汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒汽車發(fā)動機(jī)原理

汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒-汽車發(fā)動機(jī)原理2024/3/24汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒汽車發(fā)動機(jī)原理目

錄前言：課程緒論第一章：發(fā)動機(jī)性能第二章：發(fā)動機(jī)換氣過程第三章：燃料與燃燒第四章：汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒第五章：柴油機(jī)混合氣的形成與燃燒第六章：發(fā)動機(jī)的特性第七章：車用發(fā)動機(jī)廢氣渦輪增壓第八章：排氣污染機(jī)及控制汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒汽車發(fā)動機(jī)原理第四章：汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒

4-1汽油機(jī)燃燒過程

4-2汽油機(jī)混合氣形成

4-3汽油機(jī)燃燒室汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒汽車發(fā)動機(jī)原理4-1汽油機(jī)燃燒過程一、正常燃燒

(一)正常燃燒過程進(jìn)行情況

I著火延遲期（1-2）II明顯燃燒期（2-3）III后燃期（3-）汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒汽車發(fā)動機(jī)原理

I著火延遲期（1→2）

點(diǎn)火→偏離純壓縮線τi＝φ2－φ1影響因素：1、燃料性質(zhì)辛烷值2、點(diǎn)火時缸內(nèi)壓力、溫度3、混合氣成分：=0.8-0.9最小4、殘余廢氣5、點(diǎn)火能量汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒汽車發(fā)動機(jī)原理II明顯燃燒期（2－3Pmax）

II越短，越靠近上止點(diǎn):→經(jīng)濟(jì)性，動力性↑→（Δp/Δφ）↑（噪聲、振動、排污）↑

Δφ=II＝f〔uT（火焰?zhèn)鞑ニ俣龋常絝〔uT（層流火焰?zhèn)鞑ニ俣取⒒旌蠚馕闪髅}動速度）〕汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒汽車發(fā)動機(jī)原理III后燃期（3－）

指明顯燃燒期以后的燃燒，主要有火焰前鋒后未及燃燒的燃料再燃燒，貼附在缸壁上未燃混合氣層的部分燃燒以及高溫分解的燃燒產(chǎn)物（H2、CO等）重新氧化。這種燃燒已遠(yuǎn)離上止點(diǎn)，應(yīng)盡量減少。汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒汽車發(fā)動機(jī)原理（二）燃燒速度

通過改變，改變P-V曲線。控制燃燒速度就能控制明顯燃燒期的長短及其相對曲軸轉(zhuǎn)角的位置。現(xiàn)代汽油機(jī)轉(zhuǎn)速很高，燃燒時間極短，這就需要有足夠快的燃燒速度，并希望它合理地變化。式中ρt—未燃混合氣密度；

Ut—火焰?zhèn)鞑ニ俣?，At—火焰前鋒面積。汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒汽車發(fā)動機(jī)原理影響燃燒速度的因素有：

1.火焰?zhèn)鞑ニ俣萓t火焰?zhèn)鞑ニ俣仁菦Q定明顯燃燒期長短的主要因素?，F(xiàn)代汽油機(jī)的Ut可高達(dá)50—80m/s。影響Ut的主要因素是：

燃燒室中氣體的紊流運(yùn)動；

混合氣成分；混合氣初始溫度。汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒汽車發(fā)動機(jī)原理

（1）

紊流運(yùn)動：紊流運(yùn)動是由一定運(yùn)動方向的渦流和無規(guī)則的氣體脈動所組成。渦流運(yùn)動可使火焰前鋒表面扭曲，甚至分隔成許多火焰中心，使火焰前鋒燃燒區(qū)加厚，如圖所示，火焰?zhèn)鞑ニ俣燃涌臁Ｎ闪鲝?qiáng)烈紊流較弱汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒汽車發(fā)動機(jī)原理（2）混合氣成分不同，火焰?zhèn)鞑ニ俣纫裁黠@不同，如圖所示為實(shí)驗(yàn)所得火焰?zhèn)鞑ニ俣扰c過量空氣系數(shù)的關(guān)系。

當(dāng)

=0.85~0.95時，火焰?zhèn)鞑ニ俣茸畲螅紵俣茸羁?，功率也最大，稱為功率混合比。當(dāng)

