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第四章 汽油机混合气的形成和燃烧

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汽油机混合气[29113]

汽油机混合气[29113]

第四章 汽油机混合气形成与燃烧
—— 汽油机燃烧室
4. 6 汽油机燃烧室
4.6.3 新型汽油机燃烧室 非均质稀混合气燃烧
传统汽油机采用均匀混合气，具有以下缺点： （1）空燃比范围狭窄，造成低负荷的经济性较差； （2）浓混合气燃烧时容易爆燃； （3）热效率低，油耗高； （4）排气污染严重。 稀薄混合气燃烧的主要困难是： 着火困难，不可靠； 燃烧不稳定，速度低。 解决问题的思路： 保证可靠点火；组织气流运动，加快燃烧。 分层燃烧的思路： 加大点火能量，在火花塞形成较浓混合气，保证可靠着火。 混合气浓度由浓到稀逐步过渡，组织气流运动，快速稳定燃烧。
第四章 汽油机混合气形成与燃烧
—— 汽油机燃烧室
4. 6 汽油机燃烧室
4.6.2 典型汽油机燃烧室 楔形燃烧室
火花塞在楔形高处的进、排 气门之间，火焰距离较长。 一般设置挤气面积，气门稍 倾斜。 气道转弯较小，减少进气阻 力，提高充气效率。 压缩比高，达9~10。 有较高的动力性和经济性。
第四章 汽油机混合气形成与燃烧
第四章 汽油机混合气形成与燃烧
—— 汽油机燃烧室
4. 6 汽油机燃烧室
4.6.3 新型汽油机燃烧室 均质稀混合气燃烧 TGP燃烧室 燃烧室
燃烧室设置副室，加强 燃气的气流运动。 喷孔部位放置火花塞， 保证可靠着火。 利用燃气火焰加快燃烧。 压缩比高达15。 动力性和经济性好，压 力升高率低，工作柔和。 对点火时刻敏感。
—— 汽油机燃烧室
4. 6 汽油机燃烧室
4.6.2 典型汽油机燃烧室 碗形燃烧室
燃烧室在活塞顶内，结 构紧凑，火花塞在中间，火 焰传播距离短。 挤流效果好。 气道转弯小， 进气阻力 大，充气效率高。 压缩比可达13。 动力性和经济性好，压 力升高率低，工作柔和。 对点火时刻敏感。

第四章 汽油机混合气的形成与燃烧1

第四章 汽油机混合气的形成与燃烧1

组织气流运动的目的是为 组织气流运动的目的是为 了加速火焰传播，防止爆 了促进燃油与空气更好地 燃 混合
4
第一节 汽油机混合气的形成
一 混合气形成过程（电喷发动机）
1 节气门开度一定, n ，喉口流速升高 压力P降低 雾化效果好 2 节气门开度，n 喉口真空度高 蒸发性好
5
二 汽油喷射
第四章
汽油机混合气的形成和燃烧
主要内容
第一节 汽油机混合气的形成 第二节 汽油机的燃烧过程 第三节 汽油机混合气形成和燃 烧的技术发展
2
桑塔纳轿车汽油供给系示意图
油管 油箱
空气滤清器
汽油滤清器 汽油泵 化油器
3
汽油机与柴油机的比较:
汽油机 点燃式 进入汽缸的是混合气，燃 油与空气的混合时间长 压缩比低， = 6～12 有爆燃问题 柴油机 压燃式 进入汽缸的是新鲜空气， 燃油与空气的混合时间短 压缩比高， = 12～22 有工作粗暴问题
11

通常测取燃烧过程的展开示功图研究燃烧过程。 在燃烧压力线上，1点为火花塞跳火点（开始点 火点），2点为形成火焰中心，3为最高压力点。
•将燃烧过程分为 三个阶段：Ⅰ着
火延迟期（滞燃 期）、Ⅱ明显燃烧 期、Ⅲ补燃期（后燃 期）。
12
1、着火延迟期（滞燃期）Ⅰ 着火延迟期：从火花塞跳火到形成火焰中心的时间 或曲轴转角，从1-2。 1点以前为压缩过程, 缸内压力升高不大；1 点处火花 塞跳火；2 点处形成火焰中心，缸内压力脱离压缩线 开始急骤增高。
26
运行因素： 1）点火提前角—θ增加， t1减少；混合气压力、温 度增高，t2减少。但t2起主要作用，故爆燃倾向增加。 -----可以通过推迟点火提前角来降低爆燃倾向。 2）转速的影响—n增加，火焰传播速度增加， t1减 少；而冲量系数下降， 混合气压力下降， t2增加。 -----n增加，爆燃倾向减弱。

