第四章 汽油机混合气的形成和燃烧第一节 汽油机的燃烧过程第二节 汽油机电控汽油喷射系统概述第三节 电控汽油喷射空气供给系统第四节 燃油供给系统第五节 电子控制系统第六节 燃油喷射的控制第七节 汽油机的燃烧室练习题2*第四章 汽油机混合气的形成和燃烧 第一节 汽油机的燃烧过程汽车发动机原理汽油机混合气的形成和燃烧一、正常燃烧过烧过 程汽油机正常燃烧过烧过 程是由定时时的火花点火开始，且火焰前锋锋以一定的正常速度传传遍整个燃烧烧室的过过程。. 正常燃烧过烧过 程进进行情况研究燃烧过烧过 程的方法很多，但简单简单 易行且经经常使用的方法是测测取示功图图，它反映了燃烧过烧过 程的综综合效应应， 汽油机典型的示功图图如图图4-1所示。3*第四章 汽油机混合气的形成和燃烧 第一节 汽油机的燃烧过程汽车发动机原理汽油机混合气的形成和燃烧为分析方便，按其压力变化特点，将燃烧过程分成着火落后期、明显燃烧期和补燃期三个阶段。4*第四章 汽油机混合气的形成和燃烧 第一节 汽油机的燃烧过程汽车发动机原理汽油机混合气的形成和燃烧()着火落后期(图图4-1中1 2段)它是指从火花塞点火到火焰核心形成的阶阶段，如图图4-1所示，即从火花塞点火(点1)至汽缸压压力线线明显显脱离压缩线压缩线 而急剧剧上升时时(点2)的时间时间 或曲轴转轴转 角，这这段时间约时间约 占整个燃烧时间烧时间 的15左右。()明显显燃烧烧期(图图4-1中2 3段)是指火焰由火焰中心烧烧遍整个燃烧烧室的阶阶段，因此也可称为为火焰传传播阶阶段。5*第四章 汽油机混合气的形成和燃烧 第一节 汽油机的燃烧过程汽车发动机原理汽油机混合气的形成和燃烧在均质质混合气中，当火焰中心形成之后，火焰向四周传传播，形成一个近似球面的火焰层层，即火焰前锋锋，从火焰中心开始层层层层 向四未燃混合气传传播，直到连续连续 不断的火焰前锋扫过锋扫过 整个燃烧烧室。因为绝为绝 大部分燃料在这这一阶阶段燃烧烧，此时时活塞又靠近上止点，在这这一阶阶段内，压压力升高很快，压压力升高率dp / d 为为0.20.4MPa/ ()，一般用压压力升高率代表发发动动机工作粗暴度和等容度，明显显燃烧烧期平均压压力上升速度/MPa/ ()可用下式表示:6*第四章 汽油机混合气的形成和燃烧 第一节 汽油机的燃烧过程汽车发动机原理汽油机混合气的形成和燃烧式中:、第二阶阶段起点和终终点的压压力()。、第二阶阶段起点和终终点相对对于上止点的曲轴转轴转 角()()。压压力升高率越高，说说明燃烧烧越迅速，动动力性和经经济济性越好，但声和振动动增大，提高火焰传传播速率，可使/ 增大。火花塞位置、燃烧烧室型式对压对压 力升高率也有影响。7*第四章 汽油机混合气的形成和燃烧 第一节 汽油机的燃烧过程汽车发动机原理汽油机混合气的形成和燃烧图图4-1中最高燃烧压烧压 力点3到达的时时刻对发动对发动 机的功率、经济经济 性有重大影响，如点3到达时间过时间过 早，则则混合气必然过过早点燃，从而引起压缩过压缩过 程负负功的增加，压压力升高率增加，最高燃烧压烧压 力过过高，相反，如点3到达时间过迟时间过迟 ，则则膨胀胀比将减小，同时时，燃烧烧高温时时期的传热传热 表面积积增加，也是不利的，点3的位置可以通过调过调 整点火提前角 来调调整。8*第四章 汽油机混合气的形成和燃烧 第一节 汽油机的燃烧过程汽车发动机原理汽油机混合气的形成和燃烧()后燃期(图图4-1中点3以后)，后燃期相当于明显显燃烧烧期终终点3至燃料基本上完全燃烧为烧为 止，p-图图上的点3表示燃烧烧室主要容积积已被火焰充满满，混合气燃烧烧速度开始降低，加上活塞向下止点加速移动动，使汽缸中压压力从点3开始下降，在后燃期中主要是湍流火焰前锋锋后面没有完全燃烧烧掉的燃料，以及附着在汽缸壁面上的混合气层继续层继续 燃烧烧。