1、发动机原理,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、汽油机燃烧过程的特点： 混合气均匀，在气缸外部形成混合气预混合时间长； 火花塞放电点火，可控制点火时间、地点、能量； 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Ut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Ut表示m/s。 3、燃烧速度Um： 单位时间燃烧的混合气质量。燃烧速度用Um表示kg/s. Um=t.At.Ut= kg/s.式中 t未燃混合气密度；Ut火焰传播速度；At火焰前锋面积。,一、汽油机正常燃烧： （一）汽油机正常燃烧过程： 定义：唯一地
2、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 。 燃烧过程分为三个阶段： （）着火延迟期；（）明显燃烧期；（）后燃期。 （）着火延迟期（1-2点）： 从火花塞跳火 压力偏离压缩线的时间或曲轴转角（出现火焰，5放热量） 。 作用：点燃混合气形成火焰核心（链引发） ； 特点：燃烧量小，压力升高不明显。 火花塞放电特性 ：,火花塞放电特性 ： 两极电压达1015kV； 击穿电极间隙的混合气，电离，造成电极间电流通过； 电火花能量多在4080mJ； 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。影响i长短的因素： 燃料，
3、辛烷值 i ； 缸内(p+T) i ； 混合气浓度（=0.8-0.9 i最短）； 残余废气系数 i 点火能量i。 希望：尽量缩短i， 并保持稳定。,（）明显燃烧期（2-3点）：从火焰核心形成（开始燃烧）Pmax点（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。要求：在压力升高率（平均压力升高率）不过高（0.175MPa0.25MPa）的前提下，尽量缩短明显燃烧期（20-40CA）并靠近上止点（Pmax在12-15CA）。,（）明显燃烧期（2-3点）：从火焰核心形成（开始燃烧）P
4、max点（火焰传播到整个燃烧室）。气缸内压力上升的程度，用平均压力升高率表示：式中 P3，P2 第二阶段终点3和起点2的压力；3 ，2 第3和2相对上止点的曲轴转角。一般明显燃烧期约占20 CA 40 CA曲轴转角，燃烧最高压力Pmax 出现在上止点后12 CA 15 CA曲轴转角 ， 为 宜。值过高，工作粗暴，机械负荷、热负荷增加，NOx排放增加。,（）后燃期（3点以后）， 从压力最高点到燃料燃烧90%以上的时间或曲轴转角。作用 火焰前锋后未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；高温分解的燃烧产物（H2、CO等）重新氧化。 特点：燃烧速度慢，远离上止点，热量利用率低。 希望
5、：尽量减少后燃期。,（二）影响燃烧速度的因素,Um= dm/dt=TUTAT（1）可燃混合气密度t：P进 t Um 。（2）火焰传播速度UT：控制UT就能控制明显燃烧期的长短及相对曲轴转角的位置。一般在50008000rmin，燃烧时间极短，仅0.0010.002s。*影响 UT的因素： 缸内紊流UT 紊流是有一定运动方向的涡流运动和无数小气团的无规则脉动运动所组成，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。 紊流强度u：各点速度的均方根值， 火焰速度比：紊流火焰速度与层流火焰速度之比。 加强燃烧室的紊流尤其是微涡流运动，火焰速度增加。,（二）影
