第五章汽油机混合气的形成和燃烧分解.ppt

第五章第五章 汽油机混合气的形成和燃烧汽油机混合气的形成和燃烧§5-1 汽油机混合气形成及热功转换特点汽油机混合气形成及热功转换特点§5-2 汽油机燃烧过程汽油机燃烧过程§5-3 汽油机燃料喷射量的控制汽油机燃料喷射量的控制§5-4 汽油机燃烧组织方式及燃烧室汽油机燃烧组织方式及燃烧室§5-5 汽油机的有害排放物及其控制汽油机的有害排放物及其控制内燃机实现热功转换的关键问题内燃机实现热功转换的关键问题 ：混合气形成方式：混合气形成方式 着火方式着火方式 石油能源的发现和应用，为内燃机提供了能源石油能源的发现和应用，为内燃机提供了能源 汽油的特点，确定其混合气形成方式和着火方式汽油的特点，确定其混合气形成方式和着火方式Ø挥发性好挥发性好外部混合气形成法外部混合气形成法均匀可燃混合气均匀可燃混合气 Ø点燃温度低点燃温度低强制点强制点燃燃火焰传播燃烧火焰传播燃烧方式方式 问题：限制压缩比问题：限制压缩比过高均匀混合气易爆燃；过高均匀混合气易爆燃； 所以，热效率低所以，热效率低 一、外部混合气形成特点一、外部混合气形成特点燃料供给方式分为：化油器和电控喷射两种方式燃料供给方式分为：化油器和电控喷射两种方式1）化油器式混合气形成原理及特点）化油器式混合气形成原理及特点混合气形成基本原理：混合气形成基本原理： 利用空气动力学。

利用空气动力学设置喉管设置喉管加快气流速度加快气流速度 产生喉管真空度产生喉管真空度喷油；喷油；高速空气高速空气冲散、雾化、蒸发冲散、雾化、蒸发 喉管喉管浮子室浮子室高速气流高速气流这种混合气形成方式存在的问题：这种混合气形成方式存在的问题：Ø喉管节流：进气阻力喉管节流：进气阻力 ，泵气损失，泵气损失  ，， c ，结冰；，结冰；Ø多缸机一个化油器：各缸进气支管不等长，造成各多缸机一个化油器：各缸进气支管不等长，造成各缸不均匀性较大；缸不均匀性较大； Ø空空燃燃比控制精度比控制精度  不能满足现代节能与排放法规的要求不能满足现代节能与排放法规的要求淘汰淘汰 被电控汽油喷射技术替代被电控汽油喷射技术替代（（1）汽车电子技术发展背景）汽车电子技术发展背景 社会要求：社会要求：2）电控汽油喷射（）电控汽油喷射（EFI）式混合气形成）式混合气形成航空技术的发展航空技术的发展化油器结冰成为致命缺陷化油器结冰成为致命缺陷1930年德国因战争需要着手开发机械式喷射系统年德国因战争需要着手开发机械式喷射系统 但燃料系统改成机械喷射式成本高，安装不方便但燃料系统改成机械喷射式成本高，安装不方便 为降低成本着手开发电控式汽油喷射系统为降低成本着手开发电控式汽油喷射系统 1945年洛杉矶烟雾事件；年洛杉矶烟雾事件；1960年制定年制定/1965年实施排放年实施排放法规法规重视排放控制技术重视排放控制技术空燃比的控制精度空燃比的控制精度 1883年戴姆勒发明年戴姆勒发明 轻便快速汽油机轻便快速汽油机广泛应用广泛应用 技术支撑：技术支撑：半导体技术的发展及应用半导体技术的发展及应用Ø1948年晶体管发明，年晶体管发明，1957年使用化；年使用化；1958年发明集年发明集成（成（IC）电路）电路促进汽车电子技术的发展促进汽车电子技术的发展 Ø1970年后基于美国发布安全、排放、油耗三大法规；年后基于美国发布安全、排放、油耗三大法规； 1971年微机问世年微机问世使汽车电子控式技术迅速发展使汽车电子控式技术迅速发展 1972年波许公司开发年波许公司开发L-J型质量流量式电控汽油喷射系统型质量流量式电控汽油喷射系统 1976年年GM公司开发应用应用点火时期的微机控制技术公司开发应用应用点火时期的微机控制技术控制技术由模拟控制向数字控制化发展控制技术由模拟控制向数字控制化发展 1977年日产年日产/丰田实现用氧传感器对空燃比的反馈控制丰田实现用氧传感器对空燃比的反馈控制 1980年三菱推出卡门涡式空气流量计；年三菱推出卡门涡式空气流量计；1981年波许年波许/日日立制作所推出热线式空气流量计立制作所推出热线式空气流量计 电电控控汽汽油油喷喷射射技技术术逐逐渐渐成成熟熟电控汽油喷射的主要优点：电控汽油喷射的主要优点：Ø1．． 提高了控制自由度，提高了控制自由度，减小进气阻力，改善各减小进气阻力，改善各缸均匀性；进气管设计可按动力性要求设计，缸均匀性；进气管设计可按动力性要求设计，最大限度地提高充气效率。

最大限度地提高充气效率Ø2．提高空燃比的控制精度，．提高空燃比的控制精度，改善经济性，且配改善经济性，且配合三效催化转化器的应用，有效净化尾气排放合三效催化转化器的应用，有效净化尾气排放Ø3．因汽油喷射雾化，改善混合气形成条件，故提．因汽油喷射雾化，改善混合气形成条件，故提高发动机加减速等过渡工况响应性和冷起动性高发动机加减速等过渡工况响应性和冷起动性成为现代汽车的主导地位成为现代汽车的主导地位（（2）电控汽油喷射（）电控汽油喷射（EFI）式混合气形成特点）式混合气形成特点进入气缸的空气量和燃料量分别控制：进入气缸的空气量和燃料量分别控制： 空气量空气量空气流量计空气流量计驾驶员控制；驾驶员控制； 燃料喷射量燃料喷射量目标空然比目标空然比ECU控制电控汽油喷射的主要问题：电控汽油喷射的主要问题： 根据不同工况下进入气缸的空气量，如何精根据不同工况下进入气缸的空气量，如何精确控制燃料喷射量确控制燃料喷射量控制最佳混合气浓度控制最佳混合气浓度 关键问题：关键问题： 确定不同工况下的目标空燃比；确定不同工况下的目标空燃比；   精确控制燃料喷射量。

精确控制燃料喷射量 需要精确测量进入气缸的空气量需要精确测量进入气缸的空气量  电控汽油喷射系统的混合气控制特点：电控汽油喷射系统的混合气控制特点： Ø由台架试验由台架试验,事先确定不同工况对应的最佳空然比及其事先确定不同工况对应的最佳空然比及其影响因素影响因素制成控制脉谱图，存储于制成控制脉谱图，存储于ECU的的ROM中Ø由专门进气流量测量装置，测量每一工况进入气缸的由专门进气流量测量装置，测量每一工况进入气缸的空气量，作为控制喷油量的主要依据空气量，作为控制喷油量的主要依据ØECU根据传感器信息，判断演算工况、目标空燃比、根据传感器信息，判断演算工况、目标空燃比、燃油喷射量；燃油喷射量；控制喷油器通电脉宽，按一定喷射压控制喷油器通电脉宽，按一定喷射压力喷射雾化，完成混合气的形成过程力喷射雾化，完成混合气的形成过程 质量流量计、进气压力传感器质量流量计、进气压力传感器/ /温度传感器以及转速传感器，温度传感器以及转速传感器，二、缸内直喷（二、缸内直喷（GDI）式混合气形成：）式混合气形成：由控制目的不同，由控制目的不同， GDI系统混合气形成特点不同：系统混合气形成特点不同：Ø用三效催化装置降低排放角度用三效催化装置降低排放角度均质的理论空燃均质的理论空燃比为控制目的时：进气过程某一时刻喷油，利用缸比为控制目的时：进气过程某一时刻喷油，利用缸内适当气流形成均匀混合气。

内适当气流形成均匀混合气 控制法与控制法与PFI同同Ø以节能排放为目的的稀薄燃烧过程时，需要在气以节能排放为目的的稀薄燃烧过程时，需要在气缸内形成缸内形成A/F的梯度分布的梯度分布 缸内滚流缸内滚流+喷射时刻喷射时刻（压缩）；喷射压力为（压缩）；喷射压力为2~5MPa ØGDI混合气形成特点：混合气形成特点：无气道黏附油膜现象，无气道黏附油膜现象，节省额外耗油，节省额外耗油， 起动性、响应性及起动性、响应性及A/F的控制精确的控制精确  缸内雾化、气化吸热缸内雾化、气化吸热有利于有利于  充气效率充气效率三、混合气浓度与发动机性能的关系三、混合气浓度与发动机性能的关系 1）混合气浓度对发动机性能的影响）混合气浓度对发动机性能的影响理论上：理论上： a=1时完全燃烧，时完全燃烧，实际上：实际上：  a=1.03~1.15时接近完全燃烧时接近完全燃烧 因缸内混因缸内混 合气非均匀；残余废气稀释作用直接影响燃烧合气非均匀；残余废气稀释作用直接影响燃烧 称此混合气为经济混合气称此混合气为经济混合气 ab a>1.03~1.15时：富氧，可完全燃烧；但燃料密度小，时：富氧，可完全燃烧；但燃料密度小，放热少，燃烧压力和温度低，燃烧速度放热少，燃烧压力和温度低，燃烧速度动力性、动力性、经济性下降，经济性下降，NOx排放也降低。

