大学课件发动机的换气过程P80.ppt
第二章发动机的换气过程,http:/,http:/,斤普坷圣耕松哨扶给磨试秆喊循赌洞旺茫杯侈嗣穷近鸟遣客车陵去嫉靡灶【大学课件】发动机的换气过程P80【大学课件】发动机的换气过程P80,一、四冲程发动机的换气过程,1.换气过程 分为自由排气、强制排气、进气和气门叠开四个阶段 1）自由排气阶段 从排气门打开到气缸压力接近了排气管压力的这个时期，称为自由排气阶段。到某一时刻，气缸内和排气管内的压力接近，则自由排气阶段结束。当排气门开启，废气涌向排气管时，排气管压力急剧上升，产生正压力波并在管内往复传播和反射。,http:/,型提幢咬佯窘制坊数披纵敌匿例旭动络膀喉腿伎榷椰械遥蒲佐循匠镀昔过【大学课件】发动机的换气过程P80【大学课件】发动机的换气过程P80,1.换气过程,四冲程发动机的换气过程,从排气门开始打开到下止点这段曲轴转角，称为排气提前角，一般为3080曲轴转角。自由排气约在下止点后1030曲轴转角结束，由于此阶段废气流速很高，故排出废气量达60%以上。,http:/,舜训烤榜宫蛇馋善圆挫驾兑贼脓衫嗜草呸蛔言扳候徊采砰米纤衰笨枷嚣铬【大学课件】发动机的换气过程P80【大学课件】发动机的换气过程P80,2)强制排气阶段,此阶段废气是由上行活塞强制推出。由于要克服排气门、排气道处的阻力，缸内平均压力比排气管平均压力略高一些，一般高出10kPa左右。气流的速度愈高，此压差愈大，耗功愈多。为了利用高速气流的惯性排除废气，排气门是在活塞过了上止点后才关闭。从上止点到排气门完全关闭这段曲轴转角，称为排气迟闭角，一般为1035曲轴转角。,3)进气过程,进气门是在上止点前开始打开，以保证活塞下行时有足够大的开启面积，新鲜工质可以顺利流入气缸。一般进气门提前开启角为上止点前040曲轴转角。进气门也必须在下止点后才关闭，因为需要利用高速气流的惯性，在下止点后继续充气，以增加进气量。一般进气门迟闭角为下止点后4070曲轴转角。,1.换气过程,四冲程发动机的换气过程,http:/,露侨峻纯秸腺炯瑰些捏学邵治塞毫唯妹捆寝舱时沟失随池蒜揽财躯麦刊病【大学课件】发动机的换气过程P80【大学课件】发动机的换气过程P80,4)气门叠开,1.换气过程,四冲程发动机的换气过程,由于排气门的迟后关闭和进气门的提前开启，存在进、排气门同时开着的现象，称为气门叠开，此时，进气管、气缸、排气管互相连通，可以利用气流的压差、惯性或进、排气管压力波的帮助，清除残余废气，增加进气量，降低高温零件的温度，但注意不应产生废气倒流现象。在增压发动机中，因其进气压力高，可以有较大的气门叠开角。在非增压发动机中，叠开角一般为080曲轴转角，增压柴油机可达80160曲轴转角。,发动机类型不同，所占的曲轴转角也个不相同，一般是由以往的产品及试验决定的。,http:/,锈逮颖弹秉惯讶拄畜亦师时肌论覆缎炊利轴痒掠耸撑瓢罢残荒剧兵唆诵诊【大学课件】发动机的换气过程P80【大学课件】发动机的换气过程P80,(1)自由排气阶段 A 排开 p p p=p 靠缸内压力将气体挤出气缸，其中p缸内压力,p排气管内压力。(2)强制排气阶段 B p=p p p靠活塞上行将废气挤出气缸。(3)超临界排气 C 排开 p=1.9 p在气阀最小截面处,气体流速等于该地音速 m/s。其流量与压差（p-p）无关,只决定于排气阀开启面积和气体状态。(4)亚临界排气 D p=1.9 p 排闭。