汽油机混合气的形成和燃烧课件

1第三章 汽油机混合气的形成和燃烧本章要求：掌握：汽油机混合气形成方式、汽油机的正常燃烧过程和不正常燃烧过程。理解：汽油机不规则燃烧的形成了解：燃烧的特点及燃烧室设计原则。2 燃烧之前，用于燃烧的混合气是如何形成的？v装置结构化油器式、汽油喷射式v简单工作原理341.化油器式 利用空气流动时在喉管处产生的负压，把汽油吸向节流阀上部的进气通道中。5空气供给系统2.电控汽油喷射系统空气供给系统燃油供给系统电子控制系统6燃料供给系统7控制系统8传感器主信号主信号修正信号修正信号反馈信号反馈信号主信号主信号主信号主信号主信号主信号主信号主信号主信号主信号9执行元件10控制单元（ECU）不同的工况下，对汽油与空气的混合气浓度有何不同要求？1112稳定工况过渡工况怠速起动小负荷急加速中等负荷急减速大负荷、全负荷13如何使汽油与空气的混合气比例是合适的？141.化油器式15怠速系统机械加浓系统加速加浓系统16控制方式：开环控制 只按给定的控制量进行控制，而被控量在整个控制过程中对控制量不产生任何影响，即无反馈。闭环控制 将被控量反馈到系统的输入端与控制量进行比较，得出误差信号，作为控制执行元件动作的依据，以消除由于各种干扰使被控量偏离期望值的偏差，提高控制精度。2.电控汽油喷射系统17喷油器的驱动方式1）电流驱动方式）电流驱动方式2）电压驱动方式）电压驱动方式 a）电流驱动）电流驱动b）电压驱动（低阻）电压驱动（低阻）C）电压驱动（高阻）电压驱动（高阻）18一、喷油正时的控制在采用间歇喷射方式的电控燃油喷射系统中，电脑必须控制喷油器喷油的开始时刻，这就是喷油正时控制。其控制目标一般是在进气行程开始前，喷油结束。1同步喷油正时控制 2异步喷油正时控制19（1）同时喷射正时控制（2）分组喷射正时控制（3）顺序喷射正时控制1.同步喷油正时控制分为：20（1）同时喷射正时控制 特点：所有各缸喷油器由ECU控制同时喷油和停油。工作原理：喷油正时控制是以发动机最先进入作功行程的缸为基准，在该缸排气行程上止点前某一位置，ECU输出指令信号，接通该组喷油器电磁线圈电路，该组喷油器开始喷油。21同时喷射正时图同时喷射正时图22（2）分组喷射正时控制 特点：把所有喷油器分成24组，由ECU分组控制喷油器。工作原理：以各组最先进入作功的缸为基准，在该气缸排气行程上止点前某一位置，ECU输出指令信号，接通该组喷油器电磁线圈电路，该组喷油器开始喷油。23分组喷射正时图分组喷射正时图24（3）顺序喷射正时控制 工作原理：ECU根据凸轮轴位置传感器（G信号）、曲轴位置传感器（Ne信号）和发动机的作功顺序，确定各气缸工作位置。当确定各缸活塞运行至排气行程上止点某一位置时，ECU输出喷油控制信号，接通喷油器电磁线圈电路，该缸开始喷油。特点：喷油器驱动回路数与气缸数目相等。25顺序喷射正时图顺序喷射正时图26（1）起动时异步喷油正时控制起动时异步喷油正时控制 在同步喷油基础上，为改善发动机的起动性能，在增加一次异步喷油。在起动开关处于接通状态时，ECU接受到第一个凸轮轴位置传感器信号（Ne信号）后，接收到第一个曲轴位置传感器信号（G信号）时，开始进行起动时的异步喷油。（2）加速时异步喷油正时控制加速时异步喷油正时控制 为了改善加速性能，ECU根据节气门位置传感器中怠速信号从接通到断开时，增加依次固定量的喷油。2.异步喷油正时控制 27l 喷油时间的计算喷油时间的计算T喷射时间，ms；Tp基本喷射时间，ms；Fc基本喷射时间修正系数，包括FET、FAD、FO、FL、FH 等各项；Tu无效喷射时间，ms。