内燃机原理内燃机的燃烧

第五章 内燃机混合气的形成和燃烧

5．1内燃机缸内的气体流动

缸内气流运动对混合气形成和燃烧过程的影响，从而影响动力性、经济性、燃烧噪声、排放等。

一、涡流

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。主要由进气道形状和发动机转速决定。

产生方法：1、带导气屏的进气门；2、切向气道；3、螺旋气道。

评价方法：气道稳流试验台；Ricardo方法；

流量系数：定义为流过气门座的实际空气流量与理论空气流量比0FQCAv

涡流强度：叶片风速仪或涡流动量计。

流体计算软件（CFD）；激光测量方法。

二、滚流

在进气过程中形成的绕气缸轴线垂直线旋转的有组织的空气旋流，称为滚流或横轴涡流。

作用：增强压缩末期的湍流强度和湍流动能。

是汽油机实现稀薄燃烧的重要手段，四气门蓬顶形燃烧室汽油机。

斜轴涡流：既有绕气缸轴线旋转的横向分量，也有绕气缸轴线垂直线旋转的纵向分量。

三、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流。增强燃烧室内的湍流强度。

四 湍流

在气缸中形成的无规则的气流运动称为湍流，是一种不定常气流运动。分为：气流流过固体表面时产生的壁面湍流和同一流体不同流速层之间产生的自由湍流。 ()()UtUut

五、热力混合

在旋转气流中火焰向燃烧室中心运动，又将中心部分的新鲜空气挤向外壁，促进空气与未燃燃料混合的作用称为热力混合作用。

5.2 点燃式内燃机的燃烧

一、预混燃烧与扩散燃烧的概念

在燃烧过程中，如果混合过程比燃烧反应要快得多或者在火焰到达之前燃料与空气已充分混合，这种可燃混合气的燃烧为预混燃烧。主要包括汽油机和气体燃料发动机。

柴油机的大部分燃料是在着火后喷入气缸的，它处于一边与空气混合、一边燃烧的情况下，由于混合过程比反应速率慢，燃烧速率由混合过程控制，这就是扩散燃烧。

二、点火过程： （1）击穿阶段：火花塞电极在很高的电压（10～15kV）作用下击穿电极间隙内的混合气，离子化气体通道，峰值电流高达200A。

一、内燃机的构造和有关名词

为了说明内燃机的工作原理，首先介绍一下内燃机的构造和有关名词。柴油机的主体部分为圆柱的气缸体4，在气缸体内有上下移动的圆柱形活塞，为了防止燃烧气体泄漏，在活塞上装有密封气体的活塞环。气缸体的上部为气缸盖，在气缸盖上进气通道和排气通道以及进气门和排气门，进、排气门之间装有喷油器。活塞中部装有活塞销，通过它与连杆上部相接，连杆下部连接曲轴，通过曲轴末端的飞轮输出功率。

内燃机在工作时活塞处于上下两个极端位置示意图。

（1）上止点（又叫上死点）——活塞顶面位移到距离曲轴中心线最远时的位置。

（2）下止点（又叫下死点）——活塞顶面位移到距离曲轴中心线最近时的位置。

（3）活塞冲程（又叫活塞行程）——活塞的上止点与下止点间的距离，单位为毫米。活塞移动一个行程时，曲轴旋转半圈（180度）。因此，活塞冲程等于曲柄半径的两倍。

（4）燃烧室容积（又叫压缩室容积）——活塞在上止点时，活塞顶以上（包括活塞顶部的凹坑）和气缸盖底部（包括气缸盖内部的辅助燃烧室）之是所构成空间的容积，单位为升。

（5）气缸工作容积——活塞在上下止点位置时其间的气缸容积，单位为升。

（6）发动机排量——一台内燃机各个气缸工作容积之和（对单缸内燃机其排量就是气缸工作容积），单位为升。

（7）气缸总容积——活塞在下止点位置时，活塞上部所有密封容积，单位为升。

气缸总容积=燃烧室容积+气缸工作容积

（8）压缩比——气缸总容积与燃烧室容积的比值

压缩比=气缸总容积

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燃烧室莼?BR> 压缩比表示活塞由下止点移到上止点时，气体在气缸内被压缩的程度。压缩比越大，压缩时气体在气缸内被压缩得就越高。柴油机压缩比的范围一般为16～20。汽油机压缩比的范围一般为6～8。

