《發(fā)動機(jī)原理》第五章汽油機(jī)混合氣的形成和燃燒(第次課)

上次課內(nèi)容回顧§5-3汽油機(jī)燃料噴射量的控制3．噴油量的控制噴油量:=實(shí)際進(jìn)入氣缸的空氣量/目標(biāo)空燃比，即Gf：取決于噴孔直徑、孔數(shù)、針閥升程、噴射壓力和噴射脈寬(Ti)當(dāng)噴油器結(jié)構(gòu)確定，噴射壓力為常數(shù)時(shí)：K0：與噴油器結(jié)構(gòu)有關(guān)噴油量的控制噴射脈寬Ti的控制上次課內(nèi)容回顧§5-3汽油機(jī)燃料噴射量的控制Ti的確定：Tp：基本噴射時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)條件下由目標(biāo)空燃比確定；Fc:Tp的修正系數(shù)；Tv:噴油器的無效噴射時(shí)間。上次課內(nèi)容回顧§5-3汽油機(jī)燃料噴射量的控制a)Tp的確定

熱線式流量計(jì)：噴油器是按每轉(zhuǎn)噴射G:單位時(shí)間質(zhì)量流量；K0：常數(shù)；G/n：每轉(zhuǎn)進(jìn)入氣缸的空氣質(zhì)量?？ㄩT渦式流量計(jì)：

b）Fc的確定根據(jù)進(jìn)氣量的測量方式Fc的確定方法有所不同。質(zhì)量流量式EFI，主要考慮5個方面的因素：

上次課內(nèi)容回顧§5-3汽油機(jī)燃料噴射量的控制①FET：溫度修正系數(shù)因溫度不同，影響霧化質(zhì)量影響混合氣濃度。低溫時(shí)，霧化蒸發(fā)不良混合氣過稀熄火。高溫時(shí)，燃油易蒸發(fā)“汽阻”現(xiàn)象影響高溫再起動性。起動后增量修正系數(shù)：低溫起動時(shí)，著火后數(shù)十秒內(nèi)進(jìn)行的增量修正。怠速暖車增量修正系數(shù)FI：

修正起動后，進(jìn)氣門、氣缸壁表面溫度、冷卻水溫TW隨時(shí)間而時(shí)，油膜蒸發(fā)作用不同造成的混合氣偏稀的部分。

上次課內(nèi)容回顧§5-3汽油機(jī)燃料噴射量的控制

高溫修正系數(shù)FT：指汽車大負(fù)荷高速行駛后停車10~30分鐘后再起動的2~3分鐘時(shí)間內(nèi)的加濃修正②加減速修正系數(shù)FAD：加速修正系數(shù)FAC：原因：加速時(shí)，造成缸內(nèi)a變稀。

減速修正系數(shù)FDC：原因：減速時(shí)，a變濃

上次課內(nèi)容回顧§5-3汽油機(jī)燃料噴射量的控制③氧傳感器反饋修正系數(shù)FO：O2傳感器反饋控制a=1，提高a的控制精度。

修正方法：a=1的正確判定ECU反饋控制。④學(xué)習(xí)控制修正系數(shù)FL：原因：因發(fā)動機(jī)長期使用一些零部件磨損等使反饋控制的空燃比偏離目標(biāo)值的部分，控制精度

修正方法：三過程a)學(xué)習(xí)過程：確定量b)記憶過程：記憶c)實(shí)施過程：修正上次課內(nèi)容回顧§5-3汽油機(jī)燃料噴射量的控制⑤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)矩需要功率混合氣a=0.85~0.95。

