汽油机混合气形成与燃烧39页PPT

提高点火能量、采用多火花塞点火；
优化进气系统—优化匹配进气管长度。
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HIT 规格严格 功夫到家
第二节 SI-ICE的异常燃烧
（大众Touran，2.0L 汽油机，n=2000r/min）
BMEP=0.19MPa
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HIT 规格严格 功夫到家
第二节 SI-ICE的异常燃烧
BMEP=0.88MPa
SI-ICE高速大负荷工况，燃烧室内温度、压力高，
容易产生爆燃，低速小负荷工况，不易爆燃，可
用高压缩比。
.
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HIT 规格严格 功夫到家
第二节 SI-ICE的异常燃烧
高速、大负荷
不变压缩比 11
8
中速、中负荷 11
转矩
低速、小负荷
14
. 转速
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HIT 规格严格 功夫到家
第二节 SI-ICE的异常燃烧
vn 800~1000m/s
dp 65 d
MPa/(°CA)
激波冲击燃烧室壁面
.
爆震燃烧
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第二节 SI-ICE的异常燃烧
➢爆燃的危害
1、热负荷大、散热损失大
燃烧速度快，温度高；
压力波击破油膜，加速传热；
2、机械负荷大
过高的压力升高率，机械摩擦损失大
3、性能下降
散热大 机械负荷大
TPS —Throttle Position Sensor
允许范围
增大1个%点，
IMEP下降1.5%
IMEP/%
振动噪声大；
HC高排放—点火提前角不是最优值。 ➢原因
火花塞附近混合气成分不. 一致；
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3）负荷—节气门关小，残余废气增大，传热损失增加 ，pZ下降，t2增加，故爆燃倾向减小。
4）混合气浓度影响—Φa=0.8-0.9时，Sf最高， t1最小； t2也最小，t2起主要作用， 爆燃倾向增加，过浓过稀混合 气有助于减少爆振。 5）沉淀物（积碳）—积碳温度较高，使爆燃倾向增加。
3）加速：加速时，节气门开度骤然加大，由于燃料惯性大于空 气，气缸内混合气成分出现瞬间过稀，发动机功率下降，转速降 低，甚至会出现熄火现象，因此，要求化油器供给加浓混合气成 分（额外供给一部分燃料）。
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二、汽油喷射式混合气的形成
• 电控汽油喷射系统（Electronic Fuel Injection）由空 气系统、燃料系统及控制系统三部分组成。
转速保持不变，通过改变节气门开度来调节进入气缸的 混合气量，以达到不同的负荷要求。（量的调节）。
节气门关小时，充量系数 急剧下降，使残余废气系数增 加，滞燃期增加，火焰传播速 率下降，最高爆发压力和燃烧 温度、压力升高比均下降，散 热损失相对增加，因而燃油消 耗率增加；
随着负荷的减小，最佳点 火提前角要增加。
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简单化油器特性
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• 1、怠速时，由于废气稀释，化油器应供给气 缸浓混合气成分（=0.6~0.8，A/F=10~12.4）。
• 2、发动机中等负荷时，化油器应供给气缸较稀的经 济混合气成分（ =1.05~1.15，50%负荷后，A/F=17左 右）；
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二、燃烧速度

THANKS
可燃的混合气。
压缩和点火
02 在压缩过程中，混合气被压缩，温度和压力升高，当
温度达到燃点时，混合气被点燃。
燃烧和膨胀
03
混合气燃烧产生大量热量，推动活塞运动，产生动力
和热量。
汽油机混合气的燃烧产物
燃烧产物的种类
汽油机混合气燃烧产生的主要产物包括二氧化碳、水 蒸气、未燃燃料和有害气体等。
燃烧产物的排放控制
更多的思路和方法。
06
参考文献
参考文献
朱义名. (2006). 内燃机的传热与热负荷. 北京: 人民交通出 版社.
王建平, 刘艳玲, 王宝艳. (2012). 内燃机原理与实践. 北京: 机械工业出版社.
中国汽车工程学会. (2010). 内燃机燃烧学. 北京: 机械工业 出版社.
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燃油喷射量 燃油喷射量对混合气的形成和燃烧也有重要影响。喷射量 过多或过少都会导致混合气浓度不合适，影响燃烧效率。
空气流量 空气流量与燃油喷射量之间的比例关系直接影响混合气的 形成和燃烧。空气流量过少会导致混合气过浓，反之则会 导致混合气过稀。
汽油机混合气燃烧的影响因素
01 02
压缩比
压缩比是影响混合气燃烧的重要因素之一。压缩比过高会导致混合气燃 烧过快，温度过高，产生爆震；反之则会导致混合气燃烧过慢，功率输 出低下。
建议：针对实验结论，提出以 下建议
1. 进一步深入研究汽油机混合 气的形成机制，尤其是燃油喷 射和空气流动的过程。
实验研究的结论和建议
2. 加强燃烧过程的模拟和优化，以 提高汽油机的动力性能和经济性。
3. 在实际应用中，根据实验研究成果， 对汽油机设计和性能进行优化，提高 汽车的动力和经济性能。

