发动机原理第七章 汽油机混合气的形成和燃烧
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图7-5 进气管喷射示意图 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 1-汽油；2-空气；3-节气门；4-进气支管；5-喷油器；6-发动机；
汽油喷射的分类
（2）按喷油地点分 ①喷入气缸（Direct Injection,缩写为 DI） 与柴油机 一样，直接将燃油喷入气缸,又称为直接喷射。稀薄 燃烧的汽油机通常可用直接喷射产生不均匀混合气， 如三菱公司的GDI。 ②喷在进气门前 喷油器装在进气管上，燃油喷在进气 门前，又称进气口喷射（Port Fuel Injection,缩写 为 PFI）。只有多点喷射才能采用上述两种喷射方式。 ③喷在节气门上 喷油器装在节气门体上，燃油喷在节 气门阀板上，用于单点喷射 后两种喷射方式又称间接喷射（InDirect Injection, 缩写为IDI）。
化油器供油
大体接近于 最经济 混合气 开环控制 按最经济混 合气浓 度供油 闭环控制 过量空气系 数在1附 近
600～800
电控汽油喷射 无三元催化转 化器 电控汽油喷射 带三元催化转 化器
开环控制 随负荷加大而逐 渐加浓到节 气门全开时 的最大功率 混合气
闭环控制 α≈1
闭环控制，并 至少有高、 低两个控 制目标值： 低怠速800～ 900 高怠速l000～ 1100
汽油机的燃料供给方式与所形成可燃混合 气的关系
燃料供给方式 化油器式 缸外 汽油喷射式 位置 向进气管供 油 形成的可燃混合气 均质可燃混合气α<1.15 均质可燃混合气α<1.15 中、低转速和负荷工况形成浓度分 层的混合气，平均α可达3.0～ 3.4 高转速和负荷工况形成均质混合气 平均α≈1.0 功率调节方 式 量调
第7章 汽油机混合气的 形成和燃烧
学习目标
• 本章属于发动机原理的基本内容，包括汽油机混合 气的形成、汽油机的燃烧过程、汽油机的燃烧室等 三节。 • 通过本章学习，要求掌握电控汽油喷射式混合气形 成方式的基本原理和主要结构组成，并能分析电控 汽油喷射的优缺点； • 掌握汽油机的燃烧过程及影响因素； • 了解汽油机的不正常燃烧现象；能够对几种常用的 燃烧室的特征及性能进行对比。
过渡工况对混合气的控制要求
• 冷机起动：燃油和空气温度很低，汽油雾化 性差，大部分燃料以油膜状态流进气缸，而 在冷气缸中能气化的只是燃油中的轻馏分， 大部分燃油会沿缸壁流失和随排气排出，气 缸内混合气过稀，起动困难。要使冷机起动 时缸中实际形成的混合气浓度落到点火界限 之内，就必须设置起动系统，供给极浓的混 合气。 • 暖机：起动后随着发动机温度升高，燃油蒸 发量加大，因此在暖机时要求比起动瞬间有 稍稀的混合气，要求在暖机过程中逐渐减少 供油量。
化油器供油方式的缺点
（1）燃油雾化程度受空气密度的影响； （2）过量空气系数受空气密度的影响； （3）多缸机混合气分配不均匀； （4）负荷变动造成附加的燃油耗和排放恶化； （5）充气效率较低； （6）化油器结冰； （7）浮子式化油器的工作受发动机姿势的影响； （8）发动机制动影响排放和油耗。
汽油喷射的分类
向进气管或 各缸进气道 喷油
量调
缸内 汽油喷射式
直接向各缸 内喷油
质调
过量空气系数 α对动力性、 燃料经济性和 排放的影响
稳定工况和热机怠速工况对混合气的控制要求
稳定运行工况 燃料供给方式 部分负荷工 况 节气门接近全开 及全开工况 随负荷加大而逐 渐加浓到节 气门全开时 的最大功率 混合气 热机怠速工况 过量空气系数 α在0.8左右， 以最小节 气门开度 下指示功 率最大为 准 开环控制 α略小于1 怠速转速／r ／min
过渡工况对混合气的控Baidu Nhomakorabea要求
• 急减速：节气门突然关闭，此时由于惯性作用， 发动机仍保持很高的转速，因此进气管真空度 急增，进气量减少，进气管内气压急降而管壁 温度降低缓慢，油膜蒸发更快，供油量增加， 缸内混合气变浓，车辆也不能平顺减速。 • 因此，在急减速时宜利用阻尼器使节气门缓慢 关闭（用化油器时）或者使怠速旁通空气道的 通路面积缓慢减小（电控喷油时），以延缓进 气量的减少而防止缸内混合气过浓。
