理學(xué)汽油機混合氣的形成及燃燒

2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院

正常燃燒過程三個階段，滯燃期、急燃期和后燃期一、正常燃燒過程：

§4-1汽油機燃燒過程2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院

在此時期內(nèi)，混合氣的活化中心濃度迅速增長，反應(yīng)速率很快提高，形成高溫單階段著火過程。1、滯燃期（著火階段）:三種定義，有一定的差別

a、從點火開始至缸內(nèi)壓力明顯脫離壓縮線所需的時間。

b、點火作為起點直到形成設(shè)定半徑火焰核心，開始傳播一段時間。C、從點火開始至缸內(nèi)10%的燃料燃燒完畢所需的時間。2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院滯燃期影響因素：

a.燃料的分子結(jié)構(gòu)和理化性能、混合氣成分.b.點火時缸內(nèi)氣體的壓力、溫度；

c.氣流運動以及點火能量的大小。

d.過量空氣系數(shù)、殘余廢氣量。

2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2、急燃期（2-3）—火焰核心開始出現(xiàn)火焰?zhèn)鞑?，至火焰遍及幾乎整個燃燒室燃燒完絕大部分燃料的一段時間，稱為急燃期。推進速度取決于層流火焰速度和混合氣紊流狀態(tài)2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院特點：燃燒的混合氣量很大，放熱量急劇增加，缸內(nèi)溫度和壓力升高很快，壓力升高率達到0.2～0.4MPa／°CA。持續(xù)時間短，因燃燒放熱集中于壓縮上止點附近，故其熱量利用情況較好。

應(yīng)避免點3在壓縮上止點前過早出現(xiàn)，否則將引起壓縮過程負功的增加，或產(chǎn)生過高的壓力升高率和最高燃燒壓力。2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院3、后燃期（3-4）—是從最高燃燒壓力點起至燃料基本燒完為止的一段時間。

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。壓力最高點3后至95%以上燃料熱量基本釋放出，應(yīng)盡量減少。2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院

二、燃燒速度燃燒速度：指單位時間燃燒的混合氣量

T－未燃混合氣密度

UT

－火焰?zhèn)鞑ニ俣?/p>

AT

－火焰前鋒面積影響燃燒速度的因素：火焰速度、火焰前鋒面積、未燃混合氣的密度2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院1、火焰?zhèn)鞑ニ俣華：紊流運動

影響火焰速度的主要因素有：2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院B：混合氣成分C：混合氣初始溫度高，火焰速度增加。

影響火焰速度的主要因素有：紊流運動、混合氣成分和混合氣初始溫度。2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2、火焰前鋒面積

它直接影響到主燃燒期相當(dāng)曲軸轉(zhuǎn)角的位置，而這與缸內(nèi)壓力上升情況密切相關(guān)2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院3、可燃混合氣密度

增大T，可以提高燃燒速度，因此提高壓縮比和進氣壓力，均可加大燃燒速度。2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院

三、不規(guī)則燃燒不規(guī)則燃燒：是指在穩(wěn)定正常運轉(zhuǎn)的情況下，各循環(huán)之間的燃燒變動和各缸之間的燃燒差異。

這是汽油機燃燒過程的一大特征。2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院1、燃燒的循環(huán)變動2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院

產(chǎn)生這種現(xiàn)象的主要原因：火花塞附近混合氣的混合比和氣體湍流性質(zhì)、程度在各循環(huán)均有變動，致使火焰中心形成的時間不同，即由有效著火時間變動而引起的。2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院改善循環(huán)間的燃燒變動可：1、當(dāng)φa＝0.8～0.9時，循環(huán)燃燒變動最小。2、在中等負荷以上變動較小，低負荷和低轉(zhuǎn)速時殘余廢氣相對量多，變動明顯。3、加強湍流有助于減少變動，所以轉(zhuǎn)速增加時一般變動減小。4、加大點火能量，采用多點點火。5、點火時刻和點火位置對燃燒變動很敏感。2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院針對多缸機而言的，各缸間燃燒差異稱各缸間工作差異。

