第五章 汽油機(jī)混合氣的形成和燃燒

1、第五章第五章 汽油機(jī)混合氣的形成和燃燒汽油機(jī)混合氣的形成和燃燒5-1 汽油機(jī)混合氣形成及熱功轉(zhuǎn)換特點(diǎn)汽油機(jī)混合氣形成及熱功轉(zhuǎn)換特點(diǎn)5-2 汽油機(jī)燃燒過(guò)程汽油機(jī)燃燒過(guò)程5-3 汽油機(jī)燃料噴射量的控制汽油機(jī)燃料噴射量的控制5-4 汽油機(jī)燃燒組織方式及燃燒室汽油機(jī)燃燒組織方式及燃燒室5-4 汽油機(jī)的有害排放物及其控制汽油機(jī)的有害排放物及其控制河河南南理理工工大大學(xué)學(xué)內(nèi)燃機(jī)實(shí)現(xiàn)熱功轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵問(wèn)題內(nèi)燃機(jī)實(shí)現(xiàn)熱功轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵問(wèn)題 ：混合氣形成方式：混合氣形成方式 著火方式著火方式 石油能源的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用，為內(nèi)燃機(jī)提供了能源石油能源的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用，為內(nèi)燃機(jī)提供了能源 汽油的特點(diǎn)，確定其混合氣形成方式和著火方式汽油

2、的特點(diǎn)，確定其混合氣形成方式和著火方式揮發(fā)性好揮發(fā)性好外部混合氣形成法外部混合氣形成法均勻可燃混合氣均勻可燃混合氣 點(diǎn)燃溫度低點(diǎn)燃溫度低強(qiáng)制點(diǎn)強(qiáng)制點(diǎn)燃燃火焰?zhèn)鞑ト紵鹧鎮(zhèn)鞑ト紵绞椒绞?問(wèn)題：限制壓縮比問(wèn)題：限制壓縮比過(guò)高均勻混合氣易爆燃；過(guò)高均勻混合氣易爆燃； 所以，熱效率低所以，熱效率低 5-1 汽油機(jī)混合氣形成及熱功轉(zhuǎn)換特點(diǎn)汽油機(jī)混合氣形成及熱功轉(zhuǎn)換特點(diǎn)河河南南理理工工大大學(xué)學(xué)一、外部混合氣形成特點(diǎn)一、外部混合氣形成特點(diǎn)燃料噴射方式分為：化油器和電控噴射兩種方式燃料噴射方式分為：化油器和電控噴射兩種方式1）化油器式混合氣形成原理及特點(diǎn)）化油器式混合氣形成原理及特點(diǎn)混合氣形成基本原理：混合

3、氣形成基本原理： 利用空氣動(dòng)力學(xué)利用空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)置喉管設(shè)置喉管加快氣流速度加快氣流速度 產(chǎn)生喉管真空度產(chǎn)生喉管真空度噴油；噴油；高速空氣高速空氣沖散、霧化、蒸發(fā)沖散、霧化、蒸發(fā) 喉管喉管浮子室浮子室高速氣流高速氣流河河南南理理工工大大學(xué)學(xué)這種混合氣形成方式存在的問(wèn)題：這種混合氣形成方式存在的問(wèn)題：喉管節(jié)流：進(jìn)氣阻力喉管節(jié)流：進(jìn)氣阻力 ，泵氣損失，泵氣損失 ， c ，結(jié)冰；，結(jié)冰；多缸機(jī)一個(gè)化油器：各缸進(jìn)氣支管不等長(zhǎng)，造成各多缸機(jī)一個(gè)化油器：各缸進(jìn)氣支管不等長(zhǎng)，造成各缸不均勻性較大；缸不均勻性較大； 空燃比控制精度空燃比控制精度 不能滿足現(xiàn)代節(jié)能與排放法規(guī)的要求不能滿足現(xiàn)代節(jié)能與排放法規(guī)的要求淘

4、汰淘汰 被電控汽油噴射技術(shù)替代被電控汽油噴射技術(shù)替代河河南南理理工工大大學(xué)學(xué)（1）汽車電子技術(shù)發(fā)展背景）汽車電子技術(shù)發(fā)展背景 社會(huì)要求：社會(huì)要求：2）電控汽油噴射（）電控汽油噴射（EFI）式混合氣形成）式混合氣形成航空技術(shù)的發(fā)展航空技術(shù)的發(fā)展化油器結(jié)冰成為致命缺陷化油器結(jié)冰成為致命缺陷1930年德國(guó)因戰(zhàn)爭(zhēng)需要著手開(kāi)發(fā)機(jī)械式噴射系統(tǒng)年德國(guó)因戰(zhàn)爭(zhēng)需要著手開(kāi)發(fā)機(jī)械式噴射系統(tǒng) 但燃料系統(tǒng)改成機(jī)械噴射式成本高，安裝不方便但燃料系統(tǒng)改成機(jī)械噴射式成本高，安裝不方便 為降低成本著手開(kāi)發(fā)電控式汽油噴射系統(tǒng)為降低成本著手開(kāi)發(fā)電控式汽油噴射系統(tǒng) 1945年洛杉磯煙霧事件；年洛杉磯煙霧事件；1960年制定年制定/1

5、965年實(shí)施排放年實(shí)施排放法規(guī)法規(guī)重視排放控制技術(shù)重視排放控制技術(shù)空燃比的控制精度空燃比的控制精度 1883年戴姆勒發(fā)明年戴姆勒發(fā)明 輕便快速汽油機(jī)輕便快速汽油機(jī)廣泛應(yīng)用廣泛應(yīng)用河河南南理理工工大大學(xué)學(xué) 技術(shù)支撐：技術(shù)支撐：半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用1948年晶體管發(fā)明，年晶體管發(fā)明，1957年實(shí)用化；年實(shí)用化；1958年發(fā)明集年發(fā)明集成（成（IC）電路）電路促進(jìn)汽車電子技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)汽車電子技術(shù)的發(fā)展 1970年后基于美國(guó)發(fā)布安全、排放、油耗三大法規(guī)；年后基于美國(guó)發(fā)布安全、排放、油耗三大法規(guī)； 1971年微機(jī)問(wèn)世年微機(jī)問(wèn)世使汽車電子控制技術(shù)迅速發(fā)展使汽車電子控制技術(shù)迅速發(fā)展

6、 1972年博世公司開(kāi)發(fā)年博世公司開(kāi)發(fā)L-J型質(zhì)量流量式電控汽油噴射系統(tǒng)型質(zhì)量流量式電控汽油噴射系統(tǒng) 1976年年GM公司率先將微機(jī)技術(shù)應(yīng)用于點(diǎn)火時(shí)期的控制上公司率先將微機(jī)技術(shù)應(yīng)用于點(diǎn)火時(shí)期的控制上控制技術(shù)由模擬控制向數(shù)字控制化發(fā)展控制技術(shù)由模擬控制向數(shù)字控制化發(fā)展 1977年日產(chǎn)年日產(chǎn)/豐田實(shí)現(xiàn)用氧傳感器對(duì)空燃比的反饋控制豐田實(shí)現(xiàn)用氧傳感器對(duì)空燃比的反饋控制 1980年三菱電機(jī)公司推出卡門(mén)渦式空氣流量計(jì)；年三菱電機(jī)公司推出卡門(mén)渦式空氣流量計(jì)；1981年博世年博世/日立制作所推出熱線式空氣流量計(jì)日立制作所推出熱線式空氣流量計(jì) 電控汽油噴射技術(shù)逐漸成熟電控汽油噴射技術(shù)逐漸成熟河河南南理理工工大大

7、學(xué)學(xué)電控汽油噴射的主要優(yōu)點(diǎn)：電控汽油噴射的主要優(yōu)點(diǎn)：1提高了控制自由度。提高了控制自由度。減小進(jìn)氣阻力，改善各減小進(jìn)氣阻力，改善各缸均勻性；進(jìn)氣管設(shè)計(jì)可按動(dòng)力性要求設(shè)計(jì)缸均勻性；進(jìn)氣管設(shè)計(jì)可按動(dòng)力性要求設(shè)計(jì)最最大限度地提高充氣效率。大限度地提高充氣效率。2提高空燃比的控制精度。提高空燃比的控制精度。改善經(jīng)濟(jì)性，且配改善經(jīng)濟(jì)性，且配合三效催化轉(zhuǎn)化器的應(yīng)用，有效凈化尾氣排放。合三效催化轉(zhuǎn)化器的應(yīng)用，有效凈化尾氣排放。3因汽油噴射霧化，改善混合氣形成條件。故改因汽油噴射霧化，改善混合氣形成條件。故改善發(fā)動(dòng)機(jī)加減速等過(guò)渡工況響應(yīng)性和冷起動(dòng)性。善發(fā)動(dòng)機(jī)加減速等過(guò)渡工況響應(yīng)性和冷起動(dòng)性。在現(xiàn)代汽車中占主導(dǎo)

