内燃机第五章 内燃机混合气的形成和燃烧
发动机原理第五章汽油机混合气的形成和燃烧
发动机原理第五章汽油机混合气的形成和燃烧汽油机是一种内燃机，其工作原理是通过将空气和汽油混合后，利用火花塞点火将混合气体燃烧产生的能量转化为机械能。
汽油机混合气的形成是通过进气管、节气门和进气道来完成的。
当驱动节气门打开时，汽油喷油器会喷射适量的汽油进入进气道中。
同时，空气经过进气管进入气缸。
汽油和空气在进气道中混合，形成可燃混合气体。
混合气的形成过程中有几个关键参数需要控制，例如进气量、燃料喷射量和混合气的浓度。
进气量取决于节气门的开度，而燃料喷射量则由喷油器决定。
为了保证混合气的浓度适中，汽油机通常会配备一个氧传感器，根据氧气浓度的反馈来调节喷油量。
这样可以确保混合气的化学组成接近于最佳的燃烧比例。
燃烧是汽油机中最关键的环节，也是产生动力的过程。
当混合气被点火后，燃烧产生的高温高压气体会向外膨胀，推动活塞运动，驱动曲轴旋转。
混合气的点燃是通过火花塞完成的。
火花塞由中心电极和接地电极组成，中心电极中的电火花将混合气点燃。
燃烧的过程主要包括点火延迟期、燃烧期和尾气期。
点火延迟期是指在点燃混合气之前，混合气在活塞顶部开始自燃的时间。
延迟期的长短会受到很多因素的影响，如混合气的浓度、温度、压力等。
燃烧期是指混合气完全燃烧的时间，这一阶段混合气的能量会被释放并用于驱动活塞运动。
尾气期是指废气在活塞向下运动排出气缸的时间。
为了提高燃烧效率，汽油机通常会采用一些技术来增加混合气的起燃性、均匀度和稳定性。
例如，在进气道中安装气流直通装置可以提高混合气的均匀度；在燃烧室中设置喷油器可以将燃油直接喷到燃烧室中，提高了起燃性；通过调整点火提前角度可以改变燃烧时机，提高燃烧效率。
总结起来，汽油机混合气的形成和燃烧是通过控制进气量、燃料喷射量和混合气的浓度来实现的。
混合气的形成需要一系列的控制和调节来确保混合气的化学组成接近于最佳的燃烧比例。
燃烧则是通过点火将混合气燃烧产生高温高压气体，推动活塞运动，从而驱动汽油机工作。
内燃机基本知识以及混合气形成原理
内燃机基本知识以及混合气形成原理内燃机是一种将燃料和氧气在燃烧室中高温高压条件下发生化学反应产生热能，进而转化为机械能的装置。
其基本工作原理是通过燃料的燃烧将热能转化为机械能，从而驱动机械设备运行。
内燃机一般分为两大类：汽油机和柴油机。
汽油机是通过将汽油与空气混合并在汽缸中点燃，产生爆炸力推动活塞，完成工作循环。
而柴油机则是通过在汽缸中将高压燃油直接喷射到高温压力的空气中，使燃料在高压下自燃及燃烧，产生推力驱动活塞。
内燃机的主要构造包括气缸、活塞、曲轴、连杆、阀门等。
其中，活塞与曲轴通过连杆相连，活塞在气缸内做往复运动，通过连杆使曲轴旋转。
活塞上有一个活塞环，用于密封内燃机的压缩空气和燃烧产生的高温燃气。
曲轴是内燃机的核心部件，将活塞运动的线运动转化为旋转运动，同时也是从发动机传递动力的主要部件。
阀门则用于控制进气和排气。
内燃机的工作循环一般分为四个阶段：进气、压缩、燃烧和排气。
进气阶段是通过活塞的下行运动将外界空气吸入气缸，与燃料混合形成可燃混合气。
压缩阶段是活塞向上运动，将可燃混合气体压缩至极高的压力和温度，使其准备好燃烧。
燃烧阶段是点火系统将火花引燃可燃混合气体，使其发生爆炸燃烧，产生爆炸力推动活塞向下运动。
排气阶段是废气排出活塞向上运动，完成一个工作循环。
在混合气形成原理方面，汽油机和柴油机有所差别。
在汽油机中，空气通过气门进入气缸，汽油通过喷油嘴喷入进气道中形成雾化的微小液滴，然后与进入的空气混合。
混合气在进气阀关闭之后，进入压缩阶段，通过活塞的上升运动被压缩至一定的压力和温度。
进入燃烧阶段后，点火系统会在燃烧室中产生火花，点燃混合气，产生爆炸力推动活塞向下运动。
而在柴油机中，空气首先被压缩至较高的压力和温度，然后利用高压喷油泵将燃油喷入燃烧室中。
