汽車發(fā)動機原理第6章燃燒過程及混合氣形成-資料下載頁
2025-05-02 02:49本頁面
【正文】 ，稱為進(jìn)氣渦流。內(nèi)燃機中進(jìn)氣渦流的產(chǎn)生方法一般有 4種，即導(dǎo)氣屏、切向氣道、螺旋氣道及組合進(jìn)氣系統(tǒng)。圖 6－ 17給出了不同渦流產(chǎn)生方法的氣門口速度分布。 導(dǎo)氣屏設(shè)置在進(jìn)氣門上 ， 通過改變導(dǎo)氣屏的包角和安裝位置（ 角度 ） ， 可調(diào)節(jié)渦流強度 ， 渦流比 Ω＝ 0～ 4， 但阻力最大 ， 一般用于少數(shù)汽油機和試驗研究用發(fā)動機 。 切向氣道形狀簡單 ， 渦流比 Ω＝ 1～ 2， 適用于對渦流強度要求不高的發(fā)動機 。 螺旋氣道的形狀最復(fù)雜 ， 渦流比 Ω＝ 2～ 4， 同樣渦流比時的進(jìn)氣阻力小于切向氣道 ， 適用于對進(jìn)氣渦流強度要求較高的發(fā)動機 。 組合式進(jìn)氣系統(tǒng) ， 是指在 2個進(jìn)氣門的發(fā)動機上 ， 采用不同類型或不同角度的兩個進(jìn)氣道 ， 以組合所需要的渦流和流速分布 。 進(jìn)氣渦流在壓縮過程中 ， 一邊旋轉(zhuǎn)一邊被擠入燃燒室凹坑 。 設(shè)進(jìn)氣渦流比和壓縮終點時燃燒室凹坑內(nèi)的渦流比分別為 Ω和 Ωc， 根據(jù)動量關(guān)系 ， 則有式 （ 6－ 3） 。 2） 壓縮渦流 ：在渦流式燃燒室中 ， 而在壓縮過程中由主燃燒室經(jīng)連通道進(jìn)入渦流室時 ， 形成強烈的壓縮渦流 。 雖然這種產(chǎn)生渦流的方式不會帶來進(jìn)氣阻力增大和進(jìn)氣充量下降 ， 但形成壓縮渦流時會伴隨著不同程度的能量的損失 ， 而使循環(huán)熱效率降低 。 2． 擠流 擠流也是一種有效的缸內(nèi)氣體運動 ， 如圖 619所示 。 擠流強度取決于燃燒室凹坑喉口直徑 Dk與活塞直徑之比 ， 以及活塞頂間隙 S0。Dk和 S0越小 ， 則擠流強度越大 。 3． 滾流 在進(jìn)氣過程中形成的繞垂直于氣缸軸線的有組織的空氣旋流稱為滾流（ Tumble ） ，也稱為縱渦或橫軸渦流 。 三 ． 柴油機的混合氣形成方式 柴油機的混合氣形成方式可分為兩大類 ， 即空間霧化混合與壁面油膜蒸發(fā)混合 。 1． 空間霧化混合 將燃油噴射到空間進(jìn)行霧化 ， 通過燃油與空氣之間的相互運動和擴散 ， 在空間形成可燃混合氣的方式稱為空間霧化混合 。 1） 常用的空間霧化混合方式 直噴式柴油機中的混合氣形成方式如圖 621所示 ， 是一種 “ 油找氣 ”的混合方式 。 由于無進(jìn)氣渦流 ， 進(jìn)氣充量較高 ， 但混合氣濃度分布不均勻 。 圖 621 b則表示油和氣相互運動的混合氣形成方法 。 渦流強度與噴油射束的匹配是十分重要的 。 在非直噴式燃燒室中 ， 盡管也是空間混合方式 ， 但采用的是兩段混合方法 。 近年來出現(xiàn)的撞擊噴射 （ 將燃油高速噴向壁面產(chǎn)生撞擊 ） 基本也是一種空間混合方式 ， 通過噴油射束對不同形狀壁面的撞擊和反彈 ， 使油束的分布范圍擴大 ， 在渦流的作用下 ， 快速形成混合氣 。 2） 熱混合現(xiàn)象 在此旋流場中運動的質(zhì)點 ， 將受到 離心力 、 壓差引起的 向心推力 、 以及氣流對質(zhì)點運動的 粘性阻力 的綜合作用 。 由于液體油?