提高四冲程发动机充气效率.pptx

一、减小进气系统的阻力一、减小进气系统的阻力二、合理选择配气定时二、合理选择配气定时三、利用进气管的动态效应三、利用进气管的动态效应四、采用可变技术四、采用可变技术五、采用增压技术五、采用增压技术第第1页页/共共43页页一、减小进气系统的阻力一、减小进气系统的阻力沿程阻力，局部阻力（节流阻力）沿程阻力，局部阻力（节流阻力）汽油机：空气滤清器汽油机：空气滤清器 节气门节气门 进气管进气管 进气道进气道 进气门进气门 柴油机：空气滤清器柴油机：空气滤清器 进气管进气管 进气道进气道 进气门进气门 气门座处流动损失最大气门座处流动损失最大气门座处流通截面最小，截面变化大气门座处流通截面最小，截面变化大第第2页页/共共43页页1 1减小进气门处的流动阻力减小进气门处的流动阻力1）增大进气门直径）增大进气门直径进气门流通面积进气门流通面积活塞顶面积活塞顶面积=一般:0.200.25 （影响大）（影响小）一般：第第3页页/共共43页页2）增加气门数目）增加气门数目四气门 流通面积流通面积但结构复杂，造价较高。但结构复杂，造价较高。40%左右。左右。（可达30%）Mebe第第4页页/共共43页页nDOHC4气门发动机的优缺点比较气门发动机的优缺点比较n优点优点：n进排气流通面积增大，流动阻力小，泵气损失进排气流通面积增大，流动阻力小，泵气损失小，有利于提高动力性。小，有利于提高动力性。n利于火花塞或喷油器布置在中央，有利于提高利于火花塞或喷油器布置在中央，有利于提高压缩比。压缩比。-点燃式发动机点燃式发动机n利于改善混合气形成质量。利于改善混合气形成质量。-压燃式发动机压燃式发动机n提高经济性和降低排放。提高经济性和降低排放。n可减轻气门系统的运动零部件质量。可减轻气门系统的运动零部件质量。-适应高速运转要求适应高速运转要求第第5页页/共共43页页n缺点：缺点：n气门机构的零部件数目增加，使制造维气门机构的零部件数目增加，使制造维修成本增加修成本增加n增加了发动机的高度，需要大的安装空增加了发动机的高度，需要大的安装空间。间。第第6页页/共共43页页3）适当增大气门升程）适当增大气门升程4）合理设计气门结构）合理设计气门结构阀顶过渡圆角RR R 流动阻力 R应适中。5)采取较小的采取较小的S/D值值第第7页页/共共43页页2减少进气管道阻力减少进气管道阻力1)进气道进气道:转弯半径转弯半径R,表面光洁表面光洁,流动阻力流动阻力 设计时还要考虑组织进气涡流。设计时还要考虑组织进气涡流。进气道的开发必须依靠大量试验，进气道的开发必须依靠大量试验，在专门的气道实验台上进行。在专门的气道实验台上进行。第第8页页/共共43页页2)2)进气管进气管:表面光洁度表面光洁度，流通面积流通面积 沿程阻力沿程阻力 转弯半径转弯半径R 截面突变截面突变 截面形状截面形状 圆形圆形 矩形矩形 D形形流动阻力流动阻力 小小 大大 中中底部蒸发底部蒸发 小小 中中 大大柴油机不存在底部蒸发问题，柴油机不存在底部蒸发问题，故多采用流动阻力小的圆形进气管。故多采用流动阻力小的圆形进气管。第第9页页/共共43页页经常清洗，更换滤芯。经常清洗，更换滤芯。3)空气滤清器空气滤清器通道面积通道面积，除尘效果除尘效果 流动阻力流动阻力 第第10页页/共共43页页二、减少对新鲜工质的加热二、减少对新鲜工质的加热 柴油机进、排气管分置于气缸两侧柴油机进、排气管分置于气缸两侧三、减少排气系统的阻力三、减少排气系统的阻力 减小排气背压，降低噪声。减小排气背压，降低噪声。四、合理选择配气相位四、合理选择配气相位 进气门迟闭角、气门重叠角进气门迟闭角、气门重叠角 有较大影响有较大影响第第11页页/共共43页页1进气门迟闭角的选择进气门迟闭角的选择:进气门迟闭角的作用：进气门迟闭角的作用：利用气流惯性利用气流惯性气流惯性和发动机转速成正比气流惯性和发动机转速成正比转速越高，进气门迟闭角转速越高，进气门迟闭角 越大越大对某一发动机转速，对某一发动机转速，最大的充气效率所对应的进气迟闭角最大的充气效率所对应的进气迟闭角只有一个。只有一个。所所以以，高高速速发发动动机机转转速速大大，要要获获得得好好的的充充气气效效率率和和动力性，进气迟闭角应大动力性，进气迟闭角应大一些。