气道相关知识讲解
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15
气道形状参数对气道性能的影响之三
➢ 变坡度，提高或降低切向能力，从而提高 或降低涡流比
➢ 螺旋室变大可以提高涡流比 ➢ 通道口对流动不敏感 ➢ 其它区域，如当前在气缸盖修磨的区域，
提高或降低涡流比时总的原则是改变气流 流动截面和流动方向（角度）
16
气道形状参数对气道性能的影响之四
如将105扩缸至108，喷孔数从4变为5： ➢ 由于缸径加大，流量要求加大； ➢ 喷孔数变多，涡流比要小。
14
气道形状参数对气道性能的影响之二
➢ 提高涡流比：修气道芯子有效（减小喉口面 积）
➢ 降低涡流比：修阴模有效（增大喉口面积） 喉口区域是最敏感区域（约离凸台10mm）
➢ 凸台低，离底平面近，坡度变小，切向速度 变大，涡流比将变高
➢ 凸台高，离底平面远，涡流比将变低 凸台高低也是气道性能最敏感参数之一
S 是活塞行程; D 是进气阀座内径.
因而可以推导出来
CFm
1
2 1
2 1
C
F
d
27
德国FEV气道稳流评价方法
K为流量系数：
K=AS/AK, 式中: AS --进气道的有效面积
AS=Q/V0, V0—速度头 AK – 气缸的横截面积 ，
AK=B2/4. 可以看出，K 是进气道的有效流通面积与气缸 面积的比值
6
直喷柴油机对螺旋进气道的要求
➢涡流比一定：与燃烧系统、燃烧室、喷
油达到匹配：实现高功率、低烟度、低油耗
➢流量系数足够高：保证有足够高的充量
7
螺旋进气道的型式
陡坡型螺旋气道
缓坡型螺旋气道
8
螺旋进气道的特点
➢形状复杂; ➢气道表面和尺寸不能机械加工 ➢需精心设计 ➢开发一个成功的螺旋进气道需要大量的试 验研究工作和丰富的经验 ➢咨询国外研究机构须化重金
内燃机缸内气体流动是影响内燃机 燃烧性能的决定性因素，直接决定其 动力、经济及排放特性。
4
直喷柴油机缸内空气运动型式
涡流
➢ 挤压流：活塞接
近上止点时，空气 被挤入活塞头部的 燃烧室内
➢ 湍流：壁面生成
旋涡拉伸火焰
5
螺旋进气道 ➢直喷柴油机燃烧系 统的关键部件
➢ 对直喷柴油机的功 率输出，燃油经济性 ，排烟以及排放等都 有巨大影响，因为它 影响着空气和燃油的 混合过程和燃烧过程 。
缓坡段 喉口 凸台
气 道 入 口
b
敏 感 区
c
a
陡坡段 螺旋部分 呈蜗牛壳形 状
13
气道形状参数对气道性能的影响之一
➢ 喉口截面大小是影响气道参数的关键：气 道截面缩小，流速提高，切向流速变大， 涡流比将提高
➢ 蜗壳形状有一个最佳值 ➢ 气道入口的位置、凸台（螺旋室）的高低
对涡流比有较为明显的影响（详细见后）
V0
2 • P
P –进气道前后压差。
26
英国Ricardo 气道稳流评价方法
无量纲涡流强度 NR—不同气门升程下的涡流强度; NR=RB/ V0
R 是叶片转速, B是气缸直径;
可以推导出来：
RS
LD
•
来自百度文库2 1
C
F
N
R
d
2 1
C
F
d
2
,
LD
B•S n• D2
式中: 1 和2 分别为气门开启和关闭时的曲轴角度;
19
气道稳流试验优越性
➢ 稳流气道试验台原理简单，结果可靠， 能迅速给出结果，广泛用于直接指导生 产
➢ 国外著名发动机咨询公司如英国Ricardo、 奥地利AVL、德国FEV及美国SwRI等都 有自己的方法，以进行气道性能的评价
20
气道稳流试验台布置图 核心部分：流量计、动量计、气门升程
21
使用中的柴油机气道稳流试验台
28
德国FEV气道稳流评价方法
Cu/Ca为涡流强度：
是气缸中叶片转动的切向速度与轴向速度的比值。 Cu=2NSRFL
