05第五章 内燃机混合气的形成与燃烧partI.ppt

第五章 内燃机混合气的形成和燃烧 第一节 内燃机缸内的气体流动 第二节 点燃式内燃机的燃烧 第三节 点燃式内燃机的燃烧室 第四节 压燃式内燃机的燃烧 第五节 压燃式内燃机的燃烧室 第一节 内燃机缸内的气体流动 一、涡流 1、进气涡流 定 义：在进气过程中形成的，绕气缸轴线有组织的气流运动，称为进气涡流。 由于存在气流之间的内摩擦耗损和气流与缸壁之间的摩擦，将使进气涡流在压缩过程逐渐衰减。一般情况下，在压缩终了时，约有1／4~1／3的初始动量矩损失掉。 当活塞接近于上止点，大量空气被迫进入位于活塞顶部的燃烧室内，使凹坑内的切线速度有所增加。 进气结束时，汽缸内旋流速度的分布表明，小于某一半径时，切线速度随半径的增加而增大，速度呈刚体流分布；越过这一半径时，切线速度随半径的增加而减小，速度呈势流分布。当活塞接近上止点时，刚体流动明显增强，势流运动明显减弱，可以认为此时燃烧室凹坑内的旋流运动力刚体流。 进气过程所产生的旋流可以持续到燃烧膨胀过程。 在柴油机上，进气涡流主要用于增强喷油油束与空气的混合，提高燃油与空气混合速率，这有助于柴油机的快速燃烧。 在汽油机上，进气涡流主要用于增加火焰传播速率，实现快速燃烧。 进气涡流的大小由进气道形状和发动机转速决定。 (1) 采用带导气屏的进气门 图5—1a 强制空气从导气屏的前面流出, 依靠气缸壁面约束，产生旋转气流。由图5—2b可知，由于导气屏的存在，使在导气屏占据的气门周长范围内气流不进入气缸，增大了导气屏对面的气流速度，从而形成对气缸中心O的动量矩。 改变导气屏包角β的大小和导气屏安装角α(OO’ 导气屏对称中心线与气缸轴线的夹角，见图5—2b)的大小，均可改变涡流强度。 β角一般常选80 —120°，α角在90-270°附近可望形成较强的涡流(两者产生的涡流转动方向相反)。 导气屏缺点 (2) 切向气道(图5—1b) （3）螺旋气道 (图5—1c) 事实上，由于在气缸盖上布置气道时，螺旋室高度值不能很大，气流流入气缸时必然会含有一部分切向气流的成分，因此实际使用的螺旋气道中的空气旋转运动均由两部分组成。 采用强涡流螺旋气道燃烧室的性能与气道质量的关系极为密切，因此就大大提高了对铸造工艺和加工的要求，例如对气道泥芯的变形、定位、气道出口和气门座圈的同心度等必须严格控制。 为使不同形状和尺寸气道的流动特性具有对比性，采用无量纲流量系数评价不同气门升程下气道的阻力特性或流通能力，用无量纲涡流数评价不同气门行程下气道形成涡流的能力。 二、挤流 在压缩过程后期，活塞表面的某一部分和气缸盖彼此靠近时所产生的径向或横向气流运动称为挤压流动，又称挤流。挤流强度主要由挤气面积和挤气间隙的大小决定。挤流在汽油机上得到了广泛的应用，汽油机紧凑型燃烧室都利用较强的挤流运动，以增强燃烧室内的湍流强度，促进混合气快速燃烧。当活塞下行时，燃烧室中的气体向外流到环形空间，产生膨胀流动，称为逆挤流。逆挤流在柴油机上有助于将燃烧室内的混合气流出，使其进一步和气缸内的空气混合燃烧，对改善燃烧和降低排放十分有利。缩口形燃烧室就是充分利用了较强的挤流和逆挤流。 缩口型燃烧室 三、滚流和斜轴涡流 在进气过程中形成的，绕垂直于气缸轴线的有组织的空气旋流，称为滚流或横轴涡流。滚流较适宜于在四气门汽油机上使用，滚流在压缩过程中其动量衰减较少。当活塞接近于上止点时，大尺度的滚流将破裂成众多小尺度的涡，使湍流强度和湍流动能增加，大大提高火焰传播速率，改善发动机性能(图5—4)。 在四气门汽油机中，在两个进气道的一个进气道中安装旋流控制阀，通过改变旋流控制阀的开度，即可形成不同角度的斜向旋流，斜向旋流可以认为是由进气涡流和滚流两部分组成的。滚流在近几年来获得了广泛的应用，特别是在缸内直喷汽油机上具有十分重要的地位。 四、湍流 五、热力混合 直接喷射式燃烧室内的空气运动在压缩上止点附近接近刚体流，即燃烧室中气流切向速度随燃烧室半径的增大而增大，中心部分压力低，外围压力高； 燃烧室内的流体受离心力作用，向外运动，受压差作用，推向燃烧室中心； 对于液体油滴或燃油蒸汽，密度比空气大，离心力起主导作用，呈向外运动趋势；已燃气体密度比空气小，向内推力起主导作用，呈向内运动趋势。 在旋转气流中火焰向燃烧室中心运动，又将部分的新鲜空气挤向外壁，促进空气与未燃燃料混合的作用称为热力混合作用。 第二节 点燃式内燃机的燃烧 一、点火过程与着火落后期 1．火花点火过程 火花点火过程十分复杂，至今仍有许多方面还不清楚，图5—6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，图上标明的数据与系统的组成及元器件的参数选择有关，只