一些。第第12页页/共共43页页 在保证排气损失最小的前提下，尽量晚开排气门，在保证排气损失最小的前提下，尽量晚开排气门，以加大膨胀比，提高热效率。以加大膨胀比，提高热效率。2气门重叠角：气门重叠角：必要的燃烧室扫气、合适的排气温度。必要的燃烧室扫气、合适的排气温度。气门重叠角大，气门重叠角大，缸内气体易倒流进气管缸内气体易倒流进气管 增压发动机气门叠开角应大一些。增压发动机气门叠开角应大一些。3排气门提前角的选择：排气门提前角的选择：第第13页页/共共43页页根据发动机的高速性能确定根据发动机的高速性能确定4配气相位的选择配气相位的选择1）充气效率高，以保证动力性能）充气效率高，以保证动力性能2）必要的燃烧室扫气，以保证降低热负荷）必要的燃烧室扫气，以保证降低热负荷3）合适的排气温度）合适的排气温度4）良好的充气效率特性，）良好的充气效率特性，以适应转矩特性的要求以适应转矩特性的要求5）较小的换气损失，以保证经济性）较小的换气损失，以保证经济性进气迟闭角进气迟闭角排气提前角排气提前角气门叠开角气门叠开角第第14页页/共共43页页五、利用进气管的动态效应五、利用进气管的动态效应 1.动态效应：动态效应：由于间歇进气而引起的进气管内的气体压力波动由于间歇进气而引起的进气管内的气体压力波动对充气效率的影响。对充气效率的影响。进气管的直径、长度等参数都会改变压力波，因进气管的直径、长度等参数都会改变压力波，因而适当调整这些参数，可以有效地利用进气管压力波，而适当调整这些参数，可以有效地利用进气管压力波，以提高充气效率，提高发动机的动力性。以提高充气效率，提高发动机的动力性。第第15页页/共共43页页2.2.压力波的基础知识：压力波的基础知识：压力波是可压缩弹性介质中压力波是可压缩弹性介质中“状态扰动状态扰动”的传播。的传播。状态扰动指介质中压力、速度等状态参数的瞬间变化。状态扰动指介质中压力、速度等状态参数的瞬间变化。压力波的传播速度压力波的传播速度=气体流速气体流速该介质状态下的音速该介质状态下的音速密波（压缩波）指其所到之处使该处压力上升。密波（压缩波）指其所到之处使该处压力上升。疏波（膨胀波）指其所到之处使该处压力下降。疏波（膨胀波）指其所到之处使该处压力下降。压力波在闭口端出现正反射，即波的性质和幅值完全不变；压力波在闭口端出现正反射，即波的性质和幅值完全不变；在开口端出现负反射，即波的性质相反，而幅值相同。在开口端出现负反射，即波的性质相反，而幅值相同。第第16页页/共共43页页3.3.本循环压力波的动态效应（惯性效应）本循环压力波的动态效应（惯性效应）n压力波的产生压力波的产生：进气开始，活塞下行，造成缸内真空，产生负压波。进气开始，活塞下行，造成缸内真空，产生负压波。压力波的传播压力波的传播：此负压波向外传播到进气管口反射回正压波。此负压波向外传播到进气管口反射回正压波。有利的惯性效应：有利的惯性效应：此正压波若传播到进气门口时，正好进气门关闭此正压波若传播到进气门口时，正好进气门关闭前夕，提高进气压力，起到增压效果。前夕，提高进气压力，起到增压效果。惯性效应的合理利用：惯性效应的合理利用：第第17页页/共共43页页4.4.上循环压力波的动态效应（波动效应）上循环压力波的动态效应（波动效应）n定义：上循环气门口的压力波动如果到本循环进气时定义：上循环气门口的压力波动如果到本循环进气时仍未消失的话，将会对本循环进气产生直接的影响，仍未消失的话，将会对本循环进气产生直接的影响，称为上循环压力波的动态效应。称为上循环压力波的动态效应。n有利的波动效应：有利的波动效应：本循环进气时，正好上循环残余正压波到达，使本循环进气时，正好上循环残余正压波到达，使进气终了压力提高，产生有利效果。进气终了压力提高，产生有利效果。第第18页页/共共43页页n压力波的固有频率：压力波的固有频率：进气频率：进气频率：频率比：频率比：第第19页页/共共43页页n结论：结论：当当q q2 2=1=1、2 2、3 3正整数时，负压波到达，产生不利影响。正整数时，负压波到达，产生不利影响。当当q q2 2=1.5=1.5、2.52.5时，正压波到达，产生有利影响。