式（3-2）二、喷油量的控制28（一）（一）基本喷射时间的确定基本喷射时间的确定（一）（一）基本喷射时间的确定基本喷射时间的确定 Tp只与每循环吸入的空气量有关，空气量测量方法不同，其计算方法也各有不同。质量法体积法291.质量法质量法K由喷油器尺寸/性能、发动机气缸数、空燃比等确定的常数；G空气流量计测出的质量空气流量，kg/s；n发动机转速，r/min。式（3-4）30（1）大气标准状态下的基本喷射时间2.体积法体积法K1由喷油器尺寸/性能、发动机气缸数、空燃比等确定的常数；Q空气体积流量，m3/s；n发动机转速，1/s；Q/n一个进气行程中填充气缸的空气量，m3；A/F目标空燃比；（US/UB）翼片式空气流量计输出信号。式（3-5）31（2）基本喷油时间）基本喷油时间t实际进气温度，；p实际大气压力，kPa。式（3-6）32（二）与发动机温度有关的修正系数（二）与发动机温度有关的修正系数 FET1.启动后的修正初期值衰减系数332.暖机时的修正3.高温时的修正34（三）加减速时的修正系数（三）加减速时的修正系数 FAD1.加速时的修正系数FAC负荷变化量修正系数（加速时）冷却水温度修正系数（加速时）352.减速时的修正系数FDC负荷变化量修正系数（减速时）冷却水温度修正系数（减速时）36（四）急加速的异步喷射（四）急加速的异步喷射 37381.控制条件 只在怠速和部分负荷工况范围，且结束暖机后，才激活空燃比闭环控制。（五）理论空燃比的反馈修正（五）理论空燃比的反馈修正 FO392.控制过程控制过程401.必要性2.方法和步骤（六）空燃比学习控制产生的修正（六）空燃比学习控制产生的修正 FL412.方法和步骤方法和步骤42（七）大负荷、高转速时的修正（七）大负荷、高转速时的修正 FH扭矩、排气温度与空燃比的关系431.减速时（八）燃油停供（八）燃油停供减速时燃油停供与复供特性1-停供转速；2-复供转速VG30E发动机减速停供示意图442.超速时45启动时的喷油时间计算实现方式：冷启动喷油器微机控制喷油器式（4-7）启动时喷射时间特性46汽油机缸内是如何着火的？发动机混合气的燃烧，本质上是燃油激烈的氧化反应。根据氧化反应进行的激烈程度不同，燃烧分为两个阶段：着火与燃烧。着火是燃烧的物理和化学准备阶段。物理准备：燃料的雾化、蒸发、与空气形成可燃混合气等化学准备：焰前的缓慢氧化反应。速度很低，压力和温度 无明显升高。此过程逐渐积累热量或形成活化中心。活化中心：在压缩终了高温作用下，燃油分子分裂成大量自由原子或自由基（如H、O、CH、OH等），它们具有很强的反应能力。47燃烧的基本理论燃烧是氧化反应加速至激化的结果。进入燃烧有两种方法：点燃利用点火系向可燃混合气增加能量，在局部混 合气内进行。自燃利用自身积累的热量或活化中心着火，在全部 混合气内同时发生的。发动机内的燃烧过程经历三个基本步骤：（1）燃油与空气形成可燃混合气（2）点燃可燃混合气，或可燃混合气发生自燃。（3）火源扩大到整个可燃混合气，形成全面燃烧。48一、着火机理 按化学动力学的观点分：热自燃和链锁自燃机理1.热自燃（或热爆）定义：若化学反应所释放的热量大于散失的热量，混合气的温度升高，进而促使混合气的反应速率和放热速率增大，最终导致极快的反应速率而着火。气体分子要进行化学反应需要相互碰撞，碰撞分子所具备一定大小的能量，称为反应活化能。活化分子能量超过活化能的分子。49 能保证着火的缸内最低温度、压力称为着火临界温度和着火临界压力。