8、地位在現(xiàn)代汽車中占主導(dǎo)地位河河南南理理工工大大學(xué)學(xué)（2）電控汽油噴射（）電控汽油噴射（EFI）式混合氣形成特點(diǎn)）式混合氣形成特點(diǎn)進(jìn)入氣缸的空氣量和燃料量分別控制：進(jìn)入氣缸的空氣量和燃料量分別控制： 空氣量空氣量空氣流量計(jì)空氣流量計(jì)駕駛員控制；駕駛員控制； 燃料噴射量燃料噴射量目標(biāo)空燃比目標(biāo)空燃比ECU控制?？刂?。電控汽油噴射需要解決的主要問(wèn)題：電控汽油噴射需要解決的主要問(wèn)題： 根據(jù)不同工況下進(jìn)入氣缸的空氣量，如何根據(jù)不同工況下進(jìn)入氣缸的空氣量，如何精確控制燃料噴射量精確控制燃料噴射量控制最佳混合氣濃度。控制最佳混合氣濃度。 關(guān)鍵問(wèn)題：關(guān)鍵問(wèn)題： 確定不同工況下的目標(biāo)空燃比；確定不同工況下的目標(biāo)

9、空燃比； 精確控制燃料噴射量。精確控制燃料噴射量。 需要精確測(cè)量進(jìn)入氣缸的空氣量需要精確測(cè)量進(jìn)入氣缸的空氣量 河河南南理理工工大大學(xué)學(xué) 電控汽油噴射系統(tǒng)對(duì)混合氣的控制主要體現(xiàn)在：電控汽油噴射系統(tǒng)對(duì)混合氣的控制主要體現(xiàn)在： 由臺(tái)架試驗(yàn)由臺(tái)架試驗(yàn),事先確定不同工況對(duì)應(yīng)的最佳空然比及其事先確定不同工況對(duì)應(yīng)的最佳空然比及其影響因素影響因素制成控制脈譜圖，存儲(chǔ)于制成控制脈譜圖，存儲(chǔ)于ECU的的ROM中。中。 由專門(mén)進(jìn)氣流量測(cè)量裝置，測(cè)量每一工況進(jìn)入氣缸的由專門(mén)進(jìn)氣流量測(cè)量裝置，測(cè)量每一工況進(jìn)入氣缸的空氣量，作為控制噴油量的主要依據(jù)?？諝饬?，作為控制噴油量的主要依據(jù)。 ECU根據(jù)傳感器信息，判斷演算工況、

10、目標(biāo)空燃比、根據(jù)傳感器信息，判斷演算工況、目標(biāo)空燃比、燃油噴射量；燃油噴射量；控制噴油器通電脈寬，按一定噴射壓控制噴油器通電脈寬，按一定噴射壓力噴射霧化，完成混合氣的形成過(guò)程。力噴射霧化，完成混合氣的形成過(guò)程。 質(zhì)量流量計(jì)、進(jìn)氣壓力傳感器質(zhì)量流量計(jì)、進(jìn)氣壓力傳感器/ /溫度傳感器以及轉(zhuǎn)速傳感器溫度傳感器以及轉(zhuǎn)速傳感器河河南南理理工工大大學(xué)學(xué)由控制目的不同，由控制目的不同，GDI系統(tǒng)混合氣形成特點(diǎn)不同：系統(tǒng)混合氣形成特點(diǎn)不同：用三效催化轉(zhuǎn)化器降低排放角度用三效催化轉(zhuǎn)化器降低排放角度均質(zhì)的理論混均質(zhì)的理論混合氣為控制目的時(shí)：進(jìn)氣過(guò)程某一時(shí)刻噴油，利用合氣為控制目的時(shí)：進(jìn)氣過(guò)程某一時(shí)刻噴油，利用缸內(nèi)

11、適當(dāng)氣流形成均勻混合氣。缸內(nèi)適當(dāng)氣流形成均勻混合氣。 控制法與控制法與PFI同同以節(jié)能為目的組織稀薄燃燒過(guò)程時(shí)，需要在氣缸以節(jié)能為目的組織稀薄燃燒過(guò)程時(shí)，需要在氣缸內(nèi)形成內(nèi)形成A/F的梯度分布的梯度分布 缸內(nèi)滾流缸內(nèi)滾流+噴射時(shí)刻（壓噴射時(shí)刻（壓縮）；噴射壓力為縮）；噴射壓力為25MPa的旋流式噴油器的旋流式噴油器GDI混合氣形成特點(diǎn)：混合氣形成特點(diǎn)：無(wú)進(jìn)氣道黏附油膜現(xiàn)象，無(wú)進(jìn)氣道黏附油膜現(xiàn)象，節(jié)省額外耗油，節(jié)省額外耗油， 起動(dòng)性、響應(yīng)性及起動(dòng)性、響應(yīng)性及A/F的的精確精確控制控制 缸內(nèi)霧化、氣化吸熱缸內(nèi)霧化、氣化吸熱有利于有利于 充氣效率。充氣效率。二、缸內(nèi)直噴（二、缸內(nèi)直噴（GDI）式混合

12、氣形成）式混合氣形成河河南南理理工工大大學(xué)學(xué)三、空燃比與發(fā)動(dòng)機(jī)性能的關(guān)系三、空燃比與發(fā)動(dòng)機(jī)性能的關(guān)系 1）空燃比對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響）空燃比對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響理論上：理論上： a=1時(shí)完全燃燒，時(shí)完全燃燒，實(shí)際上：實(shí)際上： a=1.031.1時(shí)接近完全燃燒時(shí)接近完全燃燒 因缸內(nèi)混因缸內(nèi)混 合氣非均勻；殘余廢氣稀釋作用直接影響燃燒。合氣非均勻；殘余廢氣稀釋作用直接影響燃燒。 稱此混合氣為經(jīng)濟(jì)混合氣稱此混合氣為經(jīng)濟(jì)混合氣 ab。 a1.031.1時(shí)：富氧，可完全燃燒；但燃料密度小，時(shí)：富氧，可完全燃燒；但燃料密度小，放熱少，燃燒壓力和溫度低，燃燒速度放熱少，燃燒壓力和溫度低，燃燒速度動(dòng)力性、動(dòng)力性、

13、經(jīng)濟(jì)性下降，經(jīng)濟(jì)性下降，NOx排放也降低。排放也降低。河河南南理理工工大大學(xué)學(xué) a =1.31.4時(shí)：混合氣過(guò)稀，燃料分子間距增大；時(shí)：混合氣過(guò)稀，燃料分子間距增大； 氧化速率氧化速率 ，放熱，放熱散熱散熱 熱量不能積累；熱量不能積累； 火焰難傳播而熄火?；鹧骐y傳播而熄火。 稱該空燃比為著火下限。稱該空燃比為著火下限。 a =0.80.9時(shí)：燃料密度相對(duì)較高，氧氣濃度足夠時(shí)：燃料密度相對(duì)較高，氧氣濃度足夠 燃燒速率最快，熱損失最小燃燒速率最快，熱損失最小 動(dòng)力性最好。動(dòng)力性最好。 稱此混合氣為功率混合氣稱此混合氣為功率混合氣 aP。 但但因不完全燃燒因不完全燃燒 、CO、HC t河河南南理理工

14、工大大學(xué)學(xué) a40mJ; 作用：形成火焰中心作用：形成火焰中心使火焰?zhèn)鞑?。使火焰?zhèn)鞑ァ?要求：盡可能短、穩(wěn)定。要求：盡可能短、穩(wěn)定。 影響因素：燃料特性和影響因素：燃料特性和 a， 缸內(nèi)缸內(nèi)T、p，氣流強(qiáng)度，氣流強(qiáng)度， 點(diǎn)火能量，殘余廢氣量點(diǎn)火能量，殘余廢氣量河河南南理理工工大大學(xué)學(xué)(1) 燃料特性和燃料特性和 a：碳鏈長(zhǎng)的烷烴類成分越多，自碳鏈長(zhǎng)的烷烴類成分越多，自然性越好，然性越好， i越短。當(dāng)越短。當(dāng) a=0.80.9時(shí)時(shí)，反應(yīng)速率，反應(yīng)速率最快，最快， i最短。最短。 (2)點(diǎn)火時(shí)刻氣缸內(nèi)的點(diǎn)火時(shí)刻氣缸內(nèi)的p和和T： 越高，越高，p( )和和T越高越高反應(yīng)速度越快反應(yīng)速度越快 i 。但

