第六章-汽油機混合氣的形成與燃燒1114

第六章

汽油機混合氣形成和燃燒高速（混合＋著火＋燃燒＝10～2ms）高溫（2000℃左右）高壓（柴油機高達100bar以上）復雜過程：流動、噴霧、多相流、燃燒化學燃燒研究所追求的目標：

高ηe(ηi)

、高Pme（Pmi）、低污染、低噪聲振動內(nèi)燃機燃燒的特點：主要內(nèi)容第一節(jié)汽油機的燃燒過程第二節(jié)汽油機的電控汽油噴射系統(tǒng)概述第三節(jié)燃油噴射的控制第四節(jié)汽油機的燃燒室第一節(jié)汽油機的燃燒過程一、正常燃燒過程：汽油機正常燃燒過程是由定時的火花點火開始，且火焰前鋒以一定的正常速度傳遍整個燃燒室的過程。著火點和著火落后期的確定汽油機著火和燃燒的高速攝影可用：示功圖、放熱規(guī)律、高速攝影的方法(一)正常燃燒過程進行情況將燃燒過程分為三個階段：著火落后期、明顯燃燒期和補燃期。1、著火落后期

從火花塞點火到火焰核心形成的階段。

為了提高效率，希望盡量縮短著火落后期。為了發(fā)動機運轉(zhuǎn)穩(wěn)定，希望著火落后期保持穩(wěn)定。(一)正常燃燒過程進行情況將燃燒過程分為三個階段：著火落后期、明顯燃燒期和補燃期。1、著火落后期

影響因素：混合氣成分、點火時缸內(nèi)氣體溫度和壓力、缸內(nèi)氣體流動、火花能量和殘余廢氣量，每一循環(huán)都有變動2、明顯燃燒期指火焰由火焰中心燒遍整個燃燒室的階段，因此也可稱為火焰?zhèn)鞑ルA段。在示功圖上指氣缸壓力線脫離壓縮線開始急劇上升（圖中2點）到壓力達到最高點(圖中3點)止。

燃燒的主要時期。明顯燃燒期的火焰?zhèn)鞑ピ诰祷旌蠚庵?，當火焰中心形成之后，火焰向四周傳播，形成一個近似球面的火焰層，即火焰前鋒，從火焰中心開始層層向四周未燃混合氣傳播，直到連續(xù)不斷的火焰前鋒掃過整個燃燒室。2、明顯燃燒期（速燃期）φB~φC現(xiàn)象：由明顯火核產(chǎn)生～火焰充滿燃燒室這一期間90％的燃料被燒掉主要控制參數(shù)：pmax、dp/dφ

pmax↑，ηi↑，Wi↑，但NOx↑，機械負荷及熱負荷↑

pmax位置，φc＝10～15°CAATDC壓力升高率dp/dφ（壓升率）

最高壓升率（dp/dφ）max(MPa/°CA)平均壓升率

dp/dφ

＝(pc－pb)

/(φc-φb)(MPa/°CA)dp/dφ↑,ηi↑，但NO↑，機械損失及熱負荷↑,噪聲振動↑一般汽油機，dp/dφ＝0.2~0.4（0.17~0.25）MPa/°CA

控制dp/dφ的對策：

pmax位置（點火時間）火焰?zhèn)鞑ニ俣龋ㄍ牧鞫?、空燃比等）放熱速率（燃燒室形狀?/p>

補燃期中，混合氣燃燒速度開始降低，加上活塞向下止點加速移動，使氣缸中壓力從點3開始下降，在后燃期中主要是湍流火焰前鋒后面沒有完全燃燒掉的燃料，以及附在氣缸壁面上的混合氣層繼續(xù)燃燒。為了保證高的循環(huán)熱效率和循環(huán)功，應使補燃期盡可能短。

3、補燃期

從最高壓力點開始到燃料基本燃燒為止稱為補燃期。

3、后燃期φC~φD燃燒剩余10％燃料 火焰前鋒面掃過后尚未完全燃燒的區(qū)域 壁面附近的未燃混合氣要求： 燃期短——后燃期↑，ηi↓

，排溫↑，甚至“放炮” 燃燒凈——否則，HC↑，CO↑對策：強化湍流，合適壁（水）溫例：點火時間對發(fā)動機性能的影響：改變θig可調(diào)整φcθig過早，

pmax前移，負功↑，NO↑，爆燃↑；θig過晚，

pmax后移，等容度↓，散熱↑，ηi↓；MBT：MinimumadvanceforBestTorque，即對于最大轉(zhuǎn)矩的最佳點火提前bmep:brakemeaneffectivepressure，即Pme燃燒特性測試例（1）：汽油機機型Touran2.0型式四沖程，水冷直列四缸，二氣門缸數(shù)×缸徑×行程（mm）4×82.5×92.8總排量（L）1.984壓縮比10.3怠速（r/min）780測試系統(tǒng)小負荷（負荷率18%）

n=2000rpmBMEP=0.19MPa凈指示功:123.2J循環(huán)動力過功:148.9J泵氣功:-25.7J汽油機燃燒特性大負荷（負荷率89%）

凈指示功：435.2J循環(huán)動力過程功:437.0J泵氣功:-1.8Jn=2000rpmBMEP=0.88MPa汽油機燃燒特性不同負荷燃燒特性對比小負荷Pme=0.18MPa大負荷Pme=0.89MPa燃燒持續(xù)期(oCA)3630最大爆發(fā)壓力（bar）12.230.8最高壓升率(bar/oCA)0.30.87最高瞬時放熱率（J/oCA）13.653.6著火落后期(oCA)25.515.5凈指示功(J)123.2435.2循環(huán)動力過程功(J)148.9437.0泵氣功(J)-25.7-1.8汽油機燃燒特性汽油機和柴油機燃燒過程主要特點對比對比項目汽油機柴油機著火點燃，高溫單階段著火，單點著火壓燃，低溫多階段著火，多點同時著火燃燒火焰在均質(zhì)預混合氣中有序傳播，燃燒柔和兩階段燃燒，即無序的非均質(zhì)預混合燃燒和擴散燃燒，燃燒較粗暴后燃混合均勻，因而后燃期較短混合不均勻，因而后燃期較長放熱規(guī)律燃燒放熱先緩后急，燃燒持續(xù)期較短DI機大多燃燒放熱先急后緩，“雙峰”放熱曲線，持續(xù)期較長（二）燃燒速度(率)火焰?zhèn)鞑シ绞娇煞譃閷恿骰鹧鎮(zhèn)鞑ズ屯牧骰鹧鎮(zhèn)鞑ァ?.層流火焰燃燒速率

