第六章汽油机混合气的形成与燃烧.

第六章汽油机混合气形成和燃烧主要内容第一节汽油机混合气的制备及化油器工作原理第二节燃油喷射及控制第三节汽油机的燃烧过程第四节汽油机中的不规则燃烧和不正常燃烧第五节汽油机的工作特性第六节汽油机燃烧室第七节缸内直喷燃烧系统第一节汽油机混合气的制备及化油器工作原理1kg汽油在理论上完全燃烧约需15kg空气，此时过量空气系数φa为１，但在发动机中，因混合气不能达到理想的均匀，要使1kg汽油完全燃烧必须要有17～18kg空气，此时过量空气系数φa为1.13-1.2，多余的空气增加了燃料完全燃烧的程度，使发动机的经济性提高，但使混合气的含热量降低并减慢了燃烧速度，也降低了发动机的功率。为使发动机得到最大功率，必须增加混合气中汽油的含量，当过量空气系数φa为0.867时，燃烧速度最大，可此时发动机的经济性差。所以，混合气的成分影响发动机的动力性和经济性，应按照发动机的不同工况来确定所用的成分。一、汽油发动机对可燃混合气的要求1.空燃比对发动机性能的影响•=13.5~14.0时，燃烧火焰出现最高值，称功率空燃比；•=16左右时，燃烧完全，耗油率最低，称经济空燃比；•在功率空燃比与经济空燃比范围内的混合气成分是汽油机常用的混合气，使发动机具有较好的使用性能。怠速：很浓混合气小负荷：较浓混合气中等负荷：稀混合气大负荷：加浓混合气全负荷：功率混合气图6–16汽油机负荷变化时所需的空燃比2.发动机各种工况对可燃混合气的要求：(1)稳定工况(2)过渡工况•冷起动：极浓混合气•暖机：浓混合气(随温度升高混合气变稀)•加速：及时加浓•急减速：避免混合气过浓为满足汽油机动力、经济性的要求，不同工况时应使用不同浓度的混合气。满足这一要求的混合气过量空气系数随工况参数转速和负荷的变化关系，就是汽油机的理想混合气特性。汽油机在转速和节气门开度不变时，随着混合气加浓，Φa下降，Pe增达到最大值时的Φa称为“功率混合气”过量空气系数ΦaP，此时空气能得到充分的利用而发出最大的功率；反之，随着混合气变稀，Φa增加，be减小到最低时的Φa称为“经济混合气”过量空气系数Φab，此时燃油会得到充分的利用。Φab数值上大于ΦaP。工况不变时，Pe及be随小时燃油量B及过量空气系数Φa的变化曲线称为汽油机的调整特性曲线。不同工况，调整特性曲线不同，ΦaP与Φab值均不同。在转速不变的情况下，随着负荷的下降，ΦaP和Φab值都往加浓的方向移动，因为负荷愈低，残余废气系数愈大，燃烧愈不理想，使得混合气的可燃限变浓，所以ΦaP和Φab都只有偏浓一点才能保持最大功率和最经济的条件。汽油机在全负荷运行时，希望获得更大的功率已达到最大的动力性，此时要求功率混合气；而在部分负荷时，则应从经济性要求出发，来选用合适的混合气浓度。若负荷特性线在节气门全开时获得功率混合气，在其余部分负荷时均达到最经济，由be-Pe整理就得到理想负荷特性线（Φab的连线不是最经济的负荷特性线）。由理想负荷特性线转化得到Φa-Pe线或Φa-节气门开度线，就是理想混合气特性线。各转速的特性线叠加在一起，就是理想混合气的全特性线。在此基础上，考虑排放、噪声等性能的综合影响，就成为使用的混合气控制MAP图。燃油供给系统作用：供给发动机燃烧过程所需的燃油。组成：燃油泵、燃油滤清器、油压调节器、喷油器、燃油脉动衰减器、油箱、油管等。图6–28燃油供给系统1-燃油箱2—燃油泵3—燃油滤清器4—回油管5—燃油压力调节器6—输油管7—冷启动喷油器8—稳压箱9—喷油器10—各缸进气歧管燃油管油箱汽油滤清器汽油泵空气滤清器化油器桑塔纳轿车汽油供给系示意图输油管冷起动喷油器油压调节器喷油器油压脉动衰减器燃油滤清器油箱供油装置燃油泵1.燃油泵•作用：把燃油从油箱吸出并通过喷油器供给发动机各气缸。电动燃油泵装在油箱内，涡轮泵由电机驱动。当泵内油压超过一定值时，燃油顶开单向阀向油路供油。当油路堵塞时，卸压阀开启，泄出的燃油返回油箱。