二、内燃机的工作原理

内燃机的工作原理是利用燃料在气缸内燃烧产生的热能，通过气体受热膨胀推动活塞移动，再经过连杆传递到曲轴使其旋转做功。

1

1.内燃机性能有哪些？

答：动力性，经济性，可靠耐久性，使用维修性，排放噪声性，加工工艺性。

2.内燃机如何分类？分为几类？

答：1按实现循环的方式分1四冲程内燃机2二冲程内燃机

2按燃料种类分1液体燃料2气体燃料

3按点火方式分1外然点火2压燃点火

4按混合气形式分1外源2内源

5按压缩比分1高2低

6按循环加热方式分1定额加热循环2定压加热循环3混合加热循环

7按调节符合方式分1量调节（汽油）2质调节（柴油）

8按进气方式1增压2非增压

9按用途分

10按冷却方式分1水冷2风冷

11按气缸排列方式分1直到 2V W 3水平

3.试比较活塞式内燃机的各种理论循环？

答：1ε和q1相同 q1v=q1=q1p

q2vηt>ηtp

2ε和q2相同 q2v=q2=q2p

q1v>q1>q1p ηtv>ηt>ηtp

3Pmax和Tmax相同 q2v=q2=q2p

q1v

123

结论：1对于点燃式内燃机ε相同时定容循环最高。 2对于压燃式内燃机一般高速内燃机应接混合循环工作接近定容。

3对于高增压内燃机，受机件强度设计，定压循环热效率最高。

4.简述四行程内燃机的实际循环？并画出P-φ图，如何评定内燃机的实际循环？

答：四冲程内燃机是曲轴旋转两周完成一个实际工作循环是有进气，压缩，燃烧，膨胀，排气五个过程组成。

1进气过程：活塞由上止点向下止点移动，此时进气门打开，排气门关闭。

2压缩过程：活塞由下止点向上止点移动，此时进气门均关闭，汽缸内工质由于受到压缩，温度，压力都不断上升。

3燃烧过程：活塞运动到在上止点附近，此时进排气门均关闭。

4膨胀过程：进排气门关闭，高温高压的工质推动活塞由上止点向下止点移动，达到做功的目的，随后气缸内的压力和温度均迅速降低。

5排气过程：活塞由下止点向上止点移动，排气门打开，将气缸内的废气排出。发动机的实际工作过程是实际循环的周而复始。评定内燃机的实际循环主要控制点火提前角的大小和进排气门的时间等。

内燃机工作特点是，燃料在气缸内燃烧，所产生的燃气直接推动活塞

作功。下面，以图示的汽油机为例加以说明。

开始，活塞向下移动，进气阀开启，排气阀关闭，汽油与空气的混合气进入气缸。当活塞到达最低位置后，改变运动方向而向上移动，这时进排气阀关闭，缸内气体受到压缩。压缩终了，电火花塞将燃料气点燃。燃料燃烧所产生的燃气在缸内膨胀，向下推动活塞而作功。当活塞再次上行时，进气阀关闭，排气阀打开，作功后的烟气排向大气。重复上述压缩、燃烧，膨胀，排气等过程，周期循环，不断地将燃料的化学能转化为热能，进而转换为机械能。

内燃机工作原理简述

内燃机（Internal combustion engine）是一种热机，它将液体或气体燃料与空气混合后，直接输入机器内部燃烧产生热能再转化为机械能。

内燃机具有体积小、质量小、便于移动、热效率高、起动性能好的特点。但是内燃机一般使用石油燃料，同时排出的废气中含有害气体的成分较高。

往复活塞式内燃机的工作腔称作气缸，气缸内表面为圆柱形。在气缸内作往复运动的活塞通过活塞销与连杆的一端铰接，连杆的另一端则与曲轴相连，构成曲柄连杆机构。因此，当活塞在气缸内作往复运动时，连杆便推动曲轴旋转，或者相反。同时，工作腔的容积也在不断的由最小变到最大，再由最大变到最小，如此循环不已。气缸的顶端用气缸盖封闭。在气缸盖上装有进气门和排气门，进、排气门是头朝下尾朝上倒挂在气缸顶端的。通过进、排气门的开闭实现向气缸内充气和向气缸外排气。进、排气门的开闭由凸轮轴控制。凸轮轴由曲轴通过齿形带或齿轮或链条驱动。进、排气门和凸轮轴以及其他一些零件共同组成配气机构。通常称这种结构形式的配气机构为顶置气门配气机构。现代汽车内燃机无一例外地都采用顶置气门配气机构。构成气缸的零件称作气缸体，支承曲轴的零件称作曲轴箱，气缸体与曲轴箱的连铸体称作机体。 甲，基本术语

1. 工作循环

活塞式内燃机的工作循环是由进气、压缩、作功和排气等四个工作过程组成的封闭过程。周而复始地进行这些过程，内燃机才能持续地作功