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文檔簡介
1、內(nèi)燃機(jī)原理內(nèi)燃機(jī)原理燃料與燃燒2可燃混合氣的著火與著火理論內(nèi)燃機(jī)的燃燒是周期性、非穩(wěn)定、高速燃燒過程,著火特性對燃燒過程至關(guān)重要。2個(gè)著火理論:熱著火(早期)、鏈?zhǔn)椒磻?yīng)著火(30年代)3456研究表明,烴類燃料在高溫和低溫條件下呈現(xiàn)不同的著火特性低溫多階段(473600k)高溫單階段(9001200k)78氣相燃燒的分類 擴(kuò)散燃燒:著火前燃料氣體或蒸氣與空氣是相互分開的,著火后邊蒸發(fā)邊與空氣混合燃燒.燃燒速度取決于混合速度(混合氣形成的影響極大);a=1.2-6.8,穩(wěn)定稀燃;濃度和溫度分布不均勻,易產(chǎn)生碳煙;有焰燃燒,黃或白色強(qiáng)烈輻射光;無回火可能。 預(yù)混合燃燒:著火前燃料氣體或蒸氣與空氣已
2、按一事實(shí)上比例形成混合氣燃燒速度取決于化學(xué)反應(yīng)速度(混合氣形成影響不大) ; a=0.8-1.2,難以稀燃;濃度和溫度分布均勻,不易產(chǎn)生碳煙;無焰燃燒,均勻透明的藍(lán)色火焰;有回火可能。擴(kuò)散燃燒的高速攝影擴(kuò)散燃燒的高速攝影預(yù)混合氣中的火焰?zhèn)鞑セ鹧鎮(zhèn)鞑ニ俣?火焰前鋒面在法線方向相對未燃混合氣的移動速度.火焰前鋒面很薄,厚度=0.11mmmm;劇烈的化學(xué)反應(yīng)(9095%的化學(xué)能在前鋒面上釋放);極大的溫度和濃度梯度。影響火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊闹饕蛩鼗旌蠚鉂舛热剂咸匦詮U氣濃度混合氣溫度.混合氣運(yùn)動狀態(tài)層流( Re2300 )前鋒面薄且圓滑,VL 1 m/s (或或1.8) 紊(湍)流( Re=2300 60
3、00)前鋒面變厚,出現(xiàn)皺折出現(xiàn)皺折VT , VT Re0.5強(qiáng)湍流( Re6000 )嚴(yán)重皺折,其后有未燃區(qū)其后有未燃區(qū),VT , VT Re層流火焰?zhèn)鞑ニ俣冗^慢實(shí)際發(fā)動機(jī)中的火焰?zhèn)鞑ナ俏闪骰鹧妫惶岣呶?湍)流程度,改善汽油機(jī)燃燒。液體燃料的霧化及擴(kuò)散燃燒噴霧過程分為液柱階段和分裂霧化階段噴霧特性(空間特性):貫穿距離、噴霧錐角、噴霧粒徑貫穿率:噴油持續(xù)期內(nèi)的貫穿距離與噴孔至壁面的距離之比。靜止空氣,1;強(qiáng)渦流, 1;撞擊噴霧, 1噴霧錐角過大,貫穿距離減?。贿^小,霧化程度變差平均粒徑、索特粒徑、粒徑分布1細(xì)且勻;2不勻;3粗而勻;燃燒過程的研究手段:示功圖(p-v、p-)燃燒放熱速率燃燒放熱
4、速率單位時(shí)間(或單位曲軸單位時(shí)間(或單位曲軸轉(zhuǎn)角)的燃燒放熱量轉(zhuǎn)角)的燃燒放熱量累計(jì)放熱率累計(jì)放熱率由燃燒始點(diǎn)由燃燒始點(diǎn)b至某一時(shí)刻至某一時(shí)刻i為止,已發(fā)生的全部燃燒為止,已發(fā)生的全部燃燒放熱量(燃油)與循環(huán)放熱量放熱量(燃油)與循環(huán)放熱量QB(循環(huán)供油量)之比(循環(huán)供油量)之比稱為累積放熱率稱為累積放熱率,或稱累積放熱百分,或稱累積放熱百分比;比;汽油機(jī)正常燃燒過程(動畫)汽油機(jī)燃燒三階段(1)著火延遲期(2)明顯燃燒期(3)后燃期1、著火延遲期AB:火花塞點(diǎn)火到缸內(nèi)壓力明顯脫離壓縮線而急劇上升的時(shí)間或曲軸轉(zhuǎn)角i 著火延遲期(1020CA)ig 點(diǎn)火提前角著火方式:高溫單階段B點(diǎn)脫離壓縮線i
5、g對pmax位置有重要影響著火延遲期的長短與混合氣成分、開始點(diǎn)火時(shí)缸內(nèi)的溫度、壓力、氣體的流動、火花能量及殘余廢氣量有關(guān),每循環(huán)都可能變動 動畫常用壓力升高速度,表征燃燒討程中,壓力變化的急劇程度, 壓力升高速度的表達(dá)公式為 p=p/ kPa/() 若 p 過大,會導(dǎo)致發(fā)動機(jī)的振動及噪聲加大,工作粗暴,排放污染嚴(yán)重。汽 油機(jī)的 p 大致在24kPa/()的范圍內(nèi)。實(shí)踐證明,為保證汽油機(jī)工作柔和,性能良好, p =1.752.5kPa/()為宜。明顯燃燒期明顯燃燒期從火焰中心形成到氣缸內(nèi)出現(xiàn)最高壓力為止這段時(shí)間稱為明顯燃燒期 當(dāng)火焰中心形成后,火焰前鋒以當(dāng)火焰中心形成后,火焰前鋒以2020一一3
