内燃机学4.3
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优点：根据实现机构的不同，采用VVT技术可以使得发动机的 低速转矩得到大幅度的提高。
可变凸轮机构（ VCS ）
注:在高速时采用高速凸轮，气门升程与持续角都较大，
而在低速时切换到低速凸轮，升程与持续角均较小。
优点:与传统的配气机构的性能相比，发动机的低速转矩
和高速性能都得到了显著的改善。
可变气门相位与持续期
平均马赫数 AVERAGED MACH NUMBER
Z
vs as
D ds
2
Vm
sm as
vs 为进气门座处的气流总平均速度；
as kRTs 为进气门流通截面处的气体音速；
sm 为进气门在开启期间的平均流量系数 。
用进气门阀座处气体流动的平均马赫数来衡量考察进气流 动损失对充量系数的影响。
6
4
2
0
0
5
10 15 20 25 30 35
Time [msec]
FEV’s ElectroMechanical VVA System
VVA as a Tool For Reducing Negative Work
Combined Improved Output, Reduced Fuel Consumption, and Reduced NOx Emission Through Late Opening and
内燃机的充量系数反映了进气过程的完善程度， 是衡量发动机性能的重要指标。
c
m1 msh
1
1 r
ma msh
1
1 r
a Va V air,i s
c
2m&air
in air ,iVs
提高充量系数的技术措施
MEASURES TO IMPROVE VOLUMETRIC EFFICIENCY
降低进气系统的流动阻力 采用可变配气系统技术 合理利用进气谐振 降低排气系统的流动阻力 减少对进气充量的加热
一、进气系统阻力 Intake flow resistance
沿程阻力 管道摩擦阻力，它与流速、管长、管壁表面
质量等有关。
局部阻力 由流通截面大小、形状以及流动方向的变化
造成局部产生涡流所引起的损失。
➢ 在气门倾斜基础上再增加进气门数，进气流通面积还可进一步增加。 ➢ 相同情况下，增加进气门的流通面积是降低进气阻力，减小进气马赫数，
提高发动机充量系数的最主要的措施。
顶置凸轮4气门发动机的优缺点比较 Factor comparison of DOHC 4－V
优点:
a）进排气流通面积大，流动阻力小，充量系数高， 泵气损失小，有利于提高动力性能。
Early Closing of the Intake Valve
三、合理利用进气谐振 INLET PIPE TUNING
进气谐振 进气管长度的增加或管径的减小，可使充 量系数的峰值向发动机低速一侧移动，反 之则向高速移动的现象。
在发动机进气过程中，活塞的下行运动导致在进气管内产 生膨胀波，该膨胀波在进气管的开口端反射，形成压缩波 返回,向气缸方向传播。 在一定的条件下（如一定的转速、进气管长度等），这种 压缩波可以使得发动机进气过程将要结束时，进气门处的 压力高于正常的进气压力，从而增加发动机的进气量，提 高充量系数。
第三节 提高内燃机充量系数的措施
MEASURES TO IMPROVE VOLUMETRIC EFFICIENCY
主要学习内容
➢充量系数 ➢充量系数的影响因素
充量系数 VOLUMETRIC EFFICIENCY
内燃机每循环实际吸入气缸的新鲜充量与以进气 管内状态充满气缸工作容积的理论充量之比。
b）利于将火花塞或喷油器布置在中央，有利于提高压 缩比（对点燃式内燃机）和改善混合器形成质量 （对压燃式内燃机），提高燃油经济性和降低排放。
c）可减轻气门系统的运动零部百度文库质量，适应高速运转 要求。
缺点：
a）气门机构的零部件数目增加，使制造及维修成本增加。 b）顶置凸轮轴需安装在气缸盖上，增加了发动机的高度，
Variable Event Timing, VET
定义：
在改变气门正时的同时也改 变了气门开启持续期。
气门升程单独可变
Variable Valve Lift，VVL
定义：
能在保持气门的正时和开启 持续期不变的条件下，单独改 变气门的最大升程
可变气门升程与正时VLT
Variable Lift and Timing
需更大的安装空间。
不同气门数发动机性能比较
Valve number and engine performance
4气门与2气门发动机的性能比较
5气门与4气门发动机的性能比较
二、可变配气系统技术 VARIABLE INLET SYSTEM
对配气系统的要求
1. 低速时，采用较小的气门叠开角以及较小的气门升程, 增加低速转矩，提高燃油经济性。
定义：
改变升程的同时改变了正时 与开启持续期
Camless Valve Actuation EHVS - Electrohydraulic
Full Flexibility Intake and Exhaust Valves Timing and Lift
10
8
50bar 200bar
Valve Lift [mm]
由于进气的管道粗短，壁面比较光滑，其沿程阻力并 不大。因而局部阻力损失是流动过程中的主要损失。它 由一系列的局部阻力叠加而成。
局部阻力损失
Q ps
s Avs svs2
v s ， s 为进气流量系数和流速， A为流通面积
为阻力系数， s 为进气密度
进气门座处是进气流道中截面积最小、流速最高的地方， 因而该处的局部阻力最大。
充量系数与平均进气马赫数的关系 MUCH number and volumetric efficiency
不同进气门数的方案比较 Project Comparison
I代表进气门，E代表排气门
进气门流通截面与气缸截面积的比值
➢ 采用进气门倾斜来增加进气门直径，同样可以增加排气门的流通面积， 这样进气阻力减小，排气阻力也有所减小。
2. 高速时应具有最大的气门升程和进气门迟闭角，减小流 动阻力，提高充量系数，满足发动机高速时的要求。
3. 进气门从开启到关闭的进气持续角也进行相应的调整。
可变气门系统 VARIABLE VALVE SYSTEM
• 可变配气正时（VVT） • 可变气门升程（VVL）
VVS/VVA
可变气门正时（VVT ）
可变凸轮机构（ VCS ）