由于柴油的自燃性较好，在高压状态下，燃油会自动点燃并产生爆炸力推动活塞。
总之，内燃机是一种将燃料在高温高压条件下燃烧产生的热能转化为机械能的装置。
第五章 内燃机混合气的形成与燃烧(1)
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。
组织良好的缸内空气运动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有重要作用。
二、挤流（Squish）
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。
Squish is the name given to the radially inward or transverse gas motion that occurs toward the end of the compression stoke when a portion of the piston face and cylinder head approach each other closely.
二、挤流 （Squish）
逆挤流：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。缩口形燃烧室就是充分利用了较强的挤流和 逆挤流。
压缩涡流：在压缩过程中 形成的有组织的旋转空气运动。 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。
流动阻力（流量系数）
CF
Q Avo
涡流强度（涡流数，涡流比） R swirl speed
e engine speed
稳流气道试验台(steady flow test-bed)
第五章 柴油机混合气形成与燃烧
(Tumble) 3. 滚流 滚流 进气过程中形成的绕气缸轴 线的垂线旋转的有组织的空 气旋流叫滚流，也称为纵涡 或横轴涡流。它在压缩过程 中动量衰减少，在上止点附 近变成的小涡流和高强度湍 流，比进气涡流效果好，对 燃烧过程极为有利。用于汽 油机和柴油机，在缸内直喷 汽油机上得到广泛应用。
滚流
同时使用涡流与滚 流，合成为斜轴涡流 （inclined swirl）
• 导气屏 设置在进气门 上，导引进气流以不 同角度流入气缸在气 缸壁面的约束配合下 产生涡流。
• 切向进气道 • 螺旋进气道
组合进气系统 在2个进气门的发动机上，采用不同类型 或不同角度的两个进气道以组合所需要的涡 流和流速分布。
图5-21切向气道、螺旋气道的原理 a) 切向气道 b) 纯螺旋气道
化学能转化为热能的效率相对较高，热能 转化为机械能的效率（热机效率）相对较 低。内燃机真实热力循环的转换热效率必 须考虑真实工质和循环特点。 内燃机特有的燃烧规律---正常、异常 燃烧过程对发动机动力性、经济性和 排放特性等主要特性有重大影响。
第五章 柴油机混合气的形成和燃烧
主要内容
第一节 燃油的喷射与雾化 第二节 燃烧与放热 第三节 混合气形成与燃烧室 第四节 燃烧过程的优化
2、分类 常见的柴油机喷油泵可以分为柱塞式直 列泵和转子分配泵两类。直列泵包括直 列多缸泵、单体泵和泵喷嘴系统，多用 于大、中型车用柴油机。转子式分配泵 系统有端面凸轮驱动的VE泵系统和内凸 轮驱动的径向对置柱塞系统，多用于轿 车和轻型车柴油机。两相比较，分配泵 具有结构紧凑、体积小、重量轻，能在 高转速下工作的优点，但难以达到较高 的喷油压力，并且对燃油质量要求较高。 � 近代柴油机电控喷油技术——共轨 （common rail）系统，不同于柱塞脉动 喷油原理。
内燃机学周龙保(第三版)期末考试知识点整理教学文案
内燃机学周龙保(第三版)期末考试知识点整理教学文案内燃机学周龙保(第三版)期末考试知识点整理《内燃机学》第二章《内燃机的工作指标》名词解释：1.示功图：指发动机气缸内工质压力P随气缸容积V（或曲轴转角φ）而变化的曲线。
