汽车发动机配气系统

§4.5 新型配气机构和可变进气系统
1.传统机械式配气系统 的缺点 2.新型配气系统简介 3.可变进气系统
传统机械式配气系统 的缺点
• 传统机械式配气系统 配气相位和气门升程 固定不变，只能保证 某一工况下性能达到 最佳。这对使用工况 变化频繁的汽车用发 动机是不利的。
汽油机在不同工况最佳配气定时
§4.6.2 增压方式——气波增压
气波增压
• 槽轮的驱动功率较小，一般仅占发动机功率 输出的1％ • 结构简单，制造方便，且动平衡要求不高 • 适应性好，不会出现容积式压气机的异常情 况 • 低速转矩大 • 起到EGR作用，可降低排放 • 综合效率低，质量尺寸较大，噪声大 • 对进气和排气压力敏感 • 增压压力较低
a-高速 b-低速
a-低速到高速 b-高速到低速
§4.5.3 电磁气门驱动机构
• 机械凸轮驱动的气门机构，为了防止配气系统零部件 快速损坏和降低运转噪声，凸轮上设置了缓冲段、工 作段等，并要求它们之间要圆滑过渡。加速度值不能 太大，更要避免加速度方向突变。于是气门升程曲线 成弧线状上升，成弧线状下降，气门升程的丰满系数 较小。 • 采用电磁气门驱动机构，取消了凸轮轴，可以在瞬间 将气门开启到最大和瞬间关闭气门，气门升程的丰满 系数较大；气门开启和关闭以及气门开启持续期都可 控制。
涡轮增压器——离心式压气机
1－进气装置 2－工作轮 3－扩压器 4－出气涡壳
• 进气持续角> 180oCA
• 排气门早开(EVO)
– 活塞在运动到作功冲程下止点前，燃气压力仍高于大气压力。 排气门早开，则可以充分利用燃气压力，使废气以较大速度 克服排气门节流阻力冲出气缸。活塞上行开始排气冲程时， 排气门已开启一定程度，排气门与排气门座之间有一定的流 通面积，排气阻力就较低。排气门提前开启角度一般在下止 点之前40o～80oCA。
§4.4
配气定时
– 进、排气门开启关闭时刻和延续的曲轴转角。
• 进气门早开(IVO)
– 为了使进气冲程开始时，进气门与进气门座之间有一定的流 通面积，减少开始进气的阻力，增加进入气缸的充量。进气 门提前开启角一般在上止点前0o～30oCA。
柴油机采用VVT较少的原因
• 柴油机采用质调节，汽油机从降低换气损失 得到的好处在柴油机中得不到。 • 柴油机工作转速较低，同汽油机相比，在配 气定时上高低速矛盾较小。 • 柴油机压缩比较高，活塞在上止点时与气缸 盖间隙很小，气门重叠角的可变范围较小。 • 柴油机采用VVT，可提高低速扭矩，使发动 机冷起动性能改善。
§4.5.4 可变进气系统
• 进气振谐现象：在进气过程 中，活塞的下行运动导致进 气管内产生膨胀波，该膨胀 波在到达进气管的开口端后 反射，反射产生的压缩波向 气缸传播，在进气过程接近 终了时若压缩波正好到达进 气门，则发动机可多进气， 提高充气效率。 • 低速时，采用长而细的进气 管；高速时，采用短而粗的 进气管。
• 排气门晚关(EVC)
– 排气冲程到达上止点时，缸内气压仍略高于大气压力，将排 气门推迟关闭．则可利用压差和排气流惯性．尽量排空废气， 减小残余废气系数。排气门推迟关闭角一般在上止点后0o～ 30oCA。进气气流惯性与发动机转速有关。
• 排气持续角> 180oCA
• 气门重叠角
– 在进气上止点附近，排气 门尚未关闭，进气门已打 开。 – 气门重叠角若过大，则排 气可能倒流入进气管或新 鲜混合气或空气随排气排 出。对汽油机而言，废气 倒流入进气管可能造成回 火，而新鲜充量直接排入 排气道将增加汽油机的耗 油量和排放增加。 – 若重叠角过小，则会影响 新鲜混合气或空气的充入 量。 – 气门重叠角一般通过试验 确定，增压发动机气门重 叠角较大。
增压方式——废气涡轮增压
• 不直接消耗发动机的功率， 充分利用了排气的能量 • 高速性能优越，但低速性能 不佳 • 增压器结构紧凑，使用中冷 器，可进一步提高增压效果。 • 气流流动回路长，加速响应 性能差 • 与排气后处理装置有冲突 • 增压压力较高，可达0.4MPa 适用于单机功率大于35KW 的场合。
增压方式——复合增压
形式较多，主要有机械增压
和涡轮增压相结合的方式。
综合利用了机械增压和涡轮
增压的优点，高速时利用涡 轮增压，起动时采用机械增 压，部分负荷机械增压贡献 大。
起动性能好。 低速、低负荷时仍有一定的
增压压力。
§4.6.3 废气涡轮增压系统结构及 工作原理
发动机废气涡流增压系统
•
•
•
汽油机采用VVT的目的
• 增加WOT的低速和高速进气 量，改善大负荷时发动机的 低速扭矩和高速扭矩 • 提高发动机最高转速 • 通过改变进气门迟闭角，代 替节气门控制负荷，减少部 分负荷的泵气损失，以改善 部分负荷的燃油经济性 • 通过改变气门重叠角，控制 残余废气系数，促进发动机 在低负荷和怠速的燃烧，降 低HC和NOx排放
• • • • • 1－涡轮增压器 7－中冷器 2－放气阀控制 电磁阀 4－排气旁通阀 3－排气旁通阀 压力膜盒
涡轮增压器
涡轮增压器——涡轮
1. 废气温度较高，要求 涡轮叶片具有较高的 热强度，以延长寿命。 涡轮叶片具有足够的 机械强度，防止转速 高达十万转的工作叶 轮在离心力下解体。
2.
