理学汽油机混合气的形成及燃烧.pptx

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1、2023/3/26在此时期内，混合气的活化中心浓度迅速增长，反应速率很快提高，形成高温单阶段着火过程。1、滞燃期（着火阶段）:三种定义，有一定的差别a、从点火开始至缸内压力明显脱离压缩线所需的时间。b、点火作为起点直到形成设定半径火焰核心，开始传播一段时间。C、从点火开始至缸内10%的燃料燃烧完毕所需的时间。第1页/共93页2023/3/26滞燃期影响因素：a.燃料的分子结构和理化性能、混合气成分.b.点火时缸内气体的压力、温度；c.气流运动以及点火能量的大小。d.过量空气系数、残余废气量。第2页/共93页2023/3/262、急燃期（2-3）火焰核心开始出现火焰传播，至火焰遍及几乎整个燃烧室

2、燃烧完绝大部分燃料的一段时间，称为急燃期。推进速度取决于层流火焰速度和混合气紊流状态第3页/共93页2023/3/26特点：燃烧的混合气量很大，放热量急剧增加，缸内温度和压力升高很快，压力升高率达到 0.20.4MPaCA。持续时间短，因燃烧放热集中于压缩上止点附近，故其热量利用情况较好。应避免点3在压缩上止点前过早出现，否则将引起压缩过程负功的增加，或产生过高的压力升高率和最高燃烧压力。第4页/共93页2023/3/263、后燃期（3-4）是从最高燃烧压力点起至燃料基本烧完为止的一段时间。主要有火焰前锋后未及燃烧的燃料再燃烧，贴附在缸壁上未燃混合气层的部分燃烧以及高温分解的燃烧产物（H2、C

3、O）等重新氧化。压力最高点3后至95%以上燃料热量基本释放出，应尽量减少。第5页/共93页2023/3/26 二、燃烧速度燃烧速度：指单位时间燃烧的混合气量燃烧速度：指单位时间燃烧的混合气量 T T未燃混合气密度未燃混合气密度 U UT T 火焰传播速度火焰传播速度 A AT T 火焰前锋面积火焰前锋面积影响燃烧速度的因素：火焰速度、火焰前锋面积、未燃混影响燃烧速度的因素：火焰速度、火焰前锋面积、未燃混合气的密度合气的密度第6页/共93页2023/3/26 1、火焰传播速度 A：紊流运动 影响火焰速度的主要因素有：第7页/共93页2023/3/26B：混合气成分 C：混合气初始温度高，火焰速度

4、增加。影响火焰速度的主要因素有：紊流运动、混合气成分和混合气初始温度。第8页/共93页2023/3/26 2、火焰前锋面积 它直接影响到主燃烧期相当曲轴转角的位置，而这与缸内直接影响到主燃烧期相当曲轴转角的位置，而这与缸内压力上升情况密切相关压力上升情况密切相关第9页/共93页2023/3/263、可燃混合气密度 增大 T，可以提高燃烧速度，因此提高压缩比和进气压力，均可加大燃烧速度。第10页/共93页2023/3/26 三、不规则燃烧不规则燃烧：是指在稳定正常运转的情况下，各循环之间的燃烧变动和各缸之间的燃烧差异。这是汽油机燃烧过程的一大特征。第11页/共93页2023/3/261、燃烧的循

5、环变动第12页/共93页2023/3/26 产生这种现象的主要原因：火花塞附近混合气的混合比和气体湍流性质、程度在各循环均有变动，致使火焰中心形成的时间不同，即由有效着火时间变动而引起的。第13页/共93页2023/3/26改善循环间的燃烧变动可：1、当a0.80.9时，循环燃烧变动最小。2、在中等负荷以上变动较小，低负荷和低转速 时残余废气相对量多，变动明显。3、加强湍流有助于减少变动，所以转速增加时一般变动减小。4、加大点火能量，采用多点点火。5、点火时刻和点火位置对燃烧变动很敏感。第14页/共93页2023/3/26针对多缸机而言的，各缸间燃烧差异称各缸间工作差异。进气管内空气、燃料蒸汽

