内燃机混合气的形成和燃烧上
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。
柴油机可燃混合气的形成
柴油机可燃混合气的形成一、前言柴油机是一种利用压燃混合气燃烧的内燃机，与汽油机相比，其燃料为柴油，且没有点火系统。
在柴油机中，可燃混合气的形成过程十分重要，因为它决定了发动机的工作效率和排放物质的产生量。
本文将详细介绍柴油机可燃混合气的形成过程。
二、柴油喷射系统柴油喷射系统是柴油机中实现燃料喷射和混合气形成的关键部件。
其主要由高压泵、喷嘴、压力调节器和喷雾器等组成。
高压泵将柴油加压到高压状态，并通过喷嘴将其喷入气缸中，在高温高压下与空气混合形成可燃混合气。
三、空气滤清器空气滤清器是防止空气中杂质进入发动机的装置。
它通常采用纸质或聚酯纤维等材料制成，可以有效地过滤掉空气中的灰尘、颗粒物和其他污染物质，保证发动机的正常运行。
四、进气道进气道是将空气引入发动机的通道，其内部通常包括空气滤清器、节流门和增压器等部件。
空气首先通过空气滤清器被过滤，然后经过节流门控制进气量，并最终通过增压器增加压力，以提高可燃混合气的密度和温度。
五、喷油嘴喷油嘴是柴油喷射系统中的核心部件之一。
它通过高压泵将柴油喷入气缸中，在高温高压下与空气混合形成可燃混合气。
喷油嘴的结构和工作原理对可燃混合气的形成和燃烧过程有着重要影响。
六、燃料过滤器燃料过滤器是防止柴油中杂质进入发动机的装置。
它通常采用纸质或聚酯纤维等材料制成，可以有效地过滤掉柴油中的杂质和水分，保证发动机的正常运行。
七、可燃混合气的形成过程在柴油机中，可燃混合气的形成过程可以分为以下几个阶段：1. 空气进入气缸：空气首先通过空气滤清器和进气道进入发动机的气缸中。
2. 压缩空气：随着活塞向上运动，空气被压缩并加热。
这使得可燃混合气的密度和温度都得到了提高。
3. 燃油喷射：当活塞接近顶死点时，喷油嘴开始将柴油喷入气缸中。
柴油在高温高压下迅速雾化，并与空气混合形成可燃混合气。
4. 燃烧过程：当柴油与空气混合后，它们会在高温高压下自燃并产生爆发式反应。
这将产生大量的能量，并推动活塞向下运动，从而驱动发动机工作。
第三章第4节 可燃混合气的形成
分隔式
涡流室 复杂
空间雾化 为主
预燃室 复杂
空间雾化
压缩涡流
要求较低 轴针式 10～15 大 难 16～20 低 <5000 <100
燃烧涡流
要求低 轴针式 8～13
最大 最难 18～22
低 <3500 160～200
要求高 多孔6～12
20～40 小
容易 12～15
高 <1500 >200
半开式
一般 空间雾化 为主（进气
涡流） 进气涡流
较强 要求较高 多孔4～6 18～25
较小 较易
16～18
高 <4000 <150
球形 一般
油膜蒸发
进气涡流 最强 一般
单孔或双孔 17～19 较小 难 17～19 较低 <2500 90～130
室壁面上，靠强烈的进气涡流将燃油在燃烧室壁面上摊布成
一层很薄的油膜，油膜受热逐层蒸发并与空气混合。
优点:燃烧柔和、无烟。
但是对空气涡流要求较高，适用于半开式(或球形)燃烧
室的小型高速柴油机。
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二、影响混合气形成的因素
燃油 雾化质量
影响可燃混合 气形成的因素
燃烧室内空气 涡动情况
压缩终点 气缸热状态
优点：工作柔和，燃烧噪声
小，排烟少，过量空气系数
小，对燃油品质适应性强。
缺点：起动性能差（燃油雾
化差），变负荷性能差，高
低速运转性能差别大，在大
缸径上应用困难。
仅限于某些小型高速柴油机。
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4、涡流室式燃烧室（主、副燃烧室）
燃油全部喷入副燃烧室， 空气沿通道进入副燃烧室， 形成可燃混合气并燃烧。
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。
内燃机工作原理
内燃机工作原理内燃机是一种将化学能转化为机械能的热机，是现代社会最常用的动力装置之一。
它的工作原理是通过燃烧燃料使气体产生膨胀，从而推动活塞进行往复运动，将化学能转化为机械能。
内燃机主要分为两种类型：汽油发动机和柴油发动机。
