第六章熄灭过程及混合气构成6.1实践发动机的熄灭过程及放热规律熄灭过程对发动机动力性、经济性和排放特性等主要特性有艰苦影响。本节基于示功图和熄灭放热规律，对汽油机和柴油机的熄灭过程进展引见和分析，并对两者的熄灭过程特征进展对比。一汽油机熄灭过程普通将汽油机熄灭过程分为三个阶段：着火落后期、明显熄灭期、后燃期。1着火落后期由火花塞跳火的A点到气缸压力线脱离紧缩线的B点所界定的时期称为着火落后期，其长短用着火落后时间i或着火落后角i来表示。电火花在上止点前ig角点火提早角跳火，可燃混合气按高温单阶段方式着火后，经过一个阶段构成稳定的火核。此时，压力和温度升高，缸内气体压力开场脱离紧缩压力线，这标志着火落后期终了。普通i约为10-20。构成火核的时间往往在B点之前，但在实践中难以测定，因此普通都以B点作为确定着火落后期的标志。也有的资料中以熄灭放热量的1%-10%内的某一数值着火落后期的标准，可见它是一个工程概念。假设能保证汽油机正常任务，着火落后期的长短对汽油机性能影响不大，这一点与柴油机不同，由于汽油机性能主要取决于何时着火而不是何时点火。对着火落后期的要求主要是要稳定并尽能够短。稳定是指每循环中的i长短不要离散过大，这就使B点的位置相对稳定，由此使最高熄灭压力pmax所对应的角度相对稳定，发动机循环动摇率见后述不致于过大。所谓i尽能够短是由于，过长会使i的大小不稳定。思索到pmax出如今上止点稍后为最正确时辰，普通使B点出如今上止点前12-15较为适宜。2明显熄灭期由B点到C点的期间称为明显熄灭期，在此期间，火焰由火焰中心传播至整个熄灭室，约90%的燃料被烧掉。随熄灭的进展，缸内温度和压力很快升高，并到达最高熄灭压力pmax，普通将pmax作为明显熄灭期的终点。pmax及压力升高率dp/d是与发动机性能亲密相关的两个熄灭特性参数。汽油机的最高熄灭压力pmax普通小于5.0MPa。pmax高，普通会使循环热效率和循环功添加，但机械负荷及热负荷也会随之添加。pmax出现的时间也非常重要，普通希望pmax出如今上止点后1015。出现过早，那么混合气着火必然过早，引起紧缩过程负功添加；过晚那么预膨比上升，等容度下降，循环热效率下降，同时散热损失也上升，如图6-2所示。如前所述，pmax出现的位置可用点火提早角ig来控制。压力升高率dp/d在实践中往往有两种表示方式，一种是最大压力升高率dp/dmax；另一种是平均压力升高率dp/d，其定义为dp/d=pc-pb/c-b6-1压力升高率是表征内燃机熄灭等容度和粗暴度的目的。压力升高率越高，那么熄灭等容度越高，这对动力性和经济性是有益的；但会使熄灭噪声及振动添加，同时也是氮氧化物增高的重要缘由见后述。普通汽油机的平均压力升高率为dp/d=0.20.4MPa/，也有资料上引荐最正确范围为dp/d=0.170.25MPa/，这时综合性能比较好。3后燃期由C点到D点的期间称为后燃期。在C点时，火焰前锋面已传播到熄灭室壁面，整个熄灭室被火焰充溢。由于90%左右的熄灭放热已完成，因此继续熄灭的是火焰前锋面扫过后未完全熄灭的燃料以及壁面及其附近的未燃混合气；另外，高温裂解产生的CO，HO等成分，在膨胀过程中随温度下降又部分化合而放出热量。由于熄灭放热速率下降，加之气体膨胀作功，使缸内压力很快下降。为保证高的循环热效率和循环功，应使后燃期尽能够短。普通要求整个熄灭继续期在40-60CA。二柴油机熄灭过程柴油机的熄灭过程要比汽油机复杂的多，往往要同时借助于实测的示功图和熄灭放热率曲线进展分析。如图6-3所示，柴油机的熄灭过程可分为4个时期，即着火落后期滞燃期、速燃期、缓燃期和后燃期分别对应图中1、2、3、4阶段。