燃示功圖情況。 早燃會誘發(fā)爆燃，爆燃又會讓更

12、多的熾熱表面溫度升高，促使更劇烈的表面點火，兩者互相促進(jìn)，危害可能更大。 2.后燃是指在火花塞點火之后，熾熱表面或受熱輻射點燃混合氣的現(xiàn)象。與爆燃不同，表面點火一般是在正常火焰燒到之前由熾熱物點燃混合氣所致，沒有壓力沖擊波，“敲缸聲”比較沉悶，主要是由活塞、連桿、曲軸等運動件受到?jīng)_擊負(fù)荷產(chǎn)生振動而造成。各種燃燒示功圖的比較如圖所示。凡是能促使燃燒室溫度和壓力升高以及促使積炭一等熾熱點形成的一切條件，都能促成表面點火。 三、使用因素對燃燒的影響分析方法：最終要分析的性能為1、發(fā)動機性能：動力性（Pe）、經(jīng)濟性（）、排放特性（HC：壁面淬熄及混合氣過濃，NOx：高溫、富氧、作用時間，CO：時或不均

13、勻時）；2、燃燒過程因素：點火提前角（正比與著火延遲期）、不規(guī)則燃燒、不正常燃燒、壁面淬熄等。主要影響因素：燃燒速率（密度、T、P、紊流強度等）、點火提前角、T、P、混合氣濃度等等。從初始條件入手，分析出對中間層因素的影響規(guī)律最終推導(dǎo)到性能即完全分析正確了。1、混合氣濃度當(dāng)80.9時，UT、Pz、 Pe均達(dá)最高值，且爆燃傾向。當(dāng)l.031.1時，燃燒完全，最低。最高溫度+富?？諝釴Ox。當(dāng)l燃燒不完全CO。 ； 當(dāng)08及>1.2時，UT燃燒不完全 HC； 工作不穩(wěn)定。 可見，在均質(zhì)混合氣燃燒中，混合氣濃度對燃燒影響極大，必須嚴(yán)格控制。2、點火提前角點火提高角是從發(fā)出電火花到上止點間的曲軸

14、轉(zhuǎn)角。其數(shù)值應(yīng)視燃料性質(zhì)、轉(zhuǎn)速、負(fù)荷、過量空氣系數(shù)等很多因素而定。隨辛烷值的增加點火提前角增加隨負(fù)荷（T、P）升高點火提前角減小隨轉(zhuǎn)速升高點火提前角增加。當(dāng)汽油機保持節(jié)氣門開度、轉(zhuǎn)速以及混合氣濃度一定時，汽油機功率和耗油率隨點火提前角改變而變化的關(guān)系稱為點火提前角調(diào)整特性，如圖4-14所示。0. 圖4-14 25Y6100Q型汽油機的點火調(diào)整特性3、轉(zhuǎn)速(平均紊流強度增加，每循環(huán)時間縮短)一般有，其中m<1。即隨轉(zhuǎn)速的升高以時間計的著火延遲期縮短（紊流強度增加），但以曲軸轉(zhuǎn)角計的著火延遲期增加（每°曲軸轉(zhuǎn)角對應(yīng)的時間正比與轉(zhuǎn)速的負(fù)1次方）n紊流，火焰速度大體與轉(zhuǎn)速成正比增加（圖

15、4-16），因而以秒計的燃燒過程縮短，但由于循環(huán)時間亦縮短，一般燃燒過程相當(dāng)?shù)那S轉(zhuǎn)角增加，應(yīng)該相應(yīng)加大點火提前角（圖41-4a）而裝置離心調(diào)節(jié)點火提前器。轉(zhuǎn)速增加時，火焰速度亦增加，爆燃傾向減小。4、負(fù)荷（負(fù)荷增加>T,P增加，充氣效率升高，殘余廢氣系數(shù)下降）當(dāng)負(fù)荷混合氣數(shù)量混合氣稀釋程度起火界限更窄，火焰速度燃燒惡化。當(dāng)負(fù)荷氣缸的（溫度+壓力）爆燃的傾向。 5、大氣狀況 大氣壓力低，氣缸充氣量減少，則混合氣變濃，另外，壓縮壓力低，著火延遲期長和火焰速度慢，則經(jīng)濟性和動力性下降，但爆燃傾向減小。大氣溫度高，同樣氣缸充氣量下降，經(jīng)濟性、動力性變差，而且容易發(fā)生爆燃和氣阻。氣阻是由于燃油蒸

