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文档简介
1、1,第六章 汽油机混合气的形成和燃烧,本章要求: 了解:汽油机有害排放物的生成机理与控制,汽油机燃烧室。 理解:汽油机混合气的形成与燃烧,影响燃烧的因素和措施。 掌握:爆燃和表面点火形成原因与控制措施。,2,第1节 汽油机的燃烧过程,包括:着火落后期、明显燃烧期和后燃期三个阶段。,一、正常燃烧过程,1、着火落后期(1-2),从火花塞点火到火核中心形成开始燃烧(压力线明显脱离纯压缩线而急剧升高)。,汽油机正常燃烧过程,影响因素:,混合气浓度、气体温度与压力、点火能量、残余废气系数、气流运动等。,*思考:一般希望着火落后期越短越好,为什么?,3,汽油机正常燃烧过程,2、明显燃烧期( 2-3),从开
2、始燃烧到压力达到最高点(通常也是温度最高点)。,特点:,1、火焰以球面火焰层的形式向周围传播,迅速烧遍整个燃烧室,此球面称为火焰前锋。,2、约80%的燃料在上止点附近燃烧放热,故压力、温度迅速升高。,(最高压力3-8MPa,最高温度2200-2800K),故也称为火焰传播阶段(30-70m/s)。,*思考:汽油机最高温度与压力比柴油机高,为什么NOx排放反而低?,4,汽油机正常燃烧过程,压力升高率对发动机性能的影响:,越大,动力性与经济性越好;,但振动与噪音大,NOx排放增加。,最高压力点3的位置对发动机性能的影响:,推迟,动力性、经济性差,提前,压缩负功增加, 、 与 增大。,最高压力点的位
3、置通常由点火提前角来调整。,(一般要求不超过0.175-0.25MPa),(通常出现在上止点后12-15CA),5,汽油机正常燃烧过程,3、后烧期(2-3),从压力最高点到燃料基本燃烧完全。,特点:,1、燃烧速度低;,2、活塞已下行,作功效率低且散热损失大;,3、除未燃燃料参与燃烧外,一些中间产物(CH、CO等)将进一步氧化燃烧;,要尽量缩短后燃期,6,二、不规则燃烧,定义:,发动机稳定运转情况下,各气缸间的燃烧差异和各循环间的燃烧变动,某种程度上属正常情况。,1、循环变动(汽油机特有的燃烧现象),危害:,1、由于存在循环变动,故无法精确控制每循环的最佳点火提前角,从而影响发动机各项性能的提升
4、。,消除循环变动后,可降低燃油消耗10%-15%。,7,2、严重时会导致低速(怠速)失火率的增加,使发动机运转不稳定(稀薄燃烧时尤为严重)。,循环变动产生的原因:,1、火花塞附近气体成分的变化,2、气流强弱(紊流,尤其火花塞附近),(影响落后期的长短),(影响火核中心的形成与火焰传播轨迹),8,改善循环变动的措施:,1、采用0.8-1.0的过量空气系数;,2、适当组织进气运动,改善混合气均匀性,加快火焰传播速度,并可扫除火花塞附近的残余废气;,(但不可过强,否则会吹散火核),汽油机进气气流的组织,3、采用多点点火;,双火花塞点火,4、采用大的火花塞间隙和点火能量;,使火核远离壁面和电极,9,2
5、、各缸工作不均匀,产生的原因:,1、各缸充量不均匀,2、各缸混合气成分不均匀,改善措施:,1、进气支管均匀配置(长度、大小、进气阻力),2、采用多点喷射或缸内直喷,10,三、不正常燃烧,火花塞点火后,火焰前锋未达区域由于先期发应速度加快,而引发自燃的一种现象(多点同时自然着火)。,1、爆燃(爆震)(敲缸),定义:,*思考:同样是多点自燃,为什么柴油机不会出现爆燃?,11,现象与危害:,1)局部压力、温度迅速升高,形成激波,撞击燃烧室壁面,发出敲缸声(高频振荡,频率5000次/s)。,2)零件的冲击载荷增大;,3)激波会破坏缸壁上的油膜和激冷层,导致磨损加剧、热负荷严重;,4)动力性与经济性明显
6、降低。,爆燃时气缸压力变化,5)排放变差,积碳增多。,冷却水和壁面气体附着层的作用,维持壁面200-300的温度。,12,影响暴燃的因素:,1)燃料性质(辛烷值的大小),2)使用因素:,(1)发动机转速,转速,进气速度,紊流强度,燃烧速度,爆燃倾向。,(2)废气残余系数,废气残余系,混合气自燃温度,爆燃倾向,(3)混合气浓度(过量空气系数0.8-0.9时,爆燃倾向大),(4)点火提前角,点火提前角,最高爆发压力和温度,爆燃倾向,13,(4)燃烧室积碳,形成炽热物并使散热不良,使终端混合气加热,爆燃倾向增大。,3)结构因素:,(1)压缩比,压缩比,压缩终了温度和压力速度,爆燃倾向 。,(2)火花
