第五章 汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒

第五章汽油機(jī)混合氣的形成和燃燒§5-1汽油機(jī)混合氣形成及熱功轉(zhuǎn)換特點(diǎn)§5-2汽油機(jī)燃燒過(guò)程§5-3汽油機(jī)燃料噴射量的控制§5-4汽油機(jī)燃燒組織方式及燃燒室§5-4汽油機(jī)的有害排放物及其控制內(nèi)燃機(jī)實(shí)現(xiàn)熱功轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵問(wèn)題：混合氣形成方式著火方式石油能源的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用，為內(nèi)燃機(jī)提供了能源汽油的特點(diǎn)，確定其混合氣形成方式和著火方式揮發(fā)性好外部混合氣形成法均勻可燃混合氣點(diǎn)燃溫度低強(qiáng)制點(diǎn)燃火焰?zhèn)鞑ト紵绞絾?wèn)題：限制壓縮比過(guò)高均勻混合氣易爆燃；所以，熱效率低

§5-1汽油機(jī)混合氣形成及熱功轉(zhuǎn)換特點(diǎn)一、外部混合氣形成特點(diǎn)燃料噴射方式分為：化油器和電控噴射兩種方式1）化油器式混合氣形成原理及特點(diǎn)混合氣形成基本原理：

利用空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)置喉管加快氣流速度產(chǎn)生喉管真空度噴油；高速空氣沖散、霧化、蒸發(fā)

喉管浮子室高速氣流這種混合氣形成方式存在的問(wèn)題：喉管節(jié)流：進(jìn)氣阻力，泵氣損失

，c，結(jié)冰；多缸機(jī)一個(gè)化油器：各缸進(jìn)氣支管不等長(zhǎng)，造成各缸不均勻性較大；空燃比控制精度

不能滿足現(xiàn)代節(jié)能與排放法規(guī)的要求淘汰被電控汽油噴射技術(shù)替代（1）汽車電子技術(shù)發(fā)展背景社會(huì)要求：2）電控汽油噴射（EFI）式混合氣形成航空技術(shù)的發(fā)展化油器結(jié)冰成為致命缺陷1930年德國(guó)因戰(zhàn)爭(zhēng)需要著手開發(fā)機(jī)械式噴射系統(tǒng)但燃料系統(tǒng)改成機(jī)械噴射式成本高，安裝不方便為降低成本著手開發(fā)電控式汽油噴射系統(tǒng)1945年洛杉磯煙霧事件；1960年制定/1965年實(shí)施排放法規(guī)重視排放控制技術(shù)空燃比的控制精度

1883年戴姆勒發(fā)明輕便快速汽油機(jī)廣泛應(yīng)用技術(shù)支撐：半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用1948年晶體管發(fā)明，1957年實(shí)用化；1958年發(fā)明集成（IC）電路促進(jìn)汽車電子技術(shù)的發(fā)展

1970年后基于美國(guó)發(fā)布安全、排放、油耗三大法規(guī)；1971年微機(jī)問(wèn)世使汽車電子控制技術(shù)迅速發(fā)展1972年博世公司開發(fā)L-J型質(zhì)量流量式電控汽油噴射系統(tǒng)1976年GM公司率先將微機(jī)技術(shù)應(yīng)用于點(diǎn)火時(shí)期的控制上控制技術(shù)由模擬控制向數(shù)字控制化發(fā)展

1977年日產(chǎn)/豐田實(shí)現(xiàn)用氧傳感器對(duì)空燃比的反饋控制1980年三菱電機(jī)公司推出卡門渦式空氣流量計(jì)；1981年博世/日立制作所推出熱線式空氣流量計(jì)電控汽油噴射技術(shù)逐漸成熟電控汽油噴射的主要優(yōu)點(diǎn)：1．提高了控制自由度。減小進(jìn)氣阻力，改善各缸均勻性；進(jìn)氣管設(shè)計(jì)可按動(dòng)力性要求設(shè)計(jì)最大限度地提高充氣效率。2．提高空燃比的控制精度。改善經(jīng)濟(jì)性，且配合三效催化轉(zhuǎn)化器的應(yīng)用，有效凈化尾氣排放。3．因汽油噴射霧化，改善混合氣形成條件。故改善發(fā)動(dòng)機(jī)加減速等過(guò)渡工況響應(yīng)性和冷起動(dòng)性。在現(xiàn)代汽車中占主導(dǎo)地位（2）電控汽油噴射（EFI）式混合氣形成特點(diǎn)進(jìn)入氣缸的空氣量和燃料量分別控制：空氣量空氣流量計(jì)駕駛員控制；燃料噴射量目標(biāo)空燃比ECU控制。電控汽油噴射需要解決的主要問(wèn)題：根據(jù)不同工況下進(jìn)入氣缸的空氣量，如何精確控制燃料噴射量控制最佳混合氣濃度。關(guān)鍵問(wèn)題：確定不同工況下的目標(biāo)空燃比；

