发动机燃烧机制研究总结

发动机燃烧机制研究总结一、引言

发动机燃烧机制是内燃机性能、效率和排放控制的核心研究内容。本总结从燃烧过程基本原理、影响因素及优化方法三个方面，系统梳理了发动机燃烧机制的关键理论和技术要点，旨在为相关领域的研究和实践提供参考。

二、发动机燃烧过程基本原理

（一）燃烧过程阶段划分

1.预混合燃烧阶段

-燃料与空气在进气冲程中混合，形成可燃混合气。

-点火后，混合气迅速燃烧并释放热量。

2.扩散燃烧阶段

-燃料在高温气缸内逐渐与空气混合并燃烧。

-此阶段燃烧速度受扩散速率限制。

3.后燃阶段

-燃烧未完全的燃料在排气冲程继续燃烧。

-导致能量损失和排放增加。

（二）关键燃烧现象

1.燃烧速度

-影响因素：混合气浓度、点火能量、温度等。

-示例数据：汽油机层流燃烧速度约0.3-0.5m/s，湍流燃烧可达10m/s。

2.燃烧温度分布

-气缸中心区域温度可达1800-2200K。

-燃烧室壁面温度通常低于1000K。

三、影响燃烧机制的主要因素

（一）进气混合方式

1.化油器式

-通过浮子室和节气门控制混合气浓度。

-不适用于高速、高精度燃烧控制。

2.电喷式

-电子控制喷油嘴实现精确混合气分配。

-可调参数包括喷射压力、喷射时序等。

（二）点火系统特性

1.点火能量调节

-标准点火能量范围：5-15kV。

-高能量点火可缩短燃烧时间，降低后燃。

2.点火提前角优化

-最佳点火提前角受转速、负荷影响。

-示例：汽油机怠速工况提前角约10°ATDC，全负荷时约30°ATDC。

（三）燃烧室结构设计

1.燃烧室形状影响

-浴盆式燃烧室：油膜覆盖面积可达60-80%。

-涡轮燃烧室：火焰传播路径约30-50mm。

2.燃烧室表面粗糙度

-光滑表面可减少传热损失，提高燃烧效率。

四、燃烧优化技术

（一）分层燃烧技术

1.操作步骤

(1)进气时将空气分为浓区和稀区。

(2)浓区直接点火，稀区延迟燃烧。

(3)通过废气再循环（EGR）调节空燃比。

2.技术优势

-燃油消耗率降低10-15%。

-氮氧化物（NOx）排放减少20-30%。

（二）稀薄燃烧技术

1.实现条件

-空燃比大于14.7（理论空燃比）。

-需要三效催化转化器（TWC）辅助净化。

2.应用案例

-日产DirectInjection（DI）发动机稀薄燃烧效率达35-40%。

（三）缸内直喷技术

1.工作流程

(1)喷油嘴在压缩冲程后期喷射燃料。

(2)形成层状或混合气燃烧。

(3)通过可变喷射策略优化燃烧。

2.性能指标

-燃油利用率提升8-12%。

-热效率提高5-7%。

五、结论

发动机燃烧机制研究涉及多物理场耦合分析，包括热力学、流体力学和化学反应动力学。现代燃烧优化技术通过精确控制混合气形成、点火时序和燃烧室结构，显著提升了发动机性能和环保性。未来研究方向包括人工智能辅助燃烧参数优化、多维度燃烧诊断技术等。

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一、引言

发动机燃烧机制是内燃机性能、效率和排放控制的核心研究内容。本总结从燃烧过程基本原理、影响因素及优化方法三个方面，系统梳理了发动机燃烧机制的关键理论和技术要点，旨在为相关领域的研究和实践提供参考。深入理解燃烧机制有助于识别性能瓶颈、开发新型燃烧技术和制定高效的排放控制策略。

二、发动机燃烧过程基本原理

（一）燃烧过程阶段划分

1.预混合燃烧阶段

-燃料与空气在进气冲程中混合，形成可燃混合气。混合方式包括缸外混合（化油器、进气道喷射）和缸内混合（直喷）。混合气的均匀性和成分直接影响后续燃烧。

-点火后，混合气迅速燃烧并释放热量。燃烧初期以火焰前锋面传播为主，热量导致周围未燃混合气温度升高并持续燃烧。此阶段释放的主要是化学能转化为热能。

2.扩散燃烧阶段

-燃料在高温气缸内逐渐与空气混合并燃烧。此过程主要发生在火焰前锋附近区域，燃料分子扩散到氧气中并发生化学反应。对于扩散燃烧为主的发动机（如柴油机），此阶段持续时间较长。