6、、各种比例的混合气、大小不一的雾化油粒以及沉浸在进气管壁上厚薄不同的油膜各缸进气歧管的差别，各缸间进气重叠引起的干涉等现象导致各缸进气量、进气速度以及气流的湍流状态不一致影响最大的是进气管的设计。2、各缸间燃烧差异主要原因：各缸进气充量不均匀，混合气成分不均匀。第15页/共93页2023/3/26 四、不正常燃烧爆震和表面点火的定义1 1、影响爆燃的因素：、影响爆燃的因素：（1 1）运行因素）运行因素（2 2）结构因素）结构因素第16页/共93页2023/3/26（1 1）运行因素）运行因素 1）点火提前角增加，t1减少；pZ，TZ增大，t2减少。但t2起主要作用，故爆燃倾向增加。可以用推迟点

7、火提前角办法降低爆燃倾向。2）转速的影响n增加，Sf增加，t1减少；吸气损失增加，温度增大，使t2减少；而冲量系数下降，pZ下降，t2增加；n增加，爆燃倾向减少。令t1为火焰传播时间，t2为爆燃时间第17页/共93页2023/3/263）负荷节气门关小，残余废气增大，传热损失增加，pZ下降，t2增加，故爆燃倾向减小。4）混合气浓度影响a=0.8-0.9时，Sf最高，t1最小；t2也最小，t2起主要作用，爆燃倾向增加，过浓过稀混合气有助于减少爆振。5）沉淀物（积碳）积碳温度较高，使爆燃倾向增加。第18页/共93页2023/3/26 1）气缸直径：D增大，t1增大，t2减小，爆燃倾向增加。2）火花

8、塞安装位置：靠近排气门不易引起爆燃，远离进气工作不稳。3）气缸盖与活塞的材料：轻铝合金具有导热好特性，爆燃减轻。4）燃烧室结构：火燃传播距离短、传播速度高，湍流强度高的结构有助于降低爆燃。（2）结构因素：第19页/共93页2023/3/26 爆燃成爆燃成为限制火花点火限制火花点火发动机功率提高和机功率提高和经济性改善的性改善的一个重要因素。增加其抗爆性能，不断改一个重要因素。增加其抗爆性能，不断改进燃燃烧系系统和和进气气系系统以减少爆燃以减少爆燃倾向，已成向，已成为提高汽油机性能的一个重要方提高汽油机性能的一个重要方面。面。爆燃的危害：1）输出功率、热效率均降低：2）气缸过热：3）零件的应力增

9、加：4）爆燃促使积碳形成，容易破坏活塞环、气门和火花塞的正常工作；压力波冲击缸壁表面，使之不易形成油膜，会导致机件加速磨损。第20页/共93页2023/3/261）推迟点火；防止爆燃的方法：2）缩短火焰传播距离；3）冷却中冷混合气；4）增加流动加速火焰传播，降低温度；5）增强燃烧室扫气。第21页/共93页2023/3/26第22页/共93页2023/3/26表面点火分为早燃和灼热表面点火，前者指在火花塞点表面点火分为早燃和灼热表面点火，前者指在火花塞点燃之前，某一灼热表面就点燃混合气；后者指爆燃发生燃之前，某一灼热表面就点燃混合气；后者指爆燃发生后引起发动机过热，引起更多的灼热表面点燃混合气，

10、后引起发动机过热，引起更多的灼热表面点燃混合气，现在一般将灼热表面点火于爆燃混为一谈。现在一般将灼热表面点火于爆燃混为一谈。2、表面点火 第23页/共93页2023/3/26 影响表面点火的因素影响表面点火的因素 1）燃料形成沉）燃料形成沉积物的能力。物的能力。2）混合气本身抵抗点燃的能力。）混合气本身抵抗点燃的能力。发动机机结构参数和运构参数和运转参数参数变化化时，凡促，凡促进沉沉积物温度升物温度升高、氧气供高、氧气供应好以及降低混合气点火能量的因素，均将促好以及降低混合气点火能量的因素，均将促进表面点火的表面点火的发生生防止表面点火的主要措施有：防止表面点火的主要措施有：1）选用沸点低的汽

11、油和成焦性小的用沸点低的汽油和成焦性小的润滑油。滑油。2）降低）降低压缩比。比。3）避兔）避兔长时间的低的低负荷运行和汽荷运行和汽车频繁加减速行繁加减速行驶。4）应用磷化物用磷化物为燃油添加燃油添加剂，使沉，使沉积物中的物中的铅化合物形成磷酸化合物形成磷酸铅，从，从而使碳的着火温度提高到而使碳的着火温度提高到560，且氧化，且氧化缓慢，放出慢，放出热量少，减少激爆的量少，减少激爆的发生。生。第24页/共93页2023/3/261、混合气浓度：五、五、使用因素的不同对内燃机的影响 第25页/共93页2023/3/26混合气浓度：=0.80.9时，火焰传播速度最快，因此，pz、tz、p/、Pe均达

