汽油机燃油供给与喷射系统、燃烧系统及排放特点.doc

汽油机系统简述姓名：刘鹏学号：0120209126目录汽油机系统简述1第一章汽油机燃料的性质31.1汽油机的抗爆性与蒸发性简介31.2代用燃料简介3第二章 汽油机燃料供给与燃烧42.1汽油机混合气的形成特点及形成方式42.2汽油机的燃烧过程52.2.1正常燃烧52.2.2不正常燃烧62.2.3使用因素对燃烧过程的影响62.3.汽油机燃烧室72.3.1对燃烧室的要求72.3.2常见的典型燃烧室7第三章 汽油机电控燃油喷射系统93.1电控燃油喷射系统的优缺点93.2电控燃油喷射系统的分类93.3电控燃油喷射系统的组成与基本原理103.3.1进气系统103.3.3电子控制系统11第四章 汽油机的排放特性134.1 HC排放物的产生渠道134.2CO排放物的产生渠道134.3汽油机排放控制措施13第一章 汽油机燃料的性质 汽油的主要性能有：抗爆性、蒸发性、氧化安定性、抗腐蚀性及清洁性。1.1汽油机的抗爆性与蒸发性简介汽油的抗爆性是指汽油在发动机气缸内燃烧时抵抗爆燃的能力。汽油的抗爆性是以辛烷值来表示的。根据试验规范的不同，所得的辛院分别称为马达法MON或研究法RON辛烷值。我国生产的汽油是按研究法辛烷值RON分级的。汽油的辛烷值越高，其抗爆性越好。汽油的牌号以辛烷值划分。液态汽油汽化的难易程度称为汽油的蒸发性。汽油的蒸发性越强，越容易汽化，要求汽油必须具有良好的蒸发性。但蒸发性也不能太强，否则易形成供油系“气阻”，甚至发生供油中断现象。1.2代用燃料简介按物态划分，可以将代用燃料分为气体代用燃料和液体代用燃料。其中气体代用燃料包括：天然气、液化石油气、氢气、煤气、沼气等。液体代用燃料包括：甲醇、乙醇、植物油燃料等。按化学成分划分可以分为烃燃料和含氧燃料。天然气：天然气主要成分为甲烷CH4 (容积比可达8399以上)，另外还包括乙烷C2H6以及丙烷C3H8等。 天然气的热值和辛烷值均较高，在用作点燃式发动机的燃料时，通过适当的技术措施，如提高发动机的压缩比等，可以接近原发动机的动力性能。同时，天然气又是一种比较洁净的能源，排污低，使用比较方便，特别是压缩天然气(CNGCompressed Natural Gas)，便于储存，配合相应的基础设施如加气站的建设，在城市车辆如公共汽车、出租车中具有广阔的应用前景。液化石油气：液化石油气(LPG-Liquefied Petroleum Gas）主要成分是丙烷C3H8、丁烷C4H10、丙烯C3H6、丁烯C4H8及其异构物，在常温下加压，可以变成液体燃料，其单位容积热值高于天然气，可以作为汽油机的燃料，还可以获得较好的排放性能。 醇类燃料：醇类燃料主要是甲醇CH3OH和乙醇C2H5OH。甲醇可以从天然气、煤、生物质等原料中提取；乙醇主要是将含有糖和淀粉的农作物经过发酵后制得。醇类燃料是液体燃料，可以沿用传统的石油燃料的运输、贮存系统，相关的基础设施建设投入少，而发动机的动力性与经济性可以接近或超过原有汽油机或柴油机，排气有害成分少，是一种很有发展前景的代用燃料。试点检测结果表明，使用车用乙醇汽油不影响汽车的行驶性能。其排放的尾气中一氧化碳下降超过30、碳氢化合物下降10，苯系物明显减少，氮氧化合物基本不变。汽车使用乙醇汽油已被视为改善城市空气质量的重要手段。第二章 汽油机燃料供给与燃烧2.1汽油机混合气的形成特点及形成方式 汽油机混合气的形成要经过雾化、蒸发、扩散并与空气混合的过程，混合气形成主要通过化油器或者喷施装置在气缸外部进行。另外，汽油机的混合气形成是以预混合的方式进行的。也就是说，在进气门开启时，混合气就已经基本形成，直接进入气缸，经过压缩行程，最后靠火花塞跳火将其点燃。汽油机混合气形成的方式主要有二类：一类是化油器式，另一类是汽油喷射式。