第六章 汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒

第六章汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒1第1頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第六章汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒主要內(nèi)容與要求理解和掌握汽油機(jī)的燃燒過(guò)程；理解和掌握汽油機(jī)電控汽油噴射系統(tǒng);理解和掌握電控汽油噴射空氣供給系統(tǒng)；理解和掌握燃油供給系統(tǒng)；理解和掌握電子控制系統(tǒng)的組成及常用傳感器的作用；理解和掌握燃油噴射的控制；了解汽油機(jī)燃燒室。

2第2頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第六章汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒第六節(jié)燃油噴射的控制功能：（1）電子控制噴射系統(tǒng)的工作，最終通過(guò)噴油器定時(shí)、定量地把汽油噴入進(jìn)氣道或氣缸中去，使發(fā)動(dòng)機(jī)在各種工況下都能獲得最佳濃度的混合氣。（2）實(shí)現(xiàn)起動(dòng)加濃、暖機(jī)加濃、加速加濃、全負(fù)荷加濃、減速調(diào)稀、強(qiáng)制怠速停油、自動(dòng)怠速等控制功能，滿足發(fā)動(dòng)機(jī)各種特殊工況對(duì)混合氣的要求，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)獲得良好的燃油經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性并降低廢氣中的有害排放物。

燃油噴射控制是ECU的主要控制功能，燃油噴射控制包括噴油時(shí)刻的控制和噴油量的控制。3第3頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期三一、噴油時(shí)刻的控制噴油時(shí)刻是指噴油器開(kāi)始進(jìn)行噴油的時(shí)刻相對(duì)曲軸位置的轉(zhuǎn)角。

噴油時(shí)刻隨發(fā)動(dòng)機(jī)噴油方式的不同而有所不同，但都是在相對(duì)曲軸轉(zhuǎn)角的固定轉(zhuǎn)角處。4第4頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期三二、噴油量的控制

噴油量的控制由ECU根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的不同運(yùn)行工況控制噴油器的不同噴油持續(xù)時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)。工作原理：ECU根據(jù)各種傳感器測(cè)得的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量、轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門(mén)開(kāi)度、冷卻液溫度與進(jìn)氣溫度等多項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)，按設(shè)定的程序進(jìn)行計(jì)算，并按計(jì)算結(jié)果向噴油器發(fā)出電脈沖，通過(guò)改變每個(gè)電脈沖的寬度來(lái)控制各噴油器每次噴油的持續(xù)時(shí)間，從而達(dá)到控制噴油量的目的。電脈沖的寬度越大，噴油持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，噴油量也越大。控制方式：噴油持續(xù)時(shí)間的控制分為同步噴射和異步噴射持續(xù)時(shí)間兩種控制方式。1．起動(dòng)工況的噴油控制按預(yù)先給定的起動(dòng)程序來(lái)進(jìn)行噴油控制。ECU根據(jù)起動(dòng)開(kāi)關(guān)及轉(zhuǎn)速傳感器的信號(hào)，判定發(fā)動(dòng)機(jī)是否處于起動(dòng)狀態(tài)。（1）通過(guò)ECU控制冷起動(dòng)加濃（沒(méi)有冷啟動(dòng)噴油器）（2）通過(guò)冷起動(dòng)噴油器和冷起動(dòng)溫度開(kāi)關(guān)控制冷起動(dòng)加濃

（有冷啟動(dòng)噴油器）5第5頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

2．起動(dòng)后的噴油控制ECU按下式確定噴油持續(xù)時(shí)間：

噴油持續(xù)時(shí)間＝基本噴油時(shí)間×噴油修正系數(shù)＋電壓修正值

基本噴油時(shí)間是根據(jù)空氣質(zhì)量和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算出的為實(shí)現(xiàn)設(shè)定空燃比而需要的噴油時(shí)間。

各噴油修正系數(shù):

（1）蓄電池電壓修正

蓄電池電壓修正通常以14Ⅴ電壓為基準(zhǔn)，低于14Ⅴ時(shí)，增加噴油時(shí)間。

6第6頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（2）進(jìn)氣溫度修正

進(jìn)氣溫度不同，空氣質(zhì)量會(huì)有變化。為了補(bǔ)償這個(gè)誤差，在空氣流量計(jì)內(nèi)常裝有進(jìn)氣溫度傳感器，通常是以20℃時(shí)的進(jìn)氣溫度為基準(zhǔn)。

（3）起動(dòng)后噴油修正

為使發(fā)動(dòng)機(jī)保持穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，應(yīng)隨時(shí)間變化進(jìn)行不同程度的加濃。

噴油修正系數(shù)的初始值由冷卻液的溫度決定，然后隨著起動(dòng)運(yùn)行，修正系數(shù)逐漸衰減。

7第7頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（4）暖機(jī)加濃修正

在暖機(jī)過(guò)程中必須增加噴油量。暖機(jī)增加噴油量比的大小取決于冷卻液溫度傳感器所測(cè)得的發(fā)動(dòng)機(jī)溫度，并隨著發(fā)動(dòng)機(jī)溫度升高而逐漸減小。（5）加速修正