12、最高值，且爆燃倾向增大。在=1.031.1时，由于燃烧完全，油耗率be最低，但NOx排放量最大。随着混合气浓度增加，CO排放量明显增加。混合气浓度过浓（1.2），HC排放量均明显增加。第26页/共93页2023/3/26 2、点火提前角:汽油机点火提前特性：保持节气门开度、转速以及混合气浓度一定，功率、燃油消耗率、排气温度随点火提前角的变化。第27页/共93页2023/3/26 最佳点火提前角一般为20-30 CA。第28页/共93页2023/3/26请解释汽油机最佳点火提前角随发动机负荷和转速的变化关系及其原因转速增加，气缸内紊流增强，火焰传播速率增加，燃烧持续时间缩短，但所占曲轴转角间隔却

13、延长，因此，为减少后燃损失，最佳点火提前角应提前。负荷减小时，气缸内气体的压力、温度降低，气缸内实际混合气成分由于废气稀释程度增加而较稀，爆燃的倾向减小，最佳点火提前角可以增大，有利于改善燃油经济性。但是，怠速时，由于可燃混合气数量最少，后燃损失不大，不进行点火提前。第29页/共93页2023/3/26 当转速增加时，气缸中湍流增加，火焰传播速率大体与转速成正比例增加，因而最高爆发压力、压力升高比随转速的变化不大。3、转速不同时的燃烧过程第30页/共93页2023/3/26 1.在转速升高时，由于散热损失减少，进气被加热，使气缸内混合得更均匀，有利于缩短滞燃期。2.由于残余废气系数增加，气流吹

14、走电火花的倾向增大，又促使滞燃期增加。按曲轴转角计的滞燃期却随转速的增加而增大。在转速增加时，应增大点火提前角。转速特性：在节气门开度一定时，负荷油耗随转速变化的规律。传统点火系统进考虑了转速和负荷，不能对点火系统精确控制。第31页/共93页2023/3/26 4、负荷的影响：转速保持不变，通过改变节气门开度来调节进入气缸的混合气量，以达到不同的负荷要求。（量的调节）。节气门关小时，充量系数急剧下降，使残余废气系数增加，滞燃期增加，火焰传播速率下降，最高爆发压力和燃烧温度、压力升高比均下降，散热损失相对增加，因而燃油消耗率增加；随着负荷的减小，最佳点火提前角要增加。采用点火提前真空调节器来自动

15、调整。第32页/共93页2023/3/26大气压力低（如高原、高空），气缸充气量（质量）减少，则混合气变浓。另外，压缩压力低，着火延迟期长和火焰传播速度慢，燃油经济性和动力性下降，但爆燃倾向减小（混合气体密度低，压缩终了压力、温度低，不易自燃）。大气温度高，气缸充气量（质量）减少，发动机经济性、动力性变差（夏天和冬天发动机性能指标的不同），而且容易爆燃（点火提前角随进气温度升高应推迟）和气阻。大气温度低，应采取措施，保证燃油的雾化、点火可靠及起动顺利，如进气管加热、增强火花能量等。5、大气状况第33页/共93页2023/3/264-2汽油机混合气的形成汽油机混合气的形成方式有：化油器内形成汽油

16、喷射方式第34页/共93页2023/3/26一、化油器式混合气形成第35页/共93页2023/3/26简单化油器特性第36页/共93页2023/3/26第37页/共93页2023/3/26第38页/共93页2023/3/263、发动机全负荷时，化油器应供给气缸较浓的功率混合气成分（=0.80.9，A/F=1214）；2、发动机中等负荷时，化油器应供给气缸较稀的经济混合气成分（=1.051.15，50%负荷后，A/F=17左右）；1、怠速时，由于废气稀释，化油器应供给气缸浓混合气成分（=0.60.8，A/F=1012.4）。理想化油器特性是针对发动机稳定工况的要求，通过简单化油器基础上增加一系列