6、0m30m的速度從火焰的速度從火焰中心開始逐層向四周的未燃混中心開始逐層向四周的未燃混 合氣傳播,直到連續(xù)不合氣傳播,直到連續(xù)不斷掃過整個(gè)燃燒室?;旌蠚獾慕^大部分(約斷掃過整個(gè)燃燒室?;旌蠚獾慕^大部分(約80%80%以上)以上)在此期間內(nèi)燃燒完畢、壓力、溫度迅速升高,出現(xiàn)最在此期間內(nèi)燃燒完畢、壓力、溫度迅速升高,出現(xiàn)最高壓力點(diǎn)高壓力點(diǎn)3 3最高壓力點(diǎn)出現(xiàn)的時(shí)刻對發(fā)動機(jī)功率、燃油消耗有很大影響。過早,混合氣點(diǎn)火早,使壓縮功增加,熱效率下降;過遲,燃燒產(chǎn)物的膨脹比減小,燃燒在較大容積下進(jìn)行,散熱損失增加, 熱效率也下降。實(shí)踐證明,最高壓力出現(xiàn)在上止點(diǎn)后10一15曲軸轉(zhuǎn)角時(shí),示功圖面積最大,循環(huán)功最
7、多。此時(shí)對應(yīng)的點(diǎn)火提取前角為最佳點(diǎn)火提前角。因而,可以通過調(diào)整點(diǎn)火提前角,使 最高燃燒壓力出現(xiàn)在適宜的位置。:MBT,Minimum advance for Best Torque,即對于最大扭矩的最佳點(diǎn)火提前后燃期 從最高壓力點(diǎn)開始到燃料基本燃燒完為止稱為后燃期。 明顯燃燒期火焰前鋒掃過的區(qū)域,部分未燃饒的燃料繼續(xù)燃燒;吸附在缸壁上的混合氣層繼續(xù)燃燒;部分高溫分解產(chǎn)物(H2、O2、CO等),因在膨脹過程中溫度下降又重新燃燒,放熱。由于活塞下行,壓力降低,散熱面積增大,使后燃期內(nèi)燃燒放出的熱量不能有效地轉(zhuǎn)變?yōu)楣?。同時(shí)排氣溫度增加,熱效率下降,影響發(fā)動機(jī)動力性和經(jīng)濟(jì)性。因此,應(yīng)盡量減少補(bǔ)燃期。
8、正常燃燒時(shí)汽油機(jī)后燃現(xiàn)象比柴油機(jī)輕得多。 燃燒速度指單位時(shí)間燃燒的混合氣量,可以表達(dá)為: 式中: UT 火焰(傳播)速度; AT 火焰前鋒面積; T 未燃混合氣密度。 燃燒速度影響火焰(傳播)速度UT的因素燃燒室中氣體紊流運(yùn)動(回顧)混合氣成分 功率混合比、 經(jīng)濟(jì)混合比; 火焰?zhèn)鞑ド?、下限混合氣初始溫?UT火焰前鋒表面嚴(yán)重扭曲,甚至分隔成許多火焰中心,火焰前鋒燃燒區(qū)厚度增加火焰前鋒面積AT 合理設(shè)計(jì)燃燒室形狀及合理布置火花塞的位置,可以改變不同時(shí)期火焰前鋒掃過的面積,使明顯燃燒期相對曲軸轉(zhuǎn)角的位置及壓力升高速度在合適的范圍內(nèi) B:火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x較長,燃燒時(shí)間拖長壓力升高速度p=p/ 小,動力性
9、經(jīng)濟(jì)性不高.返回汽油機(jī)的不規(guī)則燃燒 各循環(huán)之間的燃燒變動 各循環(huán)間的燃燒差異主要是燃燒的不穩(wěn)定性。表現(xiàn):循環(huán)的壓力波動(圖表)產(chǎn)生原因: 主要由各循環(huán)中火核形成前后到火焰前鋒面充分發(fā)展之前的著火燃燒過程的差別引起的。 混合氣成分波動(火花塞附近的混合氣成分是隨時(shí)間不斷變化的) 氣體運(yùn)動狀態(tài)波動(燃燒室內(nèi)氣體的流場特別是湍流強(qiáng)度分布是極不均的)危害: 點(diǎn)火時(shí)間、空燃比等控制參數(shù)無法調(diào)節(jié)到最佳 燃燒不好的循環(huán)會產(chǎn)生i 、Wi等下降,排放惡化 振動、噪聲某汽油機(jī)測取的18個(gè)相鄰循環(huán)最大燃燒壓力 pmax 及相應(yīng)曲軸轉(zhuǎn)角 的分布情況 汽油機(jī)的不規(guī)則燃燒 各缸間的燃燒差異產(chǎn)生原因: 各缸間的混合氣充量不