6、响燃烧速度的因素,影响 UT的因素： 混合气成分： 当=0.850.95时， UT 最快，Pe最大，称为功率混合比。 当 =l.031.l时，氧气充足燃烧完全，汽油机经济性最好，此混合比称为经济混合比。 当 1.31.4时，火焰难以传播，汽油机不能工作，此种混合比称为火焰传播下限。 当 0.40.5时，由于严重缺氧，使火焰不能传播，这种混合比称为火焰传播上限。 注意，混合气火焰传播界限并非常数，它是随条件而变化的，如混合气温度高，点火能量大，气体紊流强等，火焰传播界限就扩大；混合气中废气含量多，界限就变窄。 残余废气系数UT 混合气初始温度：混合气初始温度高，火焰速度增加。,（二）影响燃烧速度
7、的因素,（3）火焰前锋面积： 利用燃烧室几何形状及其与火花塞位置的配合，可以改变不同时期火焰前锋扫过的面积，以调整燃烧速度。 图4-6为不同燃烧室火焰前锋面积变化的情况。它直接影响到明显燃烧期相当曲轴转角的位置及燃烧速度变化的情况，与压力上升密切相关。,（三）不规则燃烧,不规则燃烧：汽油机不规则燃烧是指在稳定正常运转的情况下 1. 各循环之间的燃烧变动; 2. 各气缸之间的燃烧差异。循环变动 原因：火花塞附近混合气的混合比；气体紊流性质、程度在各循环均有变动，致使火焰中心形成的时间不同，即由有效着火时间变动而引起。 危害： 使空燃比和点火提前角调整对每一循环都不可能处于最佳状态 be，Pe，不
8、正常燃烧倾向增加，整个汽油机性能下降。 影响的因素： 当 =0.80.9时循环燃烧变动最小；在中等负荷以上变动较小；加强紊流有助于减少变动，因此转速增加，一般变动减小；加大点火能量，采用多点点火，情况可有所改善；点火时刻和点火位置对燃烧变动很敏感。,（三）不规则燃烧,2各缸间燃烧差异原因：主要是由于各缸之间分配不均匀造成的危害：整个汽油机功率下降， 耗油率上升；排放性能恶化。,（三）不规则燃烧,2各缸间燃烧差异 影响的因素： 分配不均匀 在进气管内存在着空气、 燃料蒸气、各种比例的混合气、大小不一的雾化油粒以及沉积在进气管壁上厚薄不同的油膜，要想让它们均匀分配到各个气缸是很困难的。 进气歧管的
9、差别 各缸间进气重叠引起的干涉等现象，导致各缸进气量、进气速度以及 气流的紊流状态等不能完全一致。 的影响 各缸混合气成分不同，使得各 缸不可能在最佳调整状况下工作，即 各缸不可能都处于经济混合气或功率混合气浓度。 进气管的设计 进气系统所有零件的设计和安装位置都有关系，任何不对称和流动阻 力不同的情况都会破坏均匀分配，其中影响最大的是进气管的设计。,（四）燃烧室壁面淬熄作用 原因：接近缸壁的一层气体受冷和碰壁使得链反应中断。 影响因素： 当a=1左右，熄火厚度最小，混合气加浓或减稀，此厚度均增加； 负荷减小时，熄火厚度显著增加； 燃烧室温度、压力提高，气缸紊流加强，熄火厚度均减小。 危害：存
