第二章 发动机的换气过程.doc

教 案 首 页（以2课时为单元）课序：10授课日期：10.08 授课班次：汽服1201、1202 授课教师：李维 批准人：课题：第二章 发动机的换气过程 第3节 提高发动机充量系数的措施 熟悉提高发动机充量系数的基本措施；目的要求：降低进排气系统的阻力、减少对新鲜充量的加热、合理选择配气定时、谐振进气与可变进气系统教学内容：降低进排气系统的阻力。重点：谐振进气难点：启发式教学教学方法手 段：1、提问； 2、新内容引入； 3、新课讲解；4、课堂讨论； 5课堂小节； 6、布置作业。教学步骤：影响发动机充量系数的因素有哪些?复习提问：作业题目： （见教案）预习内容： 无课时分配：教学环节复习提问新课讲解课堂讨论每课小结布置作业时间分配5651055第二章 发动机的换气过程 新课导入由上式可知：在发动机的结构参数（如配气正时、气缸工作容积、是否增压及中冷等）和运转参数一定的条件下，发动机的理论进气量ms是一定量，提高充量系数的措施主要应使式中的pa/Ta最大、r最小。因此提高充量系数的措施可以归结为：1） 降低进气系统的阻力损失，提高气缸内进气终了时的压力pa；2） 降低排气系统的阻力损失，减小缸内的残余废气系数r；3） 减少高温零件在进气过程中对新鲜充量的加热，以降低进气终了时的充量温度Ta；4） 合理的配气正时和气门升程规律，在减小mr的同时增加m1，即增加pa、减小r。上述影响因素中，以第一个因素最为重要，换言之，降低进气过程的流动阻力损失，提高进气终了压力，是提高充量系数最有效的措施。2.3 提高发动机充量系数的措施一、降低进气系统的流动阻力 四冲程非增压发动机的进气系统由空气滤清器、进气管、进气道、和进气门组成。按进气系统流动阻力的性质，流动阻力可分为：沿程阻力：管道摩擦阻力，与流速、管长、管壁表面质量有关。局部阻力：由于流通截面大小和形状、流动方向的变化引起局部产生涡流所引起的损失。实践表明：局部阻力损失是进气过程中的主要损失，尤其是空气滤清器、气道转弯处、进气门座圈处的流动损失影响最大。1、减少进气门处的流动损失整个进气系统中，进气门处截面最小、截面变化大，所以流动损失主要集中在该处，减少进气门除流动损失对提高充量系数最为有效。（1）气门的流通能力气门的流通能力用气门的时面值和角面值表示。即气门在开启期间，气门的开启截面积对时间（或曲轴转角）的积分。气门时面值和角面值的关系为：整个进气期间能够进入气缸的气体流量为： 角面值不随转速变化，所以在高速时气门的时面值减小，造成进气量下降，因此提高气门的角面值是提高不同转速下进气量的主要措施。（1）进气马赫数M1）概念进气门处气流平均速度与该处音速之比。M=Vm/a2）对c的影响M0.5时，c马赫数主要受转速、气门大小、形状、升程规律、进气相位等因素影响。（2）减少气门处流动损失1）增大进气门直径 d进d排 15%20%； 高速发动机，采用较小的S/D； 气门倾斜布置。如D=80mm，倾斜35din从28mm可提高到36mm， Dex从26mm可提高到32mm。 2）增大气门数目 三气门：2进1排；四气门：2进2排；五气门：3进2排 优点： a)充量系数高，有利于提高动力性能；b)火花塞或喷油器中央布置，有利于提高压缩比、改善混合气形成质量，提高燃油经济性和降低排放。c)气门系统运动零部件质量小，适应高速运转要求。例如：一个2L排量的2气门发动机改为4气门顶置凸轮轴后，发动机功率提高约15%30%，转矩增大约5%10%，经济性能也得到改善。3）改进配气机构 包括凸轮型线及驱动方式提高气门开启速度和升程。如DOHC技术。 4）合理设计气门的结构2、减少空滤器、进气管、进气道的阻力（1）空滤器：纸质滤芯原始阻力小，但积尘后阻力迅速增加，使用中要经常更换清洗滤芯。