内燃机原理第四章换气过程与进气充量

1、本章要求本章要求HIT规格严格规格严格功夫到家功夫到家1、掌握、掌握ICE为什么需要配气相位；为什么需要配气相位；2、了解现代、了解现代ICE的的VVT技术；技术；3、掌握充量系数解析式的推到过程；、掌握充量系数解析式的推到过程；4、掌握、掌握ICE如何得到高的充量系数；如何得到高的充量系数；5、了解螺旋气道的评价方法；、了解螺旋气道的评价方法；6、掌握进气速度特性；、掌握进气速度特性；7、掌握进、排气动态效应的原理及相关概念；、掌握进、排气动态效应的原理及相关概念；8、掌握、掌握ICE增压技术的分类以及废气涡轮增压的优缺点。增压技术的分类以及废气涡轮增压的优缺点。前言前言HIT规格严格规格严

2、格功夫到家功夫到家前言前言HIT规格严格规格严格功夫到家功夫到家换气过程（换气过程（Gas Exchange）：废气排出气缸和新鲜充量废气排出气缸和新鲜充量 进入气缸的过程。进入气缸的过程。周期性、非稳定流动周期性、非稳定流动(准周期流准周期流quasi-flow) 非常复杂非常复杂新鲜充量新鲜充量(charge)的大小影响着的大小影响着ICE的动力输出的动力输出高充量系数高充量系数保证性能保证性能各缸充量均匀一致各缸充量均匀一致工作平顺工作平顺降低泵气损失降低泵气损失高机械效率效率高机械效率效率组织合理流动组织合理流动高热效率、低排放高热效率、低排放ICE对换气过程的要求对换气过程的要求从排

3、气门开启到进气门关闭，曲轴转角为：从排气门开启到进气门关闭，曲轴转角为： CA480410特点特点)2)()(ssssc0aumtceinTRpVlHP一、换气系统组成一、换气系统组成SI-ICETWCCI-ICE涡轮机、涡轮机、DPF、DOC、SCR、FWC排气系统排气系统SI-ICE节气门节气门CI-ICE螺旋气道、压气机、中冷器螺旋气道、压气机、中冷器进气系统进气系统二、排气过程分期二、排气过程分期排气过程持续曲轴转角为：排气过程持续曲轴转角为： CA260240排气门开启时缸内压力：排气门开启时缸内压力： MPa 6 . 03 . 0exp超临界排气超临界排气自由排气阶段自由排气阶段第

4、一节第一节 四冲程四冲程ICE换气过程换气过程HIT规格严格规格严格功夫到家功夫到家83. 1211kkceekpp临界压比：临界压比：3 . 1kceeeexpppp排气门开启时为超临界排气排气门开启时为超临界排气smkRTa/7005001100700exTJ/(kg.K)280R特点：排气流速不变，噪声大。特点：排气流速不变，噪声大。亚临界排气亚临界排气83. 11 eexpp排气压力高，排气流量大排气压力高，排气流量大1 . 0 ep排气管内压力：排气管内压力： MPa63 eexpp第一节第一节 四冲程四冲程ICE换气过程换气过程HIT规格严格规格严格功夫到家功夫到家第一节第一节 四

5、冲程四冲程ICE换气过程换气过程HIT规格严格规格严格功夫到家功夫到家强制排气阶段强制排气阶段3010自由排气持续到自由排气持续到BDC后后 CA，排气量，排气量60% 1 eexpp活塞上行强制把废气排出气缸活塞上行强制把废气排出气缸三、进气过程三、进气过程265230进气门早开到迟闭，持续曲轴转角进气门早开到迟闭，持续曲轴转角 CA 四、配气相位四、配气相位进排气门早开、迟闭时刻相对于进排气门早开、迟闭时刻相对于TDC、BDC的时间的时间或者曲轴转角。或者曲轴转角。第一节第一节 四冲程四冲程ICE换气过程换气过程HIT规格严格规格严格功夫到家功夫到家 五、换气损失五、换气损失换气损失定义为

6、理论循环换气功与实际循环换气功之差。 1.排气损失 膨胀损失随着排气提前角的增大而增加，随转速增高而增加。 推出损失随着排气提前角的增大而减小，随转速增高而较为明显增加。 最有利的排气提前角应当使两者之和为最小。 减小排气损失的方法：合理的排气正时、增大排气门流通面积。 2.进气损失 进气过程对内燃机性能的影响不仅体现在进气损失功上，更重要的是体现在所吸入新鲜充量的多少上。 3.泵气损失 非增压内燃机的泵气损失是由pV图中换气过程封闭曲线面积所代表的负功来表示的，以Wp表示泵气损失，有Wp (x + y u)Lp Lp为示功图的比例系数。 增压内燃机的泵气损失是由增压压力和涡轮排气压力所围成的

