《发动机原理 第4版》课件 第五章汽油机混合气的形成和燃烧

第五章汽油机混合气的形成和燃烧汽油机能量转换的核心部分：5-1汽油机混合气形成及热功转换特点（掌握）5-2汽油机燃烧过程（掌握）5-3汽油机燃料喷射量的控制（理解，难点）5-4汽油机燃烧组织方式及燃烧室（理解）5-5汽油机的有害排放物及其控制（了解）内燃机实现QW的关键问题：混合气形成方式着火方式石油能源的发现和应用，为内燃机提供了能源汽油的特点，确定其混合气形成方式和着火方式挥发性好

外部混合气形成法均匀可燃混合气点燃温度低强制点燃

火焰传播燃烧方式问题：限制压缩比

过高，均匀混合气易爆燃；所以，热效率低

量调：机械效率低5-1汽油机混合气形成及热功转换特点一、外部混合气形成特点燃料供给方式分为：化油器和电控喷射两种方式喉管高速气流h浮子室流量守恒：v1A1=v2A2伯努力方程：p+

v2/2+gh=const1）化油器式混合气形成原理及特点混合气形成基本原理：

利用流体力学。设置喉管

加快气流速度

产生喉管真空度

喷油；高速空气冲散、雾化、蒸发、气化

化油器存在的问题：喉管节流：进气阻力，泵气损失

，

v

，结冰；多缸机一个化油器：各缸进气支管不等长，造成各缸不均匀性较大；空然比控制精度

不能满足现代节能与排放法规的要求淘汰被电控汽油喷射技术替代（1）汽车电子技术发展背景（略）2）电控汽油喷射（EFI）式混合气形成电控汽油喷射的主要优点：进气管多点喷射MPI1．提高了控制自由度：，取消化油器喉管减小进气阻力；进气管设计可按动力性要求设计

改善各缸均匀性；

最大限度地提高充气效率。2．提高空燃比的控制精度：

改善经济性，且配合三效催化转化器的应用，有效净化尾气排放。3．因汽油喷射雾化，改善混合气形成条件，故提高发动机加减速等过渡工况响应特性和冷起动性。成为现代汽车的主导地位（2）电控汽油多点喷射（EFI）式混合气形成特点进入气缸的空气量和燃料量分别控制：空气量空气流量计驾驶员控制——Acc%；燃料喷射量目标空然比

ECU控制。电控汽油喷射的主要问题：雾化已不成问题根据不同工况下进入气缸的空气量，如何精确控制燃料喷射量

控制最佳混合气浓度。关键问题：

确定不同工况下的目标空燃比；

精确控制燃料喷射量。

需精确测量进入气缸的空气量

（3）MPI式电控汽油喷射系统的组成：三个系统相互独立

空气系统：清洁、定量

空滤器、空气流量计、节气门及传感器

燃料系统：雾化，计量

燃油泵、滤清器、共轨、喷油器

控制系统：控制策略及精度

传感器、ECU、执行器

存在的问题：

气道及气门背面形成油膜；影响控制精度

需加减速修正。二、缸内直喷（GDI）式混合气形成：由控制目的不同，GDI系统混合气形成方式不同：用三效催化装置降低排放角度

均质的理论空燃比为控制目的时：进气过程某一时刻喷油，利用缸内适当气流形成均匀混合气。以节能排放为目的的稀薄燃烧过程时，需要在气缸内形成A/F的梯度分布缸内滚流+喷射时刻（压缩）；喷射压力为2~30MPaGDI混合气形成特点：