-此阶段燃烧速度受扩散速率限制，通常较慢，且放热率沿气缸轴向分布不均，可能导致局部过热或燃烧不充分。

3.后燃阶段

-燃烧未完全的燃料在排气冲程继续燃烧。主要原因包括：燃烧温度过高导致部分燃料分解后燃烧、火焰前锋未能完全扫过所有可燃混合气、燃烧室几何形状不利于火焰传播等。

-后燃导致的有效功减少，排气温度升高，并增加碳烟和某些有害成分的排放。控制后燃是提高发动机效率的关键。

（二）关键燃烧现象

1.燃烧速度

-燃烧速度（火焰传播速度）是衡量燃烧过程快慢的核心指标，直接影响发动机功率和扭矩。燃烧速度分为层流燃烧速度和湍流燃烧速度。

-影响因素：

-混合气浓度：理论空燃比附近燃烧速度最快，过浓或过稀都会降低速度。

-点火能量：能量不足导致点火延迟，速度减慢。

-温度：温度越高，化学反应速率越快，燃烧速度越快。

-燃烧室几何形状：影响混合气流动和火焰传播路径。

-示例数据：汽油机在典型工况下，层流燃烧速度约0.3-0.5m/s，而湍流燃烧速度可达10m/s甚至更高，后者对燃烧过程的控制更为关键。

2.燃烧温度分布

-燃烧过程中，气缸内温度分布极不均匀。燃烧核心区域（火焰前锋附近）温度最高，可达1800-2200K甚至更高，足以引发部分氮氧化物（NOx）的生成。

-燃烧室壁面和活塞顶部温度通常较低（约1000K以下），存在明显的温度梯度。这种梯度导致热量从高温区向低温区传递，影响燃烧效率。通过优化燃烧室形状和材料，可以改善温度分布。

三、影响燃烧机制的主要因素

（一）进气混合方式

1.化油器式

-通过浮子室维持燃油液位，节气门控制空气流量，两者比例决定混合气浓度。结构简单，但难以实现精确控制，尤其在宽转速和负荷范围内。

-优点：低速稳定性好，结构成本较低。

-缺点：油耗高，排放控制难度大，已逐渐被淘汰。

2.电喷式（电子燃油喷射系统）

-通过电磁喷油嘴精确控制燃油喷射的时间、压力和量。系统包括传感器（进气量、曲轴转速等）、ECU（发动机控制单元）和执行器（喷油嘴）。

-电子控制喷油嘴可实现多种喷射策略：

-缸内直喷（DI）：在压缩冲程后期或做功冲程初期喷射燃油，形成更均匀或分层混合气。

-进气道喷射（PFI）：在进气歧管中喷射燃油，与空气混合后进入气缸。

-可调参数包括：喷射压力（从低压力的30-50kPa到高压的500-1000kPa不等）、喷射时序（缸上止点前、缸下止点前等）、喷射次数（单次、多次喷射）。

-电喷系统显著提高了混合气控制的精度，是实现分层燃烧、稀薄燃烧和缸内直喷等先进燃烧技术的基础。

（二）点火系统特性

1.点火能量调节

-点火能量由点火线圈产生，通常以电压峰值（kV）和点火电流（A）来衡量。标准点火能量范围较宽，如5-15kV，具体值取决于发动机类型、燃油和工况。

-点火能量影响点火效率和火焰内核（Kernel）的形成速度。足够的能量能快速形成强火焰内核，缩短着火延迟期，从而：

-缩短燃烧持续时间，提高做功效率。

-避免火焰碎裂，确保稳定燃烧。

-降低后燃。

-调节方法：通过ECU根据传感器信号（转速、负荷等）动态调整点火线圈输出电压或电流。

2.点火提前角优化

-点火提前角是指火花塞跳火时刻相对于活塞到达上止点（TDC）的角度。最佳点火提前角是使发动机在每个工况下都能获得最佳性能（扭矩、功率、燃油经济性）和排放的火花塞点火时刻。

