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第六章汽油机混合气形成和燃烧主要内容第一节汽油机的燃烧过程第二节汽油机的电控汽油喷射系统第三节电控汽油喷射空气供给系统第四节燃油供给系统第五节电子控制系统第六节燃油喷射的控制（自学）第七节汽油机的燃烧室第一节汽油机的燃烧过程一、正常燃烧过程：汽油机正常燃烧过程是由定时的火花点火开始，且火焰前锋以一定的正常速度传遍整个燃烧室的过程。(一)正常燃烧过程进行情况•将燃烧过程分为三个阶段：着火落后期、明显燃烧期和补燃期。1、着火落后期从火花塞点火到火焰核心形成的阶段。为了提高效率，希望尽量缩短着火落后期。为了发动机运转稳定，希望着火落后期保持稳定。2、明显燃烧期指火焰由火焰中心烧遍整个燃烧室的阶段，因此也可称为火焰传播阶段。在示功图上指气缸压力线脱离压缩线开始急剧上升（图中2点）到压力达到最高点(图中3点)止。燃烧的主要时期。明显燃烧期的火焰传播在均值混合气中，当火焰中心形成之后，火焰向四周传播，形成一个近似球面的火焰层，即火焰前锋，从火焰中心开始层层向四周未燃混合气传播，直到连续不断的火焰前锋扫过整个燃烧室。补燃期中，混合气燃烧速度开始降低，加上活塞向下止点加速移动，使气缸中压力从点3开始下降，在后燃期中主要是湍流火焰前锋后面没有完全燃烧掉的燃料，以及附在气缸壁面上的混合气层继续燃烧。为了保证高的循环热效率和循环功，应使补燃期尽可能短。3、补燃期从最高压力点开始到燃料基本燃烧为止称为补燃期。（二）燃烧速度(率)火焰传播方式可分为层流火焰传播和湍流火焰传播。1.层流火焰燃烧速率层流火焰图6-2层流火焰与火层流火焰前锋面形状的关系层流火焰传播速度远远不能满足实际发动机燃烧的要求。实际发动机中的火焰传播是以湍流火焰方式进行的。层流火焰燃烧速率燃烧速度(率)是指单位时间燃烧的混合气量，可以表达为mLLFvdtdm未燃混合气密度火焰前锋面积火焰传播速度2.湍流火焰燃烧速率湍流是指由流体质点组成的微元气体所进行的无规则的脉动运动。这些由气体质点所组成的小气团大小不一，流动的速度、方向也不相同，但宏观流动方向则是一致的。这种湍流运动使火焰前锋表面出现皱折，强湍流运动使火焰前锋面严重扭曲，甚至分隔成许多燃烧中心，导致火焰前锋燃烧区的厚度增加。湍流运动使火焰前锋表面积明显增大，火焰传播速度加快。湍流强烈湍流较弱湍流火焰湍流火焰燃烧速率mTTFvdtdm未燃混合气密度火焰前锋面积火焰传播速度提高混合气的湍流程度是改善汽油机燃烧的有效手段。二、汽油机的不规则燃烧汽油机的不规则燃烧是指在稳定正常运转情况下，循环变动和各缸工作不均匀。（一）循环变动指发动机以某一工况稳定运行时，这一循环和下一循环燃烧过程的进行情况不断变化，具体表现在压力曲线、火焰传播情况及发动机功率输出均不相同。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。产生这种现象的主要原因是：1）混合气成分波动；2）气体运动状态波动。下列因素或措施影响或改善循环波动:：（1）过量空气系数Φα=0.8-0.9时循环波动最小，过浓或过稀都会使循环波动加剧。（2）适当提高气流运动速度和湍流程度可改善混合气的均匀性，进而改善循环波动。（3）残余废气系数过大，则循环波动加剧。（4）发动机在低负荷、低转速时，循环波动加剧。（5）多点点火有利于减少循环波动。（6）提高点火能量、优化放电方式、采用大的火花塞间隙,有助于减小循环波动。（二）各缸之间的燃烧差异各缸间燃烧差异称为各缸工作不均匀。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。影响混合气分配不均匀的因素很多，总的来说，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。三、不正常燃烧汽油机的不正常燃烧是指设计或控制不当，汽油机偏离正常点火时间及地点，由此引起的燃烧速率急剧上升，压力急剧增大等异常现象。