第二章-發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過程課件

第二章發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過程要使發(fā)動(dòng)機(jī)作功多，扭矩大，功率大，需要燃料在氣缸內(nèi)燃燒時(shí)放熱多，這主要取決于進(jìn)入氣缸中空氣量的多少。因此，要求進(jìn)氣盡可能充分，排氣盡可能干凈。內(nèi)燃機(jī)中的流動(dòng)均是不穩(wěn)定流，而且進(jìn)、排氣管中發(fā)生的壓力波有時(shí)可能促進(jìn)進(jìn)、排氣作用，有時(shí)可能妨礙進(jìn)、排氣作用，因此，理論分析很困難。本章將根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合理論分析，研究內(nèi)燃機(jī)的換氣過程，分析影響發(fā)動(dòng)機(jī)充氣效率的因素，從而設(shè)法盡可能提高發(fā)動(dòng)機(jī)的充氣量。2024/1/26.§1-1四沖程內(nèi)燃機(jī)的換氣過程

換氣過程—排氣過程開啟至進(jìn)氣門關(guān)閉，約占410oC~480oC曲軸轉(zhuǎn)角。包括自由排氣、強(qiáng)制排氣、進(jìn)氣和氣門疊開四個(gè)階段。2024/1/26.2024/1/26.

一、自由排氣階段：

自由排氣階段—排氣門打開至氣缸壓力接近排氣管壓力的這段時(shí)期。為什么排氣門必須在下止點(diǎn)前提前開啟一定角度？排氣門開啟初期，活塞移動(dòng)速度緩慢，排氣門開啟流通截面積只能緩慢增加，如果排氣門恰好在下止點(diǎn)開啟，氣缸內(nèi)壓力下降緩慢，活塞上行時(shí)壓縮負(fù)功較大，增大排氣過程的消耗功率，因此，排氣門必須提前開啟。通常，排氣門提前開啟角度約30~80oCA。2024/1/26.

在排氣門提前開啟時(shí)，氣缸內(nèi)壓力p約為0.2～0.5MPa，與排氣管內(nèi)壓力Pr之比大于臨界值1.9，排氣的流動(dòng)處于超臨界狀態(tài)，廢氣以當(dāng)?shù)芈曀賑（m/s）流過排氣門，廢氣流量與氣體壓差無關(guān)，僅取決于氣缸內(nèi)氣體的狀態(tài)和氣門開啟有效截面積。（當(dāng)時(shí)，屬于超臨界流動(dòng)）。當(dāng)排氣溫度為700~1100K時(shí)，聲速c可達(dá)500~700（m/s）。（）當(dāng)廢氣流向排氣管時(shí)，管內(nèi)壓力Pr急劇上升，產(chǎn)生了正壓力波，到了管端口后又變成負(fù)壓力波反射回排氣門。當(dāng)時(shí)，屬于亞臨界流動(dòng)。2024/1/26.

在亞臨界排氣階段，廢氣流量決定于氣缸內(nèi)和排氣管內(nèi)的壓力差。某一時(shí)刻，氣缸內(nèi)和排氣管內(nèi)的壓力接近，則自由排氣階段結(jié)束。自由排氣階段一般在下止點(diǎn)后10～30oCA才結(jié)束。（自由排氣階段=超臨界流動(dòng)階段+部分亞臨界流動(dòng)階段）

這一階段雖然只占總排氣時(shí)間的1/3左右，且氣閥開啟流通面積也較小，但因流速很高，排出的廢氣量可達(dá)60％以上。在超臨界時(shí)期常伴有刺耳的噪聲，是發(fā)動(dòng)機(jī)排氣噪聲的主要來源。

認(rèn)為自由排氣階段內(nèi)廢氣流量與氣體壓差無關(guān)，僅取決于氣缸內(nèi)氣體的狀態(tài)和氣門開啟有效截面積。2024/1/26.

