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VTEC

VTEC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