排放也降低Ø a =1.3~1.4时：混合气过稀，燃料分子间距增大；时：混合气过稀，燃料分子间距增大； 氧化速率氧化速率 ，放热，放热<散热散热 热量不能积累；热量不能积累； 火焰难传播而熄火火焰难传播而熄火 称该混合气浓度为着火下限称该混合气浓度为着火下限 Ø a =0.8~0.9时：燃料密度相对较高，氧气浓度足够时：燃料密度相对较高，氧气浓度足够 燃烧速率最快，热损失最小燃烧速率最快，热损失最小  动力性最好动力性最好 称此混合气为功率混合气称此混合气为功率混合气 aP 但但因不完全燃烧因不完全燃烧be、、CO、、HC Ø a<0.8~0.9时：混合气过浓，氧气不够；时：混合气过浓，氧气不够； 燃料不完全燃烧燃料不完全燃烧放热放热 ，燃烧速率，燃烧速率 ；； 动力性动力性/经济性经济性 ；； 缸内易积碳，缸内易积碳，CO ，冒烟，冒烟 。

Ø a=0.4~0.5时：严重缺氧，大部分燃料不能燃烧；时：严重缺氧，大部分燃料不能燃烧； 火焰不能传播而熄火火焰不能传播而熄火 称此混合气为着火上限称此混合气为着火上限对应最佳动力性和最佳经济性的对应最佳动力性和最佳经济性的A/F不一致；不一致；存在混合气浓度的着火界限范围汽油存在混合气浓度的着火界限范围汽油 a=0.4~1.4 2）汽油机各工况对）汽油机各工况对 a的要求的要求 工况工况 起动、怠速、中小负荷、全负荷和加减速起动、怠速、中小负荷、全负荷和加减速 Ø起动工况：起动工况：n、温度最低，开度小，气流速低；、温度最低，开度小，气流速低； 喷雾及油膜蒸发混合条件最差喷雾及油膜蒸发混合条件最差  供给供给 a=0.4~0.6;保证保证缸内可燃混合气的浓度；缸内可燃混合气的浓度；问题：问题：CO和和HC排放较严重排放较严重首次喷射完爆率首次喷射完爆率Ø怠速：怠速：Pe=0，开度最小，，开度最小，n和温度较低，和温度较低， r较大；较大； 且随且随TW ，油膜蒸发不同，影响混合气浓度。

油膜蒸发不同，影响混合气浓度   a=0.6~0.8 怠速稳定怠速稳定 快怠速系统快怠速系统缩短暖车时间，缩短暖车时间， 怠速经济性，怠速经济性，快怠速系统：机械式快怠速系统：机械式 电控节气门式电控节气门式快快怠速原理：低温时怠速原理：低温时 进气量，进气量，   n;随随Tw  ，进气量，进气量 ，，n nI机械式机械式(旁旁通空气法通空气法)蜡蜡Ø中小负荷：工作温度中小负荷：工作温度 ，雾化条件改善雾化条件改善 此时随节气门开度增加，进气量此时随节气门开度增加，进气量 ，， r   随开度随开度 a ；；常用工况：三效催化常用工况：三效催化+电控电控   排放：排放：  a=1.0 Ø全负荷工况：开度最大，全负荷工况：开度最大，输出最大功率输出最大功率 要求供给功率混合气；要求供给功率混合气； a=0.8~0.9 对经济性和排放问题暂不予考虑对经济性和排放问题暂不予考虑 Ø加减速工况：节气门突变，进气量加减速工况：节气门突变，进气量/进气压力变化进气压力变化 影响进气道表面影响进气道表面/进气门背面油膜蒸发；进气门背面油膜蒸发； 影响缸内混合气浓度。

影响缸内混合气浓度p加速时：进气量加速时：进气量 ，进气压力，进气压力 ，油膜表面压力，油膜表面压力 ; 阻碍油膜蒸发，阻碍油膜蒸发， 缸内混合气变稀；缸内混合气变稀；p减速时：进气量减速时：进气量 ，进气压力，进气压力  ，油膜表面压力，油膜表面压力  使其蒸发量增加，使其蒸发量增加， 缸内混合气变浓缸内混合气变浓因此，造成汽车加减速时游车现象因此，造成汽车加减速时游车现象 必须需要相应必须需要相应地进行喷油量的加减修正地进行喷油量的加减修正Ø汽油机燃烧过程：均匀混合气汽油机燃烧过程：均匀混合气点燃点燃火焰传播；火焰传播；Ø主要包括：点火过程和火焰传播过程主要包括：点火过程和火焰传播过程 §5-2 汽油机燃烧过程汽油机燃烧过程一、点火过程一、点火过程 通过外部能源在缸内某一点产生火焰核的过程；通过外部能源在缸内某一点产生火焰核的过程；手段：火花塞两端施加手段：火花塞两端施加15kV~30kV火花放电方式火花放电方式 火花塞放电过程：三个阶段火花塞放电过程：三个阶段 Ø击穿阶段击穿阶段(10ns)：：击穿击穿离子流离子流导通导通;T=60000Ø电弧阶段：导通电弧阶段：导通电弧放电电弧放电;电流高电流高,T=6000KØ辉光放电阶段：离子化气体扩散密度辉光放电阶段：离子化气体扩散密度 ，，T  火焰核形成火焰核形成二、正常燃烧过程二、正常燃烧过程 1）正常燃烧过程的示功图分析：）正常燃烧过程的示功图分析： 根据缸内压力变化特点，分为三个时期根据缸内压力变化特点，分为三个时期Ø第第I阶段：着火阶段，点火阶段：着火阶段，点火~2点；点火能量点；点火能量>40mJ; 作用：形成火焰中心作用：形成火焰中心使火焰传播。

使火焰传播 要求：尽可能短、稳定要求：尽可能短、稳定 影响因素：影响因素： a，缸内，缸内T、、p，， 气流运动，火花能，气流运动，火花能， 残气等残气等 (1) 燃料特性和燃料特性和 a：： 碳链长的烷烃类成分越多自然碳链长的烷烃类成分越多自然性越好，性越好， i越短当 a=0.8~0.9时时，反应速率最，反应速率最快，快， i最短 (2)点火时刻气缸内的点火时刻气缸内的p和和T：： 越高，越高，p( )和和T越高越高反应速度越快反应速度越快  i 但 受爆震限制受爆震限制3) r：：残余废气是惰性气体其热容高残余废气是惰性气体其热容高 r ，化学，化学反应速度反应速度 ，，  i   4)缸内气流强度：缸内气流缸内气流强度：缸内气流使使火焰中心偏离电火焰中心偏离电极间隙处火花塞附近气流过强，火焰中心散热损极间隙处火花塞附近气流过强，火焰中心散热损失就增加，失就增加，  i  (5)点火能量：点火能量： 点火能量，电极间隙处的混合气更点火能量，电极间隙处的混合气更容易击穿而导通，容易击穿而导通， i 。

p 蓄电池蓄电池-点火线圈式点火系统的点火能量：与初级点火线圈式点火系统的点火能量：与初级电流切断之前初级线圈所储蓄的能量电流切断之前初级线圈所储蓄的能量E成正比即成正比即 其中，其中，L1：初级线圈自感系数；：初级线圈自感系数；i1：初级电流：初级电流 ；； V：线圈两端电压，：线圈两端电压，R1：初级线圈的阻抗；：初级线圈的阻抗； t：通电时间：通电时间 Ø第第II阶段：明显燃烧期，从阶段：明显燃烧期，从2点点~p最高最高(3)点点 特点：特点： 火焰传遍整个燃烧室火焰传遍整个燃烧室 火焰传播速度取决于：层流火焰速度；火焰传播速度取决于：层流火焰速度； 混合气紊流状态；混合气紊流状态； 燃烧室形状燃烧室形状 压力急剧升高，用平均压力上升速度评价：压力急剧升高，用平均压力上升速度评价： 明显燃烧期越短，燃烧越快明显燃烧期越短，燃烧越快(等容等容)，经济性动力性愈，经济性动力性愈好；但好；但 p/高高噪声振动大，粗暴。

