2016年第5期
国外内燃机
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涡流比对非单坡屋顶型燃烧室发动机燃烧性能的影响
【美】M.C.KoesisS.JooT.BriggsT.Alger
摘要：鉴于在中型发动机市场对案油机排气后处理的费用较为敏感，计划将JohnDeere4045荣油机转换成具有较高EGR水平的汽油机。这一转换出现了一些轻型汽油机中从未遇见过的挑战，固为扁平式气缸盖中需要适应柴油机的气道，所以不能产生最佳的缸内紊流。随着气缸尺寸的增加，还容易发生爆燃和不完全燃烧现象。另外，用于减少爆燃的高度稀燃措施会使燃烧速率减缓。为了提高燃烧速率，采用不同的涡流水平进行了试验研究。用1种能实现不同气道遮蔽度的四气门缸盖进行的试验表明，提高涡流比可以缩短燃烧持续时间，但是，为了达到要求的涡流比，所需要的泵气功会相应增加。采用两气门缸盖可以克服四气门缸盖气道遮藏时中出现的喘气问题。两气门缸盖采用低涡流气道设计可产生类似的涡流比，而采用高涡流气道设计时产生的涡流比是低涡流气道的2倍。试验结果阐明了1种涡流比与传热之间的折表办法。虽然高涡流气道能稍微提高EGR的裕度和燃烧速率，但会使传热和泵气功显著增加，从而导致总效率下降。存在1个最佳的涡流比，可以通过改善然烧速率和EGR裕度来克服泵气功和传热损失，
关键词：发动机涡流比燃烧性能
0前言
中型柴油机市场对初始成本和运行成本非常敏感。柴油机必须依靠后处理系统才能满足当前和未来的排放法规。这种依赖于后处理系统来减少尾气排放的做法正在增加中型发动机市场的初始成本。通过将柴油机转换为燃用汽油的发动机，就可以利用三元催化器来进行排放控制。采用带有三元催化器的汽油机要比柴油机具有一些优点，如超低的尾气排放、潜在的功率密度、较低的初始成本、体积较小的后处理系统、低运行噪声，以及改善低温起动性能等。然面，现今汽油机的燃油经济性不如柴油机。试验显示，采用HEDGETM（高效稀燃汽油机）技术和冷却废气再循环(EGR)可以弥补这一差距。
在低速、大缸径汽油机运行过程中的固有间题是燃烧速率低和发动机有爆燃倾向。采用EGR技术有助于减少爆燃倾向，但会使燃烧速率进一步降低。另外，柴油机中大部分缸内流场主要是涡流，它不能达到对滚流所产生的最佳缸内紊流水平。
研究表明，滚流运动在压缩行程的早期阶段形成和发展，并在压缩行程的后期阶段发生变形和分裂。涡流在进气行程结束时建立，并会一直持续到压缩行程结束。滚流的循环变化很大，因此平均速度场并不能代表单个循环的状况。涡流运动的循环
万方数据
变化要小得多，涡流中心的变化约为6%[，试验表明，涡流中心的位置和总涡流水平对最佳着火源的位置有影响。研究表明，在最高涡流水平时，着火位置靠近气缸壁可改善燃烧速率3。研究人员通过测定平均指示压力（IMEP)的变化率研究了涡流比对燃烧稳定性的影响。在1台单缸风冷发动机采用最高涡流的气道设计时，采用偏心点火位置，可在很高的空气稀释度下达到最好的燃烧稳定性[4]。
反应控制压缩着火（RCCI)研究已证明，提高涡流比可改善汽油或柴油的燃油混合状态，从而提高热效率[5]。研究表明，由于进气道喷油时汽油混合不佳，提高涡流比将有可能使燃油聚集在气缸壁上。可变进气涡流已被用作汽油压缩着火发动机控制燃烧相位的1种主要方法。研究人员采用固定的进气歧管温度和1.5～3.5的涡流比来影响进气温度，进面影响自燃正时。研究发现，提高涡流水平会增加气体向气缸壁的传热，从而导致进气充量温度较低和燃烧相位延迟。然而，这一趋势可能不是始终能观测到的，因为研究人员没有提到所用的冷却液温度。在较高的发动机转速下，容积效率的显著损失会导致采用较高涡流比时的气缸压力降低，因而使燃烧相位延迟。
在本试验中，采用能从几个不同方向迹蔽和阻挡气道来增加涡流比的四气门缸盖对各种涡流水平