无气道黏附油膜；

起动性、响应性及A/F的控制精度；

缸内雾化、气化吸热

T,有利于充气效率；可、易组织稀燃三、混合气浓度与发动机性能的关系1）混合气浓度对发动机性能的影响(燃料调整特性)理论上：

a=1时完全燃烧，实际上：

a=1.03~1.15时接近完全燃烧

因缸内混合气非均匀；残余废气稀释作用直接影响燃烧。

称此混合气为经济混合气

ab。

a>1.03~1.15时：富氧，可完全燃烧；但燃料密度小，放热少，燃烧压力和温度低，燃烧速度

动力性、经济性下降，NOx排放也降低。

a=1.3~1.4时：混合气过稀，燃料分子间距增大；氧化速率

，放热<散热

热量不能积累；火焰难传播而熄火。

称该混合气浓度为着火下限。

a=0.8~0.9时：燃料密度相对较高，氧气浓度足够

燃烧速率最快，热损失最小

动力性最好。

称此混合气为功率混合气

aP。但因不完全燃烧be、CO、HC

a<0.8~0.9时：混合气过浓，氧气不够；燃料不完全燃烧

放热

，燃烧速率；

动力性/经济性；

缸内易积碳，CO

，冒烟

。

a=0.4~0.5时：严重缺氧，大部分燃料不能燃烧；火焰不能传播而熄火。

称此混合气为着火上限。对应最佳动力性和最佳经济性的A/F不一致；存在混合气浓度的着火界限范围。汽油

a=0.4~1.42）汽油机各工况对

a的要求工况

起动、怠速、中小负荷、全负荷和加减速。起动工况：n、温度最低，开度小，气流速低；

喷雾及油膜蒸发混合条件最差。

供给

a=0.4~0.6;保证缸内可燃混合气的浓度；问题：CO和HC排放较严重。

首次喷射完爆率。怠速：Pe=0，开度最小，n和温度较低，

r较大；且随TW

，油膜蒸发不同，影响混合气浓度。

a=0.6~0.8怠速稳定。快怠速系统

缩短暖车时间，

怠速经济性，中小负荷：工作温度

，雾化条件改善。此时随节气门开度增加，进气量

，

r。

随开度

a；常用工况：三效催化+电控排放：

a=1.0全负荷工况：开度最大，

输出最大功率。要求供给功率混合气；

a=0.8~0.9

对经济性和排放问题暂不予考虑加减速工况：节气门突变，进气量/进气压力变化

影响进气道表面/进气门背面油膜蒸发；

影响缸内混合气浓度。加速时：进气量

，进气压力

，油膜表面压力

;

阻碍油膜蒸发，

缸内混合气变稀；减速时：进气量

，进气压力

，油膜表面压力

使其蒸发量增加，

缸内混合气变浓。∴造成汽车加减速时游车现象必须需要相应地进行喷油量的加减修正。汽油机燃烧过程主要包括：

点火过程和火焰传播过程

。5-2汽油机燃烧过程一、点火过程通过外部能源在缸内某一点产生火焰核的过程；手段：火花塞两端施加15kV~30kV

火花放电方式火花塞放电过程：三个阶段击穿阶段(10ns)：击穿离子流；峰值电流=200A；导通；T=60000K电弧阶段：导通电弧放电(50~100V);电流高,T=6000K辉光放电阶段：离子化气体扩散，密度，I<200mA，T=3000K火焰核形成二、正常燃烧过程1）正常燃烧过程的示功图分析：根据缸内压力变化特点，分为三个时期第I阶段：着火落后期

i，点火~2点；点火能量>40mJ;

作用：形成火焰中心

使火焰传播。要求：尽可能短、稳定。影响因素：燃料成分，

a

缸内T、p，气流运动，火花能，残气等(1)燃料特性和

a：碳链长的烷烃类成分越多自燃性越好，

i越短。当

a=0.8~0.9时，反应速率最快，

i最短。(2)点火时刻气缸内的p和T：

越高，p(

)和T越高

反应速

度越快

i。但

受爆震限制。(3)