噪声振动大，粗暴Ø第三阶段：后燃期，第三阶段：后燃期，3点点~4点，前阶段未燃分解物点，前阶段未燃分解物在膨胀过程中再次氧化的过程在膨胀过程中再次氧化的过程 来源：缸壁附近，缝隙处，高温分解物等来源：缸壁附近，缝隙处，高温分解物等 后燃越多，排温越高；热效率后燃越多，排温越高；热效率  要求：尽量减少要求：尽量减少p燃烧过程的主要参数：燃烧过程的主要参数： 1．．pz及其对应曲轴转角及其对应曲轴转角&Tz及其对应曲轴转角：及其对应曲轴转角： pz和和Tz代表燃烧过程中的机械负荷和热负荷；代表燃烧过程中的机械负荷和热负荷； 对应曲轴转角位置对应曲轴转角位置评价燃烧过程组织是否及时评价燃烧过程组织是否及时2．．(dp/d )max及其对应曲轴转角及其对应曲轴转角& (dQ/d )max及及其对应曲轴转角：主要表明燃烧速率的控制情况其对应曲轴转角：主要表明燃烧速率的控制情况3．放热率曲线面心对应的曲轴转角：表明放热规律．放热率曲线面心对应的曲轴转角：表明放热规律的控制情况即的控制情况即越小越小燃烧越靠近燃烧越靠近上止点，定容度和上止点，定容度和热效率就越高热效率就越高1．层流火焰传播速率．层流火焰传播速率SL：：Ø 指火焰前锋面相对未燃混合气的速度指火焰前锋面相对未燃混合气的速度影响混合影响混合气的质量燃烧速率。

气的质量燃烧速率 p 质量燃烧速率定义：单位时间燃烧的混合气量，质量燃烧速率定义：单位时间燃烧的混合气量，即即 主要控制明显燃烧期主要控制明显燃烧期2）火焰传播速率）火焰传播速率p影响影响SL的主要因素：的主要因素： 燃料特性、气缸内压力和温度状态燃料特性、气缸内压力和温度状态用经验公式表示，即用经验公式表示，即 其中，其中， a：过量空气系数；：过量空气系数； p,Tu:分别为火焰前锋面前未燃气体压力和温度分别为火焰前锋面前未燃气体压力和温度 ü a =0.85~0.95时，时， SL max; 功率最大功率最大功率混合气功率混合气ü a =1.05~1.15时，时，SL 降低不多降低不多 且有足够氧，促进完全燃烧且有足够氧，促进完全燃烧 经济性最好经济性最好经济混合气经济混合气ü a过大，过大， SL 太慢，热效率低太慢，热效率低ü a >1.3~1.4时，不能传播，下限；时，不能传播，下限；ü a <0.4~0.5时，严重缺氧，不能传播，上限时，严重缺氧，不能传播，上限。

 ap 火焰前锋面积火焰前锋面积AT：燃烧室形状和火花塞位置有关：燃烧室形状和火花塞位置有关p 混合气密度混合气密度 T：：  T ，可提高燃烧速度可提高燃烧速度 手段：手段：  ；增压；增压提高进气压力提高进气压力2．湍流火焰传播速率．湍流火焰传播速率Ø湍流：由宏观涡流运动和无数个微小气团的无规湍流：由宏观涡流运动和无数个微小气团的无规则运动组成则运动组成湍流弱湍流弱湍流强湍流强Ø 特点：特点：p 大尺度湍流大尺度湍流火焰前锋面扭曲，火焰前锋面扭曲， 其面积；形成多个燃烧中心；扩其面积；形成多个燃烧中心；扩大火焰前锋燃烧区厚度大火焰前锋燃烧区厚度p 小尺度湍流小尺度湍流加大火焰面中燃料加大火焰面中燃料分子与空气分子之间的相互渗透，分子与空气分子之间的相互渗透，加快湍流火焰传播速率加快湍流火焰传播速率湍流强度湍流强度火火焰焰速速度度比比p令湍流火焰速率与层流火焰速率之比为火焰速率令湍流火焰速率与层流火焰速率之比为火焰速率比，即比，即则，则，FSR与湍流强度成比例与湍流强度成比例p 当缸内湍流强度不高时，当缸内湍流强度不高时，湍流速率与层流速率之间近湍流速率与层流速率之间近似呈线性关系，即似呈线性关系，即 Ø湍流过强湍流过强火焰猝火焰猝熄熄HC 的原因之一的原因之一 3．火焰传播速率．火焰传播速率Sf：：p定义：火焰传播速率为火焰前锋面相对燃烧室壁定义：火焰传播速率为火焰前锋面相对燃烧室壁面传播的绝对速率，即面传播的绝对速率，即 已燃区的已燃区的膨胀速率膨胀速率 Ap, p:分别为已燃区在活塞上的投影面积和活塞分别为已燃区在活塞上的投影面积和活塞速度，速度，Vb:已燃区体积，已燃区体积，V:气缸容积，气缸容积， :曲轴角速曲轴角速度度 Ø指稳定正常运转的情况下个循环之间燃烧变动和指稳定正常运转的情况下个循环之间燃烧变动和个缸之间的燃烧差异。

个缸之间的燃烧差异1. 燃烧循环变动：指稳定工况下，每一循环燃烧燃烧循环变动：指稳定工况下，每一循环燃烧过程随机变化的现象过程随机变化的现象 产生原因：火花塞附近产生原因：火花塞附近 a、湍流特性、、湍流特性、点火能量点火能量 的随机性；的随机性； 造成造成 i不同不同 点火提前角非最佳点火提前角非最佳 影响：动力性、经济性影响：动力性、经济性 稀混合气、小负荷时大稀混合气、小负荷时大 3）不规则燃烧）不规则燃烧梳状示功图梳状示功图p循环变动的评价参数循环变动的评价参数 ：：üpmi的变动系数的变动系数:ü pz的变动系数的变动系数: N:循环数，循环数， :N次循环次循环pz的平均值的平均值 ：：N次循环平均指示压力的平均值次循环平均指示压力的平均值 2. 各缸燃烧差异：各缸燃烧差异： 由各缸不均匀性造成由各缸不均匀性造成各缸不均匀性各缸不均匀性：各缸之间：各缸之间 a、、  c不同；不同；原因原因：进气支管差别、进气干涉：进气支管差别、进气干涉进气量、进气量、进气速进气速度、度、湍湍流状态不同流状态不同，，油膜厚度蒸发条件不同等。

油膜厚度蒸发条件不同等影响影响：动力性、经济性、排放特性：动力性、经济性、排放特性，曲轴转速，曲轴转速措施措施：进气系统设计：进气系统设计 、进气阻力、各零件安装位置、进气阻力、各零件安装位置汽油机汽油机MPI后，各缸进气支管基本保持一致后，各缸进气支管基本保持一致改善各改善各缸不均匀性但气道内壁及进门处的油膜、各缸湍流缸不均匀性但气道内壁及进门处的油膜、各缸湍流状态不完全一致等，各缸不均匀性一定程度上仍然存状态不完全一致等，各缸不均匀性一定程度上仍然存在GDI技术将进一步改善各缸不均匀性技术将进一步改善各缸不均匀性4）燃烧室壁面的熄火作用）燃烧室壁面的熄火作用 汽油机产生汽油机产生HC排放物的主要来源之一排放物的主要来源之一 原因原因：缸壁冷却作用，使链反应中断，生成大量未：缸壁冷却作用，使链反应中断，生成大量未燃烃燃烃HCp理论混合气时，熄火厚度最小；浓或稀，都增加；理论混合气时，熄火厚度最小；浓或稀，都增加；p大负荷、燃烧温度压力提高，加强紊流，可减小熄大负荷、燃烧温度压力提高，加强紊流，可减小熄火厚度；火厚度；p燃烧室的面容比燃烧室的面容比A/V直接影响直接影响HC。

三、不正常燃烧三、不正常燃烧1）爆燃：）爆燃：火花塞点火后，末端气体的自燃现象火花塞点火后，末端气体的自燃现象 ü原因原因：点火后，末端气体受火焰面热辐射、压缩，：点火后，末端气体受火焰面热辐射、压缩，其压力温度其压力温度 ，在火焰前锋到达之前自燃在火焰前锋到达之前自燃ü特特征征：燃烧速度极快，达数百米：燃烧速度极快，达数百米/s，造成很大的压，造成很大的压力梯度、温度梯度力梯度、温度梯度压力冲击波压力冲击波ü危害危害：严重时动力性：严重时动力性/经济性恶化；活塞经济性恶化；活塞/气门烧坏气门烧坏;故汽油机不故汽油机不允许在严重允许在严重爆振下工作爆振下工作ü产生爆振的条件：产生爆振的条件： t1> t2t1：点火开始到火焰传播末端气体所需时间；：点火开始到火焰传播末端气体所需时间；t2：： 点火开始末端气体自燃所经历时间点火开始末端气体自燃所经历时间一切使一切使t1延长、延长、t2缩短的因素，均使爆燃倾向缩短的因素，均使爆燃倾向 ü外部现象：金属敲击声外部现象：金属敲击声冲击波撞击缸壁；冲击波撞击缸壁； 冷却系过热冷却系过热破坏缸壁表面附面层破坏缸壁表面附面层正常燃烧正常燃烧轻微爆振轻微爆振严重爆振严重爆振ü影响爆燃因素：影响爆燃因素：Ø燃料的性质：辛烷值高，抗爆性强燃料的性质：辛烷值高，抗爆性强Ø末端气体状态：末端气体状态：p、、T高，易自燃高，易自燃爆振倾向爆振倾向  ；；如压缩比如压缩比 Ø负荷转速：负荷转速：n  ，传播速度，传播速度 ，，爆振倾向爆振倾向 ；； 低速大负荷低速大负荷相反，相反，爆振倾向爆振倾向 Ø缸径缸径D：：D ，传播距离长，，传播距离长，爆振倾向爆振倾向 。

