汽油机的燃烧过程

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说明汽油机燃烧过程各阶段的主要特点,以及对它们的要求。

说明汽油机燃烧过程各阶段的主要特点,以及
对它们的要求。

汽油机燃烧过程是指汽油在发动机中燃烧时所经过的各个阶段。

燃烧过程的各个阶段具有不同的特点和要求，下面我们就来一一介绍。

1. 吸入阶段：在吸入阶段，汽油通过进气门进入到气缸内，在此
过程中需要保证充分的进气流量和良好的压缩，从而使汽油能够充分
混合并分配到所有气缸。

2. 压缩阶段：在压缩阶段，汽油被压缩和挤压，形成高压、高温、高能的混合气，使得气缸内的压力急剧升高。

这一阶段需要高效的压
缩机构和精密的燃油喷射系统。

3. 点火阶段：在点火阶段，点火塞点亮混合气，在高温环境中将
其中反应生成大量的热能。

这一阶段需要准确的点火时间和热值。

4. 燃烧阶段：在燃烧阶段，混合气被点燃并燃烧，从而产生大量
的热能和机械能。

这一阶段需要精准的燃烧控制和高质量的燃烧室。

5. 排气阶段：在排气阶段，废气被排出气缸，从而通风并清除燃
烧过程中产生的废气。

这一阶段需要高效的排气机构和稳定的排气温度。

对于汽油机燃烧过程各个阶段的要求，主要包括：精准的配气和
进气、高效的压缩和点火、精准的混合和燃烧控制、稳定的排气和节
能降耗等。

同时，汽油机还需要经受住高温高压和复杂工况下的考验，因此对发动机的性能、耐用性、可靠性等方面提出了更高的要求。

因此，制造汽油机需要经过多次完整的燃油动力性能测试和部件
功能测试，以确保汽油机能够稳定、高效地运行。

同时，不断提高汽
油机性能、降低油耗、提高排放标准，也是当前汽车制造业的主要发
展方向。

汽油机燃烧过程的计算模拟及优化

汽油机燃烧过程的计算模拟及优化汽油机发动机是一种非常普遍的内燃机，它以汽油为燃料，通过燃烧产生高温高压气体驱动活塞工作，从而产生动力。

但是，汽油机的燃烧过程是非常复杂的，需要进行计算模拟才能更好地了解其工作原理，并进行优化工作。

本文将介绍汽油机燃烧过程的计算模拟及优化的方法和技术。

1. 汽油机燃烧过程的基础知识汽油机的燃烧过程是指汽油被点燃后，与氧气发生化学反应，产生高温高压气体的过程。

汽油机燃烧的基本反应可用以下化学方程式表示：C8H18 + 12.5O2 → 8CO2 + 9H2O其中，C8H18为汽油分子式，O2为氧气，CO2和H2O是产生的二氧化碳和水。

这个反应产生的热能进一步转化为高温高压气体，推动活塞工作，驱动汽车。

汽油机的燃烧过程是非常复杂的，其中包含着燃料喷射、点火、点燃延迟、燃烧速度、压力和温度等参数的变化，同时还涉及到流体力学和化学动力学等多个学科的知识。

2. 汽油机燃烧过程的计算模拟为了更加深入地了解汽油机的燃烧过程，可以采用计算模拟的方法进行研究。

汽油机的燃烧过程计算模拟通常是基于CFD(Computational Fluid Dynamics)技术，即计算流体动力学技术，利用数值方法模拟汽油机燃烧室内气体的流动状态、燃料的喷射过程、火花塞的点火等。

通过计算模拟，可以得到燃烧室内的压力、温度、速度等参数的变化过程，进而得到整个燃烧过程的状态。

汽油机燃烧过程计算模拟需要借助计算机软件完成，常用的汽油机燃烧过程计算软件有ANSYS、FLUENT等。

这些软件基于数值方法，对汽油机的燃烧过程进行数值模拟，能够得到燃烧室内气体的速度、压力、温度和化学物种等参数，可精确地描绘汽油机的燃烧过程。

模拟计算的过程是将各种物理学和化学反应模型输入计算机软件中，进行计算，统计出各参数在时间和空间上的分布情况。

但是，计算模拟仍然需要实验数据进行验证，才能保证计算结果的准确性和可靠性。

3. 汽油机燃烧过程的优化汽油机燃烧过程的优化一般包括以下几个方面：3.1 燃烧稳定性稳定的燃烧是保证汽油机性能优异的必要条件，稳定的燃烧应该具有以下特点：燃料混合均匀、火焰传播速度快、火焰传播方向和速度不受燃烧室内流动的影响等。

