发动机的充气效率对其性能的影响

新疆农业大学机械交通学院课程论文题目发动机的充气效率对其性能的影响学院机械交通学院专业机制班级 092姓名汪力学号093731229 指导教师孙颖职称副教授2012年 6月18日发动机充气效率对其性能的影响汪力摘要：发动机在燃烧过程中需要充足的氧气,影响发动机充气效率的因素有进气终了压力、进气终了温度、排气终了残余废气压力和温度;提高发动机充气效率的措施有：减小进气系统的流动损失、减少排气系统对气流的阻力、减少排气系统对气流的阻力、气门叠开角、合理选择配气正时,保证最好的充气效率。

关键词：发动机; 充气效率; 充气系统1 学习本课程目的及意义及心得通过对本课程学习,使我们了解内燃机工作循环中各个过程的各个阶段包括发动机性能评价、基本工作过程、发动机特性、增压、平衡等并加强了排气污染、噪声震动等知识；掌握整机工作性能评定指标及其影响因素;运转特性及调整特性;获得一定的操作技能,以便正确合理的选择、运用内燃机,同时为后续课程的学习打下必要基础，特别是为毕业设计打下动力的基础,意义非常重大。

《汽车拖拉机发动机》课程结束了，但是它为我们带来的影响远不止是这一段时间。

通过对此课程的学习使我们了解了发动机的发明及发展历史，发动机性能的评价及选用发动机的标准，为以后的有车生活打下了基础。

2 发动机的充气效率及其影响充气效率是衡量发动机换气过程完善程度的指标。

充气效率可用于比较不同大小、不同类型发动机的充气品质和换气过程的完善程度，不受气缸工作容积的影响。

2.1 充气效率的定义充气效率是指每一个进气行程所吸入的空气质量与标准状态下占有气缸活塞行程容积的干燥空气质量的比值。

大气压力高、温度低、密度高时，发动机的充气效率也将随之提高。

容积效率容积效率是指每一个进气行程中，气缸所吸入的空气在标准大气压下所占的体积与气缸活塞行程容积的比值。

由于空气进入气缸时，气缸内的压力比外面的大气压力低，而且压力值会有所变化，所以采用标准大气压的状态下的何种作为共通的标准。

由于进气阻力及气缸内的高温作用将吸入气缸的空气体积换算成标准大气压下的状态时，一定小于气缸的体积，因此自然吸气发动机的容积效率一定小于1。

通俗的讲，充气效率是实际进入气缸的新鲜充量与进气状态下充满气缸工作容积的新鲜充量之比。

2.2 增大充气效率方法2.2.1 安装涡轮增压涡轮增压，是一种利用内燃机运作所产生的废气驱动空气压缩机的技术。

与超级增压器(机械增压器)功能相若，两者都可增加进入内燃机或锅炉的空气流量，从而令机器效率提升。

常见用于汽车引擎中，透过利用排出废气的热量及流量，涡轮增压器能提升内燃机的马力输出。

涡轮增压的英文名字为Turbo，一般来说，如果我们在轿车尾部看到Turbo 或者T，即表明该车采用的发动机是涡轮增压发动机了。

涡轮增压的主要作用就是提高发动机进气量，从而提高发动机的功率和扭矩，让车子更有劲。

一台发动机装上涡轮增压器后，其最大功率与未装增压器的时候相比可以增加40%甚至更高。

这样也就意味着同样一台的发动机在经过增压之后能够产生更大的功率。

就拿我们最常见的1.8T涡轮增压发动机来说，经过增压之后，动力可以达到2.4L 发动机的水平，但是耗油量却比1.8发动机并不高多少，在另外一个层面上来说就是提高燃油经济性和降低尾气排放。

不过在经过了增压之后，发动机在工作时候的压力和温度都大大升高，因此发动机寿命会比同样排量没有经过增压的发动机要短，而且机械性能、润滑性能都会受到影响，这样也在一定程度上限制了涡轮增压技术在发动机上的应用。