15、。但 受爆震限制。受爆震限制。(3) r：殘余廢氣是惰性氣體，其熱容高。殘余廢氣是惰性氣體，其熱容高。 r ，化，化學(xué)反應(yīng)速度學(xué)反應(yīng)速度 ， i 。(4)缸內(nèi)氣流強(qiáng)度：缸內(nèi)氣流缸內(nèi)氣流強(qiáng)度：缸內(nèi)氣流使使火焰中心偏離電火焰中心偏離電極間隙處?；鸹ㄈ浇鼩饬鬟^(guò)強(qiáng)，火焰中心散熱損極間隙處?；鸹ㄈ浇鼩饬鬟^(guò)強(qiáng)，火焰中心散熱損失就增加，失就增加， i 。河河南南理理工工大大學(xué)學(xué)(5)點(diǎn)火能量：點(diǎn)火能量： 點(diǎn)火能量，電極間隙處的混合氣更點(diǎn)火能量，電極間隙處的混合氣更容易擊穿而導(dǎo)通容易擊穿而導(dǎo)通i 。p 蓄電池蓄電池-點(diǎn)火線圈式點(diǎn)火系統(tǒng)的點(diǎn)火能量：與初級(jí)點(diǎn)火線圈式點(diǎn)火系統(tǒng)的點(diǎn)火能量：與初級(jí)電流切斷之前初級(jí)線

16、圈所儲(chǔ)蓄的能量電流切斷之前初級(jí)線圈所儲(chǔ)蓄的能量E成正比。即成正比。即 2211iLE )1 (1111tLReRVi其中，其中，L1：初級(jí)線圈自感系數(shù)；：初級(jí)線圈自感系數(shù)；i1：初級(jí)電流：初級(jí)電流 ； V：線圈兩端電壓，：線圈兩端電壓，R1：初級(jí)線圈的阻抗；：初級(jí)線圈的阻抗； t：通電時(shí)間：通電時(shí)間 河河南南理理工工大大學(xué)學(xué)第第II階段：明顯燃燒期，從階段：明顯燃燒期，從2點(diǎn)點(diǎn)p最高最高(3)點(diǎn)點(diǎn) 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 火焰?zhèn)鞅檎麄€(gè)燃燒室火焰?zhèn)鞅檎麄€(gè)燃燒室 火焰?zhèn)鞑ニ俣热Q于：層流火焰速度；火焰?zhèn)鞑ニ俣热Q于：層流火焰速度； 混合氣紊流狀態(tài)；混合氣紊流狀態(tài)； 燃燒室形狀。燃燒室形狀。 壓力急劇升高，用

17、壓力升高率評(píng)價(jià)：壓力急劇升高，用壓力升高率評(píng)價(jià)： 明顯燃燒期越短，燃燒越快明顯燃燒期越短，燃燒越快(等容等容)，經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性，經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性愈好；但愈好；但dp/d 高高噪聲振動(dòng)大，粗暴。噪聲振動(dòng)大，粗暴。/25. 017. 0MPaddp河河南南理理工工大大學(xué)學(xué)第三階段：后燃期，第三階段：后燃期，3點(diǎn)點(diǎn)4點(diǎn)，前階段未燃分解物點(diǎn)，前階段未燃分解物在膨脹過(guò)程中再次氧化的過(guò)程。在膨脹過(guò)程中再次氧化的過(guò)程。 來(lái)源：缸壁附近，縫隙處，高溫分解物等來(lái)源：缸壁附近，縫隙處，高溫分解物等 后燃越多，排溫越高；熱效率后燃越多，排溫越高；熱效率 要求：盡量減少。要求：盡量減少。河河南南理理工工大大學(xué)學(xué)p燃燒過(guò)

18、程的主要參數(shù)：燃燒過(guò)程的主要參數(shù)： 1pz及其對(duì)應(yīng)曲軸轉(zhuǎn)角及其對(duì)應(yīng)曲軸轉(zhuǎn)角&Tz及其對(duì)應(yīng)曲軸轉(zhuǎn)角及其對(duì)應(yīng)曲軸轉(zhuǎn)角, pz和和Tz代表燃燒過(guò)程中的機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)荷；代表燃燒過(guò)程中的機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)荷； 對(duì)應(yīng)曲軸轉(zhuǎn)角位置對(duì)應(yīng)曲軸轉(zhuǎn)角位置評(píng)價(jià)燃燒過(guò)程組織是否及時(shí)評(píng)價(jià)燃燒過(guò)程組織是否及時(shí)2(dp/d )max及其對(duì)應(yīng)曲軸轉(zhuǎn)角及其對(duì)應(yīng)曲軸轉(zhuǎn)角& (dQ/d )max及其對(duì)及其對(duì)應(yīng)曲軸轉(zhuǎn)角：主要表明燃燒速率的控制情況。應(yīng)曲軸轉(zhuǎn)角：主要表明燃燒速率的控制情況。3放熱率曲線面心對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角：表明放熱規(guī)律放熱率曲線面心對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角：表明放熱規(guī)律的控制情況。即的控制情況。即ddddddebebB

19、BcQQ越小越小燃燒越靠近燃燒越靠近上止點(diǎn)，定容度和上止點(diǎn)，定容度和熱效率就越高熱效率就越高河河南南理理工工大大學(xué)學(xué)1層流火焰?zhèn)鞑ニ俣葘恿骰鹧鎮(zhèn)鞑ニ俣萐L 指火焰前鋒面相對(duì)未燃混合氣的相對(duì)速度指火焰前鋒面相對(duì)未燃混合氣的相對(duì)速度影響影響混合氣的質(zhì)量燃燒速度?；旌蠚獾馁|(zhì)量燃燒速度。 p 質(zhì)量燃燒速度：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)燃燒的混合氣質(zhì)量質(zhì)量燃燒速度：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)燃燒的混合氣質(zhì)量 主要控制明顯燃燒期。主要控制明顯燃燒期。TLTASdtdm：火火焰焰前前鋒鋒面面積積：火火焰焰速速度度；未未燃燃混混合合氣氣密密度度：TLTAS；（二）火焰?zhèn)鞑ニ俣龋ǘ┗鹧鎮(zhèn)鞑ニ俣群雍幽夏侠砝砉すご蟠髮W(xué)學(xué)p影響影響SL的主要因素：

20、的主要因素： 燃料特性、氣缸內(nèi)壓力和溫度狀態(tài)。燃料特性、氣缸內(nèi)壓力和溫度狀態(tài)。用經(jīng)驗(yàn)公式表示，即用經(jīng)驗(yàn)公式表示，即 3 .1012880pTSSuLL20)21. 11 (9 .545 .30aaLS)1 (8 . 08 .21aa16. 0)1 (22. 0aa其中，其中， a：過(guò)量空氣系數(shù)；：過(guò)量空氣系數(shù)； p、Tu:分別為火焰前鋒面未燃?xì)怏w壓力和溫度分別為火焰前鋒面未燃?xì)怏w壓力和溫度 河河南南理理工工大大學(xué)學(xué) a =0.80.9時(shí)，時(shí)， UT max; 功率最大功率最大功率混合氣功率混合氣 a =1.051.15時(shí)，時(shí)，UT降低不多降低不多 且有足夠氧，促進(jìn)完全燃燒且有足夠氧，促進(jìn)完全燃

21、燒 經(jīng)濟(jì)性最好經(jīng)濟(jì)性最好經(jīng)濟(jì)混合氣經(jīng)濟(jì)混合氣 a過(guò)大，過(guò)大， SL太慢，熱效率低太慢，熱效率低 a 1.31.4時(shí)，不能傳播，火焰?zhèn)鞑ハ孪?；時(shí)，不能傳播，火焰?zhèn)鞑ハ孪蓿?a t2t1：點(diǎn)火開(kāi)始到火焰?zhèn)鞑サ侥┒藲怏w所需時(shí)間；：點(diǎn)火開(kāi)始到火焰?zhèn)鞑サ侥┒藲怏w所需時(shí)間；t2：點(diǎn)火開(kāi)始到末端氣體自燃所經(jīng)歷時(shí)間。：點(diǎn)火開(kāi)始到末端氣體自燃所經(jīng)歷時(shí)間。一切使一切使t1延長(zhǎng)、延長(zhǎng)、t2縮短的因素，均使爆燃傾向縮短的因素，均使爆燃傾向 外部現(xiàn)象：金屬敲擊聲外部現(xiàn)象：金屬敲擊聲沖擊波撞擊缸壁；沖擊波撞擊缸壁； 冷卻系過(guò)熱冷卻系過(guò)熱破壞缸壁表面覆面層破壞缸壁表面覆面層正常燃燒正常燃燒輕微爆燃輕微爆燃嚴(yán)重爆燃嚴(yán)重爆燃河