2.指示性能指标：指工质对活塞做工为基础的指标。
1)动力性能指标：a)指示功Wi：指气缸内完成一具工作循环所得到的实用功（J）。
b)指示功率Pi：内燃机单位时刻内所做的指示功称为指示功率。
c)平均指示压力Pmi：单位气缸容积所做的指示功(Pa)。
2)经济性能指标：a)指示热效率：发动机实际循环指示功与所消耗的燃料热量的比值。
b)指示燃油消耗率bi：单位指示功的耗油量。
【g/(kW*h)】3.有效性能指标：指曲轴输出的相关指标。
1)动力性能指标：a)有效功率Pe:发动机轴上所净输出的功率。
b)平均有效压力Pme：单位气缸工作容积所做的有效功。
c)升功率Pl：在标定工况下，发动机每升气缸工作容积所发出的有效功率。
d)有效扭矩：曲轴的输出转矩。
2)经济性能指标：a)有效热效率：b)有效燃油消耗率：4.充量系数φc（容积效率）：每缸每循环吸入缸内的新奇空气量与按进气系统前状态计算而得的理论充气量之比。
(75%-90%)5.过量空气系数φa:燃烧单位质量燃料的实际空气量与理论空气量之比。
6.压缩比：气体容积与燃烧室容积之比。
7.燃油消耗率：发动机每输出1kW*h的有效功所消耗的燃油量。
8.平均机械损失压力Pmm：发动机单位气缸工作容积一具循环所损失的功。
9.机械效率:有效功率与指示功率之比。
简答题：1.啥是发动机的机械损失？它由哪些损失组成？答：发动机曲轴输出的功或功率小于其气缸内气体膨胀所做的功或功率，两者之差称为发动机的机械损失。
1)活塞与活塞环的摩擦损失。
2)轴承与气门机构的摩擦损失。
3)驱动附属机构的功率损失。
4)风阻损失。
5)驱动扫气泵及增压器的损失。
2.机械损失测定的四种办法？动图法、倒拖法、灭缸法、油耗线法。
第五章内燃机混合气的形成和燃烧
第五章内燃机混合气的形成和燃烧缸内空气运动对内燃机混合气形成和燃烧有决定性影响 组织良好缸内空气运动的作用：汽油机▪提高火焰传播速度▪降低燃烧循环变动▪适应稀薄燃烧或分层燃烧柴油机▪提高燃油空气混合速率▪提高燃烧速率▪促进空气与未燃燃料的混合涡流进气涡流定义：在进气过程中形成的绕气缸轴线有组织的气流运动进气涡流产生的方法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▪缺点：流动阻力增加、结构复杂、气门易磨损切向气道，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▪缺点：对气口位置敏感螺旋气道，在气门座上方的气门腔内作成螺旋状▪缺点：加工复杂气道的评定方法挤流定义：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在汽油机中广泛采用，以加强燃烧室内的湍流强度，促进混合气快速燃烧逆挤流：活塞下行时，燃烧室中的气体向外流到环形空间，产生的膨胀流动压缩涡流：在压缩过程中形成的有组织的空气流动滚流定义：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湍流定义：在气缸中形成的无规则的气流运动第二节点燃式内燃机的燃烧着火过程与着火落后期火花点火过程▪击穿阶段：高电压（10－15kV）的作用下，击穿电极间隙内的混合气▪电弧阶段▪辉光放电阶段滞燃期（着火落后期）▪定义：火花点火到火焰中心形成▪三种定义计量方法：✓火花点火至缸内压力明显脱离压力线✓火花点火后至气缸内的火焰传播至某一设定小的半径所需的时间✓火花点火至缸内10％的燃料燃烧完的时间点燃式内燃机中的正常燃烧 定容燃烧弹中的燃烧▪容弹分成相等的四个部分，各包含等量的可燃混合气，状态为（p 0，T 0），当第一部分燃烧后，压力温度升高，压缩其余未然部分，区域1的温度从T 0上升到T 1，其余部分由于压缩与传热的影响，温度与压力也有所升高。
区域2开始燃烧时，该部分的混合气是在比初始状态高的温度和压力下开始燃烧，依次类推。