16、發(fā)而在供油系中形成氣泡，減少甚至中斷供油的現(xiàn)象。因此，在炎熱地區(qū)行車時，應(yīng)加強冷卻系散熱能力，用泵油量大的汽油泵。反之，在寒冷地區(qū)行車時，要加強進(jìn)氣系統(tǒng)的預(yù)熱，增強火花能量等，以保證燃油霧化、點火及起動。 §4-2 汽油機混合氣的形成汽油機混合氣形成的方式主要有兩類：一類是化油器式，另一類是汽油噴射式。但它們都屬于在氣缸外部形成混合氣，都是依靠控制節(jié)流閥開閉來調(diào)節(jié)混合氣數(shù)量的。一、化油器式混合氣形成1、 機理空氣流過一定截面時由于速度的增加（動能增加）會產(chǎn)生真空（勢能下降）從而將燃油吸出并與流動的空氣混合、蒸發(fā)形成均質(zhì)混合氣。2、 兩個真空度喉口真空度（Pn，環(huán)境壓力與喉口處的壓力之

17、差）和進(jìn)氣管真空度（Pa，環(huán)境壓力與進(jìn)氣壓力之差）隨負(fù)荷（節(jié)氣門開度、每循環(huán)進(jìn)氣量、pme、PenC）的變化規(guī)律。如下圖所示。負(fù)荷在小負(fù)荷時由于節(jié)氣門開度很小其流通面積小于喉口面積，節(jié)氣門處的節(jié)流作用大于喉口，因此進(jìn)氣管真空度（節(jié)氣門后真空度）大于喉口。隨負(fù)荷的增加（節(jié)氣門開大）喉口的面積小于節(jié)氣門處的流通面積。因此喉口的真空度將逐步等于并大于進(jìn)氣管真空度。3、 簡單化油器特性由于隨負(fù)荷的增加供油量的增加大于進(jìn)氣量的增加，使得空燃比隨負(fù)荷逐漸減?。ㄟ^量空氣系數(shù)減?。┗旌蠚膺^濃。（見圖4-21）4、 理想化油器特性在進(jìn)行供油系與汽油機配合試驗的時候，需要有一個可供調(diào)試的依據(jù)，即所謂理想空燃比特性

18、。這種理想空燃比特性就是在滿足最佳性能要求的情況下，混合氣成分隨負(fù)荷（或充氣流量）的變化關(guān)系（圖436）。 具體地說，當(dāng)汽油機在各種轉(zhuǎn)速下以全負(fù)荷運行，即節(jié)氣門全開時，應(yīng)向汽缸提供適當(dāng)加濃的功率混合氣=1214。當(dāng)汽油機按中等負(fù)荷運行，即在節(jié)氣門部分開度時，應(yīng)有最好的經(jīng)濟性，適宜使用較稀的經(jīng)濟混合氣。如圖示，理想混合氣隨負(fù)荷增加而逐漸變稀，小負(fù)荷范圍內(nèi)變化較陡，隨負(fù)荷加大變化漸趨平緩，負(fù)荷超過50%以后，空燃比變化不大，這時，=17左右。當(dāng)汽油機在怠速時，節(jié)氣門接近全閉，為了抵銷廢氣對新鮮充量稀釋的影響，保證穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，需要提供更濃的混合氣，=1012.42、匹配試驗燃料調(diào)整特性：在一定節(jié)氣門開

19、度、一定轉(zhuǎn)速和最佳點火提前角下，發(fā)動機功率和燃油消耗率隨燃料消耗量（或過量空氣系數(shù)a）而變化的曲線。做法；讓發(fā)動機節(jié)氣門開度和轉(zhuǎn)速一定。調(diào)節(jié)化油器主量孔針閥或浮子室真空度以改變化油器的供油量，記錄不同供油量時的燃油消耗量和發(fā)動機扭矩。根據(jù)所得的試驗數(shù)據(jù)，作出燃料調(diào)整特性曲線及。圖448為在某一轉(zhuǎn)速下的燃料調(diào)整特性曲線。圖a表示在節(jié)氣門開全時的調(diào)整特性，A點表示在該轉(zhuǎn)速下的最大功率，相應(yīng)的混合氣成分叫做功率混合氣。B點對應(yīng)的是經(jīng)濟混合氣。最佳調(diào)整時，并不一定在A點，而選在最大功率（A點）和最低油耗（B點）之間。這是考慮到在大批量生產(chǎn)中性能的波動與大氣條件的影響，應(yīng)具備必要的裕度。此外。用途不同，

