內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣過程中的氣流運(yùn)動(dòng)形式

1、內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣過程中的氣流運(yùn)動(dòng)形式1 1、對混合氣形成和燃燒過程有決定性作用，影響著發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、燃燒噪聲和有害廢氣排放。2 2、合適的缸內(nèi)空氣運(yùn)動(dòng)可以提高汽油機(jī)火焰?zhèn)鞑ニ俾?、降低燃燒循環(huán)變動(dòng)，適應(yīng)稀燃或?qū)尤歼^程；3 3、合適的缸內(nèi)空氣運(yùn)動(dòng)可以加快柴油機(jī)燃油空氣混合速率，提高燃燒速率，促進(jìn)燃燒過程中空氣與未燃燃料的混合。氣流運(yùn)動(dòng)的作用氣流運(yùn)動(dòng)對不同的缸徑和轉(zhuǎn)速的機(jī)型、不同的噴油系統(tǒng)參數(shù)、不同的燃燒室和不同的工況都存在著不同的氣流運(yùn)動(dòng)范圍。但是也存在著一些大致的規(guī)律：缸徑D D 200mm200mm、轉(zhuǎn)速n n 1000r/min1000r/min的柴油機(jī)可以不用或少用進(jìn)氣渦流。依靠自身壓

2、縮和噴油過程中形成的擠流和紊流就可以促進(jìn)混合氣的形成。對于9090 D D 160mm160mm、n n2000r/min2000r/min的中小型柴油機(jī)就需要較強(qiáng)的氣流運(yùn)動(dòng)來促進(jìn)混合氣的形成和燃燒的完善。同一臺柴油機(jī)中，高速時(shí)要求渦流比低一些，低速時(shí)要求渦流比高一些。為了同時(shí)考慮，一般取折衷值。燃燒過程中應(yīng)該是渦流、擠流、滾流，湍流互相滲透最好。對氣流運(yùn)動(dòng)的要求氣流運(yùn)動(dòng)方式定義：在進(jìn)氣過程中形成的，繞氣缸軸線有組織的氣流運(yùn)動(dòng)，稱為進(jìn)氣渦流。其大小由進(jìn)氣道形狀和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速?zèng)Q定。在柴油機(jī)上，進(jìn)氣渦流主要用于增強(qiáng)噴油油束與空氣的混合，提高燃油與空氣混合速率，這有助于柴油機(jī)的快速燃燒。 在汽油機(jī)上，

3、進(jìn)氣渦流主要用于增加火焰?zhèn)鞑ニ俾剩瑢?shí)現(xiàn)快速燃燒。 進(jìn)氣渦流的大小由進(jìn)氣道形狀和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速?zèng)Q定。渦流渦流的產(chǎn)生方法進(jìn)氣渦流導(dǎo)氣屏切向氣道螺旋氣道導(dǎo)流槽 強(qiáng)制空氣從導(dǎo)氣屏前面流出，依靠氣缸 壁面約束，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)氣流。導(dǎo)氣屏占據(jù) 的氣門周長范圍內(nèi)氣流不進(jìn)入氣缸，增 大了導(dǎo)氣屏對面的氣流速度，形成對氣 缸中心的動(dòng)量矩。 改變導(dǎo)氣屏包角 和導(dǎo)氣屏安裝角a a均可 改變渦流強(qiáng)度。（在a a角9090與270270附 近調(diào)整，可得到 轉(zhuǎn)向相反的兩股渦流）。 試驗(yàn)時(shí)調(diào)整方便，常在單缸機(jī)使用，為 新氣道設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)。a a為導(dǎo)氣屏對稱中心線與氣門中心線夾角。導(dǎo)氣屏1 1、由于導(dǎo)氣屏減小氣流流通截面，流動(dòng)不對稱，使

4、流動(dòng)阻力增加，充量系數(shù)降低。 2 2、由于氣門上有導(dǎo)氣屏，為保證工作時(shí)氣流的旋轉(zhuǎn)方向和強(qiáng)度，進(jìn)氣門必須有導(dǎo)向裝置，以防工作時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，這都使結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本增加。 3 3、氣門盤剛度不均勻，變形大，氣門在工作時(shí)又不能轉(zhuǎn)動(dòng)，使氣門容易偏磨，對氣門密封不利。導(dǎo)氣屏評價(jià) 切向氣道形狀比較平直，在氣門座前強(qiáng) 烈收縮，引導(dǎo)氣流以單邊切線方向進(jìn)入 氣缸，從而造成氣門口速度分布的不均 勻。它相當(dāng)于在平直無旋氣道速度分布 的基礎(chǔ)上，增加 個(gè)沿切向氣道方向的 速度。 切向進(jìn)氣道結(jié)構(gòu)簡單，在對進(jìn)氣渦流要求低時(shí)，流動(dòng)阻力不大，但當(dāng)對渦流要求高時(shí)，由于氣門口速度分布過于不均勻，氣門流通面積實(shí)際上得不到充分利用，氣道阻力

