汽油机混合气形成和燃烧
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汽油机混合气[29113]
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第四章 汽油机混合气形成与燃烧
—— 汽油机燃烧室
4. 6 汽油机燃烧室
4.6.3 新型汽油机燃烧室 非均质稀混合气燃烧
传统汽油机采用均匀混合气，具有以下缺点： （1）空燃比范围狭窄，造成低负荷的经济性较差； （2）浓混合气燃烧时容易爆燃； （3）热效率低，油耗高； （4）排气污染严重。 稀薄混合气燃烧的主要困难是： 着火困难，不可靠； 燃烧不稳定，速度低。 解决问题的思路： 保证可靠点火；组织气流运动，加快燃烧。 分层燃烧的思路： 加大点火能量，在火花塞形成较浓混合气，保证可靠着火。 混合气浓度由浓到稀逐步过渡，组织气流运动，快速稳定燃烧。
第四章 汽油机混合气形成与燃烧
—— 汽油机燃烧室
4. 6 汽油机燃烧室
4.6.2 典型汽油机燃烧室 楔形燃烧室
火花塞在楔形高处的进、排 气门之间，火焰距离较长。 一般设置挤气面积，气门稍 倾斜。 气道转弯较小，减少进气阻 力，提高充气效率。 压缩比高，达9~10。 有较高的动力性和经济性。
第四章 汽油机混合气形成与燃烧
第四章 汽油机混合气形成与燃烧
—— 汽油机燃烧室
4. 6 汽油机燃烧室
4.6.3 新型汽油机燃烧室 均质稀混合气燃烧 TGP燃烧室 燃烧室
燃烧室设置副室，加强 燃气的气流运动。 喷孔部位放置火花塞， 保证可靠着火。 利用燃气火焰加快燃烧。 压缩比高达15。 动力性和经济性好，压 力升高率低，工作柔和。 对点火时刻敏感。
—— 汽油机燃烧室
4. 6 汽油机燃烧室
4.6.2 典型汽油机燃烧室 碗形燃烧室
燃烧室在活塞顶内，结 构紧凑，火花塞在中间，火 焰传播距离短。 挤流效果好。 气道转弯小， 进气阻力 大，充气效率高。 压缩比可达13。 动力性和经济性好，压 力升高率低，工作柔和。 对点火时刻敏感。
第四章 汽油机混合气的形成与燃烧1
组织气流运动的目的是为 组织气流运动的目的是为 了加速火焰传播，防止爆 了促进燃油与空气更好地 燃 混合
4
第一节 汽油机混合气的形成
一 混合气形成过程（电喷发动机）
1 节气门开度一定, n ，喉口流速升高 压力P降低 雾化效果好 2 节气门开度，n 喉口真空度高 蒸发性好
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二 汽油喷射
第四章
汽油机混合气的形成和燃烧
主要内容
第一节 汽油机混合气的形成 第二节 汽油机的燃烧过程 第三节 汽油机混合气形成和燃 烧的技术发展
2
桑塔纳轿车汽油供给系示意图
油管 油箱
空气滤清器
汽油滤清器 汽油泵 化油器
3
汽油机与柴油机的比较:
汽油机 点燃式 进入汽缸的是混合气，燃 油与空气的混合时间长 压缩比低， = 6～12 有爆燃问题 柴油机 压燃式 进入汽缸的是新鲜空气， 燃油与空气的混合时间短 压缩比高， = 12～22 有工作粗暴问题
11
通常测取燃烧过程的展开示功图研究燃烧过程。 在燃烧压力线上，1点为火花塞跳火点（开始点 火点），2点为形成火焰中心，3为最高压力点。
•将燃烧过程分为 三个阶段：Ⅰ着
火延迟期（滞燃 期）、Ⅱ明显燃烧 期、Ⅲ补燃期（后燃 期）。
12
1、着火延迟期（滞燃期）Ⅰ 着火延迟期：从火花塞跳火到形成火焰中心的时间 或曲轴转角，从1-2。 1点以前为压缩过程, 缸内压力升高不大；1 点处火花 塞跳火；2 点处形成火焰中心，缸内压力脱离压缩线 开始急骤增高。
26
运行因素： 1）点火提前角—θ增加， t1减少；混合气压力、温 度增高，t2减少。但t2起主要作用，故爆燃倾向增加。 -----可以通过推迟点火提前角来降低爆燃倾向。 2）转速的影响—n增加，火焰传播速度增加， t1减 少；而冲量系数下降， 混合气压力下降， t2增加。 -----n增加，爆燃倾向减弱。
第七章 汽油机混合气的形成与燃烧
T 在压缩过程中，混合气的 P 、 ，使这一部分燃料与空 气中的氧气接触，开始了氧化过程，但很缓慢。由于 ，且汽 T 不能使 油本身有较高的热稳定性，在压缩终了，气缸内 P 、 混 合气自燃。 在火花塞点火后，由于电火花的高能量，使火花发生处的混 T 合气温度迅速升高，氧化加剧。随着化学反应的进展，放出热量 增加，这些热量一部分使反应气体本身 ，另一部分传给附近 混合气，也发生化学反应，当反应的混合气温度升高到一定程度 后，形成发火区——火焰中心。 从气缸内混合气总体来说，此时发热总量不多，气缸中压力 的变化规律基本上与压缩过程相同。 着火落后期是混合气燃烧的准备时期，其延迟长短，与混合 气的性能（ 、燃料品质）及压缩终了的压力、温度有关——主 要决定于压缩比大小。