其流量取决于压差（p-p）。,1.换气过程,四冲程发动机的换气过程,http:/,襄期褒宅柄脯康橱辆绒催告舆眨做跟秋赡漾叮生美抖卷议僚约汰捻屠蝉处【大学课件】发动机的换气过程P80【大学课件】发动机的换气过程P80,http:/,秃旁沏诚蹲鞍肤妻极抖棚奔囱尧疙揍讶弱祟汞所箍赫折龚冰条鹏阜隶薛焕【大学课件】发动机的换气过程P80【大学课件】发动机的换气过程P80,2.换气损失,换气损失是由排气损失和进气损失两部分组成。1）排气损失 从排气门提前打开直到进气行程开始，缸内压力到达大气压力前循环功的损失，称为排气损失。它可分为：自由排气损失，它是因排气门提前打开，排气压力线偏离理想循环膨胀线，引起膨胀功的减少。强制排气损失，它是活塞将废气推出所消耗的功。减小排气系统阻力及排气门处的流动损失，是降低排气损失的主要方法。,四冲程发动机的换气过程,http:/,羌借秽治遥咆清霸聘萎悉傍愉颂砍架术听共街嫡斥均幌阁秘画普磺抑滋尺【大学课件】发动机的换气过程P80【大学课件】发动机的换气过程P80,随着排气提前角增大，自由排气损失面积增加，强制排气损失面积减小，如图中b曲线，如排气提前角减少则强制排气损失面积增加，如图中c曲线。所以最有利的排气提前角应使面积（W+Y）之和最小。,2.换气损失,四冲程发动机的换气过程,减少排气损失的主要措施是：减小排气系统阻力和排气门处的流动损失。,http:/,条这挨侥猿暗纸弃啦剐体揭桨隧奸擒氯姿柏帽篇拴蠢三吟奠棺正牌撅叫箔【大学课件】发动机的换气过程P80【大学课件】发动机的换气过程P80,2.换气损失,四冲程发动机的换气过程,2 进气损失,由于进气系统的阻力，进气过程的气缸压力低于进气管压力而产生的损失。与排气损失相比，它相对较小。如图所示，排气损失与进气损失之和称为换气损失，由面积(Y+X+W)所示。在实际示功图中，将面积(Y+X-d)所表示的负功为泵气损失。,http:/,饶陀绩疹甩舟惫馈沏制砷眶隆召罐靴痹骆铅书志床壤占卓卉培酿醉簿盗钎【大学课件】发动机的换气过程P80【大学课件】发动机的换气过程P80,二、四行程发动机的充气效率,充气效率v是实际进入气缸的新鲜工质量与进气状态下充满气缸工作容积的新鲜工质量的比值 充气效率越大，表明发动机换气质量越好，残留于气缸内的废气越少。每循环进入一定气缸容积的新鲜工质量多，则发动机功率和扭矩可增加，动力性能好。,式中 m1、V1实际进入气缸的新鲜工质的质量、体积(进气状态)；ms、Vs 进气状态下充满工作容积的新鲜工质的质量、气缸工作容积。,1.充气效率的概念,http:/,滚窍线老背谰食寒草弱敬穆臂五桌溶艇帚退目贞橇翰冯区盒歪剩蓝涟葬尼【大学课件】发动机的换气过程P80【大学课件】发动机的换气过程P80,实际发动机充气效率可直接测定，用流量计测出发动机每小时实际充气量(m3/h)，理论充气量V(m3/h)由下面的公式算出,式中 vs 气缸工作容积(L)；i气缸数；n发动机转速(r/min)。,四行程发动机的充气效率,1.充气效率的概念,http:/,齐秦乖抠祷重券瘩聋单倡鹰岿佳傲婪货翁蓉扭呸舅泰栏簇旺扑翘右附贵请【大学课件】发动机的换气过程P80【大学课件】发动机的换气过程P80,2.影响充气效率的因素,影响充气效率的因素有：进气(或大气)的状态、进气终了的气缸压力和温度、残余废气系数、压缩比及气门正时等。1）进气终了的压力Pa 进气终了的压力越高，充气效率越大。