精確控制燃料噴射量。需要精確測(cè)量進(jìn)入氣缸的空氣量

電控汽油噴射系統(tǒng)對(duì)混合氣的控制主要體現(xiàn)在：由臺(tái)架試驗(yàn),事先確定不同工況對(duì)應(yīng)的最佳空然比及其影響因素制成控制脈譜圖，存儲(chǔ)于ECU的ROM中。由專門進(jìn)氣流量測(cè)量裝置，測(cè)量每一工況進(jìn)入氣缸的空氣量，作為控制噴油量的主要依據(jù)。ECU根據(jù)傳感器信息，判斷演算工況、目標(biāo)空燃比、燃油噴射量；控制噴油器通電脈寬，按一定噴射壓力噴射霧化，完成混合氣的形成過(guò)程。質(zhì)量流量計(jì)、進(jìn)氣壓力傳感器/溫度傳感器以及轉(zhuǎn)速傳感器由控制目的不同，GDI系統(tǒng)混合氣形成特點(diǎn)不同：用三效催化轉(zhuǎn)化器降低排放角度均質(zhì)的理論混合氣為控制目的時(shí)：進(jìn)氣過(guò)程某一時(shí)刻噴油，利用缸內(nèi)適當(dāng)氣流形成均勻混合氣?？刂品ㄅcPFI同以節(jié)能為目的組織稀薄燃燒過(guò)程時(shí)，需要在氣缸內(nèi)形成A/F的梯度分布缸內(nèi)滾流+噴射時(shí)刻（壓縮）；噴射壓力為2~5MPa的旋流式噴油器GDI混合氣形成特點(diǎn)：無(wú)進(jìn)氣道黏附油膜現(xiàn)象，節(jié)省額外耗油，起動(dòng)性、響應(yīng)性及A/F的精確控制

缸內(nèi)霧化、氣化吸熱有利于充氣效率。二、缸內(nèi)直噴（GDI）式混合氣形成三、空燃比與發(fā)動(dòng)機(jī)性能的關(guān)系1）空燃比對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響理論上：a=1時(shí)完全燃燒，實(shí)際上：a=1.03~1.1時(shí)接近完全燃燒

因缸內(nèi)混合氣非均勻；殘余廢氣稀釋作用直接影響燃燒。

稱此混合氣為經(jīng)濟(jì)混合氣ab。a>1.03~1.1時(shí)：富氧，可完全燃燒；但燃料密度小，放熱少，燃燒壓力和溫度低，燃燒速度動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性下降，NOx排放也降低。a=1.3~1.4時(shí)：混合氣過(guò)稀，燃料分子間距增大；氧化速率，放熱<散熱熱量不能積累；火焰難傳播而熄火。稱該空燃比為著火下限。a=0.8~0.9時(shí)：燃料密度相對(duì)較高，氧氣濃度足夠燃燒速率最快，熱損失最小

動(dòng)力性最好。

稱此混合氣為功率混合氣aP。但因不完全燃燒、CO、HCa<0.8~0.9時(shí)：混合氣過(guò)濃，氧氣不夠；燃料不完全燃燒放熱，燃燒速率；

動(dòng)力性/經(jīng)濟(jì)性；

缸內(nèi)易積碳，CO，冒煙。a=0.4~0.5時(shí)：嚴(yán)重缺氧，大部分燃料不能燃燒；火焰不能傳播而熄火。

稱此空燃比為著火上限。對(duì)應(yīng)最佳動(dòng)力性和最佳經(jīng)濟(jì)性的A/F不一致；存在空燃比的著火界限范圍。汽油機(jī)a=0.4~1.42）汽油機(jī)各工況對(duì)a的要求工況起動(dòng)、怠速、中小負(fù)荷、全負(fù)荷和加減速。起動(dòng)工況：n、溫度最低，開度小，進(jìn)氣流速低；噴霧及油膜蒸發(fā)霧化混合條件最差。供給a=0.4~0.6保證缸內(nèi)可燃混合氣的濃度；問(wèn)題：CO和HC排放較嚴(yán)重。首次噴射完爆率。怠速：Pe=0，開度最小，n和溫度較低，r較大；且隨冷卻水溫，油膜蒸發(fā)不同，影響混合氣濃度。

a=0.6~0.8怠速穩(wěn)定?？斓∷傧到y(tǒng)縮短暖車時(shí)間，怠速經(jīng)濟(jì)性快怠速系統(tǒng)：機(jī)械式電控節(jié)氣門式快怠速原理：低溫時(shí)進(jìn)氣量，n;隨Tw，進(jìn)氣量，n機(jī)械式(旁通空氣法)蠟中小負(fù)荷：工作溫度，霧化條件改善。此時(shí)隨節(jié)氣門開度增加，進(jìn)氣量，r。隨節(jié)氣門開度增加a；常用工況：三效催化+電控排放：a=1.0全負(fù)荷工況：節(jié)氣門開度最大輸出最大功率。要求供給功率混合氣a=0.8~0.9

對(duì)經(jīng)濟(jì)性和排放問(wèn)題暫不予考慮加減速工況：節(jié)氣門突變，進(jìn)氣量/進(jìn)氣壓力變化影響進(jìn)氣道內(nèi)內(nèi)表面/進(jìn)氣門背面油膜蒸發(fā)；

影響氣缸內(nèi)的空燃比。加速時(shí)：進(jìn)氣量，進(jìn)氣壓力，油膜表面壓力;阻礙油膜蒸發(fā)氣缸內(nèi)混合氣變??；減速時(shí)：進(jìn)氣量，進(jìn)氣壓力，油膜表面壓力