式中: NS –叶片转速 [r/s], RFL –叶片转动中心的半径 RFL=0.73B/2 Ca = Q/AK
FEV用90%最大进气门升程所对应的 K 和 Cu/Ca 分别代 表气道的平均流量系数和平均涡流比
开发程序与标准
➢ 请进来
外部请真正气道专家， 统一对外，有针对性听，有 针对性问，达到讲座的目的
➢ 走出去
到外面培训，如天大、AVL等，到时学有所成，成为 开发、生产欧4、甚至欧5发动机不可或缺的力量
2
第一部分
气道形状参数对气道流 动性能影响
3
缸内空气运动重要性
油 混合气
气
燃烧
动力性 经济性 排放特性
最简单直接的办法是将喉口区面积 加大，加宽2mm，流量得以加大，由 于流速降低，涡流比变小
17
第二部分
气道试验 ，气道评价方 法及其对比
18
气道稳流试验必要性
➢ 用稳态流动试验法检测、试验内燃机 的进、排气道的流量系数、涡流比、 等流动特性参数是国内外广泛采用并 行之有效的方法；
➢ 不同燃烧室及燃油系统对涡流比有不 同的匹配要求，涡流比过高过低都将 使燃烧恶化、排放变差。
22
气道试验中应注意几大问题
➢ 定位 ➢ 密封 ➢ 位移 ➢ 压差
流量 扭矩
流量系数 涡流强度
23
气门升程调节机构
应 严 格 控 制 气 门 升 程 的 起 点
24
气道稳流试验台在柴油机中的应用
➢ 控制质量
质量部检测配件厂来的气缸盖质量（缸盖厂） 主机厂批量检测，稳定性 气缸盖气道流动性能的在线检测
气道形状参数试验研究及开发项目
气道形状参数、流动性能试 验评价及生产一致性的研究
与开发
王天友
广西玉柴机器股份有限公司技术中心
0
学习目的
➢ 不懂的要懂一些 ➢ 懂一些的要更懂 ➢ 更懂的要系统
最后，统一对气道的认识，落实到 具体的生产、开发中。形成一个气道 生产、开发团队。
1
学习思路
➢ 内部挖潜
学习：以培训为纽带，系统自己的气道知识 讨论：以自己工作为出发点，谈自己经验和体会 结论：共同努力，制定适合玉柴实际的气道生产、
9
气道参数的定义
➢ 涡流比 涡流旋转速度/发动机转速
➢ 流量系数 气道实际流量/理论流量
不同的评价方法有不同的具体定义
10
燃烧室中燃油束分布形式
11
合适的涡流比
➢ 喷油夹角 ➢ 喷油持续期内曲轴转角度数
当然，实测为进气终了涡流比， 燃烧室内涡流比要大些（角动量守 恒）
12
螺旋进气道的关键形状
➢ 开发新产品
新机型研发 新燃烧系统
➢ 控制工艺
例如铸造、机加工过程造成的倾斜、偏心误差
25
英国Ricardo 气道稳流评价方法
流量系数 Cf为不同气门升程下气流通过进气道的能力
CF=Q/(nAV0) 式中: Q --通过进气道的空气量;
A –进气阀座内孔的面积；
n --进气阀的数目；
V0 –速度头,
气道形状参数对气道性能的影响之三
➢ 变坡度，提高或降低切向能力，从而提高 或降低涡流比
➢ 螺旋室变大可以提高涡流比 ➢ 通道口对流动不敏感 ➢ 其它区域，如当前在气缸盖修磨的区域，
提高或降低涡流比时总的原则是改变气流 流动截面和流动方向（角度）
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气道形状参数对气道性能的影响之四
如将105扩缸至108，喷孔数从4变为5： ➢ 由于缸径加大，流量要求加大； ➢ 喷孔数变多，涡流比要小。
14
气道形状参数对气道性能的影响之二
➢ 提高涡流比：修气道芯子有效（减小喉口面 积）
➢ 降低涡流比：修阴模有效（增大喉口面积） 喉口区域是最敏感区域（约离凸台10mm）
➢ 凸台低，离底平面近，坡度变小，切向速度 变大，涡流比将变高
➢ 凸台高，离底平面远，涡流比将变低 凸台高低也是气道性能最敏感参数之一
S 是活塞行程; D 是进气阀座内径.
