内燃机混合气的形成精选PPT.ppt

内燃机混合气的形成第1页，此课件共27页哦内燃机缸内内燃机缸内气体运动方式气体运动方式涡流涡流挤流挤流滚流滚流湍流湍流第2页，此课件共27页哦 一、涡流一、涡流1、进气涡流、进气涡流 定定 义义：在进气过程中形成的，绕气缸轴线有：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。组织的气流运动，称为进气涡流。由于存在气流之间的内摩擦耗损和气流与缸由于存在气流之间的内摩擦耗损和气流与缸壁之间的摩擦，将使进气涡流在压缩过程逐渐壁之间的摩擦，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，约有衰减。一般情况下，在压缩终了时，约有1413的初始动量矩损失掉。的初始动量矩损失掉。当活塞接近于上止点，大量空气被迫进入当活塞接近于上止点，大量空气被迫进入位于活塞顶部的燃烧室内，使凹坑内的切线速位于活塞顶部的燃烧室内，使凹坑内的切线速度有所增加。度有所增加。第3页，此课件共27页哦o进气结束时，汽缸内旋流速度的分布表明，小于某一半径时，进气结束时，汽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，切线速度随半径的增加而增大，速度呈刚体流分布；越过速度呈刚体流分布；越过这一半径这一半径时，切线速度随半径的增加而减小，速度呈势流分布时，切线速度随半径的增加而减小，速度呈势流分布。当活塞接近上止点时，刚体流动明显增强，势流运动明显当活塞接近上止点时，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力刚体流。减弱，可以认为此时燃烧室凹坑内的旋流运动力刚体流。o进气过程所产生的旋流进气过程所产生的旋流可以持续到燃烧膨胀过程可以持续到燃烧膨胀过程。o在在柴油机柴油机上，进气涡流主要用于增强喷油油束与空气的混合，上，进气涡流主要用于增强喷油油束与空气的混合，提高燃油与空气混合速率，这有助于柴油机的快速燃烧。提高燃油与空气混合速率，这有助于柴油机的快速燃烧。o在在汽油机汽油机上，进气涡流主要用于增加火焰传播速率，实现快上，进气涡流主要用于增加火焰传播速率，实现快速燃烧。速燃烧。o进气涡流的大小由进气涡流的大小由进气道形状和发动机转速决定进气道形状和发动机转速决定。第4页，此课件共27页哦第5页，此课件共27页哦2、进气涡流、进气涡流的产生方法的产生方法采用带导气屏采用带导气屏采用带导气屏采用带导气屏的进气门的进气门的进气门的进气门切向气道切向气道螺旋气道螺旋气道第6页，此课件共27页哦(1)采用带导气屏的进气门 图51a 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。由图52b可知，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O的动量矩。第7页，此课件共27页哦 改变导气屏包角改变导气屏包角的大小和导气屏安装角的大小和导气屏安装角(OO 导气屏对导气屏对称中心线与气缸轴线的夹角，见图称中心线与气缸轴线的夹角，见图52b)的大小，均可改的大小，均可改变涡流强度。变涡流强度。角一般常选角一般常选80 120，角在角在90-270附附近可望形成较强的涡流近可望形成较强的涡流(两者产生的涡流转动方向相反两者产生的涡流转动方向相反)。第8页，此课件共27页哦第9页，此课件共27页哦第10页，此课件共27页哦 1)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。加，充量系数降低。2)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，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。本增加。3)3)气门盘刚度不均匀，变形大，气门在工作时又个能转动，使气门盘刚度不均匀，变形大，气门在工作时又个能转动，使气门容易偏磨，对气门密封不利。气门容易偏磨，对气门密封不利。导气屏缺点导气屏缺点第11页，此课件共27页哦 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个沿切向气道方向的速度 (图图5-2c)5-2c)。