2、明显燃烧期 指火焰由火焰中心烧遍整个燃烧室的阶段 ，因此也可称为火焰 传播阶段。 在示功图上指气 缸压力线脱离压缩线 开始急剧上升（图中 2点）到压力达到最 高点(图中3点)止。 燃烧的主要时期。
明显燃烧期的火焰传播 在均值混合气中，当火 焰中心形成之后，火焰向 四周传播，形成一个近似 球面的火焰层，即火焰前 锋，从火焰中心开始层层 向四周未燃混合气传播， 直到连续不断的火焰前锋 扫过整个燃烧室。
图７-１ 化油器式内燃机燃油供应系统示意图 １—主量孔 ２—浮子室 ３—燃油喷管 ４—喉管 ５—节气门
二、简单化油器特性与理想化油器特性
１.简单化油器特性
图７-2 简单化油器 １—节气门 ２—主量孔 ３—浮子室 ４—进油阀门 ５—浮子 ６—浮子室通气孔 ７—喉管 ８—主喷口
第二节
汽油机的燃烧过程
这种循环间的燃烧变动使汽油机空燃比和 点火提前角调整对每一循环都不可能处于最佳 状态，因而油耗上升，功率下降，不正常燃烧
第四章14汽油机混合气的形成和燃烧
图中虚线表示只压缩不点火的压缩线，在燃烧压力线上， 1点为火花塞跳火点。2点为燃烧压力线脱离压缩压力线点，3点 为最高压力点。燃烧过程的进行是连续的，为分析方便，按其
压力变化的特征，可人为地将汽油机的燃烧过程分为三个阶段。
Ⅰ-着火落后期 Ⅱ-明显燃烧期 Ⅲ-补燃期
（一）着火落后期
从火花塞跳火开始到形成火焰中心为止这段时间，称为着
着火落后期的长短与燃料本身的分子结构和物理化学性质、 过 度和量压空力气（系取数决（于φa压t =缩0.比8～）0、.9残时余最废短气）量、、开气始缸点内火混时合气气缸的内运温 动、火花能量大小等因素有关。汽油机燃烧过程中，着火落后期
的影响不如柴油机大。
（二）明显燃烧期
从火焰中心形成到气缸内出现最高压力为止这段时间称为 明显燃烧期。图5-1中第2阶段。
正常燃烧时汽油机补燃现象比柴油机轻得多。
4.2 汽油机的不规则燃烧
汽油机的不规则燃烧是指在稳定正常运转 情况下，各循环之间的循环变动和各缸之间的燃 烧差异。在发动机设计中，应尽量保证不同工况 时，每缸的不同循环之间的波动及不同缸之间差 异最小，从而保证发动机处于最佳工作状况。但 是，影响发动机工作的因素很多。对于各缸和各 循环而言，混合气温度等都可能互不相同，点火 提前角和化油器的调节不可能都处在最佳值，这 就影响各缸和各循环初始火焰形成时刻的稳定性， 导致各缸和各循环最大燃烧压力和平均指示压力 的变化。
❖ 升高常率用的压表力达升公高式率为λp ，表示汽油机工作粗暴的程度，压力
❖
λp=δp/δθ kpa/(°)
(5-1)
❖ 式中:δp — 明显燃烧期始点和终点的气体压力差，kpa; δθ — 明显燃烧期始点和终点相对于上止点的曲轴转角
汽油机混合气的形成
2、不正常燃烧
汽油机的燃烧过程
火焰以正常的传播速度20-60m/s 向前推进,若发生爆燃， 终端混合气最适于发火的部位形成一个或几个火焰中心。以远 大于正常燃烧火焰前锋面推进的速度向周围传播。
轻微爆燃火焰速度= 100-300 [ m/s ] 强烈爆燃火焰速度= 800-2000 [ m/s ] 若自燃区占整个燃烧室容积的5%为强烈爆燃。
1、正常燃烧过程
汽油机的燃烧过程
(3)后燃期(图中3点以后)
它是指明显燃烧期以后的燃烧，主要有火焰前锋后末 及燃烧的燃料再燃烧，贴附在缸壁上未燃混合气层的部分 燃烧以及高温分解的燃烧产物(H2, CO等)重新氧化。这种 燃烧已经远离上止点，应该尽量避免。
综上所述，汽油机正常燃烧过程是唯一地定时的火花 点火开始，且火焰前锋以一定的正常速度传遍整个燃烧室。
1、正常燃烧过程 1)正常燃烧过程进行情况
汽油机典型的展开示功图如图所示。为分析方便，按 其压力变化持点，人为地将燃烧过程分成三个阶段。 (1)着火延迟期
从火花塞点火至气缸压力明显脱离压缩线而急剧上升 时的时间或曲轴转角。
火花塞放电时两极电压达10-15kV，击穿电极间隙的混 合气，造成电极间电流通过。电火花能量多在40-80mJ， 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。