r：残余废气是惰性气体，其热容高。

r

，化学反应速度

，

i

。(4)缸内气流强度：缸内气流使火焰中心偏离电极间隙处。火花塞附近气流过强，火焰中心散热损失增加，

i。影响

i因素：(5)点火能量：

点火能量，电极间隙处的混合气更容易击

穿而导通，

i。

蓄电池-点火线圈式点火系统的点火能量：与初级电流切断之前初级线圈所储蓄的能量E成正比。即其中，L1：初级线圈自感系数；i1：初级电流；

V：线圈两端电压，R1：初级线圈的阻抗；

t：通电时间第II阶段：明显燃烧期=火焰传播阶段；从2点~pz最高点特点：火焰传遍整个燃烧室火焰传播速度取决于：层流火焰速度；混合气紊流状态；燃烧室形状。

压力急剧升高：用压力升高率评价：

明显燃烧期越短，经济性动力性越好；但，

p/高噪声振动大，粗暴。第三阶段：后燃期，3点~4点；

前阶段未燃分解物在膨胀过程中再次氧化的过程。

来源：缸壁附近，缝隙处，高温分解物等后燃越多，排温越高；热效率

要求：尽量减少。pz(3点)出现的时刻对发动机性能影响很大燃烧过程评价的主要参数：

1．pz及其对应曲轴转角&Tz及其对应曲轴转角：

pz和Tz代表燃烧过程中的机械负荷和热负荷；对应曲轴转角位置

评价燃烧过程组织的是否及时。2．(dp/d

)max及其对应曲轴转角&(dQ/d

)max及其对应曲轴转角：主要表明粗暴程度及燃烧速率控制情况。3．放热率曲线面心对应的曲轴转角：表明放热规律的控制情况。即越小

燃烧越靠近上止点，定容度和热效率就越高1．层流火焰传播速率SL：指火焰前锋面相对未燃混合气的速度

影响混合气的质量燃烧速率。

质量燃烧速率定义：单位时间燃烧的混合气量，即主要控制明显燃烧期。2）火焰传播速率影响SL的主要因素：燃料特性、

a、气缸内压力和温度状态等。

常用经验公式（5-5有误）表示，即其中，

a：过量空气系数；

p,Tu:分别为火焰前锋面前未燃气体压力和温度2982.18

a=0.85~0.95时，UTmax;

功率最大功率混合气

a=1.05~1.15时，UT降低不多且有足够氧，促进完全燃烧经济性最好

经济混合气

a过大，UT太慢，热效率低

a>1.3~1.4时，不能传播，下限；

a<0.4~0.5时，严重缺氧，不能传播，上限。

a

a的影响（略）

火焰前锋面积AT：燃烧室形状和火花塞位置有关

混合气密度

T：

T

，可提高燃烧速度。手段：；增压提高进气压力2．湍流火焰速率湍流：由宏观涡流和无数个微小气团的无规则运动组成。

湍流弱湍流强

特点：

大尺度湍流：火焰前锋面扭曲，

其面积；扩大火焰前锋燃烧区厚度；燃烧速率。

小尺度湍流

加大火焰面中燃料分子与空气分子之间的相互渗透，加快湍流火焰传播速率。湍流强度火焰速度比令湍流火焰速率与层流火焰传播速率之比为火焰速率比，

即则，FSR与湍流强度成比例

当缸内湍流强度不高时，湍流速率与层流速率之间近似呈线性关系，即湍流过强

火焰猝熄

HC

的原因之一3．火焰传播速率Sf：定义：火焰传播速率为火焰前锋面相对燃烧室壁面传播的绝对速率，即已燃区的膨胀速率Ap,

p:分别为已燃区在活塞上的投影面积和活塞速度；Vb:已燃区体积；V:气缸容积；

:曲轴角速度指稳定正常运转的情况下个循环之间燃烧变动和各缸之间的燃烧差异。1.燃烧循环变动：指稳定工况下，每一循环燃烧过程随机变化的现象。产生原因：火花塞附近

a、湍流特性、强度的随机性；造成i不同。影响：动力性、经济性。稀混合气、小负荷时大。3）不规则燃烧梳状示功图循环变动的评价参数：pmi的变动系数:

pz的变动系数:N:循环数；:N次循环pz的平均值。：N次循环平均指示压力的平均值2.各缸燃烧差异：由各缸不均匀性造成。各缸不均匀性：各缸之间

a、

v不同；原因：进气干涉、进气支管差别、进气速度、紊流状态

不同、油膜厚度蒸发条件、加工精度不同等。影响：动力性、经济性、排放特性。措施：进气系统设计、进气阻力、各零件安装位置汽油机MPI后，各缸进气支管一致

改善各缸不均匀性；但，气道内壁及进门处的油膜、各缸湍流状态不完全一致等，各缸不均匀性一定程度上仍然存在。GDI技术将进一步改善各缸不均匀性。4）火焰传播过程中燃烧室壁面的熄火作用