=1.03~1.1時，火焰?zhèn)鞑ニ俣容^大，氧氣又充足，燃燒完全，稱為經(jīng)濟(jì)混合比。

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火焰?zhèn)鞑ハ孪蓿?/p>

＞1.3-1.4時，火焰?zhèn)鞑ニ俣冉档?，甚至不能傳播?/p>

火焰?zhèn)鞑ド舷蓿?/p>

＜0.4-0.5時，混合氣過濃，也使火焰不能傳播。為了保證可靠的工作，汽油機(jī)的

在0.6-1.2范圍，即空燃比A/F=9-18。

（3）混合氣初始溫度：混合氣初始溫度高，火焰?zhèn)鞑ニ俣仍黾印?/p>

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2．火焰前鋒面積At

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。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)。汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒汽車發(fā)動機(jī)原理3.可燃混合氣密度ρt增大未燃混合氣密度，可以提高燃燒速度，因此增大壓縮比和進(jìn)氣壓力等，均可加大燃燒速度。汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒汽車發(fā)動機(jī)原理（三）汽油機(jī)的不規(guī)則燃燒

汽油機(jī)的不規(guī)則燃燒是指在穩(wěn)定正常運(yùn)轉(zhuǎn)情況下，各循環(huán)之間的燃燒差異和各缸之間的燃燒差異。

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1、各循環(huán)之間的燃燒差異

各循環(huán)之間的燃燒差異主要是燃燒的不穩(wěn)定性，表現(xiàn)為循環(huán)的壓力波動。如圖示出不同循環(huán)的氣缸壓力變化情況。從中可以看到變化較大，低負(fù)荷時情況更嚴(yán)重。

汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒汽車發(fā)動機(jī)原理這種循環(huán)間的燃燒變動使汽油機(jī)空燃比和點(diǎn)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(jī)性能下降。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的主要原因是：火花塞附近混合氣的混合比和氣體紊流性質(zhì)、程度在各循環(huán)均有變動，致使火焰中心形成所用的時間不同，即由有效著火時間變動而引起的。汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒汽車發(fā)動機(jī)原理對各循環(huán)之間的燃燒變動的現(xiàn)象的機(jī)理至今還不十分清楚，但可以肯定（1）

=0.8-0.9時循環(huán)燃燒變動最小，混合氣加濃或減稀變動均增加。（2）在中等負(fù)荷以上變動較小，低負(fù)荷時，殘余廢氣量相對增多，變動更為明顯。（3）加強(qiáng)紊流有助于減少變動，因此轉(zhuǎn)速增加，一般變動減小。（4）加大點(diǎn)火能量，采用多點(diǎn)點(diǎn)火，情況有所改善。（5）點(diǎn)火時刻和點(diǎn)火位置對燃燒變動很敏感。

汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒汽車發(fā)動機(jī)原理2、各缸之間的燃燒差異

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。影響因素很多，總的來說，與進(jìn)氣系統(tǒng)所有零件的設(shè)計(jì)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(jì)。汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒汽車發(fā)動機(jī)原理（四）燃燒室壁面的熄火作用

在火焰?zhèn)鞑ミ^程中，燃燒室壁對火焰具有熄火作用、即緊靠壁面附近的火焰不能傳播。這樣，在熄火區(qū)內(nèi)存在大量未燃燒的烴，它是汽油機(jī)排氣中HC的主要來源之一。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(qiáng)，熄火厚度均減小。汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒汽車發(fā)動機(jī)原理二、不正常燃燒

汽油機(jī)的不正常燃燒主要是爆燃和表面點(diǎn)火。1、爆燃汽油機(jī)發(fā)生爆燃時的外部特征是：氣缸內(nèi)發(fā)出特別尖銳的金屬敲擊聲，亦稱之敲缸。輕微敲缸時，發(fā)動機(jī)功率上升，油耗下降，但嚴(yán)重時，會產(chǎn)生冷卻水過熱，功率下降，耗油率上升，對發(fā)動機(jī)極其有害。汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒汽車發(fā)動機(jī)原理2、爆燃產(chǎn)生的原因

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，混合氣受到壓縮，熱輻射，自行起火形成新的火焰中心，產(chǎn)生新的火焰?zhèn)鞑?。汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒汽車發(fā)動機(jī)原理輕微爆燃—

=100~300[m/s]

=800~2000[m/s]

