第六章-汽油机混合气形成与燃烧

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