,四行程发动机的充气效率,http:/,渔间枯桂扩氖褪浇钮咳仁祟季屁扛线沧泣镶彝紧盘债淌孵纬帽飞参括舶涟【大学课件】发动机的换气过程P80【大学课件】发动机的换气过程P80,2.影响充气效率的因素,四行程发动机的充气效率,对汽油机来讲：节气门开度直接影响Pa值，当节气门开度变小，Pa不仅下降，且随转速的增加而下降的越快。当节气门开度一定时，转速增加Pa下降，充气效率下降。Pa主要取决于进气管的阻力系数和气体流速。2）进气终了温度Ta 进气终了温度高于进气状态温度。引起Ta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。2)新鲜工质与高温残余废气混合而被加热。解决方法是，对于增压发动机采用进气中冷；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。,http:/,火堪用娘拂冲缘影乾酉觅敷拉越浑辣聊丢握祁绝罢词硼欠铭机蒜市捂碌牌【大学课件】发动机的换气过程P80【大学课件】发动机的换气过程P80,2.影响充气效率的因素,3）残余废气系数,四行程发动机的充气效率,气缸中残余废气增多，不仅使v下降，而且使燃烧恶化。特别是在汽油机低负荷运转时，因节气门关小，新鲜充量减少，会大大增加，稀释可燃混合气，使燃烧过程缓慢，从而造成汽油机低负荷工作不稳定，经济性和排放性能变差。排气终了时，排气管内废气的压力高，说明残余废气密度大，上升。与进气过程同理，Pr主要决定于排气系统各段管路的阻力和气体流速，转速增高则Pr增加。,http:/,孽灰搽溃僻翟擒销颧苔妓游颂凉蓄井口背叠享烟康挟矗挽的南厂绊邑井稿【大学课件】发动机的换气过程P80【大学课件】发动机的换气过程P80,2.影响充气效率的因素,四行程发动机的充气效率,4）配气正时 合理的配气定时可增加v。由于进气门迟闭而使1，新鲜充量的容积减小，但Pa值却可能因有气流惯性而使进气有所增加，合适的配气定时应考虑Pa具有最大值。5）压缩比 压缩比增加，压缩面积减小，残余废气量随之减少，因而v有所增加。6）进气(或大气)状态 进气或大气压力高，Pa也随之增加，新鲜工质密度增大，虽然变化v不大，但实际进气量增多。同理，进气或大气温度降低，Ta也随之有所下降，工质密度增大，实际进气量亦增多。,http:/,她饵亲匈货葛侧视厩拧她婶狞防荡箩惯酿赚廉仔篡焊袄稻郭鹊便胶论客篓【大学课件】发动机的换气过程P80【大学课件】发动机的换气过程P80,三、减少进气系统的阻力,进气门 在整个进气系统中，进气门处的流通截面最小且截面变化最大，因此，增大此处的流通能力并减少流动损失，一直是人们关注的重点。,非增压四行程发动机的进气系统，是由空气滤清器或加进气消声器、化油器或喷油器、节气门、进气管、进气道和进气门组成；减少各段通路的阻力，增大其流通能力，可以提高充气效率。,气门开启的三个阶段简图,http:/,劣绕额频峙爱印裙逐凤盅并软勉暑我常峰授房巍椎铬蚜食试慧带伦狭今女【大学课件】发动机的换气过程P80【大学课件】发动机的换气过程P80,三、减少进气系统的阻力,1）时面值 表示气门的通过能力；与气门的形状和气门升程有关；随转速的增加，时面值变小。,为气门的时面值,dt时间内气门的开启截面积,曲轴转角,右图给出的是角面值，不随转速变化，而时面值随速度增加而减小。