強(qiáng)烈爆燃—

若自燃區(qū)占整個燃燒室容積的5%,則為強(qiáng)烈爆燃。汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒汽車發(fā)動機(jī)原理汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒汽車發(fā)動機(jī)原理汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒汽車發(fā)動機(jī)原理影響爆燃的因素為：1）燃料性質(zhì)辛烷值高的燃料，抗爆燃能力強(qiáng)。添加劑能有效地提高燃料的抗爆燃能力。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，這有利于避免爆燃。汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒汽車發(fā)動機(jī)原理在汽油機(jī)中，凡是不靠電火花點(diǎn)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(diǎn)燃混合氣的現(xiàn)象，統(tǒng)稱表面點(diǎn)火。它的點(diǎn)火時刻是不可控制的，多發(fā)生在ε=9以上的強(qiáng)化汽油機(jī)上。2、表面點(diǎn)火汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒汽車發(fā)動機(jī)原理早燃是指在火化塞點(diǎn)火之前，熾熱表面就點(diǎn)燃混合氣的現(xiàn)象。由于它提前點(diǎn)火而且熱點(diǎn)表面比火花大，使燃燒速率快，氣缸壓力、溫度增高，發(fā)動機(jī)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(jī)早燃示功圖情況。2、表面點(diǎn)火汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒汽車發(fā)動機(jī)原理早燃會誘發(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(diǎn)火，兩者互相促進(jìn)，危害可能更大。汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒汽車發(fā)動機(jī)原理與爆燃的不同點(diǎn)：1．爆燃是火花塞跳火后末端混合氣的自燃現(xiàn)象；表面點(diǎn)火一般是在火花塞之前由熾熱物點(diǎn)燃混合氣所致。2．爆燃時有強(qiáng)烈的壓力沖擊波，有尖銳的金屬敲擊聲；表面點(diǎn)火沒有壓力沖擊波，敲缸聲比較沉悶，主要是由活塞、連桿、曲軸等運(yùn)動件受到?jīng)_擊負(fù)荷產(chǎn)生振動而造成。汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒汽車發(fā)動機(jī)原理汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒汽車發(fā)動機(jī)原理三、使用因素對燃燒的影響1.混合氣濃度

值的范圍:

=0.4～0.5—冷起動混合氣；

=0.85～0.95—功率混合氣；

=1.05～1.15—經(jīng)濟(jì)混合氣。使用α＜1的濃混合氣工作，由于必然會產(chǎn)生不完全燃燒，所以CO排放量明顯上升。當(dāng)α<0.8及α>1.2時，火焰速度緩慢，部分燃料可能來不及完全燃燒，因而經(jīng)濟(jì)性差，HC排放量增多且工作不穩(wěn)定。

汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒汽車發(fā)動機(jī)原理三、使用因素對燃燒的影響2.點(diǎn)火提前角θ:點(diǎn)火提高角是從發(fā)出電火花到上止點(diǎn)間的曲軸轉(zhuǎn)角。

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，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。對應(yīng)于每一工況都存在一個“最佳”點(diǎn)火提前角，這時汽油機(jī)功率最大，耗油率最低。

汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒汽車發(fā)動機(jī)原理三、使用因素對燃燒的影響2.點(diǎn)火提前角θ:θ↑→壓縮功↑Pz↑爆燃↑θ↓→Pz、Tz↓傳熱損失↑ηi↓汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒汽車發(fā)動機(jī)原理3.轉(zhuǎn)速n

離心式點(diǎn)火提前角調(diào)節(jié)裝置使

紊流強(qiáng)度

爆燃趨勢

汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒汽車發(fā)動機(jī)原理4.負(fù)荷Pe

1、負(fù)荷

節(jié)氣門開度

進(jìn)入氣缸的混合氣

廢氣的比例相對

每循環(huán)時間

傳熱損失

2、負(fù)荷

缸內(nèi)p

，T

爆燃趨勢

。

汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒汽車發(fā)動機(jī)原理5.大氣狀態(tài)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(jì)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(jì)性、動力性變差，而且容易發(fā)生爆燃和氣阻。汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒汽車發(fā)動機(jī)原理4-2汽油機(jī)混合氣形成兩種方式：1、化油器式2、汽油噴射式汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒汽車發(fā)動機(jī)原理一、化油器式混合氣的形成

化油器式燃料供給系統(tǒng)由化油器、油氣分離器、汽油泵、燃油濾清器、燃油箱、油管和燃油表等組成。汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒汽車發(fā)動機(jī)原理化油器形成混合氣的原理：流體動力學(xué)原理汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒汽車發(fā)動機(jī)原理

1.理想化油器特性

各種工況下滿足最佳性能要求的理想混合比:a.節(jié)氣門全開：功率混合氣，AF=12-14;b.中等負(fù)荷：經(jīng)濟(jì)混合氣，AF=17左右;c.怠速及小負(fù)荷：濃混合氣AF=10-12.4。汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒汽車發(fā)動機(jī)原理

