汽油機工作原理及

電控噴射技術天津大學內燃機燃燒學國家重點實驗室汪洋目錄汽油機的燃燒過程汽油機的電控噴射技術一、汽油機的燃燒過程汽油機的燃燒過程點火過程滯燃期及其影響因素火焰結構與火焰傳播過程循環變動及各缸充量不均勻性非正常燃燒燃燒室結構1、汽油機的燃燒過程內燃機燃燒過程的分類

按照著火方式分為：

1）壓縮自燃式——柴油機

2）火花點燃式——汽油機

3）噴霧火焰點燃——雙燃料發動機

4）熱面點燃式——微型甲醇發動機按照混合氣的組織方式分為：

1）均質混合氣燃燒——汽油機

2）擴散燃燒—————柴油機

3）準均質燃燒————GDI汽油機

汽油機的燃燒過程分為三個階段：

1）滯燃期（或者著火延遲期）

2）急燃期

3）后燃期1000100θIIIIII一、汽油機的燃燒過程汽油機的燃燒過程點火過程滯燃期及其影響因素火焰結構與火焰傳播過程循環變動及各缸充量不均勻性非正常燃燒燃燒室結構二、汽油機點火過程（一）火核形成及其初期發展

Emin=4-7mJ

實際點火能量為40－100mJ,高能點火到100－300mJ

火花塞間隙0.6-1.2ms

電感式點火系統的火花塞放電分為三個階段1、擊穿階段幾個納秒，1－3萬伏特2、電弧階段溫度達到60000K,0.5ms之后，火核達到0.4mm,3、輝光放電階段點火失敗的幾個原因：1、擊穿電壓不夠－－－斷火現象2、點火能量太小——小于臨界火核直徑－失火現象（二）點火界限幾個影響因素：1、混合氣濃度；2、進氣溫度；3、進氣壓力；4、流動速度著火區λEmin（三）點火提前角轎車汽油機范圍：30°－20°CA摩托車汽油機：40°－10°CA偏離最佳提前角10°，熱效率損失5％最佳提前角的調整規律：1、轉速越大，提前角越大2、負荷越小，提前角越大點火提前角MAP圖（四）汽油機點火系統分類：

1、電感式點火系統2、電容式點火系統充電信號觸發信號一、汽油機的燃燒過程汽油機的燃燒過程點火過程滯燃期及其影響因素火焰結構與火焰傳播過程循環變動及各缸充量不均勻性非正常燃燒燃燒室結構三、滯燃期及其影響因素一般把滯燃期定義為點火開始到燃燒完5％或10％的循環燃料所需的時間滯燃期的波動是造成汽油機循環波動的主要原因之一滯燃期的長短取決于：火花放電的能量、火花塞的形式、混合氣的成分、流動狀態一、汽油機的燃燒過程汽油機的燃燒過程點火過程滯燃期及其影響因素火焰結構與火焰傳播過程循環變動及各缸充量不均勻性非正常燃燒燃燒室結構四、火焰結構與火焰傳播速度層流火焰速度：式中：vL0為基準層流速度，T=298K,P=101325Pa;Tu未燃混合氣溫度；Φm最高vL0時的當量比，Φ

＝1.21；B＝30.5cm/s;Bm=-54.9cm/s影響火焰傳播速度的因素：1、Φ，當Φ

＝1.21(λ=0.83)時火焰傳播速度最大

2、Tu越大，vL越大。

3、P,當Φ大于1.4時，P越大vL越大。當火焰靜止時，或湍流很小，V為幾cm/s到幾m/s之間實際火焰傳播速度達到15－70米/秒。原因是湍流運動。其中的K,是與湍流強度有關的系數。湍流對火焰燃燒區厚度的影響：1mm2mm20mm層流弱湍流強湍流更強湍流汽油機缸內湍流場實際測量

（600r/min,160°CA)速度矢量分布圖渦量分布圖一、汽油機的燃燒過程汽油機的燃燒過程點火過程滯燃期及其影響因素火焰結構與火焰傳播過程循環變動及各缸充量不均勻性非正常燃燒燃燒室結構及缸內直噴技術五、循環變動各循環缸內燃燒的不穩定現象叫循環波動；與柴油機相比，汽油機的循環變動較大，這是提高汽油機性能的障礙之一；循環波動的表達方法:

其中：循環波動的危害：

1、當循環變動δs大于10％時，動力性，經濟性明顯下降

2、噪聲增大實際情況：點火正時偏差＋－（5－10）°CA

最高壓力偏差0.5-1.2MPa;

最高壓力對應曲軸角度偏差8－10°CA造成汽油機循環波動的主要原因：1、火核成長到擴展早期的變化（滯燃期中從火花塞放電到燃燒1％充量的階段）這階段占整個燃燒持續期的1/4—1/3

最大值可以是最小值的三倍其根本原因是：火花塞放電間隙中混合氣狀態的不穩定性，包括：濃度、廢氣、湍流（微觀）

2、其次是進氣充量（油、氣）的各循環波動（宏觀）汽油機運行參數對循環波動的影響：1、空然比的影響。當混合氣濃度在最大火焰傳播速度濃度時（λ＝0.83)時，循環波動最小，當混合氣過稀時，循環波動變大。2、汽油機轉速的影響。循環變動隨著轉速的提高而降低。3、點火提前角的影響。最佳點火提前角對應的循環波動最小。4、循環水溫的影響。水溫越高，循環變動越小5、壓縮比的影響。壓縮比越大，循環變動越小6、燃料品質的影響。六、各缸充量的不均勻性化油器汽油機，各缸不均勻性達到5％－15％氣道口噴射汽油機，各缸不均勻性可以控制在3％－5％各缸不均勻性的表達方式：式中：Φ1為充量最濃氣缸的空燃比，Φ2為充量最稀氣缸的空燃比，Φa為各缸平均空燃比一、汽油機的燃燒過程汽油機的燃燒過程點火過程滯燃期及其影響因素火焰結構與火焰傳播過程循環變動及各缸充量不均勻性非正常燃燒燃燒室結構七、汽油機的非正常燃燒（一）爆震或爆燃正常火焰傳播速度15－70米/秒輕微爆燃波傳播速度150－300m/s嚴重爆燃波傳播速度1000－2000m/s正常爆燃爆燃的危害1、高頻噪音，敲缸2、破壞附面層，導致機體溫度劇烈升高3、導致活塞和缸頭金屬局部融化4、拉缸5、傳動系統機械負荷增大，裂紋。但是輕微爆燃，不但沒有害處，還有利于提高燃燒速度，降低燃油消耗。影響爆燃的因素：1、火焰傳播的最長距離緊湊型燃燒室，雙火花塞2、壓縮比壓縮比提高0.6－1個單位，熱效率提高7－10％3、汽油的辛烷值辛烷值提高10個單位，壓縮比允許提高0.6-1個單位3、點火提前角4、混合氣濃度濃度影響火焰傳播速度，過稀，容易爆燃5、燃燒室的溫度（二）早燃在火花塞放電之前，混合氣被熱點提前點燃，叫早燃；現象：敲缸（聲音沉悶）；負功多，功率下降；基體溫度上升；與爆燃的最大區別是發生在點火之前，爆燃發生在燃燒后期，而且缸內有強烈壓力波振蕩。早燃的原因和防治1、火花塞熱值過高2、燃燒室表面積碳3、熾熱表面火花塞的熱值早燃與爆燃的關系早燃爆燃燃燒室溫度升高表面熱點一、汽油機的燃燒過程汽油機的燃燒過程點火過程滯燃期及其影響因素火焰結構與火焰傳播過程循環變動及各缸充量不均勻性非正常燃燒燃燒室結構七、燃燒室結構

