谐振进气

1、进气系统谐振效应
利用气动效应 产生谐振增加进气 量的进气系统通常 包括:进气支管,谐振 箱,谐振管 进气总管 等部分组成。以一 六缸机为例, 其进气 系统结构简图, 如图 1所示。
谐振进气的基本原理
多缸机进气支管并不是简单地从外界吸入稳 压气流。由于各缸在进气过程中均会产生气流波 动,因此发动机进气系统中的气体波动是极其复杂 的。在进气过程中, 由于活塞的吸入作用, 在进气 门入口处所形成的负压波, 经支管到达支管开口处 时, 遇到开口边界条件, 反射回一波形相反的正压 波, 在该缸进气冲程后期增加进气。与此同时, 支 管开口反射回一压力波,谐振管中的气体也会受到 负压波的扰动,负压波经谐振箱、总管传至上游开 口端, 再反射回来。
谐振进气
ຫໍສະໝຸດ Baidu 前言
随着国家经济与科学技术水平的发展,尽管车用 发动机变得越来越完善,但人们对它的性能还是提 出了新的要求。随着能源的日益短缺和人们对环 境污染问题的日益关注,要求新一代的发动机具有 更高的动力性、经济性和环保性能。足够的充量 进入气缸, 即有较高的充气系数，是组织完善燃烧 过程、提高发动机性能的前提, 所以提高充气系数 是研究发动机工作过程的重要内容。很久以前,人 们就意识到进气系统的结构参数对往复式发动机 的性能有很大影响。因此通过合理设计进气系统, 充分利用进气系统中的不稳定波动, 即利用进气管 中的动力效应提高充量是一种简单而有效的方法。
使用谐振进气系统,使其在发动机低速 时产生谐振进气,弥补涡轮增压器在低速时 性能较低的缺陷,提高发动机低速充量系数, 可明显改善低速性能。现在发展的可变进 气系统,具有更加优越的性能,可以在更加宽 广的转速范围提高发动机充量系数。谐振 进气系统有庞大的进气管路,可以储备足够 的空气,在加速时进气动力效应无惰性,因而 可快速响应,这对提高车用发动机的加速性 是十分有利的。
支管入口处压力波形态取决于总管、 外接管及上游耦合部件中复杂的气流波动, 故它不是自身负压波的简单反射,而是由自 身负压波、上游各部件中气体反射波以及 来自各缸的负压波在此处叠加而成。当该 缸下次进气产生的波与进气系统内残余的 波动相位吻合,各波合成效果为正压波时, 则 有利于后续进气, 使充量系数增加;若相位不 吻合甚至相反, 则不利于进气,充量系数降低。 此即谐振进气的基本原理。
2、可变进气系统
对于不可变的谐振进气系统只能保证 发动机在某一工况下具有良好的性能,无法 在运行过程中进行调节,不能满足在较大的 转速范围都有很好的充气效果的要求。因 此,在发动机运行过程中,能够调节进气系统 参数,改变自身频率,使发动机在多个转速附 近都有很好谐振效果的可变谐振进气系统 在实际中受到越来越广泛的重视。
现在的可变谐振进气系统大部分是通 过机械式调整进气管长度的可变进气管长 度谐振系统,也有少部分其他形式的可变进 气系统。它们都是通过电控系统使其在相 应转速下迅速改变进气系统参数,在不同转 速下产生谐振,提高发动机充量系数。
可变谐振进气系统的优缺点
可变谐振进气系统结构简单,可靠性高,适 用于汽车、拖拉机、摩托车等的发动机。可以 在较宽广的转速范围内产生进气谐振,提高发 动机充量系数,在发动机低速运行时,提升发动 机扭矩,在高速运行时,提高发动机最大功率,而 这只需要对原机进气管稍加改变即可实现。该 系统的缺点是:由于要充分利用气体波动,导致 谐振管路较长,会给发动机布置带来一定困难。 若使用无级可变长度进气系统,还会有控制系 统较为复杂,密封性差等问题。
可变进气系统的发展现状及优缺点
国内外开发出了多种可变谐振进气系 统,利用由谐振箱容积、谐振管的长度与直 径以及共振箱容积调节进气系统固有频率, 使发动机在宽广的运行范围内有两个或多 个谐振转速,提高发动机充量系数,提高发动 机动力性能和经济性能。资料显示可提高 充量系数 10%左右,降低油耗 3～5 g/ kW· h[27 ] 。
3、前景与展望
涡轮增压技术是提升发动机性能,降低 排放的有效手段,但普通的涡轮增压器往往 设计在高速时与发动机有良好的匹配效果, 当发动机运行在低速工况时,由于排气能量 不足,使得涡轮不能提供给压气机足够能量, 从而使低速进气量不足,低速扭矩降低,排烟 增加。因此如何改善增压柴油机低速工况 性能,进一步提高低速扭矩,降低排放是提升 增压发动机性能的关键课题。
谐振进气系统很适合于车用发动机,为 进一步提高发动机的性能指标和排放指标 提供了有效的手段。因此,采用一般涡轮增 压与谐振进气相结合的涡轮谐振复合增压 系统为车用发动机的发展开拓了一个美好 的前景。