1着火落后期滞燃期图6-3中由喷油始点A到气缸压力线与紧缩线脱离点B对应的时期称为着火落后期，或称滞燃期。随紧缩过程的进展，缸内空气压力和温度不断升高，在上止点附近气体温度高达600以上，高于燃料在当时压力下的自燃温度。在A点被喷入气缸的柴油，阅历一系列复杂的物理化学过程，这包括雾化、蒸发、分散、与空气混合等物理预备阶段，以及低温多阶段着火的化学预备阶段，在空燃比、压力、温度以及流速等条件适宜处，多点同时着火，随着火区域的扩展，缸内压力和温度升高，并脱离紧缩线。与汽油机一样，实践着火点应该在B点之前，用熄灭放热速率曲线或高速摄影等方法可以更准确地断定着火点。如图6-3所示，由于柴油汽化吸热，呵斥在着火前dQB/d曲线出现负值，一旦开场熄灭放热，dQB/d很快由负变正。因此可以取dQB/d明显上升前第1个极小值点，或dQB/d=0点作为着火点，这在曲线上比示功图的B点容易断定。普通柴油机的着火落后角i=812，着火落后时间i=0.73ms。与汽油机不同的是，柴油机着火落后期长短会明显影响滞燃期内喷油量和预制混合气量的多少，从而影响柴油机的熄灭特性、动力经济性、排改特性以及噪声振动，必需准确控制。2速燃期由B点开场的压力急剧上升的BC段，称为速燃期，C点是熄灭放热率变缓的突变点。由于在着火落后期内作好燃前预备的非均质预混合气多点大面积同时着火，而且是在活塞接近上止点时气缸容积较小的情况下发生，因此气体温度、压力及dp/d都急剧升高，熄灭放热速率dQB/d很快到达最高值。dp/d的大小对柴油机性能有至关重要的影响，普通柴油机dp/d=0.20.6MPa/，直喷式柴油机的较大，约为dp/d=0.40.6MPa/。从提高动力性和经济性的角度，希望dp/d大一些为好，但dp/d过大会使柴油机任务粗暴；噪声明显添加；运动零部件遭到过大冲击载荷，寿命缩短；过急的压力升高会导致温度明显升高，使氮氧化物生成量明显添加。为兼顾柴油机运转平稳性，dp/d不宜超越0.4MPa/；而为了抑制氮氧化物的生成，dp/d还应更低。与汽油机不同的是，柴油机dp/d的大小主要取决于着火落后期内构成的可燃混合气的多少，而可燃混合气的生成量要受着火落后期内放射燃料量的多少、着火落后期的长短、燃料的蒸发混合速度、空气运动、熄灭室外形和燃料物化特性等多种要素的影响。图6-4是各种非增压直喷高速柴油机的dp/dmax和pmax与滞燃期的关系，两者均随滞燃期的增长而线性增长。以后的章节中我们将经常讨论dp/d和pmax的控制问题。由于在速燃期参与熄灭的主要是在着火落后期内构成的可燃混合气，因此也称这一时期为“预混合熄灭阶段。值得指出的是，这种预混合气体是在极短时间内构成的，实践是一种非均质预混合气，即第5章中所引见的油滴群的熄灭，与汽油机的均质预制混合气熄灭并不完全一样。随着大量在着火落后期内生成的可燃混合气熄灭殆尽，熄灭放热速率暂时降至较低程度，出现图6-3中曲线上的谷点C，以此作为速燃期和预混合熄灭阶段的终了点要比示功图上的C点容易判别。速燃期中，累积放热率可达20-30%。3缓燃期由C点到出现最高熄灭压力的D点，称为缓燃期。在此期间，参与熄灭的是速燃期内未熄灭的燃料和缓燃期内喷入的燃料。特别是后续喷入燃料，边蒸发混合，边以高温单阶段方式着火参与熄灭。由于汽缸内温度的急剧升高，蒸发混合速度明显加快，加之后续喷油速率的上升，使放热速率dQB/d再次加速，出现柴油机熄灭特有的“双峰景象。这一阶段熄灭放热速率的大小取决于油气相互分散混合速度，因此也称为分散熄灭阶段或可控熄灭阶段。可以说，dQB/d曲线的双峰，第1个峰对应预混合熄灭阶段，而第2个峰那么对应分散熄灭阶段。但小负荷时由于喷油量少并在着火落后期内就停顿，往往并不出现“双峰景象。