爆燃产生的原因是：在正常火焰传播的过程中，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)，进一 步受到压缩和辐射热的作用，加速了先期反应。如果在火焰 前锋尚未到达之前，末端混合气已经自燃，则这部分混合气 燃烧速度极快，火焰速度可达每秒百米甚而数百米以上，使 局部压力、温度很高，并伴随有冲击波。压力冲击波反复撞 击缸壁，发出尖锐的敲缸声，使发动机噪声加大，发动机过 热，功率下降。
第04章 汽油机的混合气形成与燃烧
第四章 汽油机的混合气形成与燃烧
第一节 汽油机燃烧过程
在测取气缸内燃烧过程的展开压力示功图 （P-坐标系曲线）基础上进行分析，加以讨 论。研究燃烧过程各阶段的工作情况。
一、正常燃烧过程
（一）正常燃烧过程进行情况—三个阶段
（1）着火延迟期（图中1-2段）：从火花塞点火（点1） 至气缸内压力明显脱离压缩线而急剧上升时（点2）的 时间或曲轴转角。 火花塞放电时两极电压达 10~15KV，击穿电极间隙内 的混合气，造成电极间电流 （很小）通过。电火花能量 多在40~80mJ，局部温度可 达3000K，使电极附近的混 合气立即点燃，气缸内压力 脱离压缩线急剧上升。
2、点火提前角—从火花塞发出电火花到上止点间的曲 轴转角。点火提前角的大小受燃料性质、转速、负荷、 过量空气系数等很多因素而定。 当汽油机保持节气门开度、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。对应每一工况都存在一个最佳 点火提前角，这时发动机功率最大、耗油率最低。
点火提前角增大，压缩终了的气体压力、温度增高，爆 燃倾向增大，因此，电喷发动机ESA电子点火控制系统 就是根据爆震传感器信号控制点火提前角是否需要推迟。 同样，点火提前角增大，压缩终了的气体压力、温度增 高，燃烧的最高爆发压力和最高气体温度升高，NOx排 放量增加。 3、发动机转速
转速增加，气缸内紊流增强，火焰传播速率增加，燃烧 持续时间缩短，但所占曲轴转角间隔却延长，因此，最 佳点火提前角应提前。传统汽油机在分电器总成上装离 心调节点火提前器。 ESA电子点火控制系统根据转速 信号电子控制点火触发信号。
第二节 汽油机混合气的形成
汽油机混合气形成方式分成两大类：化油器式和汽油喷 射式，后者又分成进气管内汽油喷射式和气缸内直接汽 油喷射式。化油器式和进气管内汽油喷射式都是气缸外 部形成均匀混合气形式，即便是气缸内直接喷射，发动 机负荷调节也是靠改变
第一节 汽油机燃烧过程
在测取气缸内燃烧过程的展开压力示功图 （P-坐标系曲线）基础上进行分析，加以讨 论。研究燃烧过程各阶段的工作情况。
一、正常燃烧过程
（一）正常燃烧过程进行情况—三个阶段
（1）着火延迟期（图中1-2段）：从火花塞点火（点1） 至气缸内压力明显脱离压缩线而急剧上升时（点2）的 时间或曲轴转角。 火花塞放电时两极电压达 10~15KV，击穿电极间隙内 的混合气，造成电极间电流 （很小）通过。电火花能量 多在40~80mJ，局部温度可 达3000K，使电极附近的混 合气立即点燃，气缸内压力 脱离压缩线急剧上升。
2、点火提前角—从火花塞发出电火花到上止点间的曲 轴转角。点火提前角的大小受燃料性质、转速、负荷、 过量空气系数等很多因素而定。 当汽油机保持节气门开度、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。对应每一工况都存在一个最佳 点火提前角，这时发动机功率最大、耗油率最低。
点火提前角增大，压缩终了的气体压力、温度增高，爆 燃倾向增大，因此，电喷发动机ESA电子点火控制系统 就是根据爆震传感器信号控制点火提前角是否需要推迟。 同样，点火提前角增大，压缩终了的气体压力、温度增 高，燃烧的最高爆发压力和最高气体温度升高，NOx排 放量增加。 3、发动机转速
转速增加，气缸内紊流增强，火焰传播速率增加，燃烧 持续时间缩短，但所占曲轴转角间隔却延长，因此，最 佳点火提前角应提前。传统汽油机在分电器总成上装离 心调节点火提前器。 ESA电子点火控制系统根据转速 信号电子控制点火触发信号。
第二节 汽油机混合气的形成
汽油机混合气形成方式分成两大类：化油器式和汽油喷 射式，后者又分成进气管内汽油喷射式和气缸内直接汽 油喷射式。化油器式和进气管内汽油喷射式都是气缸外 部形成均匀混合气形式，即便是气缸内直接喷射，发动 机负荷调节也是靠改变
汽车发动机原理第四章 汽油机混合气的形成和燃烧
在均质混合气中，当火焰中心形成之后，火焰向四