使其蒸發(fā)量增加氣缸內(nèi)混合氣變濃。因此，造成汽車加減速時(shí)游車現(xiàn)象必須相應(yīng)地進(jìn)行噴油量的加減修正。汽油機(jī)燃燒過(guò)程：均勻混合氣點(diǎn)燃火焰?zhèn)鞑ブ饕ǎ狐c(diǎn)火過(guò)程和火焰?zhèn)鞑ミ^(guò)程?！?-2汽油機(jī)燃燒過(guò)程一、點(diǎn)火過(guò)程通過(guò)外部能量在缸內(nèi)某一點(diǎn)產(chǎn)生火焰核的過(guò)程；手段：火花塞兩端施加15kV~30kV火花放電方式火花塞放電過(guò)程：三個(gè)階段擊穿階段(10ns)：擊穿離子流導(dǎo)通;T=60000K電弧放電階段：導(dǎo)通電弧放電;電流高,T=6000K輝光放電階段：離子化氣體擴(kuò)散密度，T火焰核形成二、正常燃燒過(guò)程（一）正常燃燒過(guò)程的示功圖分析：根據(jù)缸內(nèi)壓力變化特點(diǎn)，分為三個(gè)時(shí)期第I階段：著火階段，點(diǎn)火~2點(diǎn)；點(diǎn)火能量>40mJ;作用：形成火焰中心使火焰?zhèn)鞑?。要求：盡可能短、穩(wěn)定。影響因素：燃料特性和a，缸內(nèi)T、p，氣流強(qiáng)度，點(diǎn)火能量，殘余廢氣量(1)燃料特性和a：碳鏈長(zhǎng)的烷烴類成分越多，自然性越好，i越短。當(dāng)a=0.8~0.9時(shí)，反應(yīng)速率最快，i最短。(2)點(diǎn)火時(shí)刻氣缸內(nèi)的p和T：越高，p()和T越高反應(yīng)速度越快i。但受爆震限制。(3)r：殘余廢氣是惰性氣體，其熱容高。r，化學(xué)反應(yīng)速度，i

。(4)缸內(nèi)氣流強(qiáng)度：缸內(nèi)氣流使火焰中心偏離電極間隙處?；鸹ㄈ浇鼩饬鬟^(guò)強(qiáng)，火焰中心散熱損失就增加，i。(5)點(diǎn)火能量：點(diǎn)火能量，電極間隙處的混合氣更容易擊穿而導(dǎo)通i。蓄電池-點(diǎn)火線圈式點(diǎn)火系統(tǒng)的點(diǎn)火能量：與初級(jí)電流切斷之前初級(jí)線圈所儲(chǔ)蓄的能量E成正比。即其中，L1：初級(jí)線圈自感系數(shù)；i1：初級(jí)電流；

V：線圈兩端電壓，R1：初級(jí)線圈的阻抗；t：通電時(shí)間第II階段：明顯燃燒期，從2點(diǎn)~p最高(3)點(diǎn)特點(diǎn)：火焰?zhèn)鞅檎麄€(gè)燃燒室火焰?zhèn)鞑ニ俣热Q于：層流火焰速度；混合氣紊流狀態(tài)；燃燒室形狀。壓力急劇升高，用壓力升高率評(píng)價(jià)：

明顯燃燒期越短，燃燒越快(等容)，經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性愈好；但dp/d高噪聲振動(dòng)大，粗暴。第三階段：后燃期，3點(diǎn)~4點(diǎn)，前階段未燃分解物在膨脹過(guò)程中再次氧化的過(guò)程。來(lái)源：缸壁附近，縫隙處，高溫分解物等后燃越多，排溫越高；熱效率

要求：盡量減少。燃燒過(guò)程的主要參數(shù)：1．pz及其對(duì)應(yīng)曲軸轉(zhuǎn)角&Tz及其對(duì)應(yīng)曲軸轉(zhuǎn)角,

pz和Tz代表燃燒過(guò)程中的機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)荷；對(duì)應(yīng)曲軸轉(zhuǎn)角位置評(píng)價(jià)燃燒過(guò)程組織是否及時(shí)2．(dp/d)max及其對(duì)應(yīng)曲軸轉(zhuǎn)角&(dQ/d)max及其對(duì)應(yīng)曲軸轉(zhuǎn)角：主要表明燃燒速率的控制情況。3．放熱率曲線面心對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角：表明放熱規(guī)律的控制情況。即越小燃燒越靠近上止點(diǎn)，定容度和熱效率就越高1．層流火焰?zhèn)鞑ニ俣萐L

指火焰前鋒面相對(duì)未燃混合氣的相對(duì)速度影響混合氣的質(zhì)量燃燒速度。

質(zhì)量燃燒速度：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)燃燒的混合氣質(zhì)量主要控制明顯燃燒期。（二）火焰?zhèn)鞑ニ俣扔绊慡L的主要因素：燃料特性、氣缸內(nèi)壓力和溫度狀態(tài)。用經(jīng)驗(yàn)公式表示，即其中，a：過(guò)量空氣系數(shù)；p、Tu:分別為火焰前鋒面未燃?xì)怏w壓力和溫度a=0.8~0.9時(shí)，UTmax;

功率最大功率混合氣a=1.05~1.15時(shí)，UT降低不多且有足夠氧，促進(jìn)完全燃燒經(jīng)濟(jì)性最好經(jīng)濟(jì)混合氣a過(guò)大，SL太慢，熱效率低a>1.3~1.4時(shí)，不能傳播，火焰?zhèn)鞑ハ孪?；a<0.4~0.5時(shí)，嚴(yán)重缺氧，不能傳播，火焰?zhèn)鞑ド舷?。a火焰前鋒面積AT：燃燒室形狀和火花塞位置有關(guān)