7、矩形面积与实际换气过程所围成的封闭曲线面积之差：Wp (pb pT)Vs (x + y u)Lp 第一节第一节 四冲程四冲程ICE换气过程换气过程HIT规格严格规格严格功夫到家功夫到家活塞行程活塞行程上止点上止点下止点下止点P/MPa90 75 60 40 P/MPa排气提前角排气提前角n = 3400rpm3200280024002000平均排气损失压力平均排气损失压力平均进气损失压力平均进气损失压力n活塞行程活塞行程（一）相位角（一）相位角排气门早开角排气门早开角eo目的：充分利用自由排气，提高排气效率，降低泵气目的：充分利用自由排气，提高排气效率，降低泵气损失和残余废气系数。损失和残余废

8、气系数。气门开启需要时间气门开启需要时间气体惯性气体惯性排气行程缸压高排气行程缸压高0:eoif高高PWr不能利用自由排气不能利用自由排气第一节第一节 四冲程四冲程ICE换气过程换气过程HIT规格严格规格严格功夫到家功夫到家进气门相位角：获得最大进气充量，增大进气过程功进气门相位角：获得最大进气充量，增大进气过程功排气门相位角：强化排气，减小排气过程功排气门相位角：强化排气，减小排气过程功膨胀行程膨胀行程排气行程排气行程第一节第一节 四冲程四冲程ICE换气过程换气过程HIT规格严格规格严格功夫到家功夫到家膨胀行程膨胀行程排气行程排气行程第一节第一节 四冲程四冲程ICE换气过程换气过程HIT规格

9、严格规格严格功夫到家功夫到家排气门晚关角排气门晚关角ec目的：充分利用气流惯性，增大排气量。目的：充分利用气流惯性，增大排气量。转速升高，排气时间缩短，气流惯性增大，应增大转速升高，排气时间缩短，气流惯性增大，应增大eceowWPW存在存在optec.转速升高，排气行程时间缩短，应增大转速升高，排气行程时间缩短，应增大eotqopteoTnf，.ec过大过大废气回流或充量流失废气回流或充量流失ec过小过小惯性利用不足惯性利用不足tqoptecTnf，.存在最优的存在最优的opteo.第一节第一节 四冲程四冲程ICE换气过程换气过程HIT规格严格规格严格功夫到家功夫到家进气门早开角进气门早开角a

10、o目的：增大进气过程功，增大充量系数。目的：增大进气过程功，增大充量系数。存在存在optao.ao过大过大回火或活塞撞击气门回火或活塞撞击气门转速升高，活塞运动速度加快，应增大转速升高，活塞运动速度加快，应增大aotqoptaoTnf，.原因原因气门开启需要时间气门开启需要时间气体惯性气体惯性过小过小缸内真空度过大缸内真空度过大ao第一节第一节 四冲程四冲程ICE换气过程换气过程HIT规格严格规格严格功夫到家功夫到家进气门晚关角进气门晚关角ac目的：充分利用气流惯性，增大进气量。目的：充分利用气流惯性，增大进气量。转速升高，进气时间缩短，气流惯性增大，应增大转速升高，进气时间缩短，气流惯性增大

11、，应增大ac存在存在optac.ac过大过大进气推回进气管进气推回进气管ac过小过小惯性利用不足惯性利用不足tqoptacTnf，.第一节第一节 四冲程四冲程ICE换气过程换气过程HIT规格严格规格严格功夫到家功夫到家（二）相位图（二）相位图TDCBDC增压增压70 80 0 40 10 35 55 65 30 80 20 60 30 45 45 55 气门叠开气门叠开进气行程进气行程排气行程排气行程第一节第一节 四冲程四冲程ICE换气过程换气过程HIT规格严格规格严格功夫到家功夫到家IVOIVCEVOEVC（三）气门叠开（三）气门叠开在在TDC位置进排气门同时开启。位置进排气门同时开启。1、

12、SI-ICE气门叠开不发生回火的原因气门叠开不发生回火的原因进气门开启初期，开度小，流动阻力大；进气门开启初期，开度小，流动阻力大；废气的流动惯性；废气的流动惯性；排气射流使进气门处压力低。排气射流使进气门处压力低。2、气门叠开对性能影响、气门叠开对性能影响SI-ICE CA，防止，防止“回火回火”40aeo自然吸气柴油机自然吸气柴油机 CA，扫气，扫气60aeo增压柴油机增压柴油机 CA，扫气、冷却高温件，扫气、冷却高温件16080aeo第一节第一节 四冲程四冲程ICE换气过程换气过程HIT规格严格规格严格功夫到家功夫到家第一节第一节 四冲程四冲程ICE换气过程换气过程HIT规格严格规格严格

13、功夫到家功夫到家五、可变配气相位（正时）五、可变配气相位（正时）VVTClassification of VVT：可变升程可变升程Cam-Lift Changing可变相位可变相位Cam-Phase Changing可变相位和升程可变相位和升程电机控制电机控制Electromechanical（Cam-Phase+Cam-Lift Changing）电磁控制电磁控制Electromagnetic电液控制电液控制Electrohydraulic可变升程可变升程VVT第一节第一节 四冲程四冲程ICE换气过程换气过程HIT规格严格规格严格功夫到家功夫到家可变正时可变正时VVT第一节第一节 四冲程四冲