柴油机的最高熄灭压力pmax普通为5-9MPa，增压柴油机有能够大于10MPa。同汽油机一样，普通希望pmax出如今上止点后1015，这样可以获得较好的动力性和经济性。但与汽油机不同的是，C点的位置不仅取决于喷油提早角fj，也取决于着火落后期和速燃期的长短。缓燃期终了时，累积放热率可达80%左右，燃气温度可达1700-2000。普通要求缓燃期不要过长，否那么会使等容度下降，后膨比上升，循环热效率下降。即缓燃期不要缓燃，而应越快越好。加快缓燃期熄灭速度的关键是加快混合气构成速率。4后燃期从缓燃期终点D到燃料根本熄灭终了累计放热率X95%的E点称为后燃期。由于柴油机混合气构成时间短，油气混合极不均匀，总有一些燃料不能及时熄灭，拖到膨胀期间继续熄灭，特别是在高负荷时，过量空气少，后燃景象比较严重。后燃期内的熄灭放热，由于远离上止点进展，热量不能有效利用，并添加了散热损失，使柴油机经济性下降。此外，后燃还添加了活塞组的热负荷以及使排气温度升高。因此，应尽量缩短后燃期，减少后燃所占的百分比。柴油机熄灭时，空气是过量的，只是混合不匀呵斥部分缺氧。因此，加强缸内气体运动，可以加速后燃期的混合气构成和熄灭速度，而且会使碳烟及不完全熄灭成分加速氧化。三合理的熄灭放热规律图6-3上已示出实测的柴油机放热规律。汽油机放热规律变化不大，对性能的影响也不如柴油机那样多样和明显，所以普通文献资料中讨论柴油机放热规律居多。1放热规律三要素指的是熄灭放热始点相位、放热继续时期和放热率曲线的外形三个要素。放热规律始点决议了放热率曲线距紧缩上止点的位置，在继续期和放热率外形不变的前提下，也就决议了放热率中心指放热率曲线包围的面心距上止点的位置。如前所述，这一要素对循环热效率、压力升高率和熄灭最大压力都有艰苦影响。放热继续时期的长短，一定程度上是实际循环等压放热预膨胀比值大小的反映。显然这是决议循环热效率的一个极为关键的要素。对有害排放量也有较大的影响。放热规律的外形决议了前后放热量的比例，对噪声dp/d、振动和排放量都有很大的影响。在放热始点和循环喷油量不变条件下，外形的变化，既影响放热曲线面心的位置，也影响放热继续期的长短，间接对循环热效率等性能目的产生影响。2.理想的熄灭放热规律及其控制(1)放热始点的要求及控制无论汽油机还是柴油机，都希望放热始点的位置能保证最大熄灭压力pmax出如今上止点后1015。为此汽油机经过点火提早角ig，柴油机经过喷油提早角inj的变化以及着火落后期长短来加以调控。由于各工况的着火落后期不一样，所以每个工况都有其最正确的ig角或inj角。图6-5是任一工况的ig或inj角对动力、经济性目的Pe、be的影响曲线。最正确角度条件下，能获得最大Pe和最小be值。此曲线叫做点火提早角或喷油提早角的调理特性线。1汽油机的点火提早规律对于汽油机，最正确ig角将随转速的上升而加大，称为转速提早；而又随进气管真空度的上升负荷下降而加大，称为真空提早。图6-6表示了最正确ig在n及负荷变化时的变化规律。这是由于，在节气门开度不变时，各个转速的着火落后期均变化不大。但转速上升后，一样落后期所占的转角将正比添加，于是高转速时的着火落后角显著加大。为保证最大压力点相位大致不变，必定要加大ig角。在转速不变时，随着节气门的减小，进气管真空度上升，剩余废气系数r将加大，使得熄灭速度下降。这样，着火落后期和熄灭继续期都加大，就要求点火提早以保证加热中心接近上止点位置。化油器式汽油机设有机械的转速和真空提早安装来保证上述要求。电控汽油放射机型那么直接靠点火提早角的MAP图来加以准确控制。2柴油机的喷油提早规律柴油机要求转速及负荷都提早。