着火临界线 在一定P0下，只要外界温度低于T0，混合气不会发生热爆；在一定T0下，只要压力低于P0，也不会发生热爆。着火临界温度和着火临界压力着火临界线50 发动机能否着火，取决于着火阶段有无热量积累，氧化反应能否自动加速。2.链锁反应(链爆炸)反应自动加速不一定要依靠热量的积累使大量分子活化，通过链锁反应逐渐积累活化中心的方法也能使反应自动加速，直至着火。链锁反应：其中一个活化作用能引起很多基本反应，即反应链。链锁反应的过程：链引发链传播链中断51链引发：反应物分子分解为自由原子或自由基，形成活化中心。链传播：反应进一步推进，生成新的自由原子或自由基。直链反应一个活化中心与反应物作用产生一个新 的活化中心，反应以恒速进行。支链反应一个活化中心引起的反应，同时生成两 个以上的活化中心，反应速度急剧增长。链中断:具有反应能力的自由原子或自由基与冷的壁面或惰性气体碰撞,使反应能力减小。52实际过程是：链引发：H2 2H链传播(链爆炸)：H+O2 OH+O O+H2OH+H 2OH+H2 2H2O+2H链中断：H+H+M H2+M（M是惰性气体分子）H+OH+M H2O+M H+O+M OH+M 混合气的着火往往不是单一机理进行，二者机理同时存在相互促进。一般说，在高温下以热自燃为主，在低温下以链锁反应为主。例如：氢的燃烧化学方程：2H2+O22H2O53 均匀可燃混合气在燃烧室内的燃烧，燃烧前后一瞬间，燃烧室内只有一个相。燃烧前的可燃混合气相和燃烧后的燃烧产物相。2.预混合燃烧 过量空气系数是一个常数。燃烧传播到整个燃烧室内，燃烧室内压力基本一致，而温度各不相同。燃烧其间，燃烧室存在未然混合气和燃烧产物两个相。1.同时爆炸燃烧发动机的燃烧方式54汽油机的着火过程 燃油与空气的均匀混合气受到压缩，由于压缩比较小，压缩终了的温度、压力较低不能自行着火，需要借助于火花塞点火来实现着火。汽油机在压缩过程已进行一定的化学反应，火花塞跳火，其电极附近混合气温度急剧上升，同时马上出现好多活化中心（OH、CH），并迅速开展自行加速的链反应，在很短时间内出现桔黄色热火焰。在出现热火焰之前，看不到明显的几个不同级的化学反应 汽油机的着火为点燃式的高温单级着火过程。56着火后的火焰是如何传播的？57火焰前锋面积FL 利用燃烧室几何形状及其与火花塞位置的配合，可以改变不同时期火焰前锋扫过的面积，从而调整燃烧速度。它直接影响到明显燃烧期相当曲轴转角的位置及燃烧速度变化的情况，与压力上升密切相关。58 火焰传播速度：火焰前锋相对于未燃混合气向前推进的速度。车用汽油机，燃烧室的火焰传播速度可达50-80m/s。汽油机正常燃烧时火焰前锋的瞬时位置59 燃烧速率是指单位时间燃烧的混合气量，可以表达为：式中 m未燃混合气密度 vL火焰传播速度 FL火焰前锋面积 控制燃烧速度就能控制明显燃烧期的长短及其相对曲轴转角的位置。60哪些因素会影响火焰传播？61 1.火焰传播速度vL 火焰传播速度是决定明显燃烧期长短的主要因素。影响FL的主要因素是：燃烧室中气体的紊流运动紊流运动紊流运动紊流运动、混合气成混合气成混合气成混合气成分分分分和混合气初始温度混合气初始温度混合气初始温度混合气初始温度。(1)紊流运动：紊流运动是由涡流和无规则的气体脉动所组成。涡流运动可使火焰前锋表面扭曲，甚至分隔成许多火焰中心，使火焰前锋燃烧区加厚，火焰传播速度加快。影响燃烧速度的因素有：62(2)混合气成分混合气浓度不同，火焰传播速度也明显不同。