内燃机混合气的形成与燃烧

内燃机学第4章内燃机的换气过程HubeiAutomotiveIndustryInstitute湖北汽车工业学院汽车工程系HuBeiAutomotiveIndustriesInstituteDep.ofAutomobile第一节内燃机缸内的气流运动概述：•涡流、挤流、滚流和湍流四种气流运动形式，被分别或组合应用于不同的燃烧系统。•汽油机：1）加速火焰传播2）降低循环变动3）适应稀燃或层燃•柴油机：加速混合与燃烧内燃机学第4章内燃机的换气过程HubeiAutomotiveIndustryInstitute湖北汽车工业学院汽车工程系HuBeiAutomotiveIndustriesInstituteDep.ofAutomobile一、涡流——进气涡流和压缩涡流•缸内的涡流运动是柴油机混合气形成的主要手段。近年来，汽油机为实现稀薄燃烧也开始应用涡流。•涡流转速与发动机转速之比称为涡流比，作为衡量涡流强度的指标•进气涡流——在进气过程中形成的绕气缸轴线旋转的有组织的气流运动，称为进气涡流内燃机学第4章内燃机的换气过程HubeiAutomotiveIndustryInstitute湖北汽车工业学院汽车工程系HuBeiAutomotiveIndustriesInstituteDep.ofAutomobile进气道气门出口速度分布内燃机学第4章内燃机的换气过程HubeiAutomotiveIndustryInstitute湖北汽车工业学院汽车工程系HuBeiAutomotiveIndustriesInstituteDep.ofAutomobile螺旋气道内燃机学第4章内燃机的换气过程HubeiAutomotiveIndustryInstitute湖北汽车工业学院汽车工程系HuBeiAutomotiveIndustriesInstituteDep.ofAutomobile切向气道内燃机学第4章内燃机的换气过程HubeiAutomotiveIndustryInstitute湖北汽车工业学院汽车工程系HuBeiAutomotiveIndustriesInstituteDep.ofAutomobile（三）气道的评定方法•流量系数•涡流比•Ricardo方法0AvQCF流量系数42ndAv流通截面pv20理论进气速度内燃机学第4章内燃机的换气过程HubeiAutomotiveIndustryInstitute湖北汽车工业学院汽车工程系HuBeiAutomotiveIndustriesInstituteDep.ofAutomobile•Ricardo量纲•Ricardo涡流比0vDNRReR内燃机学第4章内燃机的换气过程HubeiAutomotiveIndustryInstitute湖北汽车工业学院汽车工程系HuBeiAutomotiveIndustriesInstituteDep.ofAutomobile各种涡流比•导气屏设置在进气门上，可调节涡流强度，涡流比0～4•切向气道形状简单，涡流比1～2•螺旋气道的形状最复杂，涡流比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内燃机学第4章内燃机的换气过程HubeiAutomotiveIndustryInstitute湖北汽车工业学院汽车工程系HuBeiAutomotiveIndustriesInstituteDep.ofAutomobile涡流比进入凹坑时增大内燃机学第4章内燃机的换气过程HubeiAutomotiveIndustryInstitute湖北汽车工业学院汽车工程系HuBeiAutomotiveIndustriesInstituteDep.ofAutomobile涡流比随曲轴转角的变化内燃机学第4章内燃机的换气过程HubeiAutomotiveIndustryInstitute湖北汽车工业学院汽车工程系HuBeiAutomotiveIndustriesInstituteDep.ofAutomobile二、挤流•挤流是在压缩过程中，当活塞接近上止点时，活塞表面的某一部分和缸盖接近时产生的径向或横向气流运动。•压缩涡流（涡流燃烧室柴油机）内燃机学第4章内燃机的换气过程HubeiAutomotiveIndustryInstitute湖北汽车工业学院汽车工程系HuBeiAutomotiveIndustriesInstituteDep.ofAutomobile三、湍流•在气缸中形成的无规则的小尺度气流运动称为湍流，也称微涡流。•湍流可以促进燃油和空气的微混合程度，加速燃烧过程。内燃机学第4章内燃机的换气过程HubeiAutomotiveIndustryInstitute湖北汽车工业学院汽车工程系HuBeiAutomotiveIndustriesInstituteDep.ofAutomobile四、滚流•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称为滚流(tremble)，也称为纵涡或横轴涡流。内燃机学第4章内燃机的换气过程HubeiAutomotiveIndustryInstitute湖北汽车工业学院汽车工程系HuBeiAutomotiveIndustriesInstituteDep.ofAutomobile•直喷式燃烧室柴油机燃烧过程中发生的现象。