-最佳点火提前角受多种因素影响，变化范围很大：

-转速：转速越高，活塞运动越快，为燃烧和气体膨胀留出的时间越短，需要更早点火。

-负荷：负荷越大，气缸内压力和温度越高，燃烧速度越快，需要适当延迟点火；负荷越小，则相反。

-燃油类型：不同燃油的抗爆性不同，影响燃烧速度和最高燃烧温度，需调整点火提前角。

-冷启动/热机状态：温度影响燃烧速率，需调整。

-实际应用中，ECU通过采集多种传感器信号（如爆震传感器、氧传感器、进气压力传感器等），利用预设的点火提前角Map（查找表）或闭环控制算法（如基于爆震闭环控制）实时计算并确定最佳点火提前角。示例：汽油机在怠速工况（约600-1000rpm）时，最佳点火提前角通常在10°-15°ATDC（上止点后）；在全负荷高转速工况（如4000rpm）时，可能需要提前到30°-45°ATDC甚至更高。

（三）燃烧室结构设计

1.燃烧室形状影响

-燃烧室是燃烧过程的容器，其形状直接影响混合气形成、气流组织和火焰传播。

-常见形状：

-浴盆式（Pentroof）：结构紧凑，顶部平坦或略凹，油膜易形成并铺展，燃烧均匀。油膜覆盖面积可达60%-80%。适合分层燃烧和部分预混燃烧。

-涡轮（Swirl）燃烧室：具有中心旋流道，进气时形成强烈旋转气流。混合气在离心力作用下分布更均匀，火焰传播路径短（约30mm-50mm），燃烧速度快。适合稀薄燃烧和直喷发动机。

-气泡（Bubble）燃烧室：结构类似涡轮燃烧室，但旋流产生方式不同。顶部有凹坑，压缩冲程末期形成气泡向上运动，促进混合。

-选择原则：需综合考虑发动机类型（汽油/柴油）、转速范围、功率需求、排放目标和制造成本。

2.燃烧室表面粗糙度

-燃烧室壁面（活塞顶、气缸盖）的表面粗糙度会影响传热和混合气流动。

-光滑表面：传热相对均匀，有利于控制燃烧温度和速度，但可能不利于油膜附着。

-粗糙表面：可以增加气体与壁面的摩擦，减缓火焰向壁面传播的速度，减少热量损失，提高燃烧效率。通过特定纹理设计（如凹坑、条纹），还可以引导气流，改善混合气分布。粗糙度通常在0.1μm-10μm范围内控制。

四、燃烧优化技术

（一）分层燃烧技术

1.操作步骤

(1)进气混合策略：在进气冲程中，通过可变气门正时、可变气门升程或特殊进气道设计，将新鲜空气分为浓度较高的区域（浓区）和浓度较低的稀区（稀区）。对于直喷发动机，燃油直接喷射到特定区域（如火花塞附近为浓区，缸壁附近为稀区）。

(2)精准点火控制：在火花塞附近或浓区进行早期点火，使该区域混合气首先燃烧并形成火焰核心。

(3)火焰传播与混合：火焰核心依靠自身热量和压力向周围稀区传播，同时稀区空气与火焰前锋接触后被加热并参与燃烧。通过废气再循环（EGR）系统，将部分高温废气混入新鲜进气，进一步降低燃烧温度，控制NOx生成，并促进燃料在稀区的混合与燃烧。

2.技术优势

-提高燃油效率：通过将空燃比控制在化学计量比附近（稀燃）的大部分区域，同时保证局部浓混合气完全燃烧，避免了传统浓混合气燃烧的大量未燃碳氢化合物（HC）和一氧化碳（CO）生成，热效率可提高10%-15%。

-降低排放：稀燃区域主要生成水（H2O）和二氧化碳（CO2），HC和CO排放大幅减少。虽然NOx生成可能增加，但通过EGR等后处理技术可以将其控制在较低水平。

-适用范围广：适用于中低速、中低负荷工况，是现代汽油机提高经济性和环保性的重要技术。

（二）稀薄燃烧技术

1.实现条件

-高空燃比：空燃比远高于理论空燃比（汽油机通常大于14.7:1，甚至可达50:1或更高），此时空气量远超燃料完全燃烧所需的量。

-精确控制：需要极高的进气管理和燃油喷射控制精度，以保证混合气的均匀性。

-高效点火：由于混合气极稀，着火延迟期显著增长，需要能量足够且时机精确的点火来启动燃烧。

-先进后处理技术：稀薄燃烧产生的氮氧化物（NOx）排放量较高，必须配备高效的三效催化转化器（TWC），以将NOx、HC和CO同时转化为无害气体（N2、H2O、CO2）。