故，汽油机限制大缸径发动机故，汽油机限制大缸径发动机 功率覆盖范围受限制功率覆盖范围受限制2）表面点火）表面点火Ø炽热表面：排气门炽热表面：排气门/火花塞裙火花塞裙部部/积炭等Ø特点：点火时刻不可控制特点：点火时刻不可控制Ø早燃：表面点火发生在正常早燃：表面点火发生在正常 点火之前；点火之前； 工作粗暴，诱发爆燃；工作粗暴，诱发爆燃； 无压力冲击波，低频沉闷声无压力冲击波，低频沉闷声Ø后燃：表面点火发生在正常后燃：表面点火发生在正常 点火之后点火之后，火焰前锋正常，火焰前锋正常ü 指不靠火花塞而是由燃烧室内炽热表面点燃的指不靠火花塞而是由燃烧室内炽热表面点燃的现象1）） a：：Ø a=0.85~0.95时，燃烧速度最大时，燃烧速度最大 Pe、、Tz、、Δp/Δ Max;Ø a=1.05~1.15时，完全燃烧，时，完全燃烧， beMin，，NOxMax；；Ø a<1时时，，O2不足，不足，CO ；；Ø a<0.8或或  a>1.15时，燃烧速度慢，时，燃烧速度慢，部分燃料来不及完全燃烧部分燃料来不及完全燃烧; be ，，HC  四、使用因素对燃烧过程的影响四、使用因素对燃烧过程的影响结论：均质混合气结论：均质混合气 a对对燃烧过燃烧过程影响很大，必须严格控制。

程影响很大，必须严格控制θig1过大过大(点火过早点火过早),经过着火落后期后，最经过着火落后期后，最高燃烧压力出现在压缩行程的上止点以前高燃烧压力出现在压缩行程的上止点以前最高压力及压力升高率过大，活塞上行消耗最高压力及压力升高率过大，活塞上行消耗的压缩功增加、发动机容易过热，有效功率的压缩功增加、发动机容易过热，有效功率下降，工作粗暴程度增加下降，工作粗暴程度增加θig2过小过小(点火过迟点火过迟),经过着火落后期后，燃经过着火落后期后，燃烧开始时，活塞已向下止点移动相当距离，烧开始时，活塞已向下止点移动相当距离，使混合气燃烧在较大容积下进行，炽热的燃使混合气燃烧在较大容积下进行，炽热的燃气与缸壁接触面积大，散热损失增多最高气与缸壁接触面积大，散热损失增多最高压力降低，且膨胀不充分，使排气温度过高，压力降低，且膨胀不充分，使排气温度过高，发动机过热，功率下降，耗油量增多发动机过热，功率下降，耗油量增多θig3比较适当压力升高率不是过高，最高比较适当压力升高率不是过高，最高压力出现在上止点后合适的角度内压力出现在上止点后合适的角度内p-v示示功图功图中中1比比3多做了一部分压缩功又减少了一多做了一部分压缩功又减少了一部分膨胀功部分膨胀功；；2的膨胀线虽然比的膨胀线虽然比3的高些，但的高些，但最高压力点低，只有最高压力点低，只有3的面积最大，完成的的面积最大，完成的循环最多，发动机的动力性、经济性最好。

循环最多，发动机的动力性、经济性最好2）点火提前角：）点火提前角： 指火花塞跳火时刻到上止点的曲轴转角指火花塞跳火时刻到上止点的曲轴转角 不同点火提前角对燃烧过程影响：不同点火提前角对燃烧过程影响： 即每一工况存在最佳点火提前角即每一工况存在最佳点火提前角随工况变化随工况变化最佳点火提前角：最佳点火提前角： Pe Max；； be Min；； 示功图面积最大示功图面积最大最佳点火时刻的确定方法最佳点火时刻的确定方法——点火调整特性点火调整特性点火过早点火过早：压缩负功：压缩负功 ，，pz  ,T  ,易爆燃；易爆燃；点火过迟点火过迟：燃烧过程在膨胀线上延迟：燃烧过程在膨胀线上延迟—传热传热 ，， —排温排温  —热效率热效率 3）负荷增加，节气门开度）负荷增加，节气门开度 ，，m1  ，， r减小；减小； 燃烧条件得到改善，燃烧所需时间燃烧条件得到改善，燃烧所需时间t缩短缩短 对应曲轴转角减小对应曲轴转角减小最佳点火提前角最佳点火提前角 。

但随负荷增大，缸压和温度升高，爆燃倾向增加但随负荷增大，缸压和温度升高，爆燃倾向增加 =6nt4）转速）转速n：：n ，缸内湍流强度，缸内湍流强度 ，火焰传播速度，火焰传播速度 ；； 燃烧过程所占时间燃烧过程所占时间t缩短；缩短； 爆震倾向爆震倾向  但，由但，由 =6nt；随；随n  ，，t变化量很小，而变化量很小，而  ；； 最佳点火提前角最佳点火提前角 §5.3 汽油机燃料喷射量的控制汽油机燃料喷射量的控制混合气形成方式：有化油器，电喷系统：混合气形成方式：有化油器，电喷系统：一、电控汽油喷射系统一、电控汽油喷射系统(EFI)1）） EFI (Electronic Fuel Injection)的分类：的分类：Ø 根据进气量的测试方式：分为三种：根据进气量的测试方式：分为三种： 质量流量式质量流量式 速度密度式：速度密度式： 节气门节气门-速度式速度式 ： 热线热线/热膜式热膜式 卡门涡式卡门涡式 板式板式直接测量进直接测量进气质量流量气质量流量由由n和进气压力推和进气压力推测进气流量测进气流量 节气门开度和节气门开度和n推测进气流量推测进气流量 Ø根据喷射位置：分为两种根据喷射位置：分为两种 缸内直喷式（缸内直喷式（GDI）） 喷油器受燃气的高温、喷油器受燃气的高温、高压的影响，而且在结高压的影响，而且在结构设计以及布置上要求构设计以及布置上要求保证喷油器的安装空间保证喷油器的安装空间进气管喷射式（进气管喷射式（PFI）：）： 根据喷油器的安装位置，根据喷油器的安装位置，PFI又分为又分为 ► ► 单点喷射（单点喷射（SPI））淘汰淘汰 ► ► 多点喷射（多点喷射（MPI）） 主流主流 各缸喷油器独立各缸喷油器独立进气管设计自进气管设计自由度大由度大改善各缸均匀性改善各缸均匀性 喷射方式的分类：喷射方式的分类：Ø根据喷射时期：分为同期喷射和非同期喷射根据喷射时期：分为同期喷射和非同期喷射 p同期喷射：喷射时刻由曲轴转角位置确定同期喷射：喷射时刻由曲轴转角位置确定因此因此与发动机转速同步；与发动机转速同步； 包括：顺序喷射、同时喷射、分组喷射。

包括：顺序喷射、同时喷射、分组喷射p非同期喷射：喷射时刻与曲轴转角位置无关的一非同期喷射：喷射时刻与曲轴转角位置无关的一种随机性喷射方式种随机性喷射方式用于起动、怠速或急加速等用于起动、怠速或急加速等工况，工况， 过渡响应特性过渡响应特性 Ø 根据喷射压力：分为高压喷射根据喷射压力：分为高压喷射: >200kPa 多点多点 低压喷射：低压喷射：<200kPa 单点单点  2））EFI系统的组成：系统的组成： 功用：根据进气量，准确控制喷油器喷油量功用：根据进气量，准确控制喷油器喷油量 组成：三个系统组成：三个系统Ø 空气系统空气系统：控制并计量进入气缸的空气量；：控制并计量进入气缸的空气量；Ø 燃料系统燃料系统：由：由ECU指令正确控制喷油量；指令正确控制喷油量；Ø 控制系统控制系统：由传感器信息，正确判断工况，：由传感器信息，正确判断工况， 并计量控制量；并计量控制量； 输出给执行器输出给执行器Ø空气系统：空气滤器空气系统：空气滤器空气流量计空气流量计节气门体节气门体 (空气阀空气阀)稳压箱稳压箱（气缸）（气缸） 保证一定量的清洁空气进入气缸保证一定量的清洁空气进入气缸 。