2、油压调节器•作用：使油压保持在某一规定值不变，确保喷油压力恒定。•工作原理：当发动机工作时，若进气歧管负压增加，可使作用在调节器膜片弹簧室侧的压力减小，在系统油压作用下，膜片上移，打开阀门，使多余部分的燃油从回油管流回油箱，系统油压随之相应减小，从而使得喷油器的喷油绝对压力不随进气歧管真空度的变化而发生变化，即保持恒定。图6–30燃油压力调节器3、燃油压力脉动阻尼器•作用：减小燃油压力脉动。•工作原理：燃油压力脉动阻尼器的弹簧室密封，等于是一个空气弹簧。全部输油量通过阻尼器流向燃油总管。当燃油压力升高时，弹簧室容积变小而燃油容积扩大，使油压升高峰值减小。反之，油压降低时弹簧室容积变大而燃油容积减小，又使油压降幅减小。图6–30燃油压力脉动阻尼器4、喷油器•功用：喷油。•工作原理：当ECU发出命令使电磁线圈通电后，在电磁线圈磁场的作用下，衔铁和针阀被吸起，汽油从喷孔喷出。当电源切断后，针阀在回位弹簧作用下关闭喷孔。图6–32球阀式电磁喷油器5、冷起动喷油器•功用：冷起动时，额外加大喷油量，使混合气瞬时加浓，便于着火起动。•工作原理：当冷车起动时，电磁线圈通电，产生磁力，将衔铁吸起，汽油通过旋流式喷嘴喷出。图6–33冷起动喷油器图6–34燃油滤清器6、燃油滤清器功用：清除汽油中的杂质，防止堵塞喷油器等部件，减少运动部件的磨损。工作原理：燃油滤清器与普通的滤清器一样，采用过滤形式，壳体内有一个纸滤芯，滤芯的微孔平均直径为10μm，并串接一个棉纤维制成的过滤筛。滤芯的形式通常有两种，即菊花形和涡卷形。燃油配制：定义：通过直接或间接测量进入发动机的空气量，并按规定的空燃比计量燃油的供给量的过程。类型：化油器式、燃油喷射式汽油机混合气的形成方式主要有化油器式和汽油喷射式两大类。喷射式目前主要采用电子控制（电喷），又分为进气管喷射（包括气门口的多点喷射和进气总管中的单点喷射）和缸内直喷。化油器式利用喉口处进气气流真空度引射汽油的方法进行混合气制备。汽油机缸内直喷系统兼有汽油机均质混合气和柴油机非均质混合气的双重特点。化油器方式汽油喷射方式EFIArrangement1-燃油2-空气3-节气门4-进气道5-喷油器6-汽油机进气总管单点喷射SinglePointInjection,SPI进气道多点顺序喷射MultipointInjection,MPI汽油缸内直接喷射GasolineDirectInjection,GDI图７-１化油器式内燃机燃油供应系统示意图１—主量孔２—浮子室３—燃油喷管４—喉管５—节气门二、化油器的工作原理图7-8节气门开度、转速与进气管真空度的关系在化油器和汽油机的结构参数不变的条件下，混合气的Φa值只取决于喉管的真空度Δpn或进气流量。Δpn=p0-pn，pn是喉管最小截面处的绝对压力，p0为喉管上方空滤器之后的压力，一般视为大气压。化油器制备原理满足不了理想混合气精确调控的要求，是多工况的折中，但对性能的影响不大，所以化油器长期得到广泛应用。现代化油器要进行各种校正使其接近理想化油器特性的要求：低怠速时要附加怠速油系进行怠速供油，同时由怠速圆滑过渡到主喷油段，满足低速供油和平稳过渡的要求；主供油区采用渗气补偿装置来改善混合气过浓；大负荷、满负荷时，要加装机械及真空加浓装置（省油器）以改善混合气偏稀，使油门开度从85%左右开始逐步加浓到满负荷的ΦaP值。动态过程的混合气制备：1、加速时，加装加浓装置，因为燃油的惯性比空气大得多，燃油量的增加相对于空气量的增加滞后，再加上节气门突然加大，进气管真空陡然下降，管壁的油膜蒸发量立即减少，这些都使得短时间混合气过稀，加速性能下降，甚至发动机熄火。2、减速时则相反，所以设置节气门缓冲器以减缓节气门关闭速度。3、起动时由于转速极低，喉管真空度太小，以致连怠速油系都出不了油，为此，要加装阻风门等各种起动辅助装置，使起动-暖机-怠速过程能正常、迅速地完成。一）、简单化油器特性与理想化油器特性１.