第三章 (第5次课)《发动机原理》

1、上次课内容回顾上次课内容回顾第六节第六节 热平衡热平衡p燃料的总热量大体按以下几部分，由试验确定：燃料的总热量大体按以下几部分，由试验确定：LBRSETqqqqqq式中，式中，qT为发动机所消耗燃油的热量为发动机所消耗燃油的热量 qE为转化为有效功部分的热量为转化为有效功部分的热量 qS为传给冷却介质的热量为传给冷却介质的热量 qR为排出废气带走的热量为排出废气带走的热量 qB为燃料不完全燃烧的热损失为燃料不完全燃烧的热损失 qL为其他热损失为其他热损失上次课内容回顾上次课内容回顾第六节第六节 热平衡热平衡1、发动机所耗燃油的热量、发动机所耗燃油的热量 kJ/h kJ/h ：BHqT单位时间燃

2、料完全燃烧所放出的热量单位时间燃料完全燃烧所放出的热量2、转换为有用功的热量、转换为有用功的热量EqeEPq3106 . 3式中，式中，Pe为有效功率为有效功率上次课内容回顾上次课内容回顾第六节第六节 热平衡热平衡3、传递给冷却介质的热量、传递给冷却介质的热量sq)(12ttcqqsmsS4、废气带走的热量、废气带走的热量Rq)(12tctcGBqpkprKR发动机进出口状态下工质的热量差发动机进出口状态下工质的热量差5、燃料不完全燃烧热损失、燃料不完全燃烧热损失 ：Bq)1 (rTBqq6、其它热量损失、其它热量损失Lq上次课内容回顾上次课内容回顾第一节第一节 四行程发动机的换气过程四行程发

3、动机的换气过程换气过程换气过程排气过程排气过程进气过程进气过程换气过程的任务换气过程的任务减少换气损失的前提下减少换气损失的前提下 排除废气排除废气吸入尽可能多的新鲜工质吸入尽可能多的新鲜工质 换气过程换气过程的作用的作用尽可能地提高进入气缸的混合气量尽可能地提高进入气缸的混合气量 保证一定温度和压力的混合气成分保证一定温度和压力的混合气成分 上次课内容回顾上次课内容回顾第一节第一节 四行程发动机的换气过程四行程发动机的换气过程为了为了最大限度地吸进新鲜空气和排尽废气，尽可最大限度地吸进新鲜空气和排尽废气，尽可能地减少换气损失能地减少换气损失，必须设法延长进、排气的时，必须设法延长进、排气的时

4、间。间。进、排气门都相对于每个冲程开始或结束的上止进、排气门都相对于每个冲程开始或结束的上止点或下止点时刻提前开启，滞后关闭，从而在进点或下止点时刻提前开启，滞后关闭，从而在进排气时进排气门都有较大的流通面积，减少进排排气时进排气门都有较大的流通面积，减少进排气阻力，充分进气和排气。气阻力，充分进气和排气。 进气提前角：进气提前角： 进气迟后角：进气迟后角： 排气提前角：排气提前角： 排气提前角：排气提前角： 配气相位：配气相位： 用曲轴转用曲轴转角表示的实角表示的实际进、排气际进、排气门开闭时刻门开闭时刻和开启持续和开启持续时间，称为时间，称为配气相位。配气相位。上次课内容回顾上次课内容回顾

5、第一节第一节 四行程发动机的换气过程四行程发动机的换气过程上次课内容回顾上次课内容回顾第一节第一节 四行程发动机的换气过程四行程发动机的换气过程一、换气过程一、换气过程1、排气过程、排气过程 从排气门开启到排气门完全关闭的这段时间。从排气门开启到排气门完全关闭的这段时间。约占约占220290曲轴转角。曲轴转角。（1 1）自由排气阶段）自由排气阶段自由排气阶段自由排气阶段分为两个阶段分为两个阶段超临界状态超临界状态亚临界状态亚临界状态（2）强制排气阶段：）强制排气阶段：上次课内容回顾上次课内容回顾第一节第一节 四行程发动机的换气过程四行程发动机的换气过程一、换气过程一、换气过程2、进气阶段：、进

6、气阶段：进气门开始开启到进气门完全关闭的全过程。进气门开始开启到进气门完全关闭的全过程。 准备进气准备进气：进气提前角，一般为：进气提前角，一般为030曲轴转角曲轴转角 正常进气正常进气 ：活塞下行残余废气膨胀，新鲜气体充入气缸。：活塞下行残余废气膨胀，新鲜气体充入气缸。惯性进气惯性进气：进气迟闭角，一般为：进气迟闭角，一般为4070曲轴转角。曲轴转角。上次课内容回顾上次课内容回顾第一节第一节 四行程发动机的换气过程四行程发动机的换气过程一、换气过程一、换气过程3、扫气过程：在、扫气过程：在气门叠开期间，可气门叠开期间，可利用新鲜空气或利用新鲜空气或混合气来进一步扫除缸内废气，这称为混合气来进