3.
涡轮叶片用镍基耐热 合金钢或陶瓷材料制 造；涡轮喷嘴环或无 叶喷管用耐热合金钢 制造。
• 低速大负荷时，采用较小的气门 进气迟闭角及较小的气门升程， 防止出现缸内新鲜充量向进气系 统的倒流，以便增加低速扭矩。 高速大负荷时，采用较大的气门 升程和较大的进气门迟闭角，以 最大限度的减少进气阻力和充分 利用进气惯性，提高充气效率。 怠速时，采用较小的气门重叠角， 防止废气倒流和新鲜充量直接排 到排气道，提高怠速稳定性，降 低怠速耗油量和排放。 低速小负荷时，采用较小的气门 重叠角，防止废气倒流。
增压方式——机械增压
• • • • • • • 历史悠久，但高速时的噪声和使 用寿命问题限制了机械增压的使 用。 发动机转速变化可以导致压气机 流量的变化，加速响应性能较好 低速时可以获得较好的转矩；采 用高速调节或脱开等控制技术， 降低噪声和油耗。 对排气系统无干扰，可适用于高 排气背压的场合 消耗发动机的功率，增大驱动附 件损失，机械效率下降，油耗升 高 增压器的泄漏多，噪声大，效率 低 适应于增压度不高的发动机
奥迪V6可变进气系统
§4.6 发动机增压系统
§4.6.1 发动机增压系统的功能 §4.6.2 增压方式 §4.6.3 废气涡轮增压系统结构及工作原理
§4.6.1 发动机增压系统的功能
• 发动机增压的功能是使进人气缸前的气体经压缩，增加密度， 从而使进入气缸的新鲜充气量增加。 • 动力性和燃油经济性提高。 • 增压器的质量和尺寸较小，发动机在总体质量增加不大的情况 下，功率输出大幅度提高，整机的比质量减小，升功率提高。 可降低发动机单位功率的造价，提高材料的利用率。 • 废气涡轮增压发动机的废气在增压器内进一步膨胀，降低了发 动机的排气噪声。 • 增压后，有利于发动机在高压稀薄空气条件下恢复功率 • 在增压柴油机中，由于压缩终点温度和压力提高，滞燃期缩短， 压力升高比降低，燃烧柔和，燃烧噪声下降。由于空气充足， HC、CO排放下降。 • 增压后，缸内工作压力和温度提高，发动机的机械负荷和热负 荷加大。
• 进气门晚关(IVC)
– 进气冲程到达下止点，由于进气门节流作用，使缸内混合气 或空气压力低于大气压力。活塞上行开始压缩行程的初期， 缸内压力仍低于大气压，因此进气门推迟到下止点后关闭， 可利用压力差和进气流惯性多进新鲜混合气或空气。进气门 推迟关闭角一般在下止点后30o～80oCA。进气气流惯性与发 动机转速有关。
§4.5.1 可变凸轮配气机构(VTEC)
• a
Variable Valve Timing and Valve Lift Electronic Control
主
a. 低速
b.高速
§4.5.2 可变气门定时机构
• 可变配气定时机构是通过转动进气凸轮 轴一个角度，达到改变发动机配气定时 的。转动进气凸轮轴用特殊装置，当发 动机转速升高时，分级改变或连续改变 进气凸轮轴的初始打开气门角，调节范 围最高可达60。CA。与可变凸轮配气机 构一样，这种技术能充分兼顾发动机低 速和高速性能，因此在高性能发动机上 得到应用。
– – – – 发动机燃油经济性改善了10％～20％。 发动机低速转矩性能改善了10％～20％。 排气中有害排放物NOx和HC明显降低。 空燃比控制得到改善，发动机气缸内燃烧更稳定。
高压电磁阀在气门开启 的加速过程中开启,减速 过程中关闭。低压电磁 阀的开启和关闭控制气 门的关闭过程。系统还 包括一个高压单向阀和 一个低压单向阀,以保证 气门在开启到最大行程 时活塞上部压力不会太 低,气门在落座之前活塞 上部油腔压力不至过高。