时，正压波到达，产生有利影响。q2 一定，转速和管长度成反比一定，转速和管长度成反比第第20页页/共共43页页六、采用可变技术六、采用可变技术 从获得最大充气效率的角度出发，比较理从获得最大充气效率的角度出发，比较理想的配气系统应当要满足以下要求：想的配气系统应当要满足以下要求：1)低速时，采用较小的气门叠开角以及较小的低速时，采用较小的气门叠开角以及较小的气门升程，防止出现缸内新鲜气门升程，防止出现缸内新鲜无无量向量向道气道气系系统的倒流，以便增加转矩，提高燃油经济性。统的倒流，以便增加转矩，提高燃油经济性。第第21页页/共共43页页2)高速时，应具有最大的气门升程和进气门迟闭高速时，应具有最大的气门升程和进气门迟闭角，以最大眼度地减小流动阻力充分利用过角，以最大眼度地减小流动阻力充分利用过后充气，提高充量系数，以满足动力性要求。后充气，提高充量系数，以满足动力性要求。3)配合以上变化，对进气门从开启到关闭的持续配合以上变化，对进气门从开启到关闭的持续期也应进行调整，以实现最佳的进气定时。期也应进行调整，以实现最佳的进气定时。第第22页页/共共43页页总之，理想的气门定时应当是根据发动机总之，理想的气门定时应当是根据发动机的工作情况及时作出调整，应具有一定程度的的工作情况及时作出调整，应具有一定程度的灵活性。显然，对于传统的凸轮挺杆气门机构，灵活性。显然，对于传统的凸轮挺杆气门机构，由于在工作中无法作出相应的调控包就难达由于在工作中无法作出相应的调控包就难达到上述要求，因而限制了发动机性能的进一步到上述要求，因而限制了发动机性能的进一步提高。提高。第第23页页/共共43页页n定义：随使用工况的变化而使发动机系统结构定义：随使用工况的变化而使发动机系统结构参数作相应变动的技术。参数作相应变动的技术。n意义：即能满足高速大负荷动力性，又能兼顾意义：即能满足高速大负荷动力性，又能兼顾中低速、中小负荷的经济性，同时考虑低速扭中低速、中小负荷的经济性，同时考虑低速扭矩特性。矩特性。第第24页页/共共43页页n可变进气管：可变进气管：n可变配气相位：可变配气相位：n可变气门升程可变气门升程:n可变气门数：可变气门数：n可变配气相位及气门升程：可变配气相位及气门升程：n可变废气涡轮增压系统：可变废气涡轮增压系统：第第25页页/共共43页页1.可变进气管可变进气管转速和管长度成反比转速和管长度成反比高转速、大功率配短粗进气管高转速、大功率配短粗进气管低转速、大扭矩配长细进气管低转速、大扭矩配长细进气管第第26页页/共共43页页第第27页页/共共43页页第第28页页/共共43页页第第29页页/共共43页页第第30页页/共共43页页第第31页页/共共43页页第第32页页/共共43页页2可变进气谐振增压系统可变进气谐振增压系统第第33页页/共共43页页3三菱三菱MIVEC第第34页页/共共43页页广本雅阁广本雅阁VTEC结构图结构图辅助进辅助进气摇臂气摇臂主进气主进气摇臂摇臂凸轮轴凸轮轴中间进中间进气摇臂气摇臂进气门进气门排气门排气门第第35页页/共共43页页低转速时低转速时VTEC的工作原理的工作原理第第36页页/共共43页页高转速时高转速时VTEC的工作原理的工作原理第第37页页/共共43页页第第38页页/共共43页页第第39页页/共共43页页第第40页页/共共43页页第第41页页/共共43页页第第42页页/共共43页页思考题思考题 1 1怎样综合评定发动机配气定时的合理与否？怎样综合评定发动机配气定时的合理与否？2 2 做出进气迟闭角分别为做出进气迟闭角分别为4040和和6060时的充气效率曲线，时的充气效率曲线，标明和解释各参数，并分析转速变化对进气迟闭角的标明和解释各参数，并分析转速变化对进气迟闭角的影响。影响。3 3 如何选择高速发动机和低速发动机的进气管长度？如何选择高速发动机和低速发动机的进气管长度？4 4 如何选择进气压力波固有频率与发动机吸气频率之如何选择进气压力波固有频率与发动机吸气频率之比，以利用进气动态效应提高发动机的充气效率？比，以利用进气动态效应提高发动机的充气效率？5 5 进气惯性效应和波动效应有何不同？进气惯性效应和波动效应有何不同？第第43页页/共共43页页