周传播，形成一个近似球面的火焰层，即火焰前锋，从 火焰中心开始层层向四未燃混合气传播，直到连续不断 的火焰前锋扫过整个燃烧室。 因为绝大部分燃料在这一阶段燃烧，此时活塞又靠 近上止点，在这一阶段内，压力升高很快，压力升高率 dp / dφ 为0.2~0.4MPa/ (°)，一般用压力升高率代表发动
vL 主要受混合气温度、压力、ϕa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。
图4-2给出了层流火
焰与火焰前锋面形状的关 系，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 传播方式进行的。
２)湍流火焰燃烧速率
所谓湍流，是指由流体质点组成的微元气体所进 行的无规则的脉动运动，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，这种湍流运动使火焰前 锋表面出现皱折，强湍流运动使火焰前锋面严重扭 曲，甚至分隔成许多燃烧中心，导致火焰前锋燃烧
区的厚度δ 增加(图4-3)。
湍流运动使火焰前锋表面积明显增大，火焰传 播速度加快，湍流火焰燃烧速率可以用下式表示:
式中:m——混合气质量。
dm/dt——火焰燃烧速率。 FT——火焰前锋表面积。 ρm——未燃混合气密度。 vT——湍流火焰传播速度。
如前所述，雷诺数Re <2300为层流火焰，其传播速
一循环和下一循环燃烧过程不断变化，具体表现在压力曲
线、火焰传播及功率输出均不相同。循环波动是汽油机的 特征，图4-5示出不同循环的汽缸压力变化情况。
由于存在循环波动，对于每一循环，点火提前角和空燃比等参数 都不可能完全调整到最佳值，使发动机性能指标得不到充分优化，随着 波动的加剧，燃烧不正常甚至失火的循环次数逐渐增多，碳氢化合物等 不完全燃烧产物增多，动力性、经济性下降。
发动机原理-§3汽油机燃烧
别高的压力和压力升高率
〔并出 ddp现m高≥ax 频3 激MP振a/波°(C锯A 齿〕
波)，敲击气缸和燃烧室
正常燃烧
爆燃
壁面，除发生金属敲击声
图3-2 汽油机正常燃烧与爆燃的比较
外，还会破坏缸壁上润滑油膜，加剧运动件的磨损。经常敲
缸的发动机排气温度增加，冷却水过热，润滑油老化加剧。
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❖ ⑵ 产生机理 火花塞点火后，火焰前锋面呈球面波形状以正常
② 补燃期的燃烧与柴油机有所区别。（汽油机不象柴 油机随喷随燃，燃料在 以p后max还有喷入，补燃情 况要小得多。） ⑵ 对性能的影响 补燃期燃烧放出的热量不能有效转变为功，使排气温度 升高，热效率下降。（活塞下行，压力降低） 要求：尽量缩短补燃期。
8
二、汽油机不正常燃烧
❖ 1.爆燃
⑴现象：
爆燃时，缸内出现特
燃易发生。提高冷却强度，爆燃倾向减小。 汽油机压缩比的提高受到爆燃的限制。
❖ ③ 火焰前锋传播到末端混合气的时间 缩短火焰前锋传播到末端混合气的时间，有利于避
免爆燃。 提高火焰传播速度（增加气流运动的紊流度）
缩短火焰传播距离（燃烧室结构、火花塞位置等）
12电火花点火而是由燃烧室内炽热表面(如排气门 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。
高压力可达3～5MPa 。
⑵ 对性能的影响 最高压力pmax到达的时刻（点3 ）对汽油机动力性、经济 性、工作粗暴等有重大影响。
6
3点位置：
3点的出现的时刻非常重要。
太早：压缩功，膨胀功 t，动力性，经济性
pmax、Tmax
、
p
，机械负荷热负荷。
（压力升高率代表发动机工作粗暴程度）
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第4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、汽油喷射及控制、汽油机燃烧过程、汽 油机的燃烧室等四节。
• 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，并能对比分析 化油器式和电控汽油喷射两者的优缺点；
• 掌握汽油机的燃烧过程及影响因素；
汽油喷射的发展史
（1）二战以前 由于航空发动机化油器结冰和起火
的事故频频发生，1906年开始试验将汽 油喷射用于二冲程和四冲程航空发动机。 这一时期汽油喷射以航空为主，采用机 械控制；美国采用进气口喷射，德国则 直接往气缸内喷射。
汽油喷射的发展史
（2）二战以后，转入车用 二战以后，活塞式航空发动机迅速被喷气式航空