層流火焰圖6-2層流火焰與火層流火焰前鋒面形狀的關系

層流火焰?zhèn)鞑ニ俣冗h遠不能滿足實際發(fā)動機燃燒的要求。

實際發(fā)動機中的火焰?zhèn)鞑ナ且酝牧骰鹧娣绞竭M行的。

層流火焰燃燒速率

燃燒速度(率)是指單位時間燃燒的混合氣量，可以表達為未燃混合氣密度火焰前鋒面積火焰?zhèn)鞑ニ俣?/p>

2.湍流火焰燃燒速率

湍流是指由流體質(zhì)點組成的微元氣體所進行的無規(guī)則的脈動運動。這些由氣體質(zhì)點所組成的小氣團大小不一，流動的速度、方向也不相同，但宏觀流動方向則是一致的。這種湍流運動使火焰前鋒表面出現(xiàn)皺折，強湍流運動使火焰前鋒面嚴重扭曲，甚至分隔成許多燃燒中心，導致火焰前鋒燃燒區(qū)的厚度增加。湍流運動使火焰前鋒表面積明顯增大，火焰?zhèn)鞑ニ俣燃涌?。湍流強烈湍流較弱湍流火焰湍流火焰燃燒速率未燃混合氣密度火焰前鋒面積火焰?zhèn)鞑ニ俣?/p>

提高混合氣的湍流程度是改善汽油機燃燒的有效手段。二、不規(guī)則燃燒

汽油機的不規(guī)則燃燒是指在穩(wěn)定正常運轉(zhuǎn)情況下，循環(huán)變動和各缸工作不均勻。

分類：

循環(huán)波動——不同循環(huán)之間的燃燒變動

各缸不均勻——各缸之間的燃燒差異（一）循環(huán)變動指發(fā)動機以某一工況穩(wěn)定運行時，這一循環(huán)和下一循環(huán)燃燒過程的進行情況不斷變化，具體表現(xiàn)在壓力曲線、火焰?zhèn)鞑デ闆r及發(fā)動機功率輸出均不相同

。實際中，汽油機轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩波動大于柴油機如轉(zhuǎn)速波動，汽±10r/min 柴±2r/min轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩波動來源于燃燒波動 （如右圖)

pmax波動：2.5~3.5MPa（dQB/dφ）max波動：2倍循環(huán)波動的評價指標

循環(huán)波動率δp=(σp/pmax)×100％式中，σp為pmax的標準偏差；

pmax為pmax的算術平均值正常情況：δp<10%較好汽油機：δp<7%

同理：可用Ψpmax、dp/dφ、pmi

、(dQB/dφ)max等多種燃燒特性參數(shù)表示循環(huán)波動程度。危害點火時間、空燃比等控制參數(shù)無法調(diào)節(jié)到最佳燃燒不好的循環(huán)會使ηi、Wi等下降振動↑、噪聲↑例：6105汽油機燃燒室改進設計后，（dp/dφ）max由1.8上升到2.4（bar/°CA），δp由11％降為7.1％，結果噪聲下降8dB

這種循環(huán)間的燃燒變動使汽油機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)，因而油耗上升，功率下降，不正常燃燒傾向增加，使汽油機性能下降。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的主要原因是：

1）混合氣成分波動；

2）氣體運動狀態(tài)波動。（1）混合氣成分波動：局部空燃比、殘余廢氣如圖，火花塞處連續(xù)50個循環(huán)的快速采樣結果（2）氣體運動狀態(tài)波動流速高低不同；湍流強度高低不同。下列因素或措施影響或改善循環(huán)波動:

：（1）過量空氣系數(shù)

Φα=0.8-0.9時循環(huán)波動最小，過濃或過稀都會使循環(huán)波動加劇。（2）適當提高氣流運動速度和湍流程度可改善混合氣的均勻性，進而改善循環(huán)波動。（3）殘余廢氣系數(shù)過大，則循環(huán)波動加劇。（4）發(fā)動機在低負荷、低轉(zhuǎn)速時，循環(huán)波動加劇。（5）多點點火有利于減少循環(huán)波動。（6）提高點火能量、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。φa影響最大，φa=0.8~1.0時，δp最小；油氣混合的均勻程度（絕對均勻，δp→0）；φr↑，δp↑，關鍵是防止火花塞周圍過濃的φr；負荷↓（φr↑），則δp↑；轉(zhuǎn)速↓（湍流↓），則δp↑；提高點火能量或采用多點點火。

a：

a=0.85~0.95時，燃燒速度最大

Pe、Δp/ΔMax;

a=1.05~1.15時，完全燃燒，

beMin，NOxMax；

a<1時，O2不足，CO；

a<0.8或

a>1.15時，燃燒速度慢，部分燃料來不及完全燃燒;

be

，HC結論：均質(zhì)混合氣

a對燃燒過程影響很大，必須嚴格控制。汽油機循環(huán)波動—案例分析東風公司491i汽油機實測結果汽油機循環(huán)波動—案例分析東風公司491i汽油機實測結果左圖：循環(huán)波動率每增大1個%點，Pmi損失1.5%？？汽油機ηi劣于柴油機的原因之一循環(huán)波動率示例δPmax=8.9%δPmax=9.6%BMEP=0.19MPaBMEP=0.88MPa（大眾Touran，2.0L汽油機，n=2000rpm）（二）各缸之間的燃燒差異各缸間燃燒差異稱為各缸工作不均勻。各缸之間的燃燒差異主要是由于燃料分配不均使空燃比不一致造成的。

影響混合氣分配不均勻的因素很多，總的來說，與進氣系統(tǒng)所有零件的設計和安裝位置都有關系，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氣管的設計。1、何謂各缸不均勻性各氣缸之間由于進氣充量和成分等不均勻引起的工作特性差異。

汽油機明顯大于柴油機2、評價方法用不均勻度Di表示第i缸的工作不均勻性。φc、φa、Pe、be、pmax等Di(φc)=[(φci

－φcm

)/φcm

]×100％式中：φci為第i缸的充氣系數(shù)，

φcm為各缸充氣系數(shù)平均值。對整機，往往用最大不均勻度Dmax類似循環(huán)波動，很難找到對各缸都是最佳的點火時間和φa，導致整機性能難以優(yōu)化；噪聲、振動增加例：某汽油機，Dmax(φc)由24％降至4％， Pe

↑1.5％，be↓9％（外特性）3、危害4、原因φc各缸不均勻 距離不等、阻力不等、動態(tài)效應、各缸干涉

（因此一般用φc作為不均勻度Di的評價指標，也是進氣管設計要點）實際噴油量各缸不均勻化油器＞進氣道噴射＞缸內(nèi)直噴φa不均勻 各進氣歧管中的油膜、油蒸氣、油氣混合過程不均勻燃料成分不均勻 重餾分等密度較大成分不易到達邊緣氣缸φr不均勻（與進、排氣系統(tǒng)都有關）各缸點火特性不同思考與討論到目前為止，我們介紹了哪些導致汽油機熱效率不如柴油機的因素？壓縮比低不能稀燃壓力升高率低循環(huán)波動率高各缸工作不均勻度高泵氣損失高三、不正常燃燒汽油機的不正常燃燒是指設計或控制不當，汽油機偏離正常點火時間及地點，由此引起的燃燒速率急劇上升，壓力急劇增大等異?，F(xiàn)象。汽油機的不正常燃燒主要是爆燃和表面點火。汽油機正常燃燒的特征（點燃式發(fā)動機）：由火花點火引燃（也可有其它強制點火方式）以火核為中心的火焰有序傳播汽油機不正常燃燒：爆燃（爆震、敲缸）表面點火激爆1、爆燃的外部特征