5.1 汽油机混合气的形成
（二）汽油喷射
1. 化油器式发动机的不足之处: （1） 部分负荷时节流损失大 （2） 不可能在各种工况下均提供最佳混合比 （3） 对大气条件和环境适应性差 （4） 仅提供均质混合气 （5） 油膜流动 — 各缸混合气分配不均匀
第5章 汽油机混合气的形成和燃烧
5.1 汽油机混合气的形成
第5章 汽油机混合气的形成和燃烧 p 第 II 阶段 2—3称为急燃期 代表工作粗暴的程 第 I 阶段称为着火阶段，
III3— 4 称补燃期（后燃期） （明显燃烧期） 度 ,从电火花跳火 它与火焰传播速率有关。 形 p 3点u 燃料基本燃烧完的 。 这一阶段为燃烧过程的主 s 成火焰中心。 4点。 p 要阶段。 pmax 工 1 点以前为压缩过程 , 3点过后 , 燃烧速度下降, 作粗暴，噪声 在此时间内 ,。 火焰迅速 缸内压力升高不大。 活塞下行, 使p, 在3点过后的 传遍整个燃烧室 但 , 混合气的 1 —u 火花塞跳火。 s 不正常燃烧 燃烧主要为： 趋势 。 绝大部分在此时期内完成 2— 缸内压力脱离压 1 在火焰传播期火焰前锋 u），燃 s 燃烧 气流运动 （ 80% 以上 缩线开始急骤增高。 面没有燃烧掉的燃料继续燃烧。 所以 , 在汽油机中 火焰 料的热能绝大部分在此时 2 粘附在缸壁上的混合气 点火提前角 — 1,点 间内放出 传播速率是一个重要参数 。缸内压力、温 , 层继续燃烧。 上止点的曲轴转角。 度迅速升高 , 3 由于汽油机燃烧温度高 , 它直接影响不正常燃烧的 高温分解严重。产生的Ｈ Ｏ dp/dφ=0.2~0.4MPa/[( 抑制 , 从而影响发动机的功 C ２,° A] 在补燃期内, 由于温度 率、效率和使用寿命。 ２, CO, III 补燃期 I 滞燃期 II 急燃期 降低, 重新燃烧生成,ＣＯ２，

燃烧室通常由气缸盖、气缸壁和火花 塞组成，其结构对燃烧速度和效率有 重要影响。
为了提高汽油机的性能和降低排放， 需要对燃烧室进行优化设计，以提高 混合气的燃烧速度和效率。
燃烧速度的影响因素
燃烧速度受多种因素影响，如混合气 的成分、温度、压力和燃烧室的结构 等。
爆燃和表面点火
爆燃的概念
爆燃是由于混合气在气缸内自燃引发的爆炸现象。
燃油喷射系统
电控燃油喷射系统
根据发动机工况，精确控制燃油喷射量。
喷油嘴设计
喷油嘴的形状、孔径和喷雾形状对燃油雾化至关重要。
燃油雾化和混合过程
燃油雾化的目的
将液态汽油转化为微小油滴，增加与 空气接触面积。
混合过程
油滴与空气均匀混合，形成理想的混 合气。
空燃比的控制
空燃比定义
空气与汽油的比例。
控制方法
排放控制和三元催化器
三元催化器
一种尾气处理装置，通过化学反应将有害气体转 化为无害物质。
排放法规
各国政府制定的汽车尾气排放标准，限制有害气 体的排放。
氧传感器
监测尾气中氧含量的传感器，用于控制空燃比。
发动机的噪声和振动
1 2 3
噪声来源 包括机械噪声、空气动力噪声等，影响乘坐舒适 性。
减震措施 通过各种减震元件来降低发动机振动对车辆的影 响。
发动机的工作原理
四冲程汽油机工作原理
包括进气、压缩、点火燃烧和排气四个冲程，通过这四个冲程的循环往复，实 现能量的转换。
汽油机的特点
汽油机具有较高的功率密度、易于启动、噪音较小等优点，同时也存在燃油经 济性较差、排放污染较高等缺点。
汽油机的特点
01
02
03
汽油机采用火花塞点火 方式，通过点燃汽油和 空气的混合气产生动力。

