第5章 内燃机混合气的形成和燃烧(上)

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1、内燃机学程勇Email:cysgd@sdu.edu.cnTel:96530(实验室)第五章内燃机混合气的形成和燃烧(上)第一节内燃机缸内的气体流动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，因而也影响着发动饥的动力性、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可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；可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。第一节内燃机缸内的气体流动Schlierenphotographw/oswirlSchlierenphotographwithswirl气流对汽油机燃烧的影响一

2、、涡流进气涡流进气过程中形成的，绕气缸轴线油规则的气流运动，叫进气涡流。一、涡流由于气流间的内摩擦和气流与缸壁间的摩擦，进气涡流在压缩过程中逐渐衰弱。进气结束时，气缸中心小于一半缸径处，速度呈刚体流分布，线速度随半径增加而增加；大于一半缸径的地方，速度呈势流分布，线速度随半径增加而减小；活塞接近TDC时，刚体流动成分，势流成分。进气过程产生的旋流可持续到膨胀过程。涡流强度随曲轴转角的变化随着压缩行程的进行，缸内存在的进气涡流被压入口径较小的燃烧室凹坑，形成沿凹坑旋转的压缩涡流。由动量守恒，气流旋转半径缩小，势必使燃烧室内的涡流角速度增大，但压缩终点涡流的角速度很难测定。对于凹坑与气缸

3、中心线对称的圆柱形燃烧室，日本池上旬提出计算涡流增速比的公式：涡流压缩始点涡流的角速度压缩终点涡流的角速度压缩始点活塞顶距缸盖底面距离压缩终点活塞顶到缸盖底面距离凹坑深度活塞顶凹坑的直径缸径图4－3燃烧室的涡流增速比的燃烧室口径比β＝0.35；活塞顶间隙ｘ＝0.9ｍｍ；压缩比16.4燃烧室的涡流增速比燃烧室口径比β＝0.35；活塞顶间隙ｘ＝0.9ｍｍ；压缩比16.42．进气涡流的产生方法导气屏进气门在进气门平顶的背面加上一段圆弧形的导气屏而构成。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。导气屏占据的气门周长范围内气流不进入气缸，形成对气缸中心的动量矩。改变导气屏包角口的

4、大小和安装角，可改变涡流强度。导气屏进气门用于单缸试验机对进气涡流的影响进行研究，为气道设计提供依据。缺点：减少气流流通截面积，流动阻力增加，充量系数下降。保证气流的方向和强度，进气门要有导向装置，增加成本。气门盘刚度不均匀，变形大。气门不能转动，容易偏末，不利于密封。切向气道气道形状比价平直，在气门座前强烈收缩，引导气流沿单边切线方向进入气缸，造成气门口速度分布不均匀。它相当于在平直无旋气道速度分布的基础上，增加—个沿切向气道方向的速度。切向气道切向气道结构简单、在对进气涡流要求低时，流动阻力个大；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，

5、气道阻力将很快增加。用于进气涡流强度不高的发动机上。切向气道对气口位置敏感，泥芯误差对气道质量影响较大。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量的基础上增加一个切向速度。除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。螺旋气道在气缸盖上布置气道时，螺旋室高度不能很大，流入气缸的气流会含有一部分切向气流成分，螺旋气道中的空气运动均由两部分组成。采用强涡流螺旋气道燃烧室的性能取决于气道质量，对铸造工艺和加工的要求很高，对气道泥芯的变形、定位、气道出口和气门座圈

6、的同心度等须严格控制。各类气道气门出口处的速度分布示意图不同气道涡流强度比较导气屏，可调节涡流强度，涡流比Ω＝0～4，但阻力最大，一般用于少数汽油机和试验研究用发动机。切向气道形状简单，涡流比Ω＝1～2，适用于对涡流强度要求不高的发动机。螺旋气道的形状最复杂，涡流比Ω＝2～4，同样涡流比时的进气阻力小于切向气道，适用于对进气涡流强度要求较高的发动机。气道气道的评定方法对气道要求：流动阻力越小越好；适当的涡流强度。希望在尽可能小的阻力下有足够的涡流强度。气道稳流试验台稳流气道试验台上评定涡流强度的方法在稳流气道试验台上评定涡流强度，一般则量模拟气缸内涡流转速或用角动量矩直接测出涡流的角

7、动量，用流量计测定气体流量。测量一般采用定压差法，在不同的气门升程下测量叶片的转速和气体流量。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升程下气道形成涡流的能力。Ricardo无量纲流量系数CFQ试验测得的空气流量；A气门座内截面面积dv气门座内径；n进气门数目。v0理论进气速度p进气道压降，取2.5kPa；气门座处气体密度(kg/m3)无