17、自动供油装置（怠速系统、主供油系统、加浓系统）及其各种油、气量孔的尺寸选择，使实际供油特性与理想化油器特性基本相符。第39页/共93页2023/3/26第40页/共93页2023/3/262）暖机：发动机冷起动后开始自动继续运转，直至稳定的怠速运转。这段过渡期间，由于发动机温度、转速上升，汽油雾化条件改善，要求化油器供给的混合气成分由极浓逐渐变换到怠速工况的较浓混合气成分。1）冷起动：发动机在外力推动下起动时，转速极低，汽油雾化质量很差，要求化油器供给极浓混合气成分（0.20.6）（注：非气缸内混合气成分）。4、过渡工况3）加速：加速时，节气门开度骤然加大，由于燃料惯性大于空气，气缸内混合气成

18、分出现瞬间过稀，发动机功率下降，转速降低，甚至会出现熄火现象，因此，要求化油器供给加浓混合气成分（额外供给一部分燃料）。第41页/共93页2023/3/26二、汽油喷射式混合气的形成电控汽油喷射系统（Electronic Fuel Injection）由空气系统、燃料系统及控制系统三部分组成。第42页/共93页2023/3/26（怠速控制阀）空气系统作用是计量并控制燃烧所必要的空气量。主要由空滤器、空气流量计、节气门体组成。空气阀空气流量计节气门第43页/共93页2023/3/26燃料系统作用是通过由电动汽油泵向各缸进气歧管上的喷油嘴及进气总管上的冷起动喷油嘴喷射具有一定相对压力（燃油轨油压与

19、进气管气压之差一定）的燃油，将燃油喷散雾化并控制喷油量。第44页/共93页2023/3/26压力调节器的作用第45页/共93页2023/3/26控制系统作用是根据各传感器信号，由计算机控制单元判断发动机状态，决定合适的喷射时间，并使喷油嘴动作。各类传感器将测量吸入空气量、转速、负荷、排气中的氧含量、吸气温度、冷却水温度、蓄电池电压、曲轴相位、加减速状态等，并转化为电信号输入计算机控制单元ECU。第46页/共93页2023/3/26系统简图电控汽油喷射系统简图及基本构成第47页/共93页2023/3/26电控汽油喷射系统简图及基本构成第48页/共93页2023/3/26第49页/共93页2023

20、/3/26电控燃油喷射方式发动机每循环喷油量如何控制？通过由电动汽油泵向各缸进气歧管上的喷油嘴及进气总管上的冷起动喷油嘴喷射具有一定相对压力（燃油轨油压与进气管气压之差一定）的燃油，将燃油喷散雾化并控制喷油量。喷油嘴喷孔直径、各工况下的针阀升程、喷射压力差均一定，则控制系统仅需控制针阀开启时间（即通电脉冲时间）长短即可控制喷油量的计量。第50页/共93页2023/3/26对汽油机燃烧过程影响最主要的缸内空气运动有哪些？汽油机产生紊流的方法有两种：进气涡流和挤流。进气涡流在进气过程中造成绕气缸中心线的旋转运动。进气涡流对平顶式活塞的汽油机来说，在进气过程中逐渐增强，在压缩过程中逐渐减弱。由于紊流

21、源自涡流运动，因此进气过程中产生的紊流在进气结束时达到最大，但不能维持到压缩终了阶段。由于进气涡流通过进气紊流促进了油气微观混合，加速了火焰传播速率，挤流在接近压缩终了阶段，利用活塞顶部和气缸盖底面之间的狭小间隙（挤气间隙），将混合气挤入燃烧室内，形成涡流。挤流正好在压缩上止点前达到最大，上止点后因活塞下行形成反挤流，也在上止点后不久达到峰值。增大挤流强度可以明显提高火焰传播速率，缩短燃烧时间，而且不会导致充气效率降低，受负荷、转速影响较小（容积变化引起的），因此，增强挤流运动一直是汽油机形成紊流、改善混合气形成与燃烧的主要途径。第51页/共93页2023/3/26汽油机是否采用螺旋式进气道以

