第六章-汽油機(jī)混合氣形成與燃燒

1、1,第六章 汽油機(jī)混合氣的形成和燃燒,本章要求： 了解：汽油機(jī)有害排放物的生成機(jī)理與控制，汽油機(jī)燃燒室。 理解：汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒，影響燃燒的因素和措施。 掌握：爆燃和表面點(diǎn)火形成原因與控制措施。,2,第1節(jié) 汽油機(jī)的燃燒過(guò)程,包括：著火落后期、明顯燃燒期和后燃期三個(gè)階段。,一、正常燃燒過(guò)程,1、著火落后期（1-2）,從火花塞點(diǎn)火到火核中心形成開始燃燒（壓力線明顯脫離純壓縮線而急劇升高）。,汽油機(jī)正常燃燒過(guò)程,影響因素：,混合氣濃度、氣體溫度與壓力、點(diǎn)火能量、殘余廢氣系數(shù)、氣流運(yùn)動(dòng)等。,*思考：一般希望著火落后期越短越好，為什么？,3,汽油機(jī)正常燃燒過(guò)程,2、明顯燃燒期（ 2-3）,從開

2、始燃燒到壓力達(dá)到最高點(diǎn)（通常也是溫度最高點(diǎn)）。,特點(diǎn)：,1、火焰以球面火焰層的形式向周圍傳播，迅速燒遍整個(gè)燃燒室，此球面稱為火焰前鋒。,2、約80%的燃料在上止點(diǎn)附近燃燒放熱，故壓力、溫度迅速升高。,（最高壓力3-8MPa，最高溫度2200-2800K）,故也稱為火焰?zhèn)鞑ルA段（30-70m/s）。,*思考：汽油機(jī)最高溫度與壓力比柴油機(jī)高，為什么NOx排放反而低？,4,汽油機(jī)正常燃燒過(guò)程,壓力升高率對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響：,越大，動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性越好；,但振動(dòng)與噪音大，NOx排放增加。,最高壓力點(diǎn)3的位置對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響：,推遲,動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性差,提前,壓縮負(fù)功增加， 、 與 增大。,最高壓力點(diǎn)的位

3、置通常由點(diǎn)火提前角來(lái)調(diào)整。,（一般要求不超過(guò)0.175-0.25MPa),（通常出現(xiàn)在上止點(diǎn)后12-15CA）,5,汽油機(jī)正常燃燒過(guò)程,3、后燒期（2-3）,從壓力最高點(diǎn)到燃料基本燃燒完全。,特點(diǎn)：,1、燃燒速度低；,2、活塞已下行，作功效率低且散熱損失大；,3、除未燃燃料參與燃燒外，一些中間產(chǎn)物（CH、CO等）將進(jìn)一步氧化燃燒；,要盡量縮短后燃期,6,二、不規(guī)則燃燒,定義：,發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)情況下，各氣缸間的燃燒差異和各循環(huán)間的燃燒變動(dòng)，某種程度上屬正常情況。,1、循環(huán)變動(dòng)（汽油機(jī)特有的燃燒現(xiàn)象）,危害：,1、由于存在循環(huán)變動(dòng)，故無(wú)法精確控制每循環(huán)的最佳點(diǎn)火提前角，從而影響發(fā)動(dòng)機(jī)各項(xiàng)性能的提升

4、。,消除循環(huán)變動(dòng)后，可降低燃油消耗10%-15%。,7,2、嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致低速（怠速）失火率的增加，使發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)定（稀薄燃燒時(shí)尤為嚴(yán)重）。,循環(huán)變動(dòng)產(chǎn)生的原因：,1、火花塞附近氣體成分的變化,2、氣流強(qiáng)弱（紊流，尤其火花塞附近）,（影響落后期的長(zhǎng)短）,（影響火核中心的形成與火焰?zhèn)鞑ボ壽E）,8,改善循環(huán)變動(dòng)的措施：,1、采用0.8-1.0的過(guò)量空氣系數(shù)；,2、適當(dāng)組織進(jìn)氣運(yùn)動(dòng)，改善混合氣均勻性，加快火焰?zhèn)鞑ニ俣?，并可掃除火花塞附近的殘余廢氣；,（但不可過(guò)強(qiáng)，否則會(huì)吹散火核）,汽油機(jī)進(jìn)氣氣流的組織,3、采用多點(diǎn)點(diǎn)火；,雙火花塞點(diǎn)火,4、采用大的火花塞間隙和點(diǎn)火能量；,使火核遠(yuǎn)離壁面和電極,9,2

