汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理第八章汽油機(jī)溷合氣的形成和燃燒課件

發(fā)動(dòng)機(jī)原理第三篇燃燒與排放第8章汽油機(jī)混合氣的形成和燃燒

8.1汽油機(jī)燃燒過(guò)程

圖8.1汽油機(jī)的燃燒過(guò)程Ⅰ—著火落后期Ⅱ—明顯燃燒期Ⅲ—補(bǔ)燃期1—開始點(diǎn)火2—形成火焰中心3—最高壓力點(diǎn)燃燒過(guò)程分解（1）著火落后期——從火花塞點(diǎn)火到火焰核心形成的階段，即從火花塞點(diǎn)火(點(diǎn)1)至氣缸壓力線明顯脫離壓縮線而急劇上升時(shí)(點(diǎn)2)的時(shí)間或曲軸轉(zhuǎn)角

（2）明顯燃燒期——指氣缸壓力線脫離壓縮線開始急劇上升到壓力達(dá)到最高點(diǎn)(圖8.1中3點(diǎn))止——壓力升高率代表發(fā)動(dòng)機(jī)工作粗暴度和等容度

（3）后燃期——明顯燃燒期終點(diǎn)3至燃料基本上完全燃燒為止

（2）湍流火焰燃燒速率

圖8.3在不同湍流作用下的火焰前鋒厚度（a）湍流較弱（b）湍流較強(qiáng)不規(guī)則燃燒

1）循環(huán)波動(dòng)

圖8.5汽油機(jī)典型的氣缸壓力循環(huán)變化情況

（1）混合氣成分波動(dòng)

（2）氣體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)波動(dòng)

改善循環(huán)波動(dòng)①一般時(shí)循環(huán)波動(dòng)最小，過(guò)濃或過(guò)稀都會(huì)使循環(huán)波動(dòng)加劇?？梢娺^(guò)量空氣系數(shù)對(duì)循環(huán)波動(dòng)的影響很大。②適當(dāng)提高氣流運(yùn)動(dòng)速度和湍流程度可改善混合氣的均勻性，進(jìn)而改善循環(huán)波動(dòng)。③殘余廢氣系數(shù)過(guò)大，則循環(huán)波動(dòng)加?、馨l(fā)動(dòng)機(jī)在低負(fù)荷(會(huì)增大)、低轉(zhuǎn)速(湍流程度會(huì)降低)時(shí)，循環(huán)波動(dòng)加?、荻帱c(diǎn)點(diǎn)火有利于減少循環(huán)波動(dòng)⑥提高點(diǎn)火能量、優(yōu)化放電方式、采用大的火花塞間隙,有助于減小循環(huán)波動(dòng)

不正常燃燒

1.爆燃

現(xiàn)象——爆燃時(shí)，缸內(nèi)壓力曲線出現(xiàn)高頻大幅度波動(dòng)(鋸齒波)，同時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)產(chǎn)生一種高頻金屬敲擊聲，因此也稱爆燃為敲缸。輕微敲缸時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)功率上升，嚴(yán)重敲缸時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)功率下降，轉(zhuǎn)速下降，工作不穩(wěn)定，機(jī)身有較大振動(dòng)，同時(shí)冷卻水過(guò)熱，潤(rùn)滑油溫度明顯上升機(jī)理——火花塞點(diǎn)火后，火焰前鋒面呈球面波形狀以正常傳播速度（30～70m／s）向周圍傳播，氣缸內(nèi)壓力和溫度都急劇升高。混合氣燃燒產(chǎn)生的壓力波迅速向周圍傳播，在火焰前鋒面之前先期到達(dá)燃燒室邊緣區(qū)域，該區(qū)域的可燃混合氣(即末端混合氣)在壓縮終點(diǎn)溫度的基礎(chǔ)上進(jìn)一步受到壓縮和熱輻射，加速其先期反應(yīng)，并放出部分熱量，使本身壓力和溫度不斷升高，燃前化學(xué)反應(yīng)加速。一般來(lái)說(shuō)，這些都是正?，F(xiàn)象，但如果這一反應(yīng)過(guò)于迅速，以至在火焰鋒面到達(dá)之前末端混合氣即以低溫多階段方式開始自燃，則引發(fā)爆燃。爆燃著火方式類似于柴油機(jī)，同時(shí)在較大面積上多點(diǎn)著火，所以放熱速率極快，局部區(qū)域的溫度壓力急劇增加。這種類似階躍的壓力變化，形成燃燒室內(nèi)往復(fù)傳播的激波，猛烈撞擊燃燒室壁面，使壁面產(chǎn)生振動(dòng)，發(fā)出高頻振音(即敲缸聲)，這就是爆燃。