Ø燃料系统：燃油箱燃料系统：燃油箱燃油泵燃油泵滤清器滤清器调压器调压器喷喷油器 将清洁的一定量燃油定时定压地喷入气缸将清洁的一定量燃油定时定压地喷入气缸Ø控制系统：由传感器、输入控制系统：由传感器、输入/输出电路以及微机等输出电路以及微机等组成组成控制系统的指挥部控制系统的指挥部 确定喷油器的开启时刻和关闭时刻确定喷油器的开启时刻和关闭时刻控制喷射时刻控制喷射时刻和喷射脉宽和喷射脉宽 量调量调喷射压力喷射压力=250~300kPa 二、质量流量式二、质量流量式EFI喷射量的控制喷射量的控制1．目标空燃比的确定．目标空燃比的确定综合各工况下的动力性、过渡响应性、排气净化特综合各工况下的动力性、过渡响应性、排气净化特性、燃油消耗率来确定；性、燃油消耗率来确定；采用三效催化器时：目标空燃比采用三效催化器时：目标空燃比理论空燃比理论空燃比 根据：进入气缸的实际空气流量根据：进入气缸的实际空气流量 　各工况的　各工况的目标空燃比目标空燃比控制喷油量控制喷油量采用采用GDI时：目标空燃比取决于稀燃控制技术水平时：目标空燃比取决于稀燃控制技术水平 1)质量流量计：质量流量计：(a)热线式热线式2．进入气缸的空气量的确定．进入气缸的空气量的确定电路电路温度传感器温度传感器热线热线采样管采样管原理：热线产生的热＝向周围的散热原理：热线产生的热＝向周围的散热 式中，式中，TH:热线温度热线温度; A:热线传热面积热线传热面积; Ta:空气温度空气温度; I:热线电流热线电流; V:热线两端电压热线两端电压当（当（TH -Ta）保持一定时）保持一定时G kg/sV即，热线电流的大小与空气质即，热线电流的大小与空气质量流量量流量qm成比例。

成比例 由惠斯顿电桥控制热线电流由惠斯顿电桥控制热线电流温差（温差（TH - Ta）一定，则测）一定，则测量热线电流的大小量热线电流的大小求得求得qm (b) (b)卡门涡式：卡门涡式：光电晶体管光电晶体管导压孔导压孔涡发生体涡发生体管路管路LED-卡门涡卡门涡机理：层流中卡门涡频率与层流速度成正比机理：层流中卡门涡频率与层流速度成正比 Sr:斯特劳赫尔常数，斯特劳赫尔常数， 当雷诺数当雷诺数Re=10~104时，时， Sr=(0.138~0.148)；；d:涡发生体的特征尺寸；涡发生体的特征尺寸；V:层流速度层流速度 整流器的目的：将进气整流，使整流器的目的：将进气整流，使Re=10~104 p由卡门涡测量频率由卡门涡测量频率f求求V，则进气流量，则进气流量p 标准大气条件：标准大气条件：p0,T0时，进气密度：时，进气密度： 0 p 进气压力、温度及密度分别为进气压力、温度及密度分别为p、、T、、   的任意条件的任意条件 3．喷油量的控制．喷油量的控制 喷油量喷油量:=实际进入气缸的空气量实际进入气缸的空气量/目标空燃比，即目标空燃比，即 Gf：取决于喷孔直径、孔数、针阀升程、喷射压力：取决于喷孔直径、孔数、针阀升程、喷射压力和喷射脉宽和喷射脉宽(Ti) Ø当喷油器结构确定，喷射压力为常数时：当喷油器结构确定，喷射压力为常数时：K0：与喷油器结构有关：与喷油器结构有关喷油量的控制喷油量的控制喷射脉宽喷射脉宽Ti的控制的控制ØTi的确定：的确定：Tp：基本喷射时间：基本喷射时间标准条件下由目标空燃比确定；标准条件下由目标空燃比确定；Fc: Tp的修正系数；的修正系数；Tv: 喷油器的无效喷射时间。

喷油器的无效喷射时间 Ø由于由于TO随电源电压随电源电压 而而 ，，Tv随电源电压变随电源电压变化，化，故根据电源电压故根据电源电压进行修正进行修正Ti a) Tp的确定的确定u 热线式流量计：热线式流量计： qm: 空气的空气的质量流量；质量流量； K0：常数；：常数；qm/n：每转进入气缸的空气质量：每转进入气缸的空气质量 喷油器是按喷油器是按每转喷射每转喷射Ø因热线式流量计输出信号响应特性好因热线式流量计输出信号响应特性好受到进气压受到进气压力脉动的影响；力脉动的影响；Ø为提高控制精度，以比进气脉动频率更快的采样速为提高控制精度，以比进气脉动频率更快的采样速度，对空气流量计输出信号进行度，对空气流量计输出信号进行A/D转换；转换；Ø按点火间隔时间进行平均化处理按点火间隔时间进行平均化处理求进气行程中求进气行程中平均输出信号平均输出信号Ø热线式空气流量计的输出电压与空气质量流量关系热线式空气流量计的输出电压与空气质量流量关系为非线性，为非线性，需先进行线性化处理需先进行线性化处理qmL ，然后再求，然后再求出基本喷射时间即出基本喷射时间即u卡门涡式流量计：卡门涡式流量计： 设设 标准大气状态标准大气状态 p0=101kPa、、T0=293K；；由由则，进气温度和大气则，进气温度和大气压力的修正量：压力的修正量：b））Fc的确定的确定 根据进气量的测量方式根据进气量的测量方式Fc的确定方法有所不同。

的确定方法有所不同 质量流量式质量流量式EFI，主要考虑，主要考虑5个方面的因素：个方面的因素： 其中，其中，FET：温度修正系数：温度修正系数 FAD：加减速修正系数：加减速修正系数 FO：氧传感器修正系数：氧传感器修正系数 FL：学习修正系数：学习修正系数 FH：大负荷修正系数：大负荷修正系数①① FET：温度修正系数：温度修正系数 因温度不同，影响雾化质量因温度不同，影响雾化质量影响混合气浓度影响混合气浓度ü低温时，雾化蒸发不良低温时，雾化蒸发不良混合气过稀混合气过稀熄火ü高温时，燃油易蒸发高温时，燃油易蒸发“汽阻汽阻”现象现象影响高温影响高温再起动性再起动性Ø起动后增量修正系数起动后增量修正系数 ：低温起动时，着火后数：低温起动时，着火后数十秒内进行的增量修正十秒内进行的增量修正 主要修正进气门、主要修正进气门、气缸壁因表面温气缸壁因表面温度低度低 油膜蒸发油膜蒸发量的部分量的部分 修正方法修正方法修正时间修正时间Ø怠速暖车增量修正系数怠速暖车增量修正系数FI：： 修正起动后，进气门、气缸壁表面温度、冷却水修正起动后，进气门、气缸壁表面温度、冷却水温温TW随时间而随时间而 时时，油膜蒸发作用不同造成的混合，油膜蒸发作用不同造成的混合气偏稀的部分。

气偏稀的部分 p 与与 同时进行修正同时进行修正但但 是在起动后数十秒是在起动后数十秒内修正过程结束；而内修正过程结束；而FI则一直修正到则一直修正到TW达到规达到规定温度为止定温度为止Ø 高温修正系数高温修正系数FT：：p指汽车大负荷高速行驶后停车指汽车大负荷高速行驶后停车10~30分钟后再起动分钟后再起动的的2~3分钟时间内的加浓修正分钟时间内的加浓修正 p原因：高速行驶时，迎面风冷却原因：高速行驶时，迎面风冷却油温低但停油温低但停车后，发动机作为热源而散热车后，发动机作为热源而散热却无冷却风却无冷却风发发动机室温度动机室温度 ，， 油温达油温达80~100℃；； 喷咀内喷咀内“汽泡汽泡” a过稀过稀 无法再起动无法再起动 加浓修正区：加浓修正区：TW≥100℃②②加减速修正系数加减速修正系数FAD：：Ø加速修正系数加速修正系数FAC：： 原因：加速时，随节气门开度原因：加速时，随节气门开度 ，进气量，进气量 ，进气，进气 压力压力 ，，管内壁表面油膜蒸发速率管内壁表面油膜蒸发速率 ；； 造成缸内造成缸内 a变稀。