2.真空度變化規(guī)律：1、節(jié)氣門開度一定、n增加，喉管和進(jìn)氣管真空度均增加；2、節(jié)氣門關(guān)閉，進(jìn)氣管真空度很大，喉管真空度很??；3、節(jié)氣門開啟，喉管真空度加大，進(jìn)氣管真空度下降，節(jié)氣門全開，二者基本相同。喉管真空度：喉管最小截面處因氣流流動所產(chǎn)生的負(fù)壓，影響主供油量；進(jìn)氣管真空度：節(jié)氣門后的負(fù)壓，受節(jié)氣門開度和轉(zhuǎn)速的影響，用以控制怠速油系、真空省油器加濃時刻及真空點(diǎn)火提前。汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒汽車發(fā)動機(jī)原理3.簡單化油器特性空燃比:單純依靠喉口真空度決定供油量的化油器。

節(jié)氣門開度變化

A/F變化

A/F

混合氣加濃。

與理想化油器特性矛盾,不能滿足汽油機(jī)要求。

<,燃油不能從噴口流出。

稍大于,AF很大，混合氣很稀。

汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒汽車發(fā)動機(jī)原理4.主供油系的校正措施：1、減小燃油流量2、增加空氣流量。

滲入空氣校正法：><,燃油不能從噴口流出；

空氣從泡沫管進(jìn)入油井形成油氣混合液，主量孔后壓力突降，出油量突然增加，之后隨pn增加，空氣量增加，主量孔兩端壓差減小，出油量下降。,與簡單化油器相同；<<1、2、3、汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒汽車發(fā)動機(jī)原理5.滿負(fù)荷加濃及怠速加濃（1）滿負(fù)荷加濃機(jī)械式節(jié)能器節(jié)氣門控制打開加濃量孔的推桿，加濃時刻只與節(jié)氣門位置有關(guān)。真空加濃器

起作用時刻與節(jié)氣門后真空度有關(guān)，受轉(zhuǎn)速和節(jié)氣門開度共同影響。汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒汽車發(fā)動機(jī)原理5.滿負(fù)荷加濃及怠速加濃（2）怠速加濃節(jié)氣門開度小，喉管真空度低，主供油系不出油，需另設(shè)怠速系。怠速噴孔開在節(jié)氣門后；汽油經(jīng)主量孔、怠速量孔，并與空氣量孔進(jìn)入的空氣混合后，從怠速噴孔進(jìn)入混合室；調(diào)節(jié)螺釘可怠速噴孔的截面積，改變汽油流量；設(shè)置過渡孔，對節(jié)氣門打開時的汽油流量進(jìn)行補(bǔ)充，防止混合氣過稀，導(dǎo)致熄火。

汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒汽車發(fā)動機(jī)原理6.變工況運(yùn)行（1）加速過程節(jié)氣門突然開大，由于燃油滯后以及汽化變差，會造成混合氣過稀。為此，設(shè)置加速泵，額外提供部分燃油。節(jié)氣門緩慢開大，活塞緩緩下移，泵中油壓不大，不能封閉進(jìn)油閥；節(jié)氣門急速開大，泵中油壓很快升高，完全封閉進(jìn)油閥，燃油頂開出油閥，噴入喉管；彈簧起延長加濃時間，并防止機(jī)構(gòu)損壞；汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒汽車發(fā)動機(jī)原理6.變工況運(yùn)行（2）起動過程轉(zhuǎn)速很低，氣流速度低，喉管真空度很小，主噴孔不出油，需設(shè)置專門起動系。常用阻風(fēng)門式起動系；起動前關(guān)閉阻風(fēng)門，發(fā)動機(jī)拖轉(zhuǎn)時，阻風(fēng)門后產(chǎn)生很大的真空度，主供油系、怠速系都出油；啟動后，隨轉(zhuǎn)速上升，阻風(fēng)門后真空度電動增加，出油量電動增加，需及時開大阻風(fēng)門，防止混合氣過濃，導(dǎo)致熄火；為防止起動失敗，在阻風(fēng)門上加一個自動閥，真空度達(dá)到一定值，自動開啟。汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒汽車發(fā)動機(jī)原理二、汽油噴射式混合氣的形成

由燃料系統(tǒng)、空氣系統(tǒng)及控制系統(tǒng)3部分組成。汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒汽車發(fā)動機(jī)原理

