内燃机中的气体流动作业

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。

热力学中的理想气体循环过程

热力学中的理想气体循环过程是指理想气体在进行一系列压力、体积、温度变化的过程中所形成的循环。这一过程在工程领域中有着广泛的应用，例如内燃机、制冷空调系统等。本文将介绍热力学中的理想气体循环过程的基本概念、类型及其应用。

1. 理想气体循环过程的基本概念

理想气体循环过程是指理想气体在经历一系列变化后，回到起始状态的过程。理想气体循环过程可分为四个阶段，即吸热、绝热膨胀、放热和绝热压缩。

2. 理想气体循环过程的类型

常见的理想气体循环过程包括卡诺循环、布雷顿循环和奥托循环等。

2.1 卡诺循环

卡诺循环是理想气体循环过程中效率最高的循环过程。它由两个绝热过程和两个等温过程组成。在卡诺循环中，气体从高温热源吸收热量，经过绝热膨胀降温，然后放热给低温热源，在经过绝热压缩升温后回到高温热源。

2.2 布雷顿循环

布雷顿循环是蒸汽机常用的循环过程。它由一个等压加热、一个绝热膨胀、一个等压放热和一个绝热压缩组成。在布雷顿循环中，气体在等压加热过程中吸收热量，然后经过绝热膨胀、等压放热和绝热压缩，回到初始状态。

2.3 奥托循环

奥托循环是内燃机常用的循环过程，也被用于汽油发动机。它由一个绝热压缩、一个等容加热、一个绝热膨胀和一个等容放热组成。在奥托循环中，气体在绝热压缩过程中升温，然后通过等容加热，绝热膨胀和等容放热返回初始状态。

3. 理想气体循环过程的应用

理想气体循环过程在工程领域中有着广泛的应用。以下是几个常见应用的例子：

3.1 内燃机

奥托循环被广泛应用于内燃机中，包括汽油发动机和柴油发动机。在内燃机中，奥托循环是发动机的工作循环，通过气体的压力和体积变化实现功的转换。

3.2 制冷空调系统

制冷空调系统中的制冷循环使用了理想气体循环过程。在制冷循环中，工质（例如制冷剂）经历蒸发、压缩、冷凝、膨胀等过程，在不同的状况下实现能量的转移，从而实现空调制冷的效果。

3.3 太阳能发电系统 太阳能发电系统中的热力循环通常采用卡诺循环。在太阳能发电系统中，太阳能辐射提供了高温热源，通过卡诺循环将太阳能转化为电能。

- 1 - 内燃机工作循环的四个冲程

内燃机是一种将燃料燃烧产生的热能转化为机械能的装置。它是现代工业中的重要发明之一，广泛应用于汽车、飞机、船舶、发电机等领域。内燃机的工作原理基于燃料的燃烧和气体的膨胀，而这个过程被称为“循环”。

内燃机的工作循环由四个冲程组成，它们是：进气冲程、压缩冲程、燃烧冲程和排气冲程。这四个冲程的顺序是固定的，每个冲程都有特定的任务。在这篇文章中，我们将详细介绍内燃机工作循环的四个冲程，以及它们的作用。

一、进气冲程

进气冲程是内燃机工作循环的第一个冲程。在这个冲程中，活塞向下移动，气门打开，进气门打开，新鲜的空气和燃料被吸入到气缸中。这个过程是通过曲轴的旋转来完成的。曲轴连接杆和活塞一起工作，将活塞向下推动。这个过程中，气缸内的压力降低，因为活塞的下降增加了气缸的容积，从而吸入更多的空气和燃料。

进气冲程的主要作用是将空气和燃料引入气缸中。这些燃料和空气的比例被称为“混合气”。混合气的质量对内燃机的性能和效率有很大影响。如果混合气的比例不正确，燃料将无法完全燃烧，从而浪费燃料和降低功率。因此，进气冲程的正确执行对内燃机的性能至关重要。

二、压缩冲程

压缩冲程是内燃机工作循环的第二个冲程。在这个冲程中，活塞 - 2 - 向上移动，气门关闭，进气门关闭，混合气被压缩。这个过程中，气缸内的压力增加，因为活塞的上升减少了气缸的容积。这个过程中，混合气被压缩到非常高的压力和温度。这种高压和高温的混合气将燃烧产生的热能转化为机械能。

压缩冲程的主要作用是将混合气压缩到一定的压力和温度。这种压缩可以增加燃料的燃烧效率，从而提高内燃机的性能和效率。压缩比是衡量内燃机性能的一个重要指标，它是进气冲程和压缩冲程中气缸容积的比值。压缩比越高，内燃机的性能和效率越高。

三、燃烧冲程

燃烧冲程是内燃机工作循环的第三个冲程。在这个冲程中，混合气被点燃，燃料燃烧产生高温高压的气体。这个过程中，活塞被推向下方，从而产生机械能。燃烧冲程的主要作用是将燃料的化学能转化为机械能。

内燃机做功原理

内燃机是一种将燃料在气缸内燃烧产生的能量转化为机械能的装置。内燃机的工作原理是通过燃料的燃烧产生高温高压气体，使气缸内的活塞做往复运动，最终将热能转化为机械能。

内燃机的工作过程可以分为四个基本步骤：进气、压缩、燃烧和排气。首先，在进气阶段，活塞向下运动，气缸内的进气门打开，新鲜空气通过进气道进入气缸。接下来，活塞向上运动，进气门关闭，气缸内的空气被压缩。在压缩阶段，气缸内的压力和温度会显著升高，为燃烧创造条件。

当活塞接近顶点时，燃料通过喷油器喷入气缸内，并与空气混合。此时，火花塞产生一个火花，引燃混合气体，开始燃烧阶段。燃烧产生的高温高压气体推动活塞向下运动，这是内燃机做功的关键步骤。燃烧产生的气体压力将活塞推向曲轴，曲轴转动带动机械装置工作，如汽车的车轮转动。

在排气阶段，活塞再次向上运动，气缸内的废气通过排气门排出。整个工作循环完成后，内燃机会继续进行下一轮的工作。

内燃机做功的原理可以通过热力学和流体力学来解释。在压缩阶段，气缸内的空气受到压力的作用，体积减小，温度和密度增加。这种压缩作用会增加燃烧时的能量释放，并提高燃烧效率。而在燃烧阶段，燃料的燃烧会产生大量的热能，使气体的压力和温度迅速升高，从而推动活塞做功。

内燃机的做功效率受到多种因素的影响。首先是燃料的选择和燃烧效率。高质量的燃料和良好的燃烧条件可以提高内燃机的功率输出。其次是进气和排气系统的设计。良好的进气和排气系统可以提高气缸内气体的流动性，增加燃烧效率。此外，内燃机的设计和制造质量也会对功率输出产生影响。

总的来说，内燃机做功的原理是通过燃料的燃烧产生高温高压气体，推动活塞做往复运动，将热能转化为机械能。内燃机的工作过程可以分为进气、压缩、燃烧和排气四个基本步骤。内燃机做功的效率受到多种因素的影响，包括燃料选择、燃烧效率、进气和排气系统的设计以及内燃机的制造质量等。通过不断改进内燃机的设计和技术，可以提高其功率输出和能源利用效率。