爆燃時，缸內(nèi)壓力曲線出現(xiàn)高頻大幅度波動(鋸齒波)，同時發(fā)動機會產(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，發(fā)動機功率上升，嚴重敲缸時，發(fā)動機功率下降，轉(zhuǎn)速下降，工作不穩(wěn)定，機身有較大振動，同時冷卻水過熱，潤滑油溫度明顯上升。（一）爆燃（爆震燃燒

）a)正常燃燒b)爆燃1、爆燃現(xiàn)象（Knocking）尖銳的金屬敲擊聲，聲頻為3～7KHz機身有明顯振動功率下降、轉(zhuǎn)速不穩(wěn)，甚至冒黑煙示功圖出現(xiàn)不同程度的“鋸齒波”冷卻水、機油和氣缸蓋等溫度升高2、爆燃產(chǎn)生的原因

末端混合氣自燃

正常燃燒：有明顯的火焰前鋒，且逐層向外傳播，直至燃燒完畢。

爆燃：火焰前鋒未到，未燃混合氣的溫度達到其自燃溫度而著火燃燒，形成新的火焰中心，產(chǎn)生新的火焰?zhèn)鞑?。在較大面積上多點著火，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)往復傳播的激波，猛烈撞擊燃燒室壁面，使壁面產(chǎn)生振動，發(fā)出高頻振音(即敲缸聲)，產(chǎn)生爆燃。末端混合氣（Endgas）受壓縮和熱輻射，以低溫多階段方式產(chǎn)生自燃（Self－ignition）多點大面積自燃，形成局部溫度壓力陡升（瞬時壓力可達18MPa），壓力波在傳播過程種形成“激波”。激波沖擊燃燒室壁面產(chǎn)生高頻振音（也有說共振），并在示功圖上可觀察到這種壓力波動，高速攝影可觀察到末端混合氣自燃以及正常的火焰前鋒面被壓迫后退的現(xiàn)象。注意：火焰前鋒面速度<100m/s，壓力波和熱輻射分別為音速和光速爆燃機理Shock激波p,Ttimetimep,Tend-gas末端混合氣Flame火焰

（1）機件過載（2）活塞、氣缸和活塞環(huán)磨損加??；（3）動力性和經(jīng)濟性惡化；（4）排氣冒黑煙，補燃增加，排氣溫度增加。3、爆燃的危害爆燃的危害★燃燒室壁面的層流邊界層和油膜被破壞，散熱↑↑，

熱負荷↑，嚴重時活塞頂燒熔;★燃燒粗暴、熱裂解發(fā)生，甚至冒黑煙★由于油膜層被破壞，引起活塞組異常磨損，拉缸甚至活塞環(huán)斷裂★輕微爆燃有可能略改善油耗和功率，但嚴重爆燃時

ηt↓，熱損失↑，導致be↑，Pe

↓★燃氣壓力劇烈波動使pmax和dp/dφ↑↑，使機械負荷↑。爆燃的危害正常燃燒火花塞爆燃火花塞

4、影響爆燃的因素

（1）燃料性質(zhì)

辛烷值高的燃料，抗爆燃能力強。（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。（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，有利于避免爆燃。防止爆燃的對策記: t1——由火核形成至火焰前鋒面?zhèn)鞑サ侥┒嘶旌蠚馑钑r間

t2——由火核形成至末端混合氣自燃著火所需時間則：不爆燃的條件t1<t2上述縮短t1和延長t2的對策中，許多是相互矛盾的實際中防止爆燃的主要措施降低ε

（最主要）提高燃料辛烷值推遲點火時間燃燒室優(yōu)化設計

由此造成了汽油機多年來的課題：即如何在無爆燃條件下實現(xiàn)高壓縮比汽油機爆燃示例n=2000rpmBMEP=0.9MPa發(fā)動機：EQ491壓縮比：9.0汽油：90(RON)點火提前角

24oCA19oCA

（二）表面點火與早燃

1表面點火在汽油機中，凡是不靠電火花點火而由燃燒室內(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。表面點火時刻是不可控制。熾熱表面何謂表面點火（Surfaceignition）

由熾熱表面點燃混合氣引起的著火熾熱表面： 燃燒室壁面凸起部，如排氣門、壁面尖角處、火花塞群部、積碳（Deposit）及其誘導作用表面點火的分類： 早火（早燃,Pre-ignition）——正常火花點火前發(fā)生的表面點火 后火（后燃）——正?；鸹c火后發(fā)生的表面點火后火： 若不引發(fā)爆燃，一般危害不大，或?qū)Ζ莍略有利；但長時間后火，會使燃燒室熱負荷提高，演變?yōu)樵缁?；出現(xiàn)“續(xù)走”（Running-on）現(xiàn)象。

2．早燃指在火花塞點火之前，熾熱表面就點燃混合氣的現(xiàn)象。

早燃使功率下降，火花塞、活塞等零件過熱。圖6–7汽油機早燃示功圖

早燃會誘發(fā)爆燃，爆燃又會讓更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，危害可能更大。早火由于實際著火提前，使pmax和dp/dφ↑；負功↑；ηi

↓；pi

↓；機械負功↑；ηm

↓，產(chǎn)生低頻敲缸（600～1200Hz）（注意早火與爆燃的異同）爆燃性表面點火（激爆）：多點早火 早火與點火時間提前一樣，會引起爆燃； 爆燃導致燃燒室溫度水平提高，更容易產(chǎn)生早火；兩者相互促進，形成多點早火，嚴重粗暴燃燒，即激爆（Δp/Δφ↑5倍，pmax↑1.5倍

）各種燃燒示功圖的比較

圖6–8幾種非正常燃燒過程的–圖正常燃燒與爆燃正常燃燒激爆(早火)爆燃(末端混合氣自燃)問題：如何區(qū)分激爆與爆燃、激爆與早火？防止表面點火的對策降低燃燒室溫度水平（與防爆燃一樣，ε↓、點火角↓等）燃燒室設計優(yōu)化（合理冷卻、避免尖角和突出部）選用低沸點汽油以減少重餾分（如芳烴）形成的積碳控制潤滑油消耗（潤滑油不完全燃燒易形成積碳）采用汽油或潤滑油添加劑以防止或消除積碳提高汽油中抗表火性好的成分，如異辛烷等。四、使用因素對燃燒過程的影響1、

點火提前角對應于每一工況都存在一個最佳點火提前角，這時汽油機功率最大，耗油率最低。圖6–9點火提前特性

點火提前角過大，則大部分混合氣在壓縮過程中燃燒，活塞上行所消耗的壓縮功增加，發(fā)動機容易過熱，有效功率下降。

點火提前角過小，則燃燒延長到膨脹過程，燃燒最高壓力和溫度下降，傳熱損失增多，排氣溫度升高，功率下降，耗油量增多。圖6–10點火提前角不同時p-φ的圖

影響最佳點火提前角的因素較多(如大氣壓力、溫度、濕度、缸體溫度、燃料辛烷值、空燃比、殘余廢氣系數(shù)、排氣再循環(huán)等).