内燃机混合气的形成与燃烧
第4章内燃机的换气过程
二、正常燃烧过程
• （一）定容燃烧弹模型简介 • 均匀混合，燃烧开始密度不等，速率不等 （越来越大） • 温度不等，火花塞处最高（受压缩） • 压缩-膨胀作用加速末端先期反应。
Hubei Automotive Industry Institute
湖北汽车工业学院汽车工程系
HuBei Automotive Industries Institute Dep. of Automobile
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第4章内燃机的换气过程
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• Ricardo量纲
• Ricardo涡流比
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第4章内燃机的换气过程
切向气道
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第4章内燃机的换气过程
（三）气道的评定方法
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第4章内燃机Байду номын сангаас换气过程
（四）燃烧速率
• 燃烧速率是指单位时间燃烧的混合气量
发动机原理第五章汽油机混合气的形成和燃烧模板
这种循环间的燃烧变动使汽油机空燃比和点火提前角调整对每一循环都不可能处于最佳状态，因而油耗上升，功率下降，不正常燃烧倾向增加，使汽油机性能下降。 产生这种现象的主要原因是：火花塞附近混合气的混合比和气体紊流性质、程度在各循环均有变动，致使火焰中心形成所用的时间不同，即由有效着火时间变动而引起的。
6．轻微爆燃有利 接近等容燃烧，热效率提高，汽车上坡时驾驶员感觉轻松。
（四）影响爆燃的因素 1．燃料的性质 辛烷值高的燃料抗爆燃能力强。四乙铅添加剂能有效地提高燃料的抗爆燃能力，但这会排除有毒的含铅颗粒，污染大气并影响催化剂的使用，因此近年来各国都对含铅汽油的使用
二、表面点火 在汽油机中，凡是不靠电火花点火而由燃烧室内炽热表面（如排气门头部、火花塞绝缘体或零件表面炽热的沉积物等）点燃混合气的现象，统称表面点火。它的点火时刻是不可控制的，多发生在ε=9以上的强化汽油机上。
炽 热 表 面
1．后火 表面点火出现在火花塞跳火后，并且形成的火焰前锋仍以正常的火焰传播速度向未燃气体推进，称为后火。出现这种现象时，可在发动机断火后发现，发动机仍像有电火花一样，继续运转，直到炽热点温度下降到不能点燃混合气为止，发动机才停转。
5．排气冒黑烟，补燃增加，排气温度增加 爆燃时局部高温引起热分解现象严重，使燃烧产物分解为CH、H2、O2、NO及游离碳的现象增多，排气冒烟严重。CH、H2、O2等在膨胀过程中重新燃烧又使补燃增加，排气温度增高。 爆燃产生的炭粒形成积炭，破坏活塞环、火花塞、气门等零件的正常工作，使发动机可靠性下降。
爆燃：火焰前锋未到，未燃混合气的温度达到其自燃温度而着火燃烧，形成新的火焰中心，产生新的火焰传播。
正常燃烧与爆燃的不同
正常燃烧的火焰传播速度为50~80m/s，无压力波，压力升高率在200~400 kpa/(º)的范围内。 爆燃的火焰传播速度：轻微爆燃时，火焰传播速度约为100m/s~300m/s，强烈爆燃时可高达800m/s~1000m/s。使未燃混合气瞬时燃烧完毕，局部压力、温度很高，形成强烈的压力冲击波。冲击波反复撞击燃烧室壁，发出尖锐的敲缸声。
内燃机原理课后习题与答案
第一章发动机的性能:L.简述发动机的实际工作循环过程。
1）进气过程：为了使发动机连续运转，必须不断吸入新鲜工质，即是进气过程。
此时进气门开启，排气门关闭，活塞由上止点向下止点移动。
2）压缩过程：此时进排气门关闭，活塞由下止点向上止点移动,缸内工质受到压缩、温度。
