發(fā)動機怠速高點火系統(tǒng)

客戶委托

一輛行駛12萬公里的北汽汽車，停駛一個月后啟動非常困難，經(jīng)多次啟動后能夠順利著車，但怠速發(fā)抖，大家分析原因？

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圖3-1汽油機的燃燒過程Ⅰ—滯燃期Ⅱ—急燃期Ⅲ—補燃期

1—開始點火2—形成火焰中心3—最高壓力點

一、汽油機正常燃燒

當汽油機壓縮行程接近終了時，火花塞跳火點燃可燃混合氣，形成火焰中心，火焰按一定速度連續(xù)傳播到整個燃燒室的空間，這種燃燒現(xiàn)象稱為汽油機正常燃燒。在此期間，火焰前鋒面向前推進，使未燃混合氣受到壓縮和熱輻射，壓力、溫度急劇上升。按其壓力變化的特征，將燃燒過程人為的分為三個階段，即滯燃期、急燃期和補燃期。3燃燒過程分析

1、滯燃期（著火延遲期或著火落后期）從火花塞點火到火焰核心形成的階段。即從火花塞點火(點1)至氣缸壓力線明顯脫離壓縮線而急劇上升時(點2)的時間或曲軸轉角?；鸹ㄈc火，加速電極周圍的預混合氣熱反應速度，溫度、壓力升高而著火，形成火焰中心。

⑴特點壓力、溫度按壓縮規(guī)律變化。⑵對性能的影響汽油機燃燒滯燃期對性能的影響不如柴油機大，主要影響示功圖的位置。（應力求縮短滯燃期，控制著火時間）4

2、明顯燃燒期（急燃期）

指氣缸壓力線脫離壓縮線開始急劇上升（點2）到缸內(nèi)壓力達到最高點(點3)。

這期間經(jīng)歷了火焰核心形成到火焰?zhèn)鞅檎麄€燃燒室。

⑴特點①是汽油機燃燒過程的主要階段。燃燒掉絕大部分的可燃混合氣（80﹪～90﹪）;②燃燒速度（火焰?zhèn)鞑ニ俣龋┛欤?0～80m/s）;

③缸內(nèi)溫度、壓力急劇上升，出現(xiàn)、，缸內(nèi)最高壓力可達3～5MPa

。⑵對性能的影響最高壓力到達的時刻（點3）對汽油機動力性、經(jīng)濟性、工作粗暴等有重大影響。5

3點位置：3點的出現(xiàn)的時刻非常重要。

太早：壓縮功，膨脹功，動力性，經(jīng)濟性、、，機械負荷熱負荷。

（壓力升高率代表發(fā)動機工作粗暴程度）

太遲：熱量利用率。（加熱時刻遠離上止點）

還易造成排氣管“放炮”，進氣管“回火”現(xiàn)象。一般出現(xiàn)在上止點后12～15°CA,[MPa/degCA]為宜?？赏ㄟ^調(diào)整最佳點火提前角實現(xiàn)。6

3、補燃期從最高燃燒壓力點3到燃燒結束稱為補燃期。

⑴特點①燃燒火焰前鋒面過后未燃燒的可燃混合氣，以及燃燒室邊緣和縫隙中的未燃燒的可燃混合氣。②補燃期的燃燒與柴油機有所區(qū)別。（汽油機不象柴油機隨噴隨燃，燃料在以后還有噴入，補燃情況要小得多。）⑵對性能的影響補燃期燃燒放出的熱量不能有效轉變?yōu)楣?，使排氣溫度升高，熱效率下降。（活塞下行，壓力降低）要求：盡量縮短補燃期。7二、汽油機不正常燃燒

1.爆燃

⑴現(xiàn)象：爆燃時，缸內(nèi)出現(xiàn)特別高的壓力和壓力升高率〔≥3MPa/°CA〕

并出現(xiàn)高頻激振波(鋸齒波)，敲擊氣缸和燃燒室正常燃燒爆燃壁面，除發(fā)生金屬敲擊聲圖3-2汽油機正常燃燒與爆燃的比較外，還會破壞缸壁上潤滑油膜，加劇運動件的磨損。經(jīng)常敲缸的發(fā)動機排氣溫度增加，冷卻水過熱，潤滑油老化加劇。8

⑵產(chǎn)生機理火花塞點火后，火焰前鋒面呈球面波形狀以正常傳播速度（30～70m／s）向周圍傳播，缸內(nèi)壓力和溫度急劇升高，末端混合氣在火焰前鋒面尚未到達之前產(chǎn)生自燃現(xiàn)象的結果。

末端可燃混合氣由于壓縮、加熱（傳熱、熱輻射）的作用，加速了先期物、化反應，形成一個或幾個新的火焰中心，并以很快的火焰?zhèn)鞑ニ俣葘⒔K燃混合氣燃燒完畢。

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⑶特點

①火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤臁］p微爆燃時100～300m/s,強烈爆燃時可達800～1000m/s或以上;②燃燒最高溫度、壓力高。燃氣≥4000°k;局部最高壓力可達10MPa;

≥3MPa/°CA；③產(chǎn)生高頻壓力沖擊波。會發(fā)出金屬敲擊聲，也會破壞層流氣膜和缸壁油膜，使傳熱損失，磨損，水溫油溫；④動力性，經(jīng)濟性；