進氣管內(nèi)空氣、燃料蒸汽、各種比例的混合氣、大小不一的霧化油粒以及沉浸在進氣管壁上厚薄不同的油膜各缸進氣歧管的差別，各缸間進氣重疊引起的干涉等現(xiàn)象導(dǎo)致各缸進氣量、進氣速度以及氣流的湍流狀態(tài)不一致影響最大的是進氣管的設(shè)計。2、各缸間燃燒差異主要原因：各缸進氣充量不均勻，混合氣成分不均勻。2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院

四、不正常燃燒爆震和表面點火的定義1、影響爆燃的因素：（1）運行因素（2）結(jié)構(gòu)因素2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院（1）運行因素1）點火提前角—θ增加，

t1減少；pZ，TZ增大，t2減少。但t2起主要作用，故爆燃傾向增加?？梢杂猛七t點火提前角辦法降低爆燃傾向。

2）轉(zhuǎn)速的影響—n增加，Sf增加，

t1減少；吸氣損失增加，溫度增大，使t2減少；而沖量系數(shù)下降，

pZ下降，

t2增加；

n增加，爆燃傾向減少。令t1為火焰?zhèn)鞑r間，t2為爆燃時間2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院3）負荷—節(jié)氣門關(guān)小，殘余廢氣增大，傳熱損失增加，pZ下降，t2增加，故爆燃傾向減小。4）混合氣濃度影響—Φa=0.8-0.9時，Sf最高，t1最小；t2也最小，t2起主要作用，爆燃傾向增加，過濃過稀混合氣有助于減少爆振。5）沉淀物（積碳）—積碳溫度較高，使爆燃傾向增加。2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院

1）氣缸直徑：D增大，

t1增大，

t2減小，爆燃傾向增加。

2）火花塞安裝位置：靠近排氣門不易引起爆燃，遠離進氣工作不穩(wěn)。

3）氣缸蓋與活塞的材料：輕鋁合金具有導(dǎo)熱好特性，爆燃減輕。

4）燃燒室結(jié)構(gòu)：火燃傳播距離短、傳播速度高，湍流強度高的結(jié)構(gòu)有助于降低爆燃。（2）結(jié)構(gòu)因素：2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院

爆燃成為限制火花點火發(fā)動機功率提高和經(jīng)濟性改善的一個重要因素。增加其抗爆性能，不斷改進燃燒系統(tǒng)和進氣系統(tǒng)以減少爆燃傾向，已成為提高汽油機性能的一個重要方面。爆燃的危害：1）輸出功率、熱效率均降低：2）氣缸過熱：3）零件的應(yīng)力增加：4）爆燃促使積碳形成，容易破壞活塞環(huán)、氣門和火花塞的正常工作；壓力波沖擊缸壁表面，使之不易形成油膜，會導(dǎo)致機件加速磨損。2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院1）推遲點火；防止爆燃的方法：2）縮短火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x；3）冷卻中冷混合氣；4）增加流動加速火焰?zhèn)鞑?，降低溫度?）增強燃燒室掃氣。2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院表面點火分為早燃和灼熱表面點火，前者指在火花塞點燃之前，某一灼熱表面就點燃混合氣；后者指爆燃發(fā)生后引起發(fā)動機過熱，引起更多的灼熱表面點燃混合氣，現(xiàn)在一般將灼熱表面點火于爆燃混為一談。2、表面點火2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院

影響表面點火的因素

1）燃料形成沉積物的能力。

2）混合氣本身抵抗點燃的能力。發(fā)動機結(jié)構(gòu)參數(shù)和運轉(zhuǎn)參數(shù)變化時，凡促進沉積物溫度升高、氧氣供應(yīng)好以及降低混合氣點火能量的因素，均將促進表面點火的發(fā)生防止表面點火的主要措施有：

1）選用沸點低的汽油和成焦性小的潤滑油。

2）降低壓縮比。

3）避兔長時間的低負荷運行和汽車頻繁加減速行駛。

4）應(yīng)用磷化物為燃油添加劑，使沉積物中的鉛化合物形成磷酸鉛，從而使碳的著火溫度提高到560℃，且氧化緩慢，放出熱量少，減少激爆的發(fā)生。2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院1、混合氣濃度：五、使用因素的不同對內(nèi)燃機的影響

