《發(fā)動機原理》第五章汽油機混合氣的形成和燃燒(第次課)

上次課內(nèi)容回顧§5-3汽油機燃料噴射量的控制3．噴油量的控制噴油量:=實際進入氣缸的空氣量/目標空燃比，即Gf：取決于噴孔直徑、孔數(shù)、針閥升程、噴射壓力和噴射脈寬(Ti)當噴油器結構確定，噴射壓力為常數(shù)時：K0：與噴油器結構有關噴油量的控制噴射脈寬Ti的控制上次課內(nèi)容回顧§5-3汽油機燃料噴射量的控制Ti的確定：Tp：基本噴射時間標準條件下由目標空燃比確定；Fc:Tp的修正系數(shù)；Tv:噴油器的無效噴射時間。上次課內(nèi)容回顧§5-3汽油機燃料噴射量的控制a)Tp的確定

熱線式流量計：噴油器是按每轉噴射G:單位時間質量流量；K0：常數(shù)；G/n：每轉進入氣缸的空氣質量?？ㄩT渦式流量計：

b）Fc的確定根據(jù)進氣量的測量方式Fc的確定方法有所不同。質量流量式EFI，主要考慮5個方面的因素：

上次課內(nèi)容回顧§5-3汽油機燃料噴射量的控制①FET：溫度修正系數(shù)因溫度不同，影響霧化質量影響混合氣濃度。低溫時，霧化蒸發(fā)不良混合氣過稀熄火。高溫時，燃油易蒸發(fā)“汽阻”現(xiàn)象影響高溫再起動性。起動后增量修正系數(shù)：低溫起動時，著火后數(shù)十秒內(nèi)進行的增量修正。怠速暖車增量修正系數(shù)FI：

修正起動后，進氣門、氣缸壁表面溫度、冷卻水溫TW隨時間而時，油膜蒸發(fā)作用不同造成的混合氣偏稀的部分。

上次課內(nèi)容回顧§5-3汽油機燃料噴射量的控制

高溫修正系數(shù)FT：指汽車大負荷高速行駛后停車10~30分鐘后再起動的2~3分鐘時間內(nèi)的加濃修正②加減速修正系數(shù)FAD：加速修正系數(shù)FAC：原因：加速時，造成缸內(nèi)a變稀。

減速修正系數(shù)FDC：原因：減速時，a變濃

上次課內(nèi)容回顧§5-3汽油機燃料噴射量的控制③氧傳感器反饋修正系數(shù)FO：O2傳感器反饋控制a=1，提高a的控制精度。

修正方法：a=1的正確判定ECU反饋控制。④學習控制修正系數(shù)FL：原因：因發(fā)動機長期使用一些零部件磨損等使反饋控制的空燃比偏離目標值的部分，控制精度

修正方法：三過程a)學習過程：確定量b)記憶過程：記憶c)實施過程：修正上次課內(nèi)容回顧§5-3汽油機燃料噴射量的控制⑤大負荷高轉速增量修正系數(shù)FH：原因：大負荷時，要求輸出最大轉矩需要功率混合氣a=0.85~0.95。

三、速度密度式原理：通過進氣壓力傳感器和溫度傳感器的測量值，結合發(fā)動機轉速傳感器進行推算進氣流量。上次課內(nèi)容回顧§5-3汽油機燃料噴射量的控制1．進氣量的推測原理由充氣效率定義：進入氣缸的空氣質量：即，通過臺架試驗確定各工況下的充氣效率，實時檢測進氣壓力和溫度，求得Ga。上次課內(nèi)容回顧§5-3汽油機燃料噴射量的控制2．噴油脈寬Ti的確定：Ka：進氣溫度修正系數(shù)；Kw：怠速暖車修正系數(shù);Kk：加減速修正系數(shù)；Kp：節(jié)氣門開度修正系數(shù)；Kf：反饋修正系數(shù)；Ks：起動后增量修正及油耗控制修正系數(shù)；Ki：怠速穩(wěn)定修正系數(shù)。上次課內(nèi)容回顧§5.4汽油機燃燒組織方式及燃燒室一、對燃燒室的基本要求燃燒室結構形狀:影響混合氣形成、火焰?zhèn)鞑ァ⒎艧嵋?guī)律、傳熱損失以及爆燃傾向。要求：1)結構要緊湊面容比A/V：表征火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x、散熱面積以及熄火面積；

2)良好的充氣性能進氣門/進氣道布置，流通面積，進氣阻力3)火花塞位置縮短火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x4)可組織適當?shù)臍饬魃洗握n內(nèi)容回顧§5.4汽油機燃燒組織方式及燃燒室二、燃燒室內(nèi)的氣流特性燃燒室內(nèi)宏觀氣流運動特性的定義：渦流：繞氣缸中心線（z軸）旋轉的氣流滾流：繞⊥于氣缸中心與缸心距溝成的面(y軸)旋轉的氣流側滾流：繞⊥氣缸中心與缸心距構成面的（x軸）旋轉的氣流組織燃燒室內(nèi)氣流的方式:

進氣系統(tǒng)和燃燒室形狀配合進氣渦流方式;