20、考慮的裕度也不一樣。例如，汽車常用工況不在最大功率，所以，功率混合氣的調(diào)整可以稍濃一些，使最大功率有所提高；拖拉機常在滿負(fù)荷下運行，此值的調(diào)整宜稍低。圖b為節(jié)氣門部分開度時的調(diào)整特性。通常可以轉(zhuǎn)變成該轉(zhuǎn)速、某一開度下的鉤形曲線，作不同開度的鉤形曲線的包絡(luò)線，即為該轉(zhuǎn)速下的理想負(fù)荷特性。有了在該轉(zhuǎn)速下的理想負(fù)荷特性，便可以選擇若干組主量孔、空氣量孔及噴嘴的開關(guān)時間。5、 從簡單到理想的措施主噴孔的泡沫管矯正，使得過量空氣系數(shù)維持在1.03-1.1的經(jīng)濟混合氣范圍。增設(shè)起動系、怠速系、加速系、加濃系等，滿足理想化油器特性要求。6、 化油器式混合氣形成的缺點與電控系統(tǒng)相對二、汽油噴射式混合氣的形成

21、（一）系統(tǒng)簡介電控汽油噴射系統(tǒng)（Electronic Fuel Injection）是汽油機綜合控制中最主要、最基本的部分。系統(tǒng)的基本構(gòu)成見圖4-35。 由 空氣系統(tǒng)：計量并控制燃燒所必要的空氣量。燃料系統(tǒng)；由電動汽油泵向各缸噴嘴及起動噴嘴壓送具有一定壓力的燃油?？刂葡到y(tǒng)：根據(jù)信號決定合適的噴射時間并使噴嘴動作。 （二）空氣系統(tǒng)空氣系統(tǒng)用來計量并控制燃燒所必要的空氣量。其中空氣流量計是進(jìn)行空氣量測量，并將其轉(zhuǎn)換為電信號的關(guān)鍵部分；空氣閥是冷機起動時，在節(jié)流閥全閉時起快怠速作用；發(fā)動機的負(fù)荷仍由節(jié)流閥的開度調(diào)節(jié)。常用空氣流量傳感器有葉片式；熱線風(fēng)速（或熱膜）式； 卡門渦街式。作用：空氣閥安裝在與

22、節(jié)流閥并聯(lián)的旁通空氣回路上，在發(fā)動機冷機起動而且節(jié)流閥全閉時，為加速暖機而開啟旁通回路。 （三）燃料系統(tǒng)燃料系統(tǒng)的主要部件是電動汽油泵；噴嘴；壓力調(diào)節(jié)器。電動汽油泵是將直流電動機與轉(zhuǎn)子式（或葉輪式）汽油泵聯(lián)成一體的結(jié)構(gòu)。電磁線圈通電的時間決定了噴油量的多少。壓力調(diào)節(jié)器的作用是使噴嘴的供油壓力相對于進(jìn)氣管壓力總是高出一個恒定值。保證噴嘴針閥兩端的壓差恒定，防止因進(jìn)氣管壓力變化而引起噴油量變化。 多點噴射方式 MPI（Multi Point Injection）： 噴射 單點噴射方式SPI（Sinsle Point Injection）。將噴嘴、壓力調(diào)節(jié)器、進(jìn)出油路、空氣閥、怠速控制閥（ISCV）