2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院混合氣濃度：

=0.8~0.9時，火焰?zhèn)鞑ニ俣茸羁?，因此，pz、tz、p/、Pe均達最高值，且爆燃傾向增大。在=1.03~1.1時，由于燃燒完全，油耗率be最低，但NOx排放量最大。隨著混合氣濃度增加，CO排放量明顯增加?；旌蠚鉂舛冗^濃（<0.8）或過稀（>1.2），HC排放量均明顯增加。2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院

2、點火提前角:汽油機點火提前特性：保持節(jié)氣門開度、轉(zhuǎn)速以及混合氣濃度一定，功率、燃油消耗率、排氣溫度隨點火提前角的變化。2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院

最佳點火提前角θ一般為20-30°CA。2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院請解釋汽油機最佳點火提前角隨發(fā)動機負荷和轉(zhuǎn)速的變化關(guān)系及其原因

轉(zhuǎn)速增加，氣缸內(nèi)紊流增強，火焰?zhèn)鞑ニ俾试黾樱紵掷m(xù)時間縮短，但所占曲軸轉(zhuǎn)角間隔卻延長，因此，為減少后燃損失，最佳點火提前角應(yīng)提前。負荷減小時，氣缸內(nèi)氣體的壓力、溫度降低，氣缸內(nèi)實際混合氣成分由于廢氣稀釋程度增加而較稀，爆燃的傾向減小，最佳點火提前角可以增大，有利于改善燃油經(jīng)濟性。但是，怠速時，由于可燃混合氣數(shù)量最少，后燃損失不大，不進行點火提前。2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院

當(dāng)轉(zhuǎn)速增加時，氣缸中湍流增加，火焰?zhèn)鞑ニ俾蚀篌w與轉(zhuǎn)速成正比例增加，因而最高爆發(fā)壓力、壓力升高比隨轉(zhuǎn)速的變化不大。3、轉(zhuǎn)速不同時的燃燒過程

2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院1.在轉(zhuǎn)速升高時，由于散熱損失減少，進氣被加熱，使氣缸內(nèi)混合得更均勻，有利于縮短滯燃期。

2.由于殘余廢氣系數(shù)增加，氣流吹走電火花的傾向增大，又促使滯燃期增加。按曲軸轉(zhuǎn)角計的滯燃期卻隨轉(zhuǎn)速的增加而增大。

在轉(zhuǎn)速增加時，應(yīng)增大點火提前角。

轉(zhuǎn)速特性：在節(jié)氣門開度一定時，負荷油耗隨轉(zhuǎn)速變化的規(guī)律。

傳統(tǒng)點火系統(tǒng)進考慮了轉(zhuǎn)速和負荷，不能對點火系統(tǒng)精確控制。2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院4、負荷的影響：

轉(zhuǎn)速保持不變，通過改變節(jié)氣門開度來調(diào)節(jié)進入氣缸的混合氣量，以達到不同的負荷要求。（量的調(diào)節(jié)）。

節(jié)氣門關(guān)小時，充量系數(shù)急劇下降，使殘余廢氣系數(shù)增加，滯燃期增加，火焰?zhèn)鞑ニ俾氏陆?，最高爆發(fā)壓力和燃燒溫度、壓力升高比均下降，散熱損失相對增加，因而燃油消耗率增加；

隨著負荷的減小，最佳點火提前角要增加。

采用點火提前真空調(diào)節(jié)器來自動調(diào)整。2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院大氣壓力低（如高原、高空），氣缸充氣量（質(zhì)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?zhèn)鞑ニ俣嚷加徒?jīng)濟性和動力性下降，但爆燃傾向減?。ɑ旌蠚怏w密度低，壓縮終了壓力、溫度低，不易自燃）。大氣溫度高，氣缸充氣量（質(zhì)量）減少，發(fā)動機經(jīng)濟性、動力性變差（夏天和冬天發(fā)動機性能指標(biāo)的不同），而且容易爆燃（點火提前角隨進氣溫度升高應(yīng)推遲）和氣阻。大氣溫度低，應(yīng)采取措施，保證燃油的霧化、點火可靠及起動順利，如進氣管加熱、增強火花能量等。5、大氣狀況2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院§4-2汽油機混合氣的形成汽油機混合氣的形成方式有：化油器內(nèi)形成汽油噴射方式2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院一、化油器式混合氣形成2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院簡單化油器特性2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院3、發(fā)動機全負荷時，化油器應(yīng)供給氣缸較濃的功率混合氣成分（