化油器式汽油机混合气形成原理：在进气过程中，空气流经化油器的喉管时，由于流通截面的变小，使空气流速增加，从而使该处的真空度增大，汽油在真空度的作用下由浮子室经喷管喷出。在喉管处因空气流速为汽油流速的20-30倍，故汽油被高速气流击碎为直径很小的油粒（平均直径为0.1mm），这些油粒在随空气流动的过程中很快蒸发并与空气混合，形成混合气。图2-1 1-空气滤清器 2-针阀 3-浮子 4-喷管 5-喉管 6-节气门 7-进气支管 8-量孔 9-浮子室 10-进气预热套管 11-进气门汽油喷射：一定数量和压力的汽油经过喷油器直接喷入气缸或进气歧管。汽油喷射系统：汽油喷射式发动机燃油供给装置的简称。包括：燃油系统、空气系统、控制系统。汽油喷射的优点：a.能根据发动机工况的变化供给最佳空燃比的混合气b.供入各气缸内的混合气，分配均匀性较好c.提高了发动机充气效率，从而增加了发动机的功率和扭矩d.减少油耗和改善排放性e.发动机冷起动性和加速性较好汽油喷射系统类型：按喷油器安装位置：单点喷射（SPI）：也称节气门体喷射（TBI）和多点喷射（MPI），如图所示：按喷射时序：同时喷射：所有喷油器同时喷油；分组喷射：两个喷油器同时喷油；.顺序喷射：按各缸进气行程的顺序轮流喷射2.2汽油机的燃烧过程 汽油机的燃烧与柴油机不同，由于汽油机的压缩比较小，汽油的燃点较高，所以汽油机混合气要燃烧必须借助外界能量将其点燃。在汽油机中，通常是将点火线圈产生的高压电引入气缸中的火花塞，击穿火花塞间隙后产生电火花，将混合气点燃。2.2.1正常燃烧汽油机混合气的燃烧过程非常快，经历时间为1.5-3ms。通常将燃烧分为三个阶段。图2-1 汽油机燃烧过程第一阶段为滞燃期，指从火花塞跳火（1点）至火焰形成中心（2）的阶段。滞燃期的大小与火花的能量、混合气的压力和温度、混合气的浓度、残余废气系数、气缸内的气流运动等因素有关。第二阶段为速燃期，指形成火焰中心（2），至缸内出现最高压力的阶段。速燃期是汽油机燃烧的主要阶段。该阶段的时间长短对汽油机功率和经济性有很大的影响。如果这个阶段过短，燃烧会过早打到最高压力3点，这样就会在压缩过程中燃烧大量混合气，从而压缩过程负功增加。如果时间过长，燃烧会推迟，那样大部分混合气的燃烧在膨胀过程中进行，所放出的热量就不能被有效的利用。而且增大了壁面的传热，使得汽油机的功率和经济性下降。第三阶段为后燃期。指从最高压力至燃油基本完全燃烧完的阶段。该阶段的燃烧的主要是在火焰前锋过后没来得及燃烧的燃油及粘附在燃烧室壁面上的混合气。后燃起应尽可能的短。2.2.2不正常燃烧1.爆燃爆燃是指汽油机在某种条件下（压缩比过高，或者辛烷值过低）工作，当火花塞点火并且火焰以正常速度向前推进时，处于最后燃烧位置的混合气会进一步压缩和已燃混合气的热辐射左右，在正常火焰未到达前产生1个或者几个火焰中心而自行燃烧的现象。影响爆燃的因素：a.燃料性质；b.末端混合气的压力和温度；c.火焰到达前锋面传播到末端混合气的时间。2.表面点火在汽油机压缩过程中，凡不依靠电火花点火，而由炽热表面或炽热点点燃混合气所引起的不正常燃烧现象称为表面点火。表面点火可以分为早燃和激燃二种。2.2.3使用因素对燃烧过程的影响使用因素包括燃料性质、混合气浓度、点火提前角、转速、负荷及冷却强度等，这些都对汽油机的燃烧过程有显著的影响。1. 燃料性质燃料性质对燃烧过程的影响主要体现在对爆燃的影响。在选择燃料时应使其辛烷值与汽油机的压缩比相适应。2. 混合气浓度 混合气浓度的影响主要体现在火焰传播速度上。图2-2 混合气浓度对火焰传播的影响如图2-2所示，当过量空气系数为0.8-0.9时，火焰传播速度最快，汽油机功率也最大，但燃烧不完全，经济性较差，同时由于缸内压力和温度增大，使得末端混合气容易自燃，为了减小爆燃，应避开这个值。