汽油机的不正常燃烧主要是爆燃和表面点火。1、爆燃的外部特征爆燃时，缸内压力曲线出现高频大幅度波动(锯齿波)，同时发动机会产生一种高频金属敲击声，因此也称爆燃为敲缸。轻微敲缸时，发动机功率上升，严重敲缸时，发动机功率下降，转速下降，工作不稳定，机身有较大振动，同时冷却水过热，润滑油温度明显上升。（一）爆燃（爆震燃烧）a)正常燃烧b)爆燃2、爆燃产生的原因末端混合气自燃正常燃烧：有明显的火焰前锋，且逐层向外传播，直至燃烧完毕。爆燃：火焰前锋未到，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。在较大面积上多点着火，局部区域的温度压力急剧增加。这种类似阶跃的压力变化，形成燃烧室内往复传播的激波，猛烈撞击燃烧室壁面，使壁面产生振动，发出高频振音(即敲缸声)，产生爆燃。（1）机件过载（2）活塞、气缸和活塞环磨损加剧；（3）动力性和经济性恶化；（4）排气冒黑烟，补燃增加，排气温度增加。3、爆燃的危害4、影响爆燃的因素（1）燃料性质辛烷值高的燃料，抗爆燃能力强。（2）末端混合气的压力和温度末端混合气的压力和温度增高，则爆燃倾向增大。（3）火焰前锋传播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播到末端混合气的时间，有利于避免爆燃。（二）表面点火与早燃1表面点火在汽油机中，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。表面点火时刻是不可控制。炽热表面2．早燃指在火花塞点火之前，炽热表面就点燃混合气的现象。早燃使功率下降，火花塞、活塞等零件过热。图6–7汽油机早燃示功图早燃会诱发爆燃，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。各种燃烧示功图的比较图6–8几种非正常燃烧过程的–图四、使用因素对燃烧过程的影响1、点火提前角•对应于每一工况都存在一个最佳点火提前角，这时汽油机功率最大，耗油率最低。图6–9点火提前特性点火提前角过大，则大部分混合气在压缩过程中燃烧，活塞上行所消耗的压缩功增加，发动机容易过热，有效功率下降。点火提前角过小，则燃烧延长到膨胀过程，燃烧最高压力和温度下降，传热损失增多，排气温度升高，功率下降，耗油量增多。图6–10点火提前角不同时p-φ的图影响最佳点火提前角的因素较多(如大气压力、温度、湿度、缸体温度、燃料辛烷值、空燃比、残余废气系数、排气再循环等).传统的真空和离心调节装置只能随转速、负荷的变化对点火提前角作近似控制。传统的点火控制装置只考虑了影响最佳点火提前角的两个因素.在Φa=0.8~0.9时，Pe达最高值，且爆燃倾向最大。在Φa=1.03~1.1时，be最低。当Φa＜0.8及Φa＞1.2时，经济性差，HO排放量增多且工作不稳定。2、混合气浓度3、负荷随着负荷的减小，最佳点火提前角要提早。4、发动机转速转速增加时，应当相应加大点火提前角第二节汽油机的电控汽油喷射系统燃油配制：定义：通过直接或间接测量进入发动机的空气量，并按规定的空燃比计量燃油的供给量的过程。类型：化油器式、燃油喷射式一、汽油发动机对可燃混合气的要求1.空燃比对发动机性能的影响•=13.5~14.0时，燃烧火焰出现最高值，称功率空燃比；•=16左右时，燃烧完全，耗油率最低，称经济空燃比；•在功率空燃比与经济空燃比范围内的混合气成分是汽油机常用的混合气，是发动机具有较好的使用性能。怠速：很浓混合气小负荷：较浓混合气中等负荷：稀混合气大负荷：加浓混合气全负荷：功率混合气图6–16汽油机负荷变化时所需的空燃比2.发动机各种工况对可燃混合气的要求：(1)稳定工况(2)过渡工况•冷起动：极浓混合气•暖机：浓混合气(随温度升高混合气变稀)•加速：及时加浓•急减速：避免混合气过浓二、电控燃油喷射供给系统的类型1．按喷射位置分类1）缸内喷射2）进气管喷射进气管喷射又分为单点喷射和多点喷射。