火焰传播下限：1.31.4时，火焰传播速度降低，甚至不能传播。火焰传播上限：0.40.5时，混合气过浓，也使火焰不能传播。为了保证可靠的工作，汽油机的在0.61.2范围，即空燃比A/F=918。(3)混合气初始温度混合气初始温度高，火焰传播速度增加。63汽油机燃烧会经历哪些阶段？每个阶段是如何划分的？有什么特点？64正常燃烧过程6566 汽油机的燃烧过程指从点火开始到燃料基本烧完为止的过程。通常测取燃烧过程的展开示功图研究燃烧过程。在燃烧压力线上，1点为火花塞跳火点，2点为出现火焰中心，3点为最高压力点。将燃烧过程分为三个阶段：滞燃期、急燃期和补燃期。汽油机燃烧过程示功图67滞燃期（着火落后期）从火花塞开始跳火到火焰中心形成的阶段。它是燃烧的准备阶段，主要进行热量的积累，缸内的压力线与纯压缩线基本重合。当反应的混合气的温度升高到一定程度后，形成发火区，即火焰中心，缸内压力开始脱离压缩线。汽油机燃烧过程示功图68(1)混合气成分(2)开始点火时的缸内气体温度和压力(3)缸内气体流动(4)火花能量 (5)残余废气量(6)燃料性质a=0.80.9时，着火落后期最短。开始点火时缸内气体温度和压力越高，着火落后期越短。加强紊流运动，会加快混合气的氧化反应速度，着火落后期缩短。加大火花能量，着火落后期缩短。残余废气对燃烧反应起阻碍作用，使着火延迟期变长，所以应尽量减少残余废气。着火落后期的长短与以下因素有关：69 点火提前角：是指从火花塞跳火到上止点间的曲轴转角。可用其表示点火时刻。70急燃期（明显燃烧期）从形成火焰中心到最高压力出现的阶段。火焰传播汽油机燃烧过程示功图71补燃期（后燃期）从最高压力点开始到燃料基本燃烧完为止的阶段。汽油机燃烧过程示功图72 (1)火焰前锋后未及燃烧的燃料再燃烧。(2)贴附在缸壁未燃混合气层的部分燃烧。壁面温度低，对火焰具有熄火作用，这样在熄火存在大量未燃烃，在随后的膨胀中部分未燃烃继续燃烧。(3)高温分解的燃烧产物(H2、O2、CO等)重新氧化。燃烧产物CO2、H2O中，有少部分在高温的作用下，分解成H2、O2、CO等产物，在膨胀过程中，因工质温度下降，热分解产物又继续燃烧、放热。这种燃烧已远离上止点，应尽量减少补燃。在补燃阶段参加燃烧的燃料主要有：73汽油机正常运转时是否燃烧就一定是稳定不变的？（循环还有哪些变动现象？）74燃烧差异 汽油机的燃烧差异是指在稳定正常运转情况下，各循环之间的燃烧变动和各缸之间的燃烧差异。前者称为循环变动，后者称为各缸工作不均匀。75 各循环之间的燃烧差异主要是燃烧的不稳定性，表现为循环的压力波动。如图示出不同循环的气缸压力变化情况。从中可以看到变化较大，低负荷时情况更严重。稀混合气 浓混合气 1.循环变动循环变动76主要原因：火花塞附近混合气的混合比和气体紊流性质、程度在各循环均有变动，致使火焰中心形成所用的时间不同，即由有效着火时间变动而引起的。危害：这种循环间的燃烧变动使汽油机空燃比和点火提前角调整对每一循环都不可能处于最佳状态，因而油耗上升，功率下降，不正常燃烧倾向增加，使汽油机性能下降，严重时出现随机性断火现象。7677(1)混合气浓度 =0.8-0.9时循环燃烧变动最小，混合气加浓或减稀变动均增加，这成为用稀混合气的障碍。(2)负荷 在中等负荷以上变动较小，低负荷时，残余废气量相对增多，变动更为明显。(3)加强紊流有助于减少变动，因此转速增加，一般变动减小。(4)加大点火能量，采用多点点火，情况有所改善。(5)点火时刻和点火位置对燃烧循环变动很敏感。