在此階段缸內(nèi)氣體的狀態(tài)由活塞的運(yùn)動(dòng)速度與位置、氣門有效流通截面的變化規(guī)律以及排氣管內(nèi)的氣體狀態(tài)等共同決定。排氣遲閉的原因：為減少排氣所消耗的功與缸內(nèi)的殘余廢氣量，充分利用氣流的慣性效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)后排氣，排氣門需要推遲關(guān)閉。但過大的排氣遲閉會(huì)導(dǎo)致廢氣倒流。當(dāng)廢氣從氣缸流出的流動(dòng)過程剛剛停止時(shí)，就是理想的排氣門關(guān)閉時(shí)刻.

排氣門遲閉角為

4=

10～70°CA。

二、強(qiáng)制排氣階段：

定義：自由排氣結(jié)束后，氣缸內(nèi)的廢氣隨活塞上行被強(qiáng)制排出，直到排氣門關(guān)閉。2024/1/26.

三、進(jìn)氣過程：從進(jìn)氣門開啟到關(guān)閉，內(nèi)燃機(jī)吸入的新鮮充量的整個(gè)過程。

進(jìn)氣門一般在上止點(diǎn)前提前一定曲軸轉(zhuǎn)角開啟，以保證活塞下行時(shí)有足夠大的開啟面積，減少進(jìn)氣節(jié)流損失。進(jìn)氣門提前角一般為0～40oCA。1.進(jìn)氣提前：

進(jìn)氣真正開始時(shí)刻，要待氣缸內(nèi)殘余廢氣膨脹至低于進(jìn)氣管內(nèi)進(jìn)氣壓力才開始。由于該時(shí)進(jìn)氣管內(nèi)氣體加速需要壓力差，進(jìn)氣門開啟截面積又小，因此新鮮充量不能及時(shí)吸入氣缸。進(jìn)氣門提前開啟就是為了減少節(jié)流損失，增加氣缸內(nèi)充氣量。2024/1/26.

為了利用吸氣過程中產(chǎn)生的高速氣流的慣性，進(jìn)氣門必須在下止點(diǎn)后適當(dāng)曲軸轉(zhuǎn)角才完全關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)過后充氣，以增加氣缸內(nèi)充氣量。進(jìn)氣遲閉角一般為下止點(diǎn)后20-60oCA。2、進(jìn)氣遲閉2024/1/26.

特點(diǎn)：1.進(jìn)氣管、氣缸、排氣管三者相通，有利于掃氣增加。

2.新鮮沖量的冷卻有利于降低缸內(nèi)溫度。

四、氣門疊開和燃燒室掃氣過程

由于排氣門的遲后關(guān)閉和進(jìn)氣門的提前開啟，在進(jìn)、排氣上止點(diǎn)附近，存在進(jìn)、排氣門同時(shí)開著的現(xiàn)象，稱之為氣門疊開。2024/1/26.氣門疊開角的確定：

由于氣流慣性，進(jìn)氣管、排氣管雖然相通，在氣門疊開角適當(dāng)時(shí)不應(yīng)出現(xiàn)廢氣倒流現(xiàn)象。1、汽油機(jī)氣門疊開角較小，因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)怠速工況時(shí)節(jié)氣門開度最小，進(jìn)氣節(jié)流損失最大，進(jìn)氣管內(nèi)真空度最高，容易造成排氣管內(nèi)廢氣倒流現(xiàn)象。2、非增壓柴油機(jī)進(jìn)排氣壓力相當(dāng)，允許采用較大的氣門疊開角，增強(qiáng)掃氣效果，提高充量質(zhì)量，提高性能。氣門疊開角一般為20～60oCA。2024/1/26.

疊開角過大的問題：

a.會(huì)使氣門與活塞發(fā)生干涉，活塞上的氣門避讓坑相應(yīng)地要加深，直接影響燃燒室氣體運(yùn)動(dòng)的合理組織以及壓縮比的大小。

b.過多的掃氣空氣也會(huì)加重渦輪增壓器的負(fù)擔(dān)。

c.增壓汽油機(jī)，新鮮充量中含有燃料，利用新鮮充量進(jìn)行掃氣將導(dǎo)致燃料的損失以及未燃碳?xì)渑欧盼锏脑黾?，故疊開角仍較小。3、在增壓柴油機(jī)中，由于進(jìn)氣壓力始終高于排氣管內(nèi)壓力，新鮮充量可以經(jīng)燃燒室后流入排氣管中，以達(dá)到掃氣的目的，不僅有助于降低受熱零件表面溫度，提高其可靠性，降低增壓器渦輪的進(jìn)口溫度。因此，增壓柴油機(jī)氣門疊開角可以較大，一般為80～140oCA。