14、程ICE换气过程换气过程HIT规格严格规格严格功夫到家功夫到家可变正时和可变正时和可变升程可变升程VVT晚关角和升程晚关角和升程晚关角晚关角早开角和升程早开角和升程第一节第一节 四冲程四冲程ICE换气过程换气过程HIT规格严格规格严格功夫到家功夫到家从获得最大充量系数的角度出发，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及较小的气门升程，防止出现缸内新鲜无量向进气系统的倒流，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。3)配合以上变化，对进气门从开启到关闭的持续期（又称作用角

15、）也应进行调整，以实现最佳的进气定时。第一节第一节 四冲程四冲程ICE换气过程换气过程HIT规格严格规格严格功夫到家功夫到家第一节第一节 四冲程四冲程ICE换气过程换气过程HIT规格严格规格严格功夫到家功夫到家常用常用VVT缩写：缩写：CVVT（Continue Variable Valve Timing ）：）：VVTL-i（ Variable Valve Timing and Lifting-Intelligent）：）：随随ICE工况，连续改变配气正时和（或）气门升程。工况，连续改变配气正时和（或）气门升程。丰田公司使用丰田公司使用DVVT（Dual Variable Valve Tim

16、ing ）：）：进、排气门连续改变配气正时和（或）气门升程。进、排气门连续改变配气正时和（或）气门升程。配气正时连续可变配气正时连续可变两阶段气门升程两阶段气门升程用于进排气门用于进排气门VVT-i（ Variable Valve Timing -Intelligent）：）：随随ICE工况，连续改变配气正时。工况，连续改变配气正时。第一节第一节 四冲程四冲程ICE换气过程换气过程HIT规格严格规格严格功夫到家功夫到家丰田的丰田的VVTL-i第一节第一节 四冲程四冲程ICE换气过程换气过程HIT规格严格规格严格功夫到家功夫到家本田、三菱的本田、三菱的VTEC：与丰田的与丰田的VVTL-i类似类

17、似（ Variable Valve Timing and Lifting Electronic Control System）第一节第一节 四冲程四冲程ICE换气过程换气过程HIT规格严格规格严格功夫到家功夫到家宝马的宝马的VANOS（Valvetronic VANOS）：）：配气正时连续可变配气正时连续可变用于进排气门用于进排气门气门升程连续可变气门升程连续可变电子油门电子油门-控制气门升程控制气门升程无节气门，性能卓越无节气门，性能卓越第一节第一节 四冲程四冲程ICE换气过程换气过程HIT规格严格规格严格功夫到家功夫到家l泵气损失小；泵气损失小；l经济性提高经济性提高1015%；l动力性提

18、高动力性提高20%；l不用不用EGR；lNOx降低降低40%；lHC降低降低15%；lCO降低降低5%。难题：如何得到高寿命的执行机构？难题：如何得到高寿命的执行机构？pVTDCBDCrVaVrVaVw(EVO)k(IVO)第二节第二节 充量系数及其影响因素充量系数及其影响因素HIT规格严格规格严格功夫到家功夫到家rr(EVC)aa(IVC)rrrasaassssacTRpTTRppppRTK1容积效率解析式容积效率解析式：分析：分析：进气门晚关角对容积效率影响远大于排气门晚关角；进气门晚关角对容积效率影响远大于排气门晚关角；进气压降大，容积效率下降；进气压降大，容积效率下降；进气温升大，容积

19、效率下降。进气温升大，容积效率下降。用用EVC到到IVC过程中，进入气缸的工质质量计算容积效率过程中，进入气缸的工质质量计算容积效率一、充量系数解析式一、充量系数解析式HIT规格严格规格严格功夫到家功夫到家第二节第二节 充量系数及其影响因素充量系数及其影响因素二、影响充量系数二、影响充量系数 的主要因素的主要因素（一）进气流动阻力影响（一）进气流动阻力影响HIT规格严格规格严格功夫到家功夫到家第二节第二节 充量系数及其影响因素充量系数及其影响因素ssTp ,TDCBDCmufflerspcylinderWOT(wide open throttle)part throttlepLength of

20、 intake systemAir cleanerspppairppp进气阻力损失进气阻力损失ap22upj=局部阻力损失局部阻力损失22udlpy+沿程阻力损失沿程阻力损失沿程损失和局部损失沿程损失和局部损失pVTDCBDC大负荷大负荷-小负荷小负荷NA-ICE的的pa/ ps达到达到0.10.2pa是是 c的最大影响因素的最大影响因素SI-ICE中、低负荷中、低负荷pa较大较大量调节的量调节的ICE性能较差性能较差HIT规格严格规格严格功夫到家功夫到家第二节第二节 充量系数及其影响因素充量系数及其影响因素CI-ICE螺旋气道螺旋气道l螺旋气道作用螺旋气道作用加强缸内气体运动，强化燃烧加强缸