最早的涡轮增压器用于跑车或方程式赛车上的，这样在那些发动机排量受到限制的赛车比赛里面，发动机就能够获得更大的功率。

众所周知，发动机是靠燃料在汽缸内燃烧做功来产生功率的，由于输入的燃料量受到吸入汽缸内空气量的限制，因此发动机所产生的功率也会受到限制，如果发动机的运行性能已处于最佳状态，再增加输出功率只能通过压缩更多的空气进入汽缸来增加燃料量，从而提高燃烧做功能力。

因此在目前的技术条件下，涡轮增压器是唯一能使发动机在工作效率不变的情况下增加输出功率的机械装置。

大家可能会觉得涡轮增压装置非常复杂，其实并不复杂，涡轮增压装置主要是由涡轮室和增压器组成。

首先是涡轮室的进气口与发动机排气歧管相连，排气口则接在排气管上。

然后增压器的进气口与空气滤清器管道相连，排气口接在进气歧管上，最后涡轮和叶轮分别装在涡轮室和增压器内，二者同轴刚性联接。

这样一个整体的涡轮增压装置就做好，你的发动机就好像电脑CPU一样被“超频”了。

我们平常所说的涡轮增压装置其实就是一种空气压缩机，通过压缩空气来增加发动机的进气量，一般来说，涡轮增压都是利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮，涡轮又带动同轴的叶轮，叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气，使之增压进入汽缸。

当发动机转速增快，废气排出速度与涡轮转速也同步增快，叶轮就压缩更多的空气进入汽缸，空气的压力和密度增大可以燃烧更多的燃料，相应增加燃料量和调整一下发动机的转速，就可以增加发动机的输出功率了。

采用涡轮增压使发动机的充气效率增大20%到60%，从而使发动机在喷油阶段多喷一定量的油，而且保证了其充分燃烧，使发动机转速增快，废气排出速度与涡轮转速也同步增快，叶轮就压缩更多的空气进入气缸，空气的压力和密度增大可以燃烧更多的燃料，相应增加燃料量和调整一下发动机的转速，就可以增加发动机的输出功率了。

2.2.2 采用可变配气相位用曲轴转角表示的进、排气门开闭时刻和开启持续时间，称为配气相位。

进气配气相位为180°+进气提前角α+进气迟后角β，排气配气相位为180°+排气提前角γα+排气迟后角δ。

试验证明：在进、排气门早开、晚关的过程中，进气门的晚关，对充气效率影响最大，其次是重叠角的大小，人们多数在进气方面改善性能指标。

通过试验证明，两种进气迟后角的充气效率（ηv）和功率（Ne）变化规律是：1、低速时，晚关60°的充气效率ηv低、发动机功率Ne升高迟后。

2、高速时，超过2300~2500r/min后，晚关60°的充气效率ηv和功率Ne ，明显优于40°的相位角。

1）本田车系可变气门相位VTECVTEC机构的工作原理：发动机低速运转时，ECM无工作指令，油道内无控制油压，各摇臂中的柱塞都在各自的柱塞孔中，各摇臂独自摆动，互不影响。

主摇臂随主凸轮开闭主进气门，次凸轮推动次摇臂微开次进气门；中间摇臂只是“空转”。

发动机高速运转时（发动机转速达到2 300~2 500r/min时），ECM指令VTEC 电磁阀开启液压油道，油压推动正时柱塞、同步柱塞和限位柱塞移动，将三个摇臂栓为一体。

由于中间凸轮的升程大于另外两个凸轮，且凸轮的相位角也加大，主次进气门都大幅度地同步开闭。

此时，发动机处于“双进双排”工作状态，功率明显的加大。

可见栓联时有轻微噪音，是正常现象。

汽车在静止状态空转时VTEC机构不投入工作。

VTEC机构技术状态的好坏，除电控部件外，主要决定于滑润系统的特设油道油压值。

对机油品质、润滑系统相关部件和曲轴的轴承配合间隙要求严格（0.02～0.04mm）,必须使用本田车系的专用纯正机油。

另外本田系列的采用可调气门间隙的配气机构，气门间隙的调整必须在冷态下进行。

VTEC 机构的正时柱塞处，尚有惯性锁止片，用扭簧控制，片端插入正时柱塞的锁止槽中，该锁止片依靠高速时的惯性力解脱。

2）大众车系可变气门正时机构VVT原理工作原理：当发动机转速低于1 300r/min时，电磁控制阀不通电，进气凸轮轴即反向转动一定角度θ，进气门早开角度变小，进、排气门的重叠角变小，防止发动机回火，低速运转平稳。