22、组织进气涡流运动？为什么？为保证最大充气量，一般汽油机不组织强进气涡流，使低速、低负荷的进气涡流更弱，对明显燃烧期影响较小，故汽油机不采用螺旋式进气道组织进气涡流。第52页/共93页2023/3/264-3点燃式内燃机的燃烧室一、燃烧室1.设计要求：在降低排放污染的同时提高经济性。经济性高，it、bi；其中压缩比影响最大。燃烧放热曲线接近等容曲线的程度。由曲线xb=f()、dxb/d 考察 污染小。动力性高 不出现爆燃与表面点火 燃烧循环变动小 工作柔和，燃烧噪声小 满足速燃的要求：z60 稀燃能力好 起动性、瞬态特性、EGR承受能力好 第53页/共93页2023/3/262、燃烧室设计要点动

23、力性、燃油经济性好，工作轻声平稳、排气污染小等。1）压缩比影响汽油机性能指标的最重要的结构参数既提高压缩比又不促使爆燃的发生，燃烧室设计应从以下几个方面考虑：a）缩短火焰传播距离b）利用适当强度的湍流，加快火焰传播速度c）在离火花塞较远的区域设计适当的冷却面积。d）燃烧室内没有易受高温影响而产生的热点和表面沉积物第54页/共93页2023/3/262）结构紧凑减小燃烧室表面积与其容积之比（A/F）火焰传播距离短，不易爆燃，可提高压缩比。相对散热损失小，热效率高。熄火面积小，HC排放量少。第55页/共93页2023/3/263）具有良好的充气性能：进排气门，进排气道主要考虑进气门、进气道的布置，

24、应允许较大的进气主要考虑进气门、进气道的布置，应允许较大的进气流通截面积，适用于多气门布置，进气道流动阻力小，流通截面积，适用于多气门布置，进气道流动阻力小，充气效率高。充气效率高。第56页/共93页2023/3/26第57页/共93页2023/3/264）火花塞位置安排适当第58页/共93页2023/3/26a）能利用新鲜混合气充分扫除火花塞周围的残余废气，使混合气易于点燃，保证低速工作稳定。b）火花塞尽可能布置在燃烧室内最热处，如排气门处，一则容易点燃，二则使远端混合气远离最热处，避免加热自燃。c）应使火花塞传播开的火焰面变化合理，确保运转平稳。d）火焰传播距离尽可能短，如火花塞居中布置，

25、火焰传播距离均等。第59页/共93页2023/3/265）燃烧室形状合理分布满足速燃要求，一般将燃烧90%燃料的燃烧持续期控制在60 CA之内。考虑燃烧速率的变化率，使压力升高速率不至过高（始燃放热量多）。第60页/共93页2023/3/26但：过强的紊流运动会使热损失增加，点火困难（如火花塞间隙内扰动过强，可能将火核吹熄），压力上升速度过高。6）组织适当的紊流运动增大火焰传播速度。冷却末端未燃混合气区。减少循环之间的燃烧变动。减小熄火厚度，降低HC排放量。7）防止早燃和爆燃第61页/共93页2023/3/26燃烧室应有最大的火焰前锋面积、最小的面容比、最大的气门尺寸，最佳的几何形状。能够改善

26、混合气分布和均匀性。二、燃烧室的优化：燃烧室的几何形状缸盖和活塞顶形状火花塞的位置燃烧室应适当的组织气体运动第62页/共93页2023/3/26三、典型燃烧室：按气门布置分侧置式（已淘汰）和顶置式燃烧室。1）楔形燃烧室：优点：结构较紧凑，火焰距离较短，散热损失小，充气效率较高。抗暴性强。经济性较好。缺点：混合气过分集中于火花塞处，使初期燃烧率大，压升率高，工作有些粗暴，而且燃烧温度较高，NOx生成也较多。第63页/共93页2023/3/262）浴盆形燃烧室：优点：浴盆形燃烧室面容比浴盆形燃烧室面容比A/FA/F较大，火焰传较大，火焰传播距离长，故压缩比不高，燃烧时间播距离长，故压缩比不高，燃烧

27、时间拖长，拖长，P/P/小，小，热效率低，发动机热效率低，发动机动力性、燃油经济性指标均不高，而动力性、燃油经济性指标均不高，而且，且，HCHC排放量多，但排放量多，但NOXNOX排放量较少。排放量较少。缺点：制造工艺性好，便于维修，过去主要制造工艺性好，便于维修，过去主要应用于载货汽车和轻型车上。如东风应用于载货汽车和轻型车上。如东风6100Q6100Q、北京吉普、北京吉普BJ212BJ212、普桑、普桑JVJV、奥迪、奥迪100100型型026BJW026BJW型汽油机。型汽油机。第64页/共93页2023/3/263）半球形燃烧室：优点：燃烧室内混合气的涡流较弱，容易在低速大负荷工况时引