21、内气体运动，强化燃烧l稳流气道试验台稳流气道试验台用于对螺旋气道流动特性进行评价用于对螺旋气道流动特性进行评价数据采集卡数据采集卡计算机计算机稳压箱稳压箱流量控制流量控制压力传感器压力传感器流量计流量计风速仪风速仪气道压差传感器气道压差传感器气门升程传感器气门升程传感器缸盖缸盖模拟气缸模拟气缸支撑板支撑板风机连接风机连接HIT规格严格规格严格功夫到家功夫到家第二节第二节 充量系数及其影响因素充量系数及其影响因素气门升程气门升程测量参数测量参数气道压差气道压差叶轮转速叶轮转速空气流量空气流量vhpswnQHIT规格严格规格严格功夫到家功夫到家第二节第二节 充量系数及其影响因素充量系数及其影响因素

22、流量系数（流量系数（Flow Coefficient）fC计算参数计算参数涡流比（涡流比（Swirl Ratio）l螺旋气道评价方法螺旋气道评价方法Ricardo（英国）、（英国）、FEV（德国）和（德国）和AVL（奥地利）（奥地利）流量系数流量系数fC涡流比涡流比HIT规格严格规格严格功夫到家功夫到家第二节第二节 充量系数及其影响因素充量系数及其影响因素2气门气门4气门前后排列气门前后排列4气门气门并列排列并列排列4气门扭曲排列气门扭曲排列气门口的阻力损失气门口的阻力损失气门口平均进气马赫数：气门口平均进气马赫数：avMtmamtmv气门口平均流速气门口平均流速mPtmtmvFvF2)/(/

23、stmPdDFF）（2samdDansKMHIT规格严格规格严格功夫到家功夫到家第二节第二节 充量系数及其影响因素充量系数及其影响因素气门开闭过程中，形成非常大的局部阻力损失气门开闭过程中，形成非常大的局部阻力损失K常数常数tmF气门口平均流通面积气门口平均流通面积（自学气门口平均流通面积计算方法）（自学气门口平均流通面积计算方法）mstmvdDKv2平均进气马赫数大于平均进气马赫数大于0.5后，后，充量系数快速下降，进气充量系数快速下降，进气“壅塞壅塞”。lICE最高转速受平均进气最高转速受平均进气马赫数限制；马赫数限制；由此可知：由此可知：l增大气门流通面积，可降低平均进气马赫数，允许增大

24、气门流通面积，可降低平均进气马赫数，允许ICE有有 更高转速；更高转速；0.5HIT规格严格规格严格功夫到家功夫到家第二节第二节 充量系数及其影响因素充量系数及其影响因素5 . 0amM所以：所以：TC-ICENA-ICEl缩短冲程，可达到高转速；缩短冲程，可达到高转速；HIT规格严格规格严格功夫到家功夫到家第二节第二节 充量系数及其影响因素充量系数及其影响因素多气门技术多气门技术2进进1排三气门排三气门2进进2排四气门排四气门HIT规格严格规格严格功夫到家功夫到家第二节第二节 充量系数及其影响因素充量系数及其影响因素3进进2排五气门排五气门油门全开油门全开%25%202Dds双气门双气门四气

25、门四气门%302Dds多气门进气流通面积大多气门进气流通面积大多气门气门平均有效直径多气门气门平均有效直径Nsismdd12HIT规格严格规格严格功夫到家功夫到家第二节第二节 充量系数及其影响因素充量系数及其影响因素多气门技术的优点：多气门技术的优点：l进气流通面积大，平均进气马赫数低进气流通面积大，平均进气马赫数低实现高速；实现高速；l火花塞中置火花塞中置降低爆震倾向；降低爆震倾向；l气门质量小，配气机构惯性小气门质量小，配气机构惯性小降低冲击和磨损；降低冲击和磨损；lCI-ICE易于使用组合气道技术易于使用组合气道技术实现涡流比实现涡流比MAP控制；控制；多气门技术的缺点：多气门技术的缺点

26、：ICE结构复杂，体积大，价格高结构复杂，体积大，价格高HIT规格严格规格严格功夫到家功夫到家第二节第二节 充量系数及其影响因素充量系数及其影响因素l高转速，可得到大功率。高转速，可得到大功率。（二）进气温升的影响（二）进气温升的影响grLwaTTTTTwT气缸壁面加热温升气缸壁面加热温升LT气体流动摩擦温升气体流动摩擦温升rT残余废气加热温升残余废气加热温升gT燃料气化温度变化燃料气化温度变化影响大影响大影响小影响小caTnwTc负荷负荷进气时间进气时间气缸壁面温度气缸壁面温度wT增压增压进气温度进气温度 高高wT小小c大大cHIT规格严格规格严格功夫到家功夫到家第二节第二节 充量系数及其影

27、响因素充量系数及其影响因素（三）进、排气相位角的影响（三）进、排气相位角的影响存在存在optacapccoptec存在存在rpccrrTc燃料气化潜热燃料气化潜热gTcHIT规格严格规格严格功夫到家功夫到家第二节第二节 充量系数及其影响因素充量系数及其影响因素（四）其他因素对充量系数的影响（四）其他因素对充量系数的影响进气门晚关对充量系数的影响程度远大于排气门晚关的影响进气门晚关对充量系数的影响程度远大于排气门晚关的影响l排气门关闭时的压力和温度排气门关闭时的压力和温度rprTrrTcl压缩比压缩比l进气压力进气压力增压对充量系数影响不大增压对充量系数影响不大l气化潜热气化潜热清洁燃料清洁燃料