5、、各缸工作不均勻,產(chǎn)生的原因：,1、各缸充量不均勻,2、各缸混合氣成分不均勻,改善措施：,1、進(jìn)氣支管均勻配置（長(zhǎng)度、大小、進(jìn)氣阻力）,2、采用多點(diǎn)噴射或缸內(nèi)直噴,10,三、不正常燃燒,火花塞點(diǎn)火后，火焰前鋒未達(dá)區(qū)域由于先期發(fā)應(yīng)速度加快，而引發(fā)自燃的一種現(xiàn)象（多點(diǎn)同時(shí)自然著火）。,1、爆燃（爆震）（敲缸）,定義：,*思考：同樣是多點(diǎn)自燃，為什么柴油機(jī)不會(huì)出現(xiàn)爆燃？,11,現(xiàn)象與危害：,1）局部壓力、溫度迅速升高，形成激波，撞擊燃燒室壁面，發(fā)出敲缸聲（高頻振蕩，頻率5000次/s）。,2）零件的沖擊載荷增大；,3）激波會(huì)破壞缸壁上的油膜和激冷層，導(dǎo)致磨損加劇、熱負(fù)荷嚴(yán)重；,4）動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性明顯

6、降低。,爆燃時(shí)氣缸壓力變化,5）排放變差，積碳增多。,冷卻水和壁面氣體附著層的作用，維持壁面200-300的溫度。,12,影響暴燃的因素：,1）燃料性質(zhì)（辛烷值的大?。?2）使用因素:,（1）發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速,轉(zhuǎn)速，進(jìn)氣速度，紊流強(qiáng)度，燃燒速度，爆燃傾向。,（2）廢氣殘余系數(shù),廢氣殘余系，混合氣自燃溫度，爆燃傾向,（3）混合氣濃度（過(guò)量空氣系數(shù)0.8-0.9時(shí)，爆燃傾向大）,（4）點(diǎn)火提前角,點(diǎn)火提前角，最高爆發(fā)壓力和溫度，爆燃傾向,13,（4）燃燒室積碳,形成熾熱物并使散熱不良，使終端混合氣加熱，爆燃傾向增大。,3）結(jié)構(gòu)因素:,（1）壓縮比,壓縮比，壓縮終了溫度和壓力速度，爆燃傾向 。,（2）火花

7、塞位置、燃燒室結(jié)構(gòu)與氣缸直徑大小（影響火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x）,（5）發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷,負(fù)荷，缸內(nèi)溫度和壓力，爆燃傾向。,14,凡不依靠火花塞點(diǎn)火而由燃燒室內(nèi)熾熱表面（火花塞電極、排氣門、積碳等）點(diǎn)燃混合氣的現(xiàn)象。,2、表面點(diǎn)火,定義：,分類,非爆燃性表面點(diǎn)火,爆燃性表面點(diǎn)火,早火或早燃,后火或后燃,1）后火：,火花塞點(diǎn)火之后，熾熱表面點(diǎn)燃混合氣（通常熾熱表面溫度較低，與爆燃不同的是，其火焰以正常速度向外傳播）。,后火通常對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)影響不大。,15,2）早火：,火花塞點(diǎn)火之前，熾熱表面點(diǎn)燃混合氣（熾熱點(diǎn)溫度較高，通常由于發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間高速、大負(fù)荷運(yùn)行所至）。,早火的危害：,（1）壓縮負(fù)功增大（單缸機(jī)甚至引起停車）

8、；,（2）壓力升高率大，工作粗暴，機(jī)械負(fù)荷與熱負(fù)荷嚴(yán)重，且易促進(jìn)更多熾熱點(diǎn)的形成；,（3）會(huì)促進(jìn)爆燃的產(chǎn)生（與爆燃為相互促進(jìn)的關(guān)系）；,3）表面點(diǎn)火與爆燃的區(qū)別,一個(gè)是自燃，有激波和清脆的敲缸聲，一個(gè)是熾熱表面點(diǎn)燃，無(wú)激波，敲缸聲沉悶。,16,影響暴燃的因素與防止措施：,凡是能使缸內(nèi)的T、P降低、減少氣缸積碳的因素，都可預(yù)防熱面點(diǎn)火 （1）選用低沸點(diǎn)汽油和成膠性小的機(jī)油； （2）在燃料中加抑制熱面點(diǎn)火的添加劑（如磷化物）； （3）適當(dāng)降低壓縮比（8.5以下）； （4）避免長(zhǎng)時(shí)間低負(fù)荷運(yùn)行和頻繁減速運(yùn)行。,17,第2節(jié) 電控汽油噴射系統(tǒng)簡(jiǎn)介,1、功率混合氣（13.514）,一、空燃比對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能