压力不断上升，工质受压缩的程度用压缩比表示。
3）燃烧过程:期间进排气门关闭，活塞在上止点前后。
作用是将燃料的化学能转化为热能，使工质的压力和温度升高，燃烧放热多，乘近上止点,热效率越高。
4）膨胀过程: 此时，进排气门均关闭，高温高压的工质推动活塞，由上止点向下至点移动而膨胀做功，气体的压力、温度也随之迅速下降。
（5）排气过程：当膨胀过程接近终了时，排气门打开，废气开始乘自身压力自由排气，膨胀过程结束时，活塞由下止点返回上止点，将气缸内废气移除。
3.提高发动机实际工作循环热效率的基本途径是什么？可采取哪些基本措施？提高实际循环热效率的基本途径是：减小工质传热损失、燃烧损失、换气损失、不完全燃烧损失、工质流动损失、工质泄漏损失。
提高工质的绝热指数K可采取的基本措施是：（1）减小燃烧室面积，缩短后燃期能减小传热损失。
（2）.采用杲佳的点火提前角和供油提前角能减小提前燃烧损失或后燃损失。
（3）采用多气门、最佳配气相位和最优的进排气系统能减小换气损失。
（4）加强燃烧室气流运动，改善混合气均匀性，优化混合气浓度能减少不完全燃烧损失。
（5犹化燃烧室结构减少缸内流动损失。
（6）采用合理的配缸间隙，提高各密封面的密封性减少工质泄漏损失。
4・什么是发动机的指示指标?主要有哪些？答:以工质对活塞所作之功为计算基准的指标称为指示性能指标。
它主要有：指示功和平均指示压力•指示功率指示热效率和指示燃油消耗率。
5•什么是发动机的有效指标？主要有哪些？答：以曲轴输出功为计算基准的指标称为有效性能指标。
主要有:1）发动机动力性指标，包括有效功和有效功率•有效转矩平均有效压力•转速n和活塞平均速度;2）发动机经济性指标, 包括有效热效率有效燃油消耗率;3）发动机强化指标，包括升功率PL.比质量me。
内燃机原理课后题
内燃机原理课后题内燃机学课后题第二章：内燃机的工作指标2-7内燃机的动力性能和经济性能指标为什么要分为指示指标和有效指标两大类？表示动力性能的指标有哪些？它们的物理意义是什么？它们之间的关系是什么？表示经济性能的指标有哪些？它们的物理意义是什么？它们之间的关系是什么？2-8怎样求取发动机的指示功率、有效功率、平均指示压力和平均有效压力？2-9机械效率的定义是什么？2-10平均有效压力和升功率在作为评定发动机的动力性能方面有何区别？2-11充量系数的定义是什么？的高低反映了发动机哪些方面性能的好坏？2-12试推导由吸入的空气量来计算平均有效压力的解析式及升功率的解析式，并分析提高发动机升功率的途径。
2-13影响be的因素有哪些？降低be的途径有哪些？2-14过量空气系数的定义是什么？在实际发动机上怎样求得？2-15内燃机的机械损失由哪些部分组成？详细分析内燃机机械损失的测定方法，其优、缺点及适用场合。
2-16要设计一台六缸四冲程高速柴油机，设平均指示压力，平均机械损失压力，希望在2000r/min时能发出的功率为73.5kW。
1）为将活塞平均速度控制在8m/，缸径行程比取多大合适？2）为使缸径行程比为1:1.2，缸径与行程取多大？1）求发动机的pme、Ttq和。
2）当时，试求、、和的值。
3）当、、均未变，由0.75提高到0.8，此时PL、Pe和be的值。
4）若通过提高使Pe提高到160kW，而、均未变化，则、、be值是多大？5）通过以上计算，你可以得出哪些结论？2-17试述机械损失的测定方法。
第三章：内燃机的工作循环3-1研究理论循环的目的是什么？柴油机的理论循规蹈矩环与实际循环有何区别？3-2试推导混合加热理论循环热效率的表达式。
3-3从理论循环中可以得到哪些结论？在指导实际工作时要受到哪些限制？3-4简述发动机实际循环向理想循环的简化条件。
3-5在初态相同、最高压力和温度相同、放热量相同的前提下，在发动机理想循环P-V图上比较混合、定容和定压加热循环的热效率。
第五章内燃机混合气的形成和
火焰传播速率和燃烧速率