=0.8~0.9，A/F=12~14）；2、發(fā)動機中等負荷時，化油器應(yīng)供給氣缸較稀的經(jīng)濟混合氣成分（

=1.05~1.15，50%負荷后，A/F=17左右）；1、怠速時，由于廢氣稀釋，化油器應(yīng)供給氣缸濃混合氣成分（

=0.6~0.8，A/F=10~12.4）。理想化油器特性是針對發(fā)動機穩(wěn)定工況的要求，通過簡單化油器基礎(chǔ)上增加一系列自動供油裝置（怠速系統(tǒng)、主供油系統(tǒng)、加濃系統(tǒng)）及其各種油、氣量孔的尺寸選擇，使實際供油特性與理想化油器特性基本相符。2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2）暖機：發(fā)動機冷起動后開始自動繼續(xù)運轉(zhuǎn)，直至穩(wěn)定的怠速運轉(zhuǎn)。這段過渡期間，由于發(fā)動機溫度、轉(zhuǎn)速上升，汽油霧化條件改善，要求化油器供給的混合氣成分由極濃逐漸變換到怠速工況的較濃混合氣成分。1）冷起動：發(fā)動機在外力推動下起動時，轉(zhuǎn)速極低，汽油霧化質(zhì)量很差，要求化油器供給極濃混合氣成分（0.2~0.6）（注：非氣缸內(nèi)混合氣成分）。4、過渡工況3）加速：加速時，節(jié)氣門開度驟然加大，由于燃料慣性大于空氣，氣缸內(nèi)混合氣成分出現(xiàn)瞬間過稀，發(fā)動機功率下降，轉(zhuǎn)速降低，甚至?xí)霈F(xiàn)熄火現(xiàn)象，因此，要求化油器供給加濃混合氣成分（額外供給一部分燃料）。2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院二、汽油噴射式混合氣的形成電控汽油噴射系統(tǒng)（ElectronicFuelInjection）由空氣系統(tǒng)、燃料系統(tǒng)及控制系統(tǒng)三部分組成。2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院（怠速控制閥）空氣系統(tǒng)作用是計量并控制燃燒所必要的空氣量。主要由空濾器、空氣流量計、節(jié)氣門體組成。空氣閥空氣流量計節(jié)氣門2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院燃料系統(tǒng)作用是通過由電動汽油泵向各缸進氣歧管上的噴油嘴及進氣總管上的冷起動噴油嘴噴射具有一定相對壓力（燃油軌油壓與進氣管氣壓之差一定）的燃油，將燃油噴散霧化并控制噴油量。2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院壓力調(diào)節(jié)器的作用2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院控制系統(tǒng)作用是根據(jù)各傳感器信號，由計算機控制單元判斷發(fā)動機狀態(tài)，決定合適的噴射時間，并使噴油嘴動作。各類傳感器將測量吸入空氣量、轉(zhuǎn)速、負荷、排氣中的氧含量、吸氣溫度、冷卻水溫度、蓄電池電壓、曲軸相位、加減速狀態(tài)等，并轉(zhuǎn)化為電信號輸入計算機控制單元ECU。2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院系統(tǒng)簡圖電控汽油噴射系統(tǒng)簡圖及基本構(gòu)成2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院電控汽油噴射系統(tǒng)簡圖及基本構(gòu)成2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院電控燃油噴射方式發(fā)動機每循環(huán)噴油量如何控制？通過由電動汽油泵向各缸進氣歧管上的噴油嘴及進氣總管上的冷起動噴油嘴噴射具有一定相對壓力（燃油軌油壓與進氣管氣壓之差一定）的燃油，將燃油噴散霧化并控制噴油量。噴油嘴噴孔直徑、各工況下的針閥升程、噴射壓力差均一定，則控制系統(tǒng)僅需控制針閥開啟時間（即通電脈沖時間）長短即可控制噴油量的計量。2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院對汽油機燃燒過程影響最主要的缸內(nèi)空氣運動有哪些？汽油機產(chǎn)生紊流的方法有兩種：進氣渦流和擠流。進氣渦流—在進氣過程中造成繞氣缸中心線的旋轉(zhuǎn)運動。進氣渦流對平頂式活塞的汽油機來說，在進氣過程中逐漸增強，在壓縮過程中逐漸減弱。由于紊流源自渦流運動，因此進氣過程中產(chǎn)生的紊流在進氣結(jié)束時達到最大，但不能維持到壓縮終了階段。由于進氣渦流通過進氣紊流促進了油氣微觀混合，加速了火焰?zhèn)鞑ニ俾?，擠流—在接近壓縮終了階段，利用活塞頂部和氣缸蓋底面之間的狹小間隙（擠氣間隙），將混合氣擠入燃燒室內(nèi)，形成渦流。擠流正好在壓縮上止點前達到最大，上止點后因活塞下行形成反擠流，也在上止點后不久達到峰值。增大擠流強度可以明顯提高火焰?zhèn)鞑ニ俾?，縮短燃燒時間，而且不會導(dǎo)致充氣效率降低，受負荷、轉(zhuǎn)速影響較小（容積變化引起的），因此，增強擠流運動一直是汽油機形成紊流、改善混合氣形成與燃燒的主要途徑。2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院汽油機是否采用螺旋式進氣道以組織進氣渦流運動？為什么？為保證最大充氣量，一般汽油機不組織強進氣渦流，使低速、低負荷的進氣渦流更弱，對明顯燃燒期影響較小，故汽油機不采用螺旋式進氣道組織進氣渦流。2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院§4-3點燃式內(nèi)燃機的燃燒室一、燃燒室