電控燃油噴射系統(tǒng)以電子控制單元(ECU)為中心，用安裝在發(fā)動機(jī)不同部位上的各種傳感器測定發(fā)動機(jī)的各種工作參數(shù)，如進(jìn)氣量、轉(zhuǎn)速、溫度等，將它們傳送給ECU；ECU對輸入信號作運(yùn)算、處理、分析判斷后，向執(zhí)行器發(fā)出指令控制噴射系統(tǒng)的工作，通過噴油器定時、定量地把汽油噴入進(jìn)氣道或氣缸，同時控制發(fā)動機(jī)的點(diǎn)火提前角，使發(fā)動機(jī)在各種工況下都能獲得最佳濃度的混合氣。汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒汽車發(fā)動機(jī)原理汽油噴射具有下列優(yōu)點(diǎn)：

（1）充氣效率高。不需設(shè)置節(jié)流喉管，進(jìn)氣流動阻力小；不需要對進(jìn)氣加熱，因此可以提高發(fā)動機(jī)的充氣效率。（2）可采用較高的壓縮比。不加熱進(jìn)氣，壓縮開始的溫度較低，可采用較高的壓縮比，從而提高熱效率。

（3）起動性能好。燃油霧化由噴油器決定，與汽油機(jī)轉(zhuǎn)速無關(guān)。因此，起動時能保持良好的霧化特性。（4）沒有氣阻。整個燃料系統(tǒng)都處于一定壓力下的密封狀態(tài)。在高溫時沒有氣阻問題，使用方便。（5）混合氣質(zhì)量好。高壓噴射使燃油的霧化，燃油顆粒細(xì)小，蒸發(fā)快，混合均勻。（6）加速性好?；旌蠚赓|(zhì)量好，燃燒快，改善發(fā)動機(jī)加速性。（7）整機(jī)性能提高。充氣效率高，可采用較高的壓縮比，混合氣質(zhì)量好等為改善發(fā)動機(jī)燃燒，提高整機(jī)的動力性和經(jīng)濟(jì)性創(chuàng)造條件，燃燒完全，排放性能好。

汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒汽車發(fā)動機(jī)原理汽油噴射結(jié)合微電腦控制優(yōu)點(diǎn)更加突出：

可以按各種工況的要求對燃油量進(jìn)行校正，其廢氣排放指標(biāo)比化油器式汽油機(jī)好；發(fā)動機(jī)工況適應(yīng)性好。在電控多點(diǎn)噴射系統(tǒng)中，每缸單獨(dú)供油，提高各缸空燃比的均勻性和噴油量的精確性?？梢詫?shí)現(xiàn)加負(fù)荷、加速時加油，小負(fù)荷、減速時減油，碰撞斷油，汽車安全性和經(jīng)濟(jì)性提高。汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒汽車發(fā)動機(jī)原理汽油噴射方式1、系統(tǒng)簡介按控制方式：機(jī)械式和電控式；按燃油噴射方式：連續(xù)噴射式和間歇噴射式；按噴油嘴數(shù)量：多點(diǎn)噴射式和單點(diǎn)噴射式。

多點(diǎn)噴射系統(tǒng)按噴射時間可分為順序噴射、分組噴射和同時噴射三種形式；按噴油位置可分為進(jìn)氣道噴射和缸內(nèi)噴射（GDI）。電子控制汽油噴射系統(tǒng)由空氣系統(tǒng)、燃料系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等3個子系統(tǒng)組成。汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒汽車發(fā)動機(jī)原理2、空氣系統(tǒng)

空氣系統(tǒng)的作用是：計(jì)量空氣流量，由進(jìn)氣流量計(jì)擔(dān)任；控制怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時空氣量，由怠速裝置實(shí)現(xiàn)。進(jìn)氣流量測量有兩種方式，直接測量和間接測量。進(jìn)氣流量計(jì)目前主要采用葉片式、卡門渦街式和熱線式。怠速裝置目前主要是怠速閥和電子節(jié)氣門。怠速閥有步進(jìn)電機(jī)式和比例電磁閥式兩種。汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒汽車發(fā)動機(jī)原理

3、燃料系統(tǒng)