7、一步扫除缸内废气，这称为燃烧室扫气。燃烧室扫气。 燃烧室扫气的作用：燃烧室扫气的作用：1 1）利用气流压差和惯性清除残余废气，增加新鲜充）利用气流压差和惯性清除残余废气，增加新鲜充量。量。2 2）降低燃烧室内零件温度。）降低燃烧室内零件温度。上次课内容回顾上次课内容回顾第一节第一节 四行程发动机的换气过程四行程发动机的换气过程二、换气损失二、换气损失定义：定义：换气过程中理论循环换气功与实际循环换气功换气过程中理论循环换气功与实际循环换气功的之差。的之差。组成：组成：排气损失排气损失和和进气损失进气损失两部分两部分组成组成。3、泵气损失、泵气损失 泵气损失又称为泵气损失又称为泵气过程功泵气过程

8、功，是发动机在进、排气，是发动机在进、排气两个行程中，活塞因排气和进气所付出或获得的功，两个行程中，活塞因排气和进气所付出或获得的功，此功可正、可负。此功可正、可负。泵气损失等于泵气损失等于理论泵气功与实际泵气功之差理论泵气功与实际泵气功之差。 理论泵气功理论泵气功是假设在排气、进气过程中，工质流动无节流、是假设在排气、进气过程中，工质流动无节流、摩擦等因素时存在的泵气功。摩擦等因素时存在的泵气功。 图（图（b）中，（）中，（Pk-Pr）Vs面积为增压机的理论泵气功。面积为增压机的理论泵气功。 非增压机的理论泵气功为零。非增压机的理论泵气功为零。PkPk为压气机出口压力为压气机出口压力Pr为涡

9、轮机入口处压力为涡轮机入口处压力泵气功不等同于泵气损失泵气功不等同于泵气损失。所有减小换气损失，提高。所有减小换气损失，提高充气效率的措施都对减小泵气损失有利。充气效率的措施都对减小泵气损失有利。 在实际循环示功图中把面积（在实际循环示功图中把面积（x+y-d）相当的负功）相当的负功称为泵气损失。这部分损失放在机械损失中加以考虑。称为泵气损失。这部分损失放在机械损失中加以考虑。二冲程发动机二冲程发动机泵气功为零泵气功为零3-2 充气效率及影响因素充气效率及影响因素换气过程的评价：残余废气系数换气过程的评价：残余废气系数换气完善程度；换气完善程度； 充气效率：评价气缸进气能力。充气效率：评价气缸

10、进气能力。一、充气效率：实际进入气缸的新鲜充量与进气状一、充气效率：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。态下充满气缸工作容积的新鲜充量之比。 v的的测量方法：用流量计测每小时实际充良：测量方法：用流量计测每小时实际充良： 而每小时理论充量为：而每小时理论充量为： 则则 ssvVVmm11ssinVniVV03. 06021000/1hmVVVv1进气状态：进气状态： 非增压非增压大气状态大气状态 增压增压压气机出压气机出一般非增压发动机在全负荷时的一般非增压发动机在全负荷时的c c汽油机汽油机顶置气门：顶置气门：0.750.85侧置气门：侧置气门：0.700.80

11、柴油机柴油机0.750.903-2 充气效率及影响因素充气效率及影响因素二、影响因素二、影响因素 设下止点时缸内气体总质量为设下止点时缸内气体总质量为所以，所以，aaarsraaaaaraRTVpmmmmmmRTVpVmmm)1 ()1 (1111VVmmVpRTRTVpSarrrSssaaa1;111：配气相位系数;111rassaTTpp3-2 充气效率及影响因素充气效率及影响因素影响充量系数的因素影响充量系数的因素 p1.1.进气门关闭时缸内压力进气门关闭时缸内压力 p2 2进气门关闭时缸内气体温度进气门关闭时缸内气体温度p3.3.残余废气系数残余废气系数 p4.4.配气相位配气相位 p

12、5.5.压缩比压缩比 p6.6.进气状态进气状态 影响充气效率的因素影响充气效率的因素1进气终了时的压力进气终了时的压力Pa Pa对对c c有重要影响，有重要影响，Pa愈高，愈高，c c值愈大值愈大 Pa=PsPa式中，式中，pa为气体流动时，克服进气系统为气体流动时，克服进气系统阻力而引起的压降阻力而引起的压降(kPa)。一般可写成一般可写成 式中式中 管道阻力系数；管道阻力系数； 进气状态下气体的密度；进气状态下气体的密度； V 管道内气体的流速（管道内气体的流速（m/s）。）。22vpa 可见，可见，pa主要取决于各段管道的阻力主要取决于各段管道的阻力系数和气体流速。若系数和气体流速。若