转速提早的缘由与汽油机类似，即油量调理杆位置不变时，高转速的着火落后角要比低转速大得多；再加上喷油继续角和相应的熄灭继续角也都加大这是喷油特性所决议的，所以要求转速提早。但是转速不变喷油量加多时，主要由于喷油继续角的加大也要求适当提早。这一点与汽油机负荷减小时的真空提早正好相反。传统的车用柴油机普通都装有自动喷油提早器来完成转速提早的功能。因负荷提早量较小，普通未予控制。电控柴油机那么可经过提早角的MAP图进展二者的准确控制。3柴油机着火落后期滞燃期的影响要素柴油机虽然可经过fj的调控而到达合理的着火位置，但同时也要求尽能够缩短着火落后期以减少滞燃期中的予喷油量。经过大量实验，总结出滞燃期i的半阅历公式(6-1)由公式(6-1)可知，缩短滞燃期的主要要素是提高喷油初期熄灭室中的温度与压力。普通直喷式柴油机i=0.7ms3ms，车用柴油机那么在1ms左右；非直喷柴油机i=0.6ms1.5ms那么。车用增压柴油机由于进气温度提高，致使紧缩终了温度也添加，结果i缩短到0.4ms1.0ms，这是它dp/d下降、噪声降低的主要缘由。选择喷油始点的位置也非常重要。喷油始点假设在上止点前不远，那么缸内温度及压力均达紧缩冲程的较大值，此时i会减小。喷油过早，i会上升，再加上放热中心向前移，会使噪声大大添加；喷油过晚，虽然i也会上升，但因放热中心后移，总的使噪声下降。2放热继续期的要求及控制放热继续期原那么上是越短越好。汽油机普通为4050，柴油机普通小于5060。对于汽油机，放热继续期主要取决于火焰传播速度和火花塞到熄灭室最远点的熄灭间隔两大要素。火焰传播速度取决于燃料及可燃混合气特性、熄灭室中层流或湍流的气流特性以及熄灭室中剩余废气系数r等影响燃速的要素。后者那么主要取决于熄灭室几何外形、火花塞位置等构造要素。掌握这一思绪，就可以分析各个参数的详细影响，后文中会多处提到。对于柴油机，放热继续期首先取决于喷油继续角的大小，这是显而易见的。喷油时间愈长那么分散熄灭时期愈长。其次取决于分散熄灭期内混合气构成的快慢和完善程度。喷油再快，混合气构成跟不上也不能缩短熄灭时间；混合气构成不完善就会拖延后燃时间。以上两个环节又受诸多要素的影响，将在后面有关燃油放射和混合气构成一节详加表达。3放热规律曲线外形的影响及控制放热规律外形的影响比较复杂，为便于定性分析，普通假定四种柴油机简单的放热率图形，见图6-7，并据此计算出各自的示功图a、b、c和d曲线。图中，假定四种放热规律都在上止点开场放热，放热总量一样，继续期均为40 。曲线a的放热外形初期放热多，dp/d值最大，pcmax达8MPa。此时的循环热效率为it为52.9%，是四种方案中的最高值。曲线d的放热外形那么相反，放热速率前缓后急，dp/d和pcmax都最低，it也最小为45.4%。这种外形对降低噪声、振动和NOx排放有明显效果。曲线b和c那么介于二者之间。实践发动机的放热率外形取决于不同的机型、不同的熄灭和混合气构成方式以及对性能的详细要求。在一定条件下，可采取一定措施加以调控。汽油机普通具有类似图6-7曲线d的形放热率外形。这是由球状的火焰传播特点所决议的。熄灭初期，熄灭速度、范围及压力、温度都较小，放热率低；熄灭中、后期，锋面球面积扩展，温度和压力也累聚上升，故放热率加大。详细放热率外形还受熄灭室外形的影响，这在后文熄灭室的引见中将加以阐明。汽油机放热率的这一特点决议了它的噪声、振动小，熄灭最大压力低等一系列特性。实践汽油机由于继续期比柴油机短，所以图6-7d例中it虽低，并不能成为热效率比柴油机低的缘由。直喷式柴油机两阶段熄灭的特点，决议了它的放热率曲线更接近图6-7a曲线外形。因此噪声、振动大，迸发压力高，同时对it也较有利。为了改良直喷式柴油机放热率曲线所引起的不利影响，应经过喷油气流熄灭室的相互协调来加以改动和控制。