1、第第4章章 汽油机混合气形成和燃烧汽油机混合气形成和燃烧 第第1节节 汽油机混合气的形成汽油机混合气的形成第第2节节 汽油机的燃烧过程汽油机的燃烧过程第第3节节 汽油机的有害排放物与控制汽油机的有害排放物与控制第第4节节 汽油机的电控技术汽油机的电控技术第第5节节 不同混合气形成和燃烧过程的比较不同混合气形成和燃烧过程的比较第第1节节 汽油机混合气形成汽油机混合气形成一、基本特征一、基本特征 缸内形成均质混合气缸内形成均质混合气 负荷调节为负荷调节为“量调节量调节”二、工况与混合气浓度二、工况与混合气浓度汽油机在不同的工况下，对混合气浓度有着不同的要求：汽油机在不同的工况下，对混合气浓度有着不
2、同的要求：1 起动工况起动工况 2 怠速与小负荷工况怠速与小负荷工况 3 中等负荷工况中等负荷工况 4 大负荷与全负荷工况大负荷与全负荷工况 5 急加速与急减速工况急加速与急减速工况 图图4-1三、进气道喷射三、进气道喷射 图图4-2组成组成：传感元件：传感元件：空气流量、节气门开度、排气中氧浓度、转速以及爆震等空气流量、节气门开度、排气中氧浓度、转速以及爆震等 执行元件：执行元件：喷油器（同时喷射，分组喷射和顺序喷射喷油器（同时喷射，分组喷射和顺序喷射）电控单元：电控单元：控制策略控制策略 采用汽油喷射的采用汽油喷射的特点特点：1）混合气浓度的精确控制；）混合气浓度的精确控制；（主要）（主要
3、）2）满负荷时由于取消了化油器喉管而提高了充气效率；）满负荷时由于取消了化油器喉管而提高了充气效率；3）低速雾化性能的改进；）低速雾化性能的改进；4）多点喷射改善了多缸均匀性；）多点喷射改善了多缸均匀性；5）过渡工况性能的提高；）过渡工况性能的提高；6）制造成本提高，使用、维修要求高。）制造成本提高，使用、维修要求高。四、缸内直接喷射四、缸内直接喷射问题问题 汽油机与柴油机相比较，经济性较差（特别在部分负荷工况），汽油机与柴油机相比较，经济性较差（特别在部分负荷工况），其主要原因有：其主要原因有：受爆震燃烧的限制，压缩比较低；受爆震燃烧的限制，压缩比较低；采用量调节，节气门的存在增加泵气损失；
4、采用量调节，节气门的存在增加泵气损失；按理论空燃比运行，中低负荷时通过稀燃改善经济性难实现。按理论空燃比运行，中低负荷时通过稀燃改善经济性难实现。1.稀薄燃烧与分层燃烧稀薄燃烧与分层燃烧 稀薄燃烧：工作原理；主要缺陷稀薄燃烧：工作原理；主要缺陷 分层燃烧：工作原理；主要缺陷分层燃烧：工作原理；主要缺陷图图4-8图图4-92.缸内直喷（缸内直喷（CDI）汽油机的混合气形成）汽油机的混合气形成 三种实现方式三种实现方式 汽油喷射起重要作用（喷射压力、喷射时间等）汽油喷射起重要作用（喷射压力、喷射时间等）3.缸内直喷汽油机的变工况控制缸内直喷汽油机的变工况控制 部分负荷下部分负荷下在压缩行程后期喷油
5、（较晚喷油），生成分在压缩行程后期喷油（较晚喷油），生成分层混合气，空燃比层混合气，空燃比A/F可达可达25以上；以上；高负荷下高负荷下在进气行程早期喷油（较早喷油），生成均质在进气行程早期喷油（较早喷油），生成均质混合气，混合气变浓。混合气，混合气变浓。4.与常规汽油机的性能比较与常规汽油机的性能比较 5.采用均质混合气按理论空燃比工作采用均质混合气按理论空燃比工作的缸内直喷汽油机的缸内直喷汽油机 图图4-14图图4-11 第第2节节 汽油机燃烧过程汽油机燃烧过程一、正常燃烧过程一、正常燃烧过程 1着火延迟期着火延迟期 2明显燃烧期明显燃烧期 图图4-18 3后燃期后燃期二、汽油机的爆震燃烧
6、二、汽油机的爆震燃烧 控制措施：控制措施：内因方面内因方面（使混合气不易自燃）（使混合气不易自燃）燃料性质，缸内的压力和温度等燃料性质，缸内的压力和温度等 外因方面外因方面（缩短火焰传播的时间（缩短火焰传播的时间）图图4-22 缩短火焰传播缩短火焰传播“路程路程”和提高火焰传播速度和提高火焰传播速度 末端混合气末端混合气受到压缩受到压缩和辐射热的作用，在和辐射热的作用，在火焰火焰前锋尚未到达前锋尚未到达之前产生之前产生自自燃燃，使局部压力、温度急，使局部压力、温度急剧上升，并伴随有冲击波剧上升，并伴随有冲击波的的不正常燃烧现象不正常燃烧现象。图图4-20三、汽油机的燃烧差异现象三、汽油机的燃烧
