《发动机原理》第五章汽油机混合气的形成和燃烧(第次课)精讲

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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
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Ttqj a1 p1 a2 p2 a3 p3 a4 p4 ai pi
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怠速暖车增量修正系数FI： 修正起动后，进气门、气缸壁表面温度、冷却水 温TW随时间而时，油膜蒸发作用不同造成的混 合气偏稀的部分。
§5-3 汽油机燃料喷射量的控制


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高温修正系数FT：
指汽车大负荷高速行驶后停车10~30分钟后再起动 的2~3分钟时间内的加浓修正
FC f ( FET , FAD , FO , FL , FH )
§5-3 汽油机燃料喷射量的控制
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① FET：温度修正系数 因温度不同，影响雾化质量影响混合气浓度。 低温时，雾化蒸发不良混合气过稀熄火。 高温时，燃油易蒸发“汽阻”现象影响高温 再起动性。 起动后增量修正系数 ：低温起动时，着火后数 十秒内进行的增量修正 。
§5.4 汽油机燃烧组织方式及燃烧室
三、典型燃烧室
楔形：结构较紧
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
凑、火焰传播距离 短，挤气面较大
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
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浴盆形：椭圆形挤
气效果差，A/V值大， 火焰传播距离长
②加减速修正系数FAD：

加速修正系数FAC：
原因：加速时， 造成缸内a变稀。
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减速修正系数 FDC：
原因：减速时，a变浓
§5-3 汽油机燃料喷射量的控制
③氧传感器反馈修正系数FO：

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O2传感器反馈控制a=1，提高a的控制精度。 修正方法：a=1的正确判定ECU反馈控制。
径向分量>轴分量 大时轴向分层
北 理 珠 机进气初期只有 车空气进入气缸 学 强烈涡流 院
气门达hmax时喷油，靠 涡流上浓下稀分层
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
Ka：进气温度修正系数；
Kw：怠速暖车修正系数;
Kk：加减速修正系数； Kp：节气门开度修正系数；
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Kf：反馈修正系数； Ks：起动后增量修正及油耗控制修正系数； Ki：怠速稳定修正系数。
上次课内容回顾 §5.4 汽油机燃烧组织方式及燃烧室
一、对燃烧室的基本要求 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。 要求：

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⊥于气缸中心与缸心距沟成的面(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
北 组织燃烧室内气流的方式: 理 进气系统和燃烧室形状配合进气涡流方式; 珠 机 只通过燃烧室形状在压缩过程中形成挤流方式 车 学 院
§5-3 汽油机燃料喷射量的控制
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3．喷油量的控制 喷油量:=实际进入气缸的空气量/目标空燃比，即
G Gf ( A / F )T
Gf：取决于喷孔直径、孔数、针阀升程、喷射压力 和喷射脉宽(Ti)
当喷油器结构确定，喷射压力为常数时：
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G f K 0 Ti
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 4) 可组织适当的气流
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上次课内容回顾 §5.4 汽油机燃烧组织方式及燃烧室
二、燃烧室内的气流特性
三菱4G型汽油机：
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
早喷射 晚喷射
丰田D4型汽油机：
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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
传热损失。
混合气易分层稳定分层稀燃。 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。 大负荷或全负荷 在中小负荷区：压 区：进气行程中喷 缩行程后期喷油 油目标空燃比 上浓下稀的分层混 实现均匀混合气 合气。

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3．典型的GDI分层稀燃系统 ① TCCS燃烧系统（Texaco controlled combustion process） 顺着气流喷油， 喷射压力 2MPa 螺旋进气道 或导气屏 进气涡流
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气流外缘形成较浓混合 气火花塞安装 位置
燃气体和未 燃气体靠密 度差分离
② GDI滚流分层稀燃系统
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挤气面积
3、半球形燃烧室
半球形燃烧室也在气 缸盖上，一般配凸出的活 塞顶。 燃烧室紧凑，且火花塞 能布置在中央，是火焰传 播距离最短的一种。进排 气门倾斜布置。两气门之 间角度为 50°～75 °。 气流进入气缸转弯最小， 北 充量系数大，在非常高的 理 珠 转速下仍能保持满意的充 机 量系数。 车
K0：与喷油器结构有关
喷油量的控制喷射脉宽Ti的控制
§5-3 汽油机燃料喷射量的控制