燃燒室的設計的主要原則1、緊湊，面容比小。縮短火焰傳播距離，利于防止爆震，提高壓縮比2、具有良好的充氣性能。適合組織缸內大尺度氣體流動（渦流、滾流）3、火花塞位置適當4、組織適當氣流運動典型燃燒室1、側置氣門燃燒室－L型燃燒室缺點是：1、燃燒室的形狀決定了火焰傳播距離長，汽油機爆燃傾向大，壓縮比e很難提高，一般在7以下；2、燃燒室不緊湊，面容比F／V大，散熱面積大；3、氣門大小受結構限制，可燃混合氣充入燃燒室要幾經周折，阻力大。2、楔型燃燒室優點：1、氣門稍有傾斜，氣道轉彎較小，可提高充量系數；2、活塞頂有一定的擠氣面積，產生的擠氣渦流與燃燒室配合擠氣效果較好。3、這種燃燒室結構緊湊，動力性和經濟性都不錯，壓縮比可以提高到9－10.5；缺點：1、燃燒室中燃燒速度快，初期平均壓力增長率dp／dΦ

較高，工作顯得有些粗暴；2、燃燒溫度也較高，生成的N0較多。3、只適合2氣門3、浴盆型燃燒室．特點：1、火花塞在進、排氣門之間，位置較好；2、浴盆型燃燒室具有一定的擠氣面積，但擠流效果并不理想；3、由于火焰傳播距離較長，dp／dΦ

較低，工作比較柔和;3、工藝性好，也便于維修，較廣泛地用于載重汽車上。3、半球型燃燒室特點：1、結構緊湊，火花塞位于燃燒室中央，火焰傳播距離短，可考慮采用高壓縮比；2、進、排氣門傾斜布置，氣道圓滑，氣流進入燃燒室的阻力小，充量系數較高，用于高速汽油機仍能得到滿意的充量系數；3、由于面容比F／V小，散熱損失小，HC排放很低4、但燃燒速率大，dp／dΦ高，工作比較粗暴;5、因最高燃燒溫度高，促使NO排放增加。燃燒室項目L型楔型浴盆型半球形壓縮比??????????充氣效率??????????火焰距離???????????氣門面積??????????氣道彎曲程度??????????面容比F/V??????????熱損失??????????噪聲??????????NOx排放??????????HC排放??????????維修性??????????其它燃燒室1、碗型燃燒室特點：1、燃燒室可由機加工制成，表面光滑，結構也緊湊；2、壓縮比ε可提高到11，可形成較強的擠氣紊流而且效果好；3、但由于燃燒室在活塞頂上，活塞重量約增加1O％2、擠壓射流燃燒室加拿大不列顛哥倫比亞大學R.Evens教授設計湍流強度增加50％，油耗下降5％，排放也明顯下降2、May氏火球燃燒室實驗室用97號汽油時壓縮比可以達到16,節油40％實際壓縮比11.5-12.54、天津大學的射流燃燒室壓縮比提高到9.21．射流室；2.射流孔；3.主室;4.活塞;5.氣缸;6.主通道;7.火花塞;8.排氣門；9．進氣門二汽油機的電噴技術汽油機的電噴系統介紹電噴系統的功能和組成電噴系統的特點電噴系統的分類一、電噴技術的功能和組成1、電噴系統的功能燃油噴射量、噴射定時的控制點火定時的控制2、電噴系統的組成傳感器（發動機溫度、進氣溫度、節氣門位置、同步信號傳感器、進氣流量或進氣壓力傳感器、電控單元ECU）執行器（油泵、電控噴油器、火花塞）火花塞

常規電噴系統的基本組成4節氣門體

ECU電控噴油器發動機溫度傳感器點火模塊

角度傳感器進氣溫度傳感器角標信號回油調壓器轉子式汽油泵氧濃度傳感器進氣壓力傳感器二、電噴技術的特點電噴的優勢ECU根據發動機的各工況點，實現混合氣濃度、噴射定時的精確控制燃油直接噴射到進氣門位置，供油量響應迅速，加速性好ECU根據發動機的各工況點，實現點火定時的精確控制電噴的缺點進氣門容易結膠活塞頂容易積碳節氣門閥片的下游容易受污染解決辦法：汽油中加入清潔劑。電噴的分類1)按噴油器數量分：①單點噴射，即幾個氣缸共用一個噴油器，因噴油器裝在節氣門體上，因而又稱節氣門體噴射．也稱中央噴射；②多點噴射，每個氣缸有一個噴油器，安置在進氣門附近。2)按噴油