影响因素和改善措施：影响因素和改善措施：78 各缸之间的燃烧差异主要是由于燃料分配不均使空燃比不一致造成的。混合气分配不均匀主要与进气系统所有零件的设计和安装位置都有关系，任何不对称和流动阻力不同的情况都会破坏均匀分配，其中影响最大的是进气管的设计。2.各缸工作不均匀各缸工作不均匀79 改善分配不均的措施v采用双歧管进气结构(Dual Manifold System)双歧管系统；v采用汽油喷射技术，如多点喷射；v利用废气或冷却水热量预热进气管，改善燃料蒸发 。(但要限制加热，避免影响进气量)双歧管结构80汽油机有时会出现一些不正常燃烧情况。不正常燃烧时的现象是怎样的？什么样的原因会引起不正常燃烧？81不正常燃烧 由于设计或控制不当，汽油机偏离正常点火的时间及地点，而引起的燃烧速率急剧上升，压力急剧增大等异常现象。可分为爆燃和表面点火两类。1.爆燃 火焰前锋未到，而末端未燃混合气的温度达到其自燃温度而着火燃烧，形成新的火焰中心，产生新的火焰传播。8283地点：远离火花塞的末端混合气；时间：正常火焰传播到达之前；燃烧方式：自燃着火(为低温多阶段的着火过程)；外部特征：产生压力冲击波，约30005000Hz，气缸内发出特别尖锐的金属敲击声，亦称为敲缸。轻微敲缸时，发动机功率上升，油耗下降；严重时会产生冷却水过热，功率下降，油耗上升，发动机磨损加剧，排放污染增加(主要是排气冒黑烟)。爆燃的特点：爆燃的特点：84v机件过载 冲击负荷大，机件的机械负荷增加，使机件变形损坏。噪声增大。v机件烧损 爆燃冲击波破坏燃烧室内附面层和局部高温，使活塞头和气门等烧损，同时会引起发动机过热。v磨损加剧 发动机过热，使润滑效果变差，使磨损加剧。爆燃的危害：爆燃的危害：85正常燃烧后爆燃后86v排气冒黑烟，补燃增加，排气温度增加 高温裂解产生的碳粒形成积炭，并使燃烧产物分解为CO、H2、O2、NO及游离碳增多，排气冒烟严重。CO、H2、O2等膨胀过程中重新燃烧，使排温增高。v性能指标下降 严重爆燃时的局部高温及强烈的压力冲击波，破坏了附面层，气体向缸壁的传热量大大增加，使热效率下降，功率降低，耗油率增加。87v内因燃料性质、缸内的压力和温度 辛烷值高的燃料抗爆燃能力强；缸内的压力和温度增高，则末端混合气的压力和温度增高，爆燃倾向增大。例如，压缩比增大，则气缸内压力、温度升高，爆燃易发生；又如，使用轻金属材料的气缸盖、活塞，由于其导热性好，末端混合气压力、温度低，爆燃倾向小，可提高压缩比0.40.7单位。影响爆燃的因素：影响爆燃的因素：88v外因火焰前锋传到末端混合气的时间 提高火焰传播速度、缩短火焰传播距离，都会减少火焰前锋传到末端混合气的时间，有利于避免爆燃。例如，气缸直径大时，火焰传播距离增加，爆燃倾向增大，所以没有很大缸径的汽油机。89防止爆燃的方法：防止爆燃的方法：设计中1)合理组织气流运动，提高火焰传播速度；2)合理设计燃烧室，使火焰传播距离缩短；3)在末端混合气区设置冷却区，克服燃烧室表面粗糙度，进气节流，降低进气温度，冷却排气门等；4)采用稀薄燃烧和分层燃烧技术。使用中1)油门关小或转速提高；2)推迟点火时刻；3)提高汽油辛烷值；4)清除积炭。90 在汽油机中，凡是不靠电火花点火而由燃烧室内炽热表面(如排气门头部、火花塞绝缘体或零件表面炽热的沉积物等)点燃混合气的现象，统称表面点火。它的点火时刻是不可控制的，多发生在高压缩比的强化汽油机上。2.表面点火91 如果表面点火出现在火花塞跳火后，并且形成的火焰前锋仍以正常的火焰传播速度向未燃气体推进，称为后火。