熄火厚度均减小。
第三节 汽油机的不正常燃烧
一、爆震燃烧
1．定义：
汽油机燃烧过程中，火焰前锋以正常的传播速 度向前推进，当火焰前方未燃的混合气(末端混合 气)受到已燃混合气强烈的压缩和热幅射作用，其 本身的温度不断升高，以致于在正常的火焰到达之 前，末端混合气内部最适宜着火的部位，已出现一 个或多个火源，形成火焰中心，这种现象称为爆燃。
Ⅲ．补燃期(后燃期)
从最高压力点开始到燃料基本燃烧完 为止，称为补燃期。这一阶段主要是明显 燃烧期内火焰前锋扫过的区域，部分未燃 尽的燃料继续燃烧；吸附于缸壁上的混合 气层继续燃烧；部分高温分解产物等，因 在膨胀过程中温度下降又重新燃烧、放热。
由于活塞下行，压力降低，使补燃期内燃 烧放出的热量不能有效地转变为功。同时， 排气温度增加，热效率下降，影响发动机 动力性和经济性。因此，应尽量减少补燃。 正常燃烧时，汽油机补燃较柴油机轻得多。
当火焰中心形成后，火焰前锋以20～30m／ s的速度，从火焰中心开始逐层向四周的未 燃混合气传播，直到连续不断扫过整个燃 烧室。混合气的绝大部分(约80％以上)在 此期间内燃烧完毕，压力、温度迅速升高， 出现最高压力点3。下图为正常燃烧时，火 焰前锋的瞬时位置。
压力升高率：表征缸内压力变化的急剧程 度，一般为200-400kPa/(°)。
汽油机混合气形成和燃烧
第一节 汽油机混合气的形成 第二节 汽油机正常燃烧过程 第三节 汽油机的不正常燃烧 第四节 影响燃烧过程的因素 第五节 汽油机的燃烧室 第六节 汽油机电控汽油喷射系统概述
第一节 汽油机混合气的形成
一、化油器式汽油机混合气形成
1.理想化油器特性
起动φat=0.2 ～0.6
2．各缸间的燃烧差异
原因：可燃混合气对各缸分配不均 危害：

H+OH+M →H2O+M H+O+M →OH+M 混合气的着火往往不是单一机理进行，二者机理同 时存在相互促进。 一般说，在高温下以热自燃为主，在低温下以链锁
反应为主。
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发动机的燃烧方式
1. 同时爆炸燃烧
均匀可燃混合气在燃烧室内的燃烧，燃烧前后一 瞬间，燃烧室内只有一个相。燃烧前的可燃混合气相和 燃烧后的燃烧产物相。
VG30E发动机减速停供示意图 43
第四十三页，编辑于星期一：十五点 十四分。
2.超速时
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启动时的喷油时间计算
T TTH Tu 式（4-7）
实现方式：
——冷启动喷油器
——微机控制喷油器
启动时喷射时间特性
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燃 料 供 给 系 统
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第六页，编辑于星期一：十五点 十四分。
控制系统
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第七页，编辑于星期一：十五点 十四分。
主信信号号
传感器
反馈信号
修正信号
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第八页，编辑于星期一：十五点 十四分。
执行元件
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控制单元（ECU）
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（2）加速时异步喷油正时控制 为了改善加速性能，ECU根据节气门位置传感器中怠速信号从接通到断开
时，增加依次固定量的喷油。
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第二十六页，编辑于星期一：十五点 十四分。
二、喷油量的控制
喷油时间的计算
T Tp Fc Tu 式（3-2）