28、ICE燃料气化占体积大，充量系数下降较多燃料气化占体积大，充量系数下降较多一、进气速度特性一、进气速度特性定义：定义：当油门位置不变时，充量系数随转速或活塞平均速度当油门位置不变时，充量系数随转速或活塞平均速度 的变化规律。的变化规律。进气速度特性进气速度特性进气部分速度特性：油门部分开启进气部分速度特性：油门部分开启进气外特性：油门全开进气外特性：油门全开SI-ICE进气速度特性进气速度特性中低速中低速 主要受温升影响主要受温升影响cnwT进气时间进气时间c中高速中高速 主要受压降影响主要受压降影响cncap第三节第三节 进气速度特性进气速度特性HIT规格严格规格严格功夫到家功夫到家负荷增大

29、负荷增大部分速度特性部分速度特性外特性外特性nc油门位置不变油门位置不变第三节第三节 进气速度特性进气速度特性HIT规格严格规格严格功夫到家功夫到家CI-ICE进气速度特性进气速度特性中低速中低速 主要受温升影响主要受温升影响cnwT进气时间进气时间c中高速中高速 主要受压降影响主要受压降影响cncap由于由于CI-ICE相对于相对于SI-ICE燃烧温度低（壁面温度低）、燃烧温度低（壁面温度低）、进气系统阻力小，进气速度特性曲线变化平缓。进气系统阻力小，进气速度特性曲线变化平缓。 一定时，一定时，n负荷增大负荷增大bgwTc第三节第三节 进气速度特性进气速度特性HIT规格严格规格严格功夫到家功

30、夫到家nc油门位置不变油门位置不变部分速度特性部分速度特性外特性外特性负荷增大负荷增大第三节第三节 进气速度特性进气速度特性HIT规格严格规格严格功夫到家功夫到家二、各因素对进气速度特性的综合影响二、各因素对进气速度特性的综合影响nc1000燃料气化燃料气化工质温升工质温升进气压降进气压降理想进气门晚关角理想进气门晚关角进气速度特性进气速度特性amMnoptn第三节第三节 进气速度特性进气速度特性HIT规格严格规格严格功夫到家功夫到家三、进气门晚关角与三、进气门晚关角与ICE高、低速性能高、低速性能ncepoptc.optn1optn22ep1ep1c2c第三节第三节 进气速度特性进气速度特性

31、HIT规格严格规格严格功夫到家功夫到家21nn optacoptac. 2. 121eePP 在在 处处1n21eePP 在在 处处2n得到良好的高速性能，选用较大的进气门晚关角得到良好的高速性能，选用较大的进气门晚关角道路车辆如何设置进气门晚关角？道路车辆如何设置进气门晚关角？第三节第三节 进气速度特性进气速度特性HIT规格严格规格严格功夫到家功夫到家实现高的低速性能，选用较小的进气门晚关角实现高的低速性能，选用较小的进气门晚关角进气门晚关角设置原则：进气门晚关角设置原则：思考思考非道路车辆如何设置进气门晚关角？非道路车辆如何设置进气门晚关角？城市车辆如何设置进气门晚关角？城市车辆如何设置进

32、气门晚关角？一、基本概念一、基本概念定常流：流动介质的状态参数不随时间变化。定常流：流动介质的状态参数不随时间变化。不定常流：不定常流：流动介质的状态参数是时间的函数。流动介质的状态参数是时间的函数。一维不定常流：单一方向的不定常流。一维不定常流：单一方向的不定常流。状态扰动：状态扰动：介质状态参数压力、流速等的瞬时变化。介质状态参数压力、流速等的瞬时变化。第四节第四节 进、排气系统的动态效应进、排气系统的动态效应HIT规格严格规格严格功夫到家功夫到家压力波：压力波： 可压缩介质中状态扰动的传播。可压缩介质中状态扰动的传播。压力单波：压力单波： 一维不定常流中状态扰动的传播。一维不定常流中状态

33、扰动的传播。音速：静止可压缩弹性介质中压力波的传播速度。音速：静止可压缩弹性介质中压力波的传播速度。压力波速：压力波面传播速度。压力波速：压力波面传播速度。avcddpa 常数kpkRTa 右行波：按与介质流动同向传播的压力波。右行波：按与介质流动同向传播的压力波。左行波：按与介质流动反向传播的压力波。左行波：按与介质流动反向传播的压力波。RRdvadpLLdvadp压缩波（密波）：压力单波到达后，使介质压力升高。压缩波（密波）：压力单波到达后，使介质压力升高。0, 0RRdvdp0, 0RRdvdp膨胀波（疏波）：压力单波到达后，使介质压力降低。膨胀波（疏波）：压力单波到达后，使介质压力降低

