第二章发动机换气过程谐振进气与可变进气管414
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
新脉冲
波动效应
开口端 闭
L 口
阶段：进气门闭 下一循环进气门开 压缩波 膨胀波
L L 端 膨胀波
L 压缩波 （进气门开）
压力波动是周期性的。
求压力波动的固有频率f0：
设管长为L，则一个循环（压缩波）声波传播的距 离为4L，设管内声速为α（m/s），每（周期）循 环所用时间＝?
4L/ α （s）
压力波动的固有频率f0=? α/ 4L [ 1/s ]
转速为n的发动机吸气频率fn：
fn
f0=α/ 4L
对于惯性增压，要达到共振，即 f0≈fn, 即n↑→L↓
f0
fn
当q = 1，2，3… 时，进气门开，则pa’
… 时，进气门开，则pa ’
… 时，进气门开，则pa ’
试验表明当q = 1，2，3… 时，进气门开，则pa’
结论
1 、惯性效应 （本循环），振幅大，衰减小。 波动效应 （两循环），振幅小，衰减大。
转矩 增加
功率 增加
华南农业大学 车辆工程系
朱余清
五、谐振进气与可变进气管
1、什么是进气管内的动态效应(谐振）？
在实际中，换气过程进排气管内的压力是波
动的。这是由于管内气体具有相当的惯性和可 压缩性，在活塞变速运动及进排气过程间歇且
周期的作用，根据流体力学的规律，势必要在进
排气管内引起一定的气体动力效应。目前对
于内燃机进排气管道内气体动力效应的物理本质，
大都认为这是压力波在管道内的传播、反 射、相交的综合效果的体现。
2、研究内燃机进排气管内动力效应的目的
主要是利用进排气管内
动力现象来改善内燃机 的换气过程，提高内燃 机气缸的充气效率Φc， 从而提高内燃机的动力
伴随速度与气体密度变化
由于小扰动所引起的气体质点本身的移动速
度叫伴随速度。不论 是压缩波还是膨胀波，紧
虽然进气管加长进气阻力增大，充量 系数会下降，但实际情况则相反，在不同管 长所特有的转速下，充其量显著增加。
首先了解波的反射源自文库象
闭口端 ： 反射波与入射波性质相同
开口端 ： 反射波与入射波性质相反
波动效应
阶段：进气门闭 下一循环进气门开
气流惯性
气门关闭
闭 压缩波 口 端 膨胀波
膨胀波 开口端
（进气门开） 压力波动是周期性的。
压缩波
t
t1
t＞t1
t＜t1
反 射 波 同 入 射 波 相 交 后 的 合 成 波
合成波
本次进气过程产生的正压力波，在返回时对 充气过程直接产生的影响称为惯性效应。
本次循环波动效应inertia effect 即惯性增压
波动衰减
管内残余压力波对下一循环的进 气过程产生的影响称为惯性波动 效应。
新合成波 前面循环波动效应 pulsation effect 即脉冲波动效应
a/反射和相交
气波沿管道中传播到达 边界时，在边界处发生波 的反射，随后反射波又会 同入射波相交，这就是波
的反射和相交过程。
b/边界与反射性质
如果把进气管看成一端封闭，另 一端开放的管子，封闭端或开口端 就是边界。气波在封闭端的反射性 质，可由封闭端气流速度恒等于零 的边界条件确定。在开口端的反射 性质，可由开口端保持恒定压力的 边界确定。
跟气波之后必有伴随而产生的气流速度，即伴随速 度，这是气波的重要特性之一。对于压缩波(正压力
波） ，伴随速度与气波传播的方向相同，因此压 缩波通过后使该处的气体密度增 加；对于膨胀波（负压力波） ，其伴随速度方向
与气波传播方向相反，故膨胀波过后使该 处的气体密度降低。
3、压力波是如何反射和相交的？
2、 高速发动机，进气管短；低速发动机，进气 管长。 3 、进气管直径 流动阻力 压力波强 度
进气管直径 压力波振幅 压力波强 度 4 、多缸机上，进气管应分支，且等长。 5 、避免管道急转弯，则压力波振幅不会衰减太 大。
实例分析：波动效应的应用
可变长度进气道
• 可随负载变 化调节进气 路程长短， 来提高低速 区的扭矩和 高速区时保 持最大功率。
c/正反射与负反射
在封闭端驻波只有压力波动，空气质点 不动，反射波与入射波有相同的性质，波幅
大小相等，传播方向相反，称为正反射。
在开口端，驻波的性质恰好相反，只有 沿管子轴线方向的空气质点有速度波动， 反射波的性质与入射波相反，波幅大小
。 相等方向相反，则称为负反射
在封闭端，如入射波为压缩波， 因压缩波后必伴随有入射波方向的 空气气流速度，而到达边界（封闭 端）后应满足使气流速度为零的边 界条件，故反射波也必须为强度相 等的压缩波，才能使气体质点同时 获得在反射方向的加速运动，从而
相互抵消以满足边界上质点速度 为零的条件。
4、如何利用压力波？
如果压力波与进气门开闭配合好，使反向 的压力波集中到要打开的进气门旁，在 进气门打开时就会形成增压进气的效果。
进气管内气体波动的固有频率与进气管的长度有 密切关系，一般进气管长度长时，压力波波长大， 可使发动机中低速区功率增大，进气管短时压力 波波长短，可使发动机高速区功率大。
波动效应
开口端 闭
L 口
阶段：进气门闭 下一循环进气门开 压缩波 膨胀波
L L 端 膨胀波
L 压缩波 （进气门开）
压力波动是周期性的。
求压力波动的固有频率f0：
设管长为L，则一个循环（压缩波）声波传播的距 离为4L，设管内声速为α（m/s），每（周期）循 环所用时间＝?