(P86)五、热力混合内燃机学第4章内燃机的换气过程HubeiAutomotiveIndustryInstitute湖北汽车工业学院汽车工程系HuBeiAutomotiveIndustriesInstituteDep.ofAutomobile第二节、点燃式内燃机的燃烧内燃机学第4章内燃机的换气过程HubeiAutomotiveIndustryInstitute湖北汽车工业学院汽车工程系HuBeiAutomotiveIndustriesInstituteDep.ofAutomobile一、点火过程与滞燃期1、火花点火•击穿阶段•电弧阶段•辉光放电阶段内燃机学第4章内燃机的换气过程HubeiAutomotiveIndustryInstitute湖北汽车工业学院汽车工程系HuBeiAutomotiveIndustriesInstituteDep.ofAutomobile2、滞燃期三种定义•1）缸内压力脱离压缩线•2）火焰传播到某定义半径•3）燃料燃烧10%内燃机学第4章内燃机的换气过程HubeiAutomotiveIndustryInstitute湖北汽车工业学院汽车工程系HuBeiAutomotiveIndustriesInstituteDep.ofAutomobile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。内燃机学第4章内燃机的换气过程HubeiAutomotiveIndustryInstitute湖北汽车工业学院汽车工程系HuBeiAutomotiveIndustriesInstituteDep.ofAutomobile预混合燃烧与扩散燃烧•预混合燃烧和扩散燃烧是内燃机最基本的两种燃烧方式。•导致汽油机和柴油机不同：1）燃烧特性、2）排放污染物生成及控制机理、3）动力经济性4）噪声振动内燃机学第4章内燃机的换气过程HubeiAutomotiveIndustryInstitute湖北汽车工业学院汽车工程系HuBeiAutomotiveIndustriesInstituteDep.ofAutomobile预混合燃烧与扩散燃烧的区别1）预混合燃烧时，燃烧前已均匀混合，燃烧速度主要取决于化学反应速度，即取决于温度和过量空气系数(浓度)；扩散燃烧时，由于燃料与空气边混合边燃烧，因而燃烧速度取决于混合速度。2)扩散燃烧时，要求过量空气系数≥1．2，并且在总体6．8(相当于空燃比大于100)的条件下也能稳定燃烧(稀燃)；而预混合燃烧时，＝0．8—1．2，可燃混合气浓度范围小，难以稀燃。3)扩散燃烧时，混合气浓度和燃烧温度分布极不均匀，易产生局部高温缺氧现象，形成炭烟；而预混合燃烧时，由于混合均匀，一般不产生炭烟。aa内燃机学第4章内燃机的换气过程HubeiAutomotiveIndustryInstitute湖北汽车工业学院汽车工程系HuBeiAutomotiveIndustriesInstituteDep.ofAutomobile4)扩散燃烧时，由于有炭烟产生，碳粒的燃烧会发出黄或白色的强烈辐射光，因此称“有焰燃烧”；而预混合燃烧时，无碳粒燃烧问题，火焰呈均匀透明的蓝色，因此也称“无焰燃烧”。5)预混合燃烧由于燃前已形成可燃混合气，有回火的危险；而扩散燃烧一般无此危险内燃机学第4章内燃机的换气过程HubeiAutomotiveIndustryInstitute湖北汽车工业学院汽车工程系HuBeiAutomotiveIndustriesInstituteDep.ofAutomobile（二）点燃式内燃机的燃烧正常燃烧过程内燃机学第4章内燃机的换气过程HubeiAutomotiveIndustryInstitute湖北汽车工业学院汽车工程系HuBeiAutomotiveIndustriesInstituteDep.ofAutomobile•(1)滞燃期-(图中1～2段)从火花塞点火(点1)至气缸压力明显脱离压缩线而急剧上升时(点2)的时间或曲轴转角•(2)急燃期-明显燃烧期(图中2～3段)从形成火焰中心到火焰传遍整个燃烧室，压力达到最高点。内燃机学第4章内燃机的换气过程HubeiAutomotiveIndustryInstitute湖北汽车工业学院汽车工程系HuBeiAutomotiveIndustriesInstituteDep.ofAutomobile•(3)后燃期(图中3点以后)，指明显燃烧期以后的燃烧，主要有火焰前锋后未及燃烧的燃料再燃烧。•汽油机正常燃烧过程是唯一地由定时火花点火开始，且火焰前锋以一定的正常速度传遍整个燃烧室。内燃机学第4章内燃机的换气过程HubeiAutomotiveIndustryInstitute湖北汽车工业学院汽车工程系HuBeiAutomotiveIndustriesInstituteDep.ofAutomobile（三）燃烧过程按已燃质量分量划分•火焰发展期•快速燃烧期•总燃烧期内燃机学第4章内燃机的换气过程HubeiAutomotiveIndustryInstitute湖北汽车工业学院汽车工程系HuBeiAutomotiveIndustriesInstituteDep.ofAutomobile（四）燃烧速率•燃烧速率是指单位时间燃烧的混合气量内燃机学第4章内燃机的换气过程HubeiAutomotiveIndustryInstitute湖北汽车工业学院汽车工程系HuBeiAutomotiveIndustriesInstituteDep.ofAutomobile紊流运动与火焰速度内燃机学第4章内燃机的换气过程HubeiAutomotiveIndustryInstitute湖北汽车工业学院汽车工程系HuBeiAutomotiveIndustriesInstituteDep.ofAutomobile（五）、着火界限或可燃范围•汽油：过量空气系数0.5——1.30内燃机学第4章内燃机的换气过程HubeiAutomotiveIndustryInstitute湖北汽车工业学院汽车工程系HuBeiAutomotiveIndustriesInstituteDep.ofAutomobile六、利用示功图获取燃烧特征参数•最高压力及其时刻•压力升高率•滞燃期•放热率曲线内燃机学第4章内燃机的换气过程HubeiAutomotiveIndustryInstitute湖北汽车工业学院汽车工程系HuBeiAutomotiveIndustriesInstituteDep.ofAutomobile（七）不同工况下燃烧过程热点1、点火提前角内燃机学第4章内燃机