正常燃烧是指，火花塞点火生成火焰核，且火焰核逐步向混合气中传播，通过良好燃烧使压力上升后，全部混合气完全燃烧结束的状态。图5-22 火焰传播过程①第一期间：火花塞产生火花生成火焰核到正时燃烧开始的区间，称为点火延迟期间。图5-24 不同火花塞间隙初始火焰核的变化2.质量燃烧率虽然火焰传播仅在预混合气燃烧时出现，但在对燃烧进行解释时，比起火焰速度多以质量燃烧率进行计算。......
2023-06-28
缸内燃烧过程剖析
【摘要】：燃烧过程初期，如图6.40所示，电热塞点火后，偏心轴转角转过5°后电热塞附近的火焰核心都已经形成且形成多个火核。而随着燃烧过程的进行，在上止点前20°偏心轴转角时，电热塞附近的火焰已开始大面积传播且NO浓度急剧增加，如图6.41所示。缸内的平均压力变化过程如图6.45所示，缸内压力与表征燃烧剧烈程度的中间产物的变化相关，因为燃烧反应的剧烈程度在上止点后达到最大值，所以缸内压力的峰值在上止点后出现最大值。
图6.39所示为转子发动机在压缩阶段后期点火时刻附近的缸内流场变化过程，其中每个分图的上半幅图为气缸中心截面上的流线图，下半幅图为气缸内部的流线图。由图6.40可看出，在上止点前60°偏心轴转角，缸内的滚流被压缩到了燃烧室中后部的下端面附近，而上端面附近主要以单向流为主。随着缸内容积的减小，在上止点前40°偏心轴转角由于压缩作用滚流进一步破碎，并且其作用面积进一步减小。到了上止点前20°偏心轴转角滚流基本消失，缸内全部以单向流为主。
燃烧过程初期，如图6.40（a）所示，电热塞点火后，偏心轴转角转过5°后电热塞附近的火焰核心都已经形成且形成多个火核。从图6.40（b）中可以看到，随着火核的形成，火核附近的温度升高，因此此处的NO浓度也开始增加。而随着燃烧过程的进行，在上止点前20°偏心轴转角时，电热塞附近的火焰已开始大面积传播且NO浓度急剧增加，如图6.41所示。由于在点火前电热塞附近是均匀的单向流，所以火焰沿特征体表面的轴线是对称发展的，燃烧室前侧的火焰锋面面积大于向后侧传播的火焰锋面面积，这与气流集中于燃烧室凹坑有着很大的关联。除此之外，在燃烧室的前尖端两侧也有火核的形成，由此可能导致发动机缸内的非正常燃烧。
图6.39 不同时刻流线图
（a）上止点前60°偏心轴转角；（b）上止点前40°偏心轴转角；（c）上止点前20°偏心轴转角
图6.40 缸内温度场和NO浓度（上止点前60°偏心轴转角）
（a）温度场；（b）NO浓度
图6.41 缸内温度场和NO浓度（上止点前40°偏心轴转角）
（a）温度场；（b）NO浓度
燃烧阶段中期，由图6.42图可以看到，此时燃烧室内火焰主要集中于燃烧室凹坑区域，到了上止点时缸内的流场都以单向流为主，并且由于凹坑的存在，燃烧室后部的大部分气流都汇集到了凹坑内，然后从凹坑内流向燃烧室前部。向前发展的气流速度远远大于横向发展的气流速度，从而在端面附近形成急剧的涡流。在上止点处缸内气流的温度场和NO浓度如图6.43所示，从图中可以看出凹坑内火焰已得到大面积的发展，靠近端面附近的火焰传播速度较慢，NO浓度分布也呈现出类似的规律。
图6.42 上止点缸内流场和流线分布
如图6.44所示，由于在发动机高温高压的环境下，烃的氧化过程进行得十分迅速，NO生成的速度远远低于燃烧速度，因此在上止点附近NO仍然非常少。随着燃料燃烧进入中后期，此时温度较高，NO量急剧增加，随后趋于稳定。缸内的平均压力变化过程如图6.45所示，缸内压力与表征燃烧剧烈程度的中间产物的变化相关，因为燃烧反应的剧烈程度在上止点后达到最大值，所以缸内压力的峰值在上止点后出现最大值。
图6.43 缸内温度场和NO浓度（上止点处）
（a）温度场；（b）NO浓度
图6.44 缸内NO的变化过程
图6.45 缸内平均压力变化过程
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