只通過燃燒室形狀在壓縮過程中形成擠流方式三、典型燃燒室楔形：結構較緊湊、火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x短，擠氣面較大半球形：結構緊湊，A/V值小火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x最短初期燃燒速率快浴盆形：橢圓形擠氣效果差，A/V值大，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x長碗形：結構緊湊，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x短，擠氣效果好燃燒室的A/V較大，散熱損失活塞頂上的回轉體§5.4汽油機燃燒組織方式及燃燒室1、鍥形燃燒室布置在氣缸蓋上，火花塞在楔形高處的進、排氣門之間，因此火焰距離較長，一般設置擠氣面積。氣門稍傾斜使氣道轉彎較少，減少進氣阻力，提高充量系數(shù)，壓縮比也可以有較高值，達9－10。這種燃燒室有較高的動力性和經(jīng)濟性。但由于混合氣過于集中在火花塞處，使初期燃燒速率和壓力升高率大，工作粗暴一些?；鸹ㄈ?/p>

2、浴盆形燃燒室

浴盆形燃燒室高度是相同的，有擠氣面積，但擠氣的效果較差，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x也較長，燃燒速率比較低，燃燒時間長，壓力升高率低。試驗證明，適當增加擠氣面積比，可以改善發(fā)動機的性能。浴盆形燃燒室的F／V較大，對HC排放是不利的，但壓力升高率低，工作柔和，NOx排放低。3、半球形燃燒室

半球形燃燒室也在氣缸蓋上，一般配凸出的活塞頂。燃燒室緊湊，且火花塞能布置在中央，是火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x最短的一種。進排氣門傾斜布置。兩氣門之間角度為50°～75°。氣流進入氣缸轉彎最小，充量系數(shù)大，在非常高的轉速下仍能保持滿意的充量系數(shù)。

一般不組織擠流3、半球形燃燒室一般不組織擠流最高轉速在6000r／min以上的車用汽油機幾乎都采用半球形燃燒室。這種燃燒室F／V值小，HC排放低。半球形燃燒室一般不組織擠流，如果要組織擠流，將使活塞頭部形狀復雜一些。由于火花塞周圍有較大的容積，使燃燒速率和壓力升高率大，工作較粗暴。由于最高燃燒溫度高，NOX排放較高，半球形燃燒室氣門布置較為復雜，多采用雙頂置凸輪軸。四、汽油機分層給氣和稀薄燃燃燒系統(tǒng)1）分層燃燒均勻混合燃燒特點：A/F變化范圍窄(=12.6~17)，且在較高溫度下易爆燃限制,t;分層給氣燃燒的特點：缸內(nèi)形成A/F梯度分布;

火花塞附近較濃可靠點燃；

A/F梯度分布：靠燃燒室內(nèi)組織的氣流與噴射方式配合實現(xiàn)。

分層燃燒方式分類：根據(jù)燃料噴射方式分為進氣道噴射式和缸內(nèi)直噴式兩種。（1）進氣道噴射式分層給氣燃燒方式根據(jù)缸內(nèi)氣流特性分為：軸向分層燃燒方式橫向分層燃燒方式1．軸向分層稀薄燃燒關鍵技術：噴射時期與缸內(nèi)氣流的匹配A/F可達22

晚噴，配合缸內(nèi)強列渦流，實現(xiàn)A/F的軸向梯度分布

進氣初期只有空氣進入氣缸強烈渦流氣門達hmax時噴油，靠渦流上濃下稀分層

徑向分量>軸分量大時軸向分層2．橫向分層稀薄燃燒利用4氣門機構，采用滾流式進氣道，配合活塞頂結構形狀，形成滾流。

噴油器安裝在進氣支管，向兩個進氣門之間噴油，火花塞布置在氣缸中央

滾流的引導下濃混合氣經(jīng)過火花塞；而火花塞兩側為純空氣，形成以火花塞為中心的橫向混合氣濃度梯度分布A/F=23，經(jīng)濟性6~8%，NOx80%(2)缸內(nèi)直接噴射（GDI）式稀薄燃燒GDI燃燒系統(tǒng)與PFI的比較PFI：保留節(jié)氣門；進氣道噴射形成油膜；稀燃范圍有限。GDI：將噴油器安裝在氣缸蓋上直接向燃燒室內(nèi)噴油。更容易控制缸內(nèi)混合氣形成。通過噴射時期的控制可實現(xiàn)均質混合氣燃燒、分層稀薄燃燒以及HCCI1．GDI混合氣形成機理關鍵技術：進氣系統(tǒng)和燃燒室形狀缸內(nèi)滾流；高壓噴射控制噴霧與缸內(nèi)氣流配合；火花塞及噴射位置匹配分層混合氣的形成方式3~5MPa噴油器中央布置+渦流火花塞中央布置+渦流滾流為主擠流為主2．GDI燃燒方式的特點氣缸壓力推遲點火提前角，放熱速率，放熱持續(xù)時間