层流火焰传播速率：火焰前锋相对于末燃混合气 的相对速率。
湍流火焰传播速率：湍流，大标尺的湍流将使火 焰前锋面发生扭曲，除使其面积增大外，还可使 火焰前锋分裂成许多燃烧中心，导致湍流火焰速 率大大增加；小标尺的湍流也可大大增加焰面中 分子与新鲜混合气中的分子的相互渗透。
火焰传播速率 与湍流强度
(3)辉光放电阶段 辉光放电阶段的特征是电流低于200mA， 在阴极上有大的电压降(300—500V)且温度较高。
在发动机运行条件下，对静止的具有化学计量比的混合 气点火能量只需要0．2mJ；对于较稀或较浓的混合气， 以及电极处混合气有较高流速时，需要点火能量为3mJ， 但为使发动机在各种工况下都能可靠点火，常规点火系 统供给的能量一般为30—50mJ
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。
负荷不同时的燃烧过程。
当节气门关小时，充量系数急剧下降， 但留在气缸内的残余废气量不变，使 残余废气系数增加，滞燃期增加，火 焰传播速率下降，最高爆发压力、最 高燃烧温度、压力升高比均下降，冷 却水散热损失相对增加，因而燃油消 耗率增加。随着负荷的减小，最佳点 火提前角要提早。汽油机中用点火提 前真空调节器来自动调整。
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三、滚流和斜轴涡流
图5-4 滚流的基本过程 a)进气过程 b)压缩过程 c)压缩终了
四、湍流
在气缸中形成的无规则的气流运动称为湍流，是一种不 定常气流运动。湍流可分为两大类，即气流流过固体表 面时产生的壁面湍流和同一流体不同流速层之间产生的 自由湍流，内燃机中的湍流主要是自由湍流。其形成的 方式很多，既可在进气过程中产生，也可在压缩过程中 利用燃烧室形状产生，还可因燃烧而产生。由于不规则 性和随机性是湍流最主要的特征，因此常常用统计的方 法来描述湍流特性参数，在统计定常的湍流场中
1.采用带导气屏的进气门(图5-1a)
图5-1 产生进气涡流的方法 a)导气屏 b)切向气道 c)螺旋气道
1.采用带导气屏的进气门(图5-1a)
图5-2 各类气道气门出口处的速度分布示意图 a)带导气屏的进气门 b)切向气道 c)纯螺旋气道
2.切向气道(图5-1b)
切向气道形状比较平直，在气门座前强烈收缩， 引导气流以切线方向进入气缸，从而造成气门口 速度分布的不均匀，它相当于在均匀速度分布的 基础上，增加一个沿切向气道方向的速度v(图5-2 b)。切向气道结构简单，在进气涡流要求低时， 流动阻力不大，但当涡流要求高时，由于气门口 速度分布过于不均匀，气门流通面积得不到充分 利用，气道阻力将很快增加，因此切向气道仅适 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。
(二)进气涡流的产生方法
1.采用带导气屏的进气门(图5-1a) 2.切向气道(图5-1b) 3.螺旋气道(图5-1c)
1.采用带导气屏的进气门(图5-1a)
1)由于导气屏减小气流流通截面，使流动阻力增加，充量系数降低。 2)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，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，对密封不利。
第五章 燃机混合气的形成和燃烧
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节
内燃机缸内的气体流动 点燃式内燃机的燃烧 点燃式内燃机的燃烧室 压燃式内燃机的燃烧 压燃式内燃机的燃烧室 均质充量压缩着火燃烧发动机
第一节 内燃机缸内的气体流动
一、涡流 二、挤流 三、滚流和斜轴涡流 四、湍流 五、热力混合
(三)气道的评定方法
图5-3 气道稳流试验台 1—试验气道 2—模拟气缸 3—叶片风速仪