• 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。
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。
• 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。
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。
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。
汽油喷射的发展史
（3）电子控制阶段 公司1973年开发出电子控制汽油喷射系统,采用
阻流板式空气流量计代替的进气歧管压力传 感器提供负荷信息。上述系统不能以电子手 段控制点火提前角，其电子控制范围仅覆盖 燃油喷射，故称为电子控制燃油喷射系统 （ 缩写成）。正在淘汰过程中。
3.4 高转速和负荷工况形成均质混合气
平均α≈1.0
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
热机怠速工况
燃料供给方式
部分负荷工 况
节气门接近全开 及全开工况
过量空气系数
怠速转速／r ／
化油器供油
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
发动机取代，因此汽油喷射由航空转入车用。初期以 二冲程为主，既用于轿车也用于载重车。后发现二冲 程汽油喷射困难重重，于是转而以四冲程为主。这一 时期的汽油喷射装置都是机械控制的，二冲程逐渐让 位于四冲程，缸内喷射逐渐让位于进气口喷射。 当时汽油喷射在车用汽油机上的推广存在三个问题： ①价格高，因为当时汽油喷射还未被广大的消费者所 接受，生产批量小，成本高； ②性能不够完善，可靠性较差，加速性和起动性也差； ③维修困难，维修人员的培训没有跟上。
• 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。
过渡工况对混合气的控制要求
• 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。
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
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。
汽油喷射的发展史
（3）电子控制阶段
1957年是汽油喷射发展史上具有重要意 义的一年。因为这一年的1月15日 公司在底 特律的汽车工程学会年会上正式推出了电子 控制汽油喷射系统。这一技术后来被德国公 司买断并加以改进，开发成电子控制汽油喷 射系统。该系统采用转速-密度法进行燃油定 量控制，现已完全淘汰，不再生产。
• 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。
4.1 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
位置
化油器式
缸外 汽油喷射式
向进气管供 油
向进气管或 各缸进气道
喷油
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
功率调节方 式
量调
量调
缸内 汽油喷射式
直接向各缸 内喷油
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～
化器
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 Байду номын сангаас量空气系
数在1附 近
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
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
α在0.8左右， 以最小节 气门开度 下指示功 率最大为 准
600～800
开环控制 α略小于1
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、汽油喷射及控制、汽油机燃烧过程、汽 油机的燃烧室等四节。
• 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，并能对比分析 化油器式和电控汽油喷射两者的优缺点；
• 掌握汽油机的燃烧过程及影响因素；