10、在大量未燃烧的烃，排气中HC。 解决措施：尽量减小熄火厚度及燃烧室的面容比 A/V，以降低汽油机的 HC排出量。,二、不正常燃烧不正常燃烧可分爆燃和表面点火两类。 （一）爆燃：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），受到压缩和热辐射的作用，加速了先期反应产生自燃。压力冲击波反复撞击缸壁。 特征：气缸内发出特别尖锐的金属敲击声，亦称之敲缸。 （1）影响因素：1）燃料性质：辛烷值高的燃料，抗爆燃能力强。2）末端混合气的压力、温度、压缩比和缸盖、活塞的材料末端混合气的 压力温度 爆燃倾向；气缸内压力、温度增加爆燃易发生；气缸盖、活塞的材料使用轻金属，由于其导热性好，末端混合气压力、温
11、度低，爆燃倾向小，可提高压缩比0.40.7单位。3）火焰前锋传播到末端混合气的时间,提高火焰传播速度、缩短火焰传播距离，都会减少火焰前锋传播到末端混合气的时间，这有利于避免爆燃。 例如，气缸直径大时，火焰传播距离增加，爆燃倾向增大，故没有很大缸径的汽油机。 （2）危害 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； 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。,（二）表面点火-热点点火由燃烧室内炽热表面（如
12、排气门头部、火花塞绝缘体或零件表面炽热的沉积物等）点燃混合气的现象，统称表面点火。点火时刻是不可控制的，多发生在压缩比9的汽油机上。图4-11给出汽油机早燃示功图情况。,1、早燃是指在火花塞点火之前，炽热表面就点燃混合气的现象。由于它提前点火而且热点表面比火花大，使燃烧速率快，气缸压力、温度增高，发动机工作粗暴，并且由于压缩功增大，向缸壁传热增加，致使功率下降，火花塞、活塞等零件过热。早燃会诱发爆燃，爆燃又会让更多的炽热表面温度升高，促使更剧烈的表面点火，两者互相促进，危害可能更大。 2、后燃是指在火花塞点火之后，炽热表面或受热辐射点燃混合气的现象。 与爆燃的差别：表面点火一般是在正常火焰烧到
13、之前由炽热物点燃混合气所致，没有压力冲击波，“敲缸声”比较沉闷，主要是由活塞、连杆、曲轴等运动件受到冲击负荷产生振动而造成。各种燃烧示功图的比较如图所示。 凡是能促使燃烧室温度和压力升高以及促使积炭等炽热点形成的一切条件，都能促成表面点火。,三、使用因素对燃烧的影响分析方法： 最终要分析的性能为： 1、发动机性能：动力性（Pe）、经济性（be）、排放特性（HC：壁面淬熄及混合气过浓，NOx：高温、富氧、作用时间，CO：时或不均匀时）； 2、燃烧过程因素：点火提前角（正比于着火延迟期）、不规则燃烧、不正常燃烧、壁面淬熄等。 主要影响因素：燃烧速率（密度、T、P、紊流强度等）、点火提前角、混合气浓
14、度等等。 从初始条件入手，分析出对中间层因素的影响规律最终推导到性能。,三、使用因素对燃烧的影响1、混合气浓度当 0.80.9时，UT、Pz、 p/、Pe均达最高值，爆燃倾向。当 l.031.1时，燃烧完全，be最低。最高温度+富裕空气NOx 。当l ，燃烧不完全 CO 当 0.8及 1.2时，UT燃烧不完全 ，致使（CO、 HC 、 be） 工作不稳定 。可见，在均质混合气燃烧中，混合气浓度对燃烧影响极大，必须严格控制。,2、点火提前角点火提前角是从发出电火花到上止点间的曲轴转角。其数值应视燃料性质、转速、负荷、过量空气系数等很多因素而定。,2、点火提前角随辛烷值的增加点火提前角增加 随负荷