2.应用案例

-大众汽车集团采用的米勒（Miller）循环结合缸内直喷技术，实现了高效的稀薄燃烧，燃油效率提升显著。

-本田的VVT-i（可变气门正时与升程系统）配合缸内直喷，优化了稀薄燃烧下的混合气形成和燃烧效率，曾在多个车型上成功应用。

-稀薄燃烧技术使得汽油机的热效率可以达到35%-40%的水平。

（三）缸内直喷（DirectInjection,DI）技术

1.工作流程

(1)高压燃油泵：将燃油加压至300-1000bar（取决于系统类型）。

(2)喷油嘴设计：采用多孔、轴针式或孔式喷油嘴，喷孔直径通常在0.1mm-0.4mm。喷孔位置和方向经过精心设计，以适应特定的燃烧室形状和混合气形成需求。

(3)精准喷射时序与策略：

-早喷（EarlySpray）：在压缩冲程中后期喷射燃油，用于形成稳定的稀薄混合气或为分层燃烧做准备。此时缸内温度和压力相对较低，有利于混合气的均匀分布。

-晚喷（LateSpray）：在压缩冲程接近上止点或做功冲程初期喷射，燃油被压缩和加热后喷入，主要用于快速形成浓混合气核心，实现快速燃烧或稀燃稳定着火。

-多次喷射（MultipleSprays）：在一次进气或做功过程中进行两次或更多次喷射，可以更精细地控制混合气浓度和成分，适应不同工况需求。

(4)混合气形成：喷射的燃油在缸内高温高压环境下雾化、蒸发并与空气混合。混合方式可以是：

-层状燃烧：燃油形成较薄的膜或层，与空气呈分层分布。

-混合气燃烧：燃油与空气混合较均匀，形成可燃混合气。

2.性能指标

-燃油利用率提升：通过精确控制混合气形成，减少了进气损失和未燃燃料，燃油消耗率可提升8%-12%。

-热效率提高：优化的燃烧过程使得更多化学能转化为有效功，热效率可提高5%-7%。

-扭矩改善：尤其在低转速时，直喷发动机由于燃烧更集中，扭矩响应更好。

-排放控制：虽然NOx可能增加，但配合稀薄燃烧和EGR技术，整体排放仍能有效控制。同时，由于燃烧更充分，HC和CO排放也降低。

五、结论

发动机燃烧机制研究涉及多物理场耦合分析，包括热力学、流体力学和化学反应动力学。燃烧过程的复杂性要求研究者综合运用实验、计算流体动力学（CFD）和热力学模型（如KIVA）等方法进行模拟和分析。

现代燃烧优化技术通过精确控制混合气形成（如缸内直喷、可变进气）、点火时序（如可变点火提前角、多次点火）和燃烧室结构（如先进燃烧室设计、表面纹理），显著提升了发动机的性能（功率、扭矩）、燃油经济性和环保性（排放降低）。未来研究方向包括：

-人工智能与机器学习：利用AI进行燃烧过程的实时诊断、预测和自适应控制，实现更精细化的燃烧管理。

-多维度燃烧诊断：发展更高分辨率、多维度的传感器技术（如激光诱导荧光、高速摄像），获取更全面的燃烧信息。

-替代燃料适应性：研究不同类型替代燃料（如乙醇、氢气、合成燃料）的燃烧特性及优化策略。

-低热损失燃烧技术：进一步研究减少燃烧过程中向气缸壁面的热量损失，提高热效率。

-碳中和技术：探索燃烧过程中的碳捕获或利用途径，助力实现可持续发展目标。

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一、引言

发动机燃烧机制是内燃机性能、效率和排放控制的核心研究内容。本总结从燃烧过程基本原理、影响因素及优化方法三个方面，系统梳理了发动机燃烧机制的关键理论和技术要点，旨在为相关领域的研究和实践提供参考。