变稀 修正方法：考虑负荷（修正方法：考虑负荷（FDL1）和冷却水温（）和冷却水温（FTW）） 两个影响因素，即两个影响因素，即üFDL1：当进气量：当进气量/节气门开度变化率节气门开度变化率>设定值时修正设定值时修正修正条件修正条件üFTW：当负荷变化率相同：当负荷变化率相同时，若时，若TW不同，因油膜不同，因油膜蒸发量不同，蒸发量不同，  a不同，不同，故，需故，需修正Ø 减速修正系数减速修正系数 FDC：：原因：减速时，随节气门开度原因：减速时，随节气门开度 ，进气量，进气量 ，进气压力，进气压力 ，管，管内壁表面油膜蒸发内壁表面油膜蒸发 ，，  a变浓变浓 修正方法：与修正方法：与FAC相反相反修正区及方向修正区及方向③③氧传感器反馈修正系数氧传感器反馈修正系数FO：：Ø 原因：汽油机用三效催化装置只在原因：汽油机用三效催化装置只在 a=1附近，才能附近，才能同时净化同时净化CO、、HC和和NOx三项有害排放物三项有害排放物故，用故，用O2传感器反馈控制传感器反馈控制 a=1，提高，提高 a的控制精度的控制精度ZnO2氧传感氧传感器输出特性器输出特性Ø 修正方法：修正方法： a=1的正确判定的正确判定ECU反馈控制。

反馈控制反馈控制反馈控制目标目标A/F④④ 学习控制修正系数学习控制修正系数FL：： Ø原因：因发动机长原因：因发动机长期使用一些零部件磨期使用一些零部件磨损等使反馈控制的空损等使反馈控制的空燃比偏离目标值的部燃比偏离目标值的部分，分， 控制精度控制精度 Ø 修正方法：三过程修正方法：三过程a)学习过程：确定学习过程：确定量量b)记忆过程：记忆记忆过程：记忆c)实施过程：修正实施过程：修正Ø学习控制效果：学习控制效果：过渡工况：反馈控制过渡工况：反馈控制无学习控制时无学习控制时加学习控制加学习控制ü反馈控制响应性慢：积分速率百分之几秒数量级；反馈控制响应性慢：积分速率百分之几秒数量级；ü发动机高速过渡工况以几十毫秒数量级变化；不能发动机高速过渡工况以几十毫秒数量级变化；不能实现理论空燃比的反馈控制实现理论空燃比的反馈控制ü学习控制：响应迅速，可实现理论空燃比控制学习控制：响应迅速，可实现理论空燃比控制 ⑤⑤ 大负荷高转速增量修正系数大负荷高转速增量修正系数FH：：Ø原因：大负荷时，要求输出最大转矩原因：大负荷时，要求输出最大转矩需要功率需要功率混合气混合气  a=0.85~0.95 。

Ø修正方法：由节气门开度传感器判断全负荷状态；修正方法：由节气门开度传感器判断全负荷状态； 开度开度>80%（设定值）时，停止反馈控制；（设定值）时，停止反馈控制； 取取FH=1.18，并开环控制并开环控制三、速度密度式三、速度密度式 1．进气量的推测原理．进气量的推测原理 由充气效率定义：进入气缸的空气质量：由充气效率定义：进入气缸的空气质量：即，通过台架试验确定各工况下的充气效率，即，通过台架试验确定各工况下的充气效率，实实时检测时检测进气压力和温度，进气压力和温度，求得求得Ga 2．喷油脉宽．喷油脉宽Ti的确定：的确定：Ka：进气温度修正系数；：进气温度修正系数；Kw：怠速暖车修正系数：怠速暖车修正系数;Kk：加减速修正系数；：加减速修正系数；Kp：节气门开度修正系数；：节气门开度修正系数；Kf：反馈修正系数；：反馈修正系数；Ks：起动后增量修正及油耗控制修正系数；：起动后增量修正及油耗控制修正系数；Ki：怠速稳定修正系数怠速稳定修正系数1））Tp的确定：三维脉谱法的确定：三维脉谱法 Ø试验确定各工况下的充气效试验确定各工况下的充气效率；并根据率；并根据n和进气压力和进气压力p，，标定各工况下的标定各工况下的Tp脉谱。

脉谱 任任E点点Tp：用：用4点插值法：点插值法：2））FC修正系数的确定修正系数的确定 ① ① 进气温度修正系数进气温度修正系数Ka：： 原因：因原因：因Tp是在进气温度是在进气温度Ta=20℃时标定 当当Ta变化时，取变化时，取 ②② 怠速暖车修正系数怠速暖车修正系数Kw: 与与FI相同相同修正范围：修正范围：TW=-30℃~90 ℃ ，一维脉谱形式一维脉谱形式 一般：一般：TW≥70 ℃ 时，时，Kw=1；； TW≈30 ℃时，时，Kw=1.2；； TW≈-10 ℃时，时，Kw=1.5③③ 加减速修正系数加减速修正系数Kk：修正原理基本与：修正原理基本与FAD相同 Ø方法：同时监测每转进气压力和节气门开度变化量方法：同时监测每转进气压力和节气门开度变化量 当其中某一项变化量当其中某一项变化量>设定值时，根据超过设定值的设定值时，根据超过设定值的该参数来确定修正系数当进气压力和节气门开度同该参数来确定修正系数当进气压力和节气门开度同时超过设定值时，修正系数取两者较大值时超过设定值时，修正系数取两者较大值 比较比较④④ 节气门开度修正系数节气门开度修正系数Kp：： Ø原因：修正原因：修正 v随节气门开度变化随节气门开度变化造成造成 a的偏差量的偏差量Ø修正方法：修正方法：Kp=f(节气门开度节气门开度,n)的三维脉谱形式的三维脉谱形式; 设定节点之外，采用设定节点之外，采用4点插值法。

点插值法 又，当节气门开度又，当节气门开度>某一设定值时，表示需要输出某一设定值时，表示需要输出大功率大功率此时直接取此时直接取Kp=1.18⑤⑤ 反馈修正系数反馈修正系数Kf：与：与FO相同相同 Kf=1.2~0.8 起动、怠速、大负荷修正时起动、怠速、大负荷修正时,停止；并取停止；并取Kf=1⑥⑥ 起动后增量修正系数和油耗修正系数起动后增量修正系数和油耗修正系数Ks：：Ø起动后的增量修正：与起动后的增量修正：与 相同相同以以   HC当当n>n1(=400r/min)时，由当时的时，由当时的TWF`g0=Ks0 后，随后，随n ，， KsØ 油耗修正：指发动机轻负油耗修正：指发动机轻负荷状态下运转时，将荷状态下运转时，将 a控制控制在比在比 a=1稍微稀薄的范围，稍微稀薄的范围，以达到改善油耗的目的以达到改善油耗的目的 Ks=1.03~0.97范围内时，范围内时，从从Ks=1逐渐减小逐渐减小 ⑦⑦ 怠速修正系数怠速修正系数Ki：速度：速度-密度式特有方式密度式特有方式。

Ø原因：这种方式原因：这种方式Tp是通过进气压力确定；而在过是通过进气压力确定；而在过渡工况下进气压力的变化相对渡工况下进气压力的变化相对n的变化有迟后现象的变化有迟后现象 ü当节气门下游进气当节气门下游进气容积容积 ，或怠速，或怠速n 时，时，这种响应迟后现象更这种响应迟后现象更为严重 措施：由措施：由Ks与转与转矩变动相反方向矩变动相反方向进行进行 a的修正的修正消除转矩变动消除转矩变动 一、对燃烧室的基本要求一、对燃烧室的基本要求燃燃烧烧室室结结构构形形状状: 影影响响混混合合气气形形成成、、火火焰焰传传播播、、放放热规律、传热损失以及爆燃倾向热规律、传热损失以及爆燃倾向§5.4 汽油机燃烧组织方式及燃烧室汽油机燃烧组织方式及燃烧室所以，要求：所以，要求：1) 结构要紧凑结构要紧凑面容比面容比A/V：表征火焰传播距离、：表征火焰传播距离、散热面积以及熄火面积散热面积以及熄火面积 ；； 2) 良好的充气性能良好的充气性能进气门进气门/进气道布置，进气道布置，流通流通面积，面积， 进气阻力进气阻力3) 火花塞位置火花塞位置缩短火焰传播距离缩短火焰传播距离排气道排气道双火花塞，双火花塞， 抗爆性抗爆性4) 可可 组织适当的气流组织适当的气流通过火焰前锋面积，通过火焰前锋面积，控制燃烧速率和放控制燃烧速率和放热速率热速率 进气道进气道二、燃烧室内的气流特性二、燃烧室内的气流特性p燃烧室内宏观气流运动特性的定义：燃烧室内宏观气流运动特性的定义：Ø涡流：绕气缸中心线涡流：绕气缸中心线（（z轴）旋转的气流轴）旋转的气流Ø滚流：绕滚流：绕⊥ ⊥于气缸中于气缸中心与缸心距心与缸心距构构成的面成的面(y轴轴)旋转的气流旋转的气流Ø侧滚流：绕侧滚流：绕⊥⊥气气缸中心与缸心距构缸中心与缸心距构成面的（成面的（x轴）旋轴）旋转的气流转的气流p组织燃烧室内气流的方式组织燃烧室内气流的方式:进气系统和燃烧室形状配合进气系统和燃烧室形状配合进气涡流方式进气涡流方式; 通过燃烧室形状在压缩过程中形成挤流方式通过燃烧室形状在压缩过程中形成挤流方式 涡流强度涡流强度∝∝螺旋进气道，螺旋进气道， 进气阻力，进气阻力，  c为代价，为代价，且在压缩过程中衰减。