15、（T、P）升高点火提前角减小 随转速升高点火提前角增加。,点火提前角调整特性：当汽油机节气门开度、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，如图4-14所示。,3、转速 一般随转速的升高以时间计的着火延迟期缩短（紊流强度增加），但以曲轴转角计的着火延迟期增加。 n紊流，火焰速度大体与转速成正比增加（图4-16），因而以秒计的燃烧过程缩短，但由于循环时间亦缩短，一般燃烧过程相当的曲轴转角增加，应该相应加大点火提前角（图41-4a）而装置离心调节点火提前器。 转速增加时，火焰速度亦增加，爆燃倾向减小。,4、负荷当负荷混合气数量混合气稀释程度起火
16、界限更窄，火焰速度燃烧恶化。当负荷气缸的（温度+压力） 爆燃的倾向 。 负荷增加T,P增加，充气效率升高，残余废气系数下降 。5、大气状况大气压力低，气缸充气量减少，则混合气变浓，另外，压缩压力低，着火延迟期长和火焰速度慢，则经济性和动力性下降，但爆燃倾向减小。大气温度高，同样气缸充气量下降，经济性、动力性变差，而且容易发生爆燃和气阻。气阻是由于燃油蒸发而在供油系中形成气泡，减少甚至中断供油的现象。因此，在炎热地区行车时，应加强冷却系散热能力，用泵油量大的汽油泵。反之，在寒冷地区行车时，要加强进气系统的预热，增强火花能量等，以保证燃油雾化、点火及起动。,4-2 汽油机混合气的形成,预混合 空燃
17、比在理论空燃比附近 油量的调节是靠调节进气量进行的（量调节）,返回,4-2 汽油机混合气的形成,汽油机混合气形成的方式主要有两类：化油器式汽油喷射式 它们都属于在气缸外部形成混合气，依靠控制节流阀开闭来调节混合气数量的。,4-2 汽油机混合气的形成,一、化油器式混合气形成 1、机理 空气流过一定截面时由于速度的增加（动能增加）会产生真空（势能下降）从而将燃油吸出并与流动的空气混合、蒸发形成均质混合气。 2、两个真空度 喉口真空度（Pn，环境压力与喉口处的压力之差）和进气管真空度（Pa，环境压力与进气压力之差）随负荷（节气门开度、每循环进气量、pme、PenC）的变化规律。如下图所示。,4-2
18、汽油机混合气的形成,负荷,化油器供油的原理,4-2 汽油机混合气的形成,3、简单化油器特性 由于随负荷的增加，供油量的增加大于进气量的增加，使得空燃比随负荷逐渐减小（过量空气系数减小）混合气过浓。,4-2 汽油机混合气的形成,4、理想空燃比特性（理想化油器特性） 在进行供油系与汽油机配合试验的时候，需要有一个可供调试的依据，即所谓理想空燃比特性。 理想空燃比特性就是在满足最佳性能要求的情况下，混合气成分随负荷（或充气流量）的变化关系。 汽油机在各种转速下以全负荷运行，即节气门全开时，应向气缸提供适当加浓的功率混合气A/F=1214。 汽油机按中等负荷运行，即在节气门部分开度时，应有最好的经济性
19、，适宜使用较稀的经济混合气。如图示，理想混合气随负荷增加而逐渐变稀，小负荷范围内变化较陡，随负荷加大变化渐趋平缓，负荷超过50%以后，空燃比变化不大，这时，A/F=17左右。 当汽油机在怠速时，节气门接近全闭，为了抵销废气对新鲜充量稀释的影响，保证稳定运转，需要提供更浓的混合气，A/F=1012.4,4-2 汽油机混合气的形成,从简单到理想的措施 主喷孔的泡沫管矫正，使得过量空气系数维持在1.03-1.1的经济混合气范围。 增设起动系、怠速系、加速系、加浓系等，满足理想化油器特性要求。,4-2 汽油机混合气的形成,4、匹配试验 燃料调整特性：在一定节气门开度、一定转速和最佳点火提前角下，发动机