10、均勻(進(jìn)氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)不當(dāng)、進(jìn)氣管動態(tài)效應(yīng)、各缸進(jìn)氣重疊干涉等,使各缸的實(shí)際充氣效率不均勻,) 混合氣成分不均勻(進(jìn)氣管內(nèi)的油氣分布是多相和極不均勻的)危害:很難找到各缸都是最佳的點(diǎn)火提前角和過量空氣系數(shù)、動力經(jīng)濟(jì)排放性難以優(yōu)化,噪聲振動增加柴油機(jī)對各缸不均勻性的影響較小。CA6l02發(fā)動機(jī)在節(jié)氣門75%開度下各缸間的燃燒差異 節(jié)氣門開度75%時(shí)各缸最高燃燒壓Pmax(巴)CA6102發(fā)動機(jī)節(jié)氣門開度75%,轉(zhuǎn)速 n =1400(r/min) 時(shí)各缸燃燒示功圖 汽油機(jī)的不正常燃燒 汽油機(jī)的爆燃產(chǎn)生的原因:火焰前鋒未到達(dá)前,末端混合溫度達(dá)到了自燃溫度,形成新的火焰中心,產(chǎn)生新的火焰快速傳播,這種現(xiàn)象
11、稱爆燃 尖銳的金屬敲擊聲,聲頻為37KHz機(jī)身有明顯振動功率下降、轉(zhuǎn)速不穩(wěn),甚至冒黑煙示功圖出現(xiàn)不同程度的“鋸齒波”冷卻水、機(jī)油和氣缸蓋等溫度升高爆燃機(jī)理末端混合氣(End gas)受)受壓壓縮和熱輻射,以低溫多階段方式產(chǎn)生自燃(Selfignition)多點(diǎn)大面積自燃形成局部溫度壓力陡升(瞬時(shí)壓力可達(dá)18MPa),),壓力波在傳播過程種形成“激波”。激波沖擊燃燒室壁面產(chǎn)生高頻振音(也有說共振),并在示功圖上可觀察到這種壓力波動,高速攝影可觀察到末端混合氣自燃以及正常的火焰前鋒面被壓迫后退的現(xiàn)象。爆燃的危害燃室壁面的層流邊界層和油膜被破壞,散熱,熱負(fù)荷嚴(yán)重時(shí)活塞頂燒融燃燒粗暴、熱裂解發(fā)生,甚至
12、冒黑煙燃?xì)鈮毫×也▌邮筽maxpmax和和dp/ddp/d,使機(jī)械負(fù)荷,使機(jī)械負(fù)荷輕微爆燃有可能略改善油耗和功率,但嚴(yán)重爆燃時(shí)t ,熱損失,導(dǎo)致bebe,Pe Pe 由于油膜層被破壞,引起活塞組異常磨損,拉缸甚至活塞環(huán)斷防止爆燃的措施t1由火核形成至火焰前鋒面?zhèn)鞑サ侥┒嘶旌蠚馑苫鸷诵纬芍粱鹧媲颁h面?zhèn)鞑サ侥┒嘶旌蠚馑钑r(shí)間需時(shí)間t2由火核形成至末端混合氣自燃著火所需時(shí)間由火核形成至末端混合氣自燃著火所需時(shí)間則: 不爆燃的條件t1 t2t1 t2提高壓縮比和防止爆燃間的矛盾,表面點(diǎn)火 在汽油機(jī)中,凡是不靠電火花點(diǎn)火而由燃燒室熾熱表面(如過熱的火花塞絕緣體和電極、排氣門、熾熱的積炭等)點(diǎn)燃混合氣
13、而引起的不正常燃燒現(xiàn)象,稱為表面點(diǎn)火(動畫)早燃 實(shí)際點(diǎn)火時(shí)間提前,燃燒速度比正常燃燒快,發(fā)動機(jī)工作粗暴壓縮行程負(fù)功增大,發(fā)動機(jī)動力性經(jīng)濟(jì)性惡化。危害大產(chǎn)生低頻敲缸聲后燃 若不引起爆燃,則危害不大爆燃性表面點(diǎn)火(激爆)程度嚴(yán)重或長時(shí)間的早燃,會引起爆燃性表面點(diǎn)火,比普通爆燃危害性更大。 爆燃和表面點(diǎn)火之間又存在某種內(nèi)在聯(lián)系,嚴(yán)重的爆燃增加向缸壁的傳熱,使燃燒室內(nèi)形成熾熱點(diǎn),導(dǎo)致表面點(diǎn)火。而早燃促使壓力升高率和最高燃燒壓力增大,使末端混合氣受巳燃混合氣的熱輻射,又促使爆燃的發(fā)生。 激爆 防止燃燒室溫度過高 (減小壓縮比、點(diǎn)火提前角) 合理設(shè)計(jì)燃燒室形狀,避免尖角和突出部 選用低沸點(diǎn)汽油,以減少重
14、餾分形成積炭 控制潤滑油消耗率 添加劑(防止積炭、提高抗表面點(diǎn)火性)防止表面點(diǎn)火的主要措施:運(yùn)轉(zhuǎn)因素對燃燒的影響運(yùn)轉(zhuǎn)因素對燃燒的影響 1.點(diǎn)火提前角 點(diǎn)火提前角點(diǎn)火提前角調(diào)整特性調(diào)整特性 當(dāng)汽油機(jī)保持節(jié)氣當(dāng)汽油機(jī)保持節(jié)氣門開度、轉(zhuǎn)速以及混門開度、轉(zhuǎn)速以及混合氣濃度一定時(shí),汽合氣濃度一定時(shí),汽油機(jī)功率和耗油率隨油機(jī)功率和耗油率隨點(diǎn)火提前角改變而變點(diǎn)火提前角改變而變化的關(guān)系稱為點(diǎn)火提化的關(guān)系稱為點(diǎn)火提前角調(diào)整特性前角調(diào)整特性 點(diǎn)火提前角返回 2.混合氣濃度 混合氣濃度調(diào)整特性混合氣濃度調(diào)整特性在汽油機(jī)的轉(zhuǎn)速、節(jié)在汽油機(jī)的轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門開度保持一定,點(diǎn)火氣門開度保持一定,點(diǎn)火提前角為最佳值時(shí)調(diào)節(jié)供提前