4、機(jī)械增壓柴油機(jī):由于進(jìn)、排氣壓差大，且過多的掃氣會(huì)加重壓氣機(jī)的負(fù)擔(dān)而使機(jī)械效率降低，故其疊開角一般取較小值；2024/1/26.五、四沖程內(nèi)燃機(jī)換氣損失定義:理論循環(huán)換氣功與實(shí)際循環(huán)換氣功之差。換氣損失＝進(jìn)氣損失+排氣損失2024/1/26.2024/1/26.

排氣門開啟到吸氣行程開始缸內(nèi)壓力達(dá)到或接近進(jìn)氣管壓力之前，在此階段所損失的功稱為排氣損失1、排氣損失2024/1/26.

發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不變時(shí)，排氣提前角較小時(shí)，內(nèi)燃機(jī)的膨脹損失小，但活塞的推出功損失將會(huì)增加。

轉(zhuǎn)速增高時(shí)，w的增加幅度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于x的增加幅度，而兩者之和在總體上呈現(xiàn)增加的趨勢。

減小排氣系統(tǒng)阻力及排氣門處的流動(dòng)損失，是降低排氣損失的主要方法—主要是排氣消聲器、排氣道、排氣門的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。前者是主要影響因素。試驗(yàn)結(jié)果表明，因排氣消聲器引起的排氣背壓每升高3.39kPa，增壓柴油機(jī)油耗平均增加0.5%，非增壓柴油機(jī)平均增加1%，2024/1/26.2、進(jìn)氣損失

減少阻力損失主要從改進(jìn)進(jìn)氣道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)著手，對柴油機(jī)而言，要求在一定的進(jìn)氣終了空氣渦流強(qiáng)度條件下，盡可能提高流量系數(shù)。進(jìn)氣流動(dòng)阻力造成的損失。2024/1/26.定義：每循環(huán)實(shí)際進(jìn)入氣缸的新鮮充量m1與以進(jìn)氣管內(nèi)狀態(tài)充滿氣缸的工作容積的理論充量msh之比。設(shè)殘余廢氣系數(shù)為

r，則殘余廢氣質(zhì)量為

rm1，進(jìn)氣后缸內(nèi)質(zhì)量。

§2-2四行程發(fā)動(dòng)機(jī)的充氣效率一、充量系數(shù)

v愈高，代表每循環(huán)進(jìn)入一定氣缸容積的新鮮工質(zhì)量多，則發(fā)動(dòng)機(jī)功率和扭矩可增加，動(dòng)力性好。2024/1/26.二、影響充量系數(shù)各種因素（1）進(jìn)氣阻力

對的影響最大。進(jìn)氣系統(tǒng)的沿程阻力和局部阻力均會(huì)使增大。（一）進(jìn)氣終了壓力

（2）轉(zhuǎn)速

（3）負(fù)荷2024/1/26.（二）進(jìn)氣終了溫度

（2）負(fù)荷

（1）轉(zhuǎn)速

2024/1/26.（三）排氣終了壓力

（四）排氣終了溫度Tr

2024/1/26.（六）配氣定時(shí)

合理的配氣定時(shí)也可增加充氣效率

（七）進(jìn)氣狀態(tài)

