第五章 混合气形成与燃烧PART2.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 内燃机缸内空气运动对混合气形成和燃烧过程有决定性影响，因而也影响着发动机的动力性、经济性、燃烧噪声和有害废气的排放。 组织良好的缸内空气运动对提高汽油机的火焰传播速率、降低燃烧循环变动、适应稀燃或层燃有重要作用； 对提高柴油机的燃油空气混合速率，提高燃烧速率，促进燃烧过程中空气与未燃燃料的混合(热混合作用)有重要作用。 深入了解内燃机缸内空气运动对燃烧过程的影响和作用，对于组织良好的燃烧过程，开发具有高性能和低污染的发动机具有重要意义。 第一节 内燃机缸内的气体流动 内燃机缸内 气体运动方式 涡流 挤流 滚流 湍流 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。 2、进气涡流 的产生方法 采用带导气屏 的进气门 切向气道 螺旋气道 (1) 采用带导气屏的进气门 图5?a 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?b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?b)的大小，均可改变涡流强度。 β角一般常选80 ?20°，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)。 1)由于导气屏减小气流流通截面，流动不对称，使流动阻力增加，充量系数降低。 2)由于气门上有导气屏，为保证工作时气流的旋转方向和强度，进气门必须有导向装置，以防工作时转动，这都使结构复杂，制造成本增加。 3)气门盘刚度不均匀，变形大，气门在工作时又个能转动，使气门容易偏磨，对气门密封不利。 导气屏缺点 切向气道形状比较平直，在气门座前强烈收缩，引导气流以单边切线方向进入气缸，从而造成气门口速度分布的不均匀。它相当于在平直无旋气道速度分布的基础上，增加椄鲅厍邢蚱婪较虻乃俣?(图5-2c)。 切向进气道结构简单，在对进气涡流要求低时，流动阻力不大，但当对涡流要求高时，由于气门口速度分布过于不均匀，气门流通面积实际上得不到充分利用，气道阻力将很快增加，因此切向气道适用于要求进气涡流强度不高的发动机上。 切向气道对气口的位置较敏感，泥芯误差对气道的质量影响较大。 (2) 切向气道(图5?b) 在气门座上方的气门腔内做成螺旋形，使气流在螺旋气道内就形成椂ㄇ慷鹊男淦趴诖ζ鞯那榭鱿嗟庇谠谄街逼莱隹谒俣确植嫉幕∩希黾訔个切向速度，合成后的速度图(图5?d)是一个对称图形。 除了螺旋气道本身形成的动量矩外，速度分布图对气缸中心不再形成动量矩了，这种气道称为纯螺旋气道。 （3）螺旋气道 (图5?c) 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。 为了增加进气充量，气道的流动阻力越小越好； 气道的质量指标主要有流动阻力和涡流强度； 希望在尽可能小的阻力下有足够的涡流强度。 3．气道的评定方法 在稳流气道试验台(图5?)上评定涡流强度的方法基本相近