13、 大、大、 V高时，高时，pa增增加，使加，使pa下降。下降。1进气终了时的压力进气终了时的压力Pa转速和负荷对进气压力的影响转速和负荷对进气压力的影响1）转速）转速当节气门位置一定时，当节气门位置一定时，n增加，增加，Pa降低。降低。2）负荷）负荷 汽油机：当节气门关小时，节流损失增汽油机：当节气门关小时，节流损失增加，引起加，引起Pa下降。下降。 且且Pa 随转速的增加而下随转速的增加而下降的愈快。降的愈快。 柴油机：负荷调节为柴油机：负荷调节为“质调节质调节”，负荷，负荷减小时减小时Pa变化很小。变化很小。1进气终了时的压力进气终了时的压力Pa1进气终了时的压力进气终了时的压力Pa pa

14、： pa ，进气阻力，进气阻力 ， v 流动阻力和转速关系：流动阻力和转速关系： 进气阻力的主要措施进气阻力的主要措施:进气管长度、转弯半径，进气管长度、转弯半径， 管道内表面粗糙度；气流速度管道内表面粗糙度；气流速度n；增压。；增压。 asappp和22ap可变进气可变进气管长度管长度总结总结 2进气终了的温度进气终了的温度Ta Ta高于进气状态温度，高于进气状态温度， Ta越高，充入气越高，充入气缸的工质密度越小，缸的工质密度越小，c c值愈低。值愈低。引起引起Ta升高的原因是升高的原因是: 1）新鲜工质进入发动机与高温零件接触而被加热。）新鲜工质进入发动机与高温零件接触而被加热。 2）新

15、鲜工质与高温残余废气混合而被加热。）新鲜工质与高温残余废气混合而被加热。 3）在化油器式汽油机上，为了使液体燃料在进气管）在化油器式汽油机上，为了使液体燃料在进气管中蒸发，以便均匀地与空气混合而进入气缸，一般都采中蒸发，以便均匀地与空气混合而进入气缸，一般都采用废气或冷却水热量对进气管加热，故空气经过进气管用废气或冷却水热量对进气管加热，故空气经过进气管时受热而温度升高。时受热而温度升高。转速和负荷对转速和负荷对Ta的影响的影响 1）转速：当负荷不变而转速增加时，由于）转速：当负荷不变而转速增加时，由于新鲜工质与缸壁等接触时间短，传热量少，所新鲜工质与缸壁等接触时间短，传热量少，所以以Ta稍有

16、下降。稍有下降。 2）负荷：当转速不变而增加发动机负荷时，）负荷：当转速不变而增加发动机负荷时，缸壁等零件温度升高，缸壁等零件温度升高，Ta有所上升。有所上升。措施：将高温排气管与进气管分置于气缸两侧，措施：将高温排气管与进气管分置于气缸两侧，控制进气预热，适当加大气门叠开角等，均有控制进气预热，适当加大气门叠开角等，均有利于降低利于降低Ta。 2进气终了的温度进气终了的温度Ta1） 增加，增加， c c降低，燃烧恶化，油耗、降低，燃烧恶化，油耗、排放增加，排放增加， 2）压缩比提高，残余废气系数减小。）压缩比提高，残余废气系数减小。 3）排气压力高，废气多，充气效率降低。）排气压力高，废气多

17、，充气效率降低。 4）排气系统阻力大，排气压力高，废气多。）排气系统阻力大，排气压力高，废气多。压缩比压缩比 压缩比增加压缩比增加,压缩容积减小压缩容积减小,残余废气量残余废气量随之减小随之减小,因而因而c有所增加。有所增加。3.残余废气系数和压缩比残余废气系数和压缩比 rr3.残余废气系数和压缩比残余废气系数和压缩比 r 和和 r： ，Vc ， r ， v r ， v ，同时燃烧恶化。同时燃烧恶化。 汽油机：汽油机： =612； r =0.050.16 非增压柴油机：非增压柴油机： =1418； r =0.030.06； 增压柴油机：增压柴油机： r =0.00.03总结总结4配气定时配气定

18、时 配气定时：配气定时： 指进气门关闭时指进气门关闭时Va与气缸总容积之比与气缸总容积之比 Va进气迟关进气迟关 ic， ic对对 v的影响：的影响： ic时刻气流惯性利用情况，即时刻气流惯性利用情况，即 pa； 对一定对一定n，存在最佳配气相位，使（，存在最佳配气相位，使（ pa） ，气流气流惯性进气多，惯性进气多， v ； 所以，需合理选配配气相位。所以，需合理选配配气相位。; 10VVa5.进气状态进气状态进气状态：进气状态：aaSaas,TTpp；实际新鲜充量,3-3 提高充气效率的措施提高充气效率的措施一、减少进气系统阻力一、减少进气系统阻力 1）进气门：阻力最大）进气门：阻力最大