二、发动机燃烧过程基本原理

（一）燃烧过程阶段划分

1.预混合燃烧阶段

-燃料与空气在进气冲程中混合，形成可燃混合气。

-点火后，混合气迅速燃烧并释放热量。

2.扩散燃烧阶段

-燃料在高温气缸内逐渐与空气混合并燃烧。

-此阶段燃烧速度受扩散速率限制。

3.后燃阶段

-燃烧未完全的燃料在排气冲程继续燃烧。

-导致能量损失和排放增加。

（二）关键燃烧现象

1.燃烧速度

-影响因素：混合气浓度、点火能量、温度等。

-示例数据：汽油机层流燃烧速度约0.3-0.5m/s，湍流燃烧可达10m/s。

2.燃烧温度分布

-气缸中心区域温度可达1800-2200K。

-燃烧室壁面温度通常低于1000K。

三、影响燃烧机制的主要因素

（一）进气混合方式

1.化油器式

-通过浮子室和节气门控制混合气浓度。

-不适用于高速、高精度燃烧控制。

2.电喷式

-电子控制喷油嘴实现精确混合气分配。

-可调参数包括喷射压力、喷射时序等。

（二）点火系统特性

1.点火能量调节

-标准点火能量范围：5-15kV。

-高能量点火可缩短燃烧时间，降低后燃。

2.点火提前角优化

-最佳点火提前角受转速、负荷影响。

-示例：汽油机怠速工况提前角约10°ATDC，全负荷时约30°ATDC。

（三）燃烧室结构设计

1.燃烧室形状影响

-浴盆式燃烧室：油膜覆盖面积可达60-80%。

-涡轮燃烧室：火焰传播路径约30-50mm。

2.燃烧室表面粗糙度

-光滑表面可减少传热损失，提高燃烧效率。

四、燃烧优化技术

（一）分层燃烧技术

1.操作步骤

(1)进气时将空气分为浓区和稀区。

(2)浓区直接点火，稀区延迟燃烧。

(3)通过废气再循环（EGR）调节空燃比。

2.技术优势

-燃油消耗率降低10-15%。

-氮氧化物（NOx）排放减少20-30%。

（二）稀薄燃烧技术

1.实现条件

-空燃比大于14.7（理论空燃比）。

-需要三效催化转化器（TWC）辅助净化。

2.应用案例

-日产DirectInjection（DI）发动机稀薄燃烧效率达35-40%。

（三）缸内直喷技术

1.工作流程

(1)喷油嘴在压缩冲程后期喷射燃料。

(2)形成层状或混合气燃烧。

(3)通过可变喷射策略优化燃烧。

2.性能指标

-燃油利用率提升8-12%。

-热效率提高5-7%。

五、结论

发动机燃烧机制研究涉及多物理场耦合分析，包括热力学、流体力学和化学反应动力学。现代燃烧优化技术通过精确控制混合气形成、点火时序和燃烧室结构，显著提升了发动机性能和环保性。未来研究方向包括人工智能辅助燃烧参数优化、多维度燃烧诊断技术等。

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一、引言

发动机燃烧机制是内燃机性能、效率和排放控制的核心研究内容。本总结从燃烧过程基本原理、影响因素及优化方法三个方面，系统梳理了发动机燃烧机制的关键理论和技术要点，旨在为相关领域的研究和实践提供参考。深入理解燃烧机制有助于识别性能瓶颈、开发新型燃烧技术和制定高效的排放控制策略。

二、发动机燃烧过程基本原理

（一）燃烧过程阶段划分

1.预混合燃烧阶段

-燃料与空气在进气冲程中混合，形成可燃混合气。混合方式包括缸外混合（化油器、进气道喷射）和缸内混合（直喷）。混合气的均匀性和成分直接影响后续燃烧。

-点火后，混合气迅速燃烧并释放热量。燃烧初期以火焰前锋面传播为主，热量导致周围未燃混合气温度升高并持续燃烧。此阶段释放的主要是化学能转化为热能。

2.扩散燃烧阶段

-燃料在高温气缸内逐渐与空气混合并燃烧。此过程主要发生在火焰前锋附近区域，燃料分子扩散到氧气中并发生化学反应。对于扩散燃烧为主的发动机（如柴油机），此阶段持续时间较长。