傳統(tǒng)的真空和離心調(diào)節(jié)裝置只能隨轉(zhuǎn)速、負荷的變化對點火提前角作近似控制。傳統(tǒng)的點火控制裝置只考慮了影響最佳點火提前角的兩個因素.

在Φa=0.8~0.9時，Pe達最高值，且爆燃傾向最大。

在Φa=1.03~1.1時，be最低。當Φa＜0.8及Φa＞1.2時，經(jīng)濟性差，HO排放量增多且工作不穩(wěn)定。2、混合氣濃度3、負荷隨著負荷的減小，最佳點火提前角要提早。

4、

發(fā)動機轉(zhuǎn)速

轉(zhuǎn)速增加時，應當相應加大點火提前角作業(yè)1、什么是激爆？爆燃、表面點火的區(qū)別與聯(lián)系？2、柴油機的循環(huán)波動為什么小于汽油機？第二節(jié)汽油機電控汽油噴射系統(tǒng)概述燃油配制：定義：通過直接或間接測量進入發(fā)動機的空氣量，并按規(guī)定的空燃比計量燃油的供給量的過程。類型：化油器式、燃油噴射式一、外部混合氣形成特點燃料供給方式分為：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混合氣形成基本原理：

利用空氣動力學。喉管設置喉管

加快氣流速度

產(chǎn)生喉管真空度

噴油；高速空氣沖散、霧化、蒸發(fā)、氣化

浮子室高速氣流化油器存在的問題：喉管節(jié)流：進氣阻力，泵氣損失

，

v

，結冰；多缸機一個化油器：各缸進氣支管不等長，造成各缸不均勻性較大；空然比控制精度

不能滿足現(xiàn)代節(jié)能與排放法規(guī)的要求淘汰被電控汽油噴射技術替代（1）汽車電子技術發(fā)展背景社會要求：2）電控汽油噴射（EFI）式混合氣形成航空技術的發(fā)展化油器結冰成為致命缺陷1930年德國因戰(zhàn)爭需要著手開發(fā)機械式噴射系統(tǒng)但燃料系統(tǒng)改成機械噴射式成本高，安裝不方便為降低成本著手開發(fā)電控式汽油噴射系統(tǒng)1945年洛杉磯煙霧事件；1960年制定/1965年實施排放法規(guī)

重視排放控制技術空燃比的控制精度

1883年戴姆勒發(fā)明輕便快速汽油機

廣泛應用

技術支撐：半導體技術的發(fā)展及應用1948年晶體管發(fā)明，1957年使用化；1958年發(fā)明集成（IC）電路促進汽車電子技術的發(fā)展

1970年后基于美國發(fā)布安全、排放、油耗三大法規(guī)；1971年微機問世

使汽車電子控式技術迅速發(fā)展1972年波許公司開發(fā)L-J型質(zhì)量流量式電控汽油噴射系統(tǒng)1976年GM公司開發(fā)應用應用點火時期的微機控制技術控制技術由模擬控制向數(shù)字控制化發(fā)展

1977年日產(chǎn)/豐田實現(xiàn)用氧傳感器對空燃比的反饋控制1980年三菱推出卡門渦式空氣流量計；1981年波許/日立制作所推出熱線式空氣流量計電控汽油噴射技術逐漸成熟電控汽油噴射的主要優(yōu)點：1．提高了控制自由度，

減小進氣阻力，改善各缸均勻性；進氣管設計可按動力性要求設計，

最大限度地提高充氣效率。2．提高空燃比的控制精度，

改善經(jīng)濟性，且配合三效催化轉(zhuǎn)化器的應用，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，故提高發(fā)動機加減速等過渡工況響應性和冷起動性。成為現(xiàn)代汽車的主導地位（2）電控汽油噴射（EFI）式混合氣形成特點進入氣缸的空氣量和燃料量分別控制：空氣量空氣流量計駕駛員控制；燃料噴射量目標空然比ECU控制。電控汽油噴射的主要問題：根據(jù)不同工況下進入氣缸的空氣量，如何精確控制燃料噴射量

控制最佳混合氣濃度。關鍵問題：

確定不同工況下的目標空燃比；

精確控制燃料噴射量。

需要精確測量進入氣缸的空氣量

電控汽油噴射系統(tǒng)：

空氣系統(tǒng)：清潔、定量

空濾器、空氣流量計、節(jié)氣門及傳感器

燃料系統(tǒng)：霧化，計量

燃油泵、濾清器、共軌、噴油器

控制系統(tǒng)：控制精度

傳感器、ECU、執(zhí)行器

電控汽油噴射系統(tǒng)的控制：由臺架試驗,事先確定不同工況對應的最佳空然比及其影響因素

制成控制脈譜圖，存儲于ECU的ROM中。由專門進氣流量測量裝置，測量每一工況進入氣缸的空氣量，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、目標空燃比、燃油噴射量；

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程。質(zhì)量流量計、進氣壓力傳感器/溫度傳感器以及轉(zhuǎn)速傳感器，三、混合氣濃度與發(fā)動機性能的關系1）混合氣濃度對發(fā)動機性能的影響理論上：