22、河南南理理工工大大學(xué)學(xué)影響爆燃因素：影響爆燃因素：燃料的性質(zhì)：辛烷值高，抗爆性強(qiáng)燃料的性質(zhì)：辛烷值高，抗爆性強(qiáng)末端氣體狀態(tài)：末端氣體狀態(tài)：p、T高，易自燃高，易自燃爆燃傾向爆燃傾向 ；如壓縮比如壓縮比 或增壓或增壓負(fù)荷轉(zhuǎn)速：負(fù)荷轉(zhuǎn)速：n ，傳播速度，傳播速度 ，爆燃傾向爆燃傾向 ； 低速大負(fù)荷低速大負(fù)荷相反，相反，爆燃傾向爆燃傾向 缸徑缸徑D：D ，傳播距離長(zhǎng)，傳播距離長(zhǎng)，爆燃傾向爆燃傾向 。 故汽油機(jī)限制大缸徑發(fā)動(dòng)機(jī)故汽油機(jī)限制大缸徑發(fā)動(dòng)機(jī) 功率覆蓋范圍受限制。功率覆蓋范圍受限制。河河南南理理工工大大學(xué)學(xué)2）表面點(diǎn)火）表面點(diǎn)火熾熱表面：排氣門(mén)熾熱表面：排氣門(mén)/火花塞裙火花塞裙部部/積炭等沉積

23、物。積炭等沉積物。特點(diǎn)：點(diǎn)火時(shí)刻不可控制。特點(diǎn)：點(diǎn)火時(shí)刻不可控制。早燃：表面點(diǎn)火發(fā)生在正常早燃：表面點(diǎn)火發(fā)生在正常 點(diǎn)火之前；點(diǎn)火之前； 工作粗暴，誘發(fā)爆燃；工作粗暴，誘發(fā)爆燃； 無(wú)壓力沖擊波，低頻沉悶聲。無(wú)壓力沖擊波，低頻沉悶聲。后燃：表面點(diǎn)火發(fā)生在正常后燃：表面點(diǎn)火發(fā)生在正常 點(diǎn)火之后。點(diǎn)火之后。 指不依靠火花塞點(diǎn)火，而是由燃燒室內(nèi)部熾熱表面指不依靠火花塞點(diǎn)火，而是由燃燒室內(nèi)部熾熱表面點(diǎn)燃混合氣的現(xiàn)象。點(diǎn)燃混合氣的現(xiàn)象。河河南南理理工工大大學(xué)學(xué)1）空燃比）空燃比 a a=0.80.9時(shí)，燃燒速度最大時(shí)，燃燒速度最大 Pe、Tz、dp/d Max; a=1.051.15時(shí)，完全燃燒，時(shí)，完全

24、燃燒， beMin，NOxMax； a1時(shí)時(shí)，O2不足，不足，CO ； a1.15時(shí)，燃燒速度慢，時(shí)，燃燒速度慢，部分燃料來(lái)不及完全燃燒部分燃料來(lái)不及完全燃燒; be ，HC 四、使用因素對(duì)燃燒過(guò)程的影響四、使用因素對(duì)燃燒過(guò)程的影響結(jié)論：均質(zhì)混合氣結(jié)論：均質(zhì)混合氣 a對(duì)對(duì)燃燒過(guò)燃燒過(guò)程影響很大，必須嚴(yán)格控制。程影響很大，必須嚴(yán)格控制。河河南南理理工工大大學(xué)學(xué)2）點(diǎn)火提前角：）點(diǎn)火提前角： 指火花塞點(diǎn)火時(shí)刻到上止點(diǎn)的曲軸轉(zhuǎn)角。指火花塞點(diǎn)火時(shí)刻到上止點(diǎn)的曲軸轉(zhuǎn)角。 不同點(diǎn)火提前角對(duì)燃燒過(guò)程影響：不同點(diǎn)火提前角對(duì)燃燒過(guò)程影響： 即每一工況存在最佳點(diǎn)火提前角即每一工況存在最佳點(diǎn)火提前角隨工況變化隨工況

25、變化最佳點(diǎn)火提前角：最佳點(diǎn)火提前角： Pe Max； be Min； 示功圖面積最大。示功圖面積最大。eePBb/1000河河南南理理工工大大學(xué)學(xué)最佳點(diǎn)火時(shí)刻的確定方法最佳點(diǎn)火時(shí)刻的確定方法點(diǎn)火調(diào)整特性。點(diǎn)火調(diào)整特性。點(diǎn)火過(guò)早點(diǎn)火過(guò)早：壓縮負(fù)功：壓縮負(fù)功 ，pz ,T ,易爆燃；易爆燃；點(diǎn)火過(guò)遲點(diǎn)火過(guò)遲：燃燒過(guò)程在膨脹線上延遲：燃燒過(guò)程在膨脹線上延遲傳熱傳熱 ， 排溫排溫 熱效率熱效率 3）負(fù)荷增加，節(jié)氣門(mén)開(kāi)度）負(fù)荷增加，節(jié)氣門(mén)開(kāi)度 ，m1 ， r減??；減?。?燃燒條件得到改善，燃燒所需時(shí)間燃燒條件得到改善，燃燒所需時(shí)間t縮短縮短 對(duì)應(yīng)曲軸轉(zhuǎn)角減小對(duì)應(yīng)曲軸轉(zhuǎn)角減小最佳點(diǎn)火提前角最佳點(diǎn)火提前角

26、。但隨負(fù)荷增大，缸壓和溫度升高，爆燃傾向增加。但隨負(fù)荷增大，缸壓和溫度升高，爆燃傾向增加。 =6nt河河南南理理工工大大學(xué)學(xué)4）轉(zhuǎn)速）轉(zhuǎn)速n：n ，缸內(nèi)湍流強(qiáng)度，缸內(nèi)湍流強(qiáng)度 ，火焰?zhèn)鞑ニ俣?，火焰?zhèn)鞑ニ俣?； 燃燒過(guò)程所占時(shí)間燃燒過(guò)程所占時(shí)間t縮短；縮短； 爆燃傾向爆燃傾向 。 但由但由 =6nt；隨；隨n ，t變化量很小，而變化量很小，而 ； 最佳點(diǎn)火提前角最佳點(diǎn)火提前角 。河河南南理理工工大大學(xué)學(xué)5.3 汽油機(jī)燃料噴射量的控制汽油機(jī)燃料噴射量的控制混合氣形成方式：化油器，電控汽油噴系統(tǒng)：混合氣形成方式：化油器，電控汽油噴系統(tǒng)：一、電控汽油噴射系統(tǒng)一、電控汽油噴射系統(tǒng)(EFI)1） EFI

27、(Electronic Fuel Injection)的分類：的分類： 根據(jù)進(jìn)氣量的測(cè)試方式：分為三種：根據(jù)進(jìn)氣量的測(cè)試方式：分為三種： 質(zhì)量流量式質(zhì)量流量式 速度密度式：速度密度式： 節(jié)氣門(mén)節(jié)氣門(mén)-速度式速度式 ： 熱線熱線/熱膜式熱膜式 卡門(mén)渦式卡門(mén)渦式 板式板式直接測(cè)量進(jìn)直接測(cè)量進(jìn)氣質(zhì)量流量氣質(zhì)量流量由由n和進(jìn)氣壓力推和進(jìn)氣壓力推測(cè)進(jìn)氣流量測(cè)進(jìn)氣流量 節(jié)氣門(mén)開(kāi)度和節(jié)氣門(mén)開(kāi)度和n推測(cè)進(jìn)氣流量推測(cè)進(jìn)氣流量 河河南南理理工工大大學(xué)學(xué)根據(jù)噴射位置：分為兩種根據(jù)噴射位置：分為兩種 缸內(nèi)直噴式（缸內(nèi)直噴式（GDI） 進(jìn)氣管噴射式（進(jìn)氣管噴射式（PFI）：）： 根據(jù)噴油器的安裝位置，根據(jù)噴油器的安裝位

28、置，PFI又分為又分為 單點(diǎn)噴射（單點(diǎn)噴射（SPI）淘汰淘汰 多點(diǎn)噴射（多點(diǎn)噴射（MPI） 主流主流 噴油器受燃?xì)獾母邷?、噴油器受燃?xì)獾母邷?、高壓的影響，而且在結(jié)高壓的影響，而且在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及布置上要求構(gòu)設(shè)計(jì)以及布置上要求保證噴油器的安裝空間保證噴油器的安裝空間各缸噴油器獨(dú)立各缸噴油器獨(dú)立進(jìn)氣管設(shè)計(jì)自進(jìn)氣管設(shè)計(jì)自由度大由度大改善各缸均勻性改善各缸均勻性 河河南南理理工工大大學(xué)學(xué)間歇式電控汽油噴射系統(tǒng)分類：間歇式電控汽油噴射系統(tǒng)分類：根據(jù)噴射時(shí)期：分為同期噴射和非同期噴射根據(jù)噴射時(shí)期：分為同期噴射和非同期噴射 p同期噴射：噴射時(shí)刻由曲軸轉(zhuǎn)角位置確定同期噴射：噴射時(shí)刻由曲軸轉(zhuǎn)角位置確定因此因此與發(fā)