第四章汽油机混合气的形成和燃烧解析

第四章汽油机混合气的形成和燃烧解析

电控化油器
二、电控汽油喷射式混合气的形成 1、电控汽油喷射系统 包括 燃料供给系统 空气供给系统 电子控制系统
①燃料供给系统 发动机工作时，电 动燃油泵把汽油从油 箱中泵送出去，经燃 油滤清器除去杂质和 水分后，经过供油管， 流入燃油分配管，然 后分送到各个喷油器。 燃油分配管末端装有 油压调节器，对燃油 压力进行调整，多余 的燃油经油压调节器 流回油箱。
炎热——加强冷却 寒冷——预热
2、表面点火
1）定义 汽油机中,凡是不靠电火花点火而由燃烧室内炽热表 面点燃混合气的现象统称表面点火。
炽热点：排气门头部，火花塞电极，燃烧室积炭
早燃是表面点火的一种现象。
2)早燃
①定义：指在火花塞点火之前，炽热表面就点燃混合 气的现象。 ②原因：炽热表面引起早燃 ③危害 a) b) c) d) 早燃诱发爆燃、爆燃加剧表面点火。 压缩功增大，发动机功率下降。 零件过热。 燃烧速率快，发动机工作粗暴。
1-节气门；2-旁通气道；3-旁通阀；4-怠速控制阀；5-ECU； 6-转速传感器；7-节气门位置传感器；8-水温传感器
在怠速自动控制过程中，ECU不断地从发动机转速传感器 得到发动机的实际转速信号，并将这一实际转速与目标转速相 比较，最后按实际转速和目标转速的偏差，向怠速控制阀发出 控制信号。 怠速转速的调节
氧传感器检测排气中的氧浓度，
空燃比＞14.7，氧多余。
ECU
喷油量修正
起动、大负荷、暖机 氧传感器未达到一定温度（如350℃） 氧传感器出现故障 进行开环控制
3、怠速自动控制 怠速时的进气是通过两条绕过节气门的旁通气道进入发动 机的。一条旁通气道的流通截面由怠速调节螺钉调整，在使用 中保持不变；另一条旁通气道的流通截面由怠速控制阀控制。

第四章 汽油机混合气的形成与燃烧

第四章 汽油机混合气的形成与燃烧

一、正常燃烧过程 （一）正常燃烧进行情况
1、着火延迟期 （滞燃期） 、 滞燃期）
从电火花跳火 → 形成火 焰中心。 1点以前为压缩过程, 缸内 压力升高不大。 1 — 火花塞跳火。 2 — 缸内压力脱离压缩线 开始急骤增高。 点火提前角θ — 1点 → 上 止点的曲轴转角。
影响因素： 影响因素：
产生原因： 产生原因：进入各缸的混合气的浓度和数量不同。 影响因素： 影响因素： 1 1）结构因素：进气系统设计及安装位置，造成不一 样的阻力情况； 2）多缸机：共用进气管，各缸进气门重叠开启，发 生抢气现象； 后果： 后果： 1）动力性、经济性下降； 2）个别气缸寿命缩短； 3）低速、低负荷时，工作不稳定，增加排放。
分类
1 缸内喷射 喷咀开启压力3～5 [ Mpa ] 进气过程上止之后30～50° — 开始喷油。 30 50° 压缩冲程上止点 — 停止喷油。 2 进气管内喷射 （1） 单点喷射 大喷咀位于节气门之前的化油器位置, 安装空气计 量装置和电子控制喷油装置。 （2） 多点喷射 小喷咀安装于各个进气歧管之中。
一、燃烧室设计原则
4、燃烧室形状合理分布 、 1）满足速燃；90％燃 料燃烧 2）考虑燃烧速度的变化 率
一、燃烧室设计原则
5、组织适当的紊流运动 、 1）增大火焰速度； 2）冷却末端混合气区； 3）减少循环间的燃烧变动； 4）减小熄火厚度，降低HC排量。
汽油机产生紊流的方法： 汽油机产生紊流的方法：
化油器式发动机的不足之处: 化油器式发动机的不足之处
部分负荷时节流损失大 不可能在各种工况下均提供最佳混合比 对大气条件和环境适应性差 仅提供均质混合气 各缸混合气分配不均匀
二、汽油喷射式混合气形成
汽油喷射的基本概念