1.設(shè)計要求：在降低排放污染的同時提高經(jīng)濟性。

經(jīng)濟性高，

ηit↑、bi↓；其中壓縮比影響最大。

燃燒放熱曲線接近等容曲線的程度。由曲線xb=f(φ)、dxb/dφ考察

污染小。

動力性高

不出現(xiàn)爆燃與表面點火

燃燒循環(huán)變動小

工作柔和，燃燒噪聲小

滿足速燃的要求：

φz<60°

稀燃能力好

起動性、瞬態(tài)特性、EGR承受能力好

2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2、燃燒室設(shè)計要點—動力性、燃油經(jīng)濟性好，工作輕聲平穩(wěn)、排氣污染小等。1）壓縮比—影響汽油機性能指標(biāo)的最重要的結(jié)構(gòu)參數(shù)既提高壓縮比又不促使爆燃的發(fā)生，燃燒室設(shè)計應(yīng)從以下幾個方面考慮：a）縮短火焰?zhèn)鞑ゾ嚯xb）利用適當(dāng)強度的湍流，加快火焰?zhèn)鞑ニ俣萩）在離火花塞較遠的區(qū)域設(shè)計適當(dāng)?shù)睦鋮s面積。d）燃燒室內(nèi)沒有易受高溫影響而產(chǎn)生的熱點和表面沉積物2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2）結(jié)構(gòu)緊湊—減小燃燒室表面積與其容積之比（A/F）

