汽車發(fā)動機(jī)原理（第5版） 課件 第四章 汽油機(jī)混合氣形成和燃燒

汽車發(fā)動機(jī)原理

（第5版）Contents第一章內(nèi)燃機(jī)性能指標(biāo)及實(shí)際循環(huán)計算方法第三章柴油機(jī)混合氣形成和燃燒第五章代用燃料發(fā)動機(jī)及新能源汽車第七章內(nèi)燃機(jī)的廢氣渦輪增壓第二章四沖程內(nèi)燃機(jī)的換氣過程第六章內(nèi)燃機(jī)噪聲、排放污染及防治第四章汽油機(jī)混合氣形成和燃燒第八章內(nèi)燃機(jī)特性第四章汽油機(jī)混合氣形成和燃燒第一節(jié)汽油機(jī)混合氣形成第二節(jié)汽油機(jī)的燃燒過程第三節(jié)電子控制汽油噴射系統(tǒng)第四節(jié)電子控制點(diǎn)火系統(tǒng)第五節(jié)汽油機(jī)稀薄燃燒技術(shù)1.汽油機(jī)混合氣的形成方法

汽油機(jī)混合氣的形成和著火燃燒方式受汽油燃料使用特性所限制的,汽油具有揮發(fā)性好的特點(diǎn),汽油機(jī)混合氣的形成方式主要有化油器式和汽油噴射式兩大類型。第一節(jié)

汽油機(jī)混合氣形成2.空燃比對汽油機(jī)性能的影響汽油完全燃燒并生成CO2、H2O時的空燃比稱為理論空燃比,理論空燃比約為14.8。汽油機(jī)的性能與空燃比有著密切的關(guān)系，但影響的程度和變化規(guī)律各不相同。第一節(jié)

汽油機(jī)混合氣形成圖4-1空燃比與汽油機(jī)火焰溫度、輸出功率燃油消耗率的關(guān)系3.汽油機(jī)各種工況對混合氣的要求

穩(wěn)定工況對混合氣的要求

怠速和小負(fù)荷工況中等負(fù)荷工況大負(fù)荷和全負(fù)荷工況過渡工況對混合氣的要求汽車在運(yùn)行中的主要過渡工況可分為冷起動、暖機(jī)、加速和減速等幾種第一節(jié)

汽油機(jī)混合氣形成

汽油機(jī)的燃燒過程與柴油機(jī)的燃燒過程有較大的區(qū)別：(１)汽油機(jī)的燃燒過程屬于預(yù)混合燃燒，具有定容燃燒的性質(zhì)。(２)由于爆震的限制，汽油機(jī)的壓縮比ε不能過高，一般為7~9，用分層燃燒時ε可達(dá)12.5。(３)汽油機(jī)的燃燒過程中排氣污染比柴油機(jī)嚴(yán)重(除碳煙外)。第二節(jié)

汽油機(jī)的燃燒過程1.正常燃燒過程第二節(jié)

汽油機(jī)的燃燒過程燃燒過程的分段

按燃燒進(jìn)程中的物理—化學(xué)狀態(tài)，將燃燒進(jìn)程人為地分為三段:滯燃期、急燃期和補(bǔ)燃期圖4-2汽油機(jī)的燃燒過程１開始點(diǎn)火，２形成火焰中心，３最高壓力點(diǎn)，Ⅰ滯燃期，Ⅱ急燃期，Ⅲ補(bǔ)燃期，1.正常燃燒過程第二節(jié)

汽油機(jī)的燃燒過程燃燒速度燃燒速度是指單位時間內(nèi)燃燒的混合氣數(shù)量，可用下式表示:式中:ｍ———混合氣的質(zhì)量；ρＴ———可燃混合氣密度；ＵＴ———火焰?zhèn)鞑ニ俣?；ＡＴ———火焰前鋒面積。圖4-3燃燒室形狀與粗暴性的關(guān)系1.正常燃燒過程第二節(jié)

汽油機(jī)的燃燒過程不規(guī)則燃燒

汽油機(jī)在穩(wěn)定的正常運(yùn)轉(zhuǎn)情況下，不同汽缸的燃燒情況以及不同循環(huán)的燃燒情況很難保持穩(wěn)定，會產(chǎn)生燃燒上的差異，這種循環(huán)之間和汽缸之間的燃燒差異稱為不規(guī)則燃燒。圖4-4汽油機(jī)典型汽缸壓力的循環(huán)變動情況ａ)稀混合氣α=1.22，n=2000r/min，ε=9，節(jié)氣門全開，pi變動±4.5％,pz變動±28%;ｂ)濃混合氣α=0.8,ｎ=2000r/min,ε=9,節(jié)氣門全開,pi變動±3.6％,

pz變動±10％１)循環(huán)間的燃燒變動２)各缸間的燃燒差異2.不正常燃燒第二節(jié)