28、起爆燃。汽油机压升率高，工作较粗暴，NOx排放也较高。缺点：半球形燃烧室结构紧凑，其面容比在各种燃烧室中是最小的。火花塞能布置在燃烧室中央、火焰传播路径短，燃烧速率高，热损失小，汽油机高速动力性最好。第65页/共93页2023/3/264）碗形燃烧室：优点：对点火时刻要求较高。缺点：紧凑，挤流效果好，压缩比可高达11。面容比较大，散热好。第66页/共93页2023/3/26常规汽油机的主要缺点：A、压缩比低，热效率低B、浓混合气的比热容比较低，热效率低C、排放高特别是NOx排放比较高。D、混合气的浓度影响火焰的传播速度。四、稀薄燃烧及缸内直喷式汽油机 第67页/共93页2023/3/26第68

29、页/共93页2023/3/26 (A)汽油机产生湍流汽油机产生湍流的辅助燃烧室的辅助燃烧室(TGP)1、均质稀混合气的燃烧室第69页/共93页2023/3/26在燃烧室中设置副室，并在喷孔部位配置火花塞(图529)，混合气被点燃后流入副室，在压缩过程中，一边对火花塞间隙进行扫气，一边使混合气产生适当的流速。副室内的压力随着火焰传播而升高，然后喷入主燃烧室，产生湍流，促进主燃烧室的燃烧。第70页/共93页2023/3/26第71页/共93页2023/3/26一种新型燃烧室,解决小型高速汽油机燃烧时间短、燃烧过程不充分的难题.它利用在活塞顶与缸盖形状相吻合的特殊突起,可在发动机压缩和膨胀过程中产生

30、强烈的挤气旋流.将它应用在高速汽油机中,可提高混合气的燃烧速率和火焰传播速率,从而全面改善内燃机的性能.实验研究表明,在空燃比和压缩比优化条件下使用该燃烧室,与原机相比发动机的输出功率和转矩分别提高了3.8%和1%,燃油消耗率节省19.3%,HC排放降低50%以上。第72页/共93页2023/3/26(B)双火花塞燃烧室第73页/共93页2023/3/26图图532532所示的燃烧室中，所示的燃烧室中，在离半球形中心的两边在离半球形中心的两边等距离处布置两只火花等距离处布置两只火花塞塞(相距相距1/21/2直径直径)，因而，因而火焰传播距离接近缩短火焰传播距离接近缩短了了1/21/2，从而可推

31、迟最佳，从而可推迟最佳点火定时，提高了点火点火定时，提高了点火时的混合气温度和压力，时的混合气温度和压力，使着火性能改善，使着火性能改善，燃烧燃烧持续期缩短，提高了发持续期缩短，提高了发动机的性能动机的性能。第74页/共93页2023/3/26 稀薄燃烧的基本思路：通过稀燃可以提高压缩比和减少泵气损失，从而能通过稀燃可以提高压缩比和减少泵气损失，从而能大幅度改善燃料的经济性。大幅度改善燃料的经济性。采取的措施：为了能实现稳定的着火，和快速的火焰传播。采取为了能实现稳定的着火，和快速的火焰传播。采取的措施是高能点火，加强缸内工质运动和设计紧凑的措施是高能点火，加强缸内工质运动和设计紧凑的燃烧室。

32、的燃烧室。局限：仅限于部分负荷工况，全负荷不能保证动力输出。仅限于部分负荷工况，全负荷不能保证动力输出。第75页/共93页2023/3/26 分层燃烧的基本思路：在火花塞附近形成浓混合气易点燃，其它区域形成在火花塞附近形成浓混合气易点燃，其它区域形成稀混合气提高经济性和降低有害物排放。稀混合气提高经济性和降低有害物排放。2、分层燃烧第76页/共93页2023/3/26 燃用过稀的、已进入一般汽油机失火范围的混合燃用过稀的、已进入一般汽油机失火范围的混合气的主要困难是难以形成火核。若采用大能量点火，气的主要困难是难以形成火核。若采用大能量点火，可以点燃较稀的混合气，但当混合气过稀时，大能量可以点