a=1時完全燃燒，實際上：

a=1.03~1.15時接近完全燃燒

因缸內(nèi)混合氣非均勻；殘余廢氣稀釋作用直接影響燃燒。稱此混合氣為經(jīng)濟混合氣

ab。

a>1.03~1.15時：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

動力性、經(jīng)濟性下降，NOx排放也降低。

a=1.3~1.4時：混合氣過稀，燃料分子間距增大；氧化速率

，放熱<散熱

熱量不能積累；火焰難傳播而熄火。

稱該混合氣濃度為著火下限。

a=0.8~0.9時：燃料密度相對較高，氧氣濃度足夠

燃燒速率最快，熱損失最小

動力性最好。

稱此混合氣為功率混合氣

aP。但因不完全燃燒be、CO、HC

a<0.8~0.9時：混合氣過濃，氧氣不夠；燃料不完全燃燒

放熱

，燃燒速率；

動力性/經(jīng)濟性；

缸內(nèi)易積碳，CO

，冒煙

。

a=0.4~0.5時：嚴重缺氧，大部分燃料不能燃燒；火焰不能傳播而熄火。

稱此混合氣為著火上限。對應最佳動力性和最佳經(jīng)濟性的A/F不一致；存在混合氣濃度的著火界限范圍。汽油

a=0.4~1.42）汽油機各工況對的要求工況

起動、怠速、中小負荷、全負荷和加減速。起動工況：n、溫度最低，開度小，氣流速低；

噴霧及油膜蒸發(fā)混合條件最差。

供給

a=0.4~0.6;保證缸內(nèi)可燃混合氣的濃度；問題：CO和HC排放較嚴重。

首次噴射完爆率。怠速：Pe=0，開度最小，n和溫度較低，

r較大；且隨TW

，油膜蒸發(fā)不同，影響混合氣濃度。

a=0.6~0.8怠速穩(wěn)定?？斓∷傧到y(tǒng)

縮短暖車時間，

怠速經(jīng)濟性，中小負荷：工作溫度

，霧化條件改善。此時隨節(jié)氣門開度增加，進氣量

，

r。

隨開度

a；常用工況：三效催化+電控排放：

a=1.0全負荷工況：開度最大，

輸出最大功率。要求供給功率混合氣；

a=0.8~0.9

對經(jīng)濟性和排放問題暫不予考慮加減速工況：節(jié)氣門突變，進氣量/進氣壓力變化

影響進氣道表面/進氣門背面油膜蒸發(fā)；

影響缸內(nèi)混合氣濃度。加速時：進氣量

，進氣壓力

，油膜表面壓力

;

阻礙油膜蒸發(fā)，

缸內(nèi)混合氣變稀；減速時：進氣量

，進氣壓力

，油膜表面壓力

使其蒸發(fā)量增加，

缸內(nèi)混合氣變濃?！嘣斐善嚰訙p速時游車現(xiàn)象必須需要相應地進行噴油量的加減修正。一、汽油發(fā)動機對可燃混合氣的要求1.空燃比對發(fā)動機性能的影響=13.5~14.0時，燃燒火焰出現(xiàn)最高值，稱功率空燃比；

=16左右時，燃燒完全，耗油率最低，稱經(jīng)濟空燃比；在功率空燃比與經(jīng)濟空燃比范圍內(nèi)的混合氣成分是汽油機常用的混合氣，是發(fā)動機具有較好的使用性能。怠速：很濃混合氣小負荷：較濃混合氣中等負荷：稀混合氣大負荷：加濃混合氣全負荷：功率混合氣圖6–16汽油機負荷變化時所需的空燃比2.發(fā)動機各種工況對可燃混合氣的要求：(1)穩(wěn)定工況(2)過渡工況冷起動：極濃混合氣暖機：濃混合氣(隨溫度升高混合氣變稀)加速：及時加濃急減速： 避免混合氣過濃二、電控燃油噴射供給系統(tǒng)的類型1．按噴射位置分類1）缸內(nèi)噴射2）進氣管噴射進氣管噴射又分為單點噴射和多點噴射。a)單點汽油噴射系統(tǒng)結構示意圖b)多點汽油噴射系統(tǒng)結構示意圖2．按噴射控制裝置分類

汽油噴射系統(tǒng)分為機械式(機電式)和電控式兩種。3．按噴射方式分類

汽油噴射系統(tǒng)可分為連續(xù)噴射和間歇噴射兩種。4.按空氣流量測量方法分類

汽油噴射系統(tǒng)可分為質(zhì)量流量控制的汽油噴射系統(tǒng)、速度密度控制的汽油噴射系統(tǒng)、節(jié)流速度控制的汽油噴射系統(tǒng)。三、化油器供油系統(tǒng)與汽油噴射供油系統(tǒng)的比較汽油噴射供油系統(tǒng)的優(yōu)點：（1）可以對混合氣空燃比進行精確控制；（2）減少了進氣阻力，充氣效率高；（3）可能采取較高的壓縮比；（4）發(fā)動機冷起動性能和加速性能良好，過渡圓滑。四、幾種電子控制燃油噴射系統(tǒng)的結構1.D型電控汽油噴射系統(tǒng)原理：以進氣管壓力和發(fā)動機轉(zhuǎn)速控制噴油量，速度密度方式。2—噴油器3—進氣歧管絕對壓力傳感器6—冷啟動噴油器2.L型電控汽油噴射系統(tǒng)原理：以吸入的空氣量作為控制噴油量的主要因素。L型測量準確程度高于D型

5—噴油器8—冷啟動噴油器10—阻流板式空氣流量傳感器3.Mono系統(tǒng)低壓中央噴射系統(tǒng)，即單點噴射系統(tǒng)，在原來化油器的基礎上僅用一只電磁噴油器進行集中噴射。1一中央噴射組件第三節(jié)燃油噴射的控制一、噴油時刻的控制

噴油時刻是指噴油器開始進行噴油的時刻相對曲軸位置的轉(zhuǎn)角。噴油時刻隨發(fā)動機噴油方式的不同而有所不同，但都是在相對曲軸轉(zhuǎn)角的固定轉(zhuǎn)角處。ECU以曲軸轉(zhuǎn)角傳感器的信號為依據(jù),根據(jù)不同的噴油方式控制噴油器的開啟時刻。

二、噴油量的控制

ECU根據(jù)各種傳感器測得的發(fā)動機進氣量、轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門開度、冷卻水溫度與進氣溫度等多項運行參數(shù)，按設定的程序進行計算，并按計算結果向噴油器發(fā)出電脈沖，通過改變每個電脈沖的寬度來控制各噴油器每次噴油的持續(xù)時間，從而達到控制噴油量的目的。電脈沖的寬度越大，噴油持續(xù)時間越長，噴油量也越大。1）起動工況的噴油控制

發(fā)動機剛起動時，ECU按預先給定的起動程序來進行噴油控制。ECU根據(jù)起動開關及轉(zhuǎn)速傳感器的信號，判定發(fā)動機是否處于起動狀態(tài)。當起動開關接通，且發(fā)動轉(zhuǎn)速低于某一轉(zhuǎn)速時。ECU按發(fā)動機水溫、進氣溫度和起動轉(zhuǎn)速計算出一個固定的噴油量，使發(fā)動機獲得順利起動所需的濃混合氣。冷車起動時，一般采用以下兩種方法。1.通過ECU控制冷起動加濃通過延長各缸噴油器的噴油持續(xù)時間或增加噴油次數(shù)來增加噴油量。2.通過冷起動噴油器和冷起動溫度開關控制冷起動加濃除了通過ECU延長各缸噴油器的噴油持續(xù)時間來增大噴油量之外，還通過冷起動噴油器噴入一部分冷車起動所需要的附加燃油，以加濃混合氣。2）起動后的噴油控制