34、。右行压缩波右行压缩波右行膨胀波右行膨胀波第四节第四节 进、排气系统的动态效应进、排气系统的动态效应HIT规格严格规格严格功夫到家功夫到家0, 0LLdvdp0, 0LLdvdp左行压缩波左行压缩波左行膨胀波左行膨胀波边界条件：边界条件： 管道端口处的流动规律管道端口处的流动规律 。主动波：由于端口状态变化（扰动）形成的压力波。主动波：由于端口状态变化（扰动）形成的压力波。反射波：压力波到达管道端口时，为满足边界条件形成的反射波：压力波到达管道端口时，为满足边界条件形成的 返回波。返回波。开口端边界条件：开口端边界条件：0dp第四节第四节 进、排气系统的动态效应进、排气系统的动态效应HIT规格

35、严格规格严格功夫到家功夫到家结论结论：当压力波到达管道的开口端时，为满足边界条件，当压力波到达管道的开口端时，为满足边界条件，会形成幅值相同性质相反的反射波，称之为会形成幅值相同性质相反的反射波，称之为全负反射全负反射。0LRdpdpLRdpdpLRdvdv 闭口端边界条件：闭口端边界条件：0dv0LRdvdvLRdvdvLRdpdp 结论结论：当压力波到达管道的闭口端时，为满足边界条件，当压力波到达管道的闭口端时，为满足边界条件，会形成幅值和性质均相同的反射波，称之为会形成幅值和性质均相同的反射波，称之为全正反射全正反射。全正反射（气门关闭）全正反射（气门关闭）ICE进、排气过程压力波进、排

36、气过程压力波0, 0dvdp气门部分开启时边界条件：气门部分开启时边界条件：第四节第四节 进、排气系统的动态效应进、排气系统的动态效应HIT规格严格规格严格功夫到家功夫到家进、排气动态效应进、排气动态效应进、排气过程中的非稳态流动，使进、排气门口处的压力进、排气过程中的非稳态流动，使进、排气门口处的压力和流速不断变化，对充量系数、排气流率及各缸进、排气和流速不断变化，对充量系数、排气流率及各缸进、排气不均匀性形成的影响。不均匀性形成的影响。部分正反射部分正反射无反射无反射部分负反射部分负反射全负反射（气门全开）全负反射（气门全开）第四节第四节 进、排气系统的动态效应进、排气系统的动态效应HIT

37、规格严格规格严格功夫到家功夫到家进气管矩形脉冲进气管矩形脉冲气门口处的压力波动气门口处的压力波动2300r/min第四节第四节 进、排气系统的动态效应进、排气系统的动态效应HIT规格严格规格严格功夫到家功夫到家/CA计算值计算值-测量值测量值1700r/min/kPa/kPaV10非增压柴油机进气门口处压力波动非增压柴油机进气门口处压力波动TDC气门开启持续期气门开启持续期二、单缸进气管的动态效应二、单缸进气管的动态效应t第第1次次返回波返回波第第2次次反射波反射波345进气疏波进气疏波第第1次次反射波反射波t2p0ptst第第2次次返回波返回波合成波合成波本循环压力波动态效应本循环压力波动态

38、效应第四节第四节 进、排气系统的动态效应进、排气系统的动态效应HIT规格严格规格严格功夫到家功夫到家进气速度进气速度 ，不计进气流速，不计进气流速 avsac L进气管长进气管长 ，压力波在管道内的传播时间为：，压力波在管道内的传播时间为：aLt2aLt42合成波的周期为：合成波的周期为：l当当 时，压力波到达进气门端时，气门关闭，时，压力波到达进气门端时，气门关闭， 压力波对容积效率无影响；压力波对容积效率无影响；sttl只有当只有当 时，压力波可以提高容积效率。时，压力波可以提高容积效率。sttl当当 时，压力波提高容积效率效果较好。时，压力波提高容积效率效果较好。ssttt21分析：分析

39、：第四节第四节 进、排气系统的动态效应进、排气系统的动态效应HIT规格严格规格严格功夫到家功夫到家l nstt nfLoptL上循环压力波动态效应上循环压力波动态效应目的：研究循环间压力波对容积效率的影响目的：研究循环间压力波对容积效率的影响进气门开启频率：进气门开启频率：1202nf 上循环压力波动频率：上循环压力波动频率：Laf41频率比：频率比：)(3021Lnaffq第四节第四节 进、排气系统的动态效应进、排气系统的动态效应HIT规格严格规格严格功夫到家功夫到家21.51q开开关关开开关关sp.5 .,25 . 15 . 0 ，optq第四节第四节 进、排气系统的动态效应进、排气系统的

40、动态效应HIT规格严格规格严格功夫到家功夫到家q=5.6q=4.0q=2.7q=2.4q=1.5q=0.8q=1.9q=5.0q=3.4q=1.02500r/min油门全开油门全开第四节第四节 进、排气系统的动态效应进、排气系统的动态效应HIT规格严格规格严格功夫到家功夫到家L=3.5L=2.5L=1.5L=0.5L=0.0第四节第四节 进、排气系统的动态效应进、排气系统的动态效应HIT规格严格规格严格功夫到家功夫到家第四节第四节 进、排气系统的动态效应进、排气系统的动态效应HIT规格严格规格严格功夫到家功夫到家可变进气管长度技术可变进气管长度技术长进气管长进气管短进气管短进气管控制阀控制阀喷