且在压缩过程中衰减故需随负荷可变控制故需随负荷可变控制 多气门涡流多气门涡流可变方式可变方式大负荷时大负荷时小负荷时小负荷时三、典型燃烧室三、典型燃烧室Ø楔形：结构较紧楔形：结构较紧凑、火焰传播距离凑、火焰传播距离短，挤气面较大短，挤气面较大Ø半球形：结构紧凑，半球形：结构紧凑，A/V值小火焰传播距离值小火焰传播距离最短初期燃烧速率快最短初期燃烧速率快 Ø浴盆形：椭圆形挤浴盆形：椭圆形挤气效果差，气效果差，A/V值大，值大，火焰传播距离长火焰传播距离长 Ø碗形：结构紧凑，火焰传碗形：结构紧凑，火焰传播距离短，挤气效果好燃播距离短，挤气效果好燃烧室的烧室的A/V较大，散热损失较大，散热损失 活塞顶上的回转体活塞顶上的回转体 四、汽油机分层给气和稀薄燃燃烧系统四、汽油机分层给气和稀薄燃燃烧系统1）分层燃烧）分层燃烧Ø均匀混合燃烧特点：均匀混合燃烧特点：A/F变化范围窄变化范围窄(=12.6~17)，，且在较高温度下易爆燃且在较高温度下易爆燃限制限制 ,  t  ;Ø分层给气燃烧的特点：缸内形成分层给气燃烧的特点：缸内形成A/F梯度分布梯度分布; 火花塞附近较浓火花塞附近较浓可靠点燃可靠点燃 ；； A/F梯度分布：靠燃烧室内组织的气流与喷射方式梯度分布：靠燃烧室内组织的气流与喷射方式配合实现。

配合实现 Ø 分层燃烧方式分类：根据燃料喷射方式分为分层燃烧方式分类：根据燃料喷射方式分为 进气道喷射式和缸内直喷式两种进气道喷射式和缸内直喷式两种 （（1）进气道喷射式分层给气燃烧方式）进气道喷射式分层给气燃烧方式根据缸内气流特性分为：轴向分层燃烧方式根据缸内气流特性分为：轴向分层燃烧方式 横向分层燃烧方式横向分层燃烧方式 1．轴向分层稀薄燃烧．轴向分层稀薄燃烧 关键技术：喷射时期与缸内气流的匹配关键技术：喷射时期与缸内气流的匹配A/F可达可达22 晚喷，配合缸内强列涡流，实现晚喷，配合缸内强列涡流，实现A/F的轴向梯度分布的轴向梯度分布 进气初期只有进气初期只有空气进入气缸空气进入气缸强烈涡流强烈涡流 气门达气门达hmax时喷油，靠时喷油，靠涡流涡流上浓下稀分层上浓下稀分层 径向分量径向分量>轴分量轴分量大时大时轴向分层轴向分层 2．横向分层稀薄燃烧．横向分层稀薄燃烧Ø利用利用4气门机构，采用滚流式进气道，配合活塞顶气门机构，采用滚流式进气道，配合活塞顶结构形状，形成滚流。

结构形状，形成滚流 Ø 喷油器安装在进气支喷油器安装在进气支管，向两个进气门之间管，向两个进气门之间喷油，火花塞布置在气喷油，火花塞布置在气缸中央缸中央 Ø 滚流的引导下浓混合气经过滚流的引导下浓混合气经过火花塞；而火花塞两侧为纯空火花塞；而火花塞两侧为纯空气，气，形成以火花塞为中心的形成以火花塞为中心的横向混合气浓度梯度分布横向混合气浓度梯度分布 A/F=23，经济性，经济性 6~8%，，NOx 80% (2) 缸内直接喷射（缸内直接喷射（GDI）式稀薄燃烧）式稀薄燃烧ØGDI燃烧系统与燃烧系统与PFI的比较的比较 pPFI：保留节气门；进气道喷射形成油膜；稀燃范：保留节气门；进气道喷射形成油膜；稀燃范围有限pGDI：将喷油器安装在气缸盖上直接向燃烧室内：将喷油器安装在气缸盖上直接向燃烧室内喷油更容易控制缸内混合气形成更容易控制缸内混合气形成通过喷射时期的通过喷射时期的控制可实现均质控制可实现均质混合气燃烧、分混合气燃烧、分层稀薄燃烧以及层稀薄燃烧以及HCCI1．．GDI混合气形成机理混合气形成机理Ø关键技术：进气系统和燃烧室形状关键技术：进气系统和燃烧室形状缸内滚流；缸内滚流； 高压喷射高压喷射控制喷雾与缸内气流配合；控制喷雾与缸内气流配合； 火花塞及喷射位置匹配火花塞及喷射位置匹配 Ø分层混合气的形成方式分层混合气的形成方式3 ~5MPa喷油器中央布置喷油器中央布置+涡流涡流火花塞中央布置火花塞中央布置+涡流涡流滚流为主滚流为主挤流为主挤流为主2．．GDI燃烧方式的特点燃烧方式的特点Ø 气缸压力气缸压力推迟点火提前角，放热速率推迟点火提前角，放热速率 ，放热，放热持续时间持续时间 Ø 质调节，取消节气门质调节，取消节气门泵气损失泵气损失 。

Ø油雾缸内蒸发油雾缸内蒸发燃烧室壁面燃烧室壁面T ，传热损失，传热损失   c，，  ，，  tØ分层混合燃烧，外围稀混合气对火焰起隔热作用，分层混合燃烧，外围稀混合气对火焰起隔热作用， 传热损失传热损失Ø混合气易分层混合气易分层稳定分层稀燃稳定分层稀燃接近空气循环接近空气循环ØA/F控制及过渡工况控制更精确控制及过渡工况控制更精确p因车用发动机不同工况对因车用发动机不同工况对A/F要求不同：要求不同：稀燃工稀燃工况范围只限于中小负荷区况范围只限于中小负荷区Ø大负荷或全负荷大负荷或全负荷区：进气行程中喷区：进气行程中喷油油目标空燃比目标空燃比实现实现均匀混合气均匀混合气 Ø在中小负荷区：压在中小负荷区：压缩行程后期喷油缩行程后期喷油上浓下稀的分层混上浓下稀的分层混合气螺旋进气道螺旋进气道或导气屏或导气屏进气涡流进气涡流 顺着气流喷油，喷顺着气流喷油，喷射压力射压力 2MPa气流外缘形成较浓混合气流外缘形成较浓混合气气火花塞安装火花塞安装 位置位置3．典型的．典型的GDI分层稀燃系统分层稀燃系统①① TCCS燃烧系统（燃烧系统（Texaco controlled combustion process））燃气体和未燃气体和未燃气体靠密燃气体靠密度差分离度差分离②② GDI滚流分层稀燃系统滚流分层稀燃系统Ø三菱三菱4G型汽油机：型汽油机： 早喷射早喷射晚喷射晚喷射纵向直进气道纵向直进气道+半球形半球形燃烧室燃烧室强烈的反滚流强烈的反滚流与喷雾配合，分层与喷雾配合，分层A/F=40，， =12 Ø丰田丰田D4型汽油机：型汽油机： 通过喷射方式的有效控制通过喷射方式的有效控制和燃烧室内涡流的优化匹和燃烧室内涡流的优化匹配配实现实现A/F=50稳定燃烧稳定燃烧 2）稀薄燃烧控制）稀薄燃烧控制Ø主要控制目的：主要控制目的：精确控制精确控制A/F，使，使汽车百公里油耗最汽车百公里油耗最低；同时降低排放低；同时降低排放 Ø关键技术：关键技术：A/F精精确控制在确控制在 Ttq允许允许的范围内的范围内 Ø控制方法控制方法p空燃比反馈控制法：由空燃比反馈控制法：由A/F传感器反馈控制。