汽油機(jī)的燃燒過程爆震

汽油機(jī)的爆震是在燃燒室內(nèi)末端(相應(yīng)于火花塞的位置來說)混合氣中發(fā)生的，是末端混合氣在火焰前鋒面尚未到達(dá)之前產(chǎn)生自燃現(xiàn)象的結(jié)果。圖4-7爆震控制系統(tǒng)原理圖影響爆震的因素如下

：

１)燃料品質(zhì)２)末端混合氣的壓力和溫度３)火焰前鋒傳播到末端混合氣的時間圖4-8實(shí)際點(diǎn)火提前角的控制2.不正常燃燒第二節(jié)

汽油機(jī)的燃燒過程表面點(diǎn)火在汽油機(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)燃混合氣的方式統(tǒng)稱為表面點(diǎn)火。圖4-10各種非正常燃燒過程的ｐ-φ圖圖4-9早燃時的示功圖3.使用因素對燃燒過程的影響第二節(jié)

汽油機(jī)的燃燒過程混合氣濃度１.混合氣濃度２.點(diǎn)火提前角３.轉(zhuǎn)速４.負(fù)荷５.大氣狀況1.電子控制汽油噴射系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)第三節(jié)

電子控制汽油噴射系統(tǒng)(１)易于控制燃油供給量。(２)提高發(fā)動機(jī)功率(３)不易發(fā)生爆震，故可采用較高的壓縮比來改善熱效率。(４)起動性能良好。(５)控制自由度大，對動力性、經(jīng)濟(jì)性和排放等可以實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)控制；因工況變化，海拔高度、溫度變化等，對供油系統(tǒng)的影響可以非常容易地校正。(６)具有良好的耐熱性能、抗氣阻和防熱滲性能。2.電子控制汽油噴射系統(tǒng)分類第三節(jié)

電子控制汽油噴射系統(tǒng)3.缸外噴射系統(tǒng)第三節(jié)

電子控制汽油噴射系統(tǒng)圖4-14電控多點(diǎn)汽油噴射系統(tǒng)１起動機(jī)，２主繼電器，３電路開啟繼電器，４汽油泵，５燃油箱，６濾油器，７蓄電池，８轉(zhuǎn)速及曲軸轉(zhuǎn)角位置傳感器，９點(diǎn)火開關(guān)，１０點(diǎn)火線圈，１１空氣壓力傳感器，１２空氣濾清器，１３進(jìn)氣溫度傳感器，１４空氣流量傳感器，１５冷起動噴嘴，１６怠速空氣閥，１７節(jié)氣門位置傳感器，１８壓力調(diào)節(jié)器，１９氧傳感器，２０起動噴嘴時間開關(guān)，２１冷卻液溫度傳感器圖4-15ＥＣＵ的基本組成框圖電控多點(diǎn)汽油噴射系統(tǒng)是一種將汽油噴射和點(diǎn)火控制結(jié)合起來的電子控制系統(tǒng)。3.缸外噴射系統(tǒng)第三節(jié)

電子控制汽油噴射系統(tǒng)圖4-16發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)框圖4.缸內(nèi)直接噴射系統(tǒng)第三節(jié)

電子控制汽油噴射系統(tǒng)圖4-15各種缸內(nèi)直噴點(diǎn)燃式汽油機(jī)ＶＶＴ-可變氣門定時，ＥＧＲ-廢氣再循環(huán)缸內(nèi)直噴系統(tǒng)將噴油器安裝在汽缸蓋上直接向燃燒室內(nèi)噴油，更容易控制缸內(nèi)混合氣的形成。噴油時間可以根據(jù)需要靈活調(diào)整良好的噴霧特性5.噴油量的控制第三節(jié)

電子控制汽油噴射系統(tǒng)ＥＣＵ的首要功能是根據(jù)汽油機(jī)不同工況的要求，控制最佳噴油等。噴油量的控制方式：起動控制、運(yùn)轉(zhuǎn)控制、斷油控制和反饋控制等幾種1.電子控制點(diǎn)火系統(tǒng)的基本組成及工作原理第四節(jié)

電子控制點(diǎn)火系統(tǒng)基本組成圖4-19電控點(diǎn)火系統(tǒng)的基本組成1.電子控制點(diǎn)火系統(tǒng)的基本組成及工作原理第四節(jié)