混合氣密度T：T，可提高燃燒速度。手段：；增壓提高進(jìn)氣壓力2．湍流火焰?zhèn)鞑ニ俣萐T湍流：由宏觀渦流運(yùn)動(dòng)和無(wú)數(shù)個(gè)微小氣團(tuán)的無(wú)規(guī)則脈動(dòng)運(yùn)動(dòng)組成。湍流弱湍流強(qiáng)特點(diǎn)：大尺度湍流火焰前鋒面扭曲，其面積；形成多個(gè)燃燒中心；擴(kuò)大火焰前鋒燃燒區(qū)厚度。小尺度湍流加大火焰面中燃料分子與新鮮混合氣分子之間的相互滲透，加快湍流火焰?zhèn)鞑ニ俣?。湍流?qiáng)度火焰速度比令湍流火焰速度與層流火焰速度之比為火焰速度比，即則，F(xiàn)SR與湍流強(qiáng)度成比例當(dāng)缸內(nèi)湍流強(qiáng)度不高時(shí)，湍流速度與層流速度之間近似呈線性關(guān)系，即湍流過(guò)強(qiáng)火焰猝熄HC的原因之一3．火焰?zhèn)鞑ニ俣萐f：定義：火焰?zhèn)鞑ニ俾蕿榛鹧媲颁h面相對(duì)燃燒室壁面?zhèn)鞑サ慕^對(duì)速率，即已燃區(qū)的膨脹速度Ap,p:分別為已燃區(qū)在活塞上的投影面積和活塞速度，Vb:已燃區(qū)體積，V:氣缸容積，:曲軸角速度指穩(wěn)定正常運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，每循環(huán)之間的燃燒變動(dòng)和各缸之間的燃燒差異。1.燃燒循環(huán)變動(dòng)：指發(fā)動(dòng)機(jī)某一穩(wěn)定工況下，每一循環(huán)的燃燒過(guò)程隨機(jī)變化的現(xiàn)象。產(chǎn)生原因：火花塞附近a、湍流特性、強(qiáng)度的隨機(jī)性；造成i不同。影響：動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性。稀混合氣、小負(fù)荷時(shí)大。（三）不規(guī)則燃燒現(xiàn)象梳狀示功圖循環(huán)變動(dòng)的評(píng)價(jià)參數(shù)：pmi的變動(dòng)系數(shù):

pz的變動(dòng)系數(shù):N:循環(huán)數(shù)；:N次循環(huán)pz的平均值。：N次循環(huán)平均指示壓力的平均值2.各缸燃燒的不均勻性：由各缸不均勻性造成。各缸不均勻性：各缸之間a、v不同；原因：進(jìn)氣干涉、進(jìn)氣支管差別、進(jìn)氣速度、紊流狀態(tài)不同、油膜厚度和蒸發(fā)條件不同等。影響：動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、排放特性。措施：進(jìn)氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)、進(jìn)氣阻力、各零件安裝位置汽油機(jī)MPI后，各缸進(jìn)氣支管基本保持一致改善各缸不均勻性。但氣道內(nèi)壁及進(jìn)門處的油膜、各缸湍流狀態(tài)不完全一致等，各缸不均勻性一定程度上仍然存在。GDI技術(shù)將進(jìn)一步改善各缸不均勻性。4）燃燒室壁面的熄火作用汽油機(jī)產(chǎn)生HC排放物的主要來(lái)源之一。原因：缸壁冷卻作用，使鏈反應(yīng)中斷，生成大量未燃烴HC。理論混合氣時(shí)，熄火厚度最??；濃或稀，都增加；大負(fù)荷時(shí)，燃燒溫度壓力提高，加強(qiáng)湍流，可減小熄火厚度；減小燃燒室的面容比F/V降低HC。三、不正常燃燒1）爆燃：火花塞點(diǎn)火后，離火花塞最遠(yuǎn)的末端氣體，受到火焰前鋒面的熱輻射和壓縮作用，使其壓力、溫度升高，導(dǎo)致在火焰前鋒到達(dá)之前自行燃燒的現(xiàn)象。

原因：點(diǎn)火后，末端氣體受火焰面熱輻射、壓縮，其壓力溫度，在火焰前鋒到達(dá)之前自燃。特證：燃燒速度極快，達(dá)數(shù)百米/s，造成很大的壓力梯度、溫度梯度壓力沖擊波。危害：嚴(yán)重時(shí)動(dòng)力性/經(jīng)濟(jì)性惡化；活塞/氣門燒壞;故汽油機(jī)不允許在嚴(yán)重爆燃下工作產(chǎn)生爆燃的條件：t1>t2

t1：點(diǎn)火開始到火焰?zhèn)鞑サ侥┒藲怏w所需時(shí)間；

t2：點(diǎn)火開始到末端氣體自燃所經(jīng)歷時(shí)間。

一切使t1延長(zhǎng)、t2縮短的因素，均使爆燃傾向外部現(xiàn)象：金屬敲擊聲沖擊波撞擊缸壁；冷卻系過(guò)熱破壞缸壁表面覆面層正常燃燒輕微爆燃嚴(yán)重爆燃影響爆燃因素：燃料的性質(zhì)：辛烷值高，抗爆性強(qiáng)末端氣體狀態(tài)：p、T高，易自燃爆燃傾向；如壓縮比或增壓負(fù)荷轉(zhuǎn)速：n，傳播速度，爆燃傾向；低速大負(fù)荷相反，爆燃傾向缸徑D：D，傳播距離長(zhǎng)，爆燃傾向。故汽油機(jī)限制大缸徑發(fā)動(dòng)機(jī)功率覆蓋范圍受限制。2）表面點(diǎn)火熾熱表面：排氣門/火花塞裙部/積炭等沉積物。特點(diǎn)：點(diǎn)火時(shí)刻不可控制。早燃：表面點(diǎn)火發(fā)生在正常點(diǎn)火之前；工作粗暴，誘發(fā)爆燃；無(wú)壓力沖擊波，低頻沉悶聲。后燃：表面點(diǎn)火發(fā)生在正常點(diǎn)火之后。指不依靠火花塞點(diǎn)火，而是由燃燒室內(nèi)部熾熱表面點(diǎn)燃混合氣的現(xiàn)象。1）空燃比aa=0.8~0.9時(shí)，燃燒速度最大Pe、Tz、dp/dMax;a=1.05~1.15時(shí)，完全燃燒，

beMin，NOxMax；a<1時(shí)，O2不足，CO；a<0.8或a>1.15時(shí)，燃燒速度慢，部分燃料來(lái)不及完全燃燒;