例如近代在喷油系统中作了假设干努力，在不增长喷油继续期的前提下尽能够降低初期喷油率。由于初期喷油量的减少，使放热率的第一个峰值下降，和pcmax都相应降低。有关柴油机“油气室三结合改善性能的内容将在后文中多处提及。总之，为了兼顾发动机的各种性能，合理的熄灭过程应作到：着火点位置要适宜；熄灭继续期不过长；放热率曲线宜先缓后急。对于柴油机那么更详细为：滞燃期要缩短；速燃期不过急；缓燃期要加快；后燃期不过长。四柴油机与汽油机熄灭过程的对比表6-1中列出了柴油机与汽油机熄灭过程主要特点对比，这些差别导致了在动力性、经济性、排放特性等各种性能方面的差别。第二第二节柴油机燃油放射及混合气构成原理柴油机燃油放射及混合气构成原理柴油机的熄柴油机的熄灭速度取决于混合气构成速度，混合气构速度取决于混合气构成速度，混合气构成要成要阅历燃料放射燃料放射-雾化化-汽化汽化-混合复混合复杂的的过程，程，还有熄有熄灭中的再混合中的再混合问题。这个个过程并不是越急越好，而程并不是越急越好，而应根据根据动力、力、经济、排放以及噪声振、排放以及噪声振动等性能的要求，等性能的要求，对其其进展合展合理的控制。理的控制。这种控制是种控制是经过对燃油放射系燃油放射系统、进气系气系统、熄、熄灭室室以及三者之以及三者之间的合理匹配的合理匹配进展的。展的。一一喷油系油系统与与喷油特性油特性1喷油系油系统1927年，德国年，德国Bosch公司开公司开场消消费以螺旋槽柱塞旋以螺旋槽柱塞旋转方式方式调理供油量的机械式理供油量的机械式喷油油泵，任，任务原理不断沿用至今。原理不断沿用至今。典型的柴油机供油系典型的柴油机供油系统中心部分是由中心部分是由喷油油泵、喷油器和高油器和高压油路，又称油路，又称为喷油系油系统。对喷油系统的要求是：对喷油系统的要求是：1能能产产生生足足够够高高的的喷喷油油压压力力、以以保保证证燃燃料料良良好好的的雾雾化化混混合合熄熄灭灭，这包括雾化质量喷雾粒度及均匀性和空间分布；这包括雾化质量喷雾粒度及均匀性和空间分布；2实实现现所所要要求求的的喷喷油油规规律律，以以保保证证合合理理的的熄熄灭灭放放热热规规律律和和良良好好的综合性能；的综合性能；3准准确确控控制制每每循循环环的的喷喷油油量量，且且各各缸缸间间的的喷喷油油量量和和喷喷油油时时间间一一样，即到达均量、均时的要求；样，即到达均量、均时的要求；4在各种工况下防止出现异常放射景象。在各种工况下防止出现异常放射景象。2喷油泵常见的柴油机喷油泵：柱塞式直列泵和转子分配泵两类。直列泵包括直列多缸泵、单体泵和泵喷咀系统，多用于大、中型车用柴油机上图6-9。转子式分配泵系统有端面凸轮驱动的VE泵系统图6-10和内凸轮驱动的径向对置柱塞系统，多用于轿车和轻型车用柴油机。与直列泵相比，分配泵具有构造紧凑、体积小、分量轻、能在高转速下任务的优点，但难以到达较高的供油压力，并且对燃油质量要求较高。近代柴油机电控燃油放射技术的开展中，开发了一种与常规柱塞脉动喷油原理不同的共轨CommonRail喷油系统，将在第三篇中加以引见。3喷油器油器喷油器可分油器可分为孔式孔式喷油器和油器和轴针式式喷油器两油器两类。孔孔式式喷油油器器普普通通用用于于直直喷式式熄熄灭室室，喷孔孔的的数数目目、孔孔径径及及放放射射角角度度等等设计参参数数要要视详细的的熄熄灭室室外外形形和和空空气气运运动而而定定。普普通通针阀升程升程为0.20.45mm;对D150mm、较强进气气涡流流的的直直喷式式熄熄灭室室，喷孔孔数数为45，孔孔径径为0.20.4mm；而而对较大大缸缸径径并并不不组织进气气涡流流的的直直喷式式熄熄灭室室，喷孔孔数数为612个个。