29、動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速同步；與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速同步； 包括：順序噴射、同時(shí)噴射、分組噴射。包括：順序噴射、同時(shí)噴射、分組噴射。p非同期噴射：噴射時(shí)刻與曲軸轉(zhuǎn)角位置無(wú)關(guān)的一非同期噴射：噴射時(shí)刻與曲軸轉(zhuǎn)角位置無(wú)關(guān)的一種隨機(jī)性噴射方式種隨機(jī)性噴射方式用于起動(dòng)、怠速或急加速等用于起動(dòng)、怠速或急加速等工況，工況， 過(guò)渡響應(yīng)特性過(guò)渡響應(yīng)特性 。 根據(jù)噴射壓力根據(jù)噴射壓力分為分為：高壓噴射：高壓噴射: 200kPa 低壓噴射：低壓噴射：設(shè)定值時(shí)修正。設(shè)定值時(shí)修正。修正條件修正條件河河南南理理工工大大學(xué)學(xué)FTW：當(dāng)負(fù)荷變化率相：當(dāng)負(fù)荷變化率相同時(shí)，若同時(shí)，若TW不同，因油不同，因油膜蒸發(fā)量不同，膜蒸發(fā)量不同， a不同，不同，故，

30、需故，需修正。修正。 減速修正系數(shù)減速修正系數(shù) FDC：原因：減速時(shí)，隨節(jié)氣門(mén)開(kāi)度原因：減速時(shí)，隨節(jié)氣門(mén)開(kāi)度 ，進(jìn)氣量，進(jìn)氣量 ，進(jìn)氣壓力，進(jìn)氣壓力 ，管，管內(nèi)壁表面油膜蒸發(fā)內(nèi)壁表面油膜蒸發(fā) ， a變濃變濃 22THWDLDCFFF修正方法：與修正方法：與FAC相反相反修正區(qū)及方向修正區(qū)及方向河河南南理理工工大大學(xué)學(xué)氧傳感器反饋修正系數(shù)氧傳感器反饋修正系數(shù)FO： 原因：汽油機(jī)用三效催化裝置只在原因：汽油機(jī)用三效催化裝置只在 a=1附近，才能附近，才能同時(shí)凈化同時(shí)凈化CO、HC和和NOx三項(xiàng)有害排放物。三項(xiàng)有害排放物。故，用故，用O2傳感器反饋控制傳感器反饋控制 a=1，提高，提高 a的控制精度

31、的控制精度。ZnO2氧傳感氧傳感器輸出特性器輸出特性 修正方法：修正方法： a=1的正確判定的正確判定ECU反饋控制。反饋控制。反饋控制反饋控制目標(biāo)目標(biāo)A/F河河南南理理工工大大學(xué)學(xué) 學(xué)習(xí)控制修正系數(shù)學(xué)習(xí)控制修正系數(shù)FL： 原因：因發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)原因：因發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期使用一些零部件磨期使用一些零部件磨損等使反饋控制的空損等使反饋控制的空燃比偏離目標(biāo)值的部燃比偏離目標(biāo)值的部分，分， 控制精度控制精度 修正方法：三過(guò)程修正方法：三過(guò)程a)學(xué)習(xí)過(guò)程：確定學(xué)習(xí)過(guò)程：確定量量b)記憶過(guò)程：記憶記憶過(guò)程：記憶c)實(shí)施過(guò)程：修正實(shí)施過(guò)程：修正河河南南理理工工大大學(xué)學(xué)學(xué)習(xí)控制效果：學(xué)習(xí)控制效果：過(guò)渡工況：反饋控過(guò)渡工況

32、：反饋控制無(wú)學(xué)習(xí)控制時(shí)制無(wú)學(xué)習(xí)控制時(shí)加學(xué)習(xí)控制加學(xué)習(xí)控制反饋控制響應(yīng)性慢：積分速率百分之幾秒數(shù)量級(jí)；反饋控制響應(yīng)性慢：積分速率百分之幾秒數(shù)量級(jí)；發(fā)動(dòng)機(jī)高速過(guò)渡工況以幾十毫秒數(shù)量級(jí)變化；不能發(fā)動(dòng)機(jī)高速過(guò)渡工況以幾十毫秒數(shù)量級(jí)變化；不能實(shí)現(xiàn)理論空燃比的反饋控制。實(shí)現(xiàn)理論空燃比的反饋控制。學(xué)習(xí)控制：響應(yīng)迅速，可實(shí)現(xiàn)理論空燃比控制學(xué)習(xí)控制：響應(yīng)迅速，可實(shí)現(xiàn)理論空燃比控制 河河南南理理工工大大學(xué)學(xué) 大負(fù)荷高轉(zhuǎn)速增量修正系數(shù)大負(fù)荷高轉(zhuǎn)速增量修正系數(shù)FH：原因：大負(fù)荷時(shí)，要求輸出最大轉(zhuǎn)矩原因：大負(fù)荷時(shí)，要求輸出最大轉(zhuǎn)矩需要功率需要功率混合氣混合氣 a=0.850.95 。 修正方法：由節(jié)氣門(mén)開(kāi)度傳感器判斷全

33、負(fù)荷狀態(tài)；修正方法：由節(jié)氣門(mén)開(kāi)度傳感器判斷全負(fù)荷狀態(tài)； 開(kāi)度開(kāi)度80%（設(shè)定值）時(shí)，停止反饋控制；（設(shè)定值）時(shí)，停止反饋控制； 取取FH=1.18，并開(kāi)環(huán)控制。，并開(kāi)環(huán)控制。河河南南理理工工大大學(xué)學(xué)三、速度密度式三、速度密度式 1進(jìn)氣量的推測(cè)原理進(jìn)氣量的推測(cè)原理 由充氣效率定義：進(jìn)入氣缸的空氣質(zhì)量：由充氣效率定義：進(jìn)入氣缸的空氣質(zhì)量：vhaVGRTp/進(jìn)氣管空氣密度：進(jìn)氣管空氣密度：vaTpKGRVKh/:即，通過(guò)臺(tái)架試驗(yàn)確定各工況下的充氣效率，即，通過(guò)臺(tái)架試驗(yàn)確定各工況下的充氣效率，實(shí)實(shí)時(shí)檢測(cè)時(shí)檢測(cè)進(jìn)氣壓力和溫度，進(jìn)氣壓力和溫度，求得求得Ga。 河河南南理理工工大大學(xué)學(xué)2噴油脈寬噴油脈寬Ti

34、的確定：的確定：TFTTcpi),(isfpkwacKKKKKKKfF 其其中中，Ka：進(jìn)氣溫度修正系數(shù)；：進(jìn)氣溫度修正系數(shù)；Kw：怠速暖車修正系數(shù)：怠速暖車修正系數(shù);Kk：加減速修正系數(shù)；：加減速修正系數(shù)；Kp：節(jié)氣門(mén)開(kāi)度修正系數(shù)；：節(jié)氣門(mén)開(kāi)度修正系數(shù)；Kf：反饋修正系數(shù)；：反饋修正系數(shù)；Ks：起動(dòng)后增量修正及油耗控制修正系數(shù)；：起動(dòng)后增量修正及油耗控制修正系數(shù)；Ki：怠速穩(wěn)定修正系數(shù)。：怠速穩(wěn)定修正系數(shù)。河河南南理理工工大大學(xué)學(xué)1）Tp的確定：三維脈譜法的確定：三維脈譜法 試驗(yàn)確定各工況下的充氣效試驗(yàn)確定各工況下的充氣效率；并根據(jù)率；并根據(jù)n和進(jìn)氣壓力和進(jìn)氣壓力p，標(biāo)定各工況下的標(biāo)定各工況

35、下的Tp脈譜。脈譜。 任任E點(diǎn)點(diǎn)Tp：用：用4點(diǎn)插值法：點(diǎn)插值法：;ABTAFTFBTpBpApFCDTCGTGDTpDpCpGFGTEFTEGTpGpFpE河河南南理理工工大大學(xué)學(xué)2）FC修正系數(shù)的確定修正系數(shù)的確定 進(jìn)氣溫度修正系數(shù)進(jìn)氣溫度修正系數(shù)Ka： 原因：因原因：因Tp是在進(jìn)氣溫度是在進(jìn)氣溫度Ta=20時(shí)標(biāo)定。時(shí)標(biāo)定。 當(dāng)當(dāng)Ta變化時(shí)，取變化時(shí)，取 1;)273(29320aTaaaKTK 怠速暖車修正系數(shù)怠速暖車修正系數(shù)Kw: 與與FI相同相同修正范圍：修正范圍：TW=-3090 ，一維脈譜形式。，一維脈譜形式。 一般：一般：TW70 時(shí)，時(shí)，Kw=1； TW30 時(shí)，時(shí)，Kw=1