⑤高溫分解現(xiàn)象嚴重，碳煙，CH,CO,。10⑷影響爆燃的因素①燃料性質(zhì)辛烷值高的燃料，抗爆燃能力強。②末端混合氣的壓力和溫度

末端混合氣的壓力和溫度增高，則爆燃傾向增大。

例如，提高壓縮比，則氣缸內(nèi)壓力、溫度升高，爆燃易發(fā)生。提高冷卻強度，爆燃傾向減小。

汽油機壓縮比的提高受到爆燃的限制。③火焰前鋒傳播到末端混合氣的時間

縮短火焰前鋒傳播到末端混合氣的時間，有利于避免爆燃。

提高火焰?zhèn)鞑ニ俣龋ㄔ黾託饬鬟\動的紊流度）縮短火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x（燃燒室結構、火花塞位置等）

112、表面點火凡是不靠電火花點火而是由燃燒室內(nèi)熾熱表面(如排氣門頭部、火花塞絕緣體或零件表面熾熱的沉積物等)點燃混合氣的現(xiàn)象，統(tǒng)稱表面點火。根據(jù)被熾熱表面點燃的火焰?zhèn)鞑ニ俣仁欠褚哉Ｋ俣葌鞑?，表面點火可分為正常性表面（非爆燃性表面點火）和爆燃性表面點火。

⑴非爆燃性表面點火：火焰?zhèn)鞑ニ俣日?/p>

①早火（早燃）：發(fā)生在正?；鹧嫘纬芍?。

使：

，壓縮消耗功，工作粗暴，動力性。②后火：發(fā)生在正?；鹧嫘纬芍蟆?/p>

對汽油機性能影響不大。⑵爆燃性表面點火（激爆）：可以是多點點燃

混合氣劇烈燃燒，，。12防止表面點火的措施⑴減少或消除燃燒室積炭①使用含膠質(zhì)少的燃料、潤滑油；②燃燒室結構簡單、光整等。⑵提高點火能量⑶降低壓縮比13三、運轉因素對燃燒的影響1.點火提前角θ

混合氣在氣缸內(nèi)完全燃燒需要一定的時間，為使最高燃燒壓力出現(xiàn)在上止點后12°～15°CA，因此，點火時間必須提前。點火提前角調(diào)整特性當汽油機保持節(jié)氣門開度、轉速以及混合氣濃度一定時，汽油機功率和耗油率隨點火提前角改變而變化的關系稱為點火提前角調(diào)整特性，如圖3-3。不同工況下，點火提前角是不同的。

圖3-3汽油機點火提前角調(diào)整特性14§3-2汽油機燃燒室

汽油機燃燒室結構對燃燒過程的火焰?zhèn)鞑?、燃燒速率、爆燃及熱損失、充氣效率均有較大影響，進而影響汽油機的動力性、經(jīng)濟性、工作穩(wěn)定性及排放。因此，燃燒室的結構設計應兼顧汽油機的各項性能。一、燃燒室設計的基本原則：

1、結構盡量緊湊用燃燒室的面容比F/V(燃燒室表面積與容積之比)來表征燃燒室的緊湊性。F/V小，燃燒室結構緊湊：⑴火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x短，爆燃傾向減少，提高壓縮比；⑵相對散熱面積小，熱損失小，循環(huán)熱效率高；⑶缸壁激冷區(qū)域小，HC排放量少。15

2、火花塞位置適當火花塞位置不同，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x和燃燒速度的變化率也不同，從而影響汽油機的性能。⑴火花塞盡可能位于燃燒室中心，以縮短火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x；⑵應能利用新鮮混合氣充分掃除火花塞周圍的殘余廢氣，使混合氣易于點燃；⑶火花塞應靠近排氣門處，使受熾熱表面加熱的混合氣及早燃燒，避免爆燃產(chǎn)生。16

二、汽油機分層燃燒及其燃燒室傳統(tǒng)的燃燒均質(zhì)混合氣的汽油機，工作時混合氣濃度范圍窄，并經(jīng)常在A/F＜14.7的濃混合氣下工作，是燃油消耗率高和排污率大的根本原因。如果將混合氣的濃度變稀則受到著火濃度界線的限制。實踐證明，火焰在A/F﹦60的極稀混合氣中仍能傳播，但它超出了著火濃度的界限而不能著火，只有在火花塞附近保持A/F﹦12～14的濃混合氣，才能形成穩(wěn)定的著火核心，并由此向可燃混合氣傳播火焰?？梢娨獙崿F(xiàn)稀混合氣的燃燒（例如A/F﹦20～27），只有采用分層的辦法，即在燃燒室內(nèi)人為地實施混合氣濃度的分層，在火花塞周圍組織濃混合氣，以保證在各種工況下的穩(wěn)定著火，并隨著離火花塞距離的加大而混合氣的濃度逐漸變稀，使總體混合氣濃度下降，實現(xiàn)稀燃（降低Tz，降低NOX

）。17

美國德士古分層燃燒系統(tǒng)(TCCS)

美國德士古分層燃燒系統(tǒng)(TCCS)，是一種汽油噴射統(tǒng)一式燃燒室。燃燒室在活塞頂內(nèi)，呈直口深坑形。組織進氣渦流。火花塞靠近噴油嘴，在它的下風區(qū)。噴油后立即點火，由于火花塞附近的混合氣較濃，在各種工況下均能可靠地著火。著火后，火焰隨氣流和噴霧卷向下風區(qū)和整個燃燒室。以后噴入的燃料是邊噴射、邊混合、邊燃燒，直至燃燒過程結束。

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本田公司CVCC燃燒系統(tǒng)

該系統(tǒng)具有雙進氣門，即預燃室內(nèi)有一個小進氣門5，進入濃混合氣，主燃燒室內(nèi)有一個大進氣門，進入稀混合氣。主、副燃燒室之間的通道直徑較大。副室點火首先著火燃燒后從通道噴出的是火焰，它以火焰形式點燃主燃燒室內(nèi)的稀混合氣。預燃室內(nèi)的混合氣濃度為A/F＝12.5～13.5,而主燃燒室內(nèi)混合氣