41、油器喷油器进气道进气道中、低速运行时中、低速运行时高速运行时高速运行时旋转阀旋转阀第四节第四节 进、排气系统的动态效应进、排气系统的动态效应HIT规格严格规格严格功夫到家功夫到家某个油门开度某个油门开度最佳控制阀开启最佳控制阀开启MAP制作方法：制作方法：l用软件进行可变进用软件进行可变进气管长度性能仿真，气管长度性能仿真，得到优化的两组进气得到优化的两组进气管长度；管长度；l试验确定结构和控试验确定结构和控制阀开启制阀开启MAP。三、单缸排气管的动态效应三、单缸排气管的动态效应第第1次次反射波反射波第第1次次返回波返回波t2p0pt排气密波排气密波st第第2次次反射波反射波第第2次次返回波返

42、回波合成波合成波t345目的：充分利用压力波，降低残余废气系数。目的：充分利用压力波，降低残余废气系数。第四节第四节 进、排气系统的动态效应进、排气系统的动态效应HIT规格严格规格严格功夫到家功夫到家21.51q开开关关开开关关ep.5 .,25 . 15 . 0 ，optq第四节第四节 进、排气系统的动态效应进、排气系统的动态效应HIT规格严格规格严格功夫到家功夫到家消除措施消除措施四、多缸机动态效应及进气不均匀性四、多缸机动态效应及进气不均匀性多缸机进排气问题多缸机进排气问题l进气干涉进气干涉l排气干涉排气干涉l分组进气管、排气管，避免换气重叠；分组进气管、排气管，避免换气重叠；l优化气管

43、长度。优化气管长度。第四节第四节 进、排气系统的动态效应进、排气系统的动态效应HIT规格严格规格严格功夫到家功夫到家某缸进气时，其它缸的进气疏波影响充量。某缸进气时，其它缸的进气疏波影响充量。某缸排气时，其它缸的排气密波影响排气。某缸排气时，其它缸的排气密波影响排气。123456进气总管进气总管进气岐管进气岐管着火顺序：着火顺序：1-5-3-6-2-4“抢气抢气”120 CA不分组不分组第四节第四节 进、排气系统的动态效应进、排气系统的动态效应HIT规格严格规格严格功夫到家功夫到家123456着火顺序：着火顺序：1-5-3-6-2-4避免避免“抢气抢气”120 CA分组分组进气总管进气总管进气

44、岐管进气岐管进气岐管进气岐管第四节第四节 进、排气系统的动态效应进、排气系统的动态效应HIT规格严格规格严格功夫到家功夫到家分组分组不分组不分组1200r/min2400r/min3000r/min缸次缸次第四节第四节 进、排气系统的动态效应进、排气系统的动态效应HIT规格严格规格严格功夫到家功夫到家一、一、ICE增压的原因增压的原因提高动力性提高动力性inVlHPsscaumtce20提高经济性提高经济性umtceHb1降低排放降低排放稀燃，稀燃，THC、CO、PM排放少排放少降低燃烧噪声降低燃烧噪声进气温度高，着火落后期短进气温度高，着火落后期短制造成本低制造成本低第五节第五节 内燃机增压

45、内燃机增压HIT规格严格规格严格功夫到家功夫到家单位功率的制造成本低单位功率的制造成本低NATC-6%TC+inter-cooling-9%第五节第五节 内燃机增压内燃机增压HIT规格严格规格严格功夫到家功夫到家增压对经济性影响增压对经济性影响动力性比率动力性比率100%123%123%154%NATC增压中冷增压中冷CONOxHC100%80%60%40%20%排排放放率率第五节第五节 内燃机增压内燃机增压HIT规格严格规格严格功夫到家功夫到家增压对排放影响增压对排放影响二、增压度和增压比二、增压度和增压比增压度增压度车用车用ICE增压度为增压度为10%60%menmenmenkenenen

46、kpppPPP第五节第五节 内燃机增压内燃机增压HIT规格严格规格严格功夫到家功夫到家ICE增压后，标定工况的输出功率的增量与原机功率的比值。增压后，标定工况的输出功率的增量与原机功率的比值。增压比增压比标定工况，增压器压气机后的空气压力，与压气机前压力标定工况，增压器压气机后的空气压力，与压气机前压力的比值。的比值。0ppbk低增压：低增压： MPa0 . 17 . 0, 6 . 1mekp中增压：中增压： MPa5 . 10 . 1, 5 . 26 . 1mekp高增压：高增压： MPa5 . 25 . 1, 5 . 45 . 2mekp超高增压：超高增压： MPa5 . 2, 5 . 4