燃料系統(tǒng)的作用是：按ECU的指令，定時、定量地噴射汽油并霧化；壓力調(diào)節(jié)器電動汽油泵汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒汽車發(fā)動機(jī)原理4、控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)的作用是根據(jù)發(fā)動機(jī)工作時的各種信號，確定發(fā)動機(jī)的供油量和點(diǎn)火時刻?？刂葡到y(tǒng)由電子控制單元(ECU)、各種傳感器和執(zhí)行器組成。汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒汽車發(fā)動機(jī)原理傳感器傳感器是感知信息的部件，負(fù)責(zé)向ECU提供發(fā)動機(jī)和汽車運(yùn)行狀況。汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒汽車發(fā)動機(jī)原理電子控制單元ECU的功用是采集和處理各種傳感器的輸入信號，根據(jù)發(fā)動機(jī)工作的要求（噴油脈寬、點(diǎn)火提前角等），進(jìn)行控制決策的運(yùn)算，并輸出相應(yīng)的控制信號。當(dāng)前電控發(fā)動機(jī)中除了控制噴油外，還控制點(diǎn)火、EGR、怠速和增壓發(fā)動機(jī)的廢氣閥等，由于共用一個ECU對發(fā)動機(jī)進(jìn)行綜合控制，所以也被稱為發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)。汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒汽車發(fā)動機(jī)原理執(zhí)行器汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒汽車發(fā)動機(jī)原理

電控單點(diǎn)汽油噴射系統(tǒng)單點(diǎn)汽油噴射系統(tǒng)又稱節(jié)氣門體噴射系統(tǒng)(簡稱TBI)或中央噴射系統(tǒng)(簡稱CFl)。這種汽油噴射系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)布置上與化油器式發(fā)動機(jī)相似，即在多缸發(fā)動機(jī)上只用一個噴油器，直接將汽油噴入節(jié)氣門上方的節(jié)氣門體中，燃油與空氣混合后，形成的混合氣通過進(jìn)氣歧管分配至各個氣缸。汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒汽車發(fā)動機(jī)原理

電控多點(diǎn)汽油噴射系統(tǒng)

電控多點(diǎn)汽油噴射系統(tǒng)中，對應(yīng)于每一個氣缸設(shè)置一個或多個噴油器，噴油器可安裝在進(jìn)氣道或氣缸內(nèi)?，F(xiàn)在多數(shù)多點(diǎn)汽油噴射系統(tǒng)，噴油器安裝在進(jìn)氣門前。桑塔納(Santana)2000型轎車上的電控多點(diǎn)噴射系統(tǒng)的布置簡圖如下。汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒汽車發(fā)動機(jī)原理汽油噴射的控制汽油噴射是汽油噴射系統(tǒng)的主要控制對象之一，包括噴油時刻控制和噴油量控制。1、噴油時刻控制對不同噴射時間方式，設(shè)置ECU不同的噴射時刻控制計(jì)算方式。汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒汽車發(fā)動機(jī)原理2．噴油量控制ECU根據(jù)各種傳感器測得的發(fā)動機(jī)運(yùn)行參數(shù)，如進(jìn)氣量、轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門開度等，按設(shè)定的程序進(jìn)行計(jì)算，然后向噴油器發(fā)出信號。噴油器通電時間越長，噴射時間越長，所噴射的汽油量越大。通過改變噴油器通電時間，實(shí)現(xiàn)噴油量控制。發(fā)動機(jī)在不同工況下運(yùn)轉(zhuǎn)時，對混合氣濃度的要求也不同。ECU根據(jù)有關(guān)傳感器的信號，按不同情況控制噴油量。噴油量的控制模式有起動控制、運(yùn)轉(zhuǎn)控制、斷油控制和反饋控制幾種。汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒汽車發(fā)動機(jī)原理起動控制運(yùn)轉(zhuǎn)控制斷油控制反饋控制噴油量控制冷起動噴油器和冷起動溫度開關(guān)控制冷起動加濃通過ECU控制冷起動加濃基本噴油量修正噴油量增加噴油量進(jìn)氣溫度大氣壓力蓄電池電壓暖機(jī)增量加速增量大負(fù)荷增量起動增量超速斷油減速斷油汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒汽車發(fā)動機(jī)原理(1)起動控制當(dāng)起動開關(guān)接通，且發(fā)動轉(zhuǎn)速低于某一轉(zhuǎn)速（如300r/min）時，ECU按發(fā)動機(jī)水溫、進(jìn)氣溫度和起動轉(zhuǎn)速計(jì)算出一個固定的噴油量，保證發(fā)動機(jī)獲得順利起動所需的濃混合氣。(2)運(yùn)轉(zhuǎn)控制發(fā)動機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時，ECU根據(jù)進(jìn)氣量和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速來計(jì)算基本噴油量；根據(jù)節(jié)氣門開度、發(fā)動機(jī)冷卻水溫度與進(jìn)氣溫度等運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)來修正基本噴油量。汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒汽車發(fā)動機(jī)原理