4—计数器 5—压差计 6—孔板流量计 7—稳压箱 8—鼓风机 9—流量调节阀
二、挤流
在压缩过程后期，活塞表面的某一部分和气缸盖 底面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。汽油机上通常都利用 较强的挤流运动来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，使其进一步与气缸内的空气混合和燃 烧，对改善燃烧和降低排放十分有利。缩口形燃 烧室可充分利用较强的挤流和逆挤流。
第二节 点燃式内燃机的燃烧
一、均质混合气的着火界限、点火过程、火核生成与火焰传播 二、点燃式内燃机中的正常燃烧 三、点燃式内燃机的不正常燃烧
一、均质混合气的着火界限、点火过程、火核生成与火焰传播
1.着火界限 2.点火过程 3.火核生成和火焰传播 4.层流燃烧速率和火焰传播速率
1.着火界限
图5-5 火花放电电压和电流随时间的变化
2.点火过程
(1)击穿阶段 火花塞电极在很高的电压(约10～15kV)作用下击穿电极间隙 内的混合气，离子流从火花塞的一个电极奔向另一个电极。 (2)电弧阶段 击穿阶段的末期形成了电极间的电流通道，因此电弧放电的 电压较低(50～100V)，但电流仍很高，与击穿阶段的电极间电流通道内气 体完全离解或离子化相反，在电弧阶段放电带的中心部分的离解程度仍很 高，但离子化程度比较低(约1%)。 (3)辉光放电阶段 辉光放电阶段的特征是电流低于200mA，在阴极上有大 的电压降(300～500V)且温度较高，离子化程度很低(低于0.01%)。
(一)进气涡流 (二)进气涡流的产生方法 (三)气道的评定方法
一、涡流
(一)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，称为进气涡 流。由于存在气流间的内摩擦和气流与缸壁之间的摩擦的耗损， 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初 始动量矩约有1/4～1/3损失掉。当活塞接近上止点，大量空气被 迫进入位于活塞顶燃烧室内，使凹坑内的切线速度有所增加。进 气结束时，气缸内旋流速度的分布表明，小于某一半径，切线速 度随半径的增加而增大，速度分布呈刚体流分布；超过这一半径， 切线速度随半径的增加而减小，速度分布呈势流分布。当活塞接 近于上止点时，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为刚体流。研究表明，进气过程 所产生的旋流可以持续到燃烧膨胀行程。进气涡流的大小主要由 进气道形状和发动机转速而决定。
3.螺旋气道(图5-1c)
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均匀速度分布的基础上，增 加一个切向速度vt，合成后的速度图(图5-2c)是 一个中心对称图形。因此，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 量矩了，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。
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，即燃烧室中的气流切向速度随燃 烧室半径的增大而增加，燃烧室中心部分压力低， 外围部分压力高。燃烧室内的流体一方面受到离 心力的作用向外运动，另一方面受到压差作用推 向燃烧室中心。对于液体油滴或燃油蒸气，由于 其密度比空气大，离心力起主导作用，呈向外运 动趋势；对于已燃气体，其密度比空气小，向燃 烧室中心的推力起主要作用，呈向内运动趋势。 这种在旋转气流中火焰向燃烧室中心运动，又将 中心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。