質調(diào)節(jié)，取消節(jié)氣門泵氣損失。油霧缸內(nèi)蒸發(fā)燃燒室壁面T，傳熱損失。v，，t。分層混合燃燒，外圍稀混合氣對火焰起隔熱作用，傳熱損失?；旌蠚庖追謱臃€(wěn)定分層稀燃。A/F控制及過渡工況控制更精確。因車用發(fā)動機不同工況對A/F要求不同：稀燃工況范圍只限于中小負荷區(qū)。大負荷或全負荷區(qū)：進氣行程中噴油目標空燃比實現(xiàn)均勻混合氣

在中小負荷區(qū)：壓縮行程后期噴油上濃下稀的分層混合氣。螺旋進氣道或導氣屏進氣渦流

順著氣流噴油，噴射壓力2MPa氣流外緣形成較濃混合氣火花塞安裝位置3．典型的GDI分層稀燃系統(tǒng)①TCCS燃燒系統(tǒng)（Texacocontrolledcombustionprocess）燃氣體和未燃氣體靠密度差分離②GDI滾流分層稀燃系統(tǒng)三菱4G型汽油機：早噴射晚噴射縱向直進氣道+半球形燃燒室強烈的反滾流與噴霧配合，分層A/F=40，=12豐田D4型汽油機：通過噴射方式的有效控制和燃燒室內(nèi)渦流的優(yōu)化匹配實現(xiàn)A/F=50穩(wěn)定燃燒2）稀薄燃燒控制主要控制目的：精確控制A/F，使汽車百公里油耗最低；同時降低排放關鍵技術：A/F精確控制在Ttq允許的范圍內(nèi)控制方法空燃比反饋控制法：由A/F傳感器反饋控制?？杖急葌鞲衅髟赯rO2固體上施加電壓時，產(chǎn)生與排氣中的O2濃度成比例的O2離子的移動，從而形成電流，即

氣缸壓力反饋控制法：通過氣缸壓力傳感器檢測每循環(huán)缸壓，求Ttq，A/F反饋控制使Ttq限制在允許范圍內(nèi)步驟：規(guī)定曲軸位置上測缸壓p；N循環(huán)求Ttq

、Ttq一、汽油機有害排放物及其產(chǎn)生機理汽油機的有害排放物：排氣中的CO、HC、NOx、CO2；曲軸箱通風向大氣排出的HC排放；燃料供給系中燃料蒸發(fā)的HC等。污染物來源不同，措施不同：尾氣排放燃燒系統(tǒng)改進+后處理技術；曲軸箱通風PCV閥回流到進氣管；燃料供給系蒸發(fā)物活性碳罐吸收裝置來控制§5.5汽油機的有害排放物及其控制活性碳罐吸收裝置用活性碳罐吸附燃油系統(tǒng)的蒸發(fā)物；在進氣過程中隨情系空氣進入氣缸?；钚蕴炕钚蕴抗迒蜗蜷y產(chǎn)生機理：N2和O2在高溫下化合的結果

Zeldovich機理:因素及措施：O2濃度，燃燒溫度Tz，滯留時間

危害：NO2

是刺激性毒氣;

破壞O3層平衡

測量方法:化學發(fā)光法(CLD)

N2分解需較大活化能決定NO形成的高溫條件O在NO形成中起活化鏈作用，所需活化能小，反應快

1）NO2）CO1．產(chǎn)生機理及影響因素

C/H不完全燃燒產(chǎn)物受反應速度、溫度及a的影響在a<1時因缺氧C不能完全氧化，易生成CO；

a>1下燃燒時局部不均勻局部燃燒不完全CO排氣中，未燃碳氫化合物HC不完全氧化少量CO

2．危害：與血紅素的結合能力強，是氧的300倍；破壞造血功能中毒死亡(0.3%)

3.測量方法：不分光紅外線分析儀（NDIR）3）HC1．HC的生成機理及影響因素來源：尾氣、燃油供給系統(tǒng)以及曲軸箱通風汽油機燃燒過程中HC的生成：①缸內(nèi)壁面淬冷效應：壁面對火焰的冷卻作用②縫隙效應：火焰無法傳入縫隙；壁面冷卻淬冷效應，生成大量HC

縫隙：活塞與缸壁間，缸蓋、缸墊和缸體間；進、排氣門和氣門座間；花塞螺紋和火花塞中心電極周圍等處③積碳和壁面油膜的吸附效應：缸壁上的潤滑油膜，活塞頂及燃燒室壁面、進排氣門上的積碳吸附HC膨脹和排氣中釋放出來④不完全燃燒：a<1狀態(tài)，怠速時r較大；加減速時混合氣瞬間過濃或過稀局部不均勻不完全燃燒HC。⑤失火：易失火條件混合氣局部過稀或過濃，或點火時刻不當以及點火系統(tǒng)出現(xiàn)故障等。2．危害：陽光下與NOx反應光化學煙霧；醛類和多環(huán)芳香烴危害大

3.測量方法：氫火焰離子化法（FID）

二、影響汽油機排放特性的使用因素排放物是燃燒過程的產(chǎn)物凡是影響混合氣形成和燃燒條件的因素影響排放物。1）a的影響

NOx的峰值出現(xiàn)在ab=1.03~1.16a<ab雖Tz高,但O2濃度；過濃：Tz；CO/HCa>