噴油器的噴油量包括基本噴油量、修正油量和增量油量三個部分。

基本噴油量根據(jù)發(fā)動機(jī)進(jìn)氣量，按目標(biāo)空燃比14.7計(jì)算。

修正油量根據(jù)進(jìn)氣溫度、大氣壓力等實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)條件，對基本噴油量進(jìn)行修正，使發(fā)動機(jī)在各種不同的運(yùn)轉(zhuǎn)條件下都能獲得最佳濃度的混合氣。在一些特定工況(暖機(jī)、加速等)下，為使發(fā)動機(jī)獲得良好的使用性能，如動力性和加速性等，需要加濃混合氣，出現(xiàn)增量油量。汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒汽車發(fā)動機(jī)原理(3)斷油控制在某些特殊工況下，ECU暫時中斷燃油噴射，以滿足發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中的這些特殊要求的功能。

(4)反饋控制反饋控制又稱為閉環(huán)控制，是指根據(jù)輸出量信號的變化，改變輸出量。目前用于電控汽油噴射系統(tǒng)反饋控制的傳感器是氧傳感器。ECU根據(jù)氧傳感器反饋信號，不斷修正噴油量，使混合氣濃度始終保持在理想范圍內(nèi)。汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒汽車發(fā)動機(jī)原理

3．閉環(huán)控制過程在上述各種控制模式中，反饋控制以外的三種控制模式均是開環(huán)控制。開環(huán)控制時，ECU對輸出量的修正不必根據(jù)輸出量的變化。當(dāng)噴油控制處于閉環(huán)控制模式時，氧傳感器檢測排氣中的殘余氧氣量，ECU控制混合氣空燃比保持在理論空燃比。若檢測到排氣中有殘余氧氣，說明混合氣稀薄，需要增加噴油量；反之，則需要減少噴油量。閉環(huán)控制過程如下圖。汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒汽車發(fā)動機(jī)原理

反饋控制的最終目的是保證三效催化轉(zhuǎn)換器的排氣凈化效率，因此，氧傳感器通常和三效催化轉(zhuǎn)換器共同使用。三效催化轉(zhuǎn)換器凈化效率最高時的空燃比要比理論空燃比略低，所以ECU的控制空燃比為14.7。目前使用的氧傳感器有氧化鋯(ZrO2)氧傳感器和二氧化鈦(TiO2)氧傳感器兩種。汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒汽車發(fā)動機(jī)原理

發(fā)動機(jī)運(yùn)行中，ECU是交替使用開環(huán)和閉環(huán)兩種模式控制噴油量。在起動、大負(fù)荷(節(jié)氣門全開)及暖機(jī)等運(yùn)行工況，需要較濃的混合氣，ECU處于開環(huán)控制狀態(tài)，氧傳感器不起作用。在發(fā)動機(jī)工作溫度較低時，ECU也以開環(huán)控制模式工作。只有發(fā)動機(jī)達(dá)到正常工作溫度后，ECU才進(jìn)行閉環(huán)控制，氧傳感器才發(fā)揮反饋控制的作用。當(dāng)氧傳感器出現(xiàn)故障、輸出信號異常時，ECU會自動切斷氧傳感器的反饋?zhàn)饔?，進(jìn)人開環(huán)控制狀態(tài)。汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒汽車發(fā)動機(jī)原理4-3汽油機(jī)燃燒室汽油機(jī)燃燒室的要求1、總體目標(biāo)(1)經(jīng)濟(jì)性好；(2)排放性能好；(3)動力性滿足需要；(4)不出現(xiàn)不正常燃燒。

2、技術(shù)要求(1)結(jié)構(gòu)緊湊，面容比??；(2)充氣效率高；(3)組織適當(dāng)氣流運(yùn)動；(4)火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x短。汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒汽車發(fā)動機(jī)原理3、考慮因素

(1)結(jié)構(gòu)緊湊，面容比小有利之處：傳熱損失小；不易爆震；壓縮比高；HC排放少。A、壓縮比B、燃燒室型式C、火花塞位置面容比對HC排放的影響如下圖。汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒汽車發(fā)動機(jī)原理汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒汽車發(fā)動機(jī)原理