15、角為最佳值時(shí)調(diào)節(jié)供油量,記錄功率、燃油消油量,記錄功率、燃油消耗率、排氣溫度隨過量空耗率、排氣溫度隨過量空氣系數(shù)的變化曲線氣系數(shù)的變化曲線 3.3.負(fù)荷負(fù)荷 在汽油機(jī)上,轉(zhuǎn)速保持不變,通過改變節(jié)氣門開度來調(diào)在汽油機(jī)上,轉(zhuǎn)速保持不變,通過改變節(jié)氣門開度來調(diào)節(jié)進(jìn)入氣缸的混合氣量,以達(dá)到不同的負(fù)荷要求節(jié)進(jìn)入氣缸的混合氣量,以達(dá)到不同的負(fù)荷要求圖圖8.12 8.12 最佳點(diǎn)火提前角隨負(fù)荷的變化最佳點(diǎn)火提前角隨負(fù)荷的變化 4.4.轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)速增加時(shí),應(yīng)增大點(diǎn)火提前轉(zhuǎn)速增加時(shí),應(yīng)增大點(diǎn)火提前角角 汽油機(jī)混合氣制備原理汽油機(jī)混合氣制備原理 汽油機(jī)理想混合氣特性 1功率混合氣與經(jīng)濟(jì)混合氣 2理想混合氣 汽油
16、機(jī)在全負(fù)荷運(yùn)行時(shí),希望獲汽油機(jī)在全負(fù)荷運(yùn)行時(shí),希望獲得更大的功率以達(dá)到最大的動力性能,此時(shí)要求供給功率得更大的功率以達(dá)到最大的動力性能,此時(shí)要求供給功率混合氣,而在其他負(fù)荷運(yùn)行時(shí),則應(yīng)從經(jīng)濟(jì)性要求出發(fā),混合氣,而在其他負(fù)荷運(yùn)行時(shí),則應(yīng)從經(jīng)濟(jì)性要求出發(fā),來選用合適的混合氣濃度來選用合適的混合氣濃度 2.混合氣濃度 混合氣濃度調(diào)整特性混合氣濃度調(diào)整特性在汽油機(jī)的轉(zhuǎn)速、節(jié)在汽油機(jī)的轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門開度保持一定,點(diǎn)火氣門開度保持一定,點(diǎn)火提前角為最佳值時(shí)調(diào)節(jié)供提前角為最佳值時(shí)調(diào)節(jié)供油量,記錄功率、燃油消油量,記錄功率、燃油消耗率、排氣溫度隨過量空耗率、排氣溫度隨過量空氣系數(shù)的變化曲線氣系數(shù)的變化曲線 1)
17、1)經(jīng)濟(jì)混合氣及功率混合氣特性線經(jīng)濟(jì)混合氣及功率混合氣特性線 理想混合氣特性線理想混合氣特性線 以圖以圖8.138.13曲線為基礎(chǔ),可做曲線為基礎(chǔ),可做出經(jīng)濟(jì)混合氣隨節(jié)氣門開度出經(jīng)濟(jì)混合氣隨節(jié)氣門開度變化的特性線,如圖變化的特性線,如圖8.148.14實(shí)實(shí)線。此外,在圖上線。此外,在圖上100100節(jié)氣節(jié)氣門開度處取功率混合氣值,門開度處取功率混合氣值,再從再從8585開度起逐步由過渡開度起逐步由過渡到。以虛線表示。實(shí)際上到。以虛線表示。實(shí)際上, ,這這只是一種近似的結(jié)果。真正只是一種近似的結(jié)果。真正的理想混合氣特性是通過臺的理想混合氣特性是通過臺架試驗(yàn)的全面調(diào)整做出來的架試驗(yàn)的全面調(diào)整做出來
18、的 2)理想負(fù)荷特性線 負(fù)荷特性線是指轉(zhuǎn)速不變時(shí), 隨負(fù)荷而變化的規(guī)律 (1)(1)轉(zhuǎn)速固定時(shí),作出各個(gè)節(jié)氣門位置的調(diào)轉(zhuǎn)速固定時(shí),作出各個(gè)節(jié)氣門位置的調(diào)整特性線。圖整特性線。圖8.15(8.15(a)a)為其中的一例為其中的一例 eb (2)(2)將這些調(diào)整特性線轉(zhuǎn)為圖將這些調(diào)整特性線轉(zhuǎn)為圖8.15(8.15(b)b)所示所示的負(fù)荷特性線。此線呈魚鉤狀,其的負(fù)荷特性線。此線呈魚鉤狀,其 及及 兩個(gè)點(diǎn)分別與圖兩個(gè)點(diǎn)分別與圖8.15(8.15(a)a)的的 及及 對應(yīng)對應(yīng)。 emaxPeminbPaba (3)(3)將所有節(jié)氣門位置的魚鉤線統(tǒng)一畫在圖將所有節(jié)氣門位置的魚鉤線統(tǒng)一畫在圖8.15(8.