汽油机产生HC排放物的主要来源之一。原因：缸壁冷却作用，使链反应中断，或发热量不能积累，生成大量未燃烃

HC。影响因素：

a：理论混合气时，熄火厚度最小；浓或稀，都增加；负荷

：燃烧温度/压力提高，可减小熄火厚度加强紊流：可减小熄火厚度；燃烧室的面容比：F/V

，直接影响HC

。三、不正常燃烧1）爆燃：火花塞点火后，末端气体的自燃现象

原因：点火后，末端气体受火焰面热辐射、压缩，其压力/温度

，在火焰前锋到达之前自燃。特证：燃烧速度极快，达数百米/s，造成很大的压力梯度、温度梯度

压力冲击波。危害：严重时动力性/经济性恶化；活塞/气门烧坏;故汽油机不允许在严重爆振下工作产生爆振的条件：t1>t2

t1：点火开始到火焰传播末端气体所需时间；

t2：点火开始末端气体自燃所经历时间。

※凡是使t1延长、t2缩短的因素，均使爆燃倾向

外部现象：金属敲击声

冲击波撞击缸壁；冷却系过热

破坏缸壁表面附面层正常燃烧轻微爆振严重爆振影响爆燃因素：燃料的性质：辛烷值高，抗爆性强（t2

）末端气体状态：p、T高,t2

，易自燃

爆振倾向

；

负荷/转速：n

，传播速度，t1

，爆振倾向；低速大负荷相反，爆振倾向

缸径D：D，传播距离长，t1

，爆振倾向。故，汽油机限制大缸径发动机功率覆盖范围受限制。2）表面点火炽热表面：排气门/火花塞裙部/积炭等。特点：点火时刻不可控制。早燃：表面点火发生在正常点火之前；工作粗暴，诱发爆燃；无压力冲击波，低频沉闷声。后燃：表面点火发生在正常点火之后。

指不靠火花塞而是由燃烧室内炽热表面点燃的现象。1）

a的影响：燃料调整特性（略）

定义：n和负荷一定性能指标

a的变化规律

a=0.85~0.95时，燃烧速度最大

Pe、Tz、Δp/ΔMax;

a=1.05~1.15时，完全燃烧，

beMin，NOxMax；

a<1时，O2不足，CO；

a<0.8或

a>1.15时，燃烧速度慢，

部分燃料来不及完全燃烧;be

，HC四、使用因素对燃烧过程的影响2）点火提前角

的影响：点火调整特性确定最佳佳定义：n和负荷一定性能指标

的变化规律不同点火提前角对燃烧过程影响：如图所示即每一工况存在最佳点火提前角

随工况变化最佳点火提前角的确定：

Pe

Max；

be

Min；示功图面积最大。点火过早

>

佳：压缩负功，pz,T,易爆燃；点火过迟

<

佳：燃烧过程在膨胀线上延迟

传热

排温

热效率3）负荷增加，节气门开度，m1

，

r减小；燃烧条件得到改善，燃烧所需时间t缩短对应曲轴转角减小最佳点火提前角。但随负荷增大，缸压和温度升高，爆燃倾向增加。

=6nt4）转速n：n

，缸内湍流强度，火焰传播速度；燃烧过程所占时间t缩短；爆震倾向。但，由

=6nt；随n

，t变化量很小，而

；最佳点火提前角。5.3汽油机燃料喷射量的控制(略)——标定方法汽油机混合气形成和燃烧过程控制的关键问题：如何精确控制喷油量。

电喷系统来保证。一、电控汽油喷射系统(EFI:ElectronicFuelInjection)分类根据进气量的测试方式：分为三种：质量流量式

速度密度式：节气门-速度式：

热线/热膜式卡门涡式板式直接测量进气质量流量由n和进气压力推测进气流量节气门开度和n推测进气流量根据喷射位置：分为两种缸内直喷式（GDI）

进气管喷射式（PFI）：根据喷油器的安装位置，PFI又分为

►单点喷射（SPI）淘汰

►多点喷射（MPI）主流

喷油器受燃气的高温、高压的影响，而且在结构设计以及布置上要求保证喷油器的安装空间各缸喷油器独立

进气管设计自由度大

改善各缸均匀性喷射方式的分类：根据喷射时期：分为同期喷射和非同期喷射

同期喷射：喷射时刻由曲轴转角位置确定

因此与发动机转速同步；包括：顺序喷射、同时喷射、分组喷射。

非同期喷射：喷射时刻与曲轴转角位置无关的一种随机性喷射方式用于起动、怠速或急加速等工况，过渡响应特性。

根据喷射压力：分为高压喷射:>200kPa

低压喷射：<200kPa

2）EFI系统各系统的作用：

EFI的功用：根据进气量，准确控制喷油器喷油量组成：三个系统

空气系统：控制并计量进入气缸的空气量；

燃料系统：由ECU指令正确控制喷油量；

控制系统：由传感器信息，正确判断工况，并计量控制量；

输出给执行器。空气系统：空气滤器

空气流量计

节气门体

(空气阀)

