增压柴油机进气门附近流动特性研究

摘要

柴油机进气过程受到进气道结构、气门杆及复杂运行工况的影响，在气门间隙处会发生回流和流动分离等现象，导致进气流通性能的恶化。为了充分认识增压柴油机进气门附近的流动规律及其影响，本文采用大涡模拟方法对一台单缸四冲程增压柴油机进气过程进行了三维瞬态模拟。 本文首先对柴油机进气门附近的流动特性展开了研究，结果表明：(1) 回流的发生是导致大气门升程下气门圆周速度分布不均匀的主要原因。小气门升程下，气门间隙速度分布均匀，随着气门升程的增大，回流现象逐渐加剧，进而导致了气门间隙处速度分布的不均匀。切向气道侧的回流主要发生在气门阀座处，螺旋气道侧的回流主要发生在气门阀座、气门密封面和气门杆处。(2) 气门间隙处回流的发生对进气流通性能的影响较小。发动机运转过程中。(3) 充量系数随增压比的提高逐步增大，缸内涡流比受增压的影响较小。中等转速 (2000 rpm) 下，随着增压比的提高气门间隙处的回流被抑制，回流速度与回流面积均减小；高转速(4000 rpm) 下，提高增压比气门间隙处速度的大小与分布规律基本保持不变。 其次本文对柴油机进气射流特性及其对缸内流动的影响进行了研究，结果表明：(1) 增压比的提高会导致射流偏转角度的大小发生变化，但对射流角度随曲轴转角的变化趋势没有影响。进气阶段射流角度逐渐由气缸底部偏向气缸中心，最后逐渐向气门间隙中心线靠近。(2) 增压对进气初期及中期进气射流中心线上速度分布的影响较大，对进气后期影响较小。进气初期，两气道射流中心线上速度都快下降。进气中期，切向气道侧射流中心线上的速度快速下降，射流喷射距离减小；螺旋气道侧射流中心线上的速度缓慢下降，射流喷射距离增长。(3) 进气射流与缸内流场在进气初期与中期存在较强的关联性，但在进气末期射流速度减小对缸内流动结构的影响迅速减弱。进气射流的破碎和缸内涡心变动是导致进气阶段缸内湍动能增大的原因之一。

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