20、功率和燃油消耗率随燃料消耗量（或过量空气系数a）而变化的曲线。,做法：让发动机节气门开度和转速一定，调节供油量，记录不同供油量时的燃油消耗量和发动机扭矩。根据所得的试验数据，作出燃料调整特性曲线Pe=f（B），be=f(B)。图a表示在节气门全开时的调整特性，A点表示在该转速下的最大功率，相应的混合气成分叫做功率混合气。B点对应的是经济混合气。最佳调整时，并不一定在A点，而选在最大功率（A点）和最低油耗（B点）之间。这是考虑到在大批量生产中性能的波动与大气条件的影响，应具备必要的裕度。此外，用途不同，考虑的裕度也不一样。,图b为节气门部分开度时的调整特性。通常可以转变成该转速、某一开度下的钩形
21、曲线，作不同开度的钩形曲线的包络线，即为该转速下的理想负荷特性。有了在该转速下的理想负荷特性，便可以进行电控系统匹配。,4-2 汽油机混合气的形成,二、汽油喷射式混合气的形成（一）系统简介 电控汽油喷射系统（Electronic Fuel Injection）是汽油机综合控制中最主要、最基本的部分。系统的基本构成见图4-35。 空气系统：计量并控制燃烧所必要的空气量。 燃料系统；由电动汽油泵向各缸喷嘴及起动喷嘴压送具有一定压力的燃油。 控制系统：根据信号决定合适的喷射时间并使喷嘴动作。,4-2 汽油机混合气的形成,（二）空气系统,空气系统用来计量并控制燃烧所必要的空气量。 空气流量计是进行空气
22、量测量，并将其转换为电信号的关键部分； 空气阀是冷机起动时，在节流阀全闭时起快怠速作用；发动机的负荷仍由节流阀的开度调节。,4-2 汽油机混合气的形成,（三）燃料系统,燃料系统的组成: 电动汽油泵:电动汽油泵是将直流电动机与转子式（或叶轮式）汽油泵联成一体的结构。 电磁线圈通电的时间决定了喷油量的多少. 压力调节器: 作用是使喷嘴的供油压力相对于进气管压力总是高出一个恒定值。 保证喷嘴针阀两端的压差恒定，防止因进气管压力变化而引起喷油量变化。,喷嘴: 将燃油喷入进气道或气缸。多点喷射方式 MPI（Multi Point Injection）：同时喷射分组喷射 单点喷射方式SPI（Sinsle
23、Point Injection）将喷嘴、压力调节器、进出油路、空气阀、怠速控制阀（ISCV）、节流阀位置传感器等，均集中于节流阀体，又称为“节流阀体喷射（TBI）”、或“中央燃料喷射（CFI）” 。,4-2 汽油机混合气的形成,（三）燃料系统,4-2 汽油机混合气的形成,三、两种混合气形成方式的比较汽油喷射系统的优点： 1）通电时间计算准确，油量、空气计量控制的精度高，修正因素多。 2）燃油正压喷射，雾化质量好，改善了燃烧过程，经济性好。 3）改善瞬态响应性能，实现反馈控制，整机加速性能及排放性能好。 4）采用多点顺序喷射，使各缸分配均匀，避免燃油在进气管中沉积。 5）取消了化油器喉管，提高了
24、充气效率，有利于改善整机动力性。,4-3 燃烧室,一、燃烧室设计要点1、结构紧凑主要以面容比（AV）燃烧室表面积与其容积之比来表征。,火焰传播距离小，不易爆燃，可提高压缩比。 AV值小： 相对散热损失小，热效率高。熄火面积小，HC排放量少。,4-3 燃烧室,一、燃烧室设计要点2、具有良好的充气性能主要应考虑进气门、进气道的布置。 应允许有较大的进气门直径或进气流通面积，适于多气门布置。 进气流线短，转弯少，使混合气尽可能平直、光顺地流入燃烧室。,4-3 燃烧室,一、燃烧室设计要点3、火花塞位置安排适当 扫除火花塞周围残余废气性要好，使点燃性，低速稳定性好，循环变动小。 火花塞尽量布置在使末端混