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于加速工況時(shí)，ECU能自動(dòng)按一定比例適當(dāng)增加噴油量，修正的大小取決于加速時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度，溫度越低，修正量越大，持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)。8第8頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（6）大負(fù)荷修正當(dāng)節(jié)氣門(mén)位置傳感器的大負(fù)荷觸點(diǎn)閉合或節(jié)氣門(mén)開(kāi)度大于70°時(shí)，ECU判斷為大負(fù)荷工況，此時(shí)應(yīng)按功率混合氣要求供給噴油量，目的是使發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出最大功率。大負(fù)荷信號(hào)由節(jié)氣門(mén)位置傳感器測(cè)得的節(jié)氣門(mén)開(kāi)度來(lái)決定。當(dāng)判斷出為大負(fù)荷時(shí)，ECU調(diào)節(jié)噴油器的持續(xù)噴油時(shí)間，使噴油量增加。（7）斷油控制

1）超速斷油控制

對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速進(jìn)行限制。2）減速斷油控制有利于控制急減速時(shí)的有害排放物，降低燃油消耗量，并加大發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)汽車(chē)滑行的制動(dòng)作用。開(kāi)環(huán)控制的特點(diǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)只是按照ECU中預(yù)先存儲(chǔ)的空燃比值對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制，因而其控制比較簡(jiǎn)單，但并不檢測(cè)控制后是否達(dá)到了真正的目標(biāo)，所以不能糾正自身控制產(chǎn)生的相對(duì)誤差。9第9頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期三3．理論空燃比的反饋控制（又稱為閉環(huán)控制）是指借助安裝在排氣管中的氧傳感器送來(lái)的反饋信號(hào)，對(duì)理論空燃比進(jìn)行反饋控制的方式。工作原理：根據(jù)氧傳感器的輸出特性，氧傳感器輸出電壓信號(hào)在過(guò)量空氣系數(shù)Фα＝1處發(fā)生躍變。微機(jī)有效地利用這一空燃比反饋信號(hào)，當(dāng)氧傳感器的輸出電壓突然降低時(shí)，ECU根據(jù)這一信號(hào)命令噴油器增加供油量，使混合氣逐漸變濃，直至加濃到實(shí)際空燃比略低于化學(xué)計(jì)量空燃比、氧傳感器的輸出電壓再次迅速上升、ECU再次發(fā)出減少噴油量的命令。

在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行中，并不是在所有時(shí)刻和任何工況下，氧傳感器和反饋控制系統(tǒng)都起作用。ECU是交替通過(guò)開(kāi)環(huán)和閉環(huán)兩種方式對(duì)噴油量進(jìn)行控制的。

10第10頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第六節(jié)結(jié)束！11第11頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第七節(jié)汽油機(jī)的燃燒室為了使汽油機(jī)動(dòng)力性高、經(jīng)濟(jì)性好、工作平穩(wěn)、噪聲小、排氣污染小，對(duì)燃燒室提出了一系列的要求：（1）結(jié)構(gòu)緊湊面容比F／V

（2）具有良好的充氣性能應(yīng)允許有較大的進(jìn)、排氣門(mén)流通截面。

（3）火花塞位置安排得當(dāng)（4）要產(chǎn)生適當(dāng)?shù)臍怏w流動(dòng)（5）適當(dāng)冷卻末端混合氣

12第12頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期三一、傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)常見(jiàn)的幾種燃燒室1、楔形燃燒室特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)較緊湊，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x較短；充氣性能較好；壓縮比可達(dá)9.5～10.5；有較高的經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性;低速、低負(fù)荷性能穩(wěn)定

。但初期燃燒速度大，工作粗暴，NOx排出量較高，廢氣中HC的含量亦較多

。應(yīng)用：在高性能轎車(chē)汽油機(jī)上較少應(yīng)用。13第13頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2．浴盆形燃燒室

特點(diǎn)是：具有一定的擠氣面積，但擠流效果差；火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x較長(zhǎng)，燃燒速度較低，使整個(gè)燃燒時(shí)間長(zhǎng)，經(jīng)濟(jì)性能、動(dòng)力性能不高，HC排量多。但工作柔和，NOx的排量較少，工藝性好。

14第14頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

3．半球形燃燒室特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)緊湊，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x也是最短的；充氣效率高，且對(duì)轉(zhuǎn)速變化不敏感

；有較好的動(dòng)力性能和經(jīng)濟(jì)性能，HC排放量低。但工作粗暴，NOx排放較多，末端混合氣冷卻較差，氣門(mén)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)也較復(fù)雜。15第15頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期三二、稀薄燃燒及缸內(nèi)直噴式汽油機(jī)

常規(guī)汽油機(jī)：其混合氣是均質(zhì)的，一般在空燃比α＝12.6～17范圍內(nèi)工作。

稀薄燃燒汽油機(jī)：空燃比α＞17，且保證動(dòng)力性能。稀燃汽油機(jī)的分類：（1）非直噴式稀燃汽油機(jī)，包括均質(zhì)稀燃和分層稀燃式汽油機(jī)，一般只能在17＜