第四章14汽油机混合气的形成和燃烧

第四章14汽油机混合气的形成和燃烧

图中虚线表示只压缩不点火的压缩线，在燃烧压力线上， 1点为火花塞跳火点。2点为燃烧压力线脱离压缩压力线点，3点 为最高压力点。燃烧过程的进行是连续的，为分析方便，按其
压力变化的特征，可人为地将汽油机的燃烧过程分为三个阶段。
Ⅰ-着火落后期 Ⅱ-明显燃烧期 Ⅲ-补燃期
（一）着火落后期
从火花塞跳火开始到形成火焰中心为止这段时间，称为着
着火落后期的长短与燃料本身的分子结构和物理化学性质、 过 度和量压空力气（系取数决（于φa压t =缩0.比8～）0、.9残时余最废短气）量、、开气始缸点内火混时合气气缸的内运温 动、火花能量大小等因素有关。汽油机燃烧过程中，着火落后期
的影响不如柴油机大。
（二）明显燃烧期
从火焰中心形成到气缸内出现最高压力为止这段时间称为 明显燃烧期。图5-1中第2阶段。
正常燃烧时汽油机补燃现象比柴油机轻得多。
4.2 汽油机的不规则燃烧
汽油机的不规则燃烧是指在稳定正常运转 情况下，各循环之间的循环变动和各缸之间的燃 烧差异。在发动机设计中，应尽量保证不同工况 时，每缸的不同循环之间的波动及不同缸之间差 异最小，从而保证发动机处于最佳工作状况。但 是，影响发动机工作的因素很多。对于各缸和各 循环而言，混合气温度等都可能互不相同，点火 提前角和化油器的调节不可能都处在最佳值，这 就影响各缸和各循环初始火焰形成时刻的稳定性， 导致各缸和各循环最大燃烧压力和平均指示压力 的变化。
❖ 升高常率用的压表力达升公高式率为λp ，表示汽油机工作粗暴的程度，压力
❖
λp=δp/δθ kpa/(°)
(5-1)
❖ 式中:δp — 明显燃烧期始点和终点的气体压力差，kpa; δθ — 明显燃烧期始点和终点相对于上止点的曲轴转角

汽油机混合气的形成

汽油机混合气的形成

2、不正常燃烧
汽油机的燃烧过程
火焰以正常的传播速度20-60m/s 向前推进,若发生爆燃， 终端混合气最适于发火的部位形成一个或几个火焰中心。以远 大于正常燃烧火焰前锋面推进的速度向周围传播。
轻微爆燃火焰速度= 100-300 [ m/s ] 强烈爆燃火焰速度= 800-2000 [ m/s ] 若自燃区占整个燃烧室容积的5%为强烈爆燃。
1、正常燃烧过程
汽油机的燃烧过程
(3)后燃期(图中3点以后)
它是指明显燃烧期以后的燃烧，主要有火焰前锋后末 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, CO等)重新氧化。这种 燃烧已经远离上止点，应该尽量避免。
综上所述，汽油机正常燃烧过程是唯一地定时的火花 点火开始，且火焰前锋以一定的正常速度传遍整个燃烧室。
1、正常燃烧过程 1)正常燃烧过程进行情况
汽油机典型的展开示功图如图所示。为分析方便，按 其压力变化持点，人为地将燃烧过程分成三个阶段。 (1)着火延迟期
从火花塞点火至气缸压力明显脱离压缩线而急剧上升 时的时间或曲轴转角。
火花塞放电时两极电压达10-15kV，击穿电极间隙的混 合气，造成电极间电流通过。电火花能量多在40-80mJ， 局部温度可达3000K，使电极附近的混合气立即点燃，形 成火焰中心，火焰向四周传播，气缸压力脱离压缩线开始 急剧上升。
爆燃产生的原因是：在正常火焰传播的过程中，处在最 后燃烧位置上的那部分未燃混合气(常称末端混合气)，进一 步受到压缩和辐射热的作用，加速了先期反应。如果在火焰 前锋尚未到达之前，末端混合气已经自燃，则这部分混合气 燃烧速度极快，火焰速度可达每秒百米甚而数百米以上，使 局部压力、温度很高，并伴随有冲击波。压力冲击波反复撞 击缸壁，发出尖锐的敲缸声，使发动机噪声加大，发动机过 热，功率下降。

第04章 汽油机的混合气形成与燃烧

第04章 汽油机的混合气形成与燃烧
第四章 汽油机的混合气形成与燃烧
第一节 汽油机燃烧过程
在测取气缸内燃烧过程的展开压力示功图 （P-坐标系曲线）基础上进行分析，加以讨 论。研究燃烧过程各阶段的工作情况。



一、正常燃烧过程
（一）正常燃烧过程进行情况—三个阶段
（1）着火延迟期（图中1-2段）：从火花塞点火（点1） 至气缸内压力明显脱离压缩线而急剧上升时（点2）的 时间或曲轴转角。 火花塞放电时两极电压达 10~15KV，击穿电极间隙内 的混合气，造成电极间电流 （很小）通过。电火花能量 多在40~80mJ，局部温度可 达3000K，使电极附近的混 合气立即点燃，气缸内压力 脱离压缩线急剧上升。


2、点火提前角—从火花塞发出电火花到上止点间的曲 轴转角。点火提前角的大小受燃料性质、转速、负荷、 过量空气系数等很多因素而定。 当汽油机保持节气门开度、转速以及混合气浓度一定时， 汽油机功率和耗油率随点火提前角改变而变化的关系称 为点火提前角调整特性。对应每一工况都存在一个最佳 点火提前角，这时发动机功率最大、耗油率最低。