当过量空气系数为1.05-1.15时。火焰传播速度下降不多，散热损失增加也不多，燃烧完全，此时汽油机经济性最好。缺点是N0x排放量大。3. 点火提前角点火提前角过大或者过小都会使得汽油机的功率和经济性下降。点火提前角增大会使得最高燃烧压力增大，末端混合气受的挤压作用增强，使爆燃倾向增大。4. 转速转速对滞燃期影响不大，爆燃倾向随转速的增高而减小。因为转速增高时，火焰传播速度加快，而且残余废气系数增大，使得末端混合气的氧化作用减弱。5. 负荷负荷减小，节气门开度减小，吸入的混合气量减小，残余废气量增大，最高压力和温度下降，爆燃倾向减小6. 冷却强度 过度冷却会使混合气的质量变坏，从而使燃烧速度降低，并且散热损失增大，汽油机的功率下降，冷却不足使汽油机过热，容易产生早燃及爆燃现象。2.3.汽油机燃烧室2.3.1对燃烧室的要求1.结构紧凑；2.具有良好的充气性能；3.火花塞位置安排适当4.燃烧室形状合理分布；5.组织适当的气流运动；6防止爆燃和早燃。2.3.2常见的典型燃烧室1、锲形燃烧室这种燃烧室的压缩比可提高，经济性和动力性好，但由于混合气过于集中在火花塞附近，工作较为粗暴，多用于高速汽油机。2、浴盆形燃烧室燃烧室宽度略超出气缸范围，以加大气门直径。气量系数低，燃烧室形状与挤气涡流的配合不够理想，与楔形燃烧室相比，燃烧速度较低。工作较柔和，在载重汽车上应用广泛。3.、多球形燃烧室此类燃烧室结构紧凑，容许较大的气门直径和平直圆滑的进气通道，冲量系数高，因此动力学、经济性好，HC排量小；一般不组织挤流（气门 头部直径小，进排气道弯曲度大）。图3-1 几种典型的汽油机燃烧室第三章 汽油机电控燃油喷射系统3.1电控燃油喷射系统的优缺点汽油喷射系统的实质就是一种新型的汽油供油系统。化油器利用空气流动时在节气门上方的喉管处产生负压，将浮子室的汽油连续吸出，经过雾化后输送给发动机。汽油喷射系统则是通过采用大量的传感器感受各种工况，根据直接或间接检测的进气信号，经过计算机判断和分析，计算出燃烧时所需的汽油量，然后将加有一定压力的汽油经喷油器喷出，以供发动机使用。 电控发动机系统取消了化油器供油系中的喉管，喷油位置在节气门下方，直接在进气门附近或缸内，有计算机控制喷油器精确供油。与化油器式发动机相比，汽油喷射系统具有以下优点：1.提高了发动机的充气系数，这是因为汽油喷射系统没有化油器的喉管，减少了进气压力的损失；汽油喷射是在进气歧管附近，只有空气通过歧管，这样可以增加进气歧管的惯性作用，提高充气效率。2.能根据发动机负荷的变化，精确控制混合气的空燃比。3.可均匀分配各缸汽油，减少爆震现象，提高发动机的稳定性。4. 在寒冷的季节里，化油器主喷油管的附近容易结冰，会造成发动机输出功率不足，而汽油喷射供油不经过节气门和进气歧管，所以没有结冰现象，从而提高了冷起动性能；另外，汽油喷射是高压供油，喷出的汽油雾滴比较小，汽油不经过进气歧管，所以，当突然加速时，雾滴较小的汽油能与空气同时进入燃烧室混合，因而比化油器供油的响应速度快，加速性能好。与传统的化油器相比，电控汽油系统可以使汽车燃油消耗率降低5%到15%，废气排放量减少20%左右，发动机功率提高5%到10%。电控汽油喷射系统无论从燃油经济性、发动机动力性，还是从排气和嘈声污染等方面，都具有化油器式发动机无法比拟的优越性。电控汽油系统价的缺点在于价格偏高、维修要求高。3.2电控燃油喷射系统的分类1、单点喷射系统：对喷油正时没有要求，2、多点喷射系统：是一个喷油器对一个气缸地把汽油喷到进气门上，要利用进气门及其附近进气道壁的高温使汽油在进气门开启前就汽化，避免在进气门开启期间I喷油(来不及 蒸发，CO和HC排放会增多，且稀释润滑油)，因此多点喷射系统必须控制喷油时序。