第4章-换气过程与循环充量

汽车发动机原汽车工程: -

点燃式和压燃式内工作过程、燃烧理论、性能分析及参数调第1章性能指标与影响因素 第3章工作循环与能量利用第4过程与进气第5行特性与第二部分：燃烧与排第6的基础知第7混合气形成与燃烧第8油机混合气形成与燃烧第9章有害排放物的生成与控第10 新燃烧方式与替 力

四冲程发动机换气过四冲程发动机换气过充量系数的定义及影响因换气(Gasexchange)

Tsinghua周期性、非稳态流动过程(准周期流quasi-flow)PηG

ηη

(H

)V

2in)

csR a 问问最大限度地吸入新鲜充量—c保证各缸进气均减小换气损在缸内形成合理的流场，以控制混合气形成和燃烧(第二篇换气过程的目的主要

1换气过程与

Tsinghua进排气动态效

换气过程从膨胀冲程末期排气门开启时主要进排气动态效

换气过程换气过程与主要

2换气过程

Tsinghua

排气过程自由排气阶段(超、亚临界):进排气动态效

pc

1

亚临界流量

p2 p(1)/

2pe

c c

强制排气阶段:

pe TFtc超TFtc

进气过程问题是充量系数c的问注意：对超临界流，下游条件(压力温度注意：对超临界流，下游条件(压力温度)不影响流主要

1排气早开角

Tsinghua进排气动态效

影响自由排气损失和泵气损失,对c影响不存在最佳eo:(p自排＋p泵排转速增加,eo适当增大(提前主要

排气晚关角

Tsinghua进排气动态效

过小，惯性利用不过大，废气存在最佳进气早开角过小，进气过大，废气倒流进气管（回火存在最佳2进气晚关角存在最佳主要进排气动态效

5气5气自吸式汽油机<40,自吸式柴油机增压柴油机＝80～160：扫气可降低缸内残余废气；冷却降低热负角：汽油机＜柴油机＜增压角：汽油机＜柴油机＜增压结论随转速升高，最佳相位角应增四个相位角中，进气晚关角对充量系数响最大，排气早开角对换气损失影响最最佳相位角，增压机与非增压机可变配气正时(VariableValveTiming)分

TsinghuaClassificationofCam-PhaseChanging可变相可变升可变相位和升无凸轮CamlessElectromagneticcontrol可变配气正时技术

Tsinghua

Gear斜Theword"In ligent"emphasizestheclevercontrolprogram.Itnotonlyvariestimingaccordingtoenginespeed,butalsoconsidersotherconditionssuchasacceleration,goinguphillordownhill.

Tsinghuadesign.ItspowerfulfunctionsContinuouscam-phasingvariablevalve2-stagevariablevalveAppliedtobothintakeandexhaustCam-liftchangingVVT(Honda's3-stageVTEC)

TsinghuaStage1(lowspeed):the3piecesofrockerarmsmovesStage2(mediumspeed):hydraulicpressure(paintedorangeinthepicture)connectstheleftandrightrockerarmstogether,leavingthemiddlerockerarmandcamtorunontheirown.Stage3(highspeed):hydraulicpressureconnectsall3rockerarmsCam-phasechanging+Cam-liftchangingVVT(Honda'si-VTEC)

TsinghuaControl=可变正时控1.8L1.8Li- PorscheVariocam

Tsinghua可变气门正时(BMW

Tsinghua宝马电子连续可变气门升可变配气正时技术

Tsinghua 缸内直喷技术(化学计量比Benefitsfromcam-variableto

TsinghuaBetterfuelLess CylinderImprovementisupto10-RammingeffectduringengineImprovementisuptoEliminationofexternalReductionofNOxisuptoReductionofHCisuptoReductionofCOisupto电磁控制无凸轮可变气门正

TsinghuaClose

CenterActuator

OpenClosing

电磁控制无凸轮可变气门正

TsinghuaCurrentCurrent1

CurentClosingMagnetCurrentOpenerMagnetValveLiftValveLiftValveLift480

Time

Control

ControlEdge Electromechanicalvalvetrain

TsinghuaLotusactivevalvetrain

TsinghuaElectrohydraulicElectrohydraulic主要

1)充量系数c的定

Tsinghua

c=实际进气质量/理论进气质进排气动态效

ma c sVs c标准状态大气密度(自吸式压气机后增压空气密标准状态大气密度(自吸式压气机后增压空气密(增压式实测 、孔板、层流、涡列量计）(质量流量法测进气管内气体状态参数，如温度力，求出ma(速度密度法主要进排气动态效

Tsinghua充充量系数c的定c的解析式混合气空气量进气晚关压c(ε1)pKT psΔpasR(TΔT a'RTr'Va'/VaVr'/Vc括号内第一项与进气相关，影响括号内第二项与排气相关，影响进进气门晚关系数主要

2)充量系2)充量系数c的影响因流动阻力沿程损失（次）＋局部损失（主 lpy 空气滤清器空气滤清器

pj

2结论自吸结论自吸式发动Δpaps为汽油机中、低负时ΔpaΔpa为c的最大影因节气门前流动Part进进气门节流进进气系统流动 Loss=主要

2)充量系数c的影响因流动阻力

Tsinghua进排气动态效

注意：平衡流动损失与缸内涡流比（柴油机和GDI汽油机涡流比＝进气切向涡流转速/发动机转 2V-DI：两气门直流通系数Flow实际流率/理论流率（活塞面积Flowpatternsincombustion