火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x短，不易爆燃，可提高壓縮比。相對散熱損失小，熱效率高。熄火面積小，HC排放量少。2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院3）具有良好的充氣性能：進排氣門，進排氣道主要考慮進氣門、進氣道的布置，應(yīng)允許較大的進氣流通截面積，適用于多氣門布置，進氣道流動阻力小，充氣效率高。2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院4）火花塞位置安排適當(dāng)—2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院a）能利用新鮮混合氣充分掃除火花塞周圍的殘余廢氣，使混合氣易于點燃，保證低速工作穩(wěn)定。b）火花塞盡可能布置在燃燒室內(nèi)最熱處，如排氣門處，一則容易點燃，二則使遠端混合氣遠離最熱處，避免加熱自燃。c）應(yīng)使火花塞傳播開的火焰面變化合理，確保運轉(zhuǎn)平穩(wěn)。d）火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x盡可能短，如火花塞居中布置，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x均等。2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院5）燃燒室形狀合理分布滿足速燃要求，一般將燃燒90%燃料的燃燒持續(xù)期控制在60CA之內(nèi)?？紤]燃燒速率的變化率，使壓力升高速率不至過高（始燃放熱量多）。2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院但：過強的紊流運動會使熱損失增加，點火困難（如火花塞間隙內(nèi)擾動過強，可能將火核吹熄），壓力上升速度過高。6）組織適當(dāng)?shù)奈闪鬟\動增大火焰?zhèn)鞑ニ俣?。冷卻末端未燃混合氣區(qū)。減少循環(huán)之間的燃燒變動。減小熄火厚度，降低HC排放量。7）防止早燃和爆燃2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院燃燒室應(yīng)有最大的火焰前鋒面積、最小的面容比、最大的氣門尺寸，最佳的幾何形狀。能夠改善混合氣分布和均勻性。二、燃燒室的優(yōu)化：燃燒室的幾何形狀缸蓋和活塞頂形狀火花塞的位置燃燒室應(yīng)適當(dāng)?shù)慕M織氣體運動2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院三、典型燃燒室：按氣門布置分側(cè)置式（已淘汰）和頂置式燃燒室。1）楔形燃燒室：優(yōu)點：結(jié)構(gòu)較緊湊，火焰距離較短，散熱損失小，充氣效率較高?？贡┬詮姟＝?jīng)濟性較好。缺點：混合氣過分集中于火花塞處，使初期燃燒率大，壓升率高，工作有些粗暴，而且燃燒溫度較高，NOx生成也較多。2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2）浴盆形燃燒室：優(yōu)點：浴盆形燃燒室面容比A/F較大，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x長，故壓縮比不高，燃燒時間拖長，

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小，熱效率低，發(fā)動機動力性、燃油經(jīng)濟性指標(biāo)均不高，而且，HC排放量多，但NOX排放量較少。缺點：制造工藝性好，便于維修，過去主要應(yīng)用于載貨汽車和輕型車上。如東風(fēng)6100Q、北京吉普BJ212、普桑JV、奧迪100型026BJW型汽油機。2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院3）半球形燃燒室：優(yōu)點：

燃燒室內(nèi)混合氣的渦流較弱，容易在低速大負荷工況時引起爆燃。汽油機壓升率高，工作較粗暴，NOx排放也較高。缺點：

半球形燃燒室結(jié)構(gòu)緊湊，其面容比在各種燃燒室中是最小的。火花塞能布置在燃燒室中央、火焰?zhèn)鞑ヂ窂蕉?，燃燒速率高，熱損失小，汽油機高速動力性最好。2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院4）碗形燃燒室：優(yōu)點：

對點火時刻要求較高。缺點：

緊湊，擠流效果好，壓縮比可高達11。面容比較大，散熱好。2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院常規(guī)汽油機的主要缺點：A、壓縮比低，熱效率低B、濃混合氣的比熱容比較低，熱效率低C、排放高特別是NOx排放比較高。D、混合氣的濃度影響火焰的傳播速度。四、稀薄燃燒及缸內(nèi)直噴式汽油機2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院(A)汽油機產(chǎn)生湍流的輔助燃燒室(TGP)1、均質(zhì)稀混合氣的燃燒室2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院在燃燒室中設(shè)置副室，并在噴孔部位配置火花塞(圖5—29)，混合氣被點燃后流入副室，在壓縮過程中，一邊對火花塞間隙進行掃氣，一邊使混合氣產(chǎn)生適當(dāng)?shù)牧魉?。副室?nèi)的壓力隨著火焰?zhèn)鞑ザ?，然后噴入主燃燒室，產(chǎn)生湍流，促進主燃燒室的燃燒。2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院

一種新型燃燒室,解決小型高速汽油機燃燒時間短、燃燒過程不充分的難題.它利用在活塞頂與缸蓋形狀相吻合的特殊突起,可在發(fā)動機壓縮和膨脹過程中產(chǎn)生強烈的擠氣旋流.將它應(yīng)用在高速汽油機中,可提高混合氣的燃燒速率和火焰?zhèn)鞑ニ俾?從而全面改善內(nèi)燃機的性能.實驗研究表明,在空燃比和壓縮比優(yōu)化條件下使用該燃燒室,與原機相比發(fā)動機的輸出功率和轉(zhuǎn)矩分別提高了3.8%和1%,燃油消耗率節(jié)省19.3%,HC排放降低50%以上。2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院(B)雙火花塞燃燒室2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院圖5—32所示的燃燒室中，在離半球形中心的兩邊等距離處布置兩只火花塞(相距1/2直徑)，因而火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x接近縮短了1/2，從而可推遲最佳點火定時，提高了點火時的混合氣溫度和壓力，使著火性能改善，燃燒持續(xù)期縮短，提高了發(fā)動機的性能。2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院