两者的工作原理有所不同，下面将分别介绍。
汽油发动机的工作原理是利用汽油的爆炸能力来推动活塞运动。
在发动机的气缸内，燃油和空气混合物被喷入，并在活塞上升时被压缩。
当活塞达到顶点时，火花塞产生火花，将混合物点燃，发生爆炸。
爆炸产生的高温高压气体使活塞向下运动，产生动力。
同时，废气被排出，准备进行下一次循环。
柴油发动机的工作原理与汽油发动机类似，不同之处在于燃烧过程。
在柴油发动机中，燃油与空气分别在高压下进入气缸，活塞上升时被压缩。
当活塞接近顶点时，柴油喷油嘴喷出的燃油进入气缸中，并因为高压而被立即气化。
混合物达到点火温度后，自燃爆发。
爆炸产生的高温高压气体推动活塞向下运动，提供动力。
内燃机工作原理的核心是“四个过程”：进气、压缩、燃烧和排气。
在进气过程中，活塞向下运动，气缸内充满了混合气。
在压缩过程中，活塞向上运动，将混合气压缩为高压状态。
在燃烧过程中，混合气被点燃，产生高温高压气体，推动活塞向下运动。
在排气过程中，排气门打开，废气被排出，准备进行下一个循环。
内燃机的工作效率受到很多因素的影响，如燃料的质量、燃烧过程的完全性和机械摩擦的损耗等。
为了提高内燃机的效率，人们不断对其进行改进。
例如，采用高压直喷技术、进气增压技术和电喷技术等。
除了汽车，内燃机还广泛应用于船舶、飞机和发电机等领域。
然而，随着环境保护意识的增强，人们对内燃机的排放和能源消耗等问题越来越关注。
因此，发展绿色环保的替代能源和新型动力装置成为了当前的研究热点。
总结而言，内燃机的工作原理是通过燃烧燃料使气体膨胀，从而推动活塞进行往复运动，将化学能转化为机械能。
无论是汽油发动机还是柴油发动机，其工作原理基本相似，都包括了进气、压缩、燃烧和排气四个过程。
简述柴油机混合气的形成和燃烧过程的主要特点
简述柴油机混合气的形成和燃烧过程的主要特点
柴油机混合气的形成和燃烧过程的主要特点如下：
1. 混合气形成：柴油机燃烧采用的是直接喷射燃油的方式，燃油通过喷油嘴喷入到气缸内，然后与空气混合形成混合气。
相比汽油机的预混合气形式，柴油机的混合气是在气缸内形成的。
2. 混合气浓度高：柴油机的混合气浓度通常较为高，可达到14：1到25：1。
这是因为柴油机所使用的燃油具有较高的能
量密度，可以同时实现更高的压缩比和更高的燃烧温度。
3. 自燃点高：柴油机的混合气具有较高的自燃点。
由于混合气浓度高和燃油的特性，混合气需要达到一定的温度才能自发燃烧。
这有助于控制燃烧过程，防止发动机产生异常燃烧。
4. 点火方式不同：柴油机的燃烧是通过压燃来实现的，而非火花点火。
燃油喷入气缸后由于高压和高温的作用，使得燃油迅速氧化分解，产生大量的热量和高压气体。
然后，由于压燃的作用，燃料自燃并瞬间燃烧。
5. 燃烧时间长：相比于汽油机的快速燃烧，柴油机的燃烧过程时间较长。
这是因为在柴油机燃料的压燃条件下，燃烧速度较慢，需要一定时间来完成。
6. 黑烟排放：由于柴油机燃烧的特性，其排放中容易产生黑烟。
黑烟是不完全燃烧的产物，主要由碳颗粒组成。
为了减少黑烟排放，需要控制燃烧过程，提高燃烧效率。
总体而言，柴油机混合气的形成和燃烧过程具有混合气浓度高、自燃点高、点火方式不同、燃烧时间长和黑烟排放等特点。
这些特点决定了柴油机在燃烧效率、功率输出和排放控制等方面与汽油机有着不同的特性。
内燃机第十讲
二、缸内气体运动的作用
内燃机缸内空气运动对混合 气的形成和燃烧过程有决定性影 响。 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 对柴油机而言，它可以促进燃烧过程 中空气与未燃燃料的混合（热混合作 用），提高燃烧速率。
缸内气体运动对柴油机的作用
３带导气屏气门：
这种进气门在阀盘的上方 有一突起的凸耳，即导气屏。安 装时应使导气屏保持在一定角度。 由于导气屏的阻导作用，可使新 气在缸内产生一定的涡旋运动。 但是，由于导气屏的阻力较大， 将使充量系数降低，而且必须有 一套固定导气屏位置的装置，使 结构复杂化，气门易于发生偏磨， 减短气门寿命，现已少用。
五、燃烧涡流
燃烧涡流是指燃烧过程中产 生的涡流，如果燃烧过程中出现 压力不均匀，就会发生气体从高 压区向低压区的流动。现代分隔 式分层充气汽油机和分隔式柴油 机都采用了燃烧涡流的效应：
六、滚流