進(jìn)氣或大氣壓力高，pa也隨之增加，新鮮工質(zhì)密度增加，進(jìn)氣量也增多。2024/1/26.1）降低進(jìn)氣系統(tǒng)的阻力損失，提高氣缸內(nèi)進(jìn)氣終了時(shí)的壓力Pa。三、提高充量系數(shù)的措施：4）降低排氣系統(tǒng)的阻力損失，以減小缸內(nèi)的殘余廢氣系數(shù)

r

。3）減少高溫零件對新鮮充量的加熱，以降低進(jìn)氣終了時(shí)的充量溫度Ta。2）合理的配氣正時(shí)和氣門升程規(guī)律，在減小mr的同時(shí)，即增加pa，減小φr2024/1/26.§2-3減少進(jìn)氣系統(tǒng)的阻力一、進(jìn)氣門—與氣門直徑、氣門錐角、氣門最大升程、凸輪至氣門的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、凸輪型線等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、尺寸參數(shù)有關(guān)。1、進(jìn)氣門瞬時(shí)開啟流通截面積fd—?dú)忾T室直徑；lv—?dú)忾T瞬時(shí)升程;—?dú)忾T錐角2024/1/26.2、時(shí)面值在時(shí)間微元dt內(nèi)通過氣門的氣體流量為dm=vmfdt。整個(gè)氣門開啟時(shí)間內(nèi)的氣體流量為m=Vmfdt式中的fdt稱為氣門的時(shí)面值，氣門的通過能力與氣門的時(shí)面值有關(guān)。式中的Vm

是進(jìn)氣門處氣體的平均流速2024/1/26.式中的fd

稱為氣門的角面值。氣門機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、配氣相位一定時(shí)，氣門的角面值就一定，與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化無關(guān)。但氣門的時(shí)面值與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速成反比。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速升高時(shí)，氣門的時(shí)面值下降，充氣效率v降低。2024/1/26.3、進(jìn)氣馬赫數(shù)Ma

增大氣門的相對通過面積，提高流量系數(shù)，合理的配氣相位是限制Ma值、提高ηv、提高發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的有效辦法。2024/1/26.4、氣門直徑和氣門數(shù)進(jìn)氣門直徑一般比排氣門直徑大15%~20%。因?yàn)榕艢饬魉俑哂谶M(jìn)氣流速，按進(jìn)、排氣流量相等原則，可以進(jìn)大、排??；其次，排氣門熱負(fù)荷較進(jìn)氣門嚴(yán)重，減小排氣門直徑可以減少排氣門受熱面積，降低熱負(fù)荷。多氣門優(yōu)點(diǎn)：1）進(jìn)氣總通過斷面積增加，有利于提高充氣效率，提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率和扭矩。四氣門機(jī)構(gòu)與二氣門機(jī)構(gòu)相比，功率可提高70%，扭矩可提高30%，尤其是改善低速、低負(fù)荷性能；2024/1/26.2024/1/26.3）有利于形成結(jié)構(gòu)緊湊的半球型燃燒室，改善燃燒；4）排氣門熱負(fù)荷低。多氣門缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，傳動(dòng)布置困難。2）在相同缸徑條件下，氣門頭部尺寸小，重量輕，氣門升程小，有利于高速化；2024/1/26.5、氣門升程—即氣門最大升程。氣門升程大，可增加氣門通過時(shí)面值，提高充氣效率，但氣門最大負(fù)加速度大，氣門容易發(fā)生飛脫、反跳等不正常開啟現(xiàn)象。因此，最大氣門升程與氣門閥盤直徑之比一般取0.26～0.28。2024/1/26.6、減少氣門處的流動(dòng)損失氣門頭部到桿身的過渡形狀、氣門與氣門座的銳邊等，都會(huì)影響氣流的剝離，從而影響流量系數(shù)。如在進(jìn)氣門升程較小時(shí)，氣門周圍的氣流部分發(fā)生倒流，減少了進(jìn)氣通道截面積，即減少了進(jìn)氣量。這當(dāng)然與進(jìn)氣道的幾何形狀設(shè)計(jì)有關(guān)，如國外的進(jìn)氣道出口要求機(jī)械加工倒角、要求流線型幾何形狀設(shè)計(jì)。2024/1/26.