；蛉加驼魵獾拿芏缺瓤諝獯?， 離心力將起主要作用 ， 呈向外運動的趨勢； 已燃?xì)怏w的密度比空氣小 ， 向心推力將起主要作用 ， 呈向內(nèi)運動趨勢 。 這種由于 在旋轉(zhuǎn)氣流中已燃?xì)怏w向燃燒室中心運動 、 而未燃燃料和新鮮空氣向外周運動 ， 由此促進(jìn)空氣與燃料混合的現(xiàn)象稱為熱混合現(xiàn)象 。 對于有強烈空氣渦流運動的燃燒過程進(jìn)行的高速攝影表明 ， 火焰是呈螺旋狀向內(nèi)卷吸運動 。 相反 ， 若燃油過分集中在燃燒室中心區(qū)域 （ 如噴油貫穿率不足 ） ， 由于該區(qū)域切向速度小 （ 離心力小 ） 難以使燃油粒子被拋向周邊區(qū)域與新鮮空氣混合 ， 同時又被已燃?xì)怏w包圍 ， 致使火焰被“ 鎖定 ” 在中心區(qū)域 ， 造成燃燒不完全 。 這種現(xiàn)象稱為 熱鎖現(xiàn)象 。 2． 壁面油膜蒸發(fā)混合 以球形燃燒室：燃油沿壁面順氣流噴射 ， 在強烈的渦流作用下 ， 在燃燒室壁面上形成一層很薄的油膜 。 在 較低的燃燒室壁溫控制下 ， 形成少量可燃混合氣；著火后 ， 使混合氣形成速度和燃燒速度加速 。 強烈的渦流還產(chǎn)生了上述熱混合作用，加強已燃?xì)怏w與未燃?xì)怏w的分離，使新鮮空氣向壁面運動，與燃油蒸氣混合燃燒；而已燃?xì)怏w向燃燒室中心集中，以脫離燃燒區(qū)域。 3． 兩種混合方式的對比 表 62列出了空間霧化混合和油膜蒸發(fā)混合的特點及對比。在空間霧化混合中，燃油的噴霧特 性對混合起決定性的作用。在滯燃期內(nèi)形成大量的可燃?xì)?，造成初期放熱率過大，壓力急劇升高，工作粗暴， NOX排放高。但如果減小滯燃期內(nèi)混合氣生成量，則勢必造成大量燃油在著火后的高溫高壓下蒸發(fā)混合，容易因空氣不足而裂解成碳煙。因此， 空間霧化混合方式盡管有較好高的熱效率，但碳煙、 NOX和燃燒噪聲均較高 。 油膜蒸發(fā)混合的指導(dǎo)思想是利用燃油蒸發(fā)速率控制混合氣生成速率，燃燒室壁面和空氣旋流起了主要作用。 第三節(jié) 汽油機理想混合氣特性及其制備原理 為滿足汽油機動力 、 經(jīng)濟(jì)性的要求 ， 不同工況時應(yīng)使用不同濃度的混合氣 。 滿足這一要求的混合氣過量空氣系數(shù) φa隨工況參數(shù)轉(zhuǎn)速 n和負(fù)荷 Pe的變化關(guān)系 ， 就是汽油機的理想混合氣特性 。 汽油機混合氣的制備都是以滿足這一基本要求為前提進(jìn)行的 。 汽油機混合氣的形成方式主要有 化油器式和汽油噴射式 兩大類型 。 后者又有進(jìn)氣管噴射 （ 包括氣門口的多點噴射和進(jìn)氣總管中的單點噴射 ） 和缸內(nèi)直接噴射之分 。 本節(jié)不涉及汽油機缸內(nèi)直噴 ， 負(fù)荷質(zhì)調(diào)節(jié)的那一類系統(tǒng) 。 一 ． 理想混合氣特性 功率混合氣與經(jīng)濟(jì)混合氣 理想混合氣的要求 （ 1） 經(jīng)濟(jì)混合氣及功率混合氣特性線 （ 2） 理想負(fù)荷特性線 二 ． 混合氣制備原理 傳統(tǒng)化油器和電控汽油噴射系統(tǒng)制備混合氣的原理有很大的差別 。 化油器則是利用喉管處進(jìn)氣氣流真空度引射汽油的方法進(jìn)行混合氣制備 。
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