第五章 内燃机混合气的形成和.ppt

第五章内燃机混合气的形成和燃烧
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。
进气涡流
在进气过程中形成的绕气缸轴线有组织的气流运动,称进气涡流。进气涡流的大小由进气道形状和发动机转速决定。
进气涡流在压缩过程逐渐衰减。在压缩终了时,有l/4—1/3的初始动量矩损失掉。
当活塞接近上止点,大量空气进入位于活塞顶部的燃烧室内,使凹坑内的涡流速度有所增加。
进气结束时,气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;超过这一半径时,切线速度随半径的增加而减小,速度呈势流分布。
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。
进气涡流的产生方法
(1)采用带导气屏的进气门
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的动量矩。
改变导气屏包角的大小和导气屏安装角,均可改变涡流强度。导气屏在试验时调整比较方便,常在单缸机上作调试用,为新气道的设计提供参考数据。其缺点是:
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,气门在工作时又不能转动,使气门容易偏磨,对气门密封不利。
(2)切向气道
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,增加一个沿切向气道方向的速度。切向气道结构简单,用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。
(3)螺旋气道

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一定强度的旋转,其气门口处气流的情况相当于在平直气道出口速度分布的基础上,增加一个切向速度,合成后的速度图是一个对称图形。除了螺旋气道本身形成的动量矩外,速度分布对气缸中心不再形成动量,这种气道称为纯螺旋气道。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,因此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。
气道的评定方法
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。
在稳流气道试验台上评定涡流强度的方法基本相近,一般采用叶片风速仪测量模拟气缸内涡流转速或用角动量矩直接测出涡流的角动量,气体流量用流量计测定。测量方法一般采用定压差法,在不同的气门升程下测量叶片的转速和气体流量。
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升程下气道形成涡流的能力。
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。。
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。缩口形燃烧室就是充分利用了较强的挤流和逆挤流。
在压缩过程中形成的有组织的旋转空气运动,称为压缩涡流。在涡流室柴油机的压缩过程中,气缸内的空气通过通道被压入涡流室中,形成有组织的旋流运动,可促进燃料与空气的混合,涡流大小由涡流室形状、通道尺寸、位置和角度决定。