發(fā)動機起動后，各傳感器適時檢測發(fā)動機的轉(zhuǎn)速、進氣量、進氣溫度、冷卻液溫度、節(jié)氣門位置(即工況)以及排氣中氧的含量等信號，通過接口電路輸入微機。ECU按下式確定噴油持續(xù)時間：噴油持續(xù)時間=基本噴油時間×噴油修正系數(shù)十電壓修正值基本噴油時間是根據(jù)空氣質(zhì)量和發(fā)動機轉(zhuǎn)速計算出的為實現(xiàn)設定空燃比而需要的噴油時間。各噴油修正系數(shù)：1.蓄電池電壓修正噴油器電磁線圈的電感阻抗延緩了噴油器針閥的開啟時刻。當蓄電池電壓不同時，會引起實際噴油量的變化，蓄電池電壓降低，噴油量也會下降。蓄電池電壓修正通常以14V電壓為基準，低于14V時，增加噴油時間。

2.進氣溫度修正

進氣溫度不同，空氣質(zhì)量會有變化。在空氣流量計內(nèi)常裝有進氣溫度傳感器，通常是以20℃時的進氣溫度為基準。當進氣溫度低于20℃時，修正系數(shù)大于1，適當增加噴油量；當進氣溫度高于20℃時，修正系數(shù)小于1，適當減少噴油量。圖6–53進氣溫度修正系數(shù)3.起動后噴油修正

發(fā)動機冷車起動后數(shù)十秒內(nèi)，由于發(fā)動機機體溫度較低使得汽油氣化不良，為使發(fā)動機保持穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，應隨時間變化進行不同程度的加濃。噴油修正系數(shù)的初始值由冷卻水的溫度決定，然后隨著起動運行，修正系數(shù)逐漸衰減。圖6–54冷車起動燃油修正系數(shù)4.暖機加濃修正

在冷車起動結束后的暖機過程中，發(fā)動機的溫度一般不高，噴入燃油與空氣的混合依然較差，結果造成氣缸內(nèi)的混合氣變稀。因此，在暖機過程中必須增加噴油量。暖機增量比的大小取決于水溫傳感器所測得的發(fā)動機溫度。圖6–55暖機加濃修正系數(shù)5.加速修正

汽車發(fā)動機加速時，節(jié)氣門突然開大，發(fā)動機吸氣量會隨著節(jié)氣門開度的變化而立即發(fā)生變化，為了獲取良好的加速過渡性能，要求供給系統(tǒng)能在短時間內(nèi)使混合氣加濃。在加速工況時，發(fā)動機根據(jù)節(jié)氣門位置傳感器的變化速率判斷發(fā)動機是否處于加速工況。

圖6–56加速修正系數(shù)6.加速修正

大負荷工況時，應按功率混合氣要求供給噴油量，目的是使發(fā)動機發(fā)出最大功率。大負荷信號由節(jié)氣門位置傳感器測得的節(jié)氣門開度來決定。當判斷出為大負荷時，ECU調(diào)節(jié)噴油器的持續(xù)噴油時間，使噴油量增加。7.斷油控制暫時中斷燃油噴射，以滿足發(fā)動機運轉(zhuǎn)中的特殊要求，它包括超速斷油控制和減速斷油控制兩種斷油控制方式。（1）超速斷油控制（2）減速斷油控制減速斷油控制條件：1)節(jié)氣門位置傳感器中的怠速開關接通。2)發(fā)動機水溫已達正常溫度。3)發(fā)動機轉(zhuǎn)速高于某一數(shù)值。3）理論空燃比的反饋控制

反饋控制是指借助安裝在排氣管中的氧傳感器送來的反饋信號，對理論空燃比進行反饋控制的方式。根據(jù)氧傳感器的輸出特性，氧傳感器輸出電壓信號在過量空氣系數(shù)處發(fā)生躍變。微機有效地利用這一空燃比反饋信號，當混合氣過稀時，排氣中含氧量增加；當增加到一定值時，氧傳感器的輸出電壓突然降低。ECU根據(jù)這一信號命令噴油器增加供油量，使混合氣逐漸變濃，直至加濃到實際空燃比略低于化學計量空燃比、氧傳感器的輸出電壓再次迅速上升、ECU再次發(fā)出減少噴油量的命令為止。反饋控制便是如此循環(huán)往復地進行的。圖6–57反饋控制特性曲線圖a)混合氣實際空燃比b)氧傳感器輸出電壓c)噴油量優(yōu)化目標汽油機柴油機be

↓↓pme↑PM

↓↓NOx

↓↓be

↓pme↑NVH

↓第四節(jié)汽油機的燃燒室常見汽油機燃燒室:a~d為最常用的燃燒室；e的“L型”燃燒室是有代表性的舊型燃燒室；f~h為有特色的燃燒室

汽油機的燃燒室設計直接影響充氣系數(shù)、燃燒放熱速率、散熱損失、循環(huán)波動以及爆燃等，從而影響動力性、經(jīng)濟性和排放性。汽油機為降低排放曾出現(xiàn)過數(shù)十種燃燒室，但TWC普及后，絕大多數(shù)采用d的4氣門蓬型燃室。

汽油機的燃燒室設計直接影響充氣系數(shù)、燃燒放熱速率、散熱損失、循環(huán)波動以及爆燃等，從而影響動力性、經(jīng)濟性和排放性。1.汽油機燃燒室設計的基本要求(1)結構緊湊緊湊性評價指標：F/V（表面積/容積）F/V越小越好:→火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x短，避免爆燃，ε可提高；→燃燒放熱速率高，等容度提高，ηi高；→淬熄效應小，HC排放低；→散熱損失小對比：L型燃室ε＝6~74氣門蓬型燃室ε＝8~10最不緊湊最緊湊(2)合理的幾何形狀適宜的放熱速率（如下圖）廓線圓滑、避免尖凸部，以防止表面點火足夠的進排氣流通截面（如浴盆型與楔型的對比，氣門直徑，氣道形狀）燃燒持續(xù)期控制在60度CA之內(nèi)燃燒初期：壓力升高率不致過高，工作柔和燃燒中期：放熱量最大，獲得較大的功燃燒后期：補燃較少，有較高的熱效率(3)火花塞布置合理P124火花塞至末端混合氣的距離最短，爆燃可能性?。ㄅ钚停┛拷邷責霟釁^(qū)布置，爆燃可能性小（火球型）便于掃氣，以清掃廢氣，有利于起動及低速低負荷的工作穩(wěn)定性看懂右圖，火花塞位置與燃料抗爆特性的關系(4)組織適當?shù)臍饬鬟\動氣流運動方式：主要是擠流（如圖剖面處，與淬熄層是一對矛盾）；其次是進氣渦流（與柴油機不同，中低工況時作用?。u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)的氣流側滾流：繞⊥氣缸中心與缸心距構成面的（x軸）旋轉(zhuǎn)的氣流擠流：壓縮過程中活塞頂部擠氣面上的氣體壓入到燃燒室內(nèi)的氣流。目的：微觀油氣混合更均勻形成足夠的湍流強度以加快火焰?zhèn)鞑ニ俣葴p小壁面淬熄層厚度以降低HC排放掃除火花塞處的廢氣注意：氣流運動過強無必要，反而增加流動、散熱損失，使著火困難。(5)足夠的進排氣門流通截面，提高充氣性能應允許有較大的進氣門直徑或進氣流通面積，適于多氣門布置。進氣流線短，轉(zhuǎn)彎少，使混合氣盡可能平直、光順地流入燃燒室。燃燒室壁面與氣門頭部要有足夠的間隙，避免壁面的遮蔽作用。以使提高ηv（提高功率），降低進氣阻力（降低油耗）(6)適當冷卻末端混合氣一、傳統(tǒng)發(fā)動機常用的幾種燃燒室1.楔型燃燒室楔形燃燒室側剖面為楔型.