在进气过程中形成的， 垂直于 气缸轴线的有组织的空气旋流，称 为滚流或横轴涡流.
为了达到愈来愈严格 的经济性和排放标准所进 行的稀燃、高废气再循环 率(EGR)和降低怠速转速 的研究与气缸内的气流运 动密切有关。与此同时， 发现在使用双进气门的场 合，传统的进气涡流，它 不大可能持续保存到上止 点附近。
第十讲2011年4月14日
内燃机缸内的气体流动 内燃机混合气的形成和燃烧
内燃机缸内的气体流动
一 、气缸内的气体流动？？ 二、缸内气体运动的作用 三、涡流(Swirl) 四、挤流 五、燃烧涡流 六、滚流 七、湍流
一 、气缸内的气体流动
内燃机气缸内的流动十分复杂， 是典型的三维不定常气流，发动机的 结构参数(进气管路，气门机构，燃烧 室结构等)以及运转参数(转速，进、排 气管内的压力等)都对气缸内的气体流 动产生影响。 随着内燃机转速的提高， 允许内燃机在缸内混合和燃烧的时间 缩短，因此，要求完成混合和燃烧的 时间也应随之缩短；
内燃机基本知识以及混合气形成原理
发动机运动学基础
1
发动机摩擦和噪声
分析发动机摩擦和噪声产生的原因和影响。
2
振动
讨论发动机振动的问题，以及如何减少振动。
3
动平衡
发动机动平衡的重要性以及实现动平衡的方法。
发动机几何参数
1
缸径和行程
介绍缸径和行程对发动机性能的影响。
压缩比
2
压缩比对燃烧效率和动力输出的影响。
排气系统
排气过程和系统的作用和工作原理。
发动机燃烧过程
燃烧原理
发动机燃烧的基本原理和燃烧室的设计。
失火原因
分析发动机混合气失火的原因，并提供解决方法。
发动机进气系统
1 空气滤清器和进气道设计要点
介绍空气滤清器的作用和进气道的设计要点。
2 混合气形成
不同混合气形成方法的原理和影响因素。
点火系统
1 点火系统原理和分类
内燃机基本知识以及混合 气形成原理
介绍内燃机的基本概念、分类及应用场景，以及发动机的结构、运行工作过 程、运动学和热力学基础等。
发动机结构与工作过程
燃油系统
燃油供应和喷射，液化气、氢气和CNG的混合气 形成原理。
冷却系统
发动机冷却的原理和工作过程，以及影响冷却 效果的因素。
润滑系统
发动机润滑的重要性，润滑系统的构成和作用。
3
曲柄轴
讨论曲柄轴的设计和材Βιβλιοθήκη 选择。内燃机分类及应用场景
汽油发动机
广泛应用于轿车和小型卡车。
柴油发动机
多用于重型卡车、大型船舶和农用车辆。
天然气发动机
可用于公交车、城市清扫车和商用车辆。
氢能发动机
被认为是未来的发动机技术，用于环保和可持续能 源领域。
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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。
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。
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。
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。
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。
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。
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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：
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
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。
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
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。
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)