be，HC四、使用因素對(duì)燃燒過(guò)程的影響結(jié)論：均質(zhì)混合氣a對(duì)燃燒過(guò)程影響很大，必須嚴(yán)格控制。2）點(diǎn)火提前角：指火花塞點(diǎn)火時(shí)刻到上止點(diǎn)的曲軸轉(zhuǎn)角。不同點(diǎn)火提前角對(duì)燃燒過(guò)程影響：即每一工況存在最佳點(diǎn)火提前角隨工況變化最佳點(diǎn)火提前角：PeMax；beMin；示功圖面積最大。最佳點(diǎn)火時(shí)刻的確定方法——點(diǎn)火調(diào)整特性。點(diǎn)火過(guò)早：壓縮負(fù)功，pz,T,易爆燃；點(diǎn)火過(guò)遲：燃燒過(guò)程在膨脹線上延遲—傳熱，—排溫—熱效率3）負(fù)荷增加，節(jié)氣門開度，m1，r減?。蝗紵龡l件得到改善，燃燒所需時(shí)間t縮短對(duì)應(yīng)曲軸轉(zhuǎn)角減小最佳點(diǎn)火提前角。但隨負(fù)荷增大，缸壓和溫度升高，爆燃傾向增加。=6nt4）轉(zhuǎn)速n：n，缸內(nèi)湍流強(qiáng)度，火焰?zhèn)鞑ニ俣?；燃燒過(guò)程所占時(shí)間t縮短；爆燃傾向。但由=6nt；隨n，t變化量很小，而；最佳點(diǎn)火提前角?！?.3汽油機(jī)燃料噴射量的控制混合氣形成方式：化油器，電控汽油噴系統(tǒng)：一、電控汽油噴射系統(tǒng)(EFI)1）EFI(ElectronicFuelInjection)的分類：根據(jù)進(jìn)氣量的測(cè)試方式：分為三種：質(zhì)量流量式速度密度式：節(jié)氣門-速度式：熱線/熱膜式卡門渦式板式直接測(cè)量進(jìn)氣質(zhì)量流量由n和進(jìn)氣壓力推測(cè)進(jìn)氣流量節(jié)氣門開度和n推測(cè)進(jìn)氣流量根據(jù)噴射位置：分為兩種缸內(nèi)直噴式（GDI）

進(jìn)氣管噴射式（PFI）：根據(jù)噴油器的安裝位置，PFI又分為

?單點(diǎn)噴射（SPI）淘汰

?多點(diǎn)噴射（MPI）主流

噴油器受燃?xì)獾母邷?、高壓的影響，而且在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及布置上要求保證噴油器的安裝空間各缸噴油器獨(dú)立進(jìn)氣管設(shè)計(jì)自由度大改善各缸均勻性間歇式電控汽油噴射系統(tǒng)分類：根據(jù)噴射時(shí)期：分為同期噴射和非同期噴射同期噴射：噴射時(shí)刻由曲軸轉(zhuǎn)角位置確定因此與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速同步；包括：順序噴射、同時(shí)噴射、分組噴射。非同期噴射：噴射時(shí)刻與曲軸轉(zhuǎn)角位置無(wú)關(guān)的一種隨機(jī)性噴射方式用于起動(dòng)、怠速或急加速等工況，過(guò)渡響應(yīng)特性。

根據(jù)噴射壓力分為：高壓噴射:>200kPa

低壓噴射：<200kPa

2）EFI系統(tǒng)的組成：功用：根據(jù)進(jìn)氣量，準(zhǔn)確控制噴油器噴油量組成：三個(gè)系統(tǒng)

空氣系統(tǒng)：控制并計(jì)量進(jìn)入氣缸的空氣量；

燃料系統(tǒng)：由ECU指令正確控制噴油量；

控制系統(tǒng)：由傳感器信息，正確判斷工況，并計(jì)量控制量；輸出給執(zhí)行器?？諝庀到y(tǒng)：空氣濾清器空氣流量計(jì)節(jié)氣門體(空氣閥)穩(wěn)壓箱（氣缸）

保證一定量的清潔空氣進(jìn)入氣缸。燃料系統(tǒng)：燃油箱燃油泵濾清器調(diào)壓器噴油器。將清潔的一定量燃油定時(shí)定壓地噴入氣缸?？刂葡到y(tǒng)：由傳感器、輸入/輸出電路以及微機(jī)等組成控制系統(tǒng)的指揮部。確定噴油器的開啟時(shí)刻和關(guān)閉時(shí)刻控制噴射時(shí)刻和噴射脈寬。量調(diào)噴射壓力=250~300kPa二、質(zhì)量流量式EFI噴射量的控制1．目標(biāo)空燃比的確定綜合各工況下的動(dòng)力性、過(guò)渡響應(yīng)性、排氣凈化特性、燃油消耗率來(lái)確定；采用三效催化器時(shí)：目標(biāo)空燃比理論空燃比。

根據(jù)：進(jìn)入氣缸的實(shí)際空氣流量各工況的目標(biāo)空燃比控制噴油量采用GDI時(shí)：目標(biāo)空燃比取決于稀燃控制技術(shù)水平1)質(zhì)量流量計(jì)：(a)熱線式2．進(jìn)入氣缸的空氣量的確定電路溫度傳感器熱線采樣管原理：熱線產(chǎn)生的熱＝向周圍的散熱式中，TH:熱線溫度;

A:熱線傳熱面積;

TA:空氣溫度;I:熱線電流;V:熱線兩端電壓當(dāng)（TH-TA）保持一定時(shí)G

kg/sV即，熱線電流的大小與空氣質(zhì)量流量G成比例。由惠斯頓電橋控制熱線電流溫差（TH-TA）一定，則測(cè)量熱線電流的大小求得G(b)卡門渦式：光電晶體管導(dǎo)壓孔渦發(fā)生體管路LED-卡門渦機(jī)理：層流中卡門渦頻率與層流速度成正比St:斯特勞赫爾常數(shù)，當(dāng)雷諾數(shù)Re=10~104時(shí)，