結構較緊湊，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x較短；燃燒室氣門直徑較大，充氣性能較好；楔形燃燒室的火花塞布置在楔形高處，對著進、排氣門之間，有利于新鮮混合氣掃除火花塞附近的廢氣；混合氣過分集中在火花塞處，使得初期燃燒速度大，工作粗暴，NOx排出量較高。由于擠氣面積內(nèi)的熄火現(xiàn)象，廢氣中HC的含量亦較多。

圖6–61楔形燃燒室楔型燃燒室（wedgetype）特點楔型空間與擠氣面配合，可形成較強氣流運動和掃氣，氣門傾斜布置，流動截面大，氣道阻力小

性能：F/V較小，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x較短，ε可達9.5，動力經(jīng)濟性較高，低速低負荷性能穩(wěn)定；dp/dφ較高，工作較粗暴，HC排放高。楔型燃燒室（wedgetype）

應用機型：491(4Y)、489(GM2.0)、486(3Y)、CA-72轎車發(fā)動機2.

浴盆型燃燒室2.

浴盆型燃燒室2.

浴盆型燃燒室浴盆形燃燒室的特點是：有一定的擠氣面積，但擠流效果差；火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x較長，燃燒速度較低，燃燒時間長，經(jīng)濟性、動力性不高，HC排量多。但NOx的排量較少，工藝性好。圖6–62汽車發(fā)動機的浴盆形燃燒室浴盆形燃燒室（Bathtubtype）

特點（如圖）：主要空間形狀像橢圓形浴盆，

性能：F/V較大，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x長，ε<7.5，be較高，pme不高工作柔和，NOx排放低，制造工藝好浴盆形燃燒室（Bathtubtype）

應用機型：曾在我國廣泛應用，492Q(ε=7.2)、6100Q(ε=6.75)、桑塔納轎車JV型汽油機，奧迪100轎車發(fā)動機等3.半球型燃燒室半球形燃燒窒結構緊湊，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x也是最短的。氣門直徑較大，氣道轉(zhuǎn)彎較小，充氣效率高，且對轉(zhuǎn)速變化不敏感。有較好的動力性和經(jīng)濟性，HC排放量低。缺點是由于火花塞附近有較大容積，使燃燒速率大，壓力升高率大，工作粗暴。NOx排放較多。圖6–63半球形燃燒窒4、多球形（蓬型）燃燒室特點：頂部呈半球形，進排氣門和火花塞周圍均分別呈球形，比半球形擠氣面大，稱為多球形；頂部由若干平面構成帳篷形（Pentrooftype），稱為蓬型；4氣門，火花塞中央布置，一般無擠流，而利用雙進氣道形成的進氣渦流。（日產(chǎn)公司，壓縮比10，雙頂置凸輪）4、多球形（蓬型）燃燒室性能：F/V最小，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x最短，充氣系數(shù)高，動力經(jīng)濟性好，高速適應性強；但低速大負荷時易爆燃，dp/dφ高，工作較粗暴。應用：國外主流形式，其中，蓬型又多于多球形（日產(chǎn)公司，壓縮比10，雙頂置凸輪）碗形：結構緊湊，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、碗型6、火球高壓縮比燃燒室直徑小，形狀緊湊，能形成擠氣紊流。進氣門下方容積較小，通過一淺槽與燃燒室連通。壓縮過程，部分進入進氣門下方的混合氣，通過淺槽切向進入燃燒室，產(chǎn)生渦流運動?；钊滦袝r，燃氣形成反流，使燃燒速度加快。允許使用高壓縮比，耗油率低，排放污染少，可燃燒稀薄均勻混合氣，空燃比為19～26?；鹎蛉紵乙笫褂酶咝镣橹灯停瑢Ω變?nèi)積炭較敏感。汽油機燃燒室性能對比特征浴盆型楔形多球形火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x長較長短面容比大中小進排氣門截面積小中大擠流強度較強強弱充氣系數(shù)低中高壓縮比低(6.5~7.5)較高（9～10.5）最高熱效率低較好好dp/dφ及pmax低較高高NOx低高高HC高高低不同燃燒室的特征及性能比較現(xiàn)代汽油機燃燒系統(tǒng)特征緊湊（蓬形）燃燒室高壓縮比（9－11）火花塞中心布置、高能點火4氣門與雙頂置凸輪軸（DOHC）可變氣門定時和升程（VVT/L）可變進氣系統(tǒng)利用氣體波動效應渦輪增壓電控系統(tǒng)（多點順序噴射、雙氧傳感器、爆震傳感器、）傳統(tǒng)汽油機的弱點指示熱效率有效熱效率機械效率摩擦泵吸附件ηm=ηmFηmPηmA傳統(tǒng)汽油機的弱點（a）由于采用量調(diào)節(jié)，存在較大的泵氣損失，造成燃油經(jīng)濟性（尤其是低負荷）較差；（d）在化學計量比附近燃燒，排放高。（b）由于爆震而不能采用高壓縮比，使熱效率降低；（c）濃混合氣的比熱容比較低，使熱效率降低；稀薄燃燒的效果化油器Φa=0.8～1.2PFI（排放為目標）Φa=1.0稀燃非直噴Φa=0.8～1.2稀燃GDIΦa=0.8～4.0功率混合氣