影響因素——（1）燃料性質(zhì)辛烷值高的燃料，抗爆燃能力強(qiáng)。（2）末端混合氣的壓力和溫度末端混合氣的壓力和溫度增高，則爆燃傾向增大。例如，提高壓縮比，則氣缸內(nèi)壓力、溫度升高，爆燃易發(fā)生。（3）火焰前鋒傳播到末端混合氣的時(shí)間提高火焰?zhèn)鞑ニ俣取⒖s短火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x，都會(huì)減少火焰前鋒傳播到末端混合氣的時(shí)間，有利于避免爆燃。

運(yùn)轉(zhuǎn)因素對(duì)燃燒的影響

1.點(diǎn)火提前角

點(diǎn)火提前角調(diào)整特性——當(dāng)汽油機(jī)保持節(jié)氣門開度、轉(zhuǎn)速以及混合氣濃度一定時(shí)，汽油機(jī)功率和耗油率隨點(diǎn)火提前角改變而變化的關(guān)系稱為點(diǎn)火提前角調(diào)整特性

圖8.10點(diǎn)火提前角不同時(shí)的圖

2.混合氣濃度

混合氣濃度調(diào)整特性——在汽油機(jī)的轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門開度保持一定，點(diǎn)火提前角為最佳值時(shí)調(diào)節(jié)供油量，記錄功率、燃油消耗率、排氣溫度隨過(guò)量空氣系數(shù)的變化曲線4.轉(zhuǎn)速——轉(zhuǎn)速增加時(shí)，應(yīng)增大點(diǎn)火提前角

8.2汽油機(jī)混合氣制備原理

汽油機(jī)理想混合氣特性

1．功率混合氣與經(jīng)濟(jì)混合氣

2．理想混合氣——汽油機(jī)在全負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，希望獲得更大的功率以達(dá)到最大的動(dòng)力性能，此時(shí)要求供給功率混合氣，而在其他負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，則應(yīng)從經(jīng)濟(jì)性要求出發(fā)，來(lái)選用合適的混合氣濃度

1)經(jīng)濟(jì)混合氣及功率混合氣特性線

2)理想負(fù)荷特性線

——負(fù)荷特性線是指轉(zhuǎn)速不變時(shí)，隨負(fù)荷而變化的規(guī)律(1)轉(zhuǎn)速固定時(shí)，作出各個(gè)節(jié)氣門位置的調(diào)整特性線。圖8.15(a)為其中的一例

(2)將這些調(diào)整特性線轉(zhuǎn)為圖8.15(b)所示的負(fù)荷特性線。此線呈魚鉤狀，其及兩個(gè)點(diǎn)分別與圖8.15(a)的及對(duì)應(yīng)。

(3)將所有節(jié)氣門位置的魚鉤線統(tǒng)一畫在圖8.15(c)的-坐標(biāo)圖上，然后取其外包絡(luò)線，就是該轉(zhuǎn)速的最經(jīng)濟(jì)的負(fù)荷特性線。因?yàn)榻?jīng)過(guò)了全面的調(diào)整，各負(fù)荷的值不可能再低于此包絡(luò)線

3)理想混合氣特性

將上述試驗(yàn)作出的理想負(fù)荷特性線，按圖8.15的相反順序作圖，可得到對(duì)應(yīng)的-線或-節(jié)氣門開度線，這就是該轉(zhuǎn)速的理想混合氣特性線。各轉(zhuǎn)速的特性線疊在一起，就是理想混合氣的全特性線族

4）動(dòng)態(tài)過(guò)程對(duì)混合氣特性的要求

冷車起動(dòng)

暖車過(guò)程加速

急減速

圖8.18理想化油器特性線的制取

2.簡(jiǎn)單化油器特性

簡(jiǎn)單化油器的進(jìn)氣流量計(jì)算式為空氣流速

通過(guò)噴油口(亦即通過(guò)主量孔)的供油率為

為主量孔前后的壓差

所以

﹤時(shí)不供油。此時(shí)，真空度不足以提升的油柱，致使油面達(dá)不到噴管口。

加大后開始噴油。由∞趨于一個(gè)常數(shù)。該值由式(8-7)中各參數(shù)所決定?？梢园匆筮x用不同參數(shù)來(lái)加以調(diào)節(jié)。