47、mekp第五节第五节 内燃机增压内燃机增压HIT规格严格规格严格功夫到家功夫到家三、增压方式和原理三、增压方式和原理机械增压机械增压优点：优点：动态响应好，对排气无干扰动态响应好，对排气无干扰缺点：缺点：相当于相当于ICE附件附件增压比小于增压比小于1.6用曲轴驱动压气机。用曲轴驱动压气机。增压器增压器进气口进气口曲轴曲轴第五节第五节 内燃机增压内燃机增压HIT规格严格规格严格功夫到家功夫到家机械增压机械增压第五节第五节 内燃机增压内燃机增压HIT规格严格规格严格功夫到家功夫到家机械增压机械增压第五节第五节 内燃机增压内燃机增压HIT规格严格规格严格功夫到家功夫到家第五节第五节 内燃机增压内燃

48、机增压HIT规格严格规格严格功夫到家功夫到家第五节第五节 内燃机增压内燃机增压HIT规格严格规格严格功夫到家功夫到家第五节第五节 内燃机增压内燃机增压HIT规格严格规格严格功夫到家功夫到家第五节第五节 内燃机增压内燃机增压HIT规格严格规格严格功夫到家功夫到家机械增压机械增压压气机压气机中冷器中冷器涡轮机涡轮机排气排气进气进气冷却水冷却水第五节第五节 内燃机增压内燃机增压HIT规格严格规格严格功夫到家功夫到家废气涡轮增压废气涡轮增压优点：优点：充分利用低品位能量。充分利用低品位能量。利用排气驱动涡轮，带动利用排气驱动涡轮，带动压气机实现进气增压。压气机实现进气增压。缺点：缺点：干涉排气，动态响

49、应干涉排气，动态响应 不佳。不佳。废气涡轮增压废气涡轮增压第五节第五节 内燃机增压内燃机增压HIT规格严格规格严格功夫到家功夫到家大众大众1.4T废气涡轮增压废气涡轮增压中冷器中冷器第五节第五节 内燃机增压内燃机增压HIT规格严格规格严格功夫到家功夫到家第五节第五节 内燃机增压内燃机增压HIT规格严格规格严格功夫到家功夫到家第五节第五节 内燃机增压内燃机增压HIT规格严格规格严格功夫到家功夫到家第五节第五节 内燃机增压内燃机增压HIT规格严格规格严格功夫到家功夫到家第五节第五节 内燃机增压内燃机增压HIT规格严格规格严格功夫到家功夫到家中冷器中冷器第五节第五节 内燃机增压内燃机增压HIT规格严

50、格规格严格功夫到家功夫到家可变喷嘴环可变喷嘴环VNT（Variable Nozzle Turbine）第五节第五节 内燃机增压内燃机增压HIT规格严格规格严格功夫到家功夫到家第五节第五节 内燃机增压内燃机增压HIT规格严格规格严格功夫到家功夫到家l定压涡轮增压定压涡轮增压使废气进入稳压总管，把具有稳定压力的废气导向喷嘴环。使废气进入稳压总管，把具有稳定压力的废气导向喷嘴环。 定压废气涡轮增压定压废气涡轮增压脉冲废气涡轮增压脉冲废气涡轮增压废气涡轮增压废气涡轮增压第五节第五节 内燃机增压内燃机增压HIT规格严格规格严格功夫到家功夫到家增压器增压器稳压腔稳压腔不可逆损失大不可逆损失大增压器运转稳定

51、增压器运转稳定动态响应不佳动态响应不佳扫气性能不佳扫气性能不佳尺寸相对较小尺寸相对较小优点优点缺点缺点123456排气排气l脉冲涡轮增压脉冲涡轮增压各排气歧管独立或者分组冲击涡轮，充分利用排气动态效应。各排气歧管独立或者分组冲击涡轮，充分利用排气动态效应。 动态响应好动态响应好工作稳定性差工作稳定性差第五节第五节 内燃机增压内燃机增压HIT规格严格规格严格功夫到家功夫到家优点优点缺点缺点能量利用率较高能量利用率较高扫气彻底扫气彻底尺寸大尺寸大增压器增压器123456排气排气123456增压器增压器脉冲废气涡轮增压系统脉冲废气涡轮增压系统第五节第五节 内燃机增压内燃机增压HIT规格严格规格严格功

52、夫到家功夫到家定压系统定压系统p脉冲系统脉冲系统p排气门开排气门开排气门开排气门开排气门关排气门关排气门关排气门关扫气扫气扫气扫气bpbpkpkpepep脉冲系统扫气性能较好脉冲系统扫气性能较好第五节第五节 内燃机增压内燃机增压HIT规格严格规格严格功夫到家功夫到家两种增压系统的两种增压系统的扫气性能比较扫气性能比较废气涡轮增压器选择原则：废气涡轮增压器选择原则：l中小功率中小功率ICE低增压，采用脉冲涡轮增压系统低增压，采用脉冲涡轮增压系统l大功率大功率ICE高增压，采用定压涡轮增压系统高增压，采用定压涡轮增压系统废气涡轮增压的缺点：废气涡轮增压的缺点：l热负荷、机械负荷大热负荷、机械负荷大l低速转矩特性差低速转矩特性差l动态性能不佳动态性能不佳第五节第