内燃机缸内的气体流动 侯献军发动机原理A,武汉理工大学,汽车工程学院动力系

内燃机缸内的气体流动武汉理工大学汽车工程学院侯献军内燃机缸内空气运动对混合气形成和燃烧过程有决定性影响，影响发动机的动力性、经济性、燃烧噪声和有害废气的排放组织良好的缸内空气运动汽油机：提高火焰传播速率、降低燃烧循环变动柴油机：促进燃烧过程中空气与未燃燃料的混合，提高燃烧速率深入了解内燃机缸内空气运动对燃烧过程的影响和作用，对于组织良好的燃烧过程，开发具有高性能和低污染的发动机具有重要意义研究意义内燃机缸内气体流动方式涡流挤流滚流内燃机缸内气体流动方式湍流（一）进气涡流（二）进气涡流的产生方法采用带导气屏的进气门切向气道螺旋气道一、涡流定义：在进气过程中形成的，绕气缸轴线有组织的气流运动进气结束时，气缸内旋流速度的分布表明：小于某一半径时，切线速度随半径的增加而增大，速度呈刚体流分布超过这一半径时，切线速度随半径的增加而减小，速度呈势流分布由于存在气流之间的内摩擦耗损和气流与缸壁之间的摩擦，将使进气涡流在压缩过程逐渐衰减。一般情况下，在压缩终了时，约有1／4~1／3的初始动量矩损失掉(一）进气涡流当活塞接近于上止点，大量空气被迫进入位于活塞顶部的燃烧室内，使凹坑内的切线速度有所增加当活塞接近上止点时，刚体流动明显增强，势流运动明显减弱，可以认为此时燃烧室凹坑内的旋流运动为刚体流进气过程所产生的旋流可以持续到燃烧膨胀过程进气涡流的大小由进气道形状和发动机转速决定(一）进气涡流采用带导气屏的进气门切向气道螺旋气道（二）进气涡流的产生方法产生进气涡流的方法气门出口处速度分布a)导气屏b)切向气道c)螺旋气道a)导气屏b)切向气道c)螺旋气道强制空气从导气屏的前面流出，依靠气缸壁面约束，产生旋转气流。由于导气屏的存在，使在导气屏占据的气门周长范围内气流不进入气缸，增大了导气屏对面的气流速度，从而形成对气缸中心的动量矩1、采用带导气屏的进气门导气屏安装角：α导气屏包角：βα：90°或270°附近β：80°-120°优点：导气屏在试验时调整比较方便，常在单缸机上作调试用，为新气道的设计提供参考数据缺点：由于导气屏减小气流流通截面，流动不对称，使流动阻力增加，充量系数降低由于气门上有导气屏，为保证工作时气流的旋转方向和强度，进气门必须有导向装置，以防工作时转动，这都使结构复杂，制造成本增加气门盘刚度不均匀，变形大，气门在工作时又不能转动，使气门容易偏磨，对气门密封不利1、采用带导气屏的进气门-优缺点呈渐缩状气道，进气流动速度因流通截面积逐渐减小而增加高速气流被切向引导进入气缸后，气流速度场不均匀，相当于在均匀速度分布的基础上，增加一个沿切向气道方向的速度v。切向气流在缸套壁面的导向作用下，形成绕气缸中心的进气涡流切向气道结构简单，一般只能形成较低的进气涡流2、切向气道在气门座上方的气门腔内做成螺旋形，使气流在螺旋气道内就形成一定强度的旋转。进气在流过气道螺旋腔后拥有绕气门中心线的角动量矩进入气缸的出口速度场相当于在均匀径向速度分布的基础上增加一个切向速度场,进入气缸扩散为绕气缸中心的动量矩能形成不同强度的进气涡流3、螺旋气道定义：压缩行程后期，部分活塞顶面和气缸盖底面相互靠近挤压所产生的径向或横向的气流运动。当活塞下行时，燃烧室中的气体向外流到环形空间，产生膨胀流动，称为逆挤流挤流强度主要由挤气面积和挤气间隙的大小决定汽油机：通常都利用较强的挤流运动来增强燃烧室内的湍流强度，促进混合气快速燃烧柴油机：逆挤流有助于将柴油机燃烧室内的混合气流出，使其进一步和气缸内的空气混合燃烧，对改善燃烧和降低排放十分有利。缩口形燃烧室就充分利用了较强的挤流和逆挤流二、挤流二、挤流球型燃烧室涡流燃烧室利用挤流和逆挤流利用压缩涡流ω型燃烧室压缩涡流：在压缩过程中形成的有组织的旋转空气运动。如在涡流室柴油机的压缩过程中，气缸内的空气通过通道被压入涡流室中，形成有组织的旋流运动，压缩涡流可促进喷入涡流室中的燃料与空气的混合。涡流大小由涡流室形状、通道尺寸、位置和角度决定三、滚流和斜轴涡流定义：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，称为滚流或斜轴涡流滚流一般利用直进气道形成，较适宜于在四气门汽油机上使用，滚流在压缩过程中其动量衰减较少当活塞接近于上止点时，大尺度的滚流将破裂成众多小尺度的涡，使湍流强度和湍流动能增加，提高火焰传播速率，改善发动机性能三、滚流和斜轴涡流滚流和涡流结合可以形成斜轴涡流，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在四气门汽油机中，在两个进气道的一个进气道中安装旋流控制阀，通过改变旋流控制阀的开度，即可形成不同角度的斜轴旋流斜轴涡流利用了涡流和滚流的优点，能够在上止点形成更加强烈的湍流运动，可以提高混合气（特别是稀混合气）的燃烧速率定义：在气缸内形成的无规则气流运动，是一种不定常气流运动湍流分类：气流流过固体表面时产生的壁面湍流同一流体不同流速层之间产生的自由湍流（内燃机）产生方式：进气过程产生、压缩过程利用燃烧