点火提前角增大，压缩终了的气体压力、温度增高，爆 燃倾向增大，因此，电喷发动机ESA电子点火控制系统 就是根据爆震传感器信号控制点火提前角是否需要推迟。 同样，点火提前角增大，压缩终了的气体压力、温度增 高，燃烧的最高爆发压力和最高气体温度升高，NOx排 放量增加。 3、发动机转速
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延长，因此，最 佳点火提前角应提前。传统汽油机在分电器总成上装离 心调节点火提前器。 ESA电子点火控制系统根据转速 信号电子控制点火触发信号。

第二节 汽油机混合气的形成

汽油机混合气形成方式分成两大类：化油器式和汽油喷 射式，后者又分成进气管内汽油喷射式和气缸内直接汽 油喷射式。化油器式和进气管内汽油喷射式都是气缸外 部形成均匀混合气形式，即便是气缸内直接喷射，发动 机负荷调节也是靠改变

汽车发动机原理第四章 汽油机混合气的形成和燃烧

汽车发动机原理第四章 汽油机混合气的形成和燃烧

在均质混合气中，当火焰中心形成之后，火焰向四
周传播，形成一个近似球面的火焰层，即火焰前锋，从 火焰中心开始层层向四未燃混合气传播，直到连续不断 的火焰前锋扫过整个燃烧室。 因为绝大部分燃料在这一阶段燃烧，此时活塞又靠 近上止点，在这一阶段内，压力升高很快，压力升高率 dp / dφ 为0.2~0.4MPa/ (°)，一般用压力升高率代表发动
vL 主要受混合气温度、压力、ϕa以及燃料特性
等因素影响，实际发动机中还应考虑残余废气 系数的影响。
图4-2给出了层流火
焰与火焰前锋面形状的关 系，层流火焰传播速度远 远不能满足实际发动机燃 烧的要求，实际发动机中 的火焰传播是以湍流火焰 传播方式进行的。
２)湍流火焰燃烧速率
所谓湍流，是指由流体质点组成的微元气体所进 行的无规则的脉动运动，这些由气体质点所组成的 小气团大小不一，流动的速度、方向也不相同，但 宏观流动方向则是一致的，这种湍流运动使火焰前 锋表面出现皱折，强湍流运动使火焰前锋面严重扭 曲，甚至分隔成许多燃烧中心，导致火焰前锋燃烧
区的厚度δ 增加(图4-3)。
湍流运动使火焰前锋表面积明显增大，火焰传 播速度加快，湍流火焰燃烧速率可以用下式表示:
式中:m——混合气质量。
dm/dt——火焰燃烧速率。 FT——火焰前锋表面积。 ρm——未燃混合气密度。 vT——湍流火焰传播速度。
如前所述，雷诺数Re <2300为层流火焰，其传播速
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。
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。

汽车构造 第四章 汽油机供给系

汽车构造 第四章 汽油机供给系

2．可燃混合气成分对发动机性能的影响（图4-4）
因为α >1时混合气中，有适量较多的空气，正好满足完全燃烧的条 件，此混合气称为经济混合气，对于不同的汽油机经济混合气成分 不同，一般在 α =1.05～1.15 范围内。当α 大于或小于1.05～ 1.15时，be（油耗率）↑，经济性变坏。 当α = 0.88时，Pe最大，因为这种混合气中汽油含量较多，汽油分 子密集，因此，燃烧速度最高，热量损失最小，因而使得缸内平均 压力最高，功率最大，此混合气称为功率混合气。对不同的汽油机 来说，功率混合气一般在 α =0.85～0.95 之间。 α >1.11的混合气称为过稀混合气，α <0.88的混合气称为过浓混合 气，混合气无论过稀过浓都会使发动机功率降低Pe↓，耗油率增加 be↑。
α
∆Ph/kPa
现在让我们看看简单化油器特性。
节气门由小→大，混合气由稀变浓α ↓ 怠速时也供给稀混合 气，与理想化油器特性截然相反，这就与发动机实际工作的要求发 生也矛盾，它只能满足汽油机的一种工况，而其它工况都不适应， 因此，简单化油器在车用汽油机上不能使用。
为了解决这一矛盾，在现代化油器结构上，采用了一系列自动 调配混合气浓度的装置，其中包括主供油系统、起动系统、怠速系 统、大负荷加浓系统（省油器）和加速系统，以保证车用汽油机在 各种工况下都能供给适当浓度的可燃混合气。
（3）全负荷工况-要求发出最大功率Pemax，α =0.85～0.95量多.
汽车需要克服很大阻力（如上陡坡或在艰难路上行驶）时，驾驶员 往往需要将加速踏板踩到底，使节气门全开，发动机在全负荷下工 作，显然要求发动机能发出尽可能大的功率，即尽量发挥其动力性， 而经济性要求居次要地位。故要求化油器供给Pemax时的α 值。