孔孔径径过小小，那那么么加加工工困困难，并并容容易易引引起起积炭炭堵塞。堵塞。轴针式式喷油油器器普普通通用用于于非非直直喷式式熄熄灭室室，有有规范范轴针式式StandardPintleNozzle和和节流流轴针式式ThrottlePintleNozzle两两种种。经过针阀头部部在在喷孔孔内内的的上上下下运运动，可可起起到到防防止止积炭炭堵堵塞塞的的自自洁作作用用。轴针式式喷油油器器的的孔孔径径普普通通为0.81.5mm，针阀升升程程为0.41.0mm。喷孔流通截面积喷孔流通截面积与针阀升程的关系称与针阀升程的关系称为喷油器的流通特性。为喷油器的流通特性。4燃油放射过程图6-12表示燃油放射过程中喷油泵端压力pH、喷油器端压力pn以及针阀升程h的变化过程。整个过程普通分为:放射延迟阶段、主放射阶段和放射终了阶段。5供油规律与喷油规律单位凸轮轴转角或单位时间由喷油泵供入高压油路中的燃油量称为角供油速率或供油速率。单位凸轮轴转角或单位时间由喷油器喷入熄灭室内的燃油量称为角喷油速率或喷油速率。qp、qn分别表示到c或t时辰为止的循环供油量或喷油量。图图6-15给给出出了了供供油油规规律律和和喷喷油油规规律律的的图图形形。供供油油规规律律可可由由凸凸轮轮和柱塞的几何尺寸计算出，也称几何供油规律。和柱塞的几何尺寸计算出，也称几何供油规律。喷油规律虽然由供油规律决议，但两者之间存在明显不同：喷油规律虽然由供油规律决议，但两者之间存在明显不同：1始点普通差别始点普通差别812度；度；2喷油继续时间较供油继续时间长；喷油继续时间较供油继续时间长；3最大喷油速率较最大供油速率低，其外形有明显畸变；最大喷油速率较最大供油速率低，其外形有明显畸变；4循环喷油量也低于循环供油量。循环喷油量也低于循环供油量。两两者者的的差差别别主主要要原原因因于于：燃燃油油的的可可紧紧缩缩性性、压压力力波波传传播播滞滞后后、压力动摇、高压容积变化。压力动摇、高压容积变化。喷喷油油规规律律不不断断是是柴柴油油机机熄熄灭灭和和性性能能优优化化中中的的重重要要内内容容。常常用用的的实验测定方法有压力升程法和实验测定方法有压力升程法和Bosch波许长管法。波许长管法。6异常放射景象异常放射景象喷喷油油系系统统内内的的压压力力高高变变化化快快，喷喷油油峰峰值值压压力力往往往往高高达达数数十十甚甚至至100MPa以以上上，而而谷谷值值压压力力由由于于出出油油阀阀减减压压容容积积的的作作用用往往往往低低至至零零甚甚至至出出现现真真空空。由由此此容容易易呵呵斥斥二二次次放放射射、断断续续放放射射、隔隔次次放放射射以以及及穴蚀等异常放射景象的出现。穴蚀等异常放射景象的出现。为防止异常放射景象：为防止异常放射景象：1应尽能够缩短高压油管长度，减小高压容积，以降缓压力动应尽能够缩短高压油管长度，减小高压容积，以降缓压力动摇；摇；2合理选择喷油系统的参数，如喷油泵柱塞直径、凸轮型线、合理选择喷油系统的参数，如喷油泵柱塞直径、凸轮型线、出油阀构造及尺寸、出油阀减压容积、高压油管内径及壁厚、喷油出油阀构造及尺寸、出油阀减压容积、高压油管内径及壁厚、喷油器喷孔尺寸、喷油器开启压力等。器喷孔尺寸、喷油器开启压力等。二内燃机缸内气流运动内燃机缸内的气流运动方式：涡流、挤流、滚流等方式，被分别或组合运用于不同的熄灭系统。1涡流缸内的涡流运动不断是柴油机混合气构成的主要手段，但近年来，汽油机为实现稀薄熄灭也开场运用涡流。可分为进气涡流和紧缩涡流。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目的。1进气涡流在进气过程中构成的绕气缸轴线旋转的有组织的气流运动，称为进气涡流。