α＜25的范圍內(nèi)工作。（2）缸內(nèi)直噴式稀燃汽油機(jī)，可在α≥25～50范圍內(nèi)穩(wěn)定工作。

16第16頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期三特點(diǎn)：與常規(guī)汽油機(jī)相比，稀薄燃燒汽油機(jī)同時(shí)兼顧了燃油經(jīng)濟(jì)性和低排放特性。1717第17頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

1、均質(zhì)稀混合氣的燃燒室（1）TCP燃燒室

18第18頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（2）雙火花塞燃燒室

燃燒持續(xù)時(shí)間縮短，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。

19第19頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2、分層燃燒

在火花塞附近形成具有良好著火條件的較濃的可燃混合氣，而在周邊區(qū)域是較稀混合氣或空氣。分層燃燒的汽油機(jī)可穩(wěn)定工作在α＝20～25范圍內(nèi)。分層充氣使燃油消耗率降低13％左右，NOx也有顯著降低。分層往往是通過(guò)不同的氣流運(yùn)動(dòng)和供油方法實(shí)現(xiàn)的。17分層燃燒5020第20頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（1）美國(guó)德士古分層燃燒系統(tǒng)（TCCS）

優(yōu)點(diǎn)：1）部分負(fù)荷時(shí)有較高的經(jīng)濟(jì)性能。2）具有優(yōu)異的多種燃料性能。缺點(diǎn)：1）NOx的含量高。2）分層不好時(shí)，高負(fù)荷冒黑煙，低負(fù)荷因過(guò)量空氣系數(shù)過(guò)大，燃燒不好，HC含量增加。3）對(duì)加速、減速等過(guò)渡工況及周?chē)h(huán)境變化適應(yīng)性較差。4）技術(shù)要求高，推廣有一定困難。21第21頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（2）

CVCC燃燒系統(tǒng)

它實(shí)際上是一種分區(qū)燃燒方式，有主、副兩個(gè)燃燒室和兩個(gè)化油器。特點(diǎn)：燃燒速度低，過(guò)后燃燒嚴(yán)重，CVCC燃燒系統(tǒng)的NOx排放量?jī)H為一般汽油機(jī)的1／3；同時(shí)排氣溫度高且處于氧化性氣氛，加之裝有熱反應(yīng)器，使排氣中的HC和CO進(jìn)一步氧化。

22第22頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（3）軸向分層稀燃系統(tǒng)

當(dāng)進(jìn)氣門(mén)開(kāi)啟接近最大升程時(shí)，通過(guò)安裝在進(jìn)氣道上的噴油器將燃料對(duì)準(zhǔn)進(jìn)氣閥噴入缸內(nèi)；燃料在渦流的作用下，沿氣缸軸向發(fā)生上濃下稀分層。

23第23頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（4）滾流（縱渦）分層稀燃系統(tǒng)

MVV燃燒系統(tǒng)在進(jìn)氣道中設(shè)置兩塊薄的垂直隔板，使進(jìn)氣在氣缸內(nèi)形成三股獨(dú)立的滾流。24第24頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（5）四氣門(mén)分層稀燃系統(tǒng)

高壓縮快速燃僥（HCFB，highcompressionfastbum）系統(tǒng)當(dāng)渦流控制閥不是完全開(kāi)啟時(shí)，中性進(jìn)氣道的混合氣較濃，切向進(jìn)氣道的混合氣較稀，造成分層充氣。

25第25頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期三3．缸內(nèi)直噴式稀薄燃燒方式

汽油機(jī)的缸內(nèi)直接噴射（GDI）是指直接往氣缸內(nèi)噴射汽油。缸內(nèi)直噴式汽油機(jī)一般可在α≥25～50范圍內(nèi)穩(wěn)定工作，燃油耗率得到進(jìn)一步改善。（1）福特缸內(nèi)直噴燃燒系統(tǒng)（PROCO）

發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比達(dá)11.5，燃油消耗率可進(jìn)一步下降，可大幅度降低冷起動(dòng)時(shí)的HC排放，穩(wěn)定工作的最大空燃比可達(dá)25。26第26頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（2）三菱4G系列缸內(nèi)直噴式稀薄燃燒

主要工作特點(diǎn)：利用立式進(jìn)氣道在氣缸中產(chǎn)生逆向翻滾氣流；利用一個(gè)高壓（噴射壓力5MPa）的旋流式電磁噴油器，使得噴出的燃油有好的貫穿度和合適的霧化；可以實(shí)現(xiàn)小負(fù)荷時(shí)分層燃燒；可以精確控制火花點(diǎn)火時(shí)火花塞附近的空燃比，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火的可靠性；可以實(shí)現(xiàn)兩段燃燒；在全工況范圍內(nèi)，可以實(shí)現(xiàn)均質(zhì)、分層、二段混合燃燒等。27第27頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（3）豐田D－4缸內(nèi)直噴稀燃發(fā)動(dòng)機(jī)

特點(diǎn)：在進(jìn)氣道上安裝了電子渦流控制閥；燃燒室為半球屋頂形，活塞頂部設(shè)有唇型深皿凹坑；