5、將很快增加，因此切向氣道適用于要求進(jìn)氣渦流強(qiáng)度不高的發(fā)動(dòng)機(jī)上。切向氣道及其評價(jià)在氣門座上方的氣門腔內(nèi)做成螺旋形， 使氣流在螺旋氣道內(nèi)就形成 定強(qiáng)度的 旋轉(zhuǎn)，其氣門口處氣流的情況相當(dāng)于在 平直氣道出口速度分布的基礎(chǔ)上，增加 個(gè)切向速度，合成后的速度圖是一個(gè)對 稱圖形。 采用強(qiáng)渦流螺旋氣道燃燒室的性能與氣 道質(zhì)量的關(guān)系極為密切，因此就大大提高了對鑄造工藝和加工的要求，例如對氣道泥芯的變形、定位、氣道出口和氣門座圈的同心度等必須嚴(yán)格控制。螺旋氣道及其評價(jià)為了增加進(jìn)氣充量，氣道的流動(dòng)阻力越小越好。氣道的質(zhì)量指標(biāo)主要有流動(dòng)阻力和渦流強(qiáng)度。 希望在盡可能小的阻力下有足夠的渦流強(qiáng)度。氣道的評定方法為使不同形

6、狀和尺寸氣道的流動(dòng)特性具有對比性，采用無量綱流量系數(shù)評價(jià)不同氣門升程下氣道的阻力特性或流通能力，用無量綱渦流數(shù)評價(jià)不同氣門行程下氣道形成渦流的能力。在穩(wěn)流氣道試驗(yàn)臺上評 定渦流強(qiáng)度的方法：一 般采用葉片風(fēng)速儀測量 模擬氣缸內(nèi)渦流的轉(zhuǎn)速 或用角動(dòng)量矩直接測出 渦流的角動(dòng)量，氣體流 量用流量計(jì)測定。測量 方法一般采用定壓差法 在不同的氣門升程下測 量葉片的轉(zhuǎn)速和氣體流 量。 進(jìn)氣渦流的測定Ricardo方法方法0FQAC無量綱流量系數(shù)定義 為流過氣門座 的實(shí)際空氣流量 與理論空氣流量之比 0 0為理論進(jìn)氣速度 02p為進(jìn)氣道壓力降，一般取2.5kPa2.5kPa 為氣門座處氣體的密度(kg(kgm

7、m3 3) )Q Q為試驗(yàn)測得的實(shí)際空氣流量A A為氣門座內(nèi)截面面積 2/4VAd nd dv v為氣門座內(nèi)徑n n為進(jìn)氣門數(shù)目Ricardo方法方法0RRDNRicardoRicardo無量綱渦流數(shù)NRNR為: :其中： 為葉片旋轉(zhuǎn)角速度， 為理論進(jìn)氣速度，D D為缸徑。 RRe RicardoRicardo渦流比 為： 其中： 為葉片旋轉(zhuǎn)角速度， 為發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)角速度。 R定義：在壓縮過程后期，活塞表面的某一部分和氣缸蓋彼此靠近時(shí)所產(chǎn)生的徑向或橫向氣流運(yùn)動(dòng)稱為擠壓流動(dòng)，又稱擠流。擠流強(qiáng)度主要由擠氣面積和擠氣間隙的大小決定。擠流在汽油機(jī)上得到了廣泛的應(yīng)用，汽油機(jī)緊湊型燃燒室都利用較強(qiáng)的擠流運(yùn)動(dòng)

8、，以增強(qiáng)燃燒室內(nèi)的湍流強(qiáng)度，促進(jìn)混合氣快速燃燒。當(dāng)活塞下行時(shí)，燃燒室中的氣體向外流到環(huán)形空間，產(chǎn)生膨脹流動(dòng)，稱為逆擠流。逆擠流在柴油機(jī)上有助于將燃燒室內(nèi)的混合氣流出，使其進(jìn)一步和氣缸內(nèi)的空氣混合燃燒，對改善燃燒和降低排放十分有利。擠流在進(jìn)氣過程中形成的，繞垂直于氣缸軸線的有組織的空氣旋流，稱為滾流。滾流較適宜于在四氣門汽油機(jī)上使用，滾流在壓縮過程中其動(dòng)量衰減較少。當(dāng)活塞接近于上止點(diǎn)時(shí)，大尺度的滾流將破裂成眾多小尺度的渦，使湍流強(qiáng)度和湍流動(dòng)能增加，大大提高火焰?zhèn)鞑ニ俾?，改善發(fā)動(dòng)機(jī)性能。滾流在氣缸內(nèi)形成的無規(guī)則的氣流運(yùn)動(dòng)稱為湍流。采用統(tǒng)計(jì)的方法定義湍流特性參數(shù)，在統(tǒng)計(jì)定常的湍流場中，某方向上的當(dāng)?shù)厮矔r(shí)流速U(t)U(t)可以寫為: :湍流( )( )U tUu t式中， 為平均速度；u(t)u(t)為流速的脈動(dòng)分量。001lim( )ttUU t dt式中， 為時(shí)間；t0t0為起始時(shí)間。湍流強(qiáng)度定義為脈動(dòng)速度分量的均方根值，即: :001221lim( )ttuu t dt此外，還使用 些長度尺度和時(shí)間尺度表征湍流特性. .U種類 渦流 擠流 滾流 湍流 定 義 空氣充量的大尺度旋流運(yùn)動(dòng)。 在壓縮過程后期，活塞表面的某一部分和氣缸蓋彼此靠近時(shí)所產(chǎn)生的徑向或橫向氣流運(yùn)動(dòng)。 繞垂直于氣缸軸線的空氣旋流。 湍 流