19、15(c)c)的的 - - 坐標(biāo)圖上,然后取其外包絡(luò)線,坐標(biāo)圖上,然后取其外包絡(luò)線,就是該轉(zhuǎn)速的最經(jīng)濟(jì)的負(fù)荷特性線。因?yàn)榻?jīng)過了就是該轉(zhuǎn)速的最經(jīng)濟(jì)的負(fù)荷特性線。因?yàn)榻?jīng)過了全面的調(diào)整,各負(fù)荷的值不可能再低于此包絡(luò)線全面的調(diào)整,各負(fù)荷的值不可能再低于此包絡(luò)線 ebeP (4)(4)若圖若圖8.15(8.15(c)c)最經(jīng)濟(jì)負(fù)荷特性線從最經(jīng)濟(jì)負(fù)荷特性線從8585節(jié)氣門開度到節(jié)氣門開度到100100節(jié)氣門開度時(shí)逐步過渡節(jié)氣門開度時(shí)逐步過渡調(diào)整到功率混合氣,則得到最大功率值,調(diào)整到功率混合氣,則得到最大功率值,這就得到理想負(fù)荷特性線。這就得到理想負(fù)荷特性線。 3)3)理想混合氣特性理想混合氣特性 將上述試
20、驗(yàn)作出的理想負(fù)荷特性線,按圖將上述試驗(yàn)作出的理想負(fù)荷特性線,按圖8.158.15的相反順序的相反順序作圖,可得到對應(yīng)的作圖,可得到對應(yīng)的 - - 線或線或 - -節(jié)氣門開度線,這就節(jié)氣門開度線,這就是該轉(zhuǎn)速的理想混合氣特性線。各轉(zhuǎn)速的特性線疊在一起是該轉(zhuǎn)速的理想混合氣特性線。各轉(zhuǎn)速的特性線疊在一起,就是理想混合氣的全特性線族,就是理想混合氣的全特性線族 aePa4 4)動態(tài)過程對混合氣特性的要求)動態(tài)過程對混合氣特性的要求 冷車起動冷車起動 暖車過程暖車過程 加速加速 急減速急減速 化油器式供油系統(tǒng)混合氣的形成原理化油器式供油系統(tǒng)混合氣的形成原理 1.理想化油器特性 化油器制備混合氣的原理簡圖
21、化油器制備混合氣的原理簡圖 l l燃油噴管燃油噴管 2 2喉管喉管 3 3節(jié)氣門節(jié)氣門 4 4主量主量孔孔 5 5浮子室浮子室 時(shí)不供油。此時(shí),真空度不足以提時(shí)不供油。此時(shí),真空度不足以提升升 的油柱,致使油面達(dá)不到噴管口。的油柱,致使油面達(dá)不到噴管口。 加大后開始噴油。加大后開始噴油。 由由趨于一個(gè)常數(shù)。該趨于一個(gè)常數(shù)。該值由式值由式(8-7)(8-7)中各參數(shù)所決定。可以按要求選用不中各參數(shù)所決定。可以按要求選用不同參數(shù)來加以調(diào)節(jié)。同參數(shù)來加以調(diào)節(jié)。 簡單化油器特性的校正簡單化油器特性的校正 )(napf npfHgHnpa理想化油器特性隨負(fù)荷增加,混合氣逐漸變稀,小負(fù)荷范圍內(nèi)變化較陡,中
22、等負(fù)荷范圍內(nèi)曲線變化較平緩,當(dāng)接近滿負(fù)荷時(shí),混合氣變濃。3 3現(xiàn)代化油器特性的獲取現(xiàn)代化油器特性的獲取 (1 1)低怠速的)低怠速的I I區(qū)區(qū) 值過大,即混合氣過稀,甚至值過大,即混合氣過稀,甚至不出油,為此,要附加怠速油系進(jìn)行怠速供油,不出油,為此,要附加怠速油系進(jìn)行怠速供油,同時(shí),由怠速圓滑過渡到主噴油段,滿足低速供同時(shí),由怠速圓滑過渡到主噴油段,滿足低速供油和平穩(wěn)過渡的要求。油和平穩(wěn)過渡的要求。(2 2)主供油)主供油區(qū)的區(qū)的 值過小,混合氣偏濃,一般采值過小,混合氣偏濃,一般采用滲氣補(bǔ)償裝置用滲氣補(bǔ)償裝置( (帶泡沫管的補(bǔ)償油井帶泡沫管的補(bǔ)償油井) )來校正。來校正。(3 3)大負(fù)荷、
23、滿負(fù)荷)大負(fù)荷、滿負(fù)荷區(qū)區(qū) 過大而混合氣偏稀,因過大而混合氣偏稀,因此要加裝機(jī)械及真空加濃裝置此要加裝機(jī)械及真空加濃裝置( (省油器省油器) ),使油門,使油門開度從開度從8585左右開始逐步加濃到滿負(fù)荷的值。左右開始逐步加濃到滿負(fù)荷的值。 aaa電控燃油噴射式供油系統(tǒng)混合氣的形電控燃油噴射式供油系統(tǒng)混合氣的形成成 ( (a) a) 單點(diǎn)汽油噴射系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖單點(diǎn)汽油噴射系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖 ( (b)b)多點(diǎn)汽多點(diǎn)汽油噴射系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖油噴射系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖 實(shí)際中還要考慮冷起動(水溫、油溫、TWC起起燃)和發(fā)生爆燃等情況燃)和發(fā)生爆燃等情況進(jìn)行修正,形成電控系進(jìn)行修正,形成電控系統(tǒng)的統(tǒng)的MAP圖(