二、進(jìn)氣道、進(jìn)氣管—保證足夠的流通截面積，避免轉(zhuǎn)彎（柴油機(jī)螺旋進(jìn)氣道除外）及截面突變，提高氣道內(nèi)表面的鑄造光潔度，以減小阻力，提高ηv。

為使氣流加速，進(jìn)氣道截面積是漸縮、漸擴(kuò)的幾何形狀。氣門導(dǎo)管處最小氣道截面積的設(shè)計(jì)非常重要，它取決于氣門最大升程的選定。一般認(rèn)為，在穩(wěn)流試驗(yàn)臺(tái)上，超過最大氣門升程時(shí)，進(jìn)氣道的設(shè)計(jì)應(yīng)該保證氣體流量不再增大。2024/1/26.對汽油機(jī)而言，采用直線型進(jìn)氣道可最大限度減少進(jìn)氣阻力。這一設(shè)計(jì)思想也體現(xiàn)在現(xiàn)代車用直噴式柴油機(jī)的進(jìn)氣道設(shè)計(jì)上，主進(jìn)氣道盡可能設(shè)計(jì)成直線型，而副進(jìn)氣道則設(shè)計(jì)成螺旋型，以組織進(jìn)氣渦流。2024/1/26.

為了避免或減少高溫進(jìn)氣的加熱，柴油機(jī)均采用進(jìn)、排氣管在氣缸蓋兩側(cè)布置的方案。對于汽油機(jī)，常采用進(jìn)、排氣管同側(cè)布置方案，增壓及中冷可提高內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放特性，還可提高ηv

。三、減少對進(jìn)氣充量的加熱2024/1/26.

四、降低排氣系統(tǒng)流動(dòng)阻力：

排氣道應(yīng)避免截面突變和急轉(zhuǎn)彎這有利于降低流通阻力

從缸蓋底面到排氣門座面應(yīng)圓滑過渡，到最小流通截面逐漸縮小，

從氣道轉(zhuǎn)彎處到排氣道出口截面形成擴(kuò)壓段，最小流通截面至出口截面面積應(yīng)逐漸變大。

對于多缸脈沖渦輪增壓內(nèi)燃機(jī)，排氣管應(yīng)分支，避免排氣倒流。

設(shè)計(jì)出高效低阻消聲器，也是降低排氣阻力的十分重要的一環(huán)

2024/1/26.§2-4合理選擇配氣定時(shí)配氣相位角中，進(jìn)氣門遲閉角的改變，對充氣效率影響最大。增大進(jìn)氣遲閉角，高轉(zhuǎn)速時(shí)

v最大值相當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)速增加，有利于最大功率的提高，但對中、低速發(fā)動(dòng)機(jī)性能不利；減小進(jìn)氣遲閉角，能防止低速倒噴，有利于提高最大扭矩，但降低了最大功率。2024/1/26.合理的排氣提前角應(yīng)當(dāng)在保證排氣損失最小的前提下，盡量減小排氣提前角，以加大有效膨脹比，提高熱效率。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增加時(shí)，相應(yīng)的自由排氣時(shí)間縮短，為減少排氣損失，應(yīng)增加排氣提前角。進(jìn)氣門早開角和排氣門遲閉角的影響體現(xiàn)在氣門疊開角上，其中，排氣門遲閉角的影響最大，隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的增加而加大（即氣門疊開角隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的增加而加大），進(jìn)氣門提前角幾乎不變。汽油機(jī)氣門疊開角較小，柴油機(jī)較大；車用增壓柴油機(jī)為保證低速性能，氣門疊開角與非增壓機(jī)型幾乎一致。2024/1/26.§2-5進(jìn)氣管的動(dòng)態(tài)效應(yīng)由于間隙進(jìn)、排氣，進(jìn)、排氣管內(nèi)存在壓力波?？衫么藟毫Σ▉硖岣邭飧變?nèi)充氣效率。電控汽油噴射發(fā)動(dòng)機(jī)的普及，使得進(jìn)氣管的設(shè)計(jì)自由度大大增加，進(jìn)氣管諧振系統(tǒng)廣泛應(yīng)用在中、高檔轎車上，甚至可使充氣效率超過100%，大大提高了發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能。進(jìn)氣管動(dòng)態(tài)效應(yīng)分為慣性效應(yīng)與波動(dòng)效應(yīng)。2024/1/26.在進(jìn)氣過程后半期，壓力波合并成為正壓，并使正壓恰在進(jìn)氣門關(guān)閉之前達(dá)到最大值（最佳t=ts/2），就能增加

v（慣性增壓）,進(jìn)氣管內(nèi)的壓力波對產(chǎn)生它的本次循環(huán)的進(jìn)氣過程直接產(chǎn)生影響，這種效應(yīng)叫慣性效應(yīng)（如圖b）。一、進(jìn)氣管的慣性效應(yīng)2024/1/26.

