4气门火花点火式车用发动机缸内滚流和涡流运动的研究

近年来的研究结果表明，４气门火花点火式发动机具有明显的优越性，是车用汽油机的发展方向。本文报道了稳流气道试验台上对一台４气门汽油机以５种不同结构的进气道进行了气道流动特性的试验，用激光多普勒测速仪的在发动机倒拖工况下测量了缸内的空气运动，得到如下结论：４气门汽油机的缸内宏以空气流动主要绕与气缸中心线垂直方向旋转的滚流运动；高位切向式双进气道可获得较高的滚流速度和平均流量系数，是４气门汽油机理想的进     

4气门汽油机缸内滚流运动的LDA实验研究

４气门汽油机是车用汽油机主要的发展方向，其缸内空气运动的主要形式划滚流，与传统２气门发动机缸内的涡流运动不同，本用ＬＤＡ在一台单缸４气门汽油机上测量了缸内滚流运动，并借助于多维数值模拟计算了滚流的形成和演变规律，研究了规律的湍流特征。研究指出，滚流形成于压缩过程初期，以后随活塞动得以维持和发展；它在压缩末期衰减，畸变和破碎，使燃烧室内湍流强度显增加。     

不同气道倾角的直喷式汽油机进气道气流特性的试验研究

基于传统PFI汽油机进气道设计了2种倾角的GDI汽油机进气道,分别进行了2种不同倾角的GDI汽油机进气道的双气门开启、单气门开启2种方式下的气道稳流试验,研究了不同气道倾角的进气道气流特性,以及产生涡流和滚流的能力。试验结果表明:在不同的气门升程下,气道倾角α=39°的进气道比气道倾角α=34°的进气道流量系数大;就滚流比和涡流比而言,当气门升程较大时,单气门开启时比双气门开启时有所增大;当气门升程大于3mm时,α=39°的进气道比α=34°进气道的滚流比和涡流比均有所增大。此外,与普通PFI汽油机进气道相比,2种倾角的GDI汽油机进气道流通性能更佳。     

四气门汽油机进气道流动特性的稳流试验研究

通过自行研制的稳流气道试验台研究了一台单缸四气门汽油机进气道流动特性及其产生涡流和滚流的能力，分别试验了双气门全开、单气门开和单切向气道三种方案。研究结果发现，该汽油机缸内几乎不存在大尺度涡流，而只存在滚流，当关闭其中一个气门后，会得到较强的涡流，加导气片后，其涡流更强，但流通能力比双进气门全开差。对于滚流比，单进气门比双进气门略有提高，但差别不大。     

多气门汽油机滚流进气道结构的研究

为设计多气门汽油机强滚流进气道，作对所设计的几种滚流进气道模型在稳流试验台上进行了性能测试。结果指明了强滚流进气道对结构的要求，揭示了上大下小的喉口截面形状的进气道可得到较强的滚流强度，但难以提高综合进气性能指标，并证实用滚流进气道与作研制的导流型副气道的组合进气方案可实现提高滚流强度而不牺牲进气流量系数。     

一种组合式滚流进气道结构

旨在探究一种能够提高多气门汽油机滚流进气道进气性能的新技术．通过分析滚流进气道进气充量的动力学，提出了由传统滚流进气道和副气道组合的进气道结构．用滚流试验的方法，对比了几个不同方位的副气道．证明利用副气道的作用，可以实现增强缸内滚流而不影响进气流量．     

TJ376QE二气门发动机稀薄燃烧的实验研究

汽油机燃烧稀混合气是降低有害尾气排放、燃油消耗率的有效途径。由于二气门发动机改变缸内气体流动比较困难,难以形成空气燃料浓度分布,因此目前国际上成功的稀燃发动机均为四气门结构。为增强其涡流和滚流运动,对二气门的TJ37GQE汽油机进气系统进行了改造,随后强烈的空气运动结果表明其有利于组织空气和燃料在缸内的浓度分布,从而为在二气门汽油机上实现稀薄燃烧打下基础;通过采用二次燃油喷射技术,在缸内形成准均质分层混合气,成功地在二气门汽油机上实现了稀薄燃烧。     

可变气门相异升程4气门汽油机稳态流动特性

4气门汽油机在双进气门全开的情况下只存在滚流,当关闭其中一个气门后会得到较强的涡流,但流通能力比双进气门全开差.提出可变进气门相异升程概念,研制了可变进气门相异升程凸轮轴.使汽油机在双气门全开的过程中不仅存在滚流,而且在流通能力基本不变情况下得到较强涡流,综合表现出斜轴涡流特性,并可通过调整进气凸轮相异角实时改变两个进气门的升程差,满足汽油机不同工况对缸内大尺度气体运动的不同需求.试验表明:在不同相异角、相同凸轮轴转角下,流通系数变化不大;相同凸轮轴转角下,涡流比、滚流比和无因次斜轴涡流比随着相异角的增加而增大,斜轴涡流倾角随着相异角增加而减小;进气过程中产生两次方向相反的涡流和斜轴涡流.     