36、.2； TW-10 時(shí)，時(shí)，Kw=1.5河河南南理理工工大大學(xué)學(xué) 加減速修正系數(shù)加減速修正系數(shù)Kk：修正原理基本與：修正原理基本與FAD相同。相同。 方法：同時(shí)監(jiān)測(cè)每轉(zhuǎn)進(jìn)氣壓力和節(jié)氣門(mén)開(kāi)度變化量。方法：同時(shí)監(jiān)測(cè)每轉(zhuǎn)進(jìn)氣壓力和節(jié)氣門(mén)開(kāi)度變化量。 當(dāng)其中某一項(xiàng)變化量當(dāng)其中某一項(xiàng)變化量設(shè)定值時(shí)，根據(jù)超過(guò)設(shè)定值的設(shè)定值時(shí)，根據(jù)超過(guò)設(shè)定值的該參數(shù)來(lái)確定修正系數(shù)。當(dāng)進(jìn)氣壓力和節(jié)氣門(mén)開(kāi)度同該參數(shù)來(lái)確定修正系數(shù)。當(dāng)進(jìn)氣壓力和節(jié)氣門(mén)開(kāi)度同時(shí)超過(guò)設(shè)定值時(shí)，修正系數(shù)取兩者較大值。時(shí)超過(guò)設(shè)定值時(shí)，修正系數(shù)取兩者較大值。 比較比較河河南南理理工工大大學(xué)學(xué) 節(jié)氣門(mén)開(kāi)度修正系數(shù)節(jié)氣門(mén)開(kāi)度修正系數(shù)Kp： 原因：修正原因：修正

37、 v隨節(jié)氣門(mén)開(kāi)度變化隨節(jié)氣門(mén)開(kāi)度變化造成造成 a的偏差量的偏差量修正方法：修正方法：Kp=f(節(jié)氣門(mén)開(kāi)度節(jié)氣門(mén)開(kāi)度,n)的三維脈譜形式的三維脈譜形式; 設(shè)定節(jié)點(diǎn)之外，采用設(shè)定節(jié)點(diǎn)之外，采用4點(diǎn)插值法。點(diǎn)插值法。 又，當(dāng)節(jié)氣門(mén)開(kāi)度又，當(dāng)節(jié)氣門(mén)開(kāi)度某一設(shè)定值時(shí)，表示需要輸出某一設(shè)定值時(shí)，表示需要輸出大功率大功率此時(shí)直接取此時(shí)直接取Kp=1.18。 反饋修正系數(shù)反饋修正系數(shù)Kf：與：與FO相同相同 Kf=1.20.8 起動(dòng)、怠速、大負(fù)荷修正時(shí)起動(dòng)、怠速、大負(fù)荷修正時(shí),停止；并取停止；并取Kf=1河河南南理理工工大大學(xué)學(xué) 起動(dòng)后增量修正系數(shù)和油耗修正系數(shù)起動(dòng)后增量修正系數(shù)和油耗修正系數(shù)Ks：起動(dòng)后的增

38、量修正：與起動(dòng)后的增量修正：與 相同相同以以 HCgF當(dāng)當(dāng)nn1(=400r/min)時(shí)，由當(dāng)時(shí)的時(shí)，由當(dāng)時(shí)的TWFg0=Ks0 后，隨后，隨n ， Ks。 油耗修正：指發(fā)動(dòng)機(jī)輕負(fù)油耗修正：指發(fā)動(dòng)機(jī)輕負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，將荷狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，將 a控制控制在比在比 a=1稍微稀薄的范圍，稍微稀薄的范圍，以達(dá)到改善油耗的目的。以達(dá)到改善油耗的目的。 Ks=1.030.97范圍內(nèi)時(shí)，范圍內(nèi)時(shí)，從從Ks=1逐漸減小逐漸減小 河河南南理理工工大大學(xué)學(xué) 怠速修正系數(shù)怠速修正系數(shù)Ki：速度：速度-密度式特有方式。密度式特有方式。原因：這種方式原因：這種方式Tp是通過(guò)進(jìn)氣壓力確定；而在過(guò)是通過(guò)進(jìn)氣壓力確定；而在過(guò)

39、渡工況下進(jìn)氣壓力的變化相對(duì)渡工況下進(jìn)氣壓力的變化相對(duì)n的變化有遲后現(xiàn)象的變化有遲后現(xiàn)象 當(dāng)節(jié)氣門(mén)下游進(jìn)氣容當(dāng)節(jié)氣門(mén)下游進(jìn)氣容積積 ，或怠速，或怠速n 時(shí)，時(shí)，這種響應(yīng)遲后現(xiàn)象更這種響應(yīng)遲后現(xiàn)象更為嚴(yán)重。為嚴(yán)重。 措施：由措施：由Ks與轉(zhuǎn)與轉(zhuǎn)矩變動(dòng)相反方向矩變動(dòng)相反方向進(jìn)行進(jìn)行 a的修正的修正消除轉(zhuǎn)矩變動(dòng)消除轉(zhuǎn)矩變動(dòng) 河河南南理理工工大大學(xué)學(xué)一、對(duì)燃燒室的基本要求一、對(duì)燃燒室的基本要求燃燒室結(jié)構(gòu)形狀燃燒室結(jié)構(gòu)形狀 影響混合氣形成、火焰?zhèn)鞑?、放影響混合氣形成、火焰?zhèn)鞑?、放熱?guī)律、傳熱損失以及爆燃傾向。熱規(guī)律、傳熱損失以及爆燃傾向。5.4 汽油機(jī)燃燒組織方式及燃燒室汽油機(jī)燃燒組織方式及燃燒室所以，要

40、求：所以，要求：1) 結(jié)構(gòu)要緊湊結(jié)構(gòu)要緊湊面容比面容比A/V：表征火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x、：表征火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x、散熱面積以及熄火面積散熱面積以及熄火面積 ； 2) 良好的充氣性能良好的充氣性能燃燒室的形狀和進(jìn)氣門(mén)燃燒室的形狀和進(jìn)氣門(mén)/進(jìn)氣進(jìn)氣道布置道布置流通面積，流通面積， 進(jìn)氣阻力進(jìn)氣阻力河河南南理理工工大大學(xué)學(xué)3) 火花塞位置火花塞位置縮短火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x縮短火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x排氣道排氣道雙火花塞，雙火花塞， 抗爆性抗爆性4) 燃燒室形狀與氣流的燃燒室形狀與氣流的流動(dòng)流動(dòng)通過(guò)火焰前鋒面積，通過(guò)火焰前鋒面積，控制燃燒速率和放控制燃燒速率和放熱速率熱速率 進(jìn)氣道進(jìn)氣道河河南南理理工工大大學(xué)學(xué)二、燃燒室內(nèi)的氣流特性二

41、、燃燒室內(nèi)的氣流特性p燃燒室內(nèi)宏觀氣流運(yùn)動(dòng)特性的定義：燃燒室內(nèi)宏觀氣流運(yùn)動(dòng)特性的定義：渦流：繞氣缸中心線渦流：繞氣缸中心線（z軸）旋轉(zhuǎn)的氣流軸）旋轉(zhuǎn)的氣流滾流：繞滾流：繞于氣缸于氣缸中心線與缸心距構(gòu)成中心線與缸心距構(gòu)成的面的面(y軸軸)旋轉(zhuǎn)的氣流旋轉(zhuǎn)的氣流側(cè)滾流：繞側(cè)滾流：繞氣氣缸中心線與缸心距缸中心線與缸心距構(gòu)成面（構(gòu)成面（x軸）旋軸）旋轉(zhuǎn)的氣流轉(zhuǎn)的氣流河河南南理理工工大大學(xué)學(xué)p組織燃燒室內(nèi)氣流的方式組織燃燒室內(nèi)氣流的方式:進(jìn)氣系統(tǒng)和燃燒室形狀配合進(jìn)氣系統(tǒng)和燃燒室形狀配合進(jìn)氣渦流方式進(jìn)氣渦流方式; 通過(guò)燃燒室形狀在壓縮過(guò)程中形成擠流方式通過(guò)燃燒室形狀在壓縮過(guò)程中形成擠流方式 渦流強(qiáng)度渦流強(qiáng)度

42、螺旋進(jìn)氣道，螺旋進(jìn)氣道， 進(jìn)氣阻力，進(jìn)氣阻力， c為代價(jià)，為代價(jià)，且在壓縮過(guò)程中衰減。且在壓縮過(guò)程中衰減。故需隨負(fù)荷可變控制故需隨負(fù)荷可變控制 多氣門(mén)渦流多氣門(mén)渦流可變方式可變方式大負(fù)荷時(shí)大負(fù)荷時(shí)小負(fù)荷時(shí)小負(fù)荷時(shí)河河南南理理工工大大學(xué)學(xué)三、典型燃燒室三、典型燃燒室楔形：結(jié)構(gòu)較緊楔形：結(jié)構(gòu)較緊湊、火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x湊、火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x短，擠氣面較大短，擠氣面較大半球形：結(jié)構(gòu)緊湊，半球形：結(jié)構(gòu)緊湊，A/V值小火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x值小火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x最短初期燃燒速率快最短初期燃燒速率快 浴盆形：橢圓形擠浴盆形：橢圓形擠氣效果差，氣效果差，A/V值大，值大，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x長(zhǎng)火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x長(zhǎng) 碗形：結(jié)構(gòu)緊湊，火焰?zhèn)魍胄危航Y(jié)構(gòu)緊湊