过渡工况对混合气的控制要求
• 汽车实际使用工况中冷机起动、暖机、加 速和减速都是变工况过程。 • 当发动机工况稳定时，进气管内气流速度、 气体压力与温度、管壁温度等均稳定，油 膜沿进气管全长的分布情况、蒸发速率等 也都稳定不变，这时在同一单位时间内被 吸进气缸的燃油总量必定同化油器或中央 喷油器的供油量保持平衡。但在工况变动 时，这两种燃油量是不一致的。
（1）按喷油器数量分 ① 多点喷射（Multi Point Injection，缩写为 MPI） 每个气缸有一个专用的喷油器用于为 该气缸提供汽油。属于多点喷射的有BOSCH 的L-Jetronic、Motronic等系统。 ② 单点喷射（Single Point Injection,缩写为 SPI） 几个气缸共用一个或两个喷油器生成混 合气。属于此类的有BOSCH公司的MonoJetronic和Mono-Motronic等系统。
汽油喷射的分类
（3）按喷油的连续性分 ①连续喷射 在发动机运行过程中连续不断地喷 油，如BOSCH公司的 K－Jetronic和 KEJectronic。连续喷射不能用于直接喷入气缸。 ②间歇喷射 此时发动机一个工作循环中只在一 定的曲轴转角范围内喷油。间歇喷射既可用于 多点喷射，又可用于单点喷射；既用用于喷入 气缸，也可用于喷在进气门前或喷在节气门上。 目前生产的汽油喷射装置几乎都采用间歇喷射。
过渡工况对混合气的控制要求
• 加速：节气门急速打开时，由于燃油惯性大 于空气，在打开节气门之后的一个短时间里 发动机吸进的燃油量增加滞后，缸内混合气 瞬时变稀，甚至过稀，要过一段时间才能达 到新的平衡状态。这使曲轴转速提高缓慢或 降低，这会影响汽车加速性，严重时甚至可 能发生熄火或化油器回火。 • 因此在汽车加速时，额外多供给一些燃油使 缸内混合气不至于过稀，满足加速的需要。
汽油机混合气的形成
• 汽油机的均质可燃混合气的形成方法主要有3种： （1）化油器式：利用化油器在气缸外部形成大致均 匀的可燃混合气，依靠控制节气门开度的变化来调 节混合气数量。 （2）缸外汽油喷射式（电控汽油喷射式）在一定压 力下利用喷油器直接向进气管或进气道内喷射汽油， 与吸入的空气相混合形成可燃混合气。 （3）缸内直喷式汽油机，其在节能方面具有很大优 势。
汽油喷射的分类
（2）按喷油地点分 ①喷入气缸（Direct Injection,缩写为 DI） 与柴油机 一样，直接将燃油喷入气缸,又称为直接喷射。稀薄 燃烧的汽油机通常可用直接喷射产生不均匀混合气， 如三菱公司的GDI。 ②喷在进气门前 喷油器装在进气管上，燃油喷在进气 门前，又称进气口喷射（Port Fuel Injection,缩写 为 PFI）。只有多点喷射才能采用上述两种喷射方式。 ③喷在节气门上 喷油器装在节气门体上，燃油喷在节 气门阀板上，用于单点喷射 后两种喷射方式又称间接喷射（InDirect Injection, 缩写为IDI）。
化油器供油
大体接近于 最经济 混合气 开环控制 按最经济混 合气浓 度供油 闭环控制 过量空气系 数在1附 近
600～800
电控汽油喷射 无三元催化转 化器 电控汽油喷射 带三元催化转 化器
开环控制 随负荷加大而逐 渐加浓到节 气门全开时 的最大功率 混合气
闭环控制 α≈1
闭环控制，并 至少有高、 低两个控 制目标值： 低怠速800～ 900 高怠速l000～ 1100
汽油机的燃料供给方式与所形成可燃混合 气的关系
燃料供给方式 化油器式 缸外 汽油喷射式 位置 向进气管供 油 形成的可燃混合气 均质可燃混合气α<1.15 均质可燃混合气α<1.15 中、低转速和负荷工况形成浓度分 层的混合气，平均α可达3.0～ 3.4 高转速和负荷工况形成均质混合气 平均α≈1.0 功率调节方 式 量调
第7章 汽油机混合气的 形成和燃烧
学习目标
• 本章属于发动机原理的基本内容，包括汽油机混合 气的形成、汽油机的燃烧过程、汽油机的燃烧室等 三节。 • 通过本章学习，要求掌握电控汽油喷射式混合气形 成方式的基本原理和主要结构组成，并能分析电控 汽油喷射的优缺点； • 掌握汽油机的燃烧过程及影响因素； • 了解汽油机的不正常燃烧现象；能够对几种常用的 燃烧室的特征及性能进行对比。