24、右下圖)圖(右下圖)控制方法 ECUECU是電控汽油噴射系統(tǒng)是電控汽油噴射系統(tǒng)的核心,內(nèi)裝有微型計(jì)算的核心,內(nèi)裝有微型計(jì)算機(jī)。發(fā)動機(jī)工作狀態(tài)通過機(jī)。發(fā)動機(jī)工作狀態(tài)通過傳感器反映給傳感器反映給ECUECU。在在ECUECU內(nèi)存儲內(nèi)存儲噴射持續(xù)時(shí)間、點(diǎn)噴射持續(xù)時(shí)間、點(diǎn)火時(shí)刻、怠速和故障診斷火時(shí)刻、怠速和故障診斷等數(shù)據(jù),這些存儲的數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù),這些存儲的數(shù)據(jù)與發(fā)動機(jī)工況以及計(jì)算機(jī)與發(fā)動機(jī)工況以及計(jì)算機(jī)程序相匹配。程序相匹配。ECUECU利用這些利用這些數(shù)據(jù)和來自發(fā)動機(jī)上各種數(shù)據(jù)和來自發(fā)動機(jī)上各種傳感器的信號,經(jīng)過邏輯傳感器的信號,經(jīng)過邏輯運(yùn)算,又輸出控制信號給運(yùn)算,又輸出控制信號給執(zhí)行器,通過執(zhí)行器控
25、制執(zhí)行器,通過執(zhí)行器控制發(fā)動機(jī)工作狀態(tài)發(fā)動機(jī)工作狀態(tài) 2. 2. 汽油噴射系統(tǒng)與化油器的比汽油噴射系統(tǒng)與化油器的比較較 (1 1)空燃比精確控制,使任何工況下都處于最)空燃比精確控制,使任何工況下都處于最佳工作狀態(tài),特別是對過渡工況的動態(tài)控制佳工作狀態(tài),特別是對過渡工況的動態(tài)控制(2 2)沒有喉管,減小進(jìn)氣阻力,不需要對進(jìn)氣)沒有喉管,減小進(jìn)氣阻力,不需要對進(jìn)氣管加熱來促進(jìn)燃油的蒸發(fā),充氣效率高管加熱來促進(jìn)燃油的蒸發(fā),充氣效率高(3 3)進(jìn)氣溫度低,爆燃得到了有效控制,有可)進(jìn)氣溫度低,爆燃得到了有效控制,有可能采取較高的壓縮比能采取較高的壓縮比(4 4)混合均勻性問題比較容易解決)混合均勻性
26、問題比較容易解決(5 5)冷起動性能和加速性能良好,過渡圓滑)冷起動性能和加速性能良好,過渡圓滑 汽油機(jī)的燃燒室汽油機(jī)的燃燒室 汽油機(jī)對燃燒室的要求汽油機(jī)對燃燒室的要求 1.結(jié)構(gòu)緊湊結(jié)構(gòu)緊湊 面容比面容比F FV(V(燃燒室表面積燃燒室表面積與容積之比與容積之比) )常用于表示燃燒室的緊湊性常用于表示燃燒室的緊湊性 2.具有良好的充氣性能具有良好的充氣性能 3.火花塞位置安排得當(dāng)火花塞位置安排得當(dāng) 4.燃燒室形狀合理分布燃燒室形狀合理分布 5.要產(chǎn)生適當(dāng)?shù)臍怏w流動要產(chǎn)生適當(dāng)?shù)臍怏w流動 燃燒室的設(shè)計(jì)原則 結(jié)構(gòu)緊湊 具有良好的充氣性能 火花塞位置安排適當(dāng) 燃燒室形狀合理 組織適當(dāng)?shù)奈闪鬟\(yùn)動 進(jìn)氣渦
27、流 擠流 防止爆燃和早燃 汽油機(jī)燃燒室形狀分類傳統(tǒng)汽油機(jī)燃燒室傳統(tǒng)汽油機(jī)燃燒室 楔形燃燒室 盆形燃燒室 半球形燃燒室 火花塞布置合理火花塞布置合理火花塞至末端混合氣的距離最短,爆燃可能性小靠近高溫?zé)霟釁^(qū)布置,爆燃可能性小便于掃氣,以清掃廢氣,有利于起動及低速低負(fù)荷的工作穩(wěn)定性目的:微觀油氣混合更均勻形成足夠的湍流強(qiáng)度以加快火焰?zhèn)鞑ニ俣葴p小壁面淬熄層厚度以降低HC排放排放掃除火花塞處的廢氣注意:氣流運(yùn)動過強(qiáng)無必要,反而增加流動、散熱損失,使著火困難。浴盆形燃燒室具有以下特點(diǎn):l、燃燒室形狀像橢圓形浴盆,高度相同,寬度略大于氣缸范圍,以便于加大氣門直徑,為防止壁面對氣流的遮蔽作用,氣門頭部外形與燃
28、燒室壁面之間應(yīng)保持一定的距離(68mm),因而,氣門尺寸受限制。2.擠氣面積比楔形的小,擠流效果比較差。適當(dāng)增加擠氣面積可改善發(fā)動機(jī)性能。3.燃燒室的面容比較大,火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x相對較長,不便于采用高的壓縮比,由于燃燒時(shí)間拖長,使壓力升高率較低,其動力性、經(jīng)濟(jì)性不高,對HC排放不利,但NOx 排放較少。4.制造工藝好,便于維修。 楔形燃燒室1.燃燒室較緊湊,火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x較短。2.擠氣面積較大,對末端混合氣冷卻作用較強(qiáng),爆燃傾向減小,可采用較高的壓縮比。一般可達(dá)9.5 10.5左右。但同時(shí)由于擠氣面積內(nèi)的熄火區(qū)增 大 , H C 排 放 量 較 多 。3.氣門斜置(6-30),有利于增大氣門直徑,氣