43、，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x短，擠氣效果好燃播距離短，擠氣效果好燃燒室的燒室的A/V較大，散熱損失較大，散熱損失 活塞頂上的回轉(zhuǎn)體活塞頂上的回轉(zhuǎn)體 河河南南理理工工大大學(xué)學(xué)四、汽油機(jī)分層給氣和稀薄燃燃燒系統(tǒng)四、汽油機(jī)分層給氣和稀薄燃燃燒系統(tǒng)1）分層燃燒）分層燃燒均勻混合氣燃燒特點(diǎn)：均勻混合氣燃燒特點(diǎn)：A/F變化范圍窄變化范圍窄(12.617)，且在較高溫度下易爆燃且在較高溫度下易爆燃限制限制 t ;分層給氣燃燒的特點(diǎn)：缸內(nèi)形成分層給氣燃燒的特點(diǎn)：缸內(nèi)形成A/F梯度分布梯度分布; 火花塞附近較濃火花塞附近較濃可靠點(diǎn)燃可靠點(diǎn)燃 ； A/F梯度分布：靠燃燒室內(nèi)組織的氣流與噴射方式配梯度分布：靠燃燒室內(nèi)組織的氣流與

44、噴射方式配合實(shí)現(xiàn)。合實(shí)現(xiàn)。 分層燃燒方式分類：根據(jù)燃料噴射方式分為分層燃燒方式分類：根據(jù)燃料噴射方式分為 進(jìn)氣道噴射式和缸內(nèi)直噴式兩種進(jìn)氣道噴射式和缸內(nèi)直噴式兩種 。河河南南理理工工大大學(xué)學(xué)（1）進(jìn)氣道噴射式分層給氣燃燒方式）進(jìn)氣道噴射式分層給氣燃燒方式根據(jù)缸內(nèi)氣流特性分為：軸向分層燃燒方式根據(jù)缸內(nèi)氣流特性分為：軸向分層燃燒方式 橫向分層燃燒方式橫向分層燃燒方式 1軸向分層稀薄燃燒軸向分層稀薄燃燒 關(guān)鍵技術(shù)：噴射時(shí)期與缸內(nèi)氣流的匹配關(guān)鍵技術(shù)：噴射時(shí)期與缸內(nèi)氣流的匹配A/F可達(dá)可達(dá)22 晚噴，配合缸內(nèi)強(qiáng)列渦流，實(shí)現(xiàn)晚噴，配合缸內(nèi)強(qiáng)列渦流，實(shí)現(xiàn)A/F的軸向梯度分布的軸向梯度分布 進(jìn)氣初期只有進(jìn)氣初

45、期只有空氣進(jìn)入氣缸空氣進(jìn)入氣缸強(qiáng)烈渦流強(qiáng)烈渦流 氣門(mén)達(dá)氣門(mén)達(dá)hmax時(shí)噴油，靠時(shí)噴油，靠渦流渦流上濃下稀分層上濃下稀分層 徑向分量徑向分量軸向分軸向分量量軸向分層軸向分層 河河南南理理工工大大學(xué)學(xué)2橫向分層稀薄燃燒橫向分層稀薄燃燒利用利用4氣門(mén)機(jī)構(gòu)，采用滾流式進(jìn)氣道，配合活塞頂氣門(mén)機(jī)構(gòu)，采用滾流式進(jìn)氣道，配合活塞頂結(jié)構(gòu)形狀，形成滾流。結(jié)構(gòu)形狀，形成滾流。 噴油器安裝在進(jìn)氣支噴油器安裝在進(jìn)氣支管上，向兩個(gè)進(jìn)氣門(mén)之管上，向兩個(gè)進(jìn)氣門(mén)之間噴油，火花塞布置在間噴油，火花塞布置在氣缸中央氣缸中央 在滾流的引導(dǎo)下濃混合氣經(jīng)在滾流的引導(dǎo)下濃混合氣經(jīng)過(guò)火花塞；而火花塞兩側(cè)為純過(guò)火花塞；而火花塞兩側(cè)為純空氣空氣

46、形成以火花塞為中心的形成以火花塞為中心的橫向混合氣濃度梯度分布橫向混合氣濃度梯度分布 A/F=23，經(jīng)濟(jì)性，經(jīng)濟(jì)性 68%，NOx 80% 河河南南理理工工大大學(xué)學(xué)(2) 缸內(nèi)直噴（缸內(nèi)直噴（GDI）式稀薄燃燒）式稀薄燃燒GDI燃燒系統(tǒng)與燃燒系統(tǒng)與PFI的比較的比較 pPFI：保留節(jié)氣門(mén)；進(jìn)氣道噴射形成油膜；稀燃：保留節(jié)氣門(mén)；進(jìn)氣道噴射形成油膜；稀燃范圍有限。范圍有限。pGDI：將噴油器安裝在氣缸蓋上直接向燃燒室內(nèi)：將噴油器安裝在氣缸蓋上直接向燃燒室內(nèi)噴油。噴油。更容易控制缸內(nèi)混合氣形成。更容易控制缸內(nèi)混合氣形成。通過(guò)噴射時(shí)期的通過(guò)噴射時(shí)期的控制可實(shí)現(xiàn)均質(zhì)控制可實(shí)現(xiàn)均質(zhì)混合氣燃燒、分混合氣燃燒

47、、分層稀薄燃燒以及層稀薄燃燒以及HCCI河河南南理理工工大大學(xué)學(xué)1GDI混合氣形成機(jī)理混合氣形成機(jī)理關(guān)鍵技術(shù)：進(jìn)氣系統(tǒng)和燃燒室形狀關(guān)鍵技術(shù)：進(jìn)氣系統(tǒng)和燃燒室形狀缸內(nèi)滾流；缸內(nèi)滾流； 高壓噴射高壓噴射控制噴霧與缸內(nèi)氣流配合；控制噴霧與缸內(nèi)氣流配合； 火花塞及噴射位置匹配火花塞及噴射位置匹配 分層混合氣的形成方式分層混合氣的形成方式3 5MPa噴油器中央布置噴油器中央布置+渦流渦流火花塞中央布置火花塞中央布置+渦流渦流滾流為主滾流為主擠流為主擠流為主河河南南理理工工大大學(xué)學(xué)2GDI燃燒方式的特點(diǎn)燃燒方式的特點(diǎn) 氣缸壓力氣缸壓力推遲點(diǎn)火提前角，放熱速率推遲點(diǎn)火提前角，放熱速率 ，放熱，放熱持續(xù)時(shí)間持

48、續(xù)時(shí)間 質(zhì)調(diào)節(jié)，取消節(jié)氣門(mén)質(zhì)調(diào)節(jié)，取消節(jié)氣門(mén)泵氣損失泵氣損失 。油霧缸內(nèi)蒸發(fā)油霧缸內(nèi)蒸發(fā)燃燒室壁面燃燒室壁面T ，傳熱損失，傳熱損失 。 c， t。分層混合燃燒，外圍稀混合氣或空氣對(duì)火焰起隔分層混合燃燒，外圍稀混合氣或空氣對(duì)火焰起隔熱作用，熱作用， 傳熱損失。傳熱損失?；旌蠚庖追謱踊旌蠚庖追謱臃€(wěn)定分層稀燃穩(wěn)定分層稀燃接近空氣循環(huán)。接近空氣循環(huán)。A/F控制及過(guò)渡工況控制更精確?？刂萍斑^(guò)渡工況控制更精確。河河南南理理工工大大學(xué)學(xué)p因車用發(fā)動(dòng)機(jī)不同工況對(duì)因車用發(fā)動(dòng)機(jī)不同工況對(duì)A/F要求不同要求不同稀燃工稀燃工況范圍只限于中小負(fù)荷區(qū)。況范圍只限于中小負(fù)荷區(qū)。大負(fù)荷或全負(fù)荷大負(fù)荷或全負(fù)荷區(qū)：進(jìn)氣行程中噴

49、區(qū)：進(jìn)氣行程中噴油油目標(biāo)空燃比目標(biāo)空燃比實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)均勻混合氣均勻混合氣 在中小負(fù)荷區(qū)：壓在中小負(fù)荷區(qū)：壓縮行程后期噴油縮行程后期噴油上濃下稀的分層混上濃下稀的分層混合氣。合氣。河河南南理理工工大大學(xué)學(xué)螺旋進(jìn)氣道螺旋進(jìn)氣道或?qū)馄粱驅(qū)馄吝M(jìn)氣渦流進(jìn)氣渦流 順著氣流噴油，順著氣流噴油，噴射壓力噴射壓力 2MPa氣流外緣形成較濃混合氣流外緣形成較濃混合氣氣火花塞安裝火花塞安裝 位置位置3典型的典型的GDI分層稀燃系統(tǒng)分層稀燃系統(tǒng) TCCS燃燒系統(tǒng)（燃燒系統(tǒng)（Texaco controlled combustion process）燃?xì)怏w和未燃?xì)怏w和未燃?xì)怏w靠密燃?xì)怏w靠密度差分離度差分離河河南南理理工工