出现这种现象时，可在发动机断火后发现，发动机仍像有电火花一样，继续运转，直到炽热点温度下降到不能点燃混合气为止，发动机才停转。(2)早燃 火花塞点火之前，炽热表面就点燃混合气的现象。早燃会诱发爆燃，爆燃又会让更多的炽热表面温度升高，促使更剧烈的表面点火，两者互相促进，危害可能更大。(1)后火92表面点火与爆燃的不同点：1.爆燃是火花塞跳火后末端混合气的自燃现象；表面点火一般是在正常火焰烧到之前由炽热物点燃混合气所致。2.爆燃时有强烈的压力冲击波，有尖锐的金属敲击声；表面点火没有压力冲击波，敲缸声比较沉闷。凡是能降低燃烧室温度和压力升高率、减少积炭等炽热点形成的因素都有助于防止热面点火。小结：哪些因素会影响汽油机的燃烧过程？9394燃料性质燃料性质 汽油由C5C11各族烃类组成，沸点通常在205以下，主要性能有：（1）蒸发性指标：馏程和蒸汽压馏程：汽油馏出的温度范围 10%的馏出温度：低，冷启动性好；过低，易气阻。50%的馏出温度：低，平均挥发性好，汽车的加速性 和平稳性好，暖机时间短。90%的馏出温度：标志含有难挥发的重质成分。高，则重质成分多，易形成积炭，从而 稀释机油。蒸气压：蒸发性强，易起动，但易气阻和蒸发损失大。夏季不大于67KPa，冬季不大于80KPa。95（2）抗爆性指标：辛烷值ON（正庚烷C7H16辛烷值定为0，异辛烷C8H18辛烷值定为100，二者混合液与汽油的爆燃程度进行比较汽油的辛烷值，即混合液中异辛烷的体积百分数。）二者之差为汽油的灵敏度，是衡量抗暴性随着燃烧条件而变化的尺度。MON=RON0.8+10，AKI（抗爆指数）(RON+MON)/2车用汽油按MON分70、75、80、85号4种牌号新标准按RON分90、93、95号和97号4种牌号测定方法：研究法辛烷值研究法辛烷值研究法辛烷值研究法辛烷值RONRONRONRON 马达法辛烷值马达法辛烷值马达法辛烷值马达法辛烷值MONMONMONMON96使用 1的浓混合气工作，必然产生不完全燃烧，经济性变差，有害排放量上升。当 1.2时，火焰传播速度缓慢，部分燃料来不及完全燃烧，因而经济性差，有害排放量上升，工作不稳定。=0.80.9：火焰传播速度最大，爆燃倾向也较大，功率混合气。=1.031.1：缸内温度最高且空气富裕，燃烧完全，经济混合气。混合气浓度对火焰传播速度的影响混合气浓度混合气浓度97点火提前角点火提前角点火提前角不同的展开示功图 点火提前角过大，则大部分混合气在压缩过程中燃烧，所消耗的压缩功增加，发动机容易过热，有效功率下降，工作粗爆程度增加。同时由于混合气的压力过高，末端混合气燃烧前的温度较高，爆燃倾向加大。点火提前角过小，则燃烧延长到膨胀过程，燃烧最高压力和燃烧温度下降，传热损失增多，排气温度升高，功率下降，耗油量增多。98 转速增加时，气缸中紊流增强，火焰传播速度加快，因而以秒计的燃烧过程缩短，但循环时间也缩短，一般燃烧过程相当的曲轴转角增加，应当相应加大点火提前角。为此汽油机装有离心提前调节装置，使得在转速增加时，自动增大点火提前角，以保证燃烧过程在上止点附近完成。发动机转速发动机转速Pe/kW99 转速一定，负荷减小时，进入气缸的新鲜充量减小，而残余废气量基本不变，残余废气系数增加。残余废气对燃烧反应起阻碍作用，使燃烧速度减慢。为保证燃烧过程在上止点附近完成，需增大点火提前角，靠真空提前点火装置来调节。发动机负荷发动机负荷Pe/kW100 温度过高，燃烧室及燃烧壁 ，不正常燃烧倾向 ，混合气密度 ，充量 ，性能 。