29、道轉(zhuǎn)彎較少,使進(jìn)氣阻力 減 小 , 提 高 了 充 氣 性 能 。4.火花塞布置在楔形高處,便于利用新氣清除火花塞附近的廢氣,保證低速低負(fù)荷性能良好。但因混合氣過分集中于火花塞處,使燃燒初期壓力升高率較大,工作粗暴。半球形燃燒室具有以下特點(diǎn):1.形狀大致呈半球形或篷形,結(jié)構(gòu)緊湊,與前兩種相比,面容比最小,加之火花塞布置于燃燒室中央、火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x最短。2.進(jìn)、排氣門均斜置,允許較大氣門直徑,進(jìn)氣道轉(zhuǎn)彎最小,充氣效率最高。半球形燃燒室動力性、經(jīng)濟(jì)性好,NO排放量少,高速適應(yīng)性強(qiáng),轉(zhuǎn)速為6000r/min以上的汽油機(jī)均用此類燃燒室。但由于火花塞附近容積較大,易使壓力升高率過大,工作粗暴,紊流相對較弱
30、,低速低負(fù)荷穩(wěn)定性差,氣門雙行排列,使配氣機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。這種燃燒室沒有擠氣面,被壓縮的混合氣渦流較弱,易在低速大負(fù)荷時(shí)發(fā)生爆燃,半球形燃撓室由于其弧形缸蓋,特別適用于二行程 汽油機(jī)。因其面容比小,對排氣凈化有利,近來被國外小轎車上采用。 頂部呈半球形,進(jìn)排氣門和火花進(jìn)排氣門和火花塞周圍均分別呈球形,比半球形塞周圍均分別呈球形,比半球形擠氣面大,稱為擠氣面大,稱為多球形多球形;頂部由若干平面構(gòu)成帳篷形頂部由若干平面構(gòu)成帳篷形(Pent roof type),稱為),稱為蓬型蓬型;4氣門,火花塞中央布置,一般氣門,火花塞中央布置,一般無擠流,而利用雙進(jìn)氣道形成的無擠流,而利用雙進(jìn)氣道形成的進(jìn)氣渦流
31、。進(jìn)氣渦流。性能:性能:F/V最小,火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x最小,火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x最短,充氣效率高,動力經(jīng)濟(jì)性最短,充氣效率高,動力經(jīng)濟(jì)性好,高速適應(yīng)性強(qiáng);但低速大負(fù)好,高速適應(yīng)性強(qiáng);但低速大負(fù)荷時(shí)易爆燃,荷時(shí)易爆燃,dp/d高,工作較高,工作較粗暴。粗暴。應(yīng)用:應(yīng)用:國外主流形式,其中,蓬型又多國外主流形式,其中,蓬型又多于多球形于多球形汽油機(jī)不同燃燒室的特征及性能比較汽油機(jī)不同燃燒室的特征及性能比較 圖8.31 不同燃燒方式的性能對比 汽油機(jī)稀薄燃燒系統(tǒng)汽油機(jī)稀薄燃燒系統(tǒng) 1717 圖8.32 TGP燃燒室 TGP燃燒室與傳統(tǒng)型 燃燒室放熱率比較 1.1.均質(zhì)稀混合氣的燃燒室均質(zhì)稀混合氣的燃燒室 圖8.3
32、4 TGP燃燒室NOx的比較 3 3缸內(nèi)直噴式稀薄燃燒方式缸內(nèi)直噴式稀薄燃燒方式 缸內(nèi)直接噴射缸內(nèi)直接噴射( (GDIGDI,gasoline direct gasoline direct injection)injection)是指直接往氣缸內(nèi)噴射汽油是指直接往氣缸內(nèi)噴射汽油 圖圖8.42 8.42 三菱三菱GDIGDI燃燒系統(tǒng)燃燒系統(tǒng) 2) 2) 雙火花塞燃燒室雙火花塞燃燒室 半球形燃燒室中心兩邊等距離處各布置一半球形燃燒室中心兩邊等距離處各布置一個(gè)火花塞,火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x僅為缸徑的一半個(gè)火花塞,火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x僅為缸徑的一半,點(diǎn)火提前角可減小,點(diǎn)火提前角可減小 2.2.分層燃燒燃燒室分層燃燒燃燒
33、室 1 1)美國德士古分層燃燒系統(tǒng))美國德士古分層燃燒系統(tǒng)( (TCCS)TCCS) 本田公司本田公司CVCCCVCC燃燒系統(tǒng)燃燒系統(tǒng) 分區(qū)燃燒方式 軸向分層稀燃系統(tǒng)軸向分層稀燃系統(tǒng) 圖圖8.38 8.38 軸向分層工作原理軸向分層工作原理a a)進(jìn)氣過程早期進(jìn)氣過程早期 b b)進(jìn)氣過程后期進(jìn)氣過程后期 c c)壓縮壓縮過程過程4 4)滾流)滾流( (縱渦縱渦) )分層稀燃系統(tǒng)分層稀燃系統(tǒng) 三菱公司三菱公司MVV(Mitsubishi vertical vortex)MVV(Mitsubishi vertical vortex)燃燒系統(tǒng)燃燒系統(tǒng) 5 5)四氣門)四氣門分層稀燃系統(tǒng)分層稀燃系統(tǒng)