23、、節(jié)流閥位置傳感器等，均集中于節(jié)流閥體，又稱為“節(jié)流閥體噴射（TBI）”、或“中央燃料噴射（CFI）” 。 同時噴射 分組噴射 （四）控制系統(tǒng)1、系統(tǒng)的構(gòu)成控制系統(tǒng)的構(gòu)成見圖4-43。它由各類傳感器、電器及電控單元（ECU）組成。 三、兩種混合氣形成方式的比較汽油噴射系統(tǒng)的優(yōu)點：1）通電時間計算準(zhǔn)確，油量、空氣計量控制的精度高，修正因素多。2）燃油正壓噴射，霧化質(zhì)量好，改善了燃燒過程，經(jīng)濟性好。3）改善瞬態(tài)響應(yīng)性能，實現(xiàn)反饋控制，整機加速性能及排放性能好。4）采用多點順序噴射，使各缸分配均勻性，避免燃油在進(jìn)氣管中沉積。5）取消了化油器喉管，提高了充氣效率，有利于改善整機動力性。§4-

24、4燃燒室一、燃燒室設(shè)計要點1、結(jié)構(gòu)緊湊 主要以面容比（AV）燃燒室表面積與其容積之比來表征?；鹧?zhèn)鞑ゾ嚯x小，不易爆燃，可提高壓縮比。AV值?。?相對散熱損失小，熱效率高。熄火面積小，HC排量少。2、具有良好的充氣性能主要應(yīng)考慮進(jìn)氣門、進(jìn)氣造的布置。應(yīng)允許有較大的進(jìn)氣門直徑或進(jìn)氣流通面積，適于多氣門布置。進(jìn)氣流線短，轉(zhuǎn)彎少，使混合氣盡可能平直、光順地流入燃燒室。3、火花塞位置安排適當(dāng)掃除火花塞周圍殘余廢氣性要好，使點燃性，低速穩(wěn)定性好，循環(huán)變動小?；鸹ㄈM量布置在使末端混合氣受熱少的位置，如排氣門附近。應(yīng)使由火花塞傳播開的火焰面變化分配合理，確保運轉(zhuǎn)平穩(wěn)?；鹧?zhèn)鞑ゾ嚯x應(yīng)盡可能短。4、燃燒室形狀合

25、理分布燃燒持續(xù)期控制在60oCA之內(nèi)；不致過高。5、組織適當(dāng)?shù)奈闪鬟\動紊流運動：增大火焰?zhèn)鞑ニ俣?；增大火焰速度后冷卻末端混合氣區(qū)。減少循環(huán)間的燃燒變動。減小熄火厚度，降低HC的排量。但、紊流過強會使熱損失增加，點火困難，壓力上升速度過大。紊流： 進(jìn)氣渦流：它是利用進(jìn)氣口和進(jìn)氣道的形狀，在進(jìn)氣過程中造成氣 流繞氣缸中心線的旋轉(zhuǎn)運動。壓縮擠流：在接近壓縮終點時，利用活塞頂部和缸蓋底面之間的狹小間隙S稱擠氣間隙），將混合氣擠入主要燃燒室內(nèi)，形成渦流。 擠流正好在上止點前達(dá)到最大，上止點后還有反擠流運動，因此，增大擠流強度可以提高明顯燃燒期火焰?zhèn)鞑ニ俣?，縮短燃燒時間；而且擠流不會引起充氣效率降低，受負(fù)

26、荷、轉(zhuǎn)速影響較小，曾是汽油機形成紊流的主要途徑。二、典型燃燒室分析1、浴盆形燃燒室燃燒室形狀像一個橢圓形浴盆，高度一致，寬度允許略超出氣缸范圍，以加大氣門直徑。要求氣門頭部外徑與燃燒室壁面之間保持68mm的距離，避免壁面對氣流的遮蔽作用，故氣門大小受到限制。有一定的擠氣面積。優(yōu)缺點：AV較大，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x較長；故一般不高，燃燒時間拖長，小，動力性、經(jīng)濟性不高，HC排出量多而NOx較少。制造工藝性好，便于維修，故曾經(jīng)在載貨汽車和輕型車上廣泛應(yīng)用。2、楔形燃燒室燃燒室較緊湊，AV較小，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x較短；擠氣面積大，末端混合氣冷卻作用較強，故可達(dá)9.510.5；初期大，較高，工作粗暴，NOx。擠氣面