(2)充氣效率高有利之處：燃燒完全，經(jīng)濟(jì)性好；升功率大；排放性能好。A、氣門數(shù)量、大小與布置B、進(jìn)、排氣道結(jié)構(gòu)與布置C、冷卻系統(tǒng)D、組織氣流運(yùn)動汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒汽車發(fā)動機(jī)原理

(3)組織氣流運(yùn)動有利之處：火焰?zhèn)鞑タ?，著火界限寬，燃燒完全，?jīng)濟(jì)性好；升功率大；排放性能好。不利之處：氣流過強(qiáng)使熱損失增加，著火初期可能吹熄火焰

A、氣門數(shù)量、大小與布置B、進(jìn)、排氣道結(jié)構(gòu)與布置汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒汽車發(fā)動機(jī)原理內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)氣體運(yùn)動方式渦流擠流滾流紊流進(jìn)氣過程中形成繞氣缸軸線的氣流運(yùn)動壓縮過程后期形成的徑向或橫向氣流運(yùn)動進(jìn)氣過程中形成的繞垂直于氣缸軸線氣流運(yùn)動氣缸內(nèi)形成的無規(guī)則的氣流運(yùn)動汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒汽車發(fā)動機(jī)原理進(jìn)氣渦流產(chǎn)生辦法a.導(dǎo)氣屏b.切向氣道c.螺旋氣道汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒汽車發(fā)動機(jī)原理擠流與逆擠流汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒汽車發(fā)動機(jī)原理縮口型燃燒室汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒汽車發(fā)動機(jī)原理滾流和紊流汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒汽車發(fā)動機(jī)原理

(4)火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x短有利之處：火焰?zhèn)鞑タ?，著火界限寬，壓縮比大，經(jīng)濟(jì)性好；升功率大。不利之處：排放性能降低。

A、氣門數(shù)量、大小與布置B、進(jìn)、排氣道結(jié)構(gòu)與布置C、火花塞位置D、燃燒室結(jié)構(gòu)E、著火延遲汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒汽車發(fā)動機(jī)原理

不同火花塞位置對燃料辛烷值要求也不同，反映火花塞位置對爆震的影響。1-排氣門2-進(jìn)氣門汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒汽車發(fā)動機(jī)原理典型汽油機(jī)燃燒室楔形燃燒室

火花塞在楔形高處的進(jìn)、排氣門之間，火焰距離較長。一般設(shè)置擠氣面積，氣門稍傾斜。氣道轉(zhuǎn)彎較小，進(jìn)氣阻力小，充氣效率高。壓縮比高，達(dá)9~10。有較高的動力性和經(jīng)濟(jì)性。汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒汽車發(fā)動機(jī)原理汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒汽車發(fā)動機(jī)原理浴盆形燃燒室

火花塞在進(jìn)、排氣門之間，火焰距離較長。一般設(shè)置擠氣面積，擠氣的效果比較差。氣道轉(zhuǎn)彎較大，進(jìn)氣阻力大，充氣效率較低。壓縮比低。動力性和經(jīng)濟(jì)性較差，但壓力升高率低，工作柔和。汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒汽車發(fā)動機(jī)原理汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒汽車發(fā)動機(jī)原理半球形燃燒室

燃燒室緊湊，火花塞在中間，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x短。一般組織進(jìn)氣渦流。氣道轉(zhuǎn)彎小，進(jìn)氣阻力小，充氣效率高。壓縮比高。動力性和經(jīng)濟(jì)性好，壓力升高率低，工作柔和。四氣門的半球形燃燒室相類似。汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒汽車發(fā)動機(jī)原理汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒汽車發(fā)動機(jī)原理新型汽油機(jī)燃燒室：

改進(jìn)燃燒始終是發(fā)動機(jī)研究的重點(diǎn)方向。當(dāng)前，由于環(huán)境保護(hù)和能源短缺的壓力，發(fā)動機(jī)燃燒研究更加側(cè)重降低燃料消耗，充分燃燒，并降低排放的污染物。汽油機(jī)目前的研究熱點(diǎn)是稀薄混合氣燃燒。稀薄燃燒又包括非均質(zhì)混合氣的分層燃燒和均質(zhì)混合氣的快速燃燒。非均質(zhì)混合氣的分層燃燒主要采取缸內(nèi)直接噴射燃燒。采用稀薄混合氣可以降低油耗、降低排放和提高壓縮比。但火焰?zhèn)鞑ニ俣冉档?，著火困難，需要采取措施組織混合氣的快速和可靠燃燒。汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒汽車發(fā)動機(jī)原理均質(zhì)稀混合氣燃燒室

1．火球高壓