34、 AVL公司四氣門高壓縮快速燃燒(HCFB,high compression fast burn)系統(tǒng) GDIGDI 特點(diǎn)特點(diǎn) 不能采用已十分成熟的傳統(tǒng)三效催化劑,稀燃催不能采用已十分成熟的傳統(tǒng)三效催化劑,稀燃催化劑開發(fā)難度大,生產(chǎn)成本高化劑開發(fā)難度大,生產(chǎn)成本高 越接近壓縮上止點(diǎn)噴油,混合氣形成時(shí)間越短,越接近壓縮上止點(diǎn)噴油,混合氣形成時(shí)間越短,要想形成高質(zhì)量的燃油混合氣,要想形成高質(zhì)量的燃油混合氣,GDIGDI燃燒系統(tǒng)需要燃燒系統(tǒng)需要像柴油機(jī)那樣對像柴油機(jī)那樣對“油油- -氣氣- -燃燒室燃燒室”三者的匹配進(jìn)三者的匹配進(jìn)行大量工作行大量工作 GDIGDI燃燒系統(tǒng)雖然燃燒系統(tǒng)雖然NONOx
35、x明顯降低,但明顯降低,但HCHC排放增加,排放增加,有時(shí)燃燒組織不好甚至冒黑煙有時(shí)燃燒組織不好甚至冒黑煙 汽油比柴油的潤滑性差,汽油比柴油的潤滑性差,GDIGDI燃燒系統(tǒng)對噴油系統(tǒng)燃燒系統(tǒng)對噴油系統(tǒng)要求很高,要求很高, GDIGDI用噴油器的設(shè)計(jì)制造十分復(fù)雜用噴油器的設(shè)計(jì)制造十分復(fù)雜 缸蓋上凹入的排氣門下方為主燃燒室,它直徑很小,形狀緊湊,有一定擠氣面積,能形成較強(qiáng)的擠氣紊流。進(jìn)氣門下方為一淺凹坑,通過一淺槽與主燃燒室連通?;钊闲袝r(shí),部分進(jìn)入氣門凹坑的混合氣通過淺槽切向進(jìn)入主燃燒室,并產(chǎn)生渦流運(yùn)動。當(dāng)活塞下行時(shí),燃?xì)庖愿咚傩纬煞磾D流運(yùn)動,使燃燒速度大大提高。與一般汽油機(jī)相比,允許使用高壓縮
36、 比而不引起表面點(diǎn)火或爆燃,耗油率較低,排污較少??扇紵”【鶆蚧旌蠚?,空燃比為1926。 但火球高壓縮比燃燒室要求使用高辛烷值汽油。對缸內(nèi)積炭較敏感。 活塞頂部凹坑形成燃燒室,其結(jié)構(gòu)緊湊,火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x短,擠流較強(qiáng),壓縮 比可達(dá)到,為獲得較大的擠流強(qiáng)度,通常要精心設(shè)計(jì)燃燒室的口徑、深度和活塞頂間隙,以 及與壓縮比間的比例關(guān)系。此外,因火花塞正好位于擠流通道口上,對流速度變化很敏感。故 應(yīng)恰當(dāng)?shù)剡x擇點(diǎn)火時(shí)刻,碗形燃燒室巳在波爾舍轎車上應(yīng)用。 燃燒室分成主燃燒室和副燃燒室兩部分。副燃燒室內(nèi)裝有輔助進(jìn)氣門和火花塞,室內(nèi)有5個(gè)火焰孔與主室相通,工作中,供給副室少量濃混合氣。 =12.513.5,主室供
37、給稀混合氣( =2021.5),通過火焰孔適當(dāng)混合,在副室及火焰孔附近形成較濃的中間混合氣層。點(diǎn)火后,副室混合氣著火,并從火焰孔噴出火焰,點(diǎn)燃主室的可燃混合氣。由于采用火焰點(diǎn)火燃燒稀混合氣,燃燒室內(nèi)無強(qiáng)烈紊流,因而燃燒緩慢,最高燃燒溫度僅為l2OO左右,使NOx生成量減少(NOx排放量比一般汽油機(jī)低三倍)。因此,與其他燃燒室相比,CVCC燃燒室系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是其排放性能好。 92 1.燃燒放熱規(guī)律的定義 瞬時(shí)放熱速率瞬時(shí)放熱速率是指在燃燒過程中的某一時(shí)刻,單是指在燃燒過程中的某一時(shí)刻,單位時(shí)間內(nèi)位時(shí)間內(nèi)( (或或l l曲軸轉(zhuǎn)角內(nèi)曲軸轉(zhuǎn)角內(nèi)) )燃燒的燃油所放出的燃燒的燃油所放出的熱量;熱量;
38、累積放熱百分比累積放熱百分比,是指從燃燒開始至某一時(shí)刻為,是指從燃燒開始至某一時(shí)刻為止已經(jīng)燃燒的燃油與循環(huán)供油量的比值。止已經(jīng)燃燒的燃油與循環(huán)供油量的比值。 瞬時(shí)放熱速率和累積放熱百分比隨曲軸轉(zhuǎn)角的變瞬時(shí)放熱速率和累積放熱百分比隨曲軸轉(zhuǎn)角的變化關(guān)系,稱為化關(guān)系,稱為燃燒放熱規(guī)律燃燒放熱規(guī)律 燃燒放熱規(guī)律ddddddddwQWUQB 燃燒放熱規(guī)律 用高速攝影觀察柴油機(jī)燃燒過程柴油機(jī)燃燒過程、噴油速率和放熱規(guī)律柴油機(jī)燃燒過程、噴油速率和放熱規(guī)律直噴柴油機(jī)燃燒過程 著火延遲期著火延遲期(滯燃期)(滯燃期) 速燃期速燃期 緩燃期緩燃期 后燃期后燃期理想放熱規(guī)律及控制1)放熱規(guī)律三要素 一般將燃燒放熱始點(diǎn)(相位)、放熱持續(xù)期和燃燒放熱率曲線的形狀稱為燃燒放熱規(guī)律三要素 2)理想的燃燒放熱規(guī)律 燃燒起點(diǎn)燃燒起點(diǎn) 放熱始點(diǎn)的位置要能保證最大燃燒壓力出現(xiàn)在上
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