7、塞位置、燃烧室结构与气缸直径大小(影响火焰传播距离),(5)发动机负荷,负荷,缸内温度和压力,爆燃倾向。,14,凡不依靠火花塞点火而由燃烧室内炽热表面(火花塞电极、排气门、积碳等)点燃混合气的现象。,2、表面点火,定义:,分类,非爆燃性表面点火,爆燃性表面点火,早火或早燃,后火或后燃,1)后火:,火花塞点火之后,炽热表面点燃混合气(通常炽热表面温度较低,与爆燃不同的是,其火焰以正常速度向外传播)。,后火通常对发动机影响不大。,15,2)早火:,火花塞点火之前,炽热表面点燃混合气(炽热点温度较高,通常由于发动机长时间高速、大负荷运行所至)。,早火的危害:,(1)压缩负功增大(单缸机甚至引起停车)
8、;,(2)压力升高率大,工作粗暴,机械负荷与热负荷严重,且易促进更多炽热点的形成;,(3)会促进爆燃的产生(与爆燃为相互促进的关系);,3)表面点火与爆燃的区别,一个是自燃,有激波和清脆的敲缸声,一个是炽热表面点燃,无激波,敲缸声沉闷。,16,影响暴燃的因素与防止措施:,凡是能使缸内的T、P降低、减少气缸积碳的因素,都可预防热面点火 (1)选用低沸点汽油和成胶性小的机油; (2)在燃料中加抑制热面点火的添加剂(如磷化物); (3)适当降低压缩比(8.5以下); (4)避免长时间低负荷运行和频繁减速运行。,17,第2节 电控汽油喷射系统简介,1、功率混合气(13.514),一、空燃比对发动机性能
9、的影响,属于浓混合气,输出功率大,但燃烧温度高,CO和HC排放大。,2、经济混合气(166000r/min)。,结构特点:,结构紧凑(F/V小),火焰传播距离最短; 气门倾斜布置,气道弯道小。,48,三、稀薄燃烧与缸内直喷,传统汽油机的充量特点:,(2)节气门 “量调节”法控制充量,泵气损失大;,缸外混合,均质充量,空燃比范围小(12.6-17)。,(1)爆燃倾向大,故压缩比小,热效率低;,传统汽油机的缺点:,(3)a=1的闭环控制,NOx排放高。,稀薄燃烧:,是指在空燃比17的情况下的正常燃烧。,稀燃种类,非直喷稀燃,缸内直喷稀燃(2550),均质稀燃(20),分层稀燃(2025),49,可
10、见,与常规汽油机相比,稀燃具有更好的燃油经济性和低排放性。,50,缩短火焰传播距离,可推迟点火和增大压缩比,提高点火时混合气温度与压强,改善着火性。,(1)双火花塞燃烧室:,原理:,双火花塞燃烧室,火花塞,1、均质稀燃(20),利用压缩涡流(预燃室与通道)对火花塞间隙扫气,促进点火和燃烧。,(2)TGP燃烧室:,TGP燃烧室,原理:,51,52,利用进气涡流对混合气进行分层,确保火花塞附近为较易着火的浓混合气。,(1)轴向分层燃烧系统:,工作原理:,2、分层稀燃(205Mp),实现分层稀烧;,3、部分负荷采用分层稀燃,满负荷采用均质燃烧,满足低油耗、低排放和高动力的需求;,4、HC排放较高,而
11、三元催化剂开发难度大,喷油器设计制造复杂,成本高。,56,(1)三菱GDI直喷系统:,工作原理:,a、小负荷,只在压缩终了时喷油,实现分层超稀薄燃烧。,小负荷时工作过程,57,采用两段混合分层燃烧(在进气和压缩过程中进行两次喷油)。,b、中等负荷,中等负荷时工作过程,只在进气过程中进行喷油,实现均质燃烧。,c、满负荷,满负荷时工作过程,58,(2)大众FSI直喷系统:,工作原理:,a、部分负荷,采用两段混合,实现分层稀燃。,部分负荷时工作原理,b、满负荷,只在进气过程中喷油,实现均质燃烧。,满负荷时工作原理,59,(3)本田CIVIC直喷系统:,喷油器,火花塞,活塞,工作原理:,中、小负荷时,在压缩终了时喷射,确保火花塞附近混合气较浓;满负荷时,在进气过程中喷射。,60,本田CIVIC直喷发动机 部分负荷工作视频,本田CI
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