簡(jiǎn)單化油器特性的校正

3．現(xiàn)代化油器特性的獲取

（1）低怠速的I區(qū)值過(guò)大，即混合氣過(guò)稀，甚至不出油，為此，要附加怠速油系進(jìn)行怠速供油，同時(shí)，由怠速圓滑過(guò)渡到主噴油段，滿足低速供油和平穩(wěn)過(guò)渡的要求。（2）主供油Ⅱ區(qū)的值過(guò)小，混合氣偏濃，一般采用滲氣補(bǔ)償裝置(帶泡沫管的補(bǔ)償油井)來(lái)校正。（3）大負(fù)荷、滿負(fù)荷Ⅲ區(qū)過(guò)大而混合氣偏稀，因此要加裝機(jī)械及真空加濃裝置(省油器)，使油門開度從85％左右開始逐步加濃到滿負(fù)荷的值。

電控燃油噴射式供油系統(tǒng)混合氣的形成(a)單點(diǎn)汽油噴射系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖(b)多點(diǎn)汽油噴射系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2.化油器與汽油噴射系統(tǒng)的比較

（1）空燃比精確控制，使任何工況下都處于最佳工作狀態(tài)，特別是對(duì)過(guò)渡工況的動(dòng)態(tài)控制（2）沒(méi)有喉管，減小進(jìn)氣阻力，不需要對(duì)進(jìn)氣管加熱來(lái)促進(jìn)燃油的蒸發(fā)，充氣效率高（3）進(jìn)氣溫度低，爆燃得到了有效控制，有可能采取較高的壓縮比（4）混合均勻性問(wèn)題比較容易解決（5）冷起動(dòng)性能和加速性能良好，過(guò)渡圓滑

控制方法

ECU是電控汽油噴射系統(tǒng)的核心，內(nèi)裝有微型計(jì)算機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)通過(guò)傳感器反映給ECU。在ECU內(nèi)存儲(chǔ)噴射持續(xù)時(shí)間、點(diǎn)火時(shí)刻、怠速和故障診斷等數(shù)據(jù)，這些存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)與發(fā)動(dòng)機(jī)工況以及計(jì)算機(jī)程序相匹配。ECU利用這些數(shù)據(jù)和來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)上各種傳感器的信號(hào)，經(jīng)過(guò)邏輯運(yùn)算，又輸出控制信號(hào)給執(zhí)行器，通過(guò)執(zhí)行器控制發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)

8.3汽油機(jī)的燃燒室

汽油機(jī)對(duì)燃燒室的要求

1.結(jié)構(gòu)緊湊——面容比F／V(燃燒室表面積與容積之比)常用于表示燃燒室的緊湊性

2.具有良好的充氣性能

3.火花塞位置安排得當(dāng)

4.燃燒室形狀合理分布

5.要產(chǎn)生適當(dāng)?shù)臍怏w流動(dòng)

圖8.25幾種燃燒室的F／V與HC排放

圖8.26頂置氣門燃燒室火花塞位置與辛烷值要求

圖8.27燃燒室形狀對(duì)燃燒放熱率的影響

傳統(tǒng)汽油機(jī)燃燒室

楔形燃燒室

盆形燃燒室

半球形燃燒室

圖8.31不同燃燒方式的性能對(duì)比

汽油機(jī)稀薄燃燒系統(tǒng)

＞17

圖8.32TGP燃燒室

TGP燃燒室與傳統(tǒng)型燃燒室放熱率比較

1.均質(zhì)稀混合氣的燃燒室

圖8.34TGP燃燒室NOx的比較

2)雙火花塞燃燒室

半球形燃燒室中心兩邊等距離處各布置一個(gè)火花塞，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x僅為缸徑的一半，點(diǎn)火提前角可減小

2.分層燃燒燃燒室

1）美國(guó)德士古分層燃燒系統(tǒng)(TCCS)

本田公司CVCC燃燒系統(tǒng)

分區(qū)燃燒方式

軸向分層稀燃系統(tǒng)

圖8.38軸向分層工作原理a）進(jìn)氣過(guò)程早期b）進(jìn)氣過(guò)程后期c）壓縮過(guò)程4）滾流(縱渦)分層稀燃系統(tǒng)

三菱公司MVV(Mitsubishiverticalvortex)燃燒系統(tǒng)

5）四氣門分層稀燃系統(tǒng)

AVL公司四氣門高壓縮快速燃燒(HCFB，highcompressionfastburn)系統(tǒng)

3．缸內(nèi)直噴式稀薄燃燒方式

缸內(nèi)直接噴射(GDI，gasolinedirectinjection)是指直接往氣缸內(nèi)噴射汽油

圖8.42三菱GDI燃燒系統(tǒng)

GDI

特點(diǎn)不能采用已十分成熟的傳統(tǒng)三效催化劑，