St=(0.138~0.148)；d:渦發(fā)生體的特征尺寸；V:層流速度。整流器的目的：將進(jìn)氣整流，使Re=10~104

由卡門渦測(cè)量頻率f求V，則進(jìn)氣流量標(biāo)準(zhǔn)大氣條件：p0,T0時(shí)，進(jìn)氣密度：0

進(jìn)氣壓力、溫度及密度分別為p、T、

的任意條件

3．噴油量的控制噴油量:=實(shí)際進(jìn)入氣缸的空氣量/目標(biāo)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(dāng)噴油器結(jié)構(gòu)確定，噴射壓力為常數(shù)時(shí)：K0：與噴油器結(jié)構(gòu)有關(guān)噴油量的控制噴射脈寬Ti的控制Ti的確定：Tp：基本噴射時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)條件下由目標(biāo)空燃比確定；Fc:Tp的修正系數(shù)；Tv:噴油器的無(wú)效噴射時(shí)間。由于TO隨電源電壓而，Tv隨電源電壓變化，故根據(jù)電源電壓進(jìn)行修正Ti。a)Tp的確定熱線式流量計(jì)：G:單位時(shí)間質(zhì)量流量；K0：常數(shù)；G/n：每轉(zhuǎn)進(jìn)入氣缸的空氣質(zhì)量。噴油器是按每轉(zhuǎn)噴射因熱線式流量計(jì)輸出信號(hào)響應(yīng)特性好受到進(jìn)氣壓力脈動(dòng)的影響；為提高控制精度，以比進(jìn)氣脈動(dòng)頻率更快的采樣速度，對(duì)空氣流量計(jì)輸出信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；按點(diǎn)火間隔時(shí)間進(jìn)行平均化處理求進(jìn)氣行程中平均輸出信號(hào)。熱線式空氣流量計(jì)的輸出電壓與空氣質(zhì)量流量關(guān)系為非線性，需先進(jìn)行線性化處理GL

，然后再求出基本噴射時(shí)間。即卡門渦式流量計(jì)：設(shè)標(biāo)準(zhǔn)大氣狀態(tài)p=101kPa、T=293K；由則，進(jìn)氣溫度和大氣壓力的修正量：b）Fc的確定根據(jù)進(jìn)氣量的測(cè)量方式Fc的確定方法有所不同。質(zhì)量流量式EFI，主要考慮5個(gè)方面的因素：

其中，F(xiàn)ET：溫度修正系數(shù)FAD：加減速修正系數(shù)FO：氧傳感器修正系數(shù)FL：學(xué)習(xí)修正系數(shù)FH：大負(fù)荷修正系數(shù)①FET：溫度修正系數(shù)因溫度不同，影響霧化質(zhì)量影響混合氣濃度。低溫時(shí)，霧化蒸發(fā)不良混合氣過(guò)稀熄火。高溫時(shí)，燃油易蒸發(fā)“汽阻”現(xiàn)象影響高溫再起動(dòng)性。起動(dòng)后增量修正系數(shù)：低溫起動(dòng)時(shí)，著火后數(shù)十秒內(nèi)進(jìn)行的增量修正。主要修正進(jìn)氣門、氣缸壁因表面溫度低油膜蒸發(fā)量的部分修正方法修正時(shí)間怠速暖車增量修正系數(shù)FI：

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

與同時(shí)進(jìn)行修正。但是在起動(dòng)后數(shù)十秒內(nèi)修正過(guò)程結(jié)束；而FI則一直修正到TW達(dá)到規(guī)定溫度為止。高溫修正系數(shù)FT：指汽車大負(fù)荷高速行駛后停車10~30分鐘后再起動(dòng)的2~3分鐘時(shí)間內(nèi)的加濃修正原因：高速行駛時(shí)，迎面風(fēng)冷卻油溫低。但停車后，發(fā)動(dòng)機(jī)作為熱源而散熱卻無(wú)冷卻風(fēng)發(fā)動(dòng)機(jī)室溫度，油溫達(dá)80~100℃；噴咀內(nèi)“汽泡”a過(guò)稀無(wú)法再起動(dòng)。

加濃修正區(qū)：TW≥100℃②加減速修正系數(shù)FAD：加速修正系數(shù)FAC：原因：加速時(shí)，隨節(jié)氣門開度，進(jìn)氣量，進(jìn)氣壓力，管內(nèi)壁表面油膜蒸發(fā)速率；

造成缸內(nèi)a變稀。修正方法：考慮負(fù)荷（FDL1）和冷卻水溫（FTW）兩個(gè)影響因素，即FDL1：當(dāng)進(jìn)氣量/節(jié)氣門開度變化率>設(shè)定值時(shí)修正。修正條件FTW：當(dāng)負(fù)荷變化率相同時(shí)，若TW不同，因油膜蒸發(fā)量不同，a不同，故，需修正。減速修正系數(shù)FDC：原因：減速時(shí)，隨節(jié)氣門開度，進(jìn)氣量，進(jìn)氣壓力，管內(nèi)壁表面油膜蒸發(fā)，a變濃

修正方法：與FAC相反修正區(qū)及方向③氧傳感器反饋修正系數(shù)FO：原因：汽油機(jī)用三效催化裝置只在a=1附近，才能同時(shí)凈化CO、HC和NOx三項(xiàng)有害排放物。故，用O2傳感器反饋控制a=1，提高a的控制精度。ZnO2氧傳感器輸出特性修正方法：a=1的正確判定ECU反饋控制。反饋控制目標(biāo)A/F④學(xué)習(xí)控制修正系數(shù)FL：原因：因發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期使用一些零部件磨損等使反饋控制的空燃比偏離目標(biāo)值的部分，控制精度