稀薄燃烧在TJ376QE二气门汽油机上的实现

对二气门结构的TJ376QE汽油机进气系统进行了改造，提高了涡流和滚流比．强化空气运动的结果有利于组织燃料在缸内的浓度分布，从而为在二气门汽油机上实现稀薄燃烧打下基础；在原发动机的气道内电控燃油喷射系统的基础上，采用了二次燃油喷射技术．通过对二次喷油时刻和喷油量的分别调节，在缸内形成精细分层的混合气即所谓准均质混合气，从而优化了油耗和排放指标，成功地在二气门汽油机上实现了稀薄燃烧。     

提高四气门汽油机缸内滚流强度的研究

在四气门汽油机中,运用滚流运动组织快速燃烧过程或混合气分层稀燃过程,都需要提高滚流强度。作者在一台单缸四气门汽油机上,通过 Ｌ Ｄ Ａ 测量,研究了滚流的形成过程,提出了提高滚流强度的机理,并对进气道结构、燃烧室内进气门出口侧壁屏蔽对滚流运动强度的影响进行了初步研究。研究结果表明,在滚流形成过程中,缸内首先出现双涡旋结构,以后演变成为单涡旋结构的滚流运动。增加流经排气门侧的进气气流或抑制直接沿进气门侧缸壁流入气缸的气流,都能提高滚流强度。     

汽油机气缸中滚动气流运动对发动机性能的影响

本文通过调整导气屏气阀位置产生大范围变化的缸内气流运动形式，用传统的稳流试验台和作者最近研制的测缸内滚流运动的稳流试验台对各种气流运动形式进行稳流试验，用二维激光多普勒测速仪在反拖的发动机缸内紊流运动的发展变化并用着火发动机的性能实验结果来分析各种气流形式的涡流、滚流和紊流特性。试验结果表明，在气缸中产生较强的横轴涡流即滚动或接近滚动气流运动时，燃烧室内的紊流强度可获得较大的提高，性能也有明显的改     

四气门汽油机缸内流场的仿真分析与研究

运用计算流体动力学理论(CFD)和气道稳流实验方法对一款四气门汽油机的进气道性能进行了仿真分析和实验。对比不同升程下的仿真流量系数与试验流量系数具有较好的一致性,结果表明进气道进气效率较好,流量系数高。分析不同气门升程下的了缸内流场特性,经过优化设计的进气道能在缸内形成大尺度均匀滚流,有助于提高发动机性能。     

进气道生产一致性对汽油机性能影响及设计优化

采用AVL TIPPLEMAN气道稳态试验台对某现生产气道喷射汽油机缸盖气道性能进行批量测试,结果显示该发动机缸盖气道生产一致性较差。选择了其中高中低3种滚流水平缸盖进行发动机性能试验。试验发现,生产偏差造成的滚流差异对性能有较大的影响,低滚流气道有利于该发动机外特性提升。为此进行了进气道性能鲁棒性CFD模拟分析,研究了气道偏移对气道性能的影响,并通过优化气道局部结构,显著改善了缸盖气道性能设计鲁棒性,优化后气道滚流对气道偏移的敏感度降低了50%,并进行了气道试验验证和发动机性能试验。     

四气门柴油机进气道的三维实体造型及流场数值模拟

本文介绍了四气门柴油机双进气道设计的一种现代方法，即应用反向工程技术实现气道三维造型，并应用CFD软件FIRE对其实现气道一气门一气缸内气体三维数值模拟，计算结果与试验结果吻合较好。对气道内气流流动特性进行评价及对比，得出对于单进气道布置以切向布置最佳，因这样能产生相对大的涡流，双进气道因两气流产生干涉，造成少量的流量损失，但却会增强缸内的涡流。     

汽油机滚动涡流模拟试验台和滚流进气道的试验研究

阐述了用于汽油机气缸内横轴涡流测量的稳流试验台的设计研制。经实验证明实验台测试结果合理，具有良好的可比性。以稳流模拟试验台的测试结果为依据，建立了滚流的计算模型，预测精度可满足工程需要。采用７种不同形式的滚流进气道，经平顶燃烧室及屋顶形燃烧室的双重试验，找出了影响滚流强度及流量系数的因素，可为汽油机进气道和燃烧室的设计提供参考。     

The effects of tumble and swirl flows on flame propagation in a four-valve S.I. engine

The effects of in-cylinder flow patterns, such as tumble and swirl flows, on combustion were experimentally investigated in a 4-valve S.I. engine. Tumble flows were generated by intake ports with entry angles of 25°, 20° and 15°. Inclined tumble (swirl) flows were induced by two different swirl control valves. The initial flame propagation was visualized by an ICCD camera, the images of which were analyzed to compare the enflamed area and the displacement of initial flames. The combustion duration was also calculated by the heat release analysis.It was found that a correlation existent between the stronger tumble during induction and turbulence levels at the time of ignition results in a faster flame development. As confirmed by flame propagation images and measurements of combustion periods, tumble (swirl) was found to be more effective than pure tumble in effecting rapid and stable combustion under lean mixture conditions.