φap

＝0.8~0.9經(jīng)濟混合氣

φab

＝1.05~1.1排放混合氣

φae

＝1.0

φa＝1φa控制策略的基本出發(fā)點

考慮動力性和經(jīng)濟性對φa的要求（化油器時）怠速或低負荷φa<1

（電控時φa

＝1）部分負荷φa>1高負荷φa<1

考慮排放性時對φa的要求（進氣道噴射時）高負荷φa<1（一般）其余負荷φa

＝1化油器式與PFI二、稀薄燃燒及缸內(nèi)直噴式汽油機

稀薄燃燒汽油機是一個范圍很廣的概念，只要空燃比>17，就可以稱為稀薄燃燒汽油機。稀燃汽油機分可為兩類，一類是非直噴式稀燃汽油機，包括均質(zhì)稀燃和分層稀燃式汽油機，一般只能在<25的范圍內(nèi)工作。而另一類是缸內(nèi)直噴式稀燃汽油機，可在≥25～50范圍內(nèi)穩(wěn)定工作。

稀薄燃燒汽油機有良好的排放特性和燃油經(jīng)濟性。不同燃燒方式的性能對比1.均質(zhì)稀混合氣的燃燒室

1)TGP燃燒室燃燒室中設有一個預燃室，火花塞位于通道中。在壓縮過程中，新鮮混合氣進入預燃室，產(chǎn)生適當?shù)臏u流，并對火花塞間隙進行掃氣，促進著火?；鹧婧诵倪M入預燃室，引起迅速燃燒，結果形成火焰束噴入主燃燒室，使主燃燒室氣體產(chǎn)生強烈紊流，促進了主燃燒室燃燒。TGP燃燒室

TGP燃燒室與傳統(tǒng)型燃燒室放熱率比較2)雙火花塞燃燒室

離半球形燃燒室中心兩邊等距離處各布置一個火花塞，因而火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x僅為缸徑的一半，點火提前角可減小，提高了點火時混合氣的壓力和溫度，使著火性能得到改善，燃燒持續(xù)時間縮短，提高了發(fā)動機的性能。圖6–68雙火花塞燃燒室2.分層燃燒

分層充氣燃燒，即在火花塞附近形成具有良好著火條件的較濃的可燃混合氣，而在周邊區(qū)域是較稀混合氣或空氣。如圖6–64所示，分層燃燒的汽油機可穩(wěn)定工作在A/F=20～25范圍內(nèi)。分層往往是通過不同的氣流運動和供油方法實現(xiàn)。

1)美國德士古分層燃燒系統(tǒng)(TCCS)

此系統(tǒng)吸入氣缸的是空氣，由螺旋進氣道或?qū)馄两M織強進氣渦流。在壓縮上止點前30°左右，噴油嘴順氣流方向?qū)⑵蛧娙霘飧?，燃油隨氣流流動，火花塞位于噴嘴下方邊緣，此處混合氣濃，容易著火。著火后，火焰、燃氣隨氣流擴展，被氣流帶離火花塞、噴油嘴，新鮮空氣又被渦流帶到燃油噴射區(qū)。圖6–69德士古TCCS燃燒室螺旋進氣道或?qū)馄吝M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TCCS燃燒系統(tǒng)（Texacocontrolledcombustionprocesssystem）已燃氣和未燃氣體靠密度差分離TCCS的控制參數(shù)及特點：噴射定時：上止點前30CA油滴霧化：~10m噴霧速度：200m/s;最大A/F=100；

=12可用多種燃料，1980年由美國采用

2)CVCC燃燒系統(tǒng)

CVCC燃燒系統(tǒng)是一種分區(qū)燃燒方式，有主、副兩個燃燒室和兩個化油器。工作時，向主燃燒室供給較稀混合氣，而向副燃燒室供給少量濃混合氣，在壓縮過程中，副燃燒室內(nèi)形成的易于著火的混合氣。火花塞首先點燃副燃燒室中的混合氣，由副燃燒室噴出的火焰點燃主室的稀混合氣。

圖6–70CVCC燃燒系統(tǒng)

3)軸向分層燃燒系統(tǒng)

進氣過程早期只有空氣進入氣缸，進氣組織較強的渦流；當進氣門開啟接近最大升程時，通過安裝在進氣道上的噴油器將燃料對準進氣閥噴入缸內(nèi)；燃料在渦流的作用下，沿氣缸軸向發(fā)生上濃下稀分層。壓縮過程維持這種軸向分層，在火花塞附近存在較濃的混合氣，而其余部分混合氣較稀。圖6–71軸向分層工作原理軸向分層稀薄燃燒關鍵技術：噴射時期與缸內(nèi)氣流的匹配

A/F可達22；

晚噴：配合缸內(nèi)強列渦流，實現(xiàn)A/F的軸向梯度分布

進氣初期只有空氣進入氣缸

強烈渦流氣門達hmax時噴油，靠渦流

上濃下稀分層

當徑向分量>軸分量大時

軸向分層

4)滾流(縱渦)分層稀燃系統(tǒng)

滾流(縱渦)分層稀燃燒系統(tǒng)在進氣道中設置兩塊薄的垂直隔板，使進氣在氣缸內(nèi)形成三股獨立的滾流，外層的兩股渦流僅由空氣組成，中間的一股是濃de的混合氣，這樣強的空氣和燃料線型氣流，大大抑制了水平渦流的形成，同時防止它們彼此混合，使燃料和空氣在壓縮過程維持分層，保證火花塞附近形成濃混合氣，向缸壁逐漸稀化。圖6–72三菱縱渦流旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)橫向分層稀薄燃燒利用4氣門機構，采用滾流式進氣道，配合活塞頂結構形狀，形成滾流。

噴油器安裝在進氣支管，向兩個進氣門之間噴油，火花塞布置在氣缸中央滾流的引導下濃混合氣經(jīng)過火花塞；而火花塞兩側為純空氣，

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)濟性

6~8%，NOx

80%(體積分數(shù))

5)四氣門分層稀燃系統(tǒng)

四氣門高壓縮快速燃燒中有一個切向進氣道l和一個中性進氣道2分別獨立地通往各自的進氣門。切向進氣道產(chǎn)生繞氣缸中心線旋轉(zhuǎn)的進氣渦流；同時，中性進氣道末端與氣缸中心線的夾角較小，產(chǎn)生向下的氣流，該氣流與活塞運動相配合，產(chǎn)生一種其旋轉(zhuǎn)軸線平行于曲軸中心線的滾流。安置在中性進氣道中的渦流控制閥3控制著兩個進氣道中的流量比，進而決定缸內(nèi)充量運動的渦流比。圖6–73AVL四氣門高壓縮快速燃燒系統(tǒng)

5)四氣門分層稀燃系統(tǒng)

渦流控制閥下游的進氣道上開有一個“窗口”，雙束噴油器4通過這個“窗口”將兩支油束分別噴入兩個進氣道。兩支油束的燃油流量相等、持續(xù)時間相同。當渦流控制閥3不是完全開啟時，中性進氣道的混合氣較濃，切向進氣道的混合氣較稀，造成分層充氣。圖6–73AVL四氣門高壓縮快速燃燒系統(tǒng)稀燃與GDI發(fā)動機

◎1996