内燃机进气过程中的气流运动形式
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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。逆挤流在柴油机上有助于将燃烧室内 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。
15
滚流
在进气过程中形成的，绕垂直于气缸轴线的有组织的空气旋 流，称为滚流。
滚流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，大大提 高火焰传播速率，改善发动机性能。
在汽油机上，进气涡流主要用于增加火焰传播速率，实现快 速燃烧。
进气涡流的大小由进气道形状和发动机转速决定。
5
涡流的产生方法
6
导气屏
强制空气从导气屏前面流出，依靠气缸
壁面约
束，产生旋转气流。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，形成对气
缸中心的动量矩。
改变导气屏包角β和导气屏安装角a均可
1
u'
li m1
t0
t0
u2(t)dt2
此外，还使用—些长度尺度和时间尺度表征湍流特性.
17
种类
涡流
挤流
滚流
湍流
定义
产生 时刻及 条件
空气充量的 大尺度旋流
运动。
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。
绕垂直于气 缸轴线的空 气旋流。
湍流是在时 间和空间上 都具有某种 准周期性和 连续性特征 的，半随机 半有序的三 维非定常有 旋的大雷诺 数流体运动。
3、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。
8
切向气道及其评价
切向气道形状比较平直，在气门座前强
烈收缩，
引导气流以单边切线方向进入
气缸，从而
造成气门口速度分布的不均
匀。它相当于在平
直无旋气道速度分布
的基础上，增加—个
沿切向气道方向的
速度。
切向进气道结构简单，在对进气涡流要求低时，流动阻力不 大，但当对涡流要求高时，由于气门口速度分布过于不均匀，
采用强涡流螺旋气道燃烧室的性能与气
道质量
的关系极为密切，因此就大大提高了对铸造工艺气道出口和气门座圈的
同心度等必须严格控制。
10
气道的评定方法
为使不同形状和尺寸气道的流动特性具有对比性，采用无量纲 流量系数评价不同气门升程下气道的阻力特性或流通能力，用 无量纲涡流数评价不同气门行程下气道形成涡流的能力。
11
进气涡流的测定
在稳流气道试验台上评 定涡流强度的方法：一 采用叶片风速仪测量 涡流的转速 出 量用流量计测定。测量 般采用定压差法 在不同的气门升程下测 量叶片的转速和气体流
般 模拟气缸内 或用角动量矩直接测 涡流的角动量，气体流
方法一
量。
12
Ricardo方法
无量纲流量系数定义 为流过气门座 的实际空气流量
16
湍流
在气缸内形成的无规则的气流运动称为湍流。采用统计的方
法定义湍流特性参数，在统计定常的湍流场中，某方向上的
当地瞬时流速U(t)可以写为:
U(t) Uu(t)
式中，U为平U 均速li度m；1ut(0t)为U(流t)d速t 的脉动分量。
t0
式中，τ为时间；t0为起始时间。
湍流强度定义为脉动速度分量的均方根值，即:
内燃机进气过程中的气流运动形式
1
气流运动的作用
2
对气流运动的要求
气流运动对不同的缸径和转速的机型、不同的喷油系统参数、 不同的燃烧室和不同的工况都存在着不同的气流运动范围。 但是也存在着一些大致的规律：
缸径D≥200mm、转速n≤1000r/min的柴油机可以不用或少 用进气涡流。依靠自身压缩和喷油过程中形成的挤流和紊流 就可以促进混合气的形成。对于90≤D ≤160mm、n＞ 2000r/min的中小型柴油机就需要较强的气流运动来促进混 合气的形成和燃烧的完善。
同一台柴油机中，高速时要求涡流比低一些，低速时要求涡 流比高一些。为了同时考虑，一般取折衷值。
燃烧过程中应该是涡流、挤流、滚流，湍流互相渗透最好。
3
气流运动方式
涡
挤
流
流
滚
湍
流
流
4
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， 称为进气涡流。其大小由进气道形状和发动机转速决定。
在柴油机上，进气涡流主要用于增强喷油油束与空气的混合， 提高燃油与空气混合速率，这有助于柴油机的快速燃烧。
气门流通面积实际上得不到充分利用，气道阻力将很快增加，
因此切向气道适用于要求进气涡流强度不高的发动机上。
9
螺旋气道及其评价
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—定强度的
旋转，
其气门口处气流的情况相当于在
平直气道出口
速度分布的基础上，增加—
个切向速
度，合成后的速度图是一个对
称图形。
其中： R 为叶片旋转角速度， 为理论进气速度，D为缸径。
Ricardo涡流比 为：
R e
其中： R为叶片旋转角速度，
为发动机旋转角速度。
14
挤流
定义：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压流动，又称挤 流。
挤流强度主要由挤气面积和挤气间隙的大小决定。挤流在汽 油机上得到了广泛的应用，汽油机紧凑型燃烧室都利用较强 的挤流运动，以增强燃烧室内的湍流强度，促进混合气快速 燃烧。
与理论空气流量之比
Q为试验测得的实际空气流量
C Q
F A 0
υ0为理论进气速度
0
2p
A为气门座内截面面积
AdV2n/ 4
为进气道压力降， 一般取2.5kPa
dv为气门 座内径
n为进气门数目
ρ为气门 座处气 体的密 度(kg／ m3) 13
Ricardo方法
Ricardo无量纲涡流数NR为:
NR
RD 0
改变涡
流强度。（在a角90°与270°附
近调整，可
得到 转向相反的两股涡流）。
试验时调整方便，
常在单缸机使用，为
新气道设计提供数据。
a为导气屏对称中心线与气门中心线夹角。
7
导气屏评价
1、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。
2、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。
进气过程 导气屏 切向气道 螺旋气道
压缩过程 进气过程 活 塞 与 气 直进气道 缸盖
整个工作 过程
15
滚流
在进气过程中形成的，绕垂直于气缸轴线的有组织的空气旋 流，称为滚流。
滚流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，大大提 高火焰传播速率，改善发动机性能。
在汽油机上，进气涡流主要用于增加火焰传播速率，实现快 速燃烧。
进气涡流的大小由进气道形状和发动机转速决定。
5
涡流的产生方法
6
导气屏
强制空气从导气屏前面流出，依靠气缸
壁面约
束，产生旋转气流。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，形成对气
缸中心的动量矩。
改变导气屏包角β和导气屏安装角a均可
1
u'
li m1
t0
t0
u2(t)dt2
此外，还使用—些长度尺度和时间尺度表征湍流特性.