因而可以推导出来
CFm
1
2 1
2 1
C
F
d
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德国FEV气道稳流评价方法
K为流量系数：
K=AS/AK, 式中: AS --进气道的有效面积
AS=Q/V0, V0—速度头 AK – 气缸的横截面积 ，
AK=B2/4. 可以看出，K 是进气道的有效流通面积与气缸 面积的比值
6
直喷柴油机对螺旋进气道的要求
➢涡流比一定：与燃烧系统、燃烧室、喷
油达到匹配：实现高功率、低烟度、低油耗
➢流量系数足够高：保证有足够高的充量
7
螺旋进气道的型式
陡坡型螺旋气道
缓坡型螺旋气道
8
螺旋进气道的特点
➢形状复杂; ➢气道表面和尺寸不能机械加工 ➢需精心设计 ➢开发一个成功的螺旋进气道需要大量的试 验研究工作和丰富的经验 ➢咨询国外研究机构须化重金
内燃机缸内气体流动是影响内燃机 燃烧性能的决定性因素，直接决定其 动力、经济及排放特性。
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直喷柴油机缸内空气运动型式
涡流
➢ 挤压流：活塞接
近上止点时，空气 被挤入活塞头部的 燃烧室内
➢ 湍流：壁面生成
旋涡拉伸火焰
5
螺旋进气道 ➢直喷柴油机燃烧系 统的关键部件
➢ 对直喷柴油机的功 率输出，燃油经济性 ，排烟以及排放等都 有巨大影响，因为它 影响着空气和燃油的 混合过程和燃烧过程 。
缓坡段 喉口 凸台
气 道 入 口
b
敏 感 区
c
a
陡坡段 螺旋部分 呈蜗牛壳形 状
13
气道形状参数对气道性能的影响之一
➢ 喉口截面大小是影响气道参数的关键：气 道截面缩小，流速提高，切向流速变大， 涡流比将提高
➢ 蜗壳形状有一个最佳值 ➢ 气道入口的位置、凸台（螺旋室）的高低
对涡流比有较为明显的影响（详细见后）
V0
2 • P
P –进气道前后压差。
26
英国Ricardo 气道稳流评价方法
无量纲涡流强度 NR—不同气门升程下的涡流强度; NR=RB/ V0
R 是叶片转速, B是气缸直径;
可以推导出来：
RS
LD
•
来自百度文库2 1
C
F
N
R
d
2 1
C
F
d
2
,
LD
B•S n• D2
式中: 1 和2 分别为气门开启和关闭时的曲轴角度;
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气道稳流试验优越性
➢ 稳流气道试验台原理简单，结果可靠， 能迅速给出结果，广泛用于直接指导生 产
➢ 国外著名发动机咨询公司如英国Ricardo、 奥地利AVL、德国FEV及美国SwRI等都 有自己的方法，以进行气道性能的评价
20
气道稳流试验台布置图 核心部分：流量计、动量计、气门升程
21
使用中的柴油机气道稳流试验台
28
德国FEV气道稳流评价方法
Cu/Ca为涡流强度：
是气缸中叶片转动的切向速度与轴向速度的比值。 Cu=2NSRFL
式中: NS –叶片转速 [r/s], RFL –叶片转动中心的半径 RFL=0.73B/2 Ca = Q/AK
FEV用90%最大进气门升程所对应的 K 和 Cu/Ca 分别代 表气道的平均流量系数和平均涡流比
开发程序与标准
➢ 请进来
外部请真正气道专家， 统一对外，有针对性听，有 针对性问，达到讲座的目的
➢ 走出去
到外面培训，如天大、AVL等，到时学有所成，成为 开发、生产欧4、甚至欧5发动机不可或缺的力量
2
第一部分
气道形状参数对气道流 动性能影响
3
缸内空气运动重要性
油 混合气
气
燃烧
动力性 经济性 排放特性
最简单直接的办法是将喉口区面积 加大，加宽2mm，流量得以加大，由 于流速降低，涡流比变小
17
第二部分
气道试验 ，气道评价方 法及其对比
18
气道稳流试验必要性
➢ 用稳态流动试验法检测、试验内燃机 的进、排气道的流量系数、涡流比、 等流动特性参数是国内外广泛采用并 行之有效的方法；
➢ 不同燃烧室及燃油系统对涡流比有不 同的匹配要求，涡流比过高过低都将 使燃烧恶化、排放变差。
22
气道试验中应注意几大问题
➢ 定位 ➢ 密封 ➢ 位移 ➢ 压差
流量 扭矩
流量系数 涡流强度
23
气门升程调节机构
应 严 格 控 制 气 门 升 程 的 起 点
24
气道稳流试验台在柴油机中的应用
➢ 控制质量
质量部检测配件厂来的气缸盖质量（缸盖厂） 主机厂批量检测，稳定性 气缸盖气道流动性能的在线检测
气道形状参数试验研究及开发项目
气道形状参数、流动性能试 验评价及生产一致性的研究
与开发
王天友
广西玉柴机器股份有限公司技术中心
0
学习目的
➢ 不懂的要懂一些 ➢ 懂一些的要更懂 ➢ 更懂的要系统
最后，统一对气道的认识，落实到 具体的生产、开发中。形成一个气道 生产、开发团队。
1
学习思路
➢ 内部挖潜
学习：以培训为纽带，系统自己的气道知识 讨论：以自己工作为出发点，谈自己经验和体会 结论：共同努力，制定适合玉柴实际的气道生产、
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气道参数的定义
➢ 涡流比 涡流旋转速度/发动机转速
➢ 流量系数 气道实际流量/理论流量
不同的评价方法有不同的具体定义
10
燃烧室中燃油束分布形式
11
合适的涡流比
➢ 喷油夹角 ➢ 喷油持续期内曲轴转角度数
当然，实测为进气终了涡流比， 燃烧室内涡流比要大些（角动量守 恒）
12
螺旋进气道的关键形状
➢ 开发新产品
新机型研发 新燃烧系统
➢ 控制工艺
例如铸造、机加工过程造成的倾斜、偏心误差
25
英国Ricardo 气道稳流评价方法
流量系数 Cf为不同气门升程下气流通过进气道的能力
CF=Q/(nAV0) 式中: Q --通过进气道的空气量;
A –进气阀座内孔的面积；
n --进气阀的数目；
V0 –速度头,