汽车进排气系统分析

电子科学与工程系

汽车服务工程专业学年论文汽车进排气系统分析

姓名：吴刚

学号：0932120143

年级：汽车服务工程0901B

完成日期：2011年5月22日

汽车进排气系统分析

摘要：为了满足节能环保，低碳社会的发展需要，许多新技术被应用到发动机上。目前应用最为广泛的可变凸轮相位技术效果明显，实现起来相对容易是通过控制进排气门开启时刻来提高充气量并内部废气在循环来降低排放，即在怠速区域，采用较小的气门重叠角，避免各缸内新鲜空气影响进气系统回流，以保证怠速稳定性；在发动机高速转速区域推迟进气门关闭，减少流动阻力和利用过后充气，以提高冲量系数来实现大功率；在中等转速区域控制进气门较早关闭，以提高进气效率来实现大扭矩[1-3]。

关键词：气门相位；气门重叠角；充气效率；可变进气歧管；增压

前言

近年来，说到发动机消费者最关心的莫过于发动机的动力，油耗，噪音之类的性能。当然动力是发动机最重要的性能，不过，通常能了解发动机的性能渠道很有限，只能通过厂家公布的发动机参数来判断发动机的各方面性能，这些数据，都是在理论状态下测得的，而且各个厂家的测试方法都有少许区别，所以厂家公布的功率，扭矩，油耗等参数，并不能完全代表汽车的实际性能。

对发动机动力性影响最大的是发动机排量。理论上，排量越大的发动机能产生的功率就越大。在相同排量下，功率越大说明发动机工作效率越高。这就意味着燃烧同样多的空气和汽油能释放出来的热量和把热量转换成动能的能力也越强。作为现代汽车发动机，通常都是向着提高发动机工作效率的目标进行改进发展的。

1．采用多进气门技术

在上世纪80年代全球各大厂家都还采用每个气缸两气门进排气（一个气门进气，一个气门排气）的时候，日本的厂家就开发出了多气门的发动机，所谓多气门就是指发动机的进排气门大于两个的配气方式。而当时日本厂家大力发展的主要是每缸四气门的多气门设计。对于较早的2气门来说，4气门使用两个气门进气两个气门排气。这样的设计有两个很大的好处，一个好处是能够提高进排气门的面积。从流体力学的知识我们可以知道，截面积越大，那么高速气流的流量

也就越大。这就是的发动机的进排气效率能够更高。不过这主要是体现在高转速情况下，如果转速较低，那么大的进气面积相反会让发动机进气效率下降。2．采用可变配气定时机构

采用可变配气定时机构可以改善发动机的性能，发动机转速不同，要求不同的配气定时。

2、1 可变配气定时机构的原理

发动机转速改变时，由于进气流速和强制排气时期的废气流速也随之改变，因此在气门晚关期间利用气流惯性增加进气和促进排气的效果将会不同。例如，当发动机在低速运转时，气流惯性小，若此时配气定时保持不变，则部分进气将被活塞推出气缸，使进气量减少，气缸内残余废气将会增多。当发动机在高速运转时，气流惯性大，若此时增大进气迟后角和气门重叠角，则会增加进气量和减少残余废气量，使发动机的换气过程臻于完善。总之，四冲程发动机的配气定时应该是进气迟后角和气门重叠角随发动机转速的升高而加大。如果气门升程也能随发动机转速的升高而加大，则将更有利于获得良好的发动机高速性能。

2、2 发动机在各种转速下的气门重叠角大小对进气效率的影响分析

每个转速都对应一个最佳的进气门晚关脚，是进气压力波的波峰在进气后期到达，这样在进气过程的后半部分是成为正压状态，使进气缸的新鲜工质的密度增加，从而提高充气效率。如果在进气门晚关角过小，进气门将在进气压力波峰到达前关闭，使一部分可以利用气流惯性进气缸的气体被关在气缸外，导致充气效率下降。如果进气门晚关角过大，进气压力波峰过后，进气压力已下降时，进气门继续还在开启，又可能使一部分已进入气缸的混合体被推回进气管，也可以导致充气效率下降[6]。

在高转速下，推迟进气门关闭角可以利用下止点时高速进气流的惯性，增大进气充量。进气门若能推迟到气缸压力接近气门外背压时关闭，将获得最大的惯性利用[5]。

在低转速下，随着进气门相位的提前，进气门早开和排气门晚关所形成的气门重叠角加大，由此所引起的废气回流加大，对充气效率有一定程度的不利影响，不过同时由压缩冲程所引起的进气回流明显减少，几乎没有回流，对充气效率有明显改善[5]。此外，在进气冲程后期，进气门早关可以形成更大的进气压力

峰值，增加进气量。这与低速时应适当减少进气门晚关角的结论相一致。在高速时，随着相位角的推迟，由废气回流所引起的进气回流偏高，但所占比例很小。推迟进气门的相位角使得在进气冲程阶段第一个压力波峰处得峰值明显加大，有利于进气。

在排气终了前适时的开启进气门可以使充气效率明显提高，而过于提前会由于排气管压力下降而引起废气回流到进气管内，反而降低充气效率。排气门关闭滞后，会引起已经排除的废气重新进入气缸内，降低充气效率。

随着发动机转速的提高，进气门早开会充分利用排气末段气缸内压力低于进气管内压力的现象，多吸入一些新鲜空气，以提高充气效率。

3. 采用可变进气歧管

为了充分利用进气波动效应和尽量缩小发动机在高、低速运转时进气速度的差别，从而达到改善发动机经济性及动力性特别是改善中、低速和中、小负荷时的经济性和动力性的目的，要求发动机在高转速、大负荷时装备粗短的进气歧管；而在中、低转速和中、小负荷时配用细长的进气歧管。可变进气歧管就是为适应这种要求而设计的。可变进气歧管在所有转速下都可以使发动机转矩平均提高5%。

3．1 可变进气歧管原理

由于发动机进气流动是典型的不定常流动，这种不定常流动使得进气门外的压力和流速不断改变，从而对充气效率以及各缸进气的均匀性都有不同程度的影响，这一般被称为进气系统的动态效应[6]。这种动态效应在很大程度上与进气歧管的长度有关，从而影响进气效率，影响发动机性能。

3．2 可变进气歧管在各种转速下选择的分析

保持管径不变的前提下，适当的加长进气歧管的长度，可以使进气系统的高速谐振点向低转速区流动[5]。当转速提高到一定程度时，长进气歧管的充气效率急剧下降。原因是由于充气效率受管道内流动阻力的影响比较大，是阻力大小与转速平方成正比，因此长进气歧管在高速时的充气效率下降很快[6]。

因此，如果要求发动机在整个运转范围内都有较高的充气效率，可以采用两阶段可变进气歧管长度结构：在低转速工况采用较长的进气歧管，而在高速工况下采用较短的进气歧管，以保证各个转速下较好的充气效率。、进气冲程的后期和进