第3讲 提高四冲程发动机充气效率

2．气门重叠角： 必要的燃烧室扫气、合适的排气温度。 气门重叠角大，缸内气体易倒流进气管 增压发动机气门叠开角应大一些。
3．排气门提前角的选择：
在保证排气损失最小的前提下，尽量晚开排气门， 以加大膨胀比，提高热效率。
4．配气相位的选择 根据发动机的高速性能确定
1）充气效率高，以保证动力性能
进气迟闭角
在开口端出现负反射，即波的性质相反，而幅值相同。
3.本循环压力波的动态效应（惯性效应）
压力波的产生：
进气开始，活塞下行，造成缸内真空，产生负压波。
▪ 压力波的传播：
此负压波向外传播到进气管口反射回正压波。
▪ 有利的惯性效应：
此正压波若传播到进气门口时，正好进气门关闭
前夕，提高进气压力，起到增压效果。
四气门 流通面积 f1 40%左右。
但结构复杂，造价较高。
f1 v Me （可达30%）
be
DOHC4气门发动机的优缺点比较 优点：
进排气流通面积增大，流动阻力小，泵气损失 小，有利于提高动力性。
利于火花塞或喷油器布置在中央，有利于提高 压缩比。----点燃式发动机
第三节 提高四冲程发动机 充气效率的措施
一、减小进气系统的阻力 二、合理选择配气定时 三、利用进气管的动态效应 四、采用可变技术 五、采用增压技术
一、减小进气系统的阻力
沿程阻力，局部阻力（节流阻力） 汽油机：空气滤清器 节气门 进气管
进气道 进气门 柴油机：空气滤清器 进气管 进气道
▪ 惯性效应的合理利用：
2L
t = t(n)
a
4.上循环压力波的动态效应（波动效应）
定义：上循环气门口的压力波动如果到本循环进气时 仍未消失的话，将会对本循环进气产生直接的影响， 称为上循环压力波的动态效应。
有利的波动效应： 本循环进气时，正好上循环残余正压波到达，使
进气终了压力提高，产生有利效果。
利于改善混合气形成质量。 ----压燃式发动机 提高经济性和降低排放。
可减轻气门系统的运动零部件质量。
----适应高速运转要求
缺点：
气门机构的零部件数目增加，使制造维 修成本增加
增加了发动机的高度，需要大的安装空 间。
3）适当增大气门升程
4）合理设计气门结构 阀顶过渡圆角R
= 30a nL
六、采用可变技术
从获得最大充气效率的角度出发，比较理 想的配气系统应当要满足以下要求： 1)低速时，采用较小的气门叠开角以及较小的 气门升程，防止出现缸内新鲜无量向道气系 统的倒流，以便增加转矩，提高燃油经济性。
2)高速时，应具有最大的气门升程和进气门迟闭 角，以最大眼度地减小流动阻力．充分利用过 后充气，提高充量系数，以满足动力性要求。
1.可变进气管
转速和管长度成反比 高转速、大功率配短粗进气管 低转速、大扭矩配长细进气管
2．可变进气谐振增压系统
3．三菱MIVEC
广本雅阁VTEC结构图
凸轮轴
主进气 摇臂
排气门
辅助进 气摇臂
中间进 气摇臂
进气门
低转速时VTEC的工作原理
高转速时VTEC的工作原理
思考题
而适当调整这些参数，可以有效地利用进气管压力波， 以提高充气效率，提高发动机的动力性。
2. 压力波的基础知识：
▪ 压力波是可压缩弹性介质中“状态扰动”的传播。 ▪ 状态扰动指介质中压力、速度等状态参数的瞬间变化。 ▪ 压力波的传播速度=气体流速±该介质状态下的音速 ▪ 密波（压缩波）指其所到之处使该处压力上升。 ▪ 疏波（膨胀波）指其所到之处使该处压力下降。 ▪ 压力波在闭口端出现正反射，即波的性质和幅值完全不变；
1怎样综合评定发动机配气定时的合理与否？ 2 做出进气迟闭角分别为40º和60º时的充气效率曲线， 标明和解释各参数，并分析转速变化对进气迟闭角的 影响。 3 如何选择高速发动机和低速发动机的进气管长度？ 4 如何选择进气压力波固有频率与发动机吸气频率之 比，以利用进气动态效应提高发动机的充气效率？ 5 进气惯性效应和波动效应有何不同？
进气门 气门座处流动损失最大
气门座处流通截面最小，截面变化大
1．减小进气门处的流动阻力
1）增大进气门直径
进气门流通面积
一般:
= 0.20～0.25
活塞顶面积
d进 pa v （影响大） d排 pr v （影响小） 一般： d进 > d排
2）增加气门数目
3)配合以上变化，对进气门从开启到关闭的持续 期也应进行调整，以实现最佳的进气定时。
总之，理想的气门定时应当是根据发动机 的工作情况及时作出调整，应具有一定程度的 灵活性。显然，对于传统的凸轮挺杆气门机构， 由于在工作中无法作出相应的调控．包就难达 到上述要求，因而限制了发动机性能的进一步 提高。
定义：随使用工况的变化而使发动机系统结构 参数作相应变动的技术。
意义：即能满足高速大负荷动力性，又能兼顾 中低速、中小负荷的经济性，同时考虑低速扭 矩特性。
可变进气管： 可变配气相位： 可变气门升程: 可变气门数： 可变配气相位及气门升程： 可变废气涡轮增压系统：
四、合理选择配气相位 进气门迟闭角、气门重叠角 有较大影响
1．进气门迟闭角的选择: 进气门迟闭角的作用： 利用气流惯性 气流惯性和发动机转速成正比 转速越高，进气门迟闭角 越大
对某一发动机转速， 最大的充气效率所对应的进气迟闭角 只有一个。
所以，高速发动机转速大，要获得好的充气效率和 动力性，进气迟闭角应大一些。
R f1 v
R 流动阻力 v
R应适中。
5)采取较小的S/D值
2．减少进气管道阻力
1)进气道: 转弯半径R, 表面光洁,
流动阻力 v
设计时还要考虑组织进气涡流。
进气道的开发必须依靠大量试验， 在专门的气道实验台上进行。
2)进气管: 表面光洁度， 流通面积 转弯半径R 截面突变
压力波的固有频率：
aห้องสมุดไป่ตู้
f=
1 4L
▪ 进气频率：
f= n 2 120
▪ 频率比：
q2
=
f1 f
= 30a nL
2
结论： ▪ 当q2=1、2、3…正整数时，负压波到达，产生不利影响。 ▪ 当q2=1.5、2.5…时，正压波到达，产生有利影响。
▪ q2 一定，转速和管长度成反比
q2
=
f1 f2
2）必要的燃烧室扫气，以保证降低热负荷
3）合适的排气温度
——排气提前角
4）良好的充气效率特性， 以适应转矩特性的要求
5）较小的换气损失，以保证经济性
气门叠开角
五、利用进气管的动态效应
1. 动态效应： 由于间歇进气而引起的进气管内的气体压力波动
对充气效率的影响。 进气管的直径、长度等参数都会改变压力波，因
沿程阻力 v v
截面形状 流动阻力 底部蒸发
圆形 小 小
矩形 D形 大中 中大
柴油机不存在底部蒸发问题， 故多采用流动阻力小的圆形进气管。
3)空气滤清器 通道面积， 除尘效果
v
流动阻力
经常清洗，更换滤芯。
二、减少对新鲜工质的加热 柴油机进、排气管分置于气缸两侧
三、减少排气系统的阻力 减小排气背压，降低噪声。