9*第四章 汽油机混合气的形成和燃烧 第一节 汽油机的燃烧过程汽车发动机原理汽油机混合气的形成和燃烧为为了保证证汽油机工作柔和、动动力性能良好，一般应应使点2在上止点前12 15，最高燃烧压烧压 力点3在上止点后12 15到达，(dp / d)max =0.175 0.25/ ()，整个燃烧烧持续续期在40 60曲轴转轴转 角。10*第四章 汽油机混合气的形成和燃烧 第一节 汽油机的燃烧过程汽车发动机原理汽油机混合气的形成和燃烧. 燃烧烧速率燃烧时烧时 ，由于各处处混合气的浓浓度、温度和压压力是一致的，因而火焰在各方向的扩扩展速度基本相等， 燃烧烧主要在厚度为为 的火焰面上进进行，称为为火焰前锋锋面，火焰前锋锋面的界面明显显，以火核为为中心呈球面波形式向周围扩围扩 展，习惯习惯 上称这这种燃烧现烧现 象为为火焰传传播。11*第四章 汽油机混合气的形成和燃烧 第一节 汽油机的燃烧过程汽车发动机原理汽油机混合气的形成和燃烧)层层流火焰燃烧烧速率层层流火焰混合气静止或层层流状态态(雷诺诺数Re 6000时为时为强湍流火焰，前锋锋面的皱皱折发发展成明显显的凹凸不平和扭曲(图图4-3b)，其内部分裂出许许多小的未燃混合气区域，这时这时 vT Re 。18*第四章 汽油机混合气的形成和燃烧 第一节 汽油机的燃烧过程汽车发动机原理汽油机混合气的形成和燃烧图图4-4给给出雷诺诺数Re和火焰传传播速度之间变间变 化规规律，显显然，提高混合气的湍流程度是改善汽油机燃烧烧的有效手段。19*第四章 汽油机混合气的形成和燃烧 第一节 汽油机的燃烧过程汽车发动机原理汽油机混合气的形成和燃烧.不规则燃烧汽油机不规则燃烧是指在正常稳定运转的情况下，各循环之间的燃烧变动和各汽缸之间的燃烧差异，前者称为循环波动，后者称为各缸工作不均匀。)循环波动燃烧循环波动指汽油机以某一工况稳定运行时，这一循环和下一循环燃烧过程不断变化，具体表现在压力曲线、火焰传播及功率输出均不相同。循环波动是汽油机的特征，图4-5示出不同循环的汽缸压力变化情况。20*第四章 汽油机混合气的形成和燃烧 第一节 汽油机的燃烧过程汽车发动机原理汽油机混合气的形成和燃烧由于存在循环波动，对于每一循环，点火提前角和空燃比等参数都不可能完全调整到最佳值，使发动机性能指标得不到充分优化，随着波动的加剧，燃烧不正常甚至失火的循环次数逐渐增多，碳氢化合物等不完全燃烧产物增多，动力性、经济性下降。21*第四章 汽油机混合气的形成和燃烧 第一节 汽油机的燃烧过程汽车发动机原理汽油机混合气的形成和燃烧导致循环波动的原因很多，火花塞附近混合气成分变化和气流运动波动被认为是最重要的两个因素。()混合气成分波动。汽油机虽被称为预制均匀混合气燃烧，但这只是相对于柴油机燃烧来说，其宏观虽然是均匀的，但实际上缸内燃料、空气及残余废气不可能在短时间内完全混合均匀，所以混合气微观上并不均匀，火花塞附近的混合气成分是随时间变化的，这会导致着火落后期和火焰中心形成过程随循环产生变动。22*第四章 汽油机混合气的形成和燃烧 第一节 汽油机的燃烧过程汽车发动机原理汽油机混合气的形成和燃烧()气流运动波动，燃烧室内气体的流场特别是紊流强度分布是极不均匀的，火花塞附近微元气体的运动速度和方向，影响火花点火后形成的火焰中心的轨迹以及火焰的初始传播速率，其后的火焰向整个燃烧室发展的进程也受燃烧室内微元气体的运动速度和方向的影响。下列因素影响或改善循环波动:23*第四章 汽油机混合气的形成和燃烧 第一节 汽油机的燃烧过程汽车发动机原理汽油机混合气的形成和燃烧()一般过过量空气系数a= 0.81.0时时循环环波动动最小，过浓过浓 或过过稀都会使循环环波动动加剧剧。()适当提高气流运动动速度和紊流强度可改善混合气的均匀性，进进而减小循环环波动动。()残余废废气系数过过大，循环环波动动加剧剧。