稳压箱（气缸）

作用：保证一定量的清洁空气进入气缸。燃料系统：燃油箱

燃油泵

滤清器

调压器

喷油器。

作用：将清洁的一定量燃油定时定压地喷入气缸。控制系统：由传感器、输入/输出电路以及微机等组成

控制系统的指挥部。

作用：确定喷油器的开启时刻和关闭时刻

控制喷射时刻和喷射脉宽。量调喷射压力=250~300kPa二、质量流量式EFI喷射量的控制（略）1．目标空燃比的确定综合各工况下的动力性、过渡响应性、排气净化特性、燃油消耗率来确定；采用三效催化器时：目标空燃比

理论空燃比。

根据：进入气缸的实际空气流量各工况的目标空燃比控制喷油量采用GDI时：目标空燃比取决于稀燃控制技术水平一、对燃烧室的基本要求

因燃烧室结构形状

影响混合气形成、火焰传播、放热规律、传热损失以及爆燃倾向。5.4汽油机燃烧组织方式及燃烧室所以，要求：1）~4）1)结构要紧凑

面容比A/V：表征火焰传播距离、散热面积以及熄火面积；

2)良好的充气性能进气门/进气道布置，流通面积，进气阻力3)火花塞位置缩短火焰传播距离排气道双火花塞，抗爆性4)可组织适当的气流通过火焰前锋面积，控制燃烧速率和放热速率进气道二、燃烧室内的气流特性(缸内气体流动)汽油机缸内气流的组织方式及目的不同，混合气de形成方式及燃烧方式不同。进气道喷射或GDI——预混合气：

组织气流的目的：提高火焰传播速度缸内直喷（GDI）稀燃：

组织气流的目的：混合气形成分层(浓度分布)

扩散燃烧1）燃烧室内宏观气流运动特性的定义：涡流：绕气缸中心线（z轴）旋转的气流滚流：绕缸心距构成的面(y轴)旋转的气流侧滚流：绕⊥气缸中心与缸心距构成面的（x轴）旋转的气流挤流：压缩过程中活塞顶部挤气面上的气体压入到燃烧室内的气流。2）缸内气流的组织：1、进气涡流：压缩终了约1/4~1/3的初始动量矩被衰减。产生的方法：气门导向和进气道导向导气屏切向气道螺旋气道丰田汽车热效率41%（2017）平直无旋气道带导气屏的进气道切向气道纯螺旋气道各类气道气门处的速度分布特性带导气屏：气门导向+依靠气缸壁约束，产生缸内涡流缺点：导气屏减小气门流通面积，流动损失，v；

气门防止转动，耐磨性，结构复杂；气门刚度不均匀，变形大，对密封不利切向进气道：气道平直，气门座前收缩，单边切线方向进气

气门处的速度分布。特点：气道结构简单；气口处速度分布不均匀；对气口位置较敏感。用于进气涡流强度要求不高时。螺旋气道：螺旋气道气流绕气门旋转；气口处速度分布对称。所以，理论上气流只对螺旋气道本身形成动量矩，对气缸不形成动量矩。缺点：高速时进气阻力。气道的评定方法：气道试验台气道质量的评价指标：流动阻力：不同气门升程下的气道阻力特性(流通能力)用无量纲的流量系数CF来评价：流过气门座的实际空气流量与理论空气流量之比Q：实测的实际空气流量；A：气门座内界面积dv：气门座内径；n：进气门数v0：理论进气速度

p：进气道压降

：进气密度∴在尽可能减小阻力的前提下，提高足够的涡流强度涡流强度：无量纲的涡流比，评价涡流强度。Ricardo无量纲涡流数NR：Ricardo涡流比：

R：叶片旋转角速度；D：缸径；

e：发动机旋转角速度多气门燃烧室内涡流的控制:

进气系统和燃烧室形状配合

进气涡流方式;

只通过燃烧室形状在压缩过程中形成挤流方式涡流强度∝螺旋进气道，

进气阻力，

v为代价，且在压缩过程中衰减。

故需随负荷可变控制多气门涡流可变方式大负荷时小负荷时2、挤流活塞顶表面的一部分与气缸盖彼此靠近时产生的气流运动。挤流强度：取决于挤气面积和挤气间隙。压缩时：缸内气流压入到燃烧室；挤流；膨胀时：燃烧室内气流外流，膨胀流，逆挤流。汽油机：通过挤流湍流强度提高火焰传播速度；柴油机：促进混合气形成和扩散燃烧。3、滚流：主要用于GDI汽油机，进气过程中通过纵向进气道形成。特点：