如果使向進(jìn)氣門端傳播的正壓力波與下一循環(huán)的進(jìn)氣過程重合，就能使進(jìn)氣終了時(shí)的壓力提高，從而提高了充氣效率。這種前一個(gè)循環(huán)殘存的壓力波，對后一個(gè)循環(huán)的進(jìn)氣過程發(fā)生的影響叫波動(dòng)效應(yīng)。b、進(jìn)氣管波動(dòng)效應(yīng)

汽油機(jī)的進(jìn)氣管長就是利用了波動(dòng)效應(yīng)2024/1/26.c、轉(zhuǎn)速與管長壓力波的固有頻率式中：c—進(jìn)氣管壓力波聲速

Li*—進(jìn)氣管等效管長當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為n（r/min）時(shí)，進(jìn)氣頻率f2為

用q來表示波動(dòng)次數(shù)，則有：2024/1/26.當(dāng)q=1.5、2.5…時(shí)，下一次進(jìn)氣門開啟時(shí)，正好與正的壓力波重合，使

v增加；當(dāng)q=1、2…時(shí)，進(jìn)氣頻率與壓力波固有頻率合拍，下一次氣門開啟期間正好與負(fù)的壓力波重合，使ηv減小。2024/1/26.

當(dāng)最佳的q1或q2一定時(shí)，管長與轉(zhuǎn)速成反比，即高速機(jī)應(yīng)選用短（粗）的進(jìn)氣管，轉(zhuǎn)速不太高的發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)選用長（細(xì)）的進(jìn)氣管。

換句話說：長進(jìn)氣管對應(yīng)的在低速時(shí)有最大充氣效率ηv，短進(jìn)氣管對應(yīng)在高速時(shí)有最大ηv下的轉(zhuǎn)速。2024/1/26.結(jié)論：1）排氣管的長度、粗細(xì)、配氣相位對

v的影響趨勢與進(jìn)氣管相似，即：高速機(jī)采用短而粗的排氣管和大的排氣開啟持續(xù)角，低速機(jī)采用細(xì)而長的排氣管及小的排氣開啟持續(xù)角。2）對于多缸發(fā)動(dòng)機(jī)，若多缸共一根排氣管就會(huì)產(chǎn)生相互干擾，往往使結(jié)果變壞。如某缸在關(guān)閉之前，另一缸在自由排氣而形成正壓力波，此缸使前一缸排氣門處壓力升高，不利于廢氣排出。因此，多缸機(jī)為排除上述干擾，常將某些排氣時(shí)間不重疊的氣缸分為一組，采用單獨(dú)的排氣管。2024/1/26.1、可變進(jìn)氣管長度系統(tǒng)：進(jìn)氣管長度可調(diào)以適用不同轉(zhuǎn)速下的諧振充氣?？勺兗夹g(shù)就是隨發(fā)動(dòng)機(jī)使用工況（轉(zhuǎn)速和負(fù)荷）變化，為使發(fā)動(dòng)機(jī)性能均保持最佳，發(fā)動(dòng)機(jī)某系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)可變的技術(shù)?？勺冞M(jìn)氣管長、可變氣門定時(shí)、可變氣門升程、可變凸輪機(jī)構(gòu)等結(jié)構(gòu)?！?-6可變技術(shù)2024/1/26.FullloadperformanceofanAudiV6engine2024/1/26.FullloadperformanceofanAudiV6engine2024/1/26.2、可變進(jìn)氣道截面系統(tǒng)：進(jìn)氣道截面可以調(diào)整適用不同轉(zhuǎn)速下的諧振充氣。

2024/1/26.3、可變排氣道截面系統(tǒng)：在排氣管末端裝有可變節(jié)流閥利于慣性掃氣。2024/1/26.4、可變配氣定時(shí)控制機(jī)構(gòu)：

2024/1/26.