Tsinghua涡

Intake进气

滚

压缩/膨胀SquishEIEI燃烧诱导湍流(turbulence)与涡流、滚流和挤流是什么关系主要进排气动态效

2)充量系数2)充量系数c的影响因流动阻力特别注意气门口的流动阻力平均马赫数Ma a pKnsDm(μf a sdMam＞0.5c会急速下s-流量系数discharge实际流通面积实际流通面积几何流通面积 4气门(FordZetec- 4气门(FordZetec- 进排气动态效4气门技术还有什么

3气门（MB3气门（MBV6）2)充量系数c的影响因流动阻力降低马赫数措施提高气门流通面积。2气门(ds/D)220-25%，4气门则30%气门数↑，转矩↑，允许最高转速↑最大功率主要

2)充量系数c的影响因进气升温（△Ta′↑，工质密度↓c

Tsinghua进排气动态效

△Ta′由下列四项组成式中△Tw—高温壁面传热所引起的温 KaTs

ζε

ΔpaΔpζ

→合理冷却，降低热负s (ε1)ps

R r'R

△TL—压力损失变为摩擦热引△Tr—残余废气与新气混合引起→减小残余废气系△Tg—进气过程中 气化、热所引起的温度降低（负值主要

充量系数c的影响因配气相

Tsinghuac(ε1)pKT ζεpsΔpasR(TΔT a'RTr'进排气动态效Va'/Va1Vr'/Vc1

进气晚关角,,但p排气晚关角,,但因此：存在最有利的进、排但进气晚关角影响更其它因排气压力和进气气主要

稳态进气速度特性（工况

Tsinghua进排气动态效

速度的变化规律。c决定了发动机的最大汽油机：n↑，c↓；部分负荷时n↑c↓↓（斜率更大柴油机：n↑，c↓（但斜率小于汽）;部分负荷时，c略升主要

3)稳态进气速度特性（工况

Tsinghua进排气动态效

分析充量系数c随发动机转速和负荷化规律的原 气化占体积,c减小,且不速变B—进气温升:低速传热时间加长△Ta′偏高;高速C—具有最佳进气晚关角的进气速特性主要进排气动态效

3)稳态进3)稳态进气速度特性（工况进气晚关角对充量系数c的影D2曲线晚关角>D1曲线晚关进气晚关角加大，低速充量系数降低，而高速充气性能C曲线是不同进气晚关角D可变配气正时(VVT)技术既可以用主要进排气动态效

进气压力进气压力V10V10主要进排气动态效

排气Tsinghua排气V10V10主要

Tsinghua进排气动态效

管道中压力波的基音速与压力压力波：当管道界面处产生一个区段，然后依次向前。静止介质中，压力波的速度就是aa dpd E/a kRT kpaAadvaAapApdpAdp

pCdpkpaAaAdadvAda主要

Tsinghua进排气动态效

管道中压力波的基音速与压力压力波：当管道界面处产生一个区段，然后依次向前。静止介质中，压力波的速度就是

aa dpd E/vaa kRTkp若介质具有速度v，则压力 速度c=v±a主要进排气动态效

Tsinghua1)管道中压力 的基本知 压力单波及其分压力单波：管中某一点向左右两方以波速 的扰动沿管道正方 的叫右行波；向 一方 的叫左行波

之，使该处压力/速度下降者叫疏波(胀波) 右行压缩波

dpL=-dpL=-左行压缩波：dpL(+),dvL左行膨胀波：dpL(-),主要

Tsinghua进排气动态效封闭dvL=-dvR;dvL=dvR;dpL=-

1)管道中压力 的基本知边界条件与反射封闭端dv=dvR+dvL=0→dvL=-全正反射－反射波性质及幅值均与波完开口端：p=pz(管外背压)dp=dpR+dpL=0dpLdpR→部分负反射→全负反射主要进排气动态效

2)什么是进、排2)什么是进、排气动压力波进气后期到达压力波进气后期到达,c会有较大增加而前期和中期到达,主要

Tsinghua进排气动态效

3)单缸机进气管动态效应的利本循环(惯性效应设进气门开启时间为Δts周期为Δt＞Δts时,反射波对进气无Δt＜Δts时,反射波在进气后期到门口时，c主要进排气动态效

3)单缸机3)单缸机进气管动态效应的利本循环(惯性效应管长L与转速n要合理匹配L太长，对c没有影响；太小，多次回的密波和疏波相互抵主要

Tsinghua进排气动态效

单缸机进气管动态效应的利上循环(波动效应上循环残余压力波动的正压波如于本循环进气时期，则会对c记气门口处压力波动频f1=a进气f2=则：频率比qf1/f2由左q=1,2,3…正整数时残余疏波到达cq=1.5,2.5…,残余密波到达,对c主要进排气动态效

3)单缸机3)单缸机进气管动态效应的利惯性效应＋波动效应＝增问题：c随转速和进气管长变化，仅在一狭方案：可变进气管长度技可变进气管长度技术(Audi

Tsinghua

Torque转矩位

Power功率位可变进气管长度

Tsinghua 可变进气管长度技术(本田1.8升i-VTEC发动机

Tsinghua主要进排气动态效

Tsinghua多缸机的动态效应与各缸不均匀互连通的，因而存在“进气 主要进排气动态效

Tsinghua4)多缸