7、差异现象 1工作循环之间的燃烧差异工作循环之间的燃烧差异 图图4-23 主要是由于点火瞬间火花塞附近混合气性质（浓度、残余主要是由于点火瞬间火花塞附近混合气性质（浓度、残余废气量）与状态的变化造成的。废气量）与状态的变化造成的。2各缸之间的燃烧差异各缸之间的燃烧差异 主要是由于进气充量在质量、数量两方面存在各缸之间的主要是由于进气充量在质量、数量两方面存在各缸之间的不均匀造成的。不均匀造成的。四、汽油机燃烧过程的主要影响因素四、汽油机燃烧过程的主要影响因素 1点火提前角点火提前角 图图4-27 定工况下的最佳点火提前角定工况下的最佳点火提前角 最佳点火提前角随汽油机转速、负荷的变化最佳点火提前
8、角随汽油机转速、负荷的变化 转速上升转速上升-最佳点火提前角加大最佳点火提前角加大 负荷提高负荷提高-最佳点火提前角减小最佳点火提前角减小 最佳点火提前角的控制与调节最佳点火提前角的控制与调节 2燃料性质燃料性质 抗爆性能抗爆性能 蒸发性能蒸发性能 3混合气浓度混合气浓度 混合气浓度影响着火、火焰传播速度等混合气浓度影响着火、火焰传播速度等图图4-29 4汽油机转速汽油机转速 转速过高或过低燃烧过程均变差，低速易爆震燃烧。转速过高或过低燃烧过程均变差，低速易爆震燃烧。5汽油机负荷汽油机负荷 随负荷提高燃烧过程改善，满负荷经济性及排放差，随负荷提高燃烧过程改善，满负荷经济性及排放差，高负荷易爆震
9、燃烧。高负荷易爆震燃烧。6燃烧室燃烧室 基本要求：基本要求：1）结构紧凑）结构紧凑 2）组织适当的工质运动）组织适当的工质运动 3）火花塞位置适中）火花塞位置适中 4）有利于充气效率的提高）有利于充气效率的提高图图4-31第第3节节 汽油机的有害排放物与控制汽油机的有害排放物与控制一、汽油机有害排放物的生成机理一、汽油机有害排放物的生成机理 1）碳氢化合物（）碳氢化合物（HC）2）一氧化碳（）一氧化碳（CO）3）氮氧化物（）氮氧化物（NOx）二、汽油机有害排放物的影响因素二、汽油机有害排放物的影响因素 1）混合气的浓度）混合气的浓度 图图4-33 2）发动机的运行工况发动机的运行工况 三、汽油
10、机有害排放物的控制措施三、汽油机有害排放物的控制措施 1）三元催化转化器）三元催化转化器 基本原理基本原理 影响转化效率的主要因素：影响转化效率的主要因素：空燃比空燃比和和排气温度排气温度 图图4-352）其他控制措施）其他控制措施 氧化型催化转化器氧化型催化转化器 点火提前角的调节点火提前角的调节 废气再循环（废气再循环（EGR）3）曲轴箱强制通风系统）曲轴箱强制通风系统 4）燃油蒸发污染物的控制）燃油蒸发污染物的控制机外处理技术的技术发展：机外处理技术的技术发展：提高耐高温、抗老化、转化效率等性能提高耐高温、抗老化、转化效率等性能提高空燃比控制精度提高空燃比控制精度图图4-36第第4节节
11、汽油机的电控技术汽油机的电控技术（自学）（自学）第第5节节 不同混合气形成和燃烧过程的比较不同混合气形成和燃烧过程的比较 汽油机汽油机柴油机柴油机燃料性质燃料性质蒸发性蒸发性较好较好，粘度，粘度较小较小90%馏出温度约为馏出温度约为190C（采用低压喷射）（采用低压喷射）分子较小，活化能高，分子较小，活化能高，不不易自燃易自燃（采用点燃）（采用点燃）蒸发性蒸发性较差较差，粘度，粘度较大较大90%馏出温度约为馏出温度约为350C（采用高压喷射）（采用高压喷射）分子较大，活化能低，分子较大，活化能低，易自易自燃燃（采用压燃）（采用压燃）混合气形成混合气形成时间较长，从缸外到缸内时间较长，从缸外到缸
12、内形成均质混合气形成均质混合气过量空气系数可较小，空气过量空气系数可较小，空气利用率较高利用率较高时间短促，缸内形成混合气时间短促，缸内形成混合气不能形成均质混合气不能形成均质混合气过量空气系数要求较大，空气过量空气系数要求较大，空气利用率较低利用率较低着火着火单点点燃单点点燃高温单阶段着火高温单阶段着火多点（带有随机性）压燃多点（带有随机性）压燃低温多阶段着火低温多阶段着火汽油机汽油机柴油机柴油机燃烧燃烧具有预混燃烧特征具有预混燃烧特征湍流火焰传播湍流火焰传播划分为三阶段划分为三阶段（前期）预混燃烧（前期）预混燃烧（后期）（后期）扩散燃烧扩散燃烧 以扩散燃烧为主以扩散燃烧为主 划分为四阶段划