三、速度密度式原理：通過進(jìn)氣壓力傳感器和溫度傳感器的測量值，結(jié)合發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器進(jìn)行推算進(jìn)氣流量。上次課內(nèi)容回顧§5-3汽油機(jī)燃料噴射量的控制1．進(jìn)氣量的推測原理由充氣效率定義：進(jìn)入氣缸的空氣質(zhì)量：即，通過臺架試驗(yàn)確定各工況下的充氣效率，實(shí)時(shí)檢測進(jìn)氣壓力和溫度，求得Ga。上次課內(nèi)容回顧§5-3汽油機(jī)燃料噴射量的控制2．噴油脈寬Ti的確定：Ka：進(jìn)氣溫度修正系數(shù)；Kw：怠速暖車修正系數(shù);Kk：加減速修正系數(shù)；Kp：節(jié)氣門開度修正系數(shù)；Kf：反饋修正系數(shù)；Ks：起動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)。上次課內(nèi)容回顧§5.4汽油機(jī)燃燒組織方式及燃燒室一、對燃燒室的基本要求燃燒室結(jié)構(gòu)形狀:影響混合氣形成、火焰?zhèn)鞑ァ⒎艧嵋?guī)律、傳熱損失以及爆燃傾向。要求：1)結(jié)構(gòu)要緊湊面容比A/V：表征火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x、散熱面積以及熄火面積；

2)良好的充氣性能進(jìn)氣門/進(jìn)氣道布置，流通面積，進(jìn)氣阻力3)火花塞位置縮短火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x4)可組織適當(dāng)?shù)臍饬魃洗握n內(nèi)容回顧§5.4汽油機(jī)燃燒組織方式及燃燒室二、燃燒室內(nèi)的氣流特性燃燒室內(nèi)宏觀氣流運(yùn)動特性的定義：渦流：繞氣缸中心線（z軸）旋轉(zhuǎn)的氣流滾流：繞⊥于氣缸中心與缸心距溝成的面(y軸)旋轉(zhuǎn)的氣流側(cè)滾流：繞⊥氣缸中心與缸心距構(gòu)成面的（x軸）旋轉(zhuǎn)的氣流組織燃燒室內(nèi)氣流的方式:

進(jìn)氣系統(tǒng)和燃燒室形狀配合進(jìn)氣渦流方式;

只通過燃燒室形狀在壓縮過程中形成擠流方式三、典型燃燒室楔形：結(jié)構(gòu)較緊湊、火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x短，擠氣面較大半球形：結(jié)構(gòu)緊湊，A/V值小火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x最短初期燃燒速率快浴盆形：橢圓形擠氣效果差，A/V值大，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x長碗形：結(jié)構(gòu)緊湊，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x短，擠氣效果好燃燒室的A/V較大，散熱損失活塞頂上的回轉(zhuǎn)體§5.4汽油機(jī)燃燒組織方式及燃燒室1、鍥形燃燒室布置在氣缸蓋上，火花塞在楔形高處的進(jìn)、排氣門之間，因此火焰距離較長，一般設(shè)置擠氣面積。氣門稍傾斜使氣道轉(zhuǎn)彎較少，減少進(jìn)氣阻力，提高充量系數(shù)，壓縮比也可以有較高值，達(dá)9－10。這種燃燒室有較高的動力性和經(jīng)濟(jì)性。但由于混合氣過于集中在火花塞處，使初期燃燒速率和壓力升高率大，工作粗暴一些。火花塞

2、浴盆形燃燒室

浴盆形燃燒室高度是相同的，有擠氣面積，但擠氣的效果較差，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x也較長，燃燒速率比較低，燃燒時(shí)間長，壓力升高率低。試驗(yàn)證明，適當(dāng)增加擠氣面積比，可以改善發(fā)動機(jī)的性能。浴盆形燃燒室的F／V較大，對HC排放是不利的，但壓力升高率低，工作柔和，NOx排放低。3、半球形燃燒室

半球形燃燒室也在氣缸蓋上，一般配凸出的活塞頂。燃燒室緊湊，且火花塞能布置在中央，是火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x最短的一種。進(jìn)排氣門傾斜布置。兩氣門之間角度為50°～75°。氣流進(jìn)入氣缸轉(zhuǎn)彎最小，充量系數(shù)大，在非常高的轉(zhuǎn)速下仍能保持滿意的充量系數(shù)。

一般不組織擠流3、半球形燃燒室一般不組織擠流最高轉(zhuǎn)速在6000r／min以上的車用汽油機(jī)幾乎都采用半球形燃燒室。這種燃燒室F／V值小，HC排放低。半球形燃燒室一般不組織擠流，如果要組織擠流，將使活塞頭部形狀復(fù)雜一些。由于火花塞周圍有較大的容積，使燃燒速率和壓力升高率大，工作較粗暴。由于最高燃燒溫度高，NOX排放較高，半球形燃燒室氣門布置較為復(fù)雜，多采用雙頂置凸輪軸。四、汽油機(jī)分層給氣和稀薄燃燃燒系統(tǒng)1）分層燃燒均勻混合燃燒特點(diǎn)：A/F變化范圍窄(=12.6~17)，且在較高溫度下易爆燃限制,t;分層給氣燃燒的特點(diǎn)：缸內(nèi)形成A/F梯度分布;