第四章 汽油机混合气形成A讲义解读

第四章 汽油机混合气形成A讲义解读

（2）危害 ①严重时破坏缸壁表面的附面气膜和油膜，使传热增 加，气缸盖和活塞顶温度升高，冷却系过热，功率减 少， 耗油率增加， ②甚至造成活塞、气门烧坏，轴瓦破裂，火花塞绝缘 体 破裂，润滑油氧化成胶质，活塞环粘在槽内。轻微 敲缸 时，发动机功率上升，油耗下降；严重时，可产 生冷却 水过热，功率下降，耗油率上升。
影响τi长短的因素： ①燃料，辛烷值↑→ τi ↑ ； ②缸内(p+T)↑→ τi ↓； ③混合气浓度（α=0.8~0.9 时，τi最短）； ④残余废气系数γ↑→ τi ↑ ⑤点火能量↑→τ i↓。 希望：尽量缩短 并保持稳定。γ↑→ τi ↑
（Ⅱ）明显燃烧期（2-3点）：从火焰核心形成火焰传 播到整个燃烧室。 作用：把大量燃料的化学能迅速转变为热能； 特点：是汽油机燃烧的主要时期，热量利用率高。 明显燃烧期愈短，愈靠近上止点，汽油机经济性、动 力性愈好。
①紊流运动：紊流运动是由一定运动方向 的涡流和无规则的气体脉动所组成。紊流运动 可使火焰前锋表面扭曲，甚至分隔成许多火焰 中心，使火焰前锋燃烧区加厚，如图所强烈
②混合气成分不同，火焰传播 速度也明显不同，如图所示 为实验所得火焰传播速度与 过量空气系数的关系。 当α=0.85－0.95时，火焰 传播速度最大，燃烧速度最 快，功率也最大，称为功率 混合比。 当α=1.03－1.1时，火焰传 播速度较大，氧气又充足， 燃烧完全，称为经济混合比。
式中 ρT ——未燃混合气密度； UT——火焰传播速度；
AT——火焰前锋面积。
§4-1 汽油机燃烧过程
一、汽油机正常燃烧： （一）汽油机正常燃烧过程： 燃烧过程分为三个阶段：
（Ⅰ）着火延迟期； （Ⅱ）明显燃烧期; （Ⅲ）后燃期。
点火提前角：是指从火花塞跳火到上 止点间的曲轴转角。可用其表示点火时刻。

汽油机混合气形成方式

汽油机混合气形成方式

汽油机混合气形成方式汽油机混合气是指汽油和空气在一定比例下混合而成的燃料，它是发动机工作的必要条件之一。

汽油机混合气形成方式可以分为以下几种：1. 真空式进气道混合方式这种混合方式采用真空式进气道，通过油浴式空气过滤器，将空气吸入进气道，在进气道突缩处产生负压，从油箱中吸取汽油并混合，形成混合气进入发动机燃烧室。

这种方式简单可靠，但对进气道的设计和空气过滤器的保养要求较高。

2. 流量式进气道混合方式这种混合方式采用流量式进气道，进气道内装有空气流量传感器和节气门位置传感器，通过ECU（发动机控制单元）计算出所需的空气和燃油的比例，再通过喷油嘴向进气道喷出特定量的燃油，从而形成混合气进入发动机燃烧室。