图3-1 多点喷射和单点喷射示意图多点喷射有三种喷射时序：（1）同时喷射：即所有喷油器共用一个驱动器，在发动机一个工作循环期间同时喷油1次。每一喷油器每次喷油量是每缸每循环需要油量的 。（2）分组喷射：即把所有喷油器分成几组，每组2个(四、六、八缸机)或每组3个(六缸机)喷油器，同组的23个喷油器共用一个ECU中的驱动器，在发动机一个工作循环期间同时喷油 1次，每次喷油量是每缸每循环需要油量的 。与同时喷射方式相比，分组喷射的驱动器功率和喷油器工作频率都减小了，但驱动器的数目增多了。(3)顺序喷射(sequentialfuel injection，SFl)。各喷油器在发动机一 个工作循环期间按照气缸工作顺序等间隔地依次喷油一次。这样，各个气缸从喷油到进气的时间间隔一样长，有利于混合气浓度分配均匀。同时每个喷油器的工作频率是所有喷射方式中最低而每次喷油量最多的，因此可以采用许用最小喷油脉宽值较大的高阻抗喷油器和简单的电压驱动电路。虽然ECU须为每一个喷油器配设一个驱动器，还要让各喷油器依一定顺序和间隔，并在最有利的超前于进气上止点的时刻开始喷油(必须在进气门开启前结束喷油)，但实际上这些是比较容易实现的。 在上述三种多点喷射时序中，用得较多的是每两个喷油器为一组的分组喷射时序和顺序喷射时序。3.3电控燃油喷射系统的组成与基本原理 组成：按其部件功用来看，主要有进气系统（气路）、燃油控制系统（油路）和电子控制系统（电路）三部分。3.3.1进气系统图3-2进气系统原理图作用：为发动机提供必要的空气。组成：一般由空气滤清器、节气门体、节气门、空气阀、进气总管、进气歧管等部分组成。另外，为了随时调节进气量，进气系统中还设置了进气量的检测装置。3.3.2燃油控制系统图3-3 燃油供给系统工作流程图作用：向气缸提供燃烧所需要的燃油。 组成：如图所示，燃油供给系统通常由电动汽油泵、汽油滤清器、压力调节器、脉动阻尼器、喷油器和冷起动喷油器组成。 工作原理：如图所示，在电控汽油喷射系统中，汽油由电动汽油泵从油箱中泵出，经汽油滤清器等输送到电磁喷油器和冷起动喷油器调节器与喷油器并联，保证供给电磁喷油器内的汽油压力与喷射环境的压力之差（喷油压差）保持不变。燃油泵按其安装位置可以分为外装泵和内装泵两种。外装泵将泵装载油箱之外的输油管路中，内装泵则是将泵安装在燃油箱内。与外装泵相比，内装泵不易产生气阻和燃油泄露，而且嘈声小。目前多数EFI采用内装泵。3.3.3电子控制系统图3-4 电子控制系统图组成：如图所示，从控制原理来看，电控汽油喷射系统由传感器、ECU和执行器三大部分组成。 传感器是感知信息的部件，功能是向ECU提供汽车的运行状况和发动机工况。ECU接收来自传感器的信息，经信息处理后发出相应地控制指令给执行器。执行器即执行元件，其功用是执行ECU的专项指令，从而完成控制目的。ECU根据空气流量计（L）型和进气歧管压力传感器（D）型和转速传感器的信号确定空气流量，在根据传感比要求即进气量信号就可以确定每一个循环的基本供油量，然后根据各种传感器的信号进行点火提前角、温度、节气门开度、空燃比等各种工作参数的修正，最后确定某一工况下的最佳喷油量。第四章 汽油机的排放特性汽油机的排放主要是未燃或者不完全燃烧的HC、CO和NOx，以及微量的醛、酚、过氧化物等有机酸。主要排放物为HC和CO。4.1 HC排放物的产生渠道汽油机的未燃HC是生成和排放有如下三个渠道：1.排气 在缸内工作过程中生成并随排气排出，成为HC的排气排放物。主要是在燃烧过程中未来得及燃烧或未完全燃烧的燃料或润滑油。2.曲轴箱 从燃烧室通过活塞与气缸直接的间隙漏人曲轴箱的窜气。3.蒸发 从汽油机和