19、in 进气系统进气系统 气门的流通能力气门的流通能力时面值或角面值时面值或角面值: 气门的丰满系数：气门的丰满系数： fdnfdt61 =6nt；f：dt内气门开启的面积内气门开启的面积hfdthfdt保证气门动力学要求的保证气门动力学要求的前提下，尽可能提高。前提下，尽可能提高。2）进气马赫数）进气马赫数Ma：评价气门处气流状态对：评价气门处气流状态对 v影响影响气门处气流平均速度：气门处气流平均速度： 有效时面值：有效时面值： )(tFVSmnFttFfdttFocmmocmmttmco61)()()()(2ocmmvmacCdDcM增加增加F(t)是降低进气阻力，减小是降低进气阻力，减小

20、Ma，提高，提高 v的重要的手段。的重要的手段。当当Ma0.5时，时， v 急剧下降；急剧下降； 所以，即使所以，即使n，因单位时间充气量无法增加；，因单位时间充气量无法增加；功率得不到提高。功率得不到提高。 故，必控制故，必控制Ma。限制限制Ma的措施：的措施：合理的配气相位；合理的配气相位；优化匹配活塞平均速度、优化匹配活塞平均速度、 气缸直径及气门直径气缸直径及气门直径 3) 多气门结构：多气门结构： 进气流通面积的方法：进气流通面积的方法：气门直径、气门数和布置气门直径、气门数和布置。增大气门直径增大气门直径djdp；气门升程气门升程L: 尽可能尽可能 L； 一般，最大升程与气门直径比

21、：一般，最大升程与气门直径比：L/dj=0.260.28多气门：减小气门处的流动损失多气门：减小气门处的流动损失 4气门气门2进进2排；排；5气门气门3进进2排排气门头部到杆身的过渡形状气门头部到杆身的过渡形状流线形流线形4）改善配气机构：）改善配气机构： 多气门顶置布置。多气门顶置布置。 凸轮驱动机构发展趋势：凸轮驱动机构发展趋势：SVOHV SOHC DOHC同名气门排同名气门排成两列时成两列时S 同名气门排同名气门排成一列时成一列时D 取消摇臂，提高取消摇臂，提高气门响应性；气门响应性；但凸轮升程受限但凸轮升程受限2）进气道形状及进气管长度）进气道形状及进气管长度 进气道：形成进气涡流、

22、滚流进气道：形成进气涡流、滚流流动损失增加。流动损失增加。 合理设计进气道，形状渐缩，内壁面光滑，避合理设计进气道，形状渐缩，内壁面光滑，避免气流急转弯；免气流急转弯； 进气管阻力：支管等长度适当，内表面光滑，避免进气管阻力：支管等长度适当，内表面光滑，避免界面突变；界面突变； 可变进气管长可变进气管长波动效应。波动效应。 3）空滤器：）空滤器： 作用：滤清，消声作用：滤清，消声 保证滤清的前提下尽可能减少阻力保证滤清的前提下尽可能减少阻力n1n2二、合理选择配气定时二、合理选择配气定时进气迟关角的影响：进气迟关角的影响： c=40 CA: n=n1时，时， vmax; nn1：气门关，流动损

23、失：气门关，流动损失 ， v c=60 CA： n1 vmax n2; vmax2n1，高速性，高速性 ；兼顾高低速措施：电控可变兼顾高低速措施：电控可变1）可变配气相位机构）可变配气相位机构 （1）MIVEC（Mitsubishi Innovative Valve timing and lift Electronic Control）系统：）系统： 特点：高低速特点：高低速2段式电控可变配气相位的控制机构段式电控可变配气相位的控制机构 高速摇臂高速摇臂高速凸轮高速凸轮低速凸轮低速凸轮低速摇臂低速摇臂T型柄型柄低速：控制油低速：控制油压不起作用压不起作用高速：控制高速：控制油压起作用油压起作用

24、休缸控制休缸控制状态状态高速控制模型：高速凸轮工作，低速凸轮空转；高速控制模型：高速凸轮工作，低速凸轮空转； 进排气凸轮升程进排气凸轮升程 ，配气相位，配气相位 低速控制模型：高速凸轮空转，低速凸轮工作；低速控制模型：高速凸轮空转，低速凸轮工作； 进排气凸轮升程进排气凸轮升程 ，配气相位，配气相位 休缸控制模型休缸控制模型: 高低速凸轮都空高低速凸轮都空 转转气缸不换气气缸不换气停止工作。停止工作。 MIVEC的控制效果及的控制效果及MIVEC的的 MD控制功能控制功能高低速运行模式切高低速运行模式切换点转矩相同换点转矩相同以免冲击振动以免冲击振动MD（Modulated Displaceme