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种类
涡流
挤流
滚流
湍流
定义
产生 时刻及 条件
空气充量的 大尺度旋流
运动。
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。
绕垂直于气 缸轴线的空 气旋流。
湍流是在时 间和空间上 都具有某种 准周期性和 连续性特征 的，半随机 半有序的三 维非定常有 旋的大雷诺 数流体运动。
3、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。
8
切向气道及其评价
切向气道形状比较平直，在气门座前强
烈收缩，
引导气流以单边切线方向进入
气缸，从而
造成气门口速度分布的不均
匀。它相当于在平
直无旋气道速度分布
的基础上，增加—个
沿切向气道方向的
速度。
切向进气道结构简单，在对进气涡流要求低时，流动阻力不 大，但当对涡流要求高时，由于气门口速度分布过于不均匀，
采用强涡流螺旋气道燃烧室的性能与气
道质量
的关系极为密切，因此就大大提高了对铸造工艺气道出口和气门座圈的
同心度等必须严格控制。
10
气道的评定方法
为使不同形状和尺寸气道的流动特性具有对比性，采用无量纲 流量系数评价不同气门升程下气道的阻力特性或流通能力，用 无量纲涡流数评价不同气门行程下气道形成涡流的能力。
11
进气涡流的测定
在稳流气道试验台上评 定涡流强度的方法：一 采用叶片风速仪测量 涡流的转速 出 量用流量计测定。测量 般采用定压差法 在不同的气门升程下测 量叶片的转速和气体流
般 模拟气缸内 或用角动量矩直接测 涡流的角动量，气体流
方法一
量。
12
Ricardo方法
无量纲流量系数定义 为流过气门座 的实际空气流量
16
湍流
在气缸内形成的无规则的气流运动称为湍流。采用统计的方
法定义湍流特性参数，在统计定常的湍流场中，某方向上的
当地瞬时流速U(t)可以写为:
U(t) Uu(t)
式中，U为平U 均速li度m；1ut(0t)为U(流t)d速t 的脉动分量。
t0
式中，τ为时间；t0为起始时间。
湍流强度定义为脉动速度分量的均方根值，即:
内燃机进气过程中的气流运动形式
1
气流运动的作用
2
对气流运动的要求
气流运动对不同的缸径和转速的机型、不同的喷油系统参数、 不同的燃烧室和不同的工况都存在着不同的气流运动范围。 但是也存在着一些大致的规律：
缸径D≥200mm、转速n≤1000r/min的柴油机可以不用或少 用进气涡流。依靠自身压缩和喷油过程中形成的挤流和紊流 就可以促进混合气的形成。对于90≤D ≤160mm、n＞ 2000r/min的中小型柴油机就需要较强的气流运动来促进混 合气的形成和燃烧的完善。
同一台柴油机中，高速时要求涡流比低一些，低速时要求涡 流比高一些。为了同时考虑，一般取折衷值。
燃烧过程中应该是涡流、挤流、滚流，湍流互相渗透最好。
3
气流运动方式
涡
挤
流
流
滚
湍
流
流
4
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， 称为进气涡流。其大小由进气道形状和发动机转速决定。
在柴油机上，进气涡流主要用于增强喷油油束与空气的混合， 提高燃油与空气混合速率，这有助于柴油机的快速燃烧。
气门流通面积实际上得不到充分利用，气道阻力将很快增加，
因此切向气道适用于要求进气涡流强度不高的发动机上。
9
螺旋气道及其评价
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—定强度的
旋转，
其气门口处气流的情况相当于在
平直气道出口
速度分布的基础上，增加—
个切向速
度，合成后的速度图是一个对
称图形。
其中： R 为叶片旋转角速度， 为理论进气速度，D为缸径。
Ricardo涡流比 为：
R e
其中： R为叶片旋转角速度，
为发动机旋转角速度。
14
挤流
定义：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压流动，又称挤 流。
挤流强度主要由挤气面积和挤气间隙的大小决定。挤流在汽 油机上得到了广泛的应用，汽油机紧凑型燃烧室都利用较强 的挤流运动，以增强燃烧室内的湍流强度，促进混合气快速 燃烧。
与理论空气流量之比
Q为试验测得的实际空气流量
C Q
F A 0
υ0为理论进气速度
0
2p
A为气门座内截面面积
AdV2n/ 4
为进气道压力降， 一般取2.5kPa
dv为气门 座内径
n为进气门数目
ρ为气门 座处气 体的密 度(kg／ m3) 13
Ricardo方法
Ricardo无量纲涡流数NR为:
NR
RD 0
改变涡
流强度。（在a角90°与270°附
近调整，可
得到 转向相反的两股涡流）。
试验时调整方便，
常在单缸机使用，为
新气道设计提供数据。
a为导气屏对称中心线与气门中心线夹角。
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导气屏评价
1、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。
2、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。
进气过程 导气屏 切向气道 螺旋气道
压缩过程 进气过程 活 塞 与 气 直进气道 缸盖
整个工作 过程