在進氣過程中產生的繞氣缸軸線的有組織的氣流運動，稱為渦流。
基本介紹
- 中文名：渦流
- 領域：汽車
簡介,產生方式,對燃燒過程的影響,
簡介
在進氣過程中產生的繞氣缸軸線的有組織的氣流運動，稱為渦流。根據形成過程的不同，可以分為進氣渦流、壓縮渦流及燃燒渦流。在進氣過程中由進氣機構和氣缸壁導向共同形成的渦流稱為進氣渦流；由壓縮過程形成或保持的渦流稱為壓縮渦流；在直噴柴油機中，由進氣渦流和壓縮渦流保持到燃燒過程，或在燃燒過程中形成或加強的渦流稱為燃燒渦流。
內燃機中普遍採用專門設計的進氣道，使得空氣在吸入氣缸時，能產生繞氣缸軸線旋轉的進氣渦流，同時，壓縮期間旋轉氣流從氣缸工作容積進入活塞頂凹坑將產生壓縮渦流，進一步增強燃燒室內的氣流運動。進氣渦流可以一直持續到燃燒膨脹過程，壓縮渦流的持續時間比較短暫，但因渦流速度較高，能把握對燃燒十分有利的時機，所以對燃燒起著很重要的作用。
產生方式
在四衝程內燃機中，產生進氣渦流的方法主要有三種，即採用導氣屏進氣門、切向氣道和螺旋氣道的辦法，如圖 1 所示。
圖 1 產生進氣渦流的方式
圖 1 產生進氣渦流的方式採用帶導氣屏的進氣門。強制空氣從導氣屏的前面流入，依靠氣缸壁面約束，產生旋轉氣流。這種方式進氣渦流強度的大小可變，但其阻力較大，且定位結構比較複雜。
切向氣道，切向氣道形狀比較平直，在氣門座前強烈收縮，引導氣流以單邊切線方式進入氣缸，依靠缸壁的約束形成空氣的旋轉運動。切向氣道結構比較簡單，但進氣渦流強度的大小不可調整，且當對渦流要求較高時，由於氣門口速度分布過於不均勻，氣門流通面積實際上得不到充分利用，氣道阻力很快增加，因此切向氣道主要用於渦流強度不高的發動機上。切向氣道對氣口位置較敏感，泥芯誤差對氣道質量影響較大。
螺旋氣道，在氣門座上方的氣門腔內做成螺旋形，使氣流在螺旋氣道內就形成一定強度的旋轉。這種形式的進氣道阻力較小，對氣口位置不太敏感，但進氣渦流強度的大小不可調整。
在柴油機中，在氣缸內組織空氣的渦流運動是加強缸內氣體流動的方法之一。實驗表明，組織適當強度的渦流，能有效的改善柴油機的燃燒和性能。
對燃燒過程的影響
在現代內燃機中，特別是在中小型高速柴油機的工作過程中，渦流運動占有十分重要的地位。它是內燃機燃燒過程中的三要素(油、氣、室)之一。各種不同的內燃機燃燒過程的品質，都在不同程度上、甚至在很大程度上與空氣、油氣和燃氣的運動狀態有關。而藉助進氣、壓縮和燃燒過程中各種類型的氣流運動，是改善燃燒、提高熱效率和空氣利用率的有效途徑之一。要研究和完善燃燒過程，就必須研究和弄清燃燒過程中的氣流運動。而燃燒過程中的氣流運動，除一部分是由於燃燒過程本身形成的以外，大部分是在進氣和壓縮過程中形成的。所以，必須同時研究進氣過程和壓縮過程中形成的氣流運動。
對不同的燃燒系統和發動機不同的工況，適當的氣流運動具有下列作用：
（1）由於氣流運動可以縮短滯燃期，這就可以推遲噴油而不降低經濟性，從而可以大大降低NOX的排放量。而NOX排放量常常與經濟性和煙度惡化伴生。所以，氣流運動幫助解決了車用柴油機達到排放法規所要求的排放水準。
（2）以氣缸或燃燒室軸線為旋轉軸的有組織的渦流形成了離心力場。這是形成熱分層效應的基本條件。
（3）提高了空氣利用率，允許減少過量空氣係數，從而使未利用的空氣從排氣中帶走的總熱量減少，提高了熱效率、平均有效壓力和冒煙極限功率。
（4）在達到發動機同樣的動力、經濟指標下，可以適當降低對供油系統的技術要求。從而有利於供油系統工作的可靠性，並延長其壽命，減少了這一系統的故障。
（5）氣流運動使混合氣形成均質化，從而使燃燒室內減少或消除混合氣局部地區過濃或過稀以及局部高溫缺氧區。這樣減少了高溫裂解未燃燃油，最終使排煙減少。所以，組織和適當加強燃燒室內的氣流運動，是減少排煙、HC 和 CO的有效措施之一。
渦流運動帶來的缺點是：增加了流動損失和傳熱損失，降低了充氣效率；對進氣系統和燃燒室的結構、尺寸及形狀等的製造精度要求嚴格；製造工藝複雜化並增加了製造成本。但是，總的說來，是利大於弊。
內燃機進氣、壓縮和燃燒過程中的氣流運動是十分複雜的，並且在進程中是多變的，因而亦是研究燃燒過程課題中較難掌握的內容。儘管幾十年來許多學者研究了氣流運動，發表了一系列的論文和研究成果，但至今仍有一系列巨觀和微觀現象有待進一步研究和闡明。