25、nt）控制效果：泵）控制效果：泵气损失、冷损、排损气损失、冷损、排损 减小机械损失约减小机械损失约44%；热效率可提高热效率可提高17%左右左右(2) VVT-I (Variable Valve Timing-intelligent)系统：系统： 特点：随特点：随n可连续改变进气凸轮轴相对曲轴的位置可连续改变进气凸轮轴相对曲轴的位置 改变配气相位。改变配气相位。1-1-油压控制阀油压控制阀 2-VVT-i2-VVT-i皮带轮皮带轮 3-3-螺旋齿轮螺旋齿轮 4-曲轴位曲轴位置传感器置传感器 5-5-机油泵机油泵 6-凸轮转角凸轮转角传感器传感器 系统组成：系统组成：控制原理：控制原理： 驱动：

26、油压控制驱动：油压控制柱塞柱塞齿轮齿轮4左右移动，此时左右移动，此时 1-迟后侧油压室迟后侧油压室 2-进角侧油压室进角侧油压室 3-内齿内齿轮轮 4-柱塞齿轮柱塞齿轮 5-外齿轮外齿轮 6-带轮带轮柱塞内外表面形柱塞内外表面形成反向螺旋齿轮成反向螺旋齿轮内齿与凸轮轴蜗杆啮合内齿与凸轮轴蜗杆啮合3相对曲轴偏转相对曲轴偏转外齿与外齿与外齿轮外齿轮5啮合啮合带轮带轮6同步旋转同步旋转柱塞柱塞控制气门重叠角控制气门重叠角实现内部实现内部EGR2）凸轮驱动油压控制式可变配气机构）凸轮驱动油压控制式可变配气机构 1-电磁阀电磁阀 2-摇臂摇臂 3-凸轮凸轮4-油压柱塞油压柱塞凸轮到气门之间为高压油路内设

27、有油压柱塞；凸轮到气门之间为高压油路内设有油压柱塞；凸轮经摇臂将其升程转换为柱塞位移凸轮经摇臂将其升程转换为柱塞位移通过液压通过液压控制气门开启。控制气门开启。改变摇臂支点位改变摇臂支点位置控制配气定时置控制配气定时 电磁阀控制油压腔内油电磁阀控制油压腔内油压控制气门不同升程压控制气门不同升程3) 无凸轮液压式可变配气机构无凸轮液压式可变配气机构 用电磁阀将高压共轨内油量进行合理分配用电磁阀将高压共轨内油量进行合理分配控制油控制油压柱塞位置压柱塞位置控制气门升程。控制气门升程。1-油压柱塞油压柱塞 2-位移传感器位移传感器 3-弹簧弹簧 4-数字脉冲数字脉冲 5-三向阀三向阀油压式可变配气机构

28、的特点：油压式可变配气机构的特点：控制自由度高，提高进排气效控制自由度高，提高进排气效率率气门的丰满系数接近气门的丰满系数接近1；主要缺点：存在气门落座速度主要缺点：存在气门落座速度的控制、电磁阀工作可靠性、以的控制、电磁阀工作可靠性、以及成本高的问题。及成本高的问题。 为精确控制气门升程为精确控制气门升程设置气门位移传感器设置气门位移传感器三、进气管长度及气流的动态效应三、进气管长度及气流的动态效应进气管对进气管对 v的影响：进气管长度的影响：进气管长度进气系统阻力；进气系统阻力； 波动效应波动效应管道内压力波动管道内压力波动 1）可变进气管长度：从）可变进气管长度：从 进气阻力角度，越短越

29、好，进气阻力角度，越短越好，但气管长度但气管长度低速充气效率低速充气效率 ，且峰值，且峰值 。 低速 低速区：低速区：气流速度低，流动气流速度低，流动损失不明显；损失不明显；动态波动效应动态波动效应 v 高速区：高速区：气流速度高，流动气流速度高，流动损失明显损失明显 ， v 高速2）动态效应：惯性效应）动态效应：惯性效应 波动效应波动效应 用发动机间歇进排气产生用发动机间歇进排气产生的进排气管内压力波的进排气管内压力波 v(1)惯性效应：利用进气行程中产生的压力波，在进惯性效应：利用进气行程中产生的压力波，在进气门关闭之前进气门处出现正压波气门关闭之前进气门处出现正压波 v的效果。的效果。

30、惯性效应原理惯性效应原理1-活塞活塞(手手) 2-气缸容积（弹簧）气缸容积（弹簧） 3-进气阀进气阀 4-进气管气体质量（重块）进气管气体质量（重块）压力波：活塞运动时气缸容压力波：活塞运动时气缸容积变化而产生负压引起积变化而产生负压引起 活塞：激振源；活塞：激振源；缸内容积：弹簧缸内容积：弹簧;管内气流柱：惯管内气流柱：惯性质量。性质量。 本次进气行程中，进气压力波的固有频率：本次进气行程中，进气压力波的固有频率： Lcfg2当转速为当转速为n时，进气频率时，进气频率 ： 120260nnfjc：进气管内气体的声速；：进气管内气体的声速；L：进气管当量长度：进气管当量长度 则定义惯性效应的波