25、合气受热少的位置，如排气门附近。 应使由火花塞传播开的火焰面变化分配合理，确保运转平稳。 火焰传播距离应尽可能短。 4、燃烧室形状合理分布 燃烧持续期控制在60CA之内；p/ 不致过高。,4-3 燃烧室,5、组织适当的紊流运动 紊流运动作用： 增大火焰传播速度； 增大火焰速度后冷却末端混合气区。 减少循环间的燃烧变动。 减小熄火厚度，降低HC的排量。 紊流过强会使热损失增加，点火困难，压力上升速度过大。 紊流形成条件： 进气涡流：它是利用进气口和进气道的形状，在进气过程中造成气流绕气缸中心线的旋转运动。 压缩挤流：在接近压缩终点时，利用活塞顶部和缸盖底面之间的狭小间隙S（称挤气间隙），将混合气
26、挤入主要燃烧室内，形成微涡流。 挤流正好在上止点前达到最大，上止点后还有反挤流运动。,4-3 燃烧室,增大挤流强度可以提高明显燃烧期火焰传播速度，缩短燃烧时间； 而且挤流不会引起充气效率降低，受负荷、转速影响较小，曾是汽油机形成紊流的主要途径。,何谓汽油机爆震？对发动机有何危害？ 在P图上画出汽油机正常燃烧，爆震燃烧和早燃的示功图，并简要说明它们的区别？ 用示功图说明汽油机点火提前角过大、过小，对燃烧过程和发动机性能的影响。 何谓汽油机表面点火？与汽油机爆震有何不同？ 汽油机燃烧过程一般分为哪几个阶段？各阶段的特点是什么？ 汽油机燃烧室组织适当的紊流运动的作用有哪些？,作业：,4-3 燃烧室,
27、二、典型燃烧室分析1.楔形 2.浴盆形3.碗形 4.半球形5.火球形,燃烧室结构,二、典型燃烧室分析,1、浴盆形燃烧室 燃烧室形状像一个椭圆形浴盆，高度一致，宽度允许略超出气缸范围，以加大气门直径。 要求气门头部外径与燃烧室壁面之间保持68mm的距离，避免壁面对气流的遮蔽作用，故气门大小受到限制。有一定的挤气面积。,优缺点： AV较大，火焰传播距离较长；故压缩比一般不高，燃烧时间拖长，压力升高率小，动力性、经济性不好，HC排出量多而NOx较少。 制造工艺性好，便于维修，故曾经在载货汽车和轻型车上广泛应用。,2、楔形燃烧室 燃烧室较紧凑，AV较小，火焰传播距离较短； 挤气面积大，末端混合气冷却作
28、用较强，故可达9.510.5；燃烧速度初期大，压升率较高，工作粗暴，NOx 。挤气面积内的熄火现象，废气中HC ，故须控制挤气面积。 气门倾斜布置（630o），气门直径较大，气道转弯小，充气效率好。经济性、动力性好。 火花塞在楔形高处，扫除火花塞附近的废气性好，低速、低负荷性能稳定。 由于楔形燃烧室进、排气门只能单行排列，采用多气门机构困难，故近年来高性能轿车汽油机上较少应用。,三、采用均质稀混合气的燃烧室,常现汽油机，特别是用三元催化反应器的汽油机，过量空气系数必须控制在=1(A/F=14.7)左右，从而限制其性能进一步提高。 增大过量空气系数，使用稀薄混合气工作，可以提高压缩比，增大约热指
29、数K值，保证燃料完全燃烧，所以是提高汽油机经济性，降低排气污染的有效方法。 目前采取的主要措施是增强紊流，缩短火焰传播距离，依次多点喷射等，以加速燃烧。现介绍如下几种。,1、火球高压缩比燃烧室,如图4-61所示， 特点：结构紧凑；挤气紊流较强；可以形成反挤流运动；燃烧速度大大提高。压缩比从8.5提高到16，一般可达1314，有与一般汽油机相同的比较，可见燃烧稀薄均匀混合气，空燃比达到过26，最经济的空燃比为19。 但它必须使用高辛烷值汽油，对缸内积炭比较敏感，需要严格控制压缩比、混合气浓度和点火定时，并应有爆震反馈系统来控制爆震发生。,2、碗形燃烧室,如图4-63所示， 特点：结构紧凑；挤气紊