33、燃较稀的混合气，但当混合气过稀时，大能量的电火花虽可点火，出现火核，但在微小体积内的燃的电火花虽可点火，出现火核，但在微小体积内的燃料量太小，产生热量过少，不足以聚集形成火焰而传料量太小，产生热量过少，不足以聚集形成火焰而传播。从而导致失火。但是只要一旦形成火焰，在火焰播。从而导致失火。但是只要一旦形成火焰，在火焰传播过程中，即使是相当稀的混合气，还是能够正常传播过程中，即使是相当稀的混合气，还是能够正常燃烧的。燃烧的。第77页/共93页2023/3/26分层燃烧室A、美国德士古分层燃烧系统（TCCS)第78页/共93页2023/3/26TCCS系统具有以下优点：（1）压缩比可提高到12，功率

34、可采用变质调节，因此部分负荷时有较高的经济性能。（2）对燃料辛烷值不敏感，可以燃烧汽油、煤油、柴油，具有优异的多种燃料性能。第79页/共93页2023/3/26缺点：（1）NOx的排放量高。（2）分层不好时，高负荷冒黑烟，低负荷因过量空气系数过大，燃烧不好，HC排放量增加。（3）对加速、减速等过渡工况及周围环境变化适应性较差。（4）技术要求高，推广有一定困难。第80页/共93页2023/3/26B、CVCC燃烧系统（Compound Vortex Contrlled Combustion)它实际上是分区燃烧，有主、副燃烧室。向主燃烧室供较稀混合气，副燃烧室供较浓混合气，先点燃副燃烧室的混合气，

35、再由副燃烧室喷出的火焰点燃主燃烧室的稀混合气。特点：主燃烧室不组织进气涡流，主副燃烧室之间的火焰孔面积大，燃烧速度低，过后燃烧严重。第81页/共93页2023/3/26C、轴向分层稀燃系统进气过程早期只有空气进入气缸，进气组织较强的涡流，当进气门开启接近最大升程时，通过安装在进气道上的喷油器将燃料对准进气阀喷入缸内，燃料在涡流的作用下，沿汽缸轴向产生上浓下稀分层。第82页/共93页2023/3/26D、滚流分层稀燃系统在进气道中设置两块薄的垂直隔板，使进气在汽缸内形成三股独立的滚流，外层的两股涡流仅由空气组成，中间的一股浓的混合气，使燃料和空气在压缩过程维持分层，保证火花塞附近形成浓混合气，向

36、缸壁逐渐稀化。MVV：Mitsubishi Vertical Vortex第83页/共93页2023/3/26E、四气门分层稀燃系统进气系统有一个切向进气道和一个中性进气道组成。双束喷油，向两个进气道喷油，由3控制涡流强度，当3不完全开启时，中性进气道内浓混合气，切向气道稀混合气，造成分层。第84页/共93页2023/3/263、典型缸内直喷燃烧系统简介GDI：GasolineDirectInjection第85页/共93页2023/3/26A A、福特缸内直喷燃烧系统、福特缸内直喷燃烧系统(PROCO)(PROCO)第86页/共93页2023/3/26 1)1)由于直接喷射，使缸内充量得到冷

37、却，可以使用较由于直接喷射，使缸内充量得到冷却，可以使用较大的压缩比。大的压缩比。2)2)与进气管单点喷射式汽油机相比，由于提高了燃油与进气管单点喷射式汽油机相比，由于提高了燃油雾化质量和降低了泵吸损失，低速时功率可增加雾化质量和降低了泵吸损失，低速时功率可增加5%10%5%10%。3)3)由于压缩比的提高，部分负荷燃油消耗率降低由于压缩比的提高，部分负荷燃油消耗率降低5%5%；由于避免了燃油在进气管道或近气门处的附着，怠速时燃由于避免了燃油在进气管道或近气门处的附着，怠速时燃油消耗率降低油消耗率降低12%12%。4)4)与单点喷射式汽油机相比，与单点喷射式汽油机相比，NOxNOx低、低、HC