4L/ α （s）
压力波动的固有频率f0=? α/ 4L [ 1/s ]
转速为n的发动机吸气频率fn：
fn
f0=α/ 4L
对于惯性增压，要达到共振，即 f0≈fn, 即n↑→L↓
f0
fn
当q = 1，2，3… 时，进气门开，则pa’
… 时，进气门开，则pa ’
… 时，进气门开，则pa ’
试验表明当q = 1，2，3… 时，进气门开，则pa’
结论
1 、惯性效应 （本循环），振幅大，衰减小。 波动效应 （两循环），振幅小，衰减大。
转矩 增加
功率 增加
华南农业大学 车辆工程系
朱余清
五、谐振进气与可变进气管
1、什么是进气管内的动态效应(谐振）？
在实际中，换气过程进排气管内的压力是波
动的。这是由于管内气体具有相当的惯性和可 压缩性，在活塞变速运动及进排气过程间歇且
周期的作用，根据流体力学的规律，势必要在进
排气管内引起一定的气体动力效应。目前对
于内燃机进排气管道内气体动力效应的物理本质，
大都认为这是压力波在管道内的传播、反 射、相交的综合效果的体现。
2、研究内燃机进排气管内动力效应的目的
主要是利用进排气管内
动力现象来改善内燃机 的换气过程，提高内燃 机气缸的充气效率Φc， 从而提高内燃机的动力
伴随速度与气体密度变化
由于小扰动所引起的气体质点本身的移动速
度叫伴随速度。不论 是压缩波还是膨胀波，紧
虽然进气管加长进气阻力增大，充量 系数会下降，但实际情况则相反，在不同管 长所特有的转速下，充其量显著增加。
首先了解波的反射源自文库象
闭口端 ： 反射波与入射波性质相同
开口端 ： 反射波与入射波性质相反
波动效应
阶段：进气门闭 下一循环进气门开
气流惯性
气门关闭
闭 压缩波 口 端 膨胀波
膨胀波 开口端
（进气门开） 压力波动是周期性的。
压缩波
t
t1
t＞t1
t＜t1
反 射 波 同 入 射 波 相 交 后 的 合 成 波
合成波
本次进气过程产生的正压力波，在返回时对 充气过程直接产生的影响称为惯性效应。
本次循环波动效应inertia effect 即惯性增压
波动衰减
管内残余压力波对下一循环的进 气过程产生的影响称为惯性波动 效应。
新合成波 前面循环波动效应 pulsation effect 即脉冲波动效应
a/反射和相交
气波沿管道中传播到达 边界时，在边界处发生波 的反射，随后反射波又会 同入射波相交，这就是波
的反射和相交过程。
b/边界与反射性质
如果把进气管看成一端封闭，另 一端开放的管子，封闭端或开口端 就是边界。气波在封闭端的反射性 质，可由封闭端气流速度恒等于零 的边界条件确定。在开口端的反射 性质，可由开口端保持恒定压力的 边界确定。
跟气波之后必有伴随而产生的气流速度，即伴随速 度，这是气波的重要特性之一。对于压缩波(正压力
波） ，伴随速度与气波传播的方向相同，因此压 缩波通过后使该处的气体密度增 加；对于膨胀波（负压力波） ，其伴随速度方向
与气波传播方向相反，故膨胀波过后使该 处的气体密度降低。
3、压力波是如何反射和相交的？
2、 高速发动机，进气管短；低速发动机，进气 管长。 3 、进气管直径 流动阻力 压力波强 度
进气管直径 压力波振幅 压力波强 度 4 、多缸机上，进气管应分支，且等长。 5 、避免管道急转弯，则压力波振幅不会衰减太 大。
实例分析：波动效应的应用
可变长度进气道
• 可随负载变 化调节进气 路程长短， 来提高低速 区的扭矩和 高速区时保 持最大功率。
c/正反射与负反射
在封闭端驻波只有压力波动，空气质点 不动，反射波与入射波有相同的性质，波幅
大小相等，传播方向相反，称为正反射。
在开口端，驻波的性质恰好相反，只有 沿管子轴线方向的空气质点有速度波动， 反射波的性质与入射波相反，波幅大小
。 相等方向相反，则称为负反射
在封闭端，如入射波为压缩波， 因压缩波后必伴随有入射波方向的 空气气流速度，而到达边界（封闭 端）后应满足使气流速度为零的边 界条件，故反射波也必须为强度相 等的压缩波，才能使气体质点同时 获得在反射方向的加速运动，从而
相互抵消以满足边界上质点速度 为零的条件。
4、如何利用压力波？
如果压力波与进气门开闭配合好，使反向 的压力波集中到要打开的进气门旁，在 进气门打开时就会形成增压进气的效果。
进气管内气体波动的固有频率与进气管的长度有 密切关系，一般进气管长度长时，压力波波长大， 可使发动机中低速区功率增大，进气管短时压力 波波长短，可使发动机高速区功率大。