压缩过程中衰减较少；

接近上止点时大尺度滚流破碎成众多小尺度涡，提高湍流强度和湍流动能。2个进气道的一个进气道中安装旋流控制法，由此形成斜向滚流。4、湍流：指无规则的气流运动。用统计方法评价。令湍流场中，某一方向上的当地瞬时流速U为：

：脉动周期；t0：起始时间则湍流强度定义为：脉动速度分量的均方根值，即湍动能定义为：用单位体积流体的时均动能表示k是由流速梯度构成，经小涡流微细涡分子运动而消失。

湍动能的耗散率定义：其中，l

是包含在大涡流的小涡流的代表半径。令：为转换为分子运动之前的微细涡的代表尺寸。可认为，因粘性的影响不存在比其更小的涡。

可以认为湍流中包含lK~lE标度的涡流。lE:湍流的宏观标度；大涡流的代表半径∴湍流的基本特性：流速梯度大——大涡流；涡流运动又产生小涡流；最终由流体粘性转换为分子运动

热能而消失。

三、传统（典型）燃烧室楔形：结构较紧凑、火焰传播距离短，挤气面较大半球形：结构紧凑，A/V值小火焰传播距离最短初期燃烧速率快浴盆形：椭圆形挤气效果差，A/V值大，火焰传播距离长碗形：结构紧凑，火焰传播距离短，挤气效果好燃烧室的A/V较大，散热损失活塞顶上的回转体四、汽油机分层给气和稀薄燃烧系统1）分层燃烧均匀混合燃烧特点：A/F变化范围窄(=12.6~17)，且在较高温度下易爆燃

限制

,

t

;分层给气燃烧的特点：缸内形成A/F梯度分布;

火花塞附近较浓可靠点燃；

A/F梯度分布：靠燃烧室内组织的气流与喷射方式配合实现。

分层燃烧方式分类：根据燃料喷射方式分为

进气道喷射式和缸内直喷式两种。（1）进气道喷射式分层给气燃烧方式根据缸内气流特性分为：轴向分层燃烧方式横向分层燃烧方式1．轴向分层稀薄燃烧关键技术：喷射时期与缸内气流的匹配

A/F可达22；

晚喷：配合缸内强列涡流，实现A/F的轴向梯度分布

进气初期只有空气进入气缸

强烈涡流气门达hmax时喷油，靠涡流

上浓下稀分层

当径向分量>轴分量时

轴向分层2．横向分层稀薄燃烧利用4气门机构，采用滚流式进气道，配合活塞顶结构形状，形成滚流。

喷油器安装在进气支管，向两个进气门之间喷油，火花塞布置在气缸中央滚流的引导下浓混合气经过火花塞；而火花塞两侧为纯空气，

形成以火花塞为中心的横向混合气浓度梯度分布A/F=23，经济性

6~8%，NOx

80%(体积分数)(2)缸内直接喷射（GDI）式稀薄燃烧GDI燃烧系统与PFI的比较MPI：保留节气门；气道喷射形成油膜；稀燃范围有限。GDI：喷油器安装在气缸盖上直接向燃烧室内喷油。

更容易控制缸内混合气形成。通过喷射时期的控制，可实现均质混合气燃烧、分层稀薄燃烧以及HCCIMPIGDI1．GDI混合气形成机理关键技术：进气系统和燃烧室形状的匹配

缸内滚流；高压喷射

控制喷雾与缸内气流配合；火花塞和喷油器的安装位置分层混合气的形成方式3~15MPa喷油器中央布置+涡流火花塞中央布置+涡流滚流为主挤流为主2．GDI稀薄燃烧方式的特点

气缸压力（

）

推迟点火提前角，放热速率

，放热持续时间

可实现质调节，取消节气门

泵气损失

。油雾缸内蒸发

燃烧室壁面T

，传热损失

。

v，，

t。分层混合燃烧，外围稀混合气对火焰起隔热作用，

传热损失。混合气易分层

稳定分层稀燃

接近空气循环。A/F控制及过渡工况控制更精确。因车用发动机不同工况对A/F要求不同：

稀燃工况范围只限于中小负荷区。中大负荷或全负荷区：进气行程中喷油

目标空燃比实现均匀混合气

在中小负荷区：

压缩行程后期喷油

上浓下稀的分层混合气。螺旋进气道或导气屏进气涡流

顺着气流喷油，喷射压力2MPa气流外缘形成较浓混合气

火花塞安装位置3．典型的GDI分层稀燃系统①TCCS燃烧系统（Texacocontrolledcombustionprocesssystem）已燃气和未燃气体靠密度差分离TCCS的控制参数及特点：喷射定时：上止点前30CA油滴雾化：~10m喷雾速度：200m/s;最大A/F=100；