内燃机中进气涡流的产生方法普通有4种，即导气屏、切向气道、螺旋气道及组合进气系统。图617给出了不同涡流产生方法的气门口速度分布。导气气屏屏设置置在在进气气门上上，经过改改动导气气屏屏的的包包角角和和安安装装位位置置角角度度，可可调理理涡流流强度度，涡流流比比04，但但阻阻力力最最大大，普普通通用用于少数汽油机和于少数汽油机和实验研研讨用用发动机。机。切切向向气气道道外外形形简单，涡流流比比12，适适用用于于对涡流流强度度要要求求不高的不高的发动机。机。螺螺旋旋气气道道的的外外形形最最复复杂，涡流流比比24，同同样涡流流比比时的的进气阻力小于切向气道，适用于气阻力小于切向气道，适用于对进气气涡流流强度要求度要求较高的高的发动机。机。组合合式式进气气系系统，是是指指在在2个个进气气门的的发动机机上上，采采用用不不同同类型或不同角度的两个型或不同角度的两个进气道，以气道，以组合所需求的合所需求的涡流和流速分布。流和流速分布。进气气涡流流在在紧缩过程程中中，一一边旋旋转一一边被被挤入入熄熄灭室室凹凹坑坑。设进气气涡流流比比和和紧缩终点点时熄熄灭室室凹凹坑坑内内的的涡流流比比分分别为和和c，根根据据动量关系，那么有式量关系，那么有式63。2紧缩涡流流：在在涡流流式式熄熄灭室室中中，而而在在紧缩过程程中中由由主主熄熄灭室室经连通通道道进入入涡流流室室时，构构成成剧烈烈的的紧缩涡流流。虽然然这种种产生生涡流流的的方方式式不不会会带来来进气气阻阻力力增增大大和和进气气充充量量下下降降，但但构构成成紧缩涡流流时会会伴随着不同程度的能量的伴随着不同程度的能量的损失，而使循失，而使循环热效率降低。效率降低。2挤流挤流也是一种有效的缸内气体运动，如图6-19所示。挤流强度取决于熄灭室凹坑喉口直径Dk与活塞直径之比，以及活塞顶间隙S0。Dk和S0越小，那么挤流强度越大。3滚流滚流在在进进气气过过程程中中构构成成的的绕绕垂垂直直于于气气缸缸轴轴线线的的有有组组织织的的空空气气旋旋流流称称为为滚滚流流Tumble ，也也称称为为纵纵涡涡或或横轴涡流横轴涡流。三柴油机的混合气构成方式三柴油机的混合气构成方式柴柴油油机机的的混混合合气气构构成成方方式式可可分分为两两大大类，即即空空间雾化化混混合合与与壁壁面油膜蒸面油膜蒸发混合。混合。1空空间雾化混合化混合将将燃燃油油放放射射到到空空间进展展雾化化，经过燃燃油油与与空空气气之之间的的相相互互运运动和分散，在空和分散，在空间构成可燃混合气的方式称构成可燃混合气的方式称为空空间雾化混合。化混合。1常用的空常用的空间雾化混合方式化混合方式直直喷式式柴柴油油机机中中的的混混合合气气构构成成方方式式如如图6-21所所示示，是是一一种种“油油找找气气的的混混合合方方式式。由由于于无无进气气涡流流，进气气充充量量较高高，但但混混合合气气浓度度分布不均匀。分布不均匀。图6-21b那那么么表表示示油油和和气气相相互互运运动的的混混合合气气构构成成方方法法。涡流流强度与度与喷油射束的匹配是非常重要的。油射束的匹配是非常重要的。在在非非直直喷式式熄熄灭室室中中，虽然然也也是是空空间混混合合方方式式，但但采采用用的的是是两两段混合方法。段混合方法。近近年年来来出出现的的撞撞击放放射射将将燃燃油油高高速速喷向向壁壁面面产生生撞撞击根根本本也也是是一一种种空空间混混合合方方式式，经过喷油油射射束束对不不同同外外形形壁壁面面的的撞撞击和和反反弹，使油束的分布范，使油束的分布范围扩展，在展，在涡流的作用下，快速构成混合气。流的作用下，快速构成混合气。2热混合景象在此旋流场中运动的质点，将遭到离心力、压差引起的向心推力、以及气流对质点运动的粘性阻力的综协作用。