27、積內(nèi)的熄火現(xiàn)象，廢氣中HC，故須控制擠氣面積。氣門傾斜布置（630o），氣門直徑較大，氣道轉(zhuǎn)彎小，好。經(jīng)濟性、動力性好?；鸹ㄈ谛ㄐ胃咛帲瑨叱鸹ㄈ浇膹U氣性好，低速、低負(fù)荷性能穩(wěn)定。由于楔形燃燒室進(jìn)、排氣門只能單行排列，采用多氣門機構(gòu)困難，故近年來高性能轎車汽油機上較少應(yīng)用。3、多球形燃燒室（或稱屋脊形燃燒室）火花塞多布置在中央，具有雙行傾斜排列的氣門，如圖460所示。在雙氣門（一進(jìn)一排）發(fā)動機上，此種燃燒室常稱為半球形燃燒室；結(jié)構(gòu)緊湊，AV值小，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x短；容許較大的氣門直徑和平直圓滑的進(jìn)氣通道好，動力性、經(jīng)濟性好，不組織擠流，紊流較弱HC；容易在低速、大負(fù)荷時引起爆燃。火花塞附近的

28、容積較大，使部大，工作粗暴，噪聲較大。在多氣門（每缸三、四或五個氣門）發(fā)動機上均采用多球形燃燒室，以能充分利用燃燒室表面積布置氣門。兩行氣門間的夾角小，燃燒室比較緊湊，但氣門頭部直徑較小，進(jìn)、然氣道彎曲度大。一般燃燒室不組織擠流或有很小的擠流，為解決中、低速燃燒問題，有時利用兩進(jìn)氣道形狀不同而在缸內(nèi)產(chǎn)生渦流，以改善燃燒。 三、采用均質(zhì)稀混合氣的燃燒室常現(xiàn)汽油機，特別是用三元催化反應(yīng)器的汽油機，過量空氣系數(shù)必須控制在=1左右，從而限制其性能進(jìn)一步提高。增大過量空氣系數(shù)，使用稀薄混合氣工作，可以提高壓縮比，增大約熱指數(shù)K值，保證燃料完全燃燒，所以是提高汽油機經(jīng)濟性，降低排氣污染的有效方法。目前采取

29、的主要措施是增強紊流，縮短火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x，依次多點噴射等，以加速燃燒?，F(xiàn)介紹如下幾種。1、火球高壓縮比燃燒室如圖4-61所示，特點：結(jié)構(gòu)緊湊；擠氣紊流較強；可以形成反擠流運動；大大提高。壓縮比從8.5提高到16，一般可達(dá)1314，有與一般汽油機相同的比較，可見燃燒稀薄均勻混合氣，空燃比達(dá)到過26，最經(jīng)濟的空燃比為19。但它必須使用高辛烷值汽油，對缸內(nèi)積炭比較敏感，需要嚴(yán)格控制壓縮比、混合氣濃度和點火定時，并應(yīng)有爆震反饋系統(tǒng)來控制爆震發(fā)生。2、碗形燃燒室如圖4-63所示，特點：結(jié)構(gòu)緊湊；擠氣紊流較強；火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x短，擠氣面積大，紊流強，火花塞位于凹坑內(nèi)。壓縮比從 9提高到 13，最經(jīng)濟的空燃比為

30、21.5，可以在AF=1622.5的范圍內(nèi)運行。由于壓縮提高和擠流增加，使滯燃期明顯縮短，火焰?zhèn)鞑ニ俣仍黾?，因而采用推遲點火（上止點前6。），這也使爆燃不易產(chǎn)生，并有利于稀混合氣著火。HRCC燃燒室的燃油經(jīng)濟性明顯提高排污降低。碗形燃燒室已在波爾舍轎車發(fā)動機上得到應(yīng)用， TOP 924汽油機=12.5，與普通型比較，油耗降低1012。3、四氣門稀燃系統(tǒng) 高性能轎車汽油機大多采用每缸四個氣門，在其上進(jìn)一步發(fā)展稀混合氣燃燒，以降低油耗的排氣污染，這是很有前途的發(fā)展方向。典型的稀燃系統(tǒng)原理如圖4-65所示。兩個進(jìn)氣道分別通向兩個進(jìn)氣門，一個是平滑的直進(jìn)氣道，其上裝有控制進(jìn)氣的控制閥，另一個是產(chǎn)生渦流