電子控制點(diǎn)火系統(tǒng)工作原理

汽油機(jī)工作時，ECU根據(jù)接收到的各傳感器的信號，按存儲器中存儲的有關(guān)程序和相關(guān)數(shù)據(jù)，確定出該工況下最佳點(diǎn)火提前角和點(diǎn)火線圈初級電路的通電時間(閉合角大小)，并向點(diǎn)火器發(fā)出指令，去控制點(diǎn)火線圈初級電路(低壓電路)的導(dǎo)通和切斷?當(dāng)初級電路導(dǎo)通時，點(diǎn)水線圈將點(diǎn)火能量以磁場的形式存儲起來，當(dāng)初級電路切斷時，在次級線圈中產(chǎn)生很高的感應(yīng)電動勢(15~20ｋＶ)，該電動勢經(jīng)分電器上的高壓導(dǎo)線送給火花塞或直接送到火花塞上，去擊穿電極間隙，產(chǎn)生電火花點(diǎn)燃混合氣，使汽油機(jī)完成做功過程。2.點(diǎn)火提前角的控制第四節(jié)

電子控制點(diǎn)火系統(tǒng)確定最佳點(diǎn)火提前角的各種因素１)汽油機(jī)轉(zhuǎn)速２)負(fù)荷３)燃料的性質(zhì)４)其他因素圖4-20負(fù)荷對點(diǎn)火提前角的影響2.點(diǎn)火提前角的控制第四節(jié)

電子控制點(diǎn)火系統(tǒng)控制點(diǎn)火提前角的基本方法點(diǎn)火提前角控制可分為起動時點(diǎn)火提前角控制和起動后點(diǎn)火提前角控制。汽油機(jī)起動時，按ECU內(nèi)存儲的初始點(diǎn)火提前角(設(shè)定值)對點(diǎn)火提前角進(jìn)行控制.起動時點(diǎn)火提前角的設(shè)定值隨汽油機(jī)而異，對一定的汽油機(jī)而言，起動時的點(diǎn)火提前角是固定的，一般為10°曲軸轉(zhuǎn)角左右。汽油機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(起動后),主ECU根據(jù)汽油機(jī)的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷信號，確定基本點(diǎn)火提前角，并根據(jù)其他有關(guān)信號進(jìn)行修正，最后確定實(shí)際的點(diǎn)火提前角，并向電子點(diǎn)火控制器輸出點(diǎn)火指令信號，以控制點(diǎn)火系的工作。3.點(diǎn)火提前角的修正第四節(jié)

電子控制點(diǎn)火系統(tǒng)主要修正項(xiàng)目１)冷卻液溫度可分為暖機(jī)修正和過熱修正。２)怠速穩(wěn)定修正３)空燃比反饋修正圖4-23點(diǎn)火提前角的暖機(jī)修正曲線圖4-24點(diǎn)火提前角的過熱修正曲線圖4-25點(diǎn)火提前角的怠速穩(wěn)定修正曲線圖4-26點(diǎn)火提前角的空燃比反饋修正曲線1.稀薄燃燒技術(shù)概述第五節(jié)

汽油機(jī)稀薄燃燒技術(shù)稀薄燃燒是一個范圍很廣的概念,只要混合氣空燃比大于18就可以稱為稀薄燃燒。同時兼顧了燃油經(jīng)濟(jì)性和低排放特性。稀薄燃燒系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，對噴油系統(tǒng)的要求也相當(dāng)嚴(yán)格，由此使制造成本明顯增加。汽油機(jī)稀薄燃燒包括進(jìn)氣道噴射稀薄燃燒系統(tǒng)(ＰＦＩ)、缸內(nèi)直噴稀薄燃燒系統(tǒng)(ＧＤＩ)和均質(zhì)混合氣壓燃系統(tǒng)(ＨＣＣＩ)。2.缸內(nèi)直噴稀薄燃燒系統(tǒng)第五節(jié)

汽油機(jī)稀薄燃燒技術(shù)缸內(nèi)直噴燃燒系統(tǒng)將噴油器安裝在汽缸蓋上直接向燃燒室內(nèi)噴油，通過噴射時期的控制可實(shí)現(xiàn)均質(zhì)混合氣燃燒(詳見本章第三節(jié))、分層混合氣燃燒及均質(zhì)混合氣壓燃燃燒(ＨＣ-ＣＩ)。缸內(nèi)直噴分層混合氣燃燒是實(shí)現(xiàn)稀薄燃燒的主要方式。2.缸內(nèi)直噴稀薄燃燒系統(tǒng)第五節(jié)