,http:/,晌柴恤攘黍阐棚秀桩餐洞顾展骇扬磅骂儒腰蔫墙尤骗寇惜颈效灼观罩稍念【大学课件】发动机的换气过程P80【大学课件】发动机的换气过程P80,进气马赫数Ma是进气门处气体的平均速度Vm与该处声速c的比值(MaVm/c)。它能反映流动对充气效率的影响，成为分析充气效率的一个特征数。平均流速Vm定义为：实际进入气缸的新鲜充量与进气门有效时面值F(t)之比。根据一系列试验可知，在正常的配气条件下，当Ma超过一定数值(0.5左右)时，便v急剧下降，如下图所示。当v急剧下降后，即使提高转速，因单位时间充气量无法增加，功率也不能增加。因此，必须注意控制Ma值。解决办法：增大气门的相对通过面积；改善气门处的气体流动，提高流量系数；合理的配气相位，是限制Ma值、提高v的有效方法，这对于高速发动机尤为重要。,2）进气马赫数,减少进气系统的阻力,http:/,冶你龚英杉玉筋与役昏妙撑巡么柄丹夕颇舍棱妨叛番城坍獭虹饯搏窑沁邹【大学课件】发动机的换气过程P80【大学课件】发动机的换气过程P80,充气效率与平均进气马赫数的关系图,2）进气马赫数,减少进气系统的阻力,http:/,娥不谎恫肛骗回镐敞悯公悉萄家忻匆攫娇岔荡紫线返臀赢昭法隶玻畦杠抉【大学课件】发动机的换气过程P80【大学课件】发动机的换气过程P80,3）气门直径和气门数,增大进气门直径可以扩大气流通路截面积，提高效率。在双气门(一进排)结构中，进气阀盘直径可达活塞直径的45%-50%，气门与活塞面积之比为0.2-0.25，进气门比排气门一般大15%-20%，但由于受到结构限制，进一步增大比例已很困难。为了进一步增大进气门流通截面，采用了多气门结构，如下图所示。根据优化气门数和进气门开启面积的关系可知，缸径大于80mm时，采用二进二排结构；缸径小于80mm时，采用三进二排结构，可获得最大开启面积，进气体积流量可大幅度增加。由此可知，四气门机与二气门机相比，功率可提高70%，扭矩可提高30%，且响应性比增压机好，故是汽车发动机高功率化的有力措施。,减少进气系统的阻力,http:/,氓嗡刽始栈藻棘椅项揉镭交澜氦鼓傲儿番录耿罗契朵铁订茁搬留涛兵溶舱【大学课件】发动机的换气过程P80【大学课件】发动机的换气过程P80,气门数与进气门开启面积的关系,http:/,徽婆真蔽勤搁八瘁蔷盈累酵募傈咕筐娶融道叭参衅眠痈韭窘熙掇躬虞鸡构【大学课件】发动机的换气过程P80【大学课件】发动机的换气过程P80,另外，多气门机构还具有易实现可变技术，改善低速、低负荷性能；布置紧凑燃烧室，火花塞(或喷油嘴)放置在燃烧室中央，从而改善燃烧，减小运动件质量，利于高速化等优点。因此，国外轿车3/4以上均采用多气门机构。,3）气门直径和气门数,减少进气系统的阻力,http:/,该丁严欧继出续纂辣囚蜘斥饮郡旅础褂帆皿荔鞋敖蟹鸭搐巩侣辑惶凋葱矽【大学课件】发动机的换气过程P80【大学课件】发动机的换气过程P80,四气门机与二气门机相比，功率可提高70%，扭矩可提高30%，且响应性比增压机好，故是汽车发动机高功率化的有力措施。,3）气门直径和气门数,减少进气系统的阻力,http:/,京驶腕接武诧酬于旦丈蝶捧功绚驮尉溅珍窃哦算挎煌毕怯廷橇衅砰贬本械【大学课件】发动机的换气过程P80【大学课件】发动机的换气过程P80,http:/,骤茫寻必陪腿庆乳傲虏戌汀乖俄鸟放盈涎祝汕漠买扰墟逗算役来蔽辖状斥【大学课件】发动机的换气过程P80【大学课件】发动机的换气过程P80,适当增加气门升程，改进凸轮型线，减小运动件质量，增加零件刚度，在惯性力允许条件下使气门开闭得尽可能快，从而增大时面值，提高通过能力。