1)可變凸輪機(jī)構(gòu)：

該機(jī)構(gòu)使用了高速和低速二種凸輪，高速凸輪的氣門開啟時(shí)間長，升程大，能改變配氣相位也能改變氣門升程。低速工作時(shí)，低速凸輪單獨(dú)驅(qū)動(dòng)氣門，高速凸輪雖然也驅(qū)動(dòng)中間搖臂，中間搖臂并不驅(qū)動(dòng)氣門。高速工作時(shí)，液壓油的壓力驅(qū)動(dòng)液壓活塞A和B，使三個(gè)搖臂結(jié)合成一體，這時(shí)三個(gè)搖臂都被高速凸輪所驅(qū)動(dòng)，通過可變氣門定時(shí)，汽油機(jī)在高低轉(zhuǎn)速時(shí)均能獲得大的ηv

，從而能獲得高的功率。2024/1/26.可變配氣相位2024/1/26.

2)電磁控制全可變氣門機(jī)構(gòu)：

在該氣門機(jī)構(gòu)中，有上下兩個(gè)電磁極，一個(gè)銜鐵固定在氣門上。當(dāng)下面的電磁極通電時(shí)，氣門開到最大升程；當(dāng)上面的電磁極通電時(shí)，氣門被關(guān)閉。下面的電磁極的位置可以移動(dòng)，以此改變氣門的最大升程。當(dāng)電磁線圈不通電時(shí)，氣門在彈簧的作用下，在關(guān)閉和開啟狀態(tài)之間作簡諧運(yùn)動(dòng)，電磁力只起固定氣門位置的作用?？梢愿淖冞M(jìn)氣定時(shí)，改變進(jìn)氣門的最大升程和升程曲線。應(yīng)用該機(jī)構(gòu)的汽油機(jī)，通過控制進(jìn)氣門開啟時(shí)間來控制汽油機(jī)進(jìn)氣量，取消了節(jié)氣門，提高了充氣系數(shù)，減少了換氣損失。由于氣門控制方式的改變，氣門驅(qū)動(dòng)的機(jī)械損失降低，總的損失還是降低了30％左右。另外還對降低排放由一定的作用。2024/1/26.2024/1/26.5、諧振充氣系統(tǒng)：是將一組點(diǎn)火間隔相等的氣缸，通過較短的進(jìn)氣管和諧振箱連接在一起，在進(jìn)氣波動(dòng)的頻率和進(jìn)氣系統(tǒng)的固有頻率相等時(shí)，能取得較好的充氣效果的系統(tǒng)，要求各缸點(diǎn)火間隔240°CA。

不可變進(jìn)氣系統(tǒng)諧振充氣，只有在很窄轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)才有較好的充氣效果。

渦輪增壓內(nèi)燃機(jī)，將諧振轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)在低轉(zhuǎn)速區(qū)，以彌補(bǔ)低速時(shí)增壓效果較差的缺陷。

利用可變進(jìn)氣系統(tǒng)，諧振充氣可在較大的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)有較好的充氣效率。2024/1/26.§2-5二沖程內(nèi)燃機(jī)換氣

二沖程內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣、壓縮、燃燒、膨脹和排氣過程是用兩個(gè)活塞行程來完成的，其換氣過程的工作順序是：在膨脹行程的末期，活塞下行，首先打開排氣口，開始排氣，而后掃氣口開啟，具有一定壓力的新鮮充量由掃氣口流入氣缸，并強(qiáng)迫廢氣由排氣口流出，進(jìn)行充量更換，然后，活塞到達(dá)下止點(diǎn)后又上行，依次將掃氣口和排氣口關(guān)閉，換氣過程結(jié)束。新鮮充量由掃氣泵提供，掃氣泵的作用是對新鮮充量進(jìn)行壓縮，使其壓力提高后，再進(jìn)入氣缸。一、二沖程內(nèi)燃機(jī)的換氣過程2024/1/26.2024/1/26.