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Ti的确定：
Ti Tp Fc Tv
Tp：基本喷射时间标准条件下由目标空燃比确定； Fc: Tp的修正系数；
Tv: 喷油器的无效喷射时间。
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Tv TO TC
挤气面积
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2、浴盆形燃烧室
浴盆形燃烧室高度是 相同的，有挤气面积，但 挤气的效果较差，火焰传 播距离也较长，燃烧速率 比较低，燃烧时间长，压 力升高率低。 试验证明，适当增加 挤气面积比，可以改善发 动机的性能。 浴盆形燃烧室的F／V 北 较大，对HC排放是不利 理 的，但压力升高率低，工 珠 作柔和，NOx排放低。

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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
p Ga K v T
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K : Vh / R
即，通过台架试验确定各工况下的充气效率， 实 时检测进气压力和温度，求得Ga。
§5-3 汽油机燃料喷射量的控制
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2．喷油脉宽Ti的确定： T T F T i p c
其中， Fc f (Ka , Kw , Kk , K p , K f , Ks , Ki )
Baidu Nhomakorabea

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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 HCCI
1．GDI混合气形成机理 关键技术：进气系统和燃烧室形状缸内滚流； 高压喷射控制喷雾与缸内气流配合； 3 ~5MPa 火花塞及喷射位置匹配
喷油器中央布置+涡流 火花塞中央布置+涡流
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三、速度密度式 原理：通过进气压力传感器和温度传感器的测量值， 结合发动机转速传感器进行推算进气流量。
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§5-3 汽油机燃料喷射量的控制
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1．进气量的推测原理 由充气效率定义：进入气缸的空气质量：
Ga Vh v 进气管空气密度： p / RT
尾气排放燃烧系统改进+后处理技术；
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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
活性碳罐吸收装置
用活性碳罐吸附燃 油系统的蒸发物； 在进气过程中随情 系空气进入气缸。
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活性 炭罐

④ 学习控制修正系数FL：
原因：因发动机长期使用一些零部件磨损等使反馈
控制的空燃比偏离目标值的部分，控制精度 修正方法：三过程
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a)学习过程：确定量
b)记忆过程：记忆
c)实施过程：修正
§5-3 汽油机燃料喷射量的控制

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⑤ 大负荷高转速增量修正系数FH： 原因：大负荷时，要求输出最大转矩需要功率 混合气 a=0.85~0.95 。
滚流为主
挤流为主
分层混合气的形成方式
2．GDI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

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，
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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
C DO 2 p S I0 ln T l 1 pO2 1 p
i 1
4
1 N Ttq Ttqj Ttqji Ttq N j 1

§5.5 汽油机的有害排放物及其控制 一、汽油机有害排放物及其产生机理
汽油机的有害排放物：排气中的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：
一般， TO TC
§5-3 汽油机燃料喷射量的控制
a) Tp的确定
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G/n 热线式流量计： T p K ( A / F ) 0 T
喷油器是按 每转喷射
G:单位时间质量流量； K0：常数； G/n：每转进入气缸的空气质量 。
卡门涡式流量计：
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b）Fc的确定 根据进气量的测量方式Fc的确定方法有所不同。 质量流量式EFI，主要考虑5个方面的因素：
活塞顶上的回转体
1、锲形燃烧室
布置在气缸盖上，火花塞 在楔形高处的进、排气门 火 花 之间，因此火焰距离较长， 塞 一般设置挤气面积。气门 稍倾斜使气道转弯较少， 减少进气阻力，提高充量 系数，压缩比也可以有较 高值，达9－10。这种燃 锲形 烧室有较高的动力性和经 济性。但由于混合气过于 集中在火花塞处，使初期 燃烧速率和压力升高率大， 火花塞 工作粗暴一些。
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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%，NOx80%
(2) 缸内直接喷射（GDI）式稀薄燃烧
GDI燃烧系统与PFI的比较

PFI：保留节气门；进气道喷射形成油膜；稀燃 范围有限。 GDI：将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。
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一般不组织挤流
3、半球形燃烧室
最高转速在6000r／min 以上的车用汽油机几乎都采 用半球形燃烧室。这种燃烧 室F／V值小，HC排放低。 半球形燃烧室一般不组织挤 流，如果要组织挤流，将使 活塞头部形状复杂一些。由 于火花塞周围有较大的容积， 使燃烧速率和压力升高率大， 北 理 工作较粗暴。由于最高燃烧 珠 温度高，NOX排放较高，半 机 车 球形燃烧室气门布置较为复 学 杂，多采用双顶置凸轮轴。
院
一般不组织挤流
四、汽油机分层给气和稀薄燃燃烧系统
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。