修正方法：三過(guò)程a)學(xué)習(xí)過(guò)程：確定量b)記憶過(guò)程：記憶c)實(shí)施過(guò)程：修正學(xué)習(xí)控制效果：過(guò)渡工況：反饋控制無(wú)學(xué)習(xí)控制時(shí)加學(xué)習(xí)控制反饋控制響應(yīng)性慢：積分速率百分之幾秒數(shù)量級(jí)；發(fā)動(dòng)機(jī)高速過(guò)渡工況以幾十毫秒數(shù)量級(jí)變化；不能實(shí)現(xiàn)理論空燃比的反饋控制。學(xué)習(xí)控制：響應(yīng)迅速，可實(shí)現(xiàn)理論空燃比控制⑤大負(fù)荷高轉(zhuǎn)速增量修正系數(shù)FH：原因：大負(fù)荷時(shí)，要求輸出最大轉(zhuǎn)矩需要功率混合氣a=0.85~0.95。

修正方法：由節(jié)氣門開度傳感器判斷全負(fù)荷狀態(tài)；開度>80%（設(shè)定值）時(shí)，停止反饋控制；取FH=1.18，并開環(huán)控制。三、速度密度式1．進(jìn)氣量的推測(cè)原理由充氣效率定義：進(jìn)入氣缸的空氣質(zhì)量：即，通過(guò)臺(tái)架試驗(yàn)確定各工況下的充氣效率，實(shí)時(shí)檢測(cè)進(jìn)氣壓力和溫度，求得Ga。2．噴油脈寬Ti的確定：Ka：進(jìn)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(dòng)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)。1）Tp的確定：三維脈譜法

試驗(yàn)確定各工況下的充氣效率；并根據(jù)n和進(jìn)氣壓力p，標(biāo)定各工況下的Tp脈譜。

任E點(diǎn)Tp：用4點(diǎn)插值法：2）FC修正系數(shù)的確定

①進(jìn)氣溫度修正系數(shù)Ka：原因：因Tp是在進(jìn)氣溫度Ta=20℃時(shí)標(biāo)定。當(dāng)Ta變化時(shí)，取

②怠速暖車修正系數(shù)Kw:與FI相同修正范圍：TW=-30℃~90℃，一維脈譜形式。一般：TW≥70℃時(shí)，Kw=1；

TW≈30℃時(shí)，Kw=1.2；TW≈-10℃時(shí)，Kw=1.5③加減速修正系數(shù)Kk：修正原理基本與FAD相同。

方法：同時(shí)監(jiān)測(cè)每轉(zhuǎn)進(jìn)氣壓力和節(jié)氣門開度變化量。當(dāng)其中某一項(xiàng)變化量>設(shè)定值時(shí)，根據(jù)超過(guò)設(shè)定值的該參數(shù)來(lái)確定修正系數(shù)。當(dāng)進(jìn)氣壓力和節(jié)氣門開度同時(shí)超過(guò)設(shè)定值時(shí)，修正系數(shù)取兩者較大值。比較④節(jié)氣門開度修正系數(shù)Kp：原因：修正v隨節(jié)氣門開度變化造成a的偏差量修正方法：Kp=f(節(jié)氣門開度,n)的三維脈譜形式;設(shè)定節(jié)點(diǎn)之外，采用4點(diǎn)插值法。又，當(dāng)節(jié)氣門開度>某一設(shè)定值時(shí)，表示需要輸出大功率此時(shí)直接取Kp=1.18。⑤反饋修正系數(shù)Kf：與FO相同

Kf=1.2~0.8起動(dòng)、怠速、大負(fù)荷修正時(shí),停止；并取Kf=1⑥起動(dòng)后增量修正系數(shù)和油耗修正系數(shù)Ks：起動(dòng)后的增量修正：與相同以HC當(dāng)n>n1(=400r/min)時(shí)，由當(dāng)時(shí)的TWF`g0=Ks0后，隨n，Ks。油耗修正：指發(fā)動(dòng)機(jī)輕負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，將a控制在比a=1稍微稀薄的范圍，以達(dá)到改善油耗的目的。

Ks=1.03~0.97范圍內(nèi)時(shí)，從Ks=1逐漸減小

⑦怠速修正系數(shù)Ki：速度-密度式特有方式。原因：這種方式Tp是通過(guò)進(jìn)氣壓力確定；而在過(guò)渡工況下進(jìn)氣壓力的變化相對(duì)n的變化有遲后現(xiàn)象

當(dāng)節(jié)氣門下游進(jìn)氣容積，或怠速n時(shí)，這種響應(yīng)遲后現(xiàn)象更為嚴(yán)重。措施：由Ks與轉(zhuǎn)矩變動(dòng)相反方向進(jìn)行a的修正消除轉(zhuǎn)矩變動(dòng)一、對(duì)燃燒室的基本要求燃燒室結(jié)構(gòu)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?！?.4汽油機(jī)燃燒組織方式及燃燒室所以，要求：1)結(jié)構(gòu)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)良好的充氣性能燃燒室的形狀和進(jìn)氣門/進(jìn)氣道布置流通面積，進(jìn)氣阻力3)火花塞位置縮短火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x排氣道雙火花塞，抗爆性4)燃燒室形狀與氣流的流動(dòng)通過(guò)火焰前鋒面積，控制燃燒速率和放熱速率進(jìn)氣道二、燃燒室內(nèi)的氣流特性燃燒室內(nèi)宏觀氣流運(yùn)動(dòng)特性的定義：渦流：繞氣缸中心線（z軸）旋轉(zhuǎn)的氣流滾流：繞⊥于氣缸中心線與缸心距構(gòu)成的面(y軸)旋轉(zhuǎn)的氣流側(cè)滾流：繞⊥氣缸中心線與缸心距構(gòu)成面（x軸）旋轉(zhuǎn)的氣流組織燃燒室內(nèi)氣流的方式:

進(jìn)氣系統(tǒng)和燃燒室形狀配合進(jìn)氣渦流方式;通過(guò)燃燒室形狀在壓縮過(guò)程中形成擠流方式渦流強(qiáng)度∝螺旋進(jìn)氣道，進(jìn)氣阻力，c為代價(jià)，且在壓縮過(guò)程中衰減。故需隨負(fù)荷可變控制多氣門渦流可變方式大負(fù)荷時(shí)小負(fù)荷時(shí)三、典型燃燒室楔形：結(jié)構(gòu)較緊湊、火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x短，擠氣面較大半球形：結(jié)構(gòu)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(zhǎng)碗形：結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)體四、汽油機(jī)分層給氣和稀薄燃燃燒系統(tǒng)1）分層燃燒均勻混合氣燃燒特點(diǎn)：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(diǎn)：缸內(nèi)形成A/F梯度分布;火花塞附近較濃可靠點(diǎn)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(shí)現(xiàn)。分層燃燒方式分類：根據(jù)燃料噴射方式分為進(jìn)氣道噴射式和缸內(nèi)直噴式兩種。（1）進(jìn)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(guān)鍵技術(shù)：噴射時(shí)期與缸內(nèi)氣流的匹配A/F可達(dá)22

晚噴，配合缸內(nèi)強(qiáng)列渦流，實(shí)現(xiàn)A/F的軸向梯度分布

進(jìn)氣初期只有空氣進(jìn)入氣缸強(qiáng)烈渦流氣門達(dá)hmax時(shí)噴油，靠渦流上濃下稀分層

徑向分量>軸向分量軸向分層2．橫向分層稀薄燃燒利用4氣門機(jī)構(gòu)，采用滾流式進(jìn)氣道，配合活塞頂結(jié)構(gòu)形狀，形成滾流。噴油器安裝在進(jìn)氣支管上，向兩個(gè)進(jìn)氣門之間噴油，火花塞布置在氣缸中央在滾流的引導(dǎo)下濃混合氣經(jīng)過(guò)火花塞；而火花塞兩側(cè)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(jì)性6~8%，NOx80%(2)缸內(nèi)直噴（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(jìn)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(guò)噴射時(shí)期的控制可實(shí)現(xiàn)均質(zhì)混合氣燃燒、分層稀薄燃燒以及HCCI1．GDI混合氣形成機(jī)理關(guān)鍵技術(shù)：進(jìn)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(diǎn)氣缸壓力推遲點(diǎn)火提前角，放熱速率，放熱持續(xù)時(shí)間

質(zhì)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。c，，t。分層混合燃燒，外圍稀混合氣或空氣對(duì)火焰起隔熱作用，傳熱損失?；旌蠚庖追謱臃€(wěn)定分層稀燃接近空氣循環(huán)。A/F控制及過(guò)渡工況控制更精確。因車用發(fā)動(dòng)機(jī)不同工況對(duì)A/F要求不同稀燃工況范圍只限于中小負(fù)荷區(qū)。大負(fù)荷或全負(fù)荷區(qū)：進(jìn)氣行程中噴油目標(biāo)空燃比實(shí)現(xiàn)均勻混合氣

在中小負(fù)荷區(qū)：壓縮行程后期噴油上濃下稀的分層混合氣。螺旋進(jìn)氣道或?qū)馄吝M(jìn)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?xì)怏w和未燃?xì)怏w靠密度差分離②GDI滾流分層稀燃系統(tǒng)三菱4G型汽油機(jī)：早噴射晚噴射縱向直進(jìn)氣道+半球形燃燒室強(qiáng)烈的反滾流與噴霧配合，分層A/F=40，=12豐田D4型汽油機(jī)：通過(guò)噴射方式的有效控制和燃燒室內(nèi)渦流的優(yōu)化匹配實(shí)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(shí)降低排放

關(guān)鍵技術(shù)：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(shí)，產(chǎn)生與排氣中的O2濃度成比例的O2離子的移動(dòng)，從而形成電流，即

氣缸壓力反饋控制法：通過(guò)氣缸壓力傳感器檢測(cè)每循環(huán)缸壓求TtqA/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(cè)缸壓p；N循環(huán)求Ttq

、Ttq一、汽油機(jī)有害排放物及其產(chǎn)生機(jī)理汽油機(jī)的有害排放物：排氣中的CO、HC、NOx、CO2；曲軸箱通風(fēng)向大氣排出的HC；燃料供給系中因燃料蒸發(fā)而散發(fā)出去的HC等。污染物來(lái)源不同，措施不同：尾氣排放燃燒系統(tǒng)改進(jìn)+后處理技術(shù)；曲軸箱通風(fēng)PCV閥回流到進(jìn)氣管；燃料供給系蒸發(fā)物活性碳罐吸收裝置來(lái)控制§5.5汽油機(jī)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(jìn)氣過(guò)程中隨情系空氣進(jìn)入氣缸?；钚蕴炕钚蕴抗迒蜗蜷y產(chǎn)生機(jī)理：N2和O2在高溫下化合的結(jié)果

Zeldovich機(jī)理:因素及措施：O2濃度，燃燒溫度Tz，燃燒反應(yīng)時(shí)間

控制NO的基本原則：減小混合氣中O2（或N2

）的含量；盡可能降低燃燒溫度；縮短在高溫燃燒帶內(nèi)滯留的時(shí)間。N2分解需較大活化能