換氣過程分為三個(gè)階段，自由排氣階段、掃氣與強(qiáng)制排氣階段和過后排氣或過后充氣階段。

1.自由排氣階段—從排氣口開啟直到新鮮充量進(jìn)入氣缸為止。特點(diǎn)：（1）下止點(diǎn)前60～75°（CA）開啟，氣缸內(nèi)壓力較高，約為300—600kPa，氣缸內(nèi)的燃?xì)庖月曀倭鞒?。?）排氣流量與排氣管內(nèi)的氣體狀態(tài)無關(guān)，只取決于缸內(nèi)氣體的狀態(tài)和排氣口流通截面的大小。（3）缸內(nèi)燃?xì)饪梢粤鞒龃蠹s70％～80％。

2.掃氣與強(qiáng)制排氣階段—掃氣口開啟，新鮮充量進(jìn)入氣缸，直到活塞下行到下止點(diǎn)后再上行將掃氣口關(guān)閉為止。特點(diǎn)：利用掃氣氣體強(qiáng)制將廢氣排出氣缸外，還要充入新鮮充量。

3.過后排氣或過后充氣階段—從掃氣口關(guān)閉到排氣口關(guān)閉期間。

特點(diǎn)：該階段所持續(xù)的時(shí)間較短。由于活塞已經(jīng)開始上行，缸內(nèi)氣體壓力提高，對過后排氣是有利的而不利于過后充氣。要達(dá)到過后充氣的目的，就必須提高掃氣泵的掃氣壓力，相應(yīng)地增加掃氣泵消耗的機(jī)械功。2024/1/26.2024/1/26.

（1）換氣時(shí)間短，換氣質(zhì)量差：

二沖程為120°～150°CA，而四沖程為400°～500°CA。從氣門疊開角占整個(gè)內(nèi)燃機(jī)換氣時(shí)間的比例來看，非增壓約為3％～8％，增壓為20％～30％，而二沖程達(dá)到了70％～80％。將有較多的新鮮充量經(jīng)過排氣門直接流入排氣管中，增加了空氣消耗量（對于柴油機(jī)而言）或混合氣消耗量（對于汽油機(jī)而言）。與二沖程增壓發(fā)動(dòng)機(jī)所匹配的增壓器比四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)流量大的原因。

二沖程的換氣過程與四沖程的差異：

（2）進(jìn)、排氣過程同時(shí)進(jìn)行：

四沖程的換氣過程在兩個(gè)行程中進(jìn)行，新鮮充量與廢氣摻混的機(jī)會(huì)較少，殘余廢氣系數(shù)較?。欢_程換氣時(shí)進(jìn)、排氣過程同時(shí)進(jìn)行，新鮮充量與廢氣易于摻混，殘余廢氣系數(shù)比較大。

2024/1/26.

（3）掃氣消耗功大：

盡管二沖程無泵氣損失，但消耗的空氣量大，掃氣泵耗功多，使得其指示熱效率明顯低于四沖程內(nèi)燃機(jī)，因此燃油消耗率較高。

（4）二沖程汽油機(jī)的HC排放高：

對于二沖程汽油機(jī)而言，由于在掃氣期間有較多新鮮充量短路而直接流入排氣管，導(dǎo)致其未燃HC排放遠(yuǎn)高于四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)。2024/1/26.

二、換氣質(zhì)量的評價(jià)：

換氣過程的評價(jià)參數(shù)：

1掃氣系數(shù)Φs—換氣過程結(jié)束后，留在氣缸內(nèi)的新鮮充量的質(zhì)量m0與缸內(nèi)氣體總質(zhì)量的比值，即φS表示掃氣品質(zhì)的好壞。φS高，說明進(jìn)入氣缸新氣流失少，或殘余廢氣被清掃的多，它是評價(jià)掃氣的重要指標(biāo)。2024/1/26.2過量掃氣系數(shù)（給氣比）—通常用每循環(huán)流過掃氣口的充量質(zhì)量mk與掃氣狀態(tài)（Ps