31、动次数则定义惯性效应的波动次数 ： nLcffqjgg60时时，共共振振1)(60当nLcqg由此确定惯性增压由此确定惯性增压n所对应的进气管长度所对应的进气管长度 L(2) 波动效应：利用进气门关闭后的进气管内压力波动效应：利用进气门关闭后的进气管内压力波，来提高气缸进气量的效果。波，来提高气缸进气量的效果。进气管长度调节进气管长度调节，故需与惯性效应同时考虑。，故需与惯性效应同时考虑。进气门关闭：气门处向外传正压波，至管端反射进气门关闭：气门处向外传正压波，至管端反射;管端开口边界管端开口边界: 反相，负压波；反相，负压波；负压波至气门处负压波至气门处反射负压；反射负压；负压波至管端负压波

32、至管端反射正压波。反射正压波。 周而复始。周而复始。正压波与进气过程重正压波与进气过程重合时可提高充气效率合时可提高充气效率波动效应：气体压力波在进气管道内波动效应：气体压力波在进气管道内2个来回完成一个来回完成一次振动，其固有频率为：次振动，其固有频率为：Lcfb4故，波动效应的波动次数为：故，波动效应的波动次数为： nLcffqjbb30当当qb=1,2,时波动效时波动效应与进气同步应与进气同步,气门气门开启期与负压波重开启期与负压波重合，合， v 当当qb=1.5,2.5,时时,气门开启期间与正气门开启期间与正压波重合，压波重合， v 3）惯性可变谐振增压进气系统）惯性可变谐振增压进气系

33、统动态效应是进气管内压力波的谐振结果动态效应是进气管内压力波的谐振结果谐振效果谐振效果 同侧的同侧的1/3/5缸和缸和2/4/6缸各采用独立进气共振管、稳压箱和缸各采用独立进气共振管、稳压箱和各自的进气支管。各自的进气支管。稳压箱和各进气支管长度构成该气缸惯性增压系统。稳压箱和各进气支管长度构成该气缸惯性增压系统。长进气管长进气管2、稳压箱以及各气缸构成各自的共振系统。、稳压箱以及各气缸构成各自的共振系统。 图3-21 惯性可变共振谐振管1-双节气门 2-共振管长 3-惯性增压 4-切换阀 5、7-共振增压 6-进气支管惯性增压惯性增压共振管共振管低速时：第低速时：第1缸进气终了进气门关闭前，

34、因进气压缸进气终了进气门关闭前，因进气压缩波作用，两个稳压箱内气柱经共振管共振缩波作用，两个稳压箱内气柱经共振管共振压力压力波反射到第波反射到第1缸，缸， 进气充量，此时惯性增压系统停进气充量，此时惯性增压系统停止工作。止工作。这里，将共振长管的气流质量简化为惯性质量（重块），两这里，将共振长管的气流质量简化为惯性质量（重块），两个稳压箱简化为个稳压箱简化为2个弹簧。则共振管内的气柱在个弹簧。则共振管内的气柱在2个弹簧的作个弹簧的作用下振动。相对共振管进气支管（惯性系统）很短、进气时用下振动。相对共振管进气支管（惯性系统）很短、进气时气缸容积相对稳压箱容积很小，所以惯性很小可忽略。气缸容积相对

35、稳压箱容积很小，所以惯性很小可忽略。高速时：共振管内的气流及高速时：共振管内的气流及2个稳压箱（软弹簧）个稳压箱（软弹簧）的气流因其固有频率低而不共振；只有短的惯性系的气流因其固有频率低而不共振；只有短的惯性系统气柱共振而统气柱共振而 v 因排气能量大，温度高，所以排气压力波振幅大、因排气能量大，温度高，所以排气压力波振幅大、传播速度快、排气波动效应强烈；传播速度快、排气波动效应强烈； 利用排气波动效应，气门重叠期产生负压，多利用排气波动效应，气门重叠期产生负压，多排气，减少残余废气，减小泵气损失，排气，减少残余废气，减小泵气损失， 充气效充气效率。率。四、排气管的波动效应四、排气管的波动效应

36、3.4 增压技术增压技术一、分类一、分类 增压：增压： 进气密度，进气密度， 气缸充量，气缸充量， 升功率升功率/be/排放排放 1)压气机驱动方式不同：机械增压压气机驱动方式不同：机械增压机械损失机械损失 废气涡轮增压废气涡轮增压回收废气能量回收废气能量 气波增压气波增压机械增压种类：机械增压种类：a) 离心式离心式b) 罗茨式罗茨式 c) 滑片式滑片式 d) 螺旋式螺旋式e) 转子活塞式转子活塞式利用排气压力利用排气压力波压缩进气波压缩进气2) 涡轮和增压器复合方式：涡轮和增压器复合方式： 废气能量回收率，废气能量回收率， t 根据涡轮位置分三种：串联后复合增压根据涡轮位置分三种：串联后复