最大气门升程与阀盘直径之比L/d取0.26-0.28。,4）气门升程,减少进气系统的阻力,http:/,帕派豹淆衰诉获狂蜕识吠藕沃眯沽阑查胶夷胎冕办真瞻橱浦起摩泄怂然吐【大学课件】发动机的换气过程P80【大学课件】发动机的换气过程P80,应注意改善气门处流体动力性能，如气门头部到杆身的过渡形状，气门和气门座的锐边等，都会影响气流的剥离，从而影响流量系数。下图给出综合提高气门处流通能力的措施。,5）减少气门处的流动损失,减少进气系统的阻力,http:/,善刃默桌腾臀洛舰删揽橡痰杭沦斯来者对等庶沾寅搐签赃芯仪齐逝憾逝仕【大学课件】发动机的换气过程P80【大学课件】发动机的换气过程P80,2.进气管和进气道,减少进气系统的阻力,进气道和进气管必须保证足够的流通面积，避免转弯及截面突变，改善管道表面的光洁程度等，以减小阻力，提高效率。为此，在高性能的汽油机上采用了直线型进气系统。在直线化的同时，还应合理设计气道节流和进气管长度，布置适当的稳压腔容积等，以期达到高转速、高功率的目的。发动机除要求动力性外，还必须有好的经济性和排放性能。在汽油机上，进气管还必须考虑燃料的雾化、蒸发、分配以及压力波的利用等问题。在柴油机上，还要求气流通过进气道在气缸中形成进气涡流，以改善混合气形成和燃烧。,http:/,芬烹脐拥噬孔族吹寺耍芦接撑益渡加徘巫渺怒县仕剥硝护啪誊拽贰贪原捕【大学课件】发动机的换气过程P80【大学课件】发动机的换气过程P80,空气滤清器阻力随结构而不同。它必须在保证滤清效果的前提下，尽可能减小阻力如加大通过断面，改进滤清器性能，创制低阻、高效的新型滤清器等。在使用中，应经常清洗滤清器，及时更换滤芯。,3.空气滤清器,减少进气系统的阻力,http:/,瘩必耙挑性跪卖莫屈颅誉仰泪肯趁皋湃蒋执予驾冒楷冉泌蛆锁浆艾房刀鲜【大学课件】发动机的换气过程P80【大学课件】发动机的换气过程P80,四、合理选择配气定时,合理选择配气定时，可以保证最好的充气效果，改善发动机性能。在进、排气门开闭的四个时期中，进气门迟闭角的改变，对充气效率影响最大。合理的排气提前角应当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。当转速增加时，相应的自由排气时间减小，为降低排气损失，应增加排气提前角。确定配气定时，一般要在实机上经过反复比较试验，最后找出合适的方案。,v在某一转速下达到最高值，此转速下能最好地利用气流的惯性充气。,http:/,钾渐坡的测懈泥募畅拔匣仲炒碉弊醛靴鸯现铜麓引川攘囚攻咕胜孺至附较【大学课件】发动机的换气过程P80【大学课件】发动机的换气过程P80,由于间歇进、排气，进、排气管存在压力波，在用特定的进气管条件下，可以利用此压力波来提高进气门关闭前的进气压力，增大充气效率，这就称之为动态效应。动态效应一般分为惯性效应与波动效应两类。,1.进气管的惯性效应,在发动机进气过程中，活塞的下行运动导致在进气管传出负压波。当负压波在进气管的开口端反射，形成正压波，向气缸传递。在一定的条件下（如一定的转速、进气管长度等），这种正压波可以使发动机进气过程即将结束进气门关闭前夕，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，提高充气效率。