过渡工况对混合气的控制要求
• 冷机起动：燃油和空气温度很低，汽油雾化 性差，大部分燃料以油膜状态流进气缸，而 在冷气缸中能气化的只是燃油中的轻馏分， 大部分燃油会沿缸壁流失和随排气排出，气 缸内混合气过稀，起动困难。要使冷机起动 时缸中实际形成的混合气浓度落到点火界限 之内，就必须设置起动系统，供给极浓的混 合气。 • 暖机：起动后随着发动机温度升高，燃油蒸 发量加大，因此在暖机时要求比起动瞬间有 稍稀的混合气，要求在暖机过程中逐渐减少 供油量。
化油器供油方式的缺点
（1）燃油雾化程度受空气密度的影响； （2）过量空气系数受空气密度的影响； （3）多缸机混合气分配不均匀； （4）负荷变动造成附加的燃油耗和排放恶化； （5）充气效率较低； （6）化油器结冰； （7）浮子式化油器的工作受发动机姿势的影响； （8）发动机制动影响排放和油耗。
汽油喷射的分类
向进气管或 各缸进气道 喷油
量调
缸内 汽油喷射式
直接向各缸 内喷油
质调
过量空气系数 α对动力性、 燃料经济性和 排放的影响
稳定工况和热机怠速工况对混合气的控制要求
稳定运行工况 燃料供给方式 部分负荷工 况 节气门接近全开 及全开工况 随负荷加大而逐 渐加浓到节 气门全开时 的最大功率 混合气 热机怠速工况 过量空气系数 α在0.8左右， 以最小节 气门开度 下指示功 率最大为 准 开环控制 α略小于1 怠速转速／r ／min
过渡工况对混合气的控Baidu Nhomakorabea要求
• 急减速：节气门突然关闭，此时由于惯性作用， 发动机仍保持很高的转速，因此进气管真空度 急增，进气量减少，进气管内气压急降而管壁 温度降低缓慢，油膜蒸发更快，供油量增加， 缸内混合气变浓，车辆也不能平顺减速。 • 因此，在急减速时宜利用阻尼器使节气门缓慢 关闭（用化油器时）或者使怠速旁通空气道的 通路面积缓慢减小（电控喷油时），以延缓进 气量的减少而防止缸内混合气过浓。
过渡工况对混合气的控制要求
• 汽车实际使用工况中冷机起动、暖机、加 速和减速都是变工况过程。 • 当发动机工况稳定时，进气管内气流速度、 气体压力与温度、管壁温度等均稳定，油 膜沿进气管全长的分布情况、蒸发速率等 也都稳定不变，这时在同一单位时间内被 吸进气缸的燃油总量必定同化油器或中央 喷油器的供油量保持平衡。但在工况变动 时，这两种燃油量是不一致的。
（1）按喷油器数量分 ① 多点喷射（Multi Point Injection，缩写为 MPI） 每个气缸有一个专用的喷油器用于为 该气缸提供汽油。属于多点喷射的有BOSCH 的L-Jetronic、Motronic等系统。 ② 单点喷射（Single Point Injection,缩写为 SPI） 几个气缸共用一个或两个喷油器生成混 合气。属于此类的有BOSCH公司的MonoJetronic和Mono-Motronic等系统。
汽油喷射的分类
（3）按喷油的连续性分 ①连续喷射 在发动机运行过程中连续不断地喷 油，如BOSCH公司的 K－Jetronic和 KEJectronic。连续喷射不能用于直接喷入气缸。 ②间歇喷射 此时发动机一个工作循环中只在一 定的曲轴转角范围内喷油。间歇喷射既可用于 多点喷射，又可用于单点喷射；既用用于喷入 气缸，也可用于喷在进气门前或喷在节气门上。 目前生产的汽油喷射装置几乎都采用间歇喷射。
过渡工况对混合气的控制要求
• 加速：节气门急速打开时，由于燃油惯性大 于空气，在打开节气门之后的一个短时间里 发动机吸进的燃油量增加滞后，缸内混合气 瞬时变稀，甚至过稀，要过一段时间才能达 到新的平衡状态。这使曲轴转速提高缓慢或 降低，这会影响汽车加速性，严重时甚至可 能发生熄火或化油器回火。 • 因此在汽车加速时，额外多供给一些燃油使 缸内混合气不至于过稀，满足加速的需要。
汽油机混合气的形成
• 汽油机的均质可燃混合气的形成方法主要有3种： （1）化油器式：利用化油器在气缸外部形成大致均 匀的可燃混合气，依靠控制节气门开度的变化来调 节混合气数量。 （2）缸外汽油喷射式（电控汽油喷射式）在一定压 力下利用喷油器直接向进气管或进气道内喷射汽油， 与吸入的空气相混合形成可燃混合气。 （3）缸内直喷式汽油机，其在节能方面具有很大优 势。