-此阶段燃烧速度受扩散速率限制，通常较慢，且放热率沿气缸轴向分布不均，可能导致局部过热或燃烧不充分。

3.后燃阶段

-燃烧未完全的燃料在排气冲程继续燃烧。主要原因包括：燃烧温度过高导致部分燃料分解后燃烧、火焰前锋未能完全扫过所有可燃混合气、燃烧室几何形状不利于火焰传播等。

-后燃导致的有效功减少，排气温度升高，并增加碳烟和某些有害成分的排放。控制后燃是提高发动机效率的关键。

（二）关键燃烧现象

1.燃烧速度

-燃烧速度（火焰传播速度）是衡量燃烧过程快慢的核心指标，直接影响发动机功率和扭矩。燃烧速度分为层流燃烧速度和湍流燃烧速度。

-影响因素：

-混合气浓度：理论空燃比附近燃烧速度最快，过浓或过稀都会降低速度。

-点火能量：能量不足导致点火延迟，速度减慢。

-温度：温度越高，化学反应速率越快，燃烧速度越快。

-燃烧室几何形状：影响混合气流动和火焰传播路径。

-示例数据：汽油机在典型工况下，层流燃烧速度约0.3-0.5m/s，而湍流燃烧速度可达10m/s甚至更高，后者对燃烧过程的控制更为关键。

2.燃烧温度分布

-燃烧过程中，气缸内温度分布极不均匀。燃烧核心区域（火焰前锋附近）温度最高，可达1800-2200K甚至更高，足以引发部分氮氧化物（NOx）的生成。

-燃烧室壁面和活塞顶部温度通常较低（约1000K以下），存在明显的温度梯度。这种梯度导致热量从高温区向低温区传递，影响燃烧效率。通过优化燃烧室形状和材料，可以改善温度分布。

三、影响燃烧机制的主要因素

（一）进气混合方式

1.化油器式

-通过浮子室维持燃油液位，节气门控制空气流量，两者比例决定混合气浓度。结构简单，但难以实现精确控制，尤其在宽转速和负荷范围内。

-优点：低速稳定性好，结构成本较低。

-缺点：油耗高，排放控制难度大，已逐渐被淘汰。

2.电喷式（电子燃油喷射系统）

-通过电磁喷油嘴精确控制燃油喷射的时间、压力和量。系统包括传感器（进气量、曲轴转速等）、ECU（发动机控制单元）和执行器（喷油嘴）。

-电子控制喷油嘴可实现多种喷射策略：

-缸内直喷（DI）：在压缩冲程后期或做功冲程初期喷射燃油，形成更均匀或分层混合气。

-进气道喷射（PFI）：在进气歧管中喷射燃油，与空气混合后进入气缸。

-可调参数包括：喷射压力（从低压力的30-50kPa到高压的500-1000kPa不等）、喷射时序（缸上止点前、缸下止点前等）、喷射次数（单次、多次喷射）。

-电喷系统显著提高了混合气控制的精度，是实现分层燃烧、稀薄燃烧和缸内直喷等先进燃烧技术的基础。

（二）点火系统特性

1.点火能量调节

-点火能量由点火线圈产生，通常以电压峰值（kV）和点火电流（A）来衡量。标准点火能量范围较宽，如5-15kV，具体值取决于发动机类型、燃油和工况。

-点火能量影响点火效率和火焰内核（Kernel）的形成速度。足够的能量能快速形成强火焰内核，缩短着火延迟期，从而：

-缩短燃烧持续时间，提高做功效率。

-避免火焰碎裂，确保稳定燃烧。

-降低后燃。

-调节方法：通过ECU根据传感器信号（转速、负荷等）动态调整点火线圈输出电压或电流。

2.点火提前角优化

-点火提前角是指火花塞跳火时刻相对于活塞到达上止点（TDC）的角度。最佳点火提前角是使发动机在每个工况下都能获得最佳性能（扭矩、功率、燃油经济性）和排放的火花塞点火时刻。

-最佳点火提前角受多种因素影响，变化范围很大：

-转速：转速越高，活塞运动越快，为燃烧和气体膨胀留出的时间越短，需要更早点火。

-负荷：负荷越大，气缸内压力和温度越高，燃烧速度越快，需要适当延迟点火；负荷越小，则相反。

-燃油类型：不同燃油的抗爆性不同，影响燃烧速度和最高燃烧温度，需调整点火提前角。

-冷启动/热机状态：温度影响燃烧速率，需调整。

-实际应用中，ECU通过采集多种传感器信号（如爆震传感器、氧传感器、进气压力传感器等），利用预设的点火提前角Map（查找表）或闭环控制算法（如基于爆震闭环控制）实时计算并确定最佳点火提前角。示例：汽油机在怠速工况（约600-1000rpm）时，最佳点火提前角通常在10°-15°ATDC（上止点后）；在全负荷高转速工况（如4000rpm）时，可能需要提前到30°-45°ATDC甚至更高。