温度过低，热量传递 ，发动机性能 ，润滑效果 ，零件磨损 。燃烧完全程度？冷却水温度冷却水温度Pe/kW过热增加低减少下降过多降低变差加剧v其他影响因素其他影响因素 燃烧室积炭 压缩比 大气状况 燃烧室101102燃烧室一、对燃烧室的要求1.设计要求：(1)保证发动机有良好的动力性、经济性；(2)使发动机工作柔和，排污少；(3)抑制不正常燃烧；(4)燃烧室结构应简单，利于制造。103(1)结构尽量紧凑(面容比A/V表征燃烧室的紧凑性)；火焰传播距离短，不易爆燃 相对散热损失少，热效率高 熄火面积小，HC排量少 HC的排放主要是由燃烧室壁面的淬熄效应引起的，面容比小，淬熄面积小，HC排放就少。2.设计原则104 燃烧室的形状应考虑允许有较大的进气门直径。进气口、进气道的布置应尽量减小进气阻力，提高进气充量。(2)具有良好的充气性能105新气扫除残余废气，保证低速稳定性好，循环间燃烧变动小火花塞布置在使末端混合气受热少的排气门附近由火花塞传播开的火焰面变化分配合理，确保运转平稳火焰传播距离应尽可能短，避免爆燃(3)火花塞布置安排适当106 和火花塞配合满足速燃要求，同时控制压力升高率，燃烧室的容积分布应配合火花塞的位置考虑，最有利的分布是使燃烧过程初期压力升高率较小，发动机工作柔和，中期放热量最多，以获得较大的循环功。后期补燃较小，具有高的热效率。(4）燃烧室形状合理分布107(5)组织适当的紊流运动 紊流过强时，即使点火提前角减小，压力升高率仍较高，使工作粗暴，热效率降低。(6)防止爆燃和早燃 应对末端混合气进行适当冷却，燃烧室避免局部热点和突出物，以防爆燃和早燃。108本章小结v对燃烧过程的基本要求是完全、及时、正常。v汽油机的燃烧过程分为着火延迟期、明显燃烧期、补燃期。v最佳点火提前角使压力升高率燃烧最高压力出现在上止点后1215CA，=0.1750.25MPa/(CA)为宜，能保证发动机较好的动力性、经济性、且工作柔和。v燃烧速度是指单位时间燃烧的混合气量，与火焰前锋面积、未燃混合气密度、火焰传播速度等因素有关。增大火焰传播速度、合理利用燃烧室几何形状及其与火花塞位置的配合、增大未燃混合气密度，均可提高燃烧速度。109v汽油机的不规则燃烧是指各循环间的燃烧变动和各缸间燃烧差异。由于这些差异使汽油机功率下降，油耗率上升。v 汽油机有两种不正常燃烧现象。爆燃是末端混合气的自燃现象。严重爆燃会产生尖锐的金属敲击声，使发动机机件过载、烧损、性能指标下降。发动机低速大负荷时容易爆燃。表面点火是混合气被炽热表面点燃的现象，使发动机性能指标下降，运转粗暴增加。v汽油机混合气形成的方式主要有两类：化油器式和汽油喷射式。它们在结构与供油方法上有所不同，但它们都属于在气缸外部形成混合气，都是依靠控制节流阀开闭来调节混合气数量的，空燃比在不同工况下的要求也是一致。v补充：如何让发动机的结构适应燃烧要求？111典型燃烧室浴盆形燃烧室楔形燃烧室半球形燃烧室112 1.楔形燃烧室楔形燃烧室v火焰距离较短。火焰距离较短。v一般设置挤气面积，气一般设置挤气面积，气门稍倾斜（门稍倾斜（630）使）使气道转弯较少，减少进气道转弯较少，减少进气阻力，提高充气系数气阻力，提高充气系数v压缩比较高，达压缩比较高，达910v这种燃烧室有较高的动这种燃烧室有较高的动力性和经济性力性和经济性v但由于混合气过分集中但由于混合气过分集中在火花塞处，使初期燃在火花塞处，使初期燃烧速率和压力升高比大，烧速率和压力升高比大，工作显得粗暴一些工作显得粗暴一些113 2.