注:在高速时采用高速凸轮，气门升程与持续角都较大，
而在低速时切换到低速凸轮，升程与持续角均较小。
优点:与传统的配气机构的性能相比，发动机的低速转矩
和高速性能都得到了显著的改善。
可变气门相位与持续期
平均马赫数 AVERAGED MACH NUMBER
Z
vs as
D ds
2
Vm
sm as
vs 为进气门座处的气流总平均速度；
as kRTs 为进气门流通截面处的气体音速；
sm 为进气门在开启期间的平均流量系数 。
用进气门阀座处气体流动的平均马赫数来衡量考察进气流 动损失对充量系数的影响。
6
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5
10 15 20 25 30 35
Time [msec]
FEV’s ElectroMechanical VVA System
VVA as a Tool For Reducing Negative Work
Combined Improved Output, Reduced Fuel Consumption, and Reduced NOx Emission Through Late Opening and
内燃机的充量系数反映了进气过程的完善程度， 是衡量发动机性能的重要指标。
c
m1 msh
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1 r
ma msh
1
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a Va V air,i s
c
2m&air
in air ,iVs
提高充量系数的技术措施
MEASURES TO IMPROVE VOLUMETRIC EFFICIENCY
降低进气系统的流动阻力 采用可变配气系统技术 合理利用进气谐振 降低排气系统的流动阻力 减少对进气充量的加热
一、进气系统阻力 Intake flow resistance
沿程阻力 管道摩擦阻力，它与流速、管长、管壁表面
质量等有关。
局部阻力 由流通截面大小、形状以及流动方向的变化
造成局部产生涡流所引起的损失。
➢ 在气门倾斜基础上再增加进气门数，进气流通面积还可进一步增加。 ➢ 相同情况下，增加进气门的流通面积是降低进气阻力，减小进气马赫数，
提高发动机充量系数的最主要的措施。
顶置凸轮4气门发动机的优缺点比较 Factor comparison of DOHC 4－V
优点:
a）进排气流通面积大，流动阻力小，充量系数高， 泵气损失小，有利于提高动力性能。
Early Closing of the Intake Valve
三、合理利用进气谐振 INLET PIPE TUNING
进气谐振 进气管长度的增加或管径的减小，可使充 量系数的峰值向发动机低速一侧移动，反 之则向高速移动的现象。
在发动机进气过程中，活塞的下行运动导致在进气管内产 生膨胀波，该膨胀波在进气管的开口端反射，形成压缩波 返回,向气缸方向传播。 在一定的条件下（如一定的转速、进气管长度等），这种 压缩波可以使得发动机进气过程将要结束时，进气门处的 压力高于正常的进气压力，从而增加发动机的进气量，提 高充量系数。
第三节 提高内燃机充量系数的措施
MEASURES TO IMPROVE VOLUMETRIC EFFICIENCY
主要学习内容
➢充量系数 ➢充量系数的影响因素
充量系数 VOLUMETRIC EFFICIENCY
内燃机每循环实际吸入气缸的新鲜充量与以进气 管内状态充满气缸工作容积的理论充量之比。
b）利于将火花塞或喷油器布置在中央，有利于提高压 缩比（对点燃式内燃机）和改善混合器形成质量 （对压燃式内燃机），提高燃油经济性和降低排放。
c）可减轻气门系统的运动零部百度文库质量，适应高速运转 要求。
缺点：
a）气门机构的零部件数目增加，使制造及维修成本增加。 b）顶置凸轮轴需安装在气缸盖上，增加了发动机的高度，
Variable Event Timing, VET
定义：
在改变气门正时的同时也改 变了气门开启持续期。
气门升程单独可变
Variable Valve Lift，VVL
定义：
能在保持气门的正时和开启 持续期不变的条件下，单独改 变气门的最大升程
可变气门升程与正时VLT
Variable Lift and Timing
需更大的安装空间。
不同气门数发动机性能比较
Valve number and engine performance
4气门与2气门发动机的性能比较
5气门与4气门发动机的性能比较
二、可变配气系统技术 VARIABLE INLET SYSTEM
对配气系统的要求
1. 低速时，采用较小的气门叠开角以及较小的气门升程, 增加低速转矩，提高燃油经济性。
定义：
改变升程的同时改变了正时 与开启持续期
Camless Valve Actuation EHVS - Electrohydraulic
Full Flexibility Intake and Exhaust Valves Timing and Lift
10
8
50bar 200bar
Valve Lift [mm]
由于进气的管道粗短，壁面比较光滑，其沿程阻力并 不大。因而局部阻力损失是流动过程中的主要损失。它 由一系列的局部阻力叠加而成。
局部阻力损失
Q ps
s Avs svs2
v s ， s 为进气流量系数和流速， A为流通面积
为阻力系数， s 为进气密度
进气门座处是进气流道中截面积最小、流速最高的地方， 因而该处的局部阻力最大。
充量系数与平均进气马赫数的关系 MUCH number and volumetric efficiency
不同进气门数的方案比较 Project Comparison
I代表进气门，E代表排气门
进气门流通截面与气缸截面积的比值
➢ 采用进气门倾斜来增加进气门直径，同样可以增加排气门的流通面积， 这样进气阻力减小，排气阻力也有所减小。
2. 高速时应具有最大的气门升程和进气门迟闭角，减小流 动阻力，提高充量系数，满足发动机高速时的要求。
3. 进气门从开启到关闭的进气持续角也进行相应的调整。
可变气门系统 VARIABLE VALVE SYSTEM
• 可变配气正时（VVT） • 可变气门升程（VVL）
VVS/VVA
可变气门正时（VVT ）