火花塞附近較濃可靠點(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合實(shí)現(xiàn)。

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。（1）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：軸向分層燃燒方式橫向分層燃燒方式1．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A/F可達(dá)22

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

進(jìn)氣初期只有空氣進(jìn)入氣缸強(qiáng)烈渦流氣門達(dá)hmax時(shí)噴油，靠渦流上濃下稀分層

徑向分量>軸分量大時(shí)軸向分層2．橫向分層稀薄燃燒利用4氣門機(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。

噴油器安裝在進(jìn)氣支管，向兩個進(jìn)氣門之間噴油，火花塞布置在氣缸中央

滾流的引導(dǎo)下濃混合氣經(jīng)過火花塞；而火花塞兩側(cè)為純空氣，形成以火花塞為中心的橫向混合氣濃度梯度分布A/F=23，經(jīng)濟(jì)性6~8%，NOx80%(2)缸內(nèi)直接噴射（GDI）式稀薄燃燒GDI燃燒系統(tǒng)與PFI的比較PFI：保留節(jié)氣門；進(jìn)氣道噴射形成油膜；稀燃范圍有限。GDI：將噴油器安裝在氣缸蓋上直接向燃燒室內(nèi)噴油。更容易控制缸內(nèi)混合氣形成。通過噴射時(shí)期的控制可實(shí)現(xiàn)均質(zhì)混合氣燃燒、分層稀薄燃燒以及HCCI1．GDI混合氣形成機(jī)理關(guān)鍵技術(shù)：進(jìn)氣系統(tǒng)和燃燒室形狀缸內(nèi)滾流；高壓噴射控制噴霧與缸內(nèi)氣流配合；火花塞及噴射位置匹配分層混合氣的形成方式3~5MPa噴油器中央布置+渦流火花塞中央布置+渦流滾流為主擠流為主2．GDI燃燒方式的特點(diǎn)氣缸壓力推遲點(diǎn)火提前角，放熱速率，放熱持續(xù)時(shí)間

質(zhì)調(diào)節(jié)，取消節(jié)氣門泵氣損失。油霧缸內(nèi)蒸發(fā)燃燒室壁面T，傳熱損失。v，，t。分層混合燃燒，外圍稀混合氣對火焰起隔熱作用，傳熱損失?；旌蠚庖追謱臃€(wěn)定分層稀燃。A/F控制及過渡工況控制更精確。因車用發(fā)動機(jī)不同工況對A/F要求不同：稀燃工況范圍只限于中小負(fù)荷區(qū)。大負(fù)荷或全負(fù)荷區(qū)：進(jìn)氣行程中噴油目標(biāo)空燃比實(shí)現(xiàn)均勻混合氣

在中小負(fù)荷區(qū)：壓縮行程后期噴油上濃下稀的分層混合氣。螺旋進(jìn)氣道或?qū)馄吝M(jìn)氣渦流

順著氣流噴油，噴射壓力2MPa氣流外緣形成較濃混合氣火花塞安裝位置3．典型的GDI分層稀燃系統(tǒng)①TCCS燃燒系統(tǒng)（Texacocontrolledcombustionprocess）燃?xì)怏w和未燃?xì)怏w靠密度差分離②GDI滾流分層稀燃系統(tǒng)三菱4G型汽油機(jī)：早噴射晚噴射縱向直進(jìn)氣道+半球形燃燒室強(qiáng)烈的反滾流與噴霧配合，分層A/F=40，=12豐田D4型汽油機(jī)：通過噴射方式的有效控制和燃燒室內(nèi)渦流的優(yōu)化匹配實(shí)現(xiàn)A/F=50穩(wěn)定燃燒2）稀薄燃燒控制主要控制目的：精確控制A/F，使汽車百公里油耗最低；同時(shí)降低排放關(guān)鍵技術(shù)：A/F精確控制在Ttq允許的范圍內(nèi)控制方法空燃比反饋控制法：由A/F傳感器反饋控制?？杖急葌鞲衅髟赯rO2固體上施加電壓時(shí)，產(chǎn)生與排氣中的O2濃度成比例的O2離子的移動，從而形成電流，即