浴盆形燃烧室浴盆形燃烧室v这种燃烧室高度是相同这种燃烧室高度是相同的，宽度允许略超出气的，宽度允许略超出气缸范围来加大气门直径缸范围来加大气门直径v从气流运动考虑，希望从气流运动考虑，希望在气门头部外径与燃烧在气门头部外径与燃烧室壁面之间保持室壁面之间保持56.5mm的壁距，这的壁距，这样使气门尺寸所受的限样使气门尺寸所受的限制比楔形大制比楔形大v浴盆形燃烧室有挤气面浴盆形燃烧室有挤气面积，但由于燃烧室的形积，但由于燃烧室的形状，使挤气的效果比较状，使挤气的效果比较差差v火焰传播距离也较长，火焰传播距离也较长，燃烧速率比较低，燃烧燃烧速率比较低，燃烧时间长，压力升高比低时间长，压力升高比低114 3.碗形燃烧室碗形燃烧室v碗形燃烧室是布置在活碗形燃烧室是布置在活塞中的一个回转体，采塞中的一个回转体，采用平底气缸盖用平底气缸盖v燃烧室全部机加工而成，燃烧室全部机加工而成，有精确的形状和容积，有精确的形状和容积，燃烧室表面光滑，紧凑燃烧室表面光滑，紧凑v挤流效果好，压缩比可挤流效果好，压缩比可高达高达11v由于由于F/V较大，散热增较大，散热增加加v碗形燃烧室要有恰当的碗形燃烧室要有恰当的S/D与压缩比之间的比与压缩比之间的比例例115 4.半球形燃烧室半球形燃烧室v半球形燃烧室在气缸盖上，一般半球形燃烧室在气缸盖上，一般配凸出的活塞顶，燃烧室紧凑，配凸出的活塞顶，燃烧室紧凑，且火花塞能布置在中间，火焰传且火花塞能布置在中间，火焰传播距离短播距离短v进、排气门倾斜布置，两气门之进、排气门倾斜布置，两气门之间角度为间角度为5075。气流进入气。气流进入气缸转弯小，充气系数大，在非常缸转弯小，充气系数大，在非常高的转速下仍能保持满意的充气高的转速下仍能保持满意的充气系数，最高转速在系数，最高转速在6000r/min以以上的车用汽油机几乎都采用半球上的车用汽油机几乎都采用半球形燃烧室形燃烧室v这种燃烧室这种燃烧室F/V值小，值小，HC排放低。排放低。v由于火花塞周围有较大的容积，由于火花塞周围有较大的容积，使燃烧速率和压力升高比大，工使燃烧速率和压力升高比大，工作较粗暴作较粗暴v半球形燃烧室多采用双顶置凸轮半球形燃烧室多采用双顶置凸轮轴轴116117 稀薄燃烧概念（A/F17）的提出是希望通过稀薄燃烧能在一定程度上克服汽油机上述的缺陷，特别是减小泵气损失和提高压缩比，从而能较大幅度地提高汽油机的经济性。（1）受爆燃的限制，汽油机压缩比较低而导致指示效率难以提高；（2）采用量调节，节气门的存在增加了泵气损失，使部分负荷工况下的机械效率受影响；（3）三效催化转化器的应用要求汽油机按理论空燃比运行。稀薄燃烧及缸内直喷汽油机 与柴油机相比，汽油机一般经济性较差，特别是在部分负荷工况，其主要原因有：118实现稀薄燃烧的技术改进均质燃烧分层燃烧TCCS双火花塞17A/F 20TGPCVCCPFIMVVHCFB20A/F 25GDIFSI非直喷式稀燃发动机直喷式稀燃发动机119GDIFSI120缸内气体运动涡流涡流挤流挤流滚流滚流湍流湍流1211.燃油经济性得到明显提高 一般认为，可以提高燃油经济性1520%，并具有提高25%潜力缸内直喷汽油机与常规汽油机的耗功变化比较缸内直喷汽油机与常规汽油机的耗功变化比较缸内高压阶段耗功泵气损失燃油经济性改善=1常规常规常规=1.3-6%-30%5%=3.4-20%-95%23%与常规汽油机的性能比较1222.冷起动和加速性能得到改善3.NOx排放量较高冷起动过程的比较123带有TGP的燃烧室124双火花塞燃烧室125丰田CVCC燃烧室