()发动发动 机在低负负荷( 会增大)、低转转速(湍流强度降低)时时，循环环波动动加剧剧。()多点点火有利于减小循环环波动动，()提高点火能量、采用大的火花塞间间隙，有助于减小循环环波动动。24*第四章 汽油机混合气的形成和燃烧 第一节 汽油机的燃烧过程汽车发动机原理汽油机混合气的形成和燃烧. 各缸工作不均匀各缸工作不均匀是针对针对 多缸发动发动 机而言的，各缸间间燃烧烧差异称为为各缸工作不均匀，产产生各缸工作不均匀的主要原因是各缸进进气充量的不均匀、混合气成分的不均匀等，由于汽油机是外部形成混合气，在汽油机进进气管内存在空气、燃料蒸气、各种浓浓度的混合气、大小不一的油粒以及沉积积在进进气管壁上厚薄不均的油膜，这样进这样进气管内的油气分布是多相和极不均匀的，要想让让它们们均匀分配到各个汽缸是很困难难的。25*第四章 汽油机混合气的形成和燃烧 第一节 汽油机的燃烧过程汽车发动机原理汽油机混合气的形成和燃烧另外，由于进气系统设计不当、进气管动态效应以及各缸进气重叠干涉等原因，使得各缸的实际充量系数不均匀，而进入汽油机是油气混合气，因而进入各缸的燃料绝对量不同，这些原因造成进入各缸的混合气的质和量都不同，由此造成各缸工作不均匀，各缸工作不均匀性的存在，使得难以找到对各缸都是最佳的点火提前角和过量空气系数，动力性、经济性、排放性等整机指标难以优化，振动及噪声也会增加。26*第四章 汽油机混合气的形成和燃烧 第一节 汽油机的燃烧过程汽车发动机原理汽油机混合气的形成和燃烧三、不正常燃烧烧汽油机的不正常燃烧烧是指由于设计设计 、控制不当或运转转因素，使汽油机偏离正常点火的时时刻及地点，由此引起燃烧烧速率急剧剧上升等异常现现象。不正常燃烧烧可分爆震和表面点火两类类。. 爆震爆震是汽油机最主要的一种不正常燃烧现烧现 象，常在压压缩缩比较较高时时出现现，图图4-6为为正常燃烧烧与爆震时时p-t图图和dp /dt图图的比较较。27*第四章 汽油机混合气的形成和燃烧 第一节 汽油机的燃烧过程汽车发动机原理汽油机混合气的形成和燃烧如图图4-6所示，爆震时时，缸内压压力曲线线出现现高频频大幅度波动动(锯齿锯齿波)，同时发动时发动 机会产产生一种高频频金属敲击击声，因此也称爆震为为敲缸，轻轻微爆震时时，发动发动 机功率上升，严严重爆震时时，发动发动 机功率下降，转转速下降，工作不稳稳定，机体有较较大振动动，同时时冷却液过热过热 ，润润滑油温度明显显上升。28*第四章 汽油机混合气的形成和燃烧 第一节 汽油机的燃烧过程汽车发动机原理汽油机混合气的形成和燃烧图3-15为汽油机缸内燃烧机理示意图，如图所示，火花塞点火后，火焰前锋面呈球面波形状以正常传播速度(370/)向周围传播缸内压力和温度都急剧升高，混合气燃烧产生的压力波迅速向周围传播。29*第四章 汽油机混合气的形成和燃烧 第一节 汽油机的燃烧过程汽车发动机原理汽油机混合气的形成和燃烧在火焰前锋面之前先期到达燃烧室边缘区域，该区域的可燃混合气(即末端混合气)在压缩终点温度的基础上进一步受到压缩和热辐射，加速其先期反应，并放出部分热量，使本身压力和温度不断升高，燃烧前的化学反应加速， 这些都是正常现象，但如果这一反应过于迅速，以致在火焰锋面到达之前末端混合气即开始自燃，则引发爆震。爆震发生时，火焰传播速度为100300/(轻微爆震)甚至8001000/(强烈爆震)以上。30*第四章 汽油机混合气的形成和燃烧 第一节 汽油机的燃烧过程汽车发动机原理汽油机混合气的形成和燃烧爆震会给汽油机带来很多危害，发生爆震时，最高燃烧压力和压力升高率都急剧增大，因而相关零部件所受应力大幅度增加，机械负荷增大，爆震时压力波冲击缸壁破坏了油膜层，导致活塞、汽缸和活塞环磨损加剧，爆震时剧烈无序的放热还使汽缸内温度明显升高，热负荷及散热损失增加，这种不正常燃烧还使动力性和经济性恶化，根据末端混合