31、的渦流進(jìn)氣道。在部分負(fù)荷工作時，控制閥關(guān)閉直進(jìn)氣道，進(jìn)氣只通過渦流進(jìn)氣道，高速渦流促使噴火的燃料細(xì)化與混合，且一部分氣體高速流經(jīng)連接通道進(jìn)入直氣道，使其中的燃油霧化，從而保證低負(fù)荷時氣流的高速運動及均勻混合氣的形成，加速了燃燒。在高負(fù)荷時。打開控制閥，兩進(jìn)氣道同時進(jìn)氣，由于油束霧化好再加上渦流作用，亦可改善高負(fù)荷時混合氣的形成和燃燒。為了充分利用稀燃界限，發(fā)動機應(yīng)盡可能接近稀燃極限運行，因此必須裝置檢測稀燃界限的傳感器。傳感器種類很多，例如裝燃燒壓力傳感器，精確檢測燃燒壓力的變動，然后調(diào)節(jié)各缸供油量，使空燃比接近稀燃界限，這常稱為稀燃極限控制。四、分層給氣式燃燒室（缸內(nèi)噴射）（一）分層給氣燃燒

32、汽油是揮發(fā)性好而較難自燃的燃料，汽油機一直采用均質(zhì)混合氣并用外源點燃的燃燒方式，如前面所述。這樣就存在兩個問題：1、工作時混合氣濃度范圍窄，=0.6l.2（AF=918），并且常在1的濃混合氣下工作，必然使汽油機經(jīng)濟性差，并生成大量CO。2、理論和實踐都已證明，提高壓縮比是提高汽油機熱效率最有效的辦法，但受到不正常燃燒和排氣污染的限制。目前汽油機的有效熱效率遠(yuǎn)不如柴油機。為了解決汽油機經(jīng)濟性和排氣污染問題，提出了新的燃燒方式分層給氣燃燒。分層給氣燃燒的基本原則是：1、由量調(diào)節(jié)改成質(zhì)調(diào)節(jié)，總的空燃比AF可以很大。2、混合氣在氣缸中分層，在火花塞附近為濃混合氣，AF=1214，保證在火花塞附近形成

33、穩(wěn)定的著火核心，并由此向可燃混合氣傳播火焰。根據(jù)試驗，在兩個試管內(nèi)分別充入AF18的混合氣，在分層充氣的管內(nèi)，其燃燒速度比均勻充氣的管高出兩倍，最后燃燒部分混合氣的AF達(dá)60時還可以引燃。因此，汽油機分層給氣燃燒采用的是稀薄的不均勻混合氣，由外源點燃的燃燒方式。其特點為：1、低負(fù)荷時不需使用過濃的混合氣，從而改善了低負(fù)荷時的經(jīng)濟性，并減少了CO及HC的排放量。2、如果用缸內(nèi)噴射，可使?jié)M負(fù)荷時混合氣的自燃可能性小，因而可提高壓縮比。3、對燃料要求可以降低。從理論上分析，分層給氣燃燒是有一定發(fā)展?jié)摿Φ娜紵绞?。（二）分層給氣燃燒室 按照燃燒室形式，分層給氣可分成統(tǒng)一式燃燒室和具有副定式燃燒室兩類。

34、下面介紹三個典型例子。 1、美德士古燃燒系統(tǒng)（Texaco controlled combustion Process） TCCS燃燒室它是汽油噴射統(tǒng)一式的類型，如圖4-67所示。氣流經(jīng)螺旋氣道或由導(dǎo)氣屏導(dǎo)向進(jìn)入氣缸，形成強烈的進(jìn)氣渦流運動。在壓縮上止點前30o曲軸轉(zhuǎn)角左右通過噴嘴（也可用柴油機常規(guī)單孔噴嘴），噴油壓力大約為2000kPa左右，將燃油順氣流噴火燃燒室，燃油隨著氣流流動，首先油束外表面的小油粒在噴油后很快蒸發(fā)形成可燃混合氣。火花塞位于油束下方的一個邊緣，這樣它正處于較濃混合氣的附近容易著火的位置。著火后火焰及燃?xì)怆S氣流擴展，燃燒散混合氣被空氣渦流帶離火花塞和噴嘴，新鮮空氣又被渦流帶到燃油噴射區(qū)域。這種燃燒系統(tǒng)并不一定利用氣缸中的全部空氣，小負(fù)荷時，燃燒產(chǎn)物擴展區(qū)域并不大，隨負(fù)荷增加，噴油持續(xù)期延長，燃燒產(chǎn)物的區(qū)域也