当发动机转速高于1 300r/min时，电磁控制阀通电，进气门早开角度变大，进、排气门的重叠角变大，废气排出率加大，提高了容积效率和转矩值。

当发动机转速高于3 600r/min时，电磁控制阀又断电，调节工作结束，进气门又回到不提前的位置，晚开和晚关角度加大，可利用气体的惯性能量，提高功率值。

大众车系可变气门正时机构的特点是只改变进气门开、关时间的早晚，配气相位角值不变（时间平移—即早开、早关；晚开、晚关），不改变进气门升程的大小。

采用可变配气相位使发动机在吸气阶段有充足时间吸入新鲜空气，保证了燃料充分燃烧，在吸入空气量达到一定要求还可以增大燃料喷入量，从而使发动机转矩增大，机械性能改善。

2.2.3 增大空气滤清清除空气中的微粒杂质的装置。

活塞式机械（内燃机、往复压缩机等）工作时，如果吸入空气中含有灰尘等杂质就将加剧零件的磨损，所以必须装有空气滤清器。

空气滤清器由滤芯和壳体两部分组成。

空气滤清器的主要要求是滤清效率高、流动阻力低、能较长时间连续使用而无需保养。

空气滤清器（Air Cleaner）主要应用在气动机械、内燃机械等领域，作用是为这些机械设备提供清洁的空气，以防这些机械设备在工作中吸入带有杂质颗粒的空气而增加磨蚀和损坏的几率。

空气滤清器的主要组成部分是滤芯和机壳，其中滤芯是主要的过滤部分，承担着气体的过滤工作，而机壳是为滤芯提供必要保护的外部结构。

空气滤清器的工作要求是能承担高效率的空气滤清工作，不为空气流动增加过多阻力，并能长时间连续工作。

其在液压机械的液压系统上也有不同程度的应用，主要用来调节液压系统油箱的内外压力差。

作用发动机在工作过程中需要吸进大量的空气，如果空气不经过滤清，空气中悬浮的尘埃被吸入气缸中，就会加速活塞组及气缸的磨损。

较大的颗粒进入活塞与气缸之间，会造成严重的“拉缸”现象，这在干燥多沙的工作环境中尤为严重。

空气滤清器装在化油器或进气管的前方，起到滤除空气中灰尘、砂粒的作用，保证气缸中进入足量、清洁的空气。

在汽车的千千万万个零部件中，空气滤清器是一个极不起眼的部件，因为它不直接关系到汽车的技术性能，但在汽车的实际使用中，空气滤清器却对汽车（特别是发动机）的使用寿命有极大的影响。

一方面，如果没有空气滤清器的过滤作用，发动机就会吸入大量含有尘埃、颗粒的空气，导致发动机气缸磨损严重；另一方面，如果在使用过程中，长时间不给维护保养，空气滤清器的滤芯就会粘满空气中的灰尘，这不但使过滤能力下降，而且还会妨碍空气的流通，导致混合气过浓而使发动机工作不正常。

因此，按期维护保养空气滤清器是至关重要的。

空气滤清器一般有纸质和油浴式两种。

近年来，由于纸质滤清器具有滤清效率高、质量轻、成本低、维护方便等优点，已被广泛采用。

纸质滤芯的滤清效率高达99.5%以上，油浴式滤清器的滤清效率在正常的情况下滤清效率为95－96%。

目前轿车上广泛使用的空气滤清器是纸质滤清器，又分为干式和湿式两种。

对干式滤芯来说，一旦浸入油液或水分，滤清阻力就会急剧增大，因此清洁时切忌接触水分或油液，否则必须更换新件。