氣缸壓力反饋控制法：通過氣缸壓力傳感器檢測每循環(huán)缸壓，求Ttq，A/F反饋控制使Ttq限制在允許范圍內(nèi)步驟：規(guī)定曲軸位置上測缸壓p；N循環(huán)求Ttq

、Ttq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CO、HC、NOx、CO2；曲軸箱通風(fēng)向大氣排出的HC排放；燃料供給系中燃料蒸發(fā)的HC等。污染物來源不同，措施不同：尾氣排放燃燒系統(tǒng)改進(jìn)+后處理技術(shù)；曲軸箱通風(fēng)PCV閥回流到進(jìn)氣管；燃料供給系蒸發(fā)物活性碳罐吸收裝置來控制§5.5汽油機(jī)的有害排放物及其控制活性碳罐吸收裝置用活性碳罐吸附燃油系統(tǒng)的蒸發(fā)物；在進(jìn)氣過程中隨情系空氣進(jìn)入氣缸?；钚蕴炕钚蕴抗迒蜗蜷y產(chǎn)生機(jī)理：N2和O2在高溫下化合的結(jié)果

Zeldovich機(jī)理:因素及措施：O2濃度，燃燒溫度Tz，滯留時(shí)間

危害：NO2

是刺激性毒氣;

破壞O3層平衡

測量方法:化學(xué)發(fā)光法(CLD)

N2分解需較大活化能決定NO形成的高溫條件O在NO形成中起活化鏈作用，所需活化能小，反應(yīng)快

1）NO2）CO1．產(chǎn)生機(jī)理及影響因素

C/H不完全燃燒產(chǎn)物受反應(yīng)速度、溫度及a的影響在a<1時(shí)因缺氧C不能完全氧化，易生成CO；

a>1下燃燒時(shí)局部不均勻局部燃燒不完全CO排氣中，未燃碳?xì)浠衔颒C不完全氧化少量CO

2．危害：與血紅素的結(jié)合能力強(qiáng)，是氧的300倍；破壞造血功能中毒死亡(0.3%)

3.測量方法：不分光紅外線分析儀（NDIR）3）HC1．HC的生成機(jī)理及影響因素來源：尾氣、燃油供給系統(tǒng)以及曲軸箱通風(fēng)汽油機(jī)燃燒過程中HC的生成：①缸內(nèi)壁面淬冷效應(yīng)：壁面對火焰的冷卻作用②縫隙效應(yīng)：火焰無法傳入縫隙；壁面冷卻淬冷效應(yīng)，生成大量HC

縫隙：活塞與缸壁間，缸蓋、缸墊和缸體間；進(jìn)、排氣門和氣門座間；花塞螺紋和火花塞中心電極周圍等處③積碳和壁面油膜的吸附效應(yīng)：缸壁上的潤滑油膜，活塞頂及燃燒室壁面、進(jìn)排氣門上的積碳吸附HC膨脹和排氣中釋放出來④不完全燃燒：a<1狀態(tài)，怠速時(shí)r較大；加減速時(shí)混合氣瞬間過濃或過稀局部不均勻不完全燃燒HC。⑤失火：易失火條件混合氣局部過稀或過濃，或點(diǎn)火時(shí)刻不當(dāng)以及點(diǎn)火系統(tǒng)出現(xiàn)故障等。2．危害：陽光下與NOx反應(yīng)光化學(xué)煙霧；醛類和多環(huán)芳香烴危害大

3.測量方法：氫火焰離子化法（FID）

二、影響汽油機(jī)排放特性的使用因素排放物是燃燒過程的產(chǎn)物凡是影響混合氣形成和燃燒條件的因素影響排放物。1）a的影響

NOx的峰值出現(xiàn)在ab=1.03~1.16a<ab雖Tz高,但O2濃度；過濃：Tz；CO/HCa>