30、流较强；火焰传播距离短，挤气面积大，紊流强，火花塞位于凹坑内。压缩比从 9提高到 13，最经济的空燃比为 21.5，可以在AF=1622.5的范围内运行。由于压缩提高和挤流增加，使滞燃期明显缩短，火焰传播速度增加，因而采用推迟点火（上止点前6。），这也使爆燃不易产生，并有利于稀混合气着火。HRCC燃烧室的燃油经济性明显提高排污降低。,3、四气门稀燃系统,高性能轿车汽油机大多采用每缸四个气门，在其上进一步发展稀混合气燃烧，以降低油耗的排气污染，这是很有前途的发展方向。 典型的稀燃系统原理如图4-65所示。两个进气道分别通向两个进气门，一个是平滑的直进气道，其上装有控制进气的控制阀，另一个是产生涡
31、流的涡流进气道。 在部分负荷工作时，控制阀关闭直进气道，进气只通过涡流进气道，高速涡流促使喷火的燃料细化与混合，且一部分气体高速流经连接通道进入直气道，使其中的燃油雾化，从而保证低负荷时气流的高速运动及均匀混合气的形成，加速了燃烧。 在高负荷时。打开控制阀，两进气道同时进气，由于油束雾化好再加上涡流作用，亦可改善高负荷时混合气的形成和燃烧。 为了充分利用稀燃界限，发动机应尽可能接近稀燃极限运行，因此必须装置检测稀燃界限的传感器。传感器种类很多，例如装燃烧压力传感器，精确检测燃烧压力的变动，然后调节各缸供油量，使空燃比接近稀燃界限，这常称为稀燃极限控制。,3、四气门稀燃系统,燃烧室结构,燃烧室结
32、构,四、分层给气式燃烧室（缸内喷射）,四、分层给气式燃烧室（缸内喷射） （一）分层给气燃烧 汽油是挥发性好而较难自燃的燃料，汽油机一直采用均质混合气并用外源点燃的燃烧方式，如前面所述。这样就存在两个问题： 1、工作时混合气浓度范围窄，=0.6l.2（AF=918），并且常在1的浓混合气下工作，必然使汽油机经济性差，并生成大量CO。 2、理论和实践都已证明，提高压缩比是提高汽油机热效率最有效的办法，但受到不正常燃烧和排气污染的限制。目前汽油机的有效热效率远不如柴油机。 为了解决汽油机经济性和排气污染问题，提出了新的燃烧方式分层给气燃烧。,四、分层给气式燃烧室（缸内喷射）,分层给气燃烧的基本原则是
33、： 1、由量调节改成质调节，总的空燃比AF可以很大。 2、混合气在气缸中分层，在火花塞附近为浓混合气，AF=1214，保证在火花塞附近形成稳定的着火核心，并由此向可燃混合气传播火焰。 根据试验，在两个试管内分别充入AF18的混合气，在分层充气的管内，其燃烧速度比均匀充气的管高出两倍，最后燃烧部分混合气的AF达60时还可以引燃。因此，汽油机分层给气燃烧采用的是稀薄的不均匀混合气，由外源点燃的燃烧方式。其特点为： 1、低负荷时不需使用过浓的混合气，从而改善了低负荷时的经济性，并减少了CO及HC的排放量。 2、如果用缸内喷射，可使满负荷时混合气的自燃可能性小，因而可提高压缩比。 3、对燃料要求可以降
34、低。 从理论上分析，分层给气燃烧是有一定发展潜力的燃烧方式。,燃烧室结构,（二）分层给气燃烧室按照燃烧室形式，分层给气可分成统一式燃烧室和具有副定式燃烧室两类。下面介绍三个典型例子。1、美德士古燃烧系统（Texaco controlled combustion Process） TCCS燃烧室它是汽油喷射统一式的类型，如图4-67所示。气流经螺旋气道或由导气屏导向进入气缸，形成强烈的进气涡流运动。在压缩上止点前30曲轴转角左右通过喷嘴（也可用柴油机常规单孔喷嘴），喷油压力大约为2000kPa左右，将燃油顺气流喷火燃烧室，燃油随着气流流动，首先油束外表面的小油粒在喷油后很快蒸发形成可燃混合气。
