内燃机混合气的形成和燃烧上
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Hale Waihona Puke Baidu
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。
Ricardo无量纲涡流数NR
式中:
R为叶片旋转角速度; D为缸经
Ricardo涡流比
式中，e为发动机曲轴旋转角速度。
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。
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。
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CF
无量纲流量系数CF定义为流过气门座的实际空气流量与 理论空气流量之比。 Q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)
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
涡流
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：
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，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。
燃烧室口径比β ＝0.35； 活塞顶间隙ｘ＝0.9ｍｍ；压缩比16.4
2．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大小和安装 角，可改变涡流强度。
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
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。
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。
压缩终点涡 流的角速度
压缩终点活塞顶 到缸盖底面距离
2 2
活塞顶凹 坑的直径
0 H h H 2 0 H 0 0
压缩始点涡 流的角速度 凹坑深度 压缩始点活塞顶 距缸盖底面距离
dk D
缸径
燃烧室的涡流增速比
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
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。
第一节 内燃机缸内的气体流动
Schlieren photograph w/o swirl
Schlieren photograph with swirl
气流对汽油机燃烧的影响
一、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。
挤流强度由挤气 面积和挤气间隙 的大小决定。
二、挤流
汽油机紧凑型燃烧室都用较强的挤流运动，以增强燃 烧室内湍流强度，促进混合气快速燃烧。
柴油机用逆挤流促进燃烧室内混合气流出，进一步和 气缸内的空气混合燃烧，有利于改善燃烧和降低排放 。缩口形燃烧室就是为了充分利用挤流和逆挤流。
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。
Ricardo无量纲涡流数NR
式中:
R为叶片旋转角速度; D为缸经
Ricardo涡流比
式中，e为发动机曲轴旋转角速度。
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。
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。
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CF
无量纲流量系数CF定义为流过气门座的实际空气流量与 理论空气流量之比。 Q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)
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
涡流
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：
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，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。
燃烧室口径比β ＝0.35； 活塞顶间隙ｘ＝0.9ｍｍ；压缩比16.4
2．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大小和安装 角，可改变涡流强度。
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
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。
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。
压缩终点涡 流的角速度
压缩终点活塞顶 到缸盖底面距离
2 2
活塞顶凹 坑的直径
0 H h H 2 0 H 0 0
压缩始点涡 流的角速度 凹坑深度 压缩始点活塞顶 距缸盖底面距离
dk D
缸径
燃烧室的涡流增速比
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
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。
第一节 内燃机缸内的气体流动
Schlieren photograph w/o swirl
Schlieren photograph with swirl
气流对汽油机燃烧的影响
一、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。
挤流强度由挤气 面积和挤气间隙 的大小决定。
二、挤流
汽油机紧凑型燃烧室都用较强的挤流运动，以增强燃 烧室内湍流强度，促进混合气快速燃烧。
柴油机用逆挤流促进燃烧室内混合气流出，进一步和 气缸内的空气混合燃烧，有利于改善燃烧和降低排放 。缩口形燃烧室就是为了充分利用挤流和逆挤流。