这种方式可以实现空燃比的精准控制，发动机工作性能更好。

3. 直喷式燃油混合方式这种混合方式是将燃油以高压形式喷射到发动机燃烧室中，与空气混合后直接燃烧。

这种方式可以提高燃油利用率，减少废气排放，但对发动机的设计和高压燃油喷射系统的稳定性要求较高。

4. 蒸发式燃油混合方式这种混合方式是将燃油先通过喷油嘴喷入进气道中，然后借助发动机运作时的温度和压力，使燃油蒸发后与空气混合。

这种方式可以实现较高的燃油利用率，但对喷油嘴的设计和喷油量的控制要求较高。

5. 气化式燃油混合方式这种混合方式是将液态燃油加热气化后与空气混合，形成混合气进入发动机燃烧室。

这种方式可以提高燃油利用率，但对发动机的设计和气化系统的稳定性要求较高。

综上所述，汽油机混合气形成方式的选择取决于发动机的类型和使用要求，各种混合方式都有其优缺点，需要根据实际情况进行选择。

汽油机可燃混合气的形成

汽油机可燃混合气的形成

汽油机可燃混合气的形成汽油机是一种常见的内燃机，其工作原理是通过燃烧混合气体产生能量驱动车辆或机械运转。

而汽油机的可燃混合气的形成是实现这一过程的关键。

本文将从混合气的组成、混合气的调配以及混合气的点火等方面，详细介绍汽油机可燃混合气的形成过程。

我们来了解一下汽油机可燃混合气的组成。

可燃混合气主要由空气和汽油组成。

空气中含有氧气，而氧气是燃烧的必要条件。

汽油则是一种燃料，其中含有碳氢化合物。

在燃烧过程中，汽油中的碳氢化合物与氧气发生化学反应，产生二氧化碳、水和能量。

因此，混合气中的氧气和汽油的比例是影响燃烧效果的重要因素。

混合气的调配是形成可燃混合气的关键步骤。

混合气的调配是通过进气系统实现的。

汽油机进气系统通常包括空气滤清器、进气管道、节气门和进气歧管等部件。

空气滤清器的作用是过滤空气中的杂质，保证进入气缸的空气质量。

进气管道将空气引入到发动机内部。

节气门的开度可以调节空气的流量。

而进气歧管则将空气分配到各个气缸中。

通过调节这些部件，可以控制混合气中空气和汽油的比例，以实现最佳的燃烧效果。

混合气的点火是混合气燃烧的关键步骤。

点火系统由点火线圈、火花塞和点火控制装置组成。

点火线圈将电能转化为高压电流，通过火花塞引燃混合气。

点火控制装置则控制点火时间和点火顺序。

在正时点，点火线圈会产生高压电流，使火花塞产生火花，点燃混合气。

混合气的点火需要考虑到点火的时机和点火的能量。

时机过早或过晚，都会影响燃烧效果。

能量不足则无法点燃混合气，能量过大则会造成爆震。

汽油机可燃混合气的形成是一个复杂的过程，需要考虑到混合气的组成、混合气的调配以及混合气的点火等因素。

只有在合适的条件下，混合气才能充分燃烧，释放出足够的能量，推动发动机正常工作。

因此，在汽油机维护和使用过程中，需要对混合气进行合理的调配和点火控制，以确保发动机的高效运行。

第四章汽油机混合气的形成与燃烧

第四章汽油机混合气的形成与燃烧

第四章汽油机混合⽓的形成与燃烧第四章汽油机混合⽓的形成与燃烧§4-1 汽油机燃烧过程1、汽油机①混合⽓均匀，在⽓缸外部形成混合⽓预混合时间长。

燃烧过程的特点：②⽕花塞放电点⽕，可控制点⽕时间、地点、能量。

③传播式燃烧，燃烧速度和放热速率取决于⽕焰传播速度。

2、⽕焰传播速度U T ——单位时间内⽕焰前锋⾯相对未燃混合⽓向前推动的距离。

⽤U T 表⽰[m/s]。

3、燃烧速度U m ：单位时间燃烧的混合⽓质量。

燃烧速度⽤U m 表⽰[kg/s].U m =dt dm=T T A U T ρ [kg/s].式中 T ρ——未燃混合⽓密度；U T ——⽕焰传播速度；T A ——⽕焰前锋⾯积。

⼀、汽油机正常燃烧：定义：唯⼀地由⽕花塞点⽕且⽕焰前锋以特定的速度传遍整个燃烧室的过程。

（⼀）汽油机正常燃烧过程：燃烧过程分为三个阶段：（Ⅰ）着⽕延迟期；（Ⅱ）明显燃烧期；（Ⅲ）后燃期。

0（Ⅰ）着⽕延迟期i τ（1-2点）：从⽕花塞跳⽕?压⼒偏离压缩线（出现⽕焰，5％放热量）的时间或曲轴转⾓。

作⽤：⽕花塞放电点燃混合⽓形成⽕焰核⼼（链引发）；①两极电压达10～15Kv ；②击穿电极间隙的混合⽓，造成电极间电流通过；⽕花塞③电⽕花能量多在40～80m J ；放电特性：④局部温度可达3000K ，使电极附近的混合⽓⽴即点燃；⑤形成⽕焰中⼼，⽕焰向四周传播；⑥⽓缸压⼒脱离压缩线开始急剧上升。

特点：燃烧量⼩，压⼒升⾼不明显。

①燃料，⾟烷值↑→i τ↑；影响i τ②缸内温度↓↑→i τ、压⼒↑↑→i τ；长短的因素：③混合⽓浓度（i τα,9.0~8.0=最短）；④残余废⽓系数γ↑→i τ↑⑤点⽕能量↓↑→i τ。