切向进气道结构简单，在对进气涡流要求低时，流动阻力不大，切向进气道结构简单，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。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。较大。(2)切向气道切向气道(图图51b)第12页，此课件共27页哦 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形成定强度的旋转，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，增加口速度分布的基础上，增加个切向速度，合成后的速度图个切向速度，合成后的速度图(图图5 52d)2d)是一个对称图形。是一个对称图形。除了螺旋气道本身形成的动量矩外，速度分布图对气缸中除了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。心不再形成动量矩了，这种气道称为纯螺旋气道。（3）螺旋气道）螺旋气道(图图51c)第13页，此课件共27页哦o事实上，由于在气缸盖上布置气道时，螺旋室事实上，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。气道中的空气旋转运动均由两部分组成。o采用强涡流螺旋气道燃烧室的性能与气道质量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位、气道出口和气门座圈的同心度等必须严格控制。控制。第14页，此课件共27页哦 为了增加进气充量，气道的流动阻力越小越好；为了增加进气充量，气道的流动阻力越小越好；为了增加进气充量，气道的流动阻力越小越好；为了增加进气充量，气道的流动阻力越小越好；气道的质量指标主要有流动阻力和涡流强度；气道的质量指标主要有流动阻力和涡流强度；气道的质量指标主要有流动阻力和涡流强度；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。希望在尽可能小的阻力下有足够的涡流强度。希望在尽可能小的阻力下有足够的涡流强度。希望在尽可能小的阻力下有足够的涡流强度。3气道的评定方法气道的评定方法第15页，此课件共27页哦在在稳流气道试验台稳流气道试验台(图图53)上评定涡流上评定涡流强度的方法基本相近，强度的方法基本相近，一般采用一般采用叶片风速仪叶片风速仪测量模拟气缸内涡流测量模拟气缸内涡流的转速或用角动量矩的转速或用角动量矩直接测出涡流的角动直接测出涡流的角动量，气体流量用量，气体流量用流量流量流量流量计计计计测定。测量方法一测定。测量方法一般采用般采用定压差法定压差法，在，在不同的气门升程下测不同的气门升程下测量叶片的转速和气体量叶片的转速和气体流量。流量。第16页，此课件共27页哦 为使不同形状和尺寸气道的流动特性具有对比性，采用为使不同形状和尺寸气道的流动特性具有对比性，采用无无量纲流量系数量纲流量系数评价不同气门升程下气道的阻力特性或评价不同气门升程下气道的阻力特性或流通能力，用流通能力，用无量纲涡流数无量纲涡流数无量纲涡流数无量纲涡流数评价不同气门行程下气道形评价不同气门行程下气道形成涡流的能力。成涡流的能力。第17页，此课件共27页哦Q为试验测得的为试验测得的实际空气流量实际空气流量A为气门座内截面面积为气门座内截面面积无量纲流量系数定义无量纲流量系数定义为流过气门座为流过气门座的实际空气流量的实际空气流量与理论空气流量之比与理论空气流量之比dv为气门为气门座内径座内径n为进气门数目为进气门数目0为理论进气速度为理论进气速度为进气道压力降，一为进气道压力降，一般取般取2.5kPa为气门为气门座处气体座处气体的密度的密度(kgm3)Ricardo方方法法第18页，此课件共27页哦Ricardo无量纲涡流数无量纲涡流数NR为为:D为缸径为缸径0为理论为理论进气速度进气速度为叶片旋转为叶片旋转为叶片旋转为叶片旋转角速度角速度角速度角速度第19页，此课件共27页哦Ricardo涡流比 为为叶片旋转为叶片旋转为叶片旋转为叶片旋转角速度角速度角速度角速度e为叶片旋转为叶片旋转为叶片旋转为叶片旋转角速度角速度角速度角速度第20页，此课件共27页哦二、挤流二、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。