汽油机燃烧过程讲诉

2、速燃期
*从火焰中心形成到示功图上的压力达到最高点为止称
为速燃期。 *在均质混合气中，当火焰中心出现后，与其临近的一薄层混合气首先燃烧即形成极薄的火焰层，称为火焰前锋。 *火焰前锋向前推进的法向移动速度，称为火焰传播速度。 *火焰传播速度：车用一般30—60m/s。
*混合气约80—90%在此期间燃烧完毕，温度、压力迅速升高，最高压力在上止点后 12℃A~15℃A（循环功最多）一般占20— 30º CA。缸内最高压力点与最高温度点重合。 *急燃期越短，愈靠近上止点，汽油机经济性、动力性越好。但可能导致压力升高率值过高，工作粗暴。
2)汽油辛烷值。也就是汽油牌号，越高抗爆震能力越强，相应允许更大的点火提前角。 3)燃气混合比。过浓过稀燃烧速度皆慢，需增加点火提前角。这个主要看节气门开度、海拔高度。对于难以预料的情况，有些车还加装了爆震传感器，发生爆震时自动降低点火提前角。显然，要完成如此复杂的运算，靠传统的模拟点火器是难以胜任的。只有微电脑点火器，才能高速、精确、稳定地实现最佳点火提前角。
点火提前角：
从点火时刻起到活塞到达压缩上止点这段时间内，曲轴转过的角度称为点火提前角。
混合可燃气体从点燃、燃烧到烧完有一个时间过程，最佳点火提前角的作用就是在各种不同工况下使气体膨胀趋势最大段处于活塞做功下降行程。这样效率最高，震动最小，温升最低。
*点火过早，会造成爆震，活塞上行受阻，效率降低，热负荷、机械负荷、噪声和震动加剧，这是应该防止的。点火过迟，发动机无力，功效率低，油耗大，排气声大。不论点火过早或过迟，都会影响转速的提升。 *最佳点火角受很多因素影响，如果要发动机工作在理想状态下，以下因素必须考虑： 1)缸温缸压。越高燃烧越快，点火提前角要越小。影响缸温缸压的因素有：发动机压缩比、气温、缸温、负荷。大家的车在气温变化的季节有不同表现正缘于此。

汽油机燃烧过程

混合气形成
缸内直喷技术
现代汽油机采用缸内直喷技术，将燃油直接喷入气缸内，与空气混合，实现更精确的燃油控制和更高的燃油效率。
汽油和空气在气缸内混合，形成一定比例的混合气，其浓度直接影响燃烧效率和发动机性能。
燃烧产物的形成与排放
燃烧产物
汽油机燃烧后产生的产物包括二氧化碳、水蒸气、未完全燃烧的
碳氢化合物和氮氧化物等。
排放控制
现代汽油机配备三元催化器和氧传感器等装置，用于减少有害气
体排放和提高排放，部分汽油机采用废气再循环技术，将部分废气引入进气系统，降低
燃烧温度和压力。
04 汽油机燃烧过程的优化
提高汽油机的效率
01
02
03
优化燃油喷射
通过精确控制燃油喷射的时间和量，提高汽油机的燃油利用率，从而提高效率。
汽油机燃烧过程的节能要求
提高燃油效率
通过优化燃烧过程和改进发动机设计，提高汽油机的燃油效率，降低油耗和运行成本。
轻量化设计
采用轻量化材料和设计，减轻发动机重量，降低机械损失和燃油消耗。
能量回收技术
利用发动机余热和其他可回收能量，提高能源利用效率，降低能耗。
汽油机燃烧过程的智能化发展
燃烧优化算法
采用遗传算法、粒子群算法等优化算法，对燃烧模型进行优化，寻找最优的燃烧参数组合，以提高汽油机的效率和降低排放。
实验验证
通过实验验证模拟结果的准确性，不断修正和优化燃烧模型，为汽油机燃烧过程的实际应用提供理论支持。
05 汽油机燃烧过程的未来发展
汽油机燃烧过程的环保要求
1 2
减少污染物排放
随着环保意识的提高，汽油机燃烧过程需要进一步降低污染物排放，如氮氧化物、碳氢化合物和颗粒物等。