希望：尽量缩短i τ并保持稳定。

（Ⅱ）明显燃烧期（2-3点）：从⽕焰核⼼形成（开始燃烧）?max P （⽕焰传播到整个燃烧室）。

作⽤：迅速地把⼤部分燃料的化学能迅速转变为热能；特点：是汽油机燃烧的主要时期，热量利⽤率⾼。

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喷油量 调整 调整旁通 空气量
三、两种混合气形成方式的比较 电控汽油喷射式与化油器式相比有以下优点： （1）进气管道中设有狭窄的喉管，空气流动阻力小，充气性能 好，输出功率大。 （2）混合气的分配均匀性较好。 （3）可以随着发动机使用工况及使用场合的变化而配制一个最 佳的混合气成分。 （4）具有良好的加速等过渡性能。 （5）经济性能较好。 缺点：系统布置复杂，制造成本高。
②运转控制 总喷油量=基本喷油量+修正喷油量+增加油量
起 动 增 量
暖 机 增 量
加 速 增 量
大 负 荷 增 量
③断油控制 超速断油控制
节气门位置传感器中的怠速开关接通 减速断油控制 发动机冷却液温度已达正常温度
发动机转速高于某一数值
同时满足这3个 条件才断油
④反馈控制 ——闭环控制 空燃比＜14.7，氧耗尽。
2、表面点火
1）定义 汽油机中,凡是不靠电火花点火而由燃烧室内炽热表 面点燃混合气的现象统称表面点火。
炽热点：排气门头部，火花塞电极，燃烧室积炭
早燃是表面点火的一种现象。
2)早燃
①定义：指在火花塞点火之前，炽热表面就点燃混合 气的现象。 ②原因：炽热表面引起早燃 ③危害 a) b) c) d) 早燃诱发爆燃、爆燃加剧表面点火。 压缩功增大，发动机功率下降。 零件过热。 燃烧速率快，发动机工作粗暴。
5、负荷的影响
当负荷减少时，节气门开度变小，进入气缸的混合气 量减少，而残余废气量是几乎不变的，这样残余废气所占 比例相对增大，相当于对进入气缸的混合气起到稀释作用。 同时，由于每循环燃烧的混合气数量减少，使气缸壁与燃 烧室壁的温度都有下降。这些因素都使混合气的着火延迟 时间加长。为此，必须相应地加大点火提前角。因而在分 电器中都装有真空点火提前调节装置。
氧传感器检测排气中的氧浓度，
空燃比＞14.7，氧多余。
ECU
喷油量修正
起动、大负荷、暖机 氧传感器未达到一定温度（如350℃） 氧传感器出现故障 进行开环控制
3、怠速自动控制 怠速时的进气是通过两条绕过节气门的旁通气道进入发动 机的。一条旁通气道的流通截面由怠速调节螺钉调整，在使用 中保持不变；另一条旁通气道的流通截面由怠速控制阀控制。
电控化油器
二、电控汽油喷射式混合气的形成 1、电控汽油喷射系统 包括 燃料供给系统 空气供给系统 电子控制系统
①燃料供给系统 发动机工作时，电 动燃油泵把汽油从油 箱中泵送出去，经燃 油滤清器除去杂质和 水分后，经过供油管， 流入燃油分配管，然 后分送到各个喷油器。 燃油分配管末端装有 油压调节器，对燃油 压力进行调整，多余 的燃油经油压调节器 流回油箱。
按 空 燃 比 14.7 计 算 空气流量计和 转速传感器是 最重要的两个 传感器
Q KA / n
A——进气量，kg/h; n——发动机转速，r/min; K——比例常数。
②运转控制 总喷油量=基本喷油量+修正喷油量+增加油量
进 气 温 度 修 正
大 气 压 力 修 正
蓄 电 池 电 压 修 正
炎热——加强冷却 寒冷——预热
3）当混合气过浓或过稀时，都会产生不完全燃烧， CO、HC排放量增大。
3、点火提前角的影响
①点火提前角过大时 增加了压缩功的消耗，示功图面积也减小，功率降低，同 时，发动机工作粗暴性增加，爆燃的倾向也增加。
②点火提前角过小时 会使燃烧在膨胀过程中进行，燃烧的最高压力和最高温度将 降低，而热损失增多，发动机的功率也下降。
2、喷油量的控制
①起动控制
起动时空气流量计信号误 差大，不能作为计算依据
按预先给定的起动程序来进行喷油控制， 启动开关（接通） 转速传感器（低于某一转速） ECU 冷 却 液 温 度 冷机起动加浓 ECU直接加浓 固定喷油量 起 动 转 速
进 气 温 度
冷起动喷油器喷入附加燃油
②运转控制 总喷油量=基本喷油量+修正喷油量+增加油量
点火提前角
2、明显燃烧期（2~3）
从火焰中心形成（示功图上缸内压力偏离压缩线 的2点）开始，到气缸内压力达到最高点（点3）为止， 这段时间称为明显燃烧期。 一般用压力上升速度来表示压力变化的急剧程度。
p p3 p2 (kpa / CA) 3 2
3、补燃期（3~）
从示功图上最高压力点（点3）以后的燃烧，称为 补燃期。
②空气供给系统