汽油喷射的发展史
（1）二战以前 由于航空发动机化油器结冰和起火
的事故频频发生，1906年开始试验将汽 油喷射用于二冲程和四冲程航空发动机。 这一时期汽油喷射以航空为主，采用机 械控制；美国采用进气口喷射，德国则 直接往气缸内喷射。
汽油喷射的发展史
（2）二战以后，转入车用 二战以后，活塞式航空发动机迅速被喷气式航空
• 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。
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。
• 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。
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。
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。
汽油喷射的发展史
（3）电子控制阶段 公司1973年开发出电子控制汽油喷射系统,采用
阻流板式空气流量计代替的进气歧管压力传 感器提供负荷信息。上述系统不能以电子手 段控制点火提前角，其电子控制范围仅覆盖 燃油喷射，故称为电子控制燃油喷射系统 （ 缩写成）。正在淘汰过程中。
3.4 高转速和负荷工况形成均质混合气
平均α≈1.0
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
热机怠速工况
燃料供给方式
部分负荷工 况
节气门接近全开 及全开工况
过量空气系数
怠速转速／r ／
化油器供油
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
发动机取代，因此汽油喷射由航空转入车用。初期以 二冲程为主，既用于轿车也用于载重车。后发现二冲 程汽油喷射困难重重，于是转而以四冲程为主。这一 时期的汽油喷射装置都是机械控制的，二冲程逐渐让 位于四冲程，缸内喷射逐渐让位于进气口喷射。 当时汽油喷射在车用汽油机上的推广存在三个问题： ①价格高，因为当时汽油喷射还未被广大的消费者所 接受，生产批量小，成本高； ②性能不够完善，可靠性较差，加速性和起动性也差； ③维修困难，维修人员的培训没有跟上。
• 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。
过渡工况对混合气的控制要求
• 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。
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
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。
汽油喷射的发展史
（3）电子控制阶段
1957年是汽油喷射发展史上具有重要意 义的一年。因为这一年的1月15日 公司在底 特律的汽车工程学会年会上正式推出了电子 控制汽油喷射系统。这一技术后来被德国公 司买断并加以改进，开发成电子控制汽油喷 射系统。该系统采用转速-密度法进行燃油定 量控制，现已完全淘汰，不再生产。
• 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。
4.1 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
位置
化油器式
缸外 汽油喷射式
向进气管供 油
向进气管或 各缸进气道
喷油
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
功率调节方 式
量调
量调
缸内 汽油喷射式
直接向各缸 内喷油
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～
化器
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 Байду номын сангаас量空气系
数在1附 近
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
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
α在0.8左右， 以最小节 气门开度 下指示功 率最大为 准
600～800
开环控制 α略小于1