a)单点汽油喷射系统结构示意图b)多点汽油喷射系统结构示意图2．按喷射控制装置分类汽油喷射系统分为机械式(机电式)和电控式两种。3．按喷射方式分类汽油喷射系统可分为连续喷射和间歇喷射两种。4.按空气流量测量方法分类汽油喷射系统可分为质量流量控制的汽油喷射系统、速度密度控制的汽油喷射系统、节流速度控制的汽油喷射系统。三、化油器供油系统与汽油喷射供油系统的比较汽油喷射供油系统的优点：（1）可以对混合气空燃比进行精确控制；（2）减少了进气阻力，充气效率高；（3）可能采取较高的压缩比；（4）发动机冷起动性能和加速性能良好，过渡圆滑。四、几种电子控制燃油喷射系统的结构1.D型电控汽油喷射系统原理：以进气管压力和发动机转速控制喷油量，速度密度方式。2—喷油器3—进气歧管绝对压力传感器6—冷启动喷油器2.L型电控汽油喷射系统原理：以吸入的空气量作为控制喷油量的主要因素。L型测量准确程度高于D型5—喷油器8—冷启动喷油器10—阻流板式空气流量传感器3.Mono系统低压中央喷射系统，即单点喷射系统，在原来化油器的基础上仅用一只电磁喷油器进行集中喷射。1一中央喷射组件第三节电控汽油喷射空气供给系统一、空气流量计空气流量计用于L型EFI系统。根据测量原理不同，空气流量计有热线式、热膜式、卡门涡旋式、翼片式等几种类型。热线式空气流量计有两种形式：主流测量式和旁通测量式。热线式空气流量计工作原理是由4个热敏电阻组成了一个电桥，其中的热线和冷线在取样管中，取样管在进气管的中央或一侧。发动机运转，空气流过时，带走热量，热线的电阻值变小(PTC)，冷线电阻值变大(NTC)，电桥失去平衡。测量两端的电压降，即可得知流过空气量的多少，ECU就能确定所需空燃比的喷油量。图6–23热线式空气流量计图6–24热线式空气流量计工作原理如图二、进气管压力传感器半导体压敏电阻式进气压力传感器:在单晶半导体上，通过扩散的方法加入一些不纯物质，就会形成了一定的电阻值。在此电阻值的基础上，施加一定的应力应变，其阻值会发生变化，这种现象就称为半导体的压电效应，半导体压力传感器就是应用了这个原理。观看动画图6–25半导体的压电电阻效应图6–26压敏电阻式进气压力传感器三、节流阀体节流阀由油门踏板控制，以便控制发动机的进气量。怠速通道：节流阀体上，当怠速时可提供少量的空气。通过流量板转角的变化来计量吸入的空气量，并将转角的变化转变为电压信号输送到电脑。图6–27怠速时空气流量第四节燃油供给系统作用：供给发动机燃烧过程所需的燃油。组成：燃油泵、燃油滤清器、油压调节器、喷油器、燃油脉动衰减器、油箱、油管等。图6–28燃油供给系统1-燃油箱2—燃油泵3—燃油滤清器4—回油管5—燃油压力调节器6—输油管7—冷启动喷油器8—稳压箱9—喷油器10—各缸进气歧管燃油管油箱汽油滤清器汽油泵空气滤清器化油器桑塔纳轿车汽油供给系示意图输油管冷起动喷油器油压调节器喷油器油压脉动衰减器燃油滤清器油箱供油装置燃油泵1.燃油泵•作用：把燃油从油箱吸出并通过喷油器供给发动机各气缸。电动燃油泵装在油箱内，涡轮泵由电机驱动。当泵内油压超过一定值时，燃油顶开单向阀向油路供油。当油路堵塞时，卸压阀开启，泄出的燃油返回油箱。2、油压调节器•作用：使油压保持在某一规定值不变，确保喷油压力恒定。•工作原理：当发动机工作时，若进气歧管负压增加，可使作用在调节器膜片弹簧室侧的压力减小，在系统油压作用下，膜片上移，打开阀门，使多余部分的燃油从回油管流回油箱，系统油压随之相应减小，从而使得喷油器的喷油绝对压力不随进气歧管真空度的变化而发生变化，即保持恒定。图6–30燃油压力调节器3、燃油压力脉动阻尼器•作用：减小燃油压力脉动。•工作原理：燃油压力脉动阻尼器的弹簧室密封，等于是一个空气弹簧。全部输油量通过阻尼器流向燃油总管。当燃油压力升高时，弹簧室容积变小而燃油容积扩大，使油压升高峰值减小。反之，油压降低时弹簧室容积变大而燃油容积减小，又使油压降幅减小。图6–30燃油压力脉动阻尼器4、喷油器•功用：喷油