37、合增压 串联前复合增压串联前复合增压 并联复合增压并联复合增压涡轮转速：涡轮转速：50000180000r/min；发动机转速：发动机转速：18004000r/min；故均设减速器和离合器故均设减速器和离合器 3) 多（双）级增压联结方式：多（双）级增压联结方式：双级直列增压：小型双级直列增压：小型/大型增压器串联；大型增压器串联； 低速：小型增压器工作低速：小型增压器工作 中高速：大型增压器中高速：大型增压器切换阀切换阀切换阀切换阀双级并列增压：双级并列增压：采用采用2个小型增个小型增压器兼顾高低速压器兼顾高低速避免各缸排气避免各缸排气干涉干涉优点：优点： a， PL和比功率，和比功率， 单

38、位功率造价；改善经济单位功率造价；改善经济性；常用较大空燃比性；常用较大空燃比HC、CO和碳烟排放和碳烟排放; 相对自然吸气，回收排气能量，相对自然吸气，回收排气能量， t， 排噪声排噪声;增压后，缸内压力和温度提高，滞燃期缩短，有增压后，缸内压力和温度提高，滞燃期缩短，有利于降低压力升高率和燃烧噪声。利于降低压力升高率和燃烧噪声。增压技术的特点增压技术的特点缺点：缺点：p机械负荷和热负荷机械负荷和热负荷 ，影响工作可靠性和耐久性，影响工作可靠性和耐久性需需限制缸内最高爆发压力。限制缸内最高爆发压力。p不能兼顾高低速；不能兼顾高低速；p加速响应特性恶化。加速响应特性恶化。 从排气能量变化到进气

39、压力从排气能量变化到进气压力的建立需一定时间，的建立需一定时间，二、废气涡轮增压器的能量回收二、废气涡轮增压器的能量回收 根据排气能量利用方式涡轮增压器分为：定压增压根据排气能量利用方式涡轮增压器分为：定压增压 脉冲增压脉冲增压 1) 定压涡轮增压系统定压涡轮增压系统能量回收：排气状态能量回收：排气状态b下，废下，废气最大做功能力气最大做功能力=面积面积b-f-1-b；由由b状态膨胀到涡轮入口状态膨胀到涡轮入口(pT)的能量的能量=面积面积b-e-5-b ；在稳压箱内转化为热量加热废在稳压箱内转化为热量加热废气气涡轮入口状态由涡轮入口状态由e变为变为e 实际推动涡轮工作的能量实际推动涡轮工作的

40、能量=面积面积2-4-e-f-2 +面积面积 i-g-4-2（扫气）（扫气）能量平衡：推动涡轮工作的能量能量平衡：推动涡轮工作的能量 涡轮机效率涡轮机效率=涡涡轮机推动压气机做功所消耗的能量。轮机推动压气机做功所消耗的能量。）（压气机消耗的总能量面积mC/)(CTTWWfegi特点：增压后特点：增压后泵气正功泵气正功=面积面积a-5-4-3-a 。 定压增压定压增压排气能量利用效率低：从损失能量排气能量利用效率低：从损失能量5- b- e-5中只能回收一小部分，大部分能量排掉；中只能回收一小部分，大部分能量排掉； 定压增压定压增压低速转矩特性和加速响应特性较差。低速转矩特性和加速响应特性较差。

41、WC=面积面积i-g-a-0=面积面积2-3-a-0+ 面积面积i-g-3-2扫气所需能量扫气所需能量进气压力进气压力pb压入气缸所需能量压入气缸所需能量C:压气机效率m:机械效率(增)2）脉冲涡轮增压系统：）脉冲涡轮增压系统： 目的：尽可能目的：尽可能 废气能量废气能量(b-e-5-b)的回收利用率。的回收利用率。 特点：排气管设计成短而细；特点：排气管设计成短而细； 尽可能减小排气系统容积尽可能减小排气系统容积 使使排气直接迅速喷入涡轮机膨胀做功排气直接迅速喷入涡轮机膨胀做功 减小节流损失。减小节流损失。 为减小各缸排气中压力波的相互干扰；为减小各缸排气中压力波的相互干扰； 将相邻发火气缸