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。挤流在挤流强度主要由挤气面积和挤气间隙的大小决定。挤流在汽油机上得到了广泛的应用，汽油机紧凑型燃烧室都利用汽油机上得到了广泛的应用，汽油机紧凑型燃烧室都利用较强的挤流运动，以增强燃烧室内的湍流强度，促进混合较强的挤流运动，以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，使其进一步和气缸内的有助于将燃烧室内的混合气流出，使其进一步和气缸内的空气混合燃烧，对改善燃烧和降低排放十分有利。空气混合燃烧，对改善燃烧和降低排放十分有利。缩口缩口形燃烧室形燃烧室就是充分利用了较强的挤流和逆挤流。就是充分利用了较强的挤流和逆挤流。就是充分利用了较强的挤流和逆挤流。就是充分利用了较强的挤流和逆挤流。第21页，此课件共27页哦缩口型燃烧室缩口型燃烧室第22页，此课件共27页哦在压缩过程中形成的有组织的旋转空气运动，称为压缩涡流压缩涡流。如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人涡流室中，形成有组织的旋流运动，这种压缩涡流可促进喷入涡流室中的燃料与空气的混合，涡流大小由涡流室形状、通道尺寸、位置和角度决定。第23页，此课件共27页哦三、滚流和横轴涡流三、滚流和横轴涡流o在进气过程中形成的，绕垂直于气缸轴线的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，称为有组织的空气旋流，称为滚流或横轴涡流滚流或横轴涡流。滚流较适宜于在四气门汽油机上使用，滚流在压滚流较适宜于在四气门汽油机上使用，滚流在压缩过程中其动量衰减较少。当活塞接近于上止点缩过程中其动量衰减较少。当活塞接近于上止点时，大尺度的滚流将破裂成众多小尺度的涡，使时，大尺度的滚流将破裂成众多小尺度的涡，使湍流强度和湍流动能增加，大大提高火焰传播速湍流强度和湍流动能增加，大大提高火焰传播速率，改善发动机性能率，改善发动机性能(图图54)。第24页，此课件共27页哦第25页，此课件共27页哦 在四气门汽油机中，在两个进气道的一个进气道中安装旋流控在四气门汽油机中，在两个进气道的一个进气道中安装旋流控在四气门汽油机中，在两个进气道的一个进气道中安装旋流控在四气门汽油机中，在两个进气道的一个进气道中安装旋流控制阀，通过改变旋流控制阀的开度，即可形成不同角度的斜制阀，通过改变旋流控制阀的开度，即可形成不同角度的斜制阀，通过改变旋流控制阀的开度，即可形成不同角度的斜制阀，通过改变旋流控制阀的开度，即可形成不同角度的斜向旋流，斜向旋流可以认为是由进气涡流和滚流两部分组成向旋流，斜向旋流可以认为是由进气涡流和滚流两部分组成向旋流，斜向旋流可以认为是由进气涡流和滚流两部分组成向旋流，斜向旋流可以认为是由进气涡流和滚流两部分组成的。滚流在近几年来获得了广泛的应用，特别是在缸内直喷的。滚流在近几年来获得了广泛的应用，特别是在缸内直喷的。滚流在近几年来获得了广泛的应用，特别是在缸内直喷的。滚流在近几年来获得了广泛的应用，特别是在缸内直喷汽油机上具有十分重要的地位。汽油机上具有十分重要的地位。汽油机上具有十分重要的地位。汽油机上具有十分重要的地位。第26页，此课件共27页哦 在气缸内形成的无规则的气流运动称为在气缸内形成的无规则的气流运动称为湍流湍流。采用。采用统计的方法定义湍流特性参数，在统计定常的湍流场中，统计的方法定义湍流特性参数，在统计定常的湍流场中，某方向上的当地瞬时流速某方向上的当地瞬时流速U U可以写为可以写为 (5-6)式中，为式中，为平均速度平均速度；u(t)为流速的脉动分量。为流速的脉动分量。（5-7）式中，式中，为时间；为时间；t0为起始时间。为起始时间。湍流强度湍流强度定义为脉动速度分量的均方根值，即定义为脉动速度分量的均方根值，即 （5-8）此外，还使用此外，还使用些些长度尺度和时间尺度长度尺度和时间尺度长度尺度和时间尺度长度尺度和时间尺度表征湍流特性，表征湍流特性，四、湍流四、湍流第27页，此课件共27页哦