=12可用多种燃料，1980年由美国采用②GDI滚流分层稀燃系统三菱4G型汽油机：早喷射晚喷射纵向直进气道+半球形燃烧室

强烈的反滚流与喷雾配合，分层A/F=40，=12燃烧室为半球形，借助滚流在火花塞周围形成浓混合气；喷油器：电磁旋流式；喷雾锥角：70~80，保证充分的空间分布和油束扩散，贯穿距离短，以减少燃油碰撞活塞顶面。喷射压力：5MPa丰田D4型汽油机：通过喷射方式的有效控制和燃烧室内涡流的优化匹配

实现A/F=50稳定燃烧。2）稀薄燃烧控制主要控制目的：

精确控制A/F，使汽车百公里油耗最低；同时降低排放关键技术：

A/F精确控制在

Ttq允许的范围内控制方法空燃比反馈控制法：由A/F传感器反馈控制。

空燃比传感器：在ZrO2固体上施加电压时，

产生与排气中的O2浓度成比例的O2离子的移动，

从而形成电流，即

气缸压力反馈控制法：通过气缸压力传感器

检测每循环缸压，

求

Ttq，

A/F反馈控制

使

Ttq限制在允许范围内步骤：规定曲轴位置上测缸压p；N循环求Ttq

、

Ttq一、汽油机有害排放物及其产生机理汽油机有害排放物的来源：尾气排放中的CO、HC、NOx、CO2；曲轴箱通风向大气排出的HC排放；燃料供给系中燃料蒸发的HC等。污染物来源不同，措施不同：尾气排放

燃烧系统改进+后处理技术；曲轴箱通风

PCV阀

回流到进气管；燃料供给系蒸发物

活性碳罐吸收装置来控制5.5汽油机的有害排放物及其控制活性碳罐吸收装置用活性碳罐吸附燃油系统的蒸发物；在进气过程中随清洗空气进入气缸。活性炭活性炭罐单向阀1-汽油箱2-滤网3-滤清器4-活性炭5-炭罐6-蒸汽软管7-进气管8-节气门9-真空软管10-清洗控制阀11-单向阀产生机理：N2和O2在高温下化合的结果

Zeldovich机理:适用于预混合气因素及措施：O2浓度，燃烧温度Tz，滞留时间

N2分解需较大活化能

决定NO形成的高温条件O在NO形成中起活化链作用，所需活化能小，反应快

1）NO危害：NO2

是刺激性毒气;

破坏O3层平衡

测量方法:化学发光法(CLD)

2）CO1．产生机理及影响因素

C/H不完全燃烧产物

受反应速度、温度及

a的影响在

a<1时因缺氧C不能完全氧化，易生成CO；

a>1下燃烧时局部不均匀

局部燃烧不完全

CO排气中，未燃碳氢化合物HC不完全氧化

少量CO

高温下CO2分解成CO2．危害：与血红素的结合能力强，是氧的300倍；破坏造血功能中毒死亡(0.3%)

3.测量方法：不分光红外线分析仪（NDIR）3）HC1．HC的生成机理及影响因素来源：尾气、燃油供给系统以及曲轴箱通风汽油机燃烧过程中HC的生成：来自5各方面

①缸内壁面淬熄（冷）效应：壁面对火焰的冷却作用②缝隙效应：火焰无法传入缝隙；壁面冷却淬冷效应，

生成大量HC缝隙：活塞与缸壁间，缸盖、缸垫和缸体间；进、排气门和气门座间；火花塞螺纹和火花塞中心电极周围等处③积碳、壁面油膜的吸附效应：缸壁上的润滑油膜，以及活塞顶及燃烧室壁面、进排气门上的积碳

吸附HC

膨胀和排气中释放出来④不完全燃烧：

a<1状态，怠速时

r较大；加减速时混合气瞬间过浓或过稀

局部不均匀

不完全燃烧

HC

。⑤失火：易失火条件

混合气局部过稀或过浓，或点火时刻不