由于液体油粒或燃油蒸气的密度比空气大，离心力将起主要作用，呈向外运动的趋势；已燃气体的密度比空气小，向心推力将起主要作用，呈向内运动趋势。这种由于在旋转气流中已燃气体向熄灭室中心运动、而未燃燃料和新颖空气向外周运动，由此促进空气与燃料混合的景象称为热混合景象。对于有剧烈空气涡流运动的熄灭过程进展的高速摄影阐明，火焰是呈螺旋状向内卷吸运动。相反，假设燃油过分集中在熄灭室中心区域如喷油贯穿率缺乏，由于该区域切向速度小离心力小难以使燃油粒子被抛向周边区域与新颖空气混合，同时又被已燃气体包围，致使火焰被“锁定在中心区域，呵斥熄灭不完全。这种景象称为热锁景象。2壁面油膜蒸发混合以球形熄灭室：燃油沿壁面顺气流放射，在剧烈的涡流作用下，在熄灭室壁面上构成一层很薄的油膜。在较低的熄灭室壁温控制下，构成少量可燃混合气；着火后，使混合气构成速度和熄灭速度加速。剧烈的涡流还产生了上述热混协作用，加强已燃气体与未燃气体的分别，使新颖空气向壁面运动，与燃油蒸气混合熄灭；而已燃气体向熄灭室中心集中，以脱离熄灭区域。3两种混合方式的对比两种混合方式的对比表表6-2列列出出了了空空间间雾雾化化混混合合和和油油膜膜蒸蒸发发混混合合的的特特点点及及对对比比。在在空空间间雾雾化化混混合合中中，燃燃油油的的喷喷雾雾特特性性对对混混合合起起决决议议性性的的作作用用。在在滞滞燃燃期期内内构构成成大大量量的的可可燃燃气气，呵呵斥斥初初期期放放热热率率过过大大，压压力力急急剧剧升升高高，任任务务粗粗暴暴，NOX排排放放高高。但但假假设设减减小小滞滞燃燃期期内内混混合合气气生生成成量量，那那么么势势必必呵呵斥斥大大量量燃燃油油在在着着火火后后的的高高温温高高压压下下蒸蒸发发混混合合，容容易易因因空空气气缺缺乏乏而而裂裂解解成成碳碳烟烟。因因此此，空空间间雾雾化化混混合合方方式式虽虽然然有有较较好好高高的的热热效效率率，但碳烟、但碳烟、NOX和熄灭噪声均较高和熄灭噪声均较高。油油膜膜蒸蒸发发混混合合的的指指点点思思想想是是利利用用燃燃油油蒸蒸发发速速率率控控制制混混合气生成速率，熄灭室壁面和空气旋流起了主要作用。合气生成速率，熄灭室壁面和空气旋流起了主要作用。第三第三节汽油机理想混合气特性及其制汽油机理想混合气特性及其制备原理原理为满足汽油机足汽油机动力、力、经济性的要求，不同工况性的要求，不同工况时应运运用不同用不同浓度的混合气。度的混合气。满足足这一要求的混合气一要求的混合气过量空气系量空气系数数a随工况参数随工况参数转速速n和和负荷荷Pe的的变化关系，就是汽油机化关系，就是汽油机的理想混合气特性。汽油机混合气的制的理想混合气特性。汽油机混合气的制备都是以都是以满足足这一一根本要求根本要求为前提前提进展的。展的。汽油机混合气的构成方式主要有化油器式和汽油放射汽油机混合气的构成方式主要有化油器式和汽油放射式两大式两大类型。后者又有型。后者又有进气管放射包括气气管放射包括气门口的多点放口的多点放射和射和进气气总管中的管中的单点放射和缸内直接放射之分。点放射和缸内直接放射之分。本本节不涉及汽油机缸内直不涉及汽油机缸内直喷，负荷荷质调理的那一理的那一类系系统。一理想混合气特性一理想混合气特性1、功功率率混混合合气气与与经经济济混合气混合气2、理想混合气的要求、理想混合气的要求1经经济济混混合合气气及及功功率混合气特性线率混合气特性线2理想负荷特性线理想负荷特性线二混合气制备原理二混合气制备原理传传统统化化油油器器和和电电控控汽汽油油放放射射系系统统制制备备混混合合气气的的原原理理有有很很大大的的差差别别。化化油油器器那那么么是是利利用用喉喉管管处处进进气气气气流流真真空空度度引引射射汽汽油油的的方方法法进进展展混合气制备。混合气制备。