50、大大學(xué)學(xué) GDI滾流分層稀燃系統(tǒng)滾流分層稀燃系統(tǒng)三菱三菱4G型汽油機(jī)：型汽油機(jī)： 早噴射早噴射晚噴射晚噴射縱向直進(jìn)氣道縱向直進(jìn)氣道+半球形半球形燃燒室燃燒室強(qiáng)烈的反滾強(qiáng)烈的反滾流流與噴霧配合，分與噴霧配合，分層層A/F=40， =12 豐田豐田D4型汽油機(jī)：型汽油機(jī)： 通過(guò)噴射方式的有效控制通過(guò)噴射方式的有效控制和燃燒室內(nèi)渦流的優(yōu)化匹和燃燒室內(nèi)渦流的優(yōu)化匹配配實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)A/F=50穩(wěn)定燃燒穩(wěn)定燃燒 河河南南理理工工大大學(xué)學(xué)2）稀薄燃燒控制）稀薄燃燒控制主要控制目的：主要控制目的：精確控制精確控制A/F，使，使汽車百公里油耗最汽車百公里油耗最低；同時(shí)降低排放低；同時(shí)降低排放 關(guān)鍵技術(shù)：關(guān)鍵技術(shù)：A

51、/F精確控制在精確控制在 Ttq允允許的范圍內(nèi)許的范圍內(nèi) 河河南南理理工工大大學(xué)學(xué)控制方法控制方法p空燃比反饋控制法：由空燃比反饋控制法：由A/F傳感器反饋控制。傳感器反饋控制。 空燃比傳感器空燃比傳感器在在ZrO2固體上施加電壓時(shí)，固體上施加電壓時(shí)，產(chǎn)生與排氣中的產(chǎn)生與排氣中的O2濃度成比例的濃度成比例的O2離子的移離子的移動(dòng)，從而形成電流，即動(dòng)，從而形成電流，即 pplTApDCIOO2211ln0河河南南理理工工大大學(xué)學(xué)p氣缸壓力反饋控制法：氣缸壓力反饋控制法： 通過(guò)氣缸壓力傳感器通過(guò)氣缸壓力傳感器檢測(cè)每循環(huán)缸壓檢測(cè)每循環(huán)缸壓求求 TtqA/F反饋控制反饋控制使使 Ttq限制在允許范圍內(nèi)

52、限制在允許范圍內(nèi) 步驟：步驟：規(guī)定曲軸位置上測(cè)缸壓規(guī)定曲軸位置上測(cè)缸壓p；N循環(huán)循環(huán)求求Ttq 、 Ttq4144332211iiitqjpapapapapaTtqNjtqjtqjtqTTTNT2111河河南南理理工工大大學(xué)學(xué)一、汽油機(jī)有害排放物及其產(chǎn)生機(jī)理一、汽油機(jī)有害排放物及其產(chǎn)生機(jī)理汽油機(jī)的有害排放物：排氣中的汽油機(jī)的有害排放物：排氣中的CO、HC、NOx、CO2；曲軸箱通風(fēng)向大氣排出的；曲軸箱通風(fēng)向大氣排出的HC；燃料供給系；燃料供給系中因燃料蒸發(fā)而散發(fā)出去的中因燃料蒸發(fā)而散發(fā)出去的HC等。等。污染物來(lái)源不同，措施不同：污染物來(lái)源不同，措施不同： 尾氣排放尾氣排放燃燒系統(tǒng)改進(jìn)燃燒系統(tǒng)改

53、進(jìn)+后處理技術(shù)；后處理技術(shù)； 曲軸箱通風(fēng)曲軸箱通風(fēng)PCV閥閥回流到進(jìn)氣管；回流到進(jìn)氣管； 燃料供給系蒸發(fā)物燃料供給系蒸發(fā)物活性碳罐吸收裝置來(lái)控制活性碳罐吸收裝置來(lái)控制 5.5 汽油機(jī)的有害排放物及其控制汽油機(jī)的有害排放物及其控制河河南南理理工工大大學(xué)學(xué)活性碳罐吸收裝置活性碳罐吸收裝置用活性碳罐吸附燃用活性碳罐吸附燃油系統(tǒng)的蒸發(fā)物；油系統(tǒng)的蒸發(fā)物；在進(jìn)氣過(guò)程中隨情在進(jìn)氣過(guò)程中隨情系空氣進(jìn)入氣缸。系空氣進(jìn)入氣缸?；钚蕴炕钚蕴炕钚曰钚蕴抗尢抗迒蜗蜷y單向閥河河南南理理工工大大學(xué)學(xué)產(chǎn)生機(jī)理：產(chǎn)生機(jī)理：N2和和O2在高溫下化合的結(jié)果在高溫下化合的結(jié)果 Zeldovich機(jī)理機(jī)理:因素及措施：因素及措施：O

54、2濃度，燃燒溫度濃度，燃燒溫度Tz，燃燒反應(yīng)時(shí)間，燃燒反應(yīng)時(shí)間 控制控制NO的基本原則：的基本原則： 減小混合氣中減小混合氣中O2（或（或N2 ）的含量；）的含量； 盡可能降低燃燒溫度；盡可能降低燃燒溫度； 縮短在高溫燃燒帶內(nèi)滯留的時(shí)間?？s短在高溫燃燒帶內(nèi)滯留的時(shí)間。擴(kuò)大HNOOHNONOONNNOON22N2分解需較大活分解需較大活化能化能決定決定NO形形成的高溫條件成的高溫條件 O在在NO形成中起活形成中起活化鏈作用，所需活化鏈作用，所需活化能小，反應(yīng)快化能小，反應(yīng)快 1）NO河河南南理理工工大大學(xué)學(xué)危害：危害： NO2 是刺激性毒氣是刺激性毒氣; NOx破壞破壞O3層平衡層平衡; NOx

55、與與HC一起在太陽(yáng)光照射下形成由臭氧、一起在太陽(yáng)光照射下形成由臭氧、NO、 甲醛、乙醛等組成的光化學(xué)煙霧。甲醛、乙醛等組成的光化學(xué)煙霧。 測(cè)量方法測(cè)量方法:化學(xué)發(fā)光法化學(xué)發(fā)光法(CLD) 1）NO河河南南理理工工大大學(xué)學(xué)2）CO1產(chǎn)生機(jī)理及影響因素產(chǎn)生機(jī)理及影響因素 C/H不完全燃燒產(chǎn)物不完全燃燒產(chǎn)物受反應(yīng)速度、溫度及受反應(yīng)速度、溫度及 a的的影響影響在在 a 1下燃燒時(shí)局部不均勻下燃燒時(shí)局部不均勻局部燃燒不完全局部燃燒不完全CO排氣中，未燃碳?xì)浠衔锱艢庵?，未燃碳?xì)浠衔颒C不完全氧化不完全氧化少量少量CO 2危害：與血紅素的結(jié)合能力強(qiáng)，是氧的危害：與血紅素的結(jié)合能力強(qiáng)，是氧的300倍；倍；

56、 破壞造血功能破壞造血功能中毒中毒死亡死亡(0.3%) 3. 測(cè)量方法：不分光紅外線分析儀（測(cè)量方法：不分光紅外線分析儀（NDIR） 河河南南理理工工大大學(xué)學(xué)3）HC1HC的生成機(jī)理及影響因素的生成機(jī)理及影響因素來(lái)源：尾氣、燃油供給系統(tǒng)以及曲軸箱通風(fēng)來(lái)源：尾氣、燃油供給系統(tǒng)以及曲軸箱通風(fēng)汽油機(jī)燃燒過(guò)程中汽油機(jī)燃燒過(guò)程中HC的生成：的生成： 缸內(nèi)壁面淬冷效應(yīng)：壁面對(duì)火焰的冷卻作用缸內(nèi)壁面淬冷效應(yīng)：壁面對(duì)火焰的冷卻作用 縫隙效應(yīng)：火焰無(wú)法傳入縫隙；壁面冷卻淬冷效縫隙效應(yīng)：火焰無(wú)法傳入縫隙；壁面冷卻淬冷效應(yīng)應(yīng) 生成大量生成大量HC 縫隙：活塞與缸壁間，缸蓋、缸墊和缸體間；縫隙：活塞與缸壁間，缸蓋、缸墊和缸體間； 進(jìn)、排氣門(mén)和氣