汽油机的燃烧过程

汽油机的燃烧过程
2. 中等负荷工况
中等负荷工况是指节气门开度为25%~85%的各种转速工况。在此工况下，由于节气门有足够的开度，进入气缸的混合气数量增多，燃烧条件好，如果只考虑发动机的燃料经济性，应供给较稀的经济混合气。但在当前发动机压缩比较大的情况下，稀混合气容易产生过多的氮氧化物(NOx)排放，为了控制发动机的排放污染，同时保证排气管中的三效催化转化器能正常发挥作用，在中等负荷工况下也必须使用理论混合气。
汽油机的燃烧过程
2. 稀混合气(α>1)
要使混合气中的汽油都能完全燃烧，混合气必须是α>1的稀混合气。当混合气适当稀时，可使发动机的经济性最好，这种混合气称为经济混合气。
如果混合气过稀(α>1.15)，虽然混合气中的汽油可以保证完全燃烧，但是，由于过稀的混合气燃烧速度低，在燃烧过程中，有很大一部分混合气的燃烧是在活塞向下止点移动时进行的，会使发动机的动力性和经济性都相应变坏。
汽油机的燃烧过程
（一）可燃混合气浓度的表示方法
可燃混合气浓度可以用空燃比(A/F)或过量空气系数(α)来表示。
空燃比就是可燃混合气中所含空气和燃料的质量的比，即
A/F=空气质量(kg)/燃料质量(kg)
(1-1)
汽油机的燃烧过程
（二）可燃混合气浓度对发动机性能的影响
1. 理论混合气(α=1)
理论混合气是理论上燃料完全燃烧的混合气浓度。但实际上，由于时间和空间条件的限制，汽油不可能及时与空气绝对均匀混合，实现完全燃烧。因此，理论混合气既不能实现最佳的燃油经济性，也不能获得最高的动力性。但理论混合气燃烧后的排气能在排气管中的三效催化转化器中获得最佳的综合净化效果。
汽油机的燃烧过程

汽油机的燃烧过程

（3）补燃期。从最高燃烧压力点(图1-1中点3)开始到燃料基本上燃烧完全为止称为补燃期(图1-1中第Ⅲ阶段)。
汽油机的燃烧过程
图1-1 汽油机燃烧过程的展开示功图
汽油机的燃烧过程
（二）汽油机的不正常燃烧
1. 爆震燃烧
爆震燃烧简称爆燃。汽油机在燃烧过程中，火焰前锋以正常的传播速度向前推进，使得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辐射作用，加速其先期反应，并放出部分热量，使本身的温度急剧升高。如果火焰前锋及时到达将其引燃，直到燃烧完为止，属正常燃烧。如果在火焰前锋未到达前，末端混合气温度达到了自燃温度，则在其内部最适宜发火的部位产生一个或数个新的火焰中心，引发爆炸式的燃烧反应，发出尖锐的金属敲击声，这种现象称爆燃。
2. 表面点火
汽油机的燃烧过程
在汽油机中，凡是不靠电火花点火而由燃烧室炽热表面(如过热的火花塞绝缘体和电极、排气门、炽热的积炭等)点燃混合气而引起的不正常燃烧现象，称为表面点火。表面点火出现时，会使发动机运转不平稳并发生沉闷的敲击声，容易使发动机过热，有效功率下降，甚至在压缩过程末期的高温高压下使机件损坏。
汽油机的燃烧过程
（一）汽油机的正常燃烧过程
（1）着火延迟期。从火花塞跳火(图1-1中点1)开始到形成火焰中心(图1-1中点2)为止这段时间，称为着火延迟期(图1-1中出现最高压力(图1-1中点3)为止这段时间称为急燃期(图1-1中第Ⅱ阶段)。