（2）进气管截面要足够大，内壁光滑、转弯要少、避免截面急剧变化；各缸进气歧管长度一致，走势及断面形状要能够满足形成要求的进气气流运动的需要。（3）进气道应尽可能地保证气道形状渐缩，内壁面过渡圆滑、平稳，避免气流急转弯现象。高速机进气管长度要缩短以减少流动损失，低速机适当加长进气管以利用进气压力波动效应。二、采用可变配气系统技术配气相位和发动机转速对充量系数有较大的影响。为获得最大的充量系数，减少泵气损失。1、理想的进气系统的要求（1）低速时，小叠开、小升程；（2）高速时，大升程、大进气门迟闭角；（3）进气持续角能自动调整，以实现最佳的进气正时。可变配气系统有多种多样型式，按驱动方式可分为机械式和电子控制无凸轮机构两类。后一类可完全满足上述各项要求，但目前还仅仅处在研究阶段，如GM和FEV公司推出的无凸轮的以及Ford公司的液压气门驱动机构等，这种目前商品化的系统还是机械式的，分为可变凸轮机构（VCS）和可变气门正时（VVT）及其组合，基本可以实现可变气门正时、可变气门升程和可变气门持续角等功能。2、可变配气系统的型式（1） 电子控制无凸轮机构1）电磁气门驱动机构。GM、FEV公司2）液压气门驱动机构。Ford公司全电控的无凸轮机构由于结构较复杂以及制造成本和可靠性等原因，要达到实际应用的程度还需要相当长的时间。（2） 机械式凸轮机构1）可变凸轮机构可变凸轮机构一般都是通过两套凸轮或摇臂来实现气门升程与持续角的变化，即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。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。2）可变气门正时相对而言，采用可变气门正时技术的发动机较多一些，对于DOHC系统发动机，由于进排气门是通过两根凸轮轴单独驱动的，可以通过一套特殊的机构根据发动机的工况将进气凸轮轴转过一定的角度，从而达到改变进气相位的目的。根据实现机构的不同，这种改变又可以分成分级可变与连续可变两类，调节范围最高可达600CA。由于技术上相对成熟，很多高性能的汽油机均采用了这一技术。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。通常把VVT和VCS合称为VVA（Variable Valve Actuation），意思是可变的配气执行机构。三、合理利用进气谐振1、进气谐振现象进气管中还存在进气谐振现象。由于进气间断性，进气管内存在压力波和膨胀波的反射和传播，这种波的反射和传播具有一定的频率，当波的传播频率和发动机进气频率之间满足一定关系时（f0/fn=k+1/2），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。实验证明：增加进气管长度或减小管径，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。2、进气谐振的应用（1）可变进气管长度低速时，控制阀关闭，气体从主气道流入发动机中；高速时，控制阀打开，气体依次从主、副两个气道流入气缸中。（2）可变进气支管低速时，旋转控制阀将短进气管关闭，气体从长气管流入发动机中；高速时，旋转控制阀将短进气管打开，并将长进气管短接才成短进气管，进气管流通面积增大，气体同时从两个进气管流入气缸中。四、降低排气系统阻力降低排气系统阻力，可以使气缸内的残余废气压力下降，这样不仅减小了残余废气系数，提高充量系数，而且可以减少泵气损失，提高发动机的热效率。排气系统的设计原则是降低排气背压，减小排气噪声。1）气门及其座面的良好流体动力性能；2）排气道应当是渐扩型，以保证排出气体的充分膨胀；3）良好的歧管流型与结构，如用多枝型排气管或多排气管结构；4）利用排气管谐振现象；5）在保证足够的消声与降污效果的前提下，尽可能降低消声器和排气后处理装置的流动