汽油機(jī)稀薄燃燒技術(shù)缸內(nèi)直噴分層混合氣的形成，主要是通過缸內(nèi)直接噴射的噴霧與汽缸內(nèi)組織的氣流，形成空燃比的梯度分布。缸內(nèi)直噴分層混合氣的形成機(jī)理圖4-27軟噴射分層燃燒系統(tǒng)2.缸內(nèi)直噴稀薄燃燒系統(tǒng)第五節(jié)

汽油機(jī)稀薄燃燒技術(shù)優(yōu)點(diǎn)(１)負(fù)荷調(diào)節(jié)方式可以采用質(zhì)調(diào)節(jié)方式，取消節(jié)氣門裝置，所以中小負(fù)荷時，泵氣損失降低。(２)在缸內(nèi)油霧蒸發(fā)，使燃燒室內(nèi)溫度降低，傳熱損失減小，所以，有利于提高充氣效率，而且有利于提高壓縮比，提高熱效率。(３)分層混合氣燃燒時，外圍稀混合氣或空氣對火焰起到隔熱的作用，所以壁面?zhèn)鳠釗p失減小。(４)在缸內(nèi)形成分層混合氣，平均空燃比大，工質(zhì)的多變指數(shù)增加，提高了熱效率。(５)空燃比控制及過渡工況控制更精確。缸內(nèi)直噴分層混合氣燃燒系統(tǒng)的特點(diǎn)2.缸內(nèi)直噴稀薄燃燒系統(tǒng)第五節(jié)

汽油機(jī)稀薄燃燒技術(shù)富氧條件下的NOX排放后處理比較困難選擇性催化轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換效率較低，不能完全滿足排放法規(guī)的要求NOX吸附器，但吸附器有飽和的問題，需要用HC和CO來奪走NOX中的氧使NOX還原成氮?dú)?。缸?nèi)直噴分層混合氣燃燒存在的問題3.均質(zhì)壓燃燃燒系統(tǒng)(HCCI)第五節(jié)

汽油機(jī)稀薄燃燒技術(shù)均質(zhì)壓燃燃燒是預(yù)混合氣在壓縮過程中溫度升高達(dá)到自燃溫度以后所發(fā)生的燃燒現(xiàn)象.圖4-28汽油機(jī)火焰?zhèn)鞑ト紵筒裼蜋C(jī)擴(kuò)散燃燒示意圖3.均質(zhì)壓燃燃燒系統(tǒng)(HCCI)第五節(jié)

汽油機(jī)稀薄燃燒技術(shù)(１)超低的NOX和ＰＭ排放。(２)熱效率高。(３)HCCI燃燒過程主要受燃燒化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)控制。(４)HCCI

發(fā)動機(jī)運(yùn)行范圍較窄。(５)HCCI

發(fā)動機(jī)ＨＣ、ＣＯ排放偏高。圖4-28汽油機(jī)火焰?zhèn)鞑ト紵筒裼蜋C(jī)擴(kuò)散燃燒示意圖ＨＣＣI發(fā)動機(jī)的主要特點(diǎn)3.均質(zhì)壓燃燃燒系統(tǒng)(HCCI)第五節(jié)

汽油機(jī)稀薄燃燒技術(shù)第一階段放熱是低溫化學(xué)動力學(xué)反應(yīng)，此時是冷焰、藍(lán)焰.在第一階段放熱與主放熱階段之間有一個很短的時間延遲.第二階段燃燒是多點(diǎn)同時進(jìn)行的，一旦開始著火,燃燒迅速且比較均勻，既沒有局部高溫區(qū)，也沒有明顯的火焰?zhèn)鞑ィ蚨危希吞苛５男纬赡軌虮挥行б种?。ＨＣＣｌ的燃燒特?.均質(zhì)壓燃燃燒系統(tǒng)(HCCI)第五節(jié)

汽油機(jī)稀薄燃燒技術(shù)圖4-29均質(zhì)壓燃著火燃燒放熱特性ＨＣＣｌ的燃燒特性圖4-30不同十六烷值時均質(zhì)壓燃著火燃燒放熱特性3.均質(zhì)壓燃燃燒系統(tǒng)(HCCI)第五節(jié)

汽油機(jī)稀薄燃燒技術(shù)ＨＣＣｌ技術(shù)尚待解決的問題(１)隨發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的改變控制著火正時。(２)高負(fù)荷運(yùn)行時燃燒速率的控制(使放熱率減緩，以限制噪聲或過高的燃燒壓力)。(３)改善冷起動和發(fā)動機(jī)變工況運(yùn)行的響應(yīng)特征。(４)排放(特別是低負(fù)荷ＨＣ和ＣＯ的排放)控制系統(tǒng)的發(fā)展。