35、火花塞位于油束下方的一个边缘，这样它正处于较浓混合气的附近容易着火的位置。着火后火焰及燃气随气流扩展，燃烧散混合气被空气涡流带离火花塞和喷嘴，新鲜空气又被涡流带到燃油喷射区域。 这种燃烧系统并不一定利用气缸中的全部空气，小负荷时，燃烧产物扩展区域并不大，随负荷增加，喷油持续期延长，燃烧产物的区域也随之扩展。因此，它的总空燃比可达100。,燃烧室结构,（二）分层给气燃烧室TCCS燃烧室的压缩比可以提高到12，使用稀薄混合气，低负荷经济性好，使用油耗比一般汽油机可低30，对辛烧值不敏感，适应多种燃料。由于总空燃比大，CO排出量少，高负荷时HC亦少。但由于初期燃烧是在较浓的局部混合气中进行，燃烧快，
36、温升率大，NOx排放量较高，而且在分层不好时、高负荷时会排出碳烟，低负荷时造成混合气过稀，HC排放量较多。TCCS燃烧室要想使空气涡流运动、喷射、点火等满足所有负荷和转速尚有困难，对加速、减速等过渡工况的要求及对周围条件的适应亦不够理想。统一式分层给气燃烧室对排气污染和降低油耗都能收到较好的效果，但技术要求高，稳定分层给气不易，适应变工况能力差，目前实用还有一定困难。,燃烧室结构,2、本田公司的CVCC燃烧系统 如图4-69所示，燃烧室分成立燃室和副燃室两部分，副室内装有辅助过气门和火花塞，该进气门与主进气门分开驱动。副室有5个火焰通孔与生室相通。工作时向副室供给少量浓混合气，在点火瞬时，AF
37、=12.513.5。向主室供给稀混合气，AF=2021.5，通过火焰扎进行适当混合，在副室内和在火焰孔附近形成较浓的中间混合气层，从而使混合气可靠地着火，并从火焰孔喷出火焰，点燃主室可燃混合气。,由于是火焰点火燃烧稀混合气，燃烧室内又无强烈紊流，因此燃烧缓慢，在膨胀过程尚有明显的燃烧，使燃烧温度较低，最高温度仅1220C，减少NOx的形成，其NOx排放量只有一般汽油机的13，同时排温高，排气中剩余氧气较多，所以CVCC排气管有意做成双层大容积，起热反应器作用，进一步氧化排气中的HC和CO。正因为CVCC着眼于解决排气污染，故其排放性能很好。,燃烧室结构,3、轴向分层燃烧 轴向分层燃烧是指：对进
38、气管喷射汽油时，只要将喷油定时和空气涡流运动巧妙地配合，就可能实现气缸内混合气的轴向分层，如图4-71所示。进气过程早期只有空气进入气缸，进气组织较强的涡流；当进气门开启接近最大升程时，将燃料喷火进气道；燃料在涡流的作用下，沿气缸轴向便能发生分层。若涡流运动的径向分量比轴向分量强，则在压缩过程就能维持这种轴向分层，在火花塞附近一层有较浓的混合气，而其余部分混合气较稀。 轴向分层在四气门汽油机上应用较好，有的是只用一个气道产生强烈涡流，也有的是两个气道均形成涡流。例如三菱公司发展一种纵涡流旋转的发动机（图4-72），在进气道中设置一薄薄的垂直隔板，它一直延伸到进气口中心部位，控制进入气缸的气流，气流在气缸内部产生三股独立翻滚的涡流。外层的两股涡流仅由空气组成，中间的一股是浓空燃比混合物，这样强的空气和燃料线型气流，大大抑制了水平涡流的形成，同时防止它们彼此混合，使燃料和空气在压缩过程维持分层，保证火花塞附近形成浓混合气，向缸壁逐渐稀化。,燃烧室结构,