简单化油器特性图７-2简单化油器１—节气门２—主量孔３—浮子室４—进油阀门５—浮子６—浮子室通气孔７—喉管８—主喷口图7-３简单化油器特性２.理想化油器特性图7-４理想化油器的特性１—最大功率２—最低油耗率３—理想化油器特性二）、补偿系统工作原理１.主供油系统的校正图7-5主供油系的校正原理１—主量孔２—空气量孔３—主油井４—主喷管１.主供油系统的校正图7-6采用渗入空气法校正的化油器特性2.满负荷加浓主供油系校正的结果，使化油器可以在部分负荷情况符合要求，但当发动机在全负荷运行时，需要另外设置功率加浓系统，提供浓的功率混合气，以获取最大功率。满负荷加浓装置的作用是在汽油机处于大负荷或全负荷工作时，使化油器额外供给一部分汽油，获得α＝0.8～0.9浓度的混合气，保证汽油机发出最大功率。这种将主供油系统与加浓系统分开，必要时予以加浓的做法，相对说来，起到了确保部分负荷时省油的作用，故加浓系统又称为省油系。图7-7化油器的两种省油器ａ)机械省油器ｂ)真空省油器１—进气管２—喉口３—节气门４—节气门操纵杆５—主量孔６—省油器阀门弹簧７—省油器阀门８—省油器量孔９—浮子室１０—杆１１—操纵杆１２—气道１３—真空室１４—活塞１５—活塞杆弹簧３.怠速加浓图7-9怠速油系１—怠速喷口２、3—量孔４—调节螺钉５—过渡喷口４.加速装置加速装置的作用是在节气门急剧开大时，利用加速泵额外地供给一部分汽油，短期内将混合气加浓，以适应汽油机加速的需要。当节气门缓开时，加速泵下的燃油经进油阀返回浮子室，不起加浓作用。图７-１０是常用机械加速装置的工作原理。图7-10加速装置的工作原理１—摇臂２—活塞３—活塞杆４—弹簧５—出油阀6—气道７—加速量孔８—联结板９—拉杆１０—联杆１１—单向进油阀５.起动装置图7-11起动装置示意图１—阻风门２—自动阀３—弹簧４—节气门第二节燃油喷射及其控制汽油机的电控汽油喷射系统一、电控燃油喷射供给系统的类型1．按喷射位置分类1）缸内喷射2）进气管喷射进气管喷射又分为单点喷射和多点喷射。a)单点汽油喷射系统结构示意图b)多点汽油喷射系统结构示意图2．按喷射控制装置分类汽油喷射系统分为机械式(机电式)和电控式两种。3．按喷射方式分类汽油喷射系统可分为连续喷射和间歇喷射两种。4.按空气流量测量方法分类汽油喷射系统可分为质量流量控制的汽油喷射系统、速度密度控制的汽油喷射系统、节流速度控制的汽油喷射系统。几种电子控制燃油喷射系统的结构1.D型电控汽油喷射系统原理：以进气管压力和发动机转速控制喷油量，速度密度方式。D型EFI也可称之为速度密度控制型。2—喷油器3—进气歧管绝对压力传感器6—冷启动喷油器图１０-１５D型EFI1—电磁喷油器2—冷起动阀3—燃油压力调节器4—电控单元(ECU)5—节气门位置传感器6—怠速空气调整器7—歧管压力传感器8—燃油泵9—燃油滤清器10—水温传感器11—热限时开关2.L型电控汽油喷射系统原理：以吸入的空气量作为控制喷油量的主要因素。L型测量准确程度高于D型。L型EFI也可称之为质量流量控制型，它是根据空气流量计直接测量进气歧管的空气量，并和发动机转速计算出需要喷射的燃料量，控制喷油器工作。5—喷油器8—冷启动喷油器10—阻流板式空气流量传感器图１０-１６L型EFI3.Mono系统低压中央喷射系统，即单点喷射系统，在原来化油器的基础上仅用一只电磁喷油器进行集中喷射。1一中央喷射组件图１０-１７Ｍｏｎｏ系统1—中央喷射组件2—起动电动机3—点火装置4—电子控制器5—温度传感器6—转速／触发7—燃油滤清器8—电动燃油泵9—氧传感器二、电控汽油喷射系统的组成(一)进气系统(二)燃料供给系统(三)电子控制系统(一)进气系统图１０-１８进气系统(二)燃料供给系统(1)电动燃油泵它是一个由永磁电动机驱动的汽油泵，常装在油箱内称之为内装泵。(2)燃油压力调节器燃油压力调节器的作用是使系统油路中压力与进气歧管压力保持稳定的压力差。(3)喷油器喷油器实际上是一个电磁阀，电子控制装置(ECU)发出的指令信号可将喷油器