汽油机燃烧过程

⑴早燃的危害
压缩负功↑，缸内温度↑，与缸壁接触面积↑,
→散热量↑,
有效功率↓。
另外高温、高压加重了活塞连杆组的机械负荷、热负荷, 使用寿命↓。
早燃时的示功图
⑵ 与爆燃的区别
①沉闷的“敲缸声”。 ②被炽热表面点燃，无压力波产生，而爆燃时为自燃，有压力波产生。另外:
爆燃
缸内炽热表面产生缸内温度、压力升高
3、补燃期
*从最高压力点到燃烧结束为补燃期：指明显燃烧期
以后在膨胀过程中的燃烧。
*此阶段参加燃烧的燃料主要有： ①火焰前锋面过后，后面未及燃烧的燃料（燃烧室边缘和缝隙）再燃烧。 ②贴附在缸壁未燃混合气层的部分燃烧。壁面温度低，
对火焰具有熄火作用，这样在壁面存在大量未燃烴，在
随后的膨胀中部分未燃烴继续燃烧。
过量空气系数在0.85~0.95时，自燃温度低，着火延迟期短，爆燃最严重；BTDC大，易爆燃；缸内积碳使热阻加大，壁面温度升高，实际压缩比增加，爆燃加重。—影响混合气的温度和压力
3、结构因素燃烧室结构能使压缩终了气体紊流速度提高，火焰传播速度加快，能避免爆燃；火花塞的位臵和数目使火焰行程缩短，可减少爆燃；使末端气体接触的燃烧室壁强冷却，可减少爆燃；采用小直径的气缸，不易爆燃。
3．最高燃烧温度高（接近定容燃烧）。
4．易燃烧不完全（过量空气系数小，防止爆燃燃烧室内的激冷区），CO、HC、NOx排放高。
5．挥发损失大（汽油的挥发性好）。
【2】汽油机的不正常燃烧
常见的不正常燃烧:爆燃和表面点火。
一、爆燃
(一)现象
1.缸内出现尖锐的金属敲击声 2.油膜破坏,机件磨损加剧；
3.燃烧室、冷却系过热，排温增加；

发动机原理第七章汽油机燃烧过程

燃烧过程中会发生一系列化学反应，产生二氧化碳、水蒸汽和氮氧化物等排放物。
发动机原理第七章汽油机燃烧过程
本章主要介绍汽油机燃烧过程的基本原理、燃烧速度和燃烧室结构的影响因素，以及点火系统和燃料喷射系统的作用和种类，使您对汽油机燃烧过程有更深入的了解。
燃烧过程简介
1 定义和重要性
燃烧过程是汽油机中产生动力的关键步骤，它将燃料和空气混合物转化为能量。
2 基本要素
燃烧过程的基本要素包括燃料、空气和火花塞的点火。
燃烧速度和燃烧室结构
1 影响因素
燃烧速度受到燃料特性、混合气浓度和压缩比等因素的影响。
2 影响燃烧速度的燃烧室结构
燃烧室的形状和尺寸会对燃烧速度产生影响。优化燃烧室结构可以提高燃烧效率。
点火系统和燃料喷射系统
Hale Waihona Puke 1 点火系统的作用和种类点火系统用于在燃烧室中引发火花，点燃燃料混合物。常见的点火系统包括火花塞和火花塞脉冲点火。
2 燃料喷射系统的作用和种类
燃料喷射系统用于将燃料以适量、适时和适速喷射到燃烧室中。常见的燃料喷射系统包括多点喷射和直喷技术。
燃烧过程中的热损失和化学反应
1 热损失的种类和减少方法
燃烧过程中会有热损失，包括散热、冷却和排放等损失。通过优化散热系统和增加排放净化设备可以减少热损失。
2 化学反应和产物