38、HC高。特别降高。特别降低冷起动时的低冷起动时的HCHC排放。排放。5)5)稳定工作的最大空燃比可达稳定工作的最大空燃比可达2525。特点：第87页/共93页2023/3/26B B、三菱缸内直喷分层充量燃烧系、三菱缸内直喷分层充量燃烧系统统此燃烧系统在部分负荷时燃用分层此燃烧系统在部分负荷时燃用分层混合气，全负荷时燃用均质混合气。混合气，全负荷时燃用均质混合气。采用电磁式低压旋流喷采用电磁式低压旋流喷油器，喷射压力油器，喷射压力5MPa5MPa以以实现合理的燃油雾化、实现合理的燃油雾化、贯穿以及油束扩散。贯穿以及油束扩散。在高负荷时，燃油在在高负荷时，燃油在进气行程的早期喷入进气行程的早期喷

39、入气缸形成化学计量比气缸形成化学计量比或稍浓的均质混合气，或稍浓的均质混合气，油束不接触活塞顶面，油束不接触活塞顶面，燃油的蒸发将使缸内燃油的蒸发将使缸内充量温度下降，充量充量温度下降，充量系数提高，所需辛烷系数提高，所需辛烷值下降，压缩比可达值下降，压缩比可达1212，发动机的整体性，发动机的整体性能明显提高，同时采能明显提高，同时采用用EGREGR降低降低NOxNOx排放。排放。三菱缸内直喷充量三菱缸内直喷充量分层燃烧系统是采分层燃烧系统是采用纵向直进气口形用纵向直进气口形成缸内强烈的滚流，成缸内强烈的滚流，其滚流旋转方向为其滚流旋转方向为顺时针，这与通常顺时针，这与通常的横向进气口产生的

40、横向进气口产生的缸内滚流方向正的缸内滚流方向正好相反。故称之为好相反。故称之为反向滚流。反向滚流。燃烧室为半球屋顶形，借助于滚流运动形成火花塞周围的浓混合气，火花塞至燃烧室空间形成由浓至稀的混合气分层现象在部分负荷时，燃油在在部分负荷时，燃油在压缩行程压缩行程后期喷向半球形的活塞后期喷向半球形的活塞凹坑，喷到凹坑的燃油向火花塞方向运动，在缸内滚流凹坑，喷到凹坑的燃油向火花塞方向运动，在缸内滚流的帮助下在火花塞附近形成浓混合气，燃烧室空间为整的帮助下在火花塞附近形成浓混合气，燃烧室空间为整体较稀的分层混合气，稳定运转的空燃比可达体较稀的分层混合气，稳定运转的空燃比可达4040：1 1，燃，燃油消

41、耗率大幅度降低油消耗率大幅度降低。第88页/共93页2023/3/26C、丰田D-4缸内直喷稀燃发动机第89页/共93页2023/3/26 1)1)进气道电子涡流控制阀；进气道电子涡流控制阀；2)2)活塞顶深皿凹坑，与进气配合；活塞顶深皿凹坑，与进气配合；3)3)高压（高压（813MPa813MPa）旋流喷油器；）旋流喷油器；4)4)为防止为防止NOxNOx的产生，有电子的产生，有电子EGREGR系统系统特点：第90页/共93页2023/3/26 1)1)不能采用三元催化装置不能采用三元催化装置 2)2)混合气形成时间短，油、汽、燃烧室配合不混合气形成时间短，油、汽、燃烧室配合不精确精确 3)

42、NOx3)NOx降低了，但降低了，但HCHC升高，甚至会冒黑烟升高，甚至会冒黑烟 4)4)汽油润滑不如柴油，喷油系统要求高。汽油润滑不如柴油，喷油系统要求高。GDI需要解决的问题：第91页/共93页2023/3/261、汽油机燃烧过程的三个阶段及其特点？2、影响汽油机爆燃的主要因素有哪些？如何采取措施抑制爆燃？3、防止表面点火的措施有哪些？4、不规则燃烧产生的原因？5、电控汽油喷射式发动机的燃油系统中，压力调节器的作用是什么？6、电控汽油喷射式发动机的每循环喷油量如何控制？7、汽油机是否采用螺旋式进气道以组织进气涡流运动？为什么？8、均质稀薄燃烧和缸内直喷式燃烧系统的优缺点是什么？9、解释汽油机气缸内的废气稀释现象随节气门开度加大而减轻的原因？10、影响汽油机各循环之间燃烧变动的主要因素有哪些？11、电控燃油喷射方式发动机每循环喷油量如何控制？12、对汽油机燃烧过程影响最主要的缸内空气运动有哪些？第92页/共93页2023/3/26南京航空航天大学金城学院感谢您的观看！第93页/共93页