在这一系统中， 空气经空气滤清器、 空气流量计、节气 门体、进气总管、 （或）怠速控制阀、 进气歧管，最终进 入气缸。
③电子控制系统 电子控制系统主要 由控制器及各种传感器 组成，其作用是根据反 映发动机工况的各种信 息，并将这些信息与存 储在只读存储器 （ROM）中的信息进 行比较，确定喷油器针 阀的开启时间和持续时 间，保证供给发动机最 佳可燃混合气。
4、转速的影响
随燃烧时期不同而不同，转速的变化几乎不影响着火 延迟期所需的时间，但转速对明显燃烧期的影响是很大的。
在转速增时，点火提前角也应适当增大，否则燃烧将 拖延到膨胀过程，致使发动机的功率和经济性下降。为此， 在汽油机的分电器中一般都装有离心点火提前角装置。 当运转中的发动机产生的爆震燃烧可以用提高转速的 方法来消除它。
当运转中的汽油机产生爆震燃烧以后，可以通过减少 负荷的方法来消除爆震燃烧。
6、大气状况的影响 当大气压力低时，气缸充气量减少，混合气变浓，另 外，压缩压力低，火化塞点火及火焰传播速度慢，经济性 和动力性下降，但爆燃倾向减少。所以一般汽车驶入高原 地区，一般比较少发生爆燃。
当大气温度高时，同样气缸充量下降，经济性， 动力性变差，且容易发生爆燃和气阻。
④特征 相比于爆燃，由于没有压力冲击波，故“敲缸声”比较沉 闷。 发动机过热，功率下降。
四．燃烧速度
1、定义：燃烧速度是指单位时间燃烧的混合气量。
dm T U T AT dt
2、UT与紊流的关系
紊流导致了火焰前 锋面系 1）当α =0.85~0.95时， UT最大，燃烧速度最快，功率最大， 故称此混合比为功率混合比。 2）当α =1.03~1.1时 UT下降不多，又因为有足够的 氧气使燃烧完全。称此混合比为 经济混合比。 3）当α >1.3~1.4时 混合气太稀，火焰难以传播，称此混合比为火焰传播下限。 4）当α <0.4~0.5时 严重缺氧，火焰也不能传播，称此混合比为火焰传播上限。
5）小结
为了保证可靠地工作，汽油机一般为α＝0.6～1.2，相 当于空燃比=9~18。
五.使用因素对燃烧的影响 1、燃料性质的影响 燃料性质对燃烧过程的影响主要表现在对爆燃的 影响上。辛烷值愈大，燃烧的爆燃顷向愈小。
2、混合气成分的影响 1 ）当α=0.8~0.9 时，火焰传播速度 最快，这时发动机的功率 Pe最大。 由于这时燃烧产生的压力 pZ和温度 TZ都较高，所以产生的爆燃的倾向 也最大。 2）随着混合气的变稀，在 α =1.03～1.1时，燃烧较完全，be最低， 但缸内温度最高，NOX排放量大。
第二节
一、正常燃烧过程
汽油机燃烧过程
1、着火延迟期（1~2）
从电火花跳火开始到明显的火焰核心形成以前 的这段时间，称为着火延迟期。 为什么会有着火延迟期? 汽油的热稳定性较高,一时还不能产生自燃。电火花的 高能量，使火花塞电极间隙处的混合气温度急剧升高，极 大地加速了反应的进行，经过短暂时间后，才形成明显燃 烧的火焰核心。
补燃是活塞向下止点移动时进行的，这时活塞已 经接近膨胀行程的中﹑后期，燃料的热能不能得到充 分的利用。所以，补燃是我们所不希望的。
二、不规则燃烧 定义： 指在稳定正常运转的情况下，各循环之间的 燃烧变动和各气缸之间的燃烧差异。 １．各循环间的燃烧变动 原因：燃料分配不均匀程度和气体扰动的影响。
２．各缸间的燃烧差异 原因：燃料分配不均匀。
第四章
汽油机混合气的形成和燃烧
第一节
汽油机混合气的形成
一、化油器式混合气的形成
二、电控汽油喷射式混合气的形成
一、化油器式混合气的形成 特点： 机械式燃油配制，对发动 机运行状态的适应性、响应 速度和控制的精确性难以满 足要求，尤其在加速、冷起 动等过渡工况下，难以满足 排放要求。 机械式化油器
现已淘汰
1-节气门；2-旁通气道；3-旁通阀；4-怠速控制阀；5-ECU； 6-转速传感器；7-节气门位置传感器；8-水温传感器
在怠速自动控制过程中，ECU不断地从发动机转速传感器 得到发动机的实际转速信号，并将这一实际转速与目标转速相 比较，最后按实际转速和目标转速的偏差，向怠速控制阀发出 控制信号。 怠速转速的调节
三．不正常燃烧
1、爆燃（爆震燃烧） 1）产生的原因
远离火花塞的末端 混合气产生自燃
2）影响爆燃的因素
①燃料性质：辛烷值越高，抗爆性越好。 ②末端混合气的压力和温度 ③火焰前锋传播到末端混合气的时间。
3）造成的危害 ①零件承受过度载荷 ②零件温度过高，冷却水温度过高， 发动机效率下降 （附面层被冲击破坏， 则高温燃气会传到缸壁及外面介质， 致使温度过高） ③加剧磨损 因为爆燃使摩擦副表面的油膜被破坏，爆燃磨损比正常 磨损大27倍。