汽油发动机原理

汽油发动机原理
汽油发动机是一种热机，利用燃烧汽油产生的高温高压气体推动活塞，从而转动曲轴，从汽缸中提取能量。

汽油发动机原理如下：
1. 进气过程：活塞向下运动，汽缸内产生负压，外部空气通过进气阀进入汽缸。

同时，燃油喷射器喷射适量的汽油雾化到进气道中。

2. 压缩过程：活塞向上运动，将进入汽缸的混合气体压缩，使其温度和压力升高。

在压缩过程中，点火系统发出火花，点燃混合气体。

3. 燃烧过程：点燃的混合气体燃烧，产生高温高压气体，推动活塞向下运动。

此时，曲轴转动，从活塞运动中提取机械能。

4. 排气过程：活塞再次向上运动，将燃烧产生的废气排出汽缸，通过排气阀排入排气管中。

汽油发动机的工作原理基于四个冲程：进气、压缩、燃烧和排气。

这四个冲程通过活塞在汽缸内的往复运动来完成。

这种循环过程持续进行，产生连续的功，驱动车辆前进。

需要注意的是，这里提供的是汽油发动机的基本原理，实际的汽油发动机还涉及一系列的系统和部件，如点火系统、供油系统、冷却系统等，以保证发动机的正常运行。

第六章汽油机混合气的形成和燃烧

(1)层流火焰燃烧速率
火焰传播速度是指火焰前锋面在法线方向上相对于未燃混合气的移动速度。层流火焰传播速度很低，主要受混合气温度、压力、充量系数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。
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方式进行的。
2、爆燃的危害
a.机件过载：强烈的冲击波能使缸壁、缸盖、活塞、连杆、曲轴等部件的机械负荷增加，使机件变形甚至损坏。
b.机件烧损：汽油机燃烧终了的温度可达2000-2500℃ ，而活塞顶、燃烧室壁及缸壁的温度仅为100-300 ℃ 。除了冷却水的作用外，能够维持这样低温度的原因，还包括在这些壁面上形成了气体的附面层。它起到隔热的作用。而强烈爆燃时的冲击波会破坏这一附面层，使机件直接与高温燃气接触。而严重爆燃时，局部燃气温度可高达4000℃以上，这样会使活塞头部和气门等零件烧损。同时热量传给冷却水引起发动机过热。
3、防止爆燃的方法 a．使用抗爆性高的燃料采用高辛烷值燃料．使用抗爆剂提高汽油的抗爆性 b．降低末端混合气的温度和压力降低冷却水温度、进气温度、使用浓混合气、推迟点火，采用进气节油，降低压缩比，及时清除燃烧室积炭，合理设计燃烧室，如加强末端混合气的冷却、排气门的冷却等。 c.缩短火焰前锋传播到末端混合气的时间合理组织气缸扰流，提高火焰传播速度；合理设计燃烧室，使火焰传播距离缩短。 d.混合气中废气的百分数愈多则不易自行发火，因为废气会阻碍混合气自行发火的化学反应过程。因而，油门关小则不易发生爆燃。 e.汽油机转速提高时，混合气的扰流强度提高，火焰传播速度加快。因而，汽油机转速提高时不易发生爆燃。 f.点火时刻推迟是避免爆燃的有效手段，
3．负荷：在汽油机上，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。

