滚流形成过程

在进气过程中形成的绕垂直于气缸轴线的有组织的空气旋流称为滚流。滚流在发动机气缸内经历如下的物理过程(见图1):

进气过程早期:由于滚流的进气受活塞顶面的影响而遭到破坏，所以在气缸内不能形成大尺度的、有组织的滚流，虽然在这期间有可能在稳流试验台上测出滚流的转速和动量，但实际发动机中的滚流角动量却为0;

进气过程中后期:活塞顶面离开缸盖一定距离，滚流在气缸内开始形成，滚流角动量开始累加;

压缩过程的早期和中期:气缸内的滚流得到维持和发展;

压缩过程的后期:滚流受到上行活塞的挤压破碎成紊流，紊流强度明显上升。

从上面的分析可以看出，存在着一个临界的曲轴转角A，进气过程当活塞下行至曲轴转角U=A之前，缸内不能形成有效的滚流，而在压缩过程活塞上行至U=A之后，缸内的滚流破碎成紊流，紊流强度上升，有效地改变发动机的性能。

在柴油机中，在气缸内组织空气的涡流运动是加强缸内气体流动的方法之一。试验表明，组织适当强度的涡流能有效改善柴油机的燃烧和性能。但在汽油机中涡流的作用却不甚明显，汽油机中紊流对燃烧和性能的影响很明显。由于小尺度紊流易于衰减，为了在火焰传播时有效地形成紊流，有必要在进气过程中向气缸内引入更多的动能以便维持这种大尺度的空气运动，从而保证紊流的强度。由于滚流在压缩行程后期会破碎成紊流，使紊流强度得到加强，因此在汽油机中滚流是涡流很好的替代物，有着涡流所不可比拟的优点。

目前，国内外对缸内气体流动的研究方法分为微观研究方法和宏观研究方法两种。

微观研究方法主要是利用特定的仪器研究缸内湍流速度场的分布情况。研究的设备有热线风速仪CTA、激光多普勒测速仪LDA和激光粒子图像速度场测量仪PIV等。这种研究方法的优点是研究的信息丰富，阐述的机理比较透彻，能知道滚流的生成到破碎的机理，能探明缸内湍流动能的分布情况及其变化。其缺点有仪器昂贵、工作量大、操作复杂等，最主要的缺点是该方法只适用于理论研究，对实际工作的指导作用有限。

宏观研究方法主要是指稳流试验技术，即利用气道试验台进行研究。这种研究方法的优点是原理简单，结果比较可靠，能广泛地用于对实际工作的指导，能在较快时间内给出试验结果，效率较高。该方法的缺点是得到的信息不够详尽，无法得知缸内具体湍流速度场的分布情况。

两种研究方法各有利弊，研究时采取哪种方法要根据实际情况而定。

大量研究表明，涡流和滚流的产生都可以增加压缩终了时的湍流强度，从而使火焰前锋发生皱褶，增加火焰前锋的面积并加速已燃气体与未燃气体之间热量传递，提高燃烧速率。而滚流对燃烧的改善作用比涡流更大。涡流流动主要是通过大尺度流动与壁面之间的剪切作用使其在压缩过程中逐渐破碎成小尺度湍流，其间能量逐渐耗散，到压缩终了时有 1/3~1/4 的初始动量矩都将损失掉。而滚流运动在压缩过程初期和中期得到加强，在压缩后期由于剧烈形变会发生瞬间破碎，形成强度较大的湍流，此湍流运动可以大大加快火焰传播速度，抑制爆震，减少循环变动，提高稀燃能力，改善汽油机性能

气缸盖是 GDI 发动机的关键部件,尤其是缸盖中燃烧室部分及气道结构对气流运动、混合气形成、火焰传播等起着至关重要的作用。

对于采用分层燃烧模式的GDI发动机,为了增加进气充量及增强进气滚流,不但对进气管的管径、管长、谐振腔的容积有特殊的要求,而且往往增加可变滚流和可变管长等结构。这样不但进气管结构变得复杂,制造成本较高,而且性能开发和匹配标定的难度也较大。而对于同时采用涡轮增压的缸内直喷发动机来说,由于进气增压的作用,在发动机大部分工况下进气管内均为正压,一般可达 0.2MPa 左右,对进气管的强度要求高,同时发动机本体或整车需要另外增设真空泵满足系统对真空度的需求。

GDI 发动机的喷油压力一般在 10-15MPa 左右,以保证燃油雾化质量及合适的贯穿距离。高压油泵一般由安装在进气凸轮轴上的 4 山凸轮驱动,升程在 2.5-4mm 之间,升程对高压油泵的选择十分重要,直接影响着冷起动时直喷系统的建压时间,升程需根据发动机性能需求、滚轮挺柱寿命、驱动凸轮型线及制造工艺等因素综合设计,一般 3.5mm 左右的升程即可满足使用需求。

喷油器是直喷系统的核心部件,喷油器在燃烧室内的布置方式、喷嘴结构形式、油束的喷雾形状都直接影响燃油的雾化、油气混合及燃烧过程,最后影响发动机的性能。另外喷油器喷嘴置于燃烧室内,受燃油品质量影响较大。如果燃油的油品质不好,燃烧不充分,极易生成积碳并堵塞喷嘴,影响喷雾质量及喷油器自身的寿命。

缸内直喷发动机的活塞顶面形状对燃烧室内气流的运动及混合气的形成有很大的影响,因此缸内直喷发动机都将活塞作为关键部件进行重点的设计和开发。无论是壁面引导、气流引导还是喷射引导,都需要特殊的活塞顶面凹坑相适应,从而达到较为理想的油气混合效果,形成油气浓度的均质分布或梯度分布,保证燃烧的顺利进行。

1、采用世界上先进的螺旋翻滚流动、三元次振动的原理，使零件与滚抛磨具互相研磨

2、适用大批量中、小、尺寸零件的研磨抛光加工，提高工效6~10倍

3、加工过程不破坏零件的原有尺寸、形状。

4、能实现自动化、无人化作业，操作方便，在工作过程中，可随时抽查零件的加工情况。