稀薄燃燒的基本思路：通過稀燃可以提高壓縮比和減少泵氣損失，從而能大幅度改善燃料的經(jīng)濟性。

采取的措施：為了能實現(xiàn)穩(wěn)定的著火，和快速的火焰?zhèn)鞑?。采取的措施是高能點火，加強缸內(nèi)工質(zhì)運動和設(shè)計緊湊的燃燒室。

局限：僅限于部分負荷工況，全負荷不能保證動力輸出。2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院

分層燃燒的基本思路：在火花塞附近形成濃混合氣易點燃，其它區(qū)域形成稀混合氣提高經(jīng)濟性和降低有害物排放。2、分層燃燒2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院

燃用過稀的、已進入一般汽油機失火范圍的混合氣的主要困難是難以形成火核。若采用大能量點火，可以點燃較稀的混合氣，但當(dāng)混合氣過稀時，大能量的電火花雖可點火，出現(xiàn)火核，但在微小體積內(nèi)的燃料量太小，產(chǎn)生熱量過少，不足以聚集形成火焰而傳播。從而導(dǎo)致失火。但是只要一旦形成火焰，在火焰?zhèn)鞑ミ^程中，即使是相當(dāng)稀的混合氣，還是能夠正常燃燒的。2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院分層燃燒室A、美國德士古分層燃燒系統(tǒng)（TCCS)2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院TCCS系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：（1）壓縮比可提高到12，功率可采用變質(zhì)調(diào)節(jié)，因此部分負荷時有較高的經(jīng)濟性能。（2）對燃料辛烷值不敏感，可以燃燒汽油、煤油、柴油，具有優(yōu)異的多種燃料性能。2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院缺點：（1）NOx的排放量高。（2）分層不好時，高負荷冒黑煙，低負荷因過量空氣系數(shù)過大，燃燒不好，HC排放量增加。（3）對加速、減速等過渡工況及周圍環(huán)境變化適應(yīng)性較差。（4）技術(shù)要求高，推廣有一定困難。2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院B、CVCC燃燒系統(tǒng)（CompoundVortexContrlledCombustion)它實際上是分區(qū)燃燒，有主、副燃燒室。向主燃燒室供較稀混合氣，副燃燒室供較濃混合氣，先點燃副燃燒室的混合氣，再由副燃燒室噴出的火焰點燃主燃燒室的稀混合氣。特點：主燃燒室不組織進氣渦流，主副燃燒室之間的火焰孔面積大，燃燒速度低，過后燃燒嚴(yán)重。2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院C、軸向分層稀燃系統(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(dāng)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(zhǔn)進氣閥噴入缸內(nèi)，燃料在渦流的作用下，沿汽缸軸向產(chǎn)生上濃下稀分層。2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院D、滾流分層稀燃系統(tǒng)在進氣道中設(shè)置兩塊薄的垂直隔板，使進氣在汽缸內(nèi)形成三股獨立的滾流，外層的兩股渦流僅由空氣組成，中間的一股濃的混合氣，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。MVV：MitsubishiVerticalVortex2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院E、四氣門分層稀燃系統(tǒng)進氣系統(tǒng)有一個切向進氣道和一個中性進氣道組成。雙束噴油，向兩個進氣道噴油，由3控制渦流強度，當(dāng)3不完全開啟時，中性進氣道內(nèi)濃混合氣，切向氣道稀混合氣，造成分層。2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院

3、典型缸內(nèi)直噴燃燒系統(tǒng)簡介GDI：GasolineDirectInjection2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院A、福特缸內(nèi)直噴燃燒系統(tǒng)(PROCO)2024/7/29南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院1)由于直接噴射，使缸內(nèi)充量得到冷卻，可以使用較大的壓縮比。

2)與進氣管單點噴射式汽油機相比，由于提高了燃油霧化質(zhì)量和降低了泵吸損失，低速時功率可增加5%~10%。

3)由于壓縮比的提高，部分負