9、的影響,屬于濃混合氣，輸出功率大，但燃燒溫度高，CO和HC排放大。,2、經(jīng)濟(jì)混合氣（166000r/min)。,結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：,結(jié)構(gòu)緊湊（F/V?。鹧?zhèn)鞑ゾ嚯x最短； 氣門傾斜布置，氣道彎道小。,48,三、稀薄燃燒與缸內(nèi)直噴,傳統(tǒng)汽油機(jī)的充量特點(diǎn)：,（2）節(jié)氣門 “量調(diào)節(jié)”法控制充量，泵氣損失大；,缸外混合，均質(zhì)充量，空燃比范圍?。?2.6-17)。,（1）爆燃傾向大，故壓縮比小，熱效率低；,傳統(tǒng)汽油機(jī)的缺點(diǎn)：,（3）a=1的閉環(huán)控制，NOx排放高。,稀薄燃燒：,是指在空燃比17的情況下的正常燃燒。,稀燃種類,非直噴稀燃,缸內(nèi)直噴稀燃(2550）,均質(zhì)稀燃（20),分層稀燃(2025),49,可

10、見(jiàn)，與常規(guī)汽油機(jī)相比，稀燃具有更好的燃油經(jīng)濟(jì)性和低排放性。,50,縮短火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x，可推遲點(diǎn)火和增大壓縮比，提高點(diǎn)火時(shí)混合氣溫度與壓強(qiáng)，改善著火性。,（1）雙火花塞燃燒室：,原理：,雙火花塞燃燒室,火花塞,1、均質(zhì)稀燃（20),利用壓縮渦流（預(yù)燃室與通道）對(duì)火花塞間隙掃氣，促進(jìn)點(diǎn)火和燃燒。,（2）TGP燃燒室：,TGP燃燒室,原理：,51,52,利用進(jìn)氣渦流對(duì)混合氣進(jìn)行分層，確?；鸹ㄈ浇鼮檩^易著火的濃混合氣。,（1）軸向分層燃燒系統(tǒng)：,工作原理：,2、分層稀燃(205Mp),實(shí)現(xiàn)分層稀燒；,3、部分負(fù)荷采用分層稀燃，滿負(fù)荷采用均質(zhì)燃燒，滿足低油耗、低排放和高動(dòng)力的需求；,4、HC排放較高，而

11、三元催化劑開發(fā)難度大，噴油器設(shè)計(jì)制造復(fù)雜，成本高。,56,（1）三菱GDI直噴系統(tǒng)：,工作原理：,a、小負(fù)荷,只在壓縮終了時(shí)噴油，實(shí)現(xiàn)分層超稀薄燃燒。,小負(fù)荷時(shí)工作過(guò)程,57,采用兩段混合分層燃燒（在進(jìn)氣和壓縮過(guò)程中進(jìn)行兩次噴油）。,b、中等負(fù)荷,中等負(fù)荷時(shí)工作過(guò)程,只在進(jìn)氣過(guò)程中進(jìn)行噴油，實(shí)現(xiàn)均質(zhì)燃燒。,c、滿負(fù)荷,滿負(fù)荷時(shí)工作過(guò)程,58,（2）大眾FSI直噴系統(tǒng)：,工作原理：,a、部分負(fù)荷,采用兩段混合，實(shí)現(xiàn)分層稀燃。,部分負(fù)荷時(shí)工作原理,b、滿負(fù)荷,只在進(jìn)氣過(guò)程中噴油，實(shí)現(xiàn)均質(zhì)燃燒。,滿負(fù)荷時(shí)工作原理,59,（3）本田CIVIC直噴系統(tǒng)：,噴油器,火花塞,活塞,工作原理：,中、小負(fù)荷時(shí)，在壓縮終了時(shí)噴射，確?；鸹ㄈ浇旌蠚廨^濃；滿負(fù)荷時(shí)，在進(jìn)氣過(guò)程中噴射。,60,本田CIVIC直噴發(fā)動(dòng)機(jī) 部分負(fù)荷工作視頻,本田CI