传感器反馈控制 空燃比传感器空燃比传感器在在ZrO2固体上施加电压时，固体上施加电压时，产生与排气中的产生与排气中的O2浓度成比例的浓度成比例的O2离子的移离子的移动，从而形成电流，即动，从而形成电流，即 p气缸压力反馈控制法：气缸压力反馈控制法： 通过气缸压力传感器通过气缸压力传感器检测每循环缸压，检测每循环缸压，求求 Ttq，，A/F反馈控制反馈控制使使 Ttq限制在允许范围内限制在允许范围内 步骤：步骤：▷规定曲轴位置上测缸压规定曲轴位置上测缸压p；；N循环循环▷求求Ttq 、、  Ttq一、汽油机有害排放物及其产生机理一、汽油机有害排放物及其产生机理Ø汽油机的有害排放物：排气中的汽油机的有害排放物：排气中的CO、、HC、、NOx、、CO2；曲轴箱通风向大气排出的；曲轴箱通风向大气排出的HC排放；燃料供排放；燃料供给系中燃料蒸发的给系中燃料蒸发的HC等Ø污染物来源不同，措施不同：污染物来源不同，措施不同： 尾气排放尾气排放燃烧系统改进燃烧系统改进+后处理技术；后处理技术； 曲轴箱通风曲轴箱通风PCV阀阀回流到进气管；回流到进气管； 燃料供给系蒸发物燃料供给系蒸发物活性碳罐吸收装置来控制活性碳罐吸收装置来控制 §5.5 汽油机的有害排放物及其控制汽油机的有害排放物及其控制活性碳罐吸收装置活性碳罐吸收装置用活性碳罐吸附燃用活性碳罐吸附燃油系统的蒸发物；油系统的蒸发物；在进气过程中随在进气过程中随清清洗洗空气进入气缸。

空气进入气缸活性炭活性炭活性活性炭罐炭罐单向阀单向阀Ø产生机理：产生机理：N2和和O2在高温下化合的结果在高温下化合的结果 Zeldovich机理机理:Ø因素及措施：因素及措施：O2浓度，燃烧温度浓度，燃烧温度Tz，滞留时间，滞留时间 Ø危害：危害： NO2 是刺激性毒气是刺激性毒气; 破坏破坏O3层平衡层平衡 Ø测量方法测量方法:化学发光法化学发光法(CLD) N2分解需较大活分解需较大活化能化能决定决定NO形形成的高温条件成的高温条件 O在在NO形成中起活形成中起活化链作用，所需活化链作用，所需活化能小，反应快化能小，反应快 1））NO2））CO1．产生机理及影响因素．产生机理及影响因素 C/H不完全燃烧产物不完全燃烧产物受反应速度、温度及受反应速度、温度及 a的的影响影响Ø在在 a <1时因缺氧时因缺氧C不能完全氧化，易生成不能完全氧化，易生成CO；；Ø  a>1下燃烧时局部不均匀下燃烧时局部不均匀局部燃烧不完全局部燃烧不完全COØ排气中，未燃碳氢化合物排气中，未燃碳氢化合物HC不完全氧化不完全氧化少量少量CO 2．危害：与血红素的结合能力强，是氧的．危害：与血红素的结合能力强，是氧的300倍；倍； 破坏造血功能破坏造血功能中毒中毒死亡死亡(0.3%) 3. 测量方法：不分光红外线分析仪（测量方法：不分光红外线分析仪（NDIR）） 3））HC1．．HC的生成机理及影响因素的生成机理及影响因素来源：尾气、燃油供给系统以及曲轴箱通风来源：尾气、燃油供给系统以及曲轴箱通风汽油机燃烧过程中汽油机燃烧过程中HC的生成：的生成：①① 缸内壁面淬冷效应：壁面对火焰的冷却作用缸内壁面淬冷效应：壁面对火焰的冷却作用②②缝隙效应：火焰无法传入缝隙；壁面冷却淬冷效缝隙效应：火焰无法传入缝隙；壁面冷却淬冷效应应 ，， 生成大量生成大量HC 缝隙：活塞与缸壁间，缸盖、缸垫和缸体间；缝隙：活塞与缸壁间，缸盖、缸垫和缸体间； 进、排气门和气门座间；进、排气门和气门座间； 花塞螺纹和火花塞中心电极周围等处花塞螺纹和火花塞中心电极周围等处③③积碳和壁面油膜的吸附效应：缸壁上的润滑油膜，活积碳和壁面油膜的吸附效应：缸壁上的润滑油膜，活塞顶及燃烧室壁面、进排气门上的积碳塞顶及燃烧室壁面、进排气门上的积碳吸附吸附HC膨胀和排气中释放出来膨胀和排气中释放出来④④不完全燃烧：不完全燃烧： a<1状态，怠速时状态，怠速时 r较大；加减速时混较大；加减速时混合气瞬间过浓或过稀合气瞬间过浓或过稀局部不均匀局部不均匀不完全燃烧不完全燃烧HC 。

⑤⑤失火：易失火条件失火：易失火条件混合气局部过稀或过浓，或点火混合气局部过稀或过浓，或点火时刻不当以及点火系统出现故障等时刻不当以及点火系统出现故障等2．危害：阳光下与．危害：阳光下与NOx反应反应光化学烟雾；醛类和多光化学烟雾；醛类和多环芳香烃危害大环芳香烃危害大 3. 测量方法：氢火焰离子化法（测量方法：氢火焰离子化法（FID）） 二、影响汽油机排放特性的使用因素二、影响汽油机排放特性的使用因素p排放物是燃烧过程的产物排放物是燃烧过程的产物凡是凡是影响混合气形成影响混合气形成和燃烧条件的因素和燃烧条件的因素影响排放物影响排放物1）） a的影响的影响Ø NOx的峰值出现在的峰值出现在  ab=1.03~1.16Ø  a< ab虽虽Tz高高,但但O2浓度浓度 ；； 过浓：过浓：Tz  ；；CO/HC  Ø a> ab虽虽O2浓度浓度 ，但，但Tz   过稀：过稀：HC  NOxHCbe2）点火提前角的影响）点火提前角的影响 a一定时，一定时，  igTz ，，NOx  ；；后燃后燃 ，排温，排温HC  ；； e  3）转速的影响）转速的影响n燃烧滞留时间燃烧滞留时间 ,NOx ；；紊流强度紊流强度 ；；紊流过强紊流过强CO/HC   4）负荷的影响）负荷的影响中小负荷：随负荷中小负荷：随负荷 ，， r  , 改善燃烧条件改善燃烧条件CO/HC  ; 但，但，NOx  ；大负荷；大负荷 aP NOx   ，，CO/HC  三、汽油机排放控制技术三、汽油机排放控制技术p机内措施：机内措施：Ø燃烧系统的改善燃烧系统的改善 ØA/F控制精确，控制精确，GDI技术实现稀燃技术实现稀燃Ø可变技术：进气系统、配气相位、进气涡流及排可变技术：进气系统、配气相位、进气涡流及排量量(休缸休缸) Ø汽油机增压汽油机增压 。

p后处理：后处理：两级催化转化器两级催化转化器高低温；高低温； 电加热催化转化器；电加热催化转化器； 三效催化器三效催化器+ a=1精确控制；精确控制； 稀燃稀燃+NOx还原装置还原装置+EGR技术技术 四、汽油机的增压及米勒循环四、汽油机的增压及米勒循环1）汽油机增压存在的主要问题）汽油机增压存在的主要问题 Ø易爆震易爆震Ø热负荷高热负荷高Ø汽油机与增压器的匹配困难汽油机与增压器的匹配困难 2）汽油机与增压器匹配要求：）汽油机与增压器匹配要求：保证额定功率保证额定功率部分工况下具有良好扭矩特性和动态部分工况下具有良好扭矩特性和动态响应特性；保证转矩储备系数；响应特性；保证转矩储备系数；3）米勒循环）米勒循环几何几何 不变，将有效压缩行程缩短不变，将有效压缩行程缩短1/5，但膨胀比不变，但膨胀比不变;米勒循环米勒循环+偶合螺杆压气机，实现增压兼顾高低速偶合螺杆压气机，实现增压兼顾高低速习题p一、填空题p1.缸外喷射系统是将喷油器安装在 或 或 上，以0.20～0.35MPa的喷射压力将汽油喷入进气管或进气道内。

p2.电子控制汽油喷射系统主要由 、 和 三部分组成p3.汽油机燃烧过程按其压力变化特点分成三个阶段，分别为： 、 和 p4.汽油机在稳定的正常运转情况下，不同气缸的燃烧情况以及不同循环的燃烧情况很难保持稳定，会产生燃烧上的差异，这种循环之间和气缸之间的燃烧差异称为 p5.汽油机燃烧过程中，如果火焰前锋未到达前，末端混合气温度达到了自燃温度，形成新的火焰中心，产生新的火焰快速传播，这种现象称为 p6. 点火提前角太小即燃烧过程过迟，则后燃 ，最高燃烧压力和温度都 ，排气温度 ，功率和经济性都下降 p7.实现汽油机分层燃烧有两种方式： 的分层燃烧方式和 分层燃烧方式 二、思考题p1. 电控汽油喷射系统如何实现对喷油量的控制？p2. 汽油机正常燃烧过程分哪些阶段？各阶段有何特点？ p3. 何为汽油机的不规则燃烧?产生的原因是什么?对汽油机性能有什么影响？p4. 爆燃的产生的机理是什么？影响爆燃的因素有哪些？p5. 什么是热面点火？防止热面点火的主要措施有哪些?p6. 影响燃烧过程的因素主要有哪些？分析点火提前角和混合气成分对燃烧过程的影响。

p7. 汽油机燃烧室的设计要求有哪些？p8. 简述汽油机燃烧室的类型及各自的特点。