42、的排气支管互相隔开，使将相邻发火气缸的排气支管互相隔开，使 同一根排气管内无其他缸同时排气现象。同一根排气管内无其他缸同时排气现象。 =40%50% 3）定压增压系统与脉冲增压系统的比较）定压增压系统与脉冲增压系统的比较定压增压系统：排气管容积大，脉动能量损失定压增压系统：排气管容积大，脉动能量损失 排气能量回效率排气能量回效率脉冲增压；脉冲增压； b2.5时时定压增压定压增压脉冲增压：扫气性脉冲增压：扫气性 ，因排压处于波谷，因排压处于波谷充气效充气效率，率， 缸缸内高温零件热负荷。内高温零件热负荷。加速响应性：排管容积小加速响应性：排管容积小脉冲增压脉冲增压定压增压定压增压涡轮效率：脉冲增

43、压涡轮效率：脉冲增压1.4 b1.4区：随区：随 b ，排放明显改善排放明显改善2.5 bPe 2）涡轮增压器与发动机的匹配原理）涡轮增压器与发动机的匹配原理1. 增压器流量特性的选择：增压器流量特性的选择：根据发动机匹配目的选择不同流量特性的增压器根据发动机匹配目的选择不同流量特性的增压器最求高速性：配入口面积较大涡轮增压器最求高速性：配入口面积较大涡轮增压器II型型 但低速转矩特性差。但低速转矩特性差。 改善低速特性：配入口截改善低速特性：配入口截面较小涡轮增压器面较小涡轮增压器I型；型；但高速流动损失但高速流动损失 ，高速性，高速性 2. 涡轮增压器与发动机的联合运行特性涡轮增压器与发动

44、机的联合运行特性分析分析匹配效果匹配效果压气机特性曲线上，绘制压气机特性曲线上，绘制发动机最低转速下的负荷发动机最低转速下的负荷特性、全负荷速度特性和特性、全负荷速度特性和最高转速下的负荷特性。最高转速下的负荷特性。 分析内容：分析内容： b符合设计要求符合设计要求? 发动机整个运行工况是否在发动机整个运行工况是否在高效率区高效率区? 流量范围流量范围偏小时偏小时流量范围流量范围偏大时偏大时3. 涡轮增压器与发动机的匹配涡轮增压器与发动机的匹配AR面径比：面径比： A/Rnb 喷入排气动量矩喷入排气动量矩 A/R。 增压器匹配时需要优化面径增压器匹配时需要优化面径比比A/R。 压气机叶轮和涡壳

45、：决定压气机特性曲线压气机叶轮和涡壳：决定压气机特性曲线改变叶改变叶片扩压器进口角、喉口面积片扩压器进口角、喉口面积可适当移动喘振线；可适当移动喘振线；增加叶片扩压器喉口面积和叶轮喉口面积增加叶片扩压器喉口面积和叶轮喉口面积可可 堵塞堵塞流量。但发动机的联合运行区域流量。但发动机的联合运行区域由由A/R调节。调节。 A/R小小低速时动量矩足够低速时动量矩足够nb ，改善低速性能，改善低速性能， 随随E/G的的n ，临界临界阻阻力力 ，高速性，高速性 ；A/R大大R一定一定A ，改改善高速增压效果；善高速增压效果； 但低速动量矩但低速动量矩 ，增压器，增压器做功能力做功能力 ，低速性差。，低速性

46、差。 A/R对性能的影响对性能的影响: p 普通废气涡轮增压器不能兼顾发动机高、低速性普通废气涡轮增压器不能兼顾发动机高、低速性 4VGT/VNT 兼顾高低速性能的重要措施兼顾高低速性能的重要措施可变可变A/R技术。技术。 典型：典型：VGT (Variable Geometry Turbocharger)或或VNT (Variable Nozzle Turbocharger)。特点：特点：R一定条件下，一定条件下，根据根据E/G不同不同n 通过可通过可动翼片调节涡轮入口截动翼片调节涡轮入口截面积面积A实现面径比可实现面径比可变。变。VGS控制系统控制系统及控制效果：及控制效果：控制控制MAP

47、控制逻辑框图控制逻辑框图 控制效果控制效果 3.5 EGR系统（废气再循环）系统（废气再循环）残余废气系数：评价气缸换气的完善程度残余废气系数：评价气缸换气的完善程度 EGR：调节混合气成分，：调节混合气成分，混合气总热容混合气总热容控制控制燃烧速率，燃烧速率， Tz，有效降低，有效降低NOx。 一、一、EGR率定义：率定义：%100EGRaEGRGG率无无EGR时进入气缸时进入气缸的空气流量的空气流量 有有EGR时进入气缸时进入气缸的空气流量的空气流量 EGREGRaaGGGEGR流量流量 %100COCOCOCOEGRO, 2EGR, 2O, 2mix, 2率 定义定义2： EGR混合后的混合后的CO2浓度浓度 流经流经EGR管气体管气体的度的度 CO2浓度浓度 大气中的大气中的CO2浓度浓度 专用测专用测试设备试设备 定义定义1： 二、二、EGR对发动机性能的影响对发动机性能的影响 汽油机实施汽油机实施EGR：进气流量：进气流量 ，但喷油量也，但喷油量也 ， A