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第5章 汽油机混合气的形成和燃烧

1979年BOSCH公司将点火提前角电子控制与燃油定量电子控制融为一体, 开发出Motronic,并引入爆震控制、废气再循环等,以满足更趋严格的性能 和排放要求,其电子控制范围覆盖整个发动机,故称为发动机管理系统 (Engine Management System,缩写为EMS)。Motronic和Mono-Motronic (单点喷射)是当今世界上轿车汽油机中最流行的发动机管理系统之一, 1995年产量分别达 210万和 200万套(包括少量的Mono-Jetronic)。
第5章 汽油机混合气的 形成和燃烧
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~
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。
汽油喷射的分类
(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) 几个气缸共用一个喷油器生成混合气。属于此类 的有BOSCH公司的Mono-Jetronic和MonoMotronic等系统。
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 /min
化油器供油
电控汽油喷射 无三元催化转
化器
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)体积效率较低; (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)发动机倒拖影响排放和油耗。
汽油喷射的发展史
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,
BOSCH公司1973年开发出L-Jetronic电子控制汽油喷射系统,采用阻流板式空 气流量计代替D-jetronic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(Electronic Fuel Injection缩写成EFI)。L-Jetronic正在淘 汰过程中。
电控汽油喷射 带三元催化转
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 过量空气系
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
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
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
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。
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。
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。
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 Bendix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BOSCH公司买断并加以改进,开发成D-Jetronic 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。
(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。 (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。
开环控制 α略小于1
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。
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