说明汽油机燃烧过程各阶段的主要特点。

汽油机燃烧过程可以分为四个主要阶段：进气阶段、压缩阶段、工作阶段和排气阶段。

下面是每个阶段的主要特点：
1.进气阶段：在进气阶段，汽缸活塞从顶部开始向下移动，吸
入空气和燃油混合物。

空气通过进气门进入汽缸，进气门打开时，燃油从喷油嘴喷入进气道中，与进入汽缸的空气混合。

这个阶段的主要特点是进气门开启，活塞运动向下，燃油和空气混合物进入汽缸。

2.压缩阶段：在压缩阶段，活塞开始向上移动，将进气混合物
压缩到汽缸顶部。

在这个过程中，活塞压缩气体，使混合物的密度增大，温度升高。

该阶段的主要特点是进气门关闭，活塞向上运动，压缩空燃混合物。

3.工作阶段：在工作阶段，燃烧发生。

当活塞到达压缩冲程的
顶点时，在火花塞的火花的作用下，点燃混合物。

燃料的燃烧释放出高温高压的气体，推动活塞向下运动，同时驱动汽车的曲轴旋转。

这个阶段的主要特点是燃烧发生，由于燃料的燃烧，高温高压气体产生，驱动活塞运动。

4.排气阶段：在排气阶段，废气通过排气门排出汽缸，为下一
个循环做准备。

当活塞再次向上移动时，排气门打开，废气被排出汽缸，同时进气门准备打开，开始下一个循环。

这个阶段的主要特点是排气门打开，活塞向上运动，废气排出。

这些阶段的循环不断地重复，驱动汽车发动机的连续运转。

通过控制燃油喷射和气门的开合时机，可以调整燃烧过程的效率和性能。

《汽油机的燃烧过程》课件

燃烧持续期
燃烧持续时间
燃烧持续期是从燃烧开始到燃烧结束的时间。
燃烧效率
燃烧效率是指实际燃烧的燃料与理论完全燃烧的燃料之比，反映了燃烧过程的完善程度。
燃烧结束与废气排放
燃烧结束
随着可燃混合气被完全燃烧，燃烧过程结束。
废气排放
燃烧结束后，废气通过排气门排出气缸，进入排气管和消声器，最终排放到大气中。
先进的燃烧控制技术
缸内直喷技术
缸内直喷技术可以将燃料直接喷入发动机缸内，实现更精确的燃料控制和更高的燃油效率。通过优化缸内直喷系统的设计和控制策略，可以进一步降低汽油机的排放和提高其性能。
多段燃烧控制
多段燃烧控制技术可以根据发动机工况和负荷的不同，采用不同的燃烧模式和燃料喷射策略。通过多段燃烧控制，可以优化汽油机的燃烧过程，降低污染物排放和提高燃油效率。
燃烧的重要性
在汽油机中，燃烧是产生动力的关键过程，它使得燃料释放出的能量能够推动活塞运动，进而驱动汽车行驶。
汽油机燃烧的化学反应
汽油机中的主要化学反应
汽油中的碳氢化合物与空气中的氧气反应，生成二氧化碳和水，同时释放出能量。
化学反应的详细过程
汽油分子中的碳原子与空气中的氧气结合，形成二氧化碳分子；同时，氢原子与氧气结合形成水分子。在这个过程中，化学键的断裂和形成释放出能量。
详细描述
在进气过程中，进气门打开，新鲜空气通过进气道进入汽缸，与上一循环留下的残余废气混合，形成混合气。
压缩过程
总结词
活塞向上运动，混合气被压缩，温度升高。
详细描述
在压缩过程中，活塞向上运动，将混合气压缩，使其密度和温度升高，为即将到来的燃烧做好准备。
汽油喷射与混合气形成

汽油机的燃烧过程和电子控制系统

汽油机的燃烧过程和电子控制系统
动画演示
一、正常燃烧过程
1.火花点火过程图示出了常规高压线圈点火系统工作时电压与电流的变化情况。整个放电过程可分为三个阶段：（1）击穿阶段 (2) 电弧阶段 (3) 辉光放电阶段
2、燃烧过程
燃烧过程的实际进展分成三个阶段
第I阶段着火延迟期
是指电火花跳火到形成火焰中心的阶段，这段时间约占整个燃烧时间的 15%左右。一般是按气缸压力开始与压缩压力相分离的2点作为着火阶段终点
这种燃烧室高度是相同的，宽度允许略超出气缸范围来加大气门直径
从气流运动考虑，希望在气门头部外径与燃烧室壁面之间保持5~6.5mm 的壁距，这样使气门尺寸所受的限制比楔形大
浴盆形燃烧室有挤气面积，但由于燃烧室的形状，使挤气的效果比较差
火焰传播距离也较长，燃烧速率比较低，燃烧时间长，压力升高比低
分类
机械式
电控式
连续喷射式间歇喷射式
单点汽油喷射多点汽油喷射
顺序喷射
分组喷射
缸内喷射
ห้องสมุดไป่ตู้
缸外喷射
三、化油器供油系统与汽油喷射供油系统的比较
汽油喷射具有下列优点配以高能点火装置，发动机可以实现燃烧稀薄混合气；混合气浓度的精确控制。压力和温度变化时易于对混合气浓度修正；过渡工况控制能够迅速响应，加减速反应灵敏；减速断油迅速，排放污染小；发动机起动容易，且暖机性能提高；进气部分无喉管，无需对进气管加热，充气效率高，发动机动力性好爆震倾向小，可以采用较高的压缩比，并且对燃料的辛烷值要求可以低一些多点汽油喷射系统从根本上解决了发动机各缸混合气分配不均匀的问题整个汽油喷射系统比较容易布置，便于发动机的总体布置燃油靠压力输送，不会产生气阻