13、分为四阶段对应理论循环对应理论循环对应等容加热理论循环对应等容加热理论循环对应混合对应混合加热理论循环加热理论循环负荷调节负荷调节“量调节量调节”，调节节气门开，调节节气门开度度混合气数量变化，浓度基本混合气数量变化，浓度基本不变不变“质调节质调节”，调节循环喷油量，调节循环喷油量空气量基本不变，混合气浓度空气量基本不变，混合气浓度变化大变化大主要有害排放主要有害排放物物碳氢化合物（碳氢化合物（HC）、一氧化）、一氧化碳（碳（CO）和氮氧化物（）和氮氧化物（NOx）微粒（微粒（PM）、氮氧化合物）、氮氧化合物（NOx）工质运动工质运动适度适度主要为提高火焰传播速度主要为提高火焰传播速度较强较强
14、主要为促使混合气形成主要为促使混合气形成压缩比压缩比较小（约较小（约1011）避免产生爆震燃烧避免产生爆震燃烧较大（约较大（约1518）有利提高经济性有利提高经济性有利自燃和提高起动性能有利自燃和提高起动性能习题与思考题：习题与思考题：1汽油机的燃烧过程可划分为几个阶段？是如何划分的（要求画图说明）？汽油机的燃烧过程可划分为几个阶段？是如何划分的（要求画图说明）？小结各阶段对性能的影响及其原因。小结各阶段对性能的影响及其原因。2汽油机在转速和节气门开度不变的条件下，改变点火提前角，有效燃油消汽油机在转速和节气门开度不变的条件下，改变点火提前角，有效燃油消耗率是如何随之变化的？分析变化的原因。在
15、转速和节气门开度变化时，点耗率是如何随之变化的？分析变化的原因。在转速和节气门开度变化时，点火提前角一般应如何随之变化？火提前角一般应如何随之变化？3说明说明“爆震燃烧爆震燃烧”的概念，并分析控制爆震燃烧的思路。的概念，并分析控制爆震燃烧的思路。4你认为汽油机混合气形成与燃烧中的关键技术是什么？并说明理由。你认为汽油机混合气形成与燃烧中的关键技术是什么？并说明理由。5简述三元催化转化器的工作原理并分析影响转化效率的主要因素。简述三元催化转化器的工作原理并分析影响转化效率的主要因素。6比较汽油机与柴油机在下列方面的异同并说明原因。比较汽油机与柴油机在下列方面的异同并说明原因。a.过量空气系数过量
16、空气系数 b.压缩比压缩比 c.主要有害排放物及控制措施主要有害排放物及控制措施7比较缸内直喷汽油机采用均质混合气或非均质混合气的差异。比较缸内直喷汽油机采用均质混合气或非均质混合气的差异。1.一些基本概念以及柴油机与汽油机的比较（表一些基本概念以及柴油机与汽油机的比较（表4-3）。）。2.对燃烧过程的了解（图示、阶段划分及对性能影响）。对燃烧过程的了解（图示、阶段划分及对性能影响）。3.点火点火/喷油提前角的控制原理。喷油提前角的控制原理。4.汽油机爆震燃烧的机理及控制措施。汽油机爆震燃烧的机理及控制措施。5.柴油机电控高压共轨喷射系统的工作原理。柴油机电控高压共轨喷射系统的工作原理。6.燃
17、烧放热规律的定义及分析应用。燃烧放热规律的定义及分析应用。7.有害排放的生成机理及主要控制措施。有害排放的生成机理及主要控制措施。图图4-1 高负荷下的加浓高负荷下的加浓图图4-2 进气道喷射进气道喷射 图图4-8 两类汽油机的两类汽油机的比较比较(a)进进气道气道燃油喷射燃油喷射 (b)汽油汽油直接喷射直接喷射 图图4-9 稀薄燃烧稀薄燃烧图图4-11 分层混合气的实现方式分层混合气的实现方式图图4-14 不同工况下混合气的特征不同工况下混合气的特征图图4-18 汽油机燃烧过汽油机燃烧过程中的火焰传播程中的火焰传播图图4-20 汽油机燃烧过汽油机燃烧过程中的爆震燃烧程中的爆震燃烧AB图图4-22 双火花塞的汽油机燃烧室布置方案双火花塞的汽油机燃烧室布置方案图图4-23 汽油机工作循环之间的的燃烧差异汽油机工作循环之间的的燃烧差异图图4-27 最佳的点火提前角最佳的点火提前角 图图4-29 混合气浓度混合气浓度对火焰传播速度的对火焰传播速度的影响影响图图4-31 燃烧室燃烧室内工质的宏观运动内工质的宏观运动图图4-33 有有害排放物害排放物随混合气随混合气浓度的变浓度的变化规律化规律 图图4-35 混合气混合气浓度与转化效浓度与转化效率的关系率的关系 图图4-36 保证保证较高排气温较高排气温度的措施度的措施