（三）燃烧室结构设计

1.燃烧室形状影响

-燃烧室是燃烧过程的容器，其形状直接影响混合气形成、气流组织和火焰传播。

-常见形状：

-浴盆式（Pentroof）：结构紧凑，顶部平坦或略凹，油膜易形成并铺展，燃烧均匀。油膜覆盖面积可达60%-80%。适合分层燃烧和部分预混燃烧。

-涡轮（Swirl）燃烧室：具有中心旋流道，进气时形成强烈旋转气流。混合气在离心力作用下分布更均匀，火焰传播路径短（约30mm-50mm），燃烧速度快。适合稀薄燃烧和直喷发动机。

-气泡（Bubble）燃烧室：结构类似涡轮燃烧室，但旋流产生方式不同。顶部有凹坑，压缩冲程末期形成气泡向上运动，促进混合。

-选择原则：需综合考虑发动机类型（汽油/柴油）、转速范围、功率需求、排放目标和制造成本。

2.燃烧室表面粗糙度

-燃烧室壁面（活塞顶、气缸盖）的表面粗糙度会影响传热和混合气流动。

-光滑表面：传热相对均匀，有利于控制燃烧温度和速度，但可能不利于油膜附着。

-粗糙表面：可以增加气体与壁面的摩擦，减缓火焰向壁面传播的速度，减少热量损失，提高燃烧效率。通过特定纹理设计（如凹坑、条纹），还可以引导气流，改善混合气分布。粗糙度通常在0.1μm-10μm范围内控制。

四、燃烧优化技术

（一）分层燃烧技术

1.操作步骤

(1)进气混合策略：在进气冲程中，通过可变气门正时、可变气门升程或特殊进气道设计，将新鲜空气分为浓度较高的区域（浓区）和浓度较低的稀区（稀区）。对于直喷发动机，燃油直接喷射到特定区域（如火花塞附近为浓区，缸壁附近为稀区）。

(2)精准点火控制：在火花塞附近或浓区进行早期点火，使该区域混合气首先燃烧并形成火焰核心。

(3)火焰传播与混合：火焰核心依靠自身热量和压力向周围稀区传播，同时稀区空气与火焰前锋接触后被加热并参与燃烧。通过废气再循环（EGR）系统，将部分高温废气混入新鲜进气，进一步降低燃烧温度，控制NOx生成，并促进燃料在稀区的混合与燃烧。

2.技术优势

-提高燃油效率：通过将空燃比控制在化学计量比附近（稀燃）的大部分区域，同时保证局部浓混合气完全燃烧，避免了传统浓混合气燃烧的大量未燃碳氢化合物（HC）和一氧化碳（CO）生成，热效率可提高10%-15%。

-降低排放：稀燃区域主要生成水（H2O）和二氧化碳（CO2），HC和CO排放大幅减少。虽然NOx生成可能增加，但通过EGR等后处理技术可以将其控制在较低水平。

-适用范围广：适用于中低速、中低负荷工况，是现代汽油机提高经济性和环保性的重要技术。

（二）稀薄燃烧技术

1.实现条件

-高空燃比：空燃比远高于理论空燃比（汽油机通常大于14.7:1，甚至可达50:1或更高），此时空气量远超燃料完全燃烧所需的量。

-精确控制：需要极高的进气管理和燃油喷射控制精度，以保证混合气的均匀性。

-高效点火：由于混合气极稀，着火延迟期显著增长，需要能量足够且时机精确的点火来启动燃烧。

-先进后处理技术：稀薄燃烧产生的氮氧化物（NOx）排放量较高，必须配备高效的三效催化转化器（TWC），以将NOx、HC和CO同时转化为无害气体（N2、H2O、CO2）。

2.应用案例

-大众汽车集团采用的米勒（Miller）循环结合缸内直喷技术，实现了高效的稀薄燃烧，燃油效率提升显著。

-本田的VVT-i（可变气门正时与升程系统）配合缸内直喷，