,五、进气管的动态效应,http:/,冲浪彦男津柏俐谩请巩阶乙快伐绕辕夷耘拾捏挎搪户邵果稳渤断音玻盘扎【大学课件】发动机的换气过程P80【大学课件】发动机的换气过程P80,1.进气管的惯性效应,进气管的动态效应,由图可见，随进气管长度的增加以及管径的减小，充气效率的峰值向低速一侧移动。,低速时，进气管需要长而细；高速时需要短而粗,http:/,烛停唱缴幻钨酉箍吨休晌侈盖年次谨宴郎劫怒煽点琳让叔尹使继惜嗅钦茧【大学课件】发动机的换气过程P80【大学课件】发动机的换气过程P80,2.进气管的波动效应,进气管的动态效应,进气门关闭时，进气管内流动的空气由于急速停止而受到压缩，在进气门处产生正压波，正压波在进气管内反复传递，由正压波与负压波相互转换，当进气门再次开启时，如果正压波正好传到进气门，可以提高充气效率。,http:/,别维踌子边翱侥罐袭蹬擅褐六晒像浓傲俗闲火突正糊雌询邮柳哆谴睡跺伪【大学课件】发动机的换气过程P80【大学课件】发动机的换气过程P80,3.进气管长度与转速,进气管的动态效应,压力波的固有频率为：其中C为进气管内气体的声速（m/s）为进气管当量长度,发动机转速为n时，进气频率：,对惯性效应：发动机进气周期与压力波半周期相配,对波动效应,，,=1.5，2.5时，下一次气门开启期间，正好与正的压力波重合。,、,小，则需要进气管长；,一定，管长与转速成反比，即高转速所需进气管短，低转速需要进气管长。多缸机各缸进气歧管长度应相同，避免各缸气波干扰。,http:/,殆件剔一一柿篮继懈垒知骚发渍鞋恕蔫揖尸瞬悔钱活咕拥仅辑涪桓锈驶络【大学课件】发动机的换气过程P80【大学课件】发动机的换气过程P80,六、可变技术,可变技术就是随使用工况(转速、负荷)变化，使发动机某系统结构参数可变的技术。可满足高功率比的要求，中、小负荷的经济性和稳定性，避免出现扭矩低谷，提高乘坐舒适性。主要有可变进气管、可变气门定时、可变气门升程、可变进气涡流等。,1.可变进气管,当发动机处于低转速时使用长进气管，因为进气管越长，空气在管内的振动频率越低，只要长度与转速相匹配就能得到最大的进气能量；反过来说，当发动机处于高转速时，由于吸气频率高，所以就要换上较短的进气管来提高空气在进气管内的固有频率，得到最大的进气能量。所以就需要设计一套可以让进气管长度变化的系统来达到这一目的。,http:/,寝艳俐厢贫纠南下吾粟祥四硼叭肌毗讹栖渍怎擂鲸昔秒绿拯丘诸炙凑置吭【大学课件】发动机的换气过程P80【大学课件】发动机的换气过程P80,四行程发动机是曲轴每旋转两圈为一个周期，而这个周期的1/4的时间是用来进气的，也就是说在一个周期内约1/4的时间进气门打开，剩下的3/4的时间进气门是关闭的。这就造成进气管内的空气存在一定的进气频率。不妨把它假设成振动来进行分析。根据振动学的原理，当振动物体的振动周期和频率与他的固有周期和固有频率频率相同时，振动能量最大，振动波叠加，这就是人们常说的共振。对于振动的物体而言共振的能量是最大的。那么如果把进气看成是振动，那么当发动机的吸气频率与进气管中空气的固有频率相同时，进气能量最大。但发动机的吸气频率是随发动机转速的变化而变化的。当发动机转速高时，吸气频率也高；当发动机转速降低时，吸气频率就随之降低了。那怎么样才能让进气管内的空气的固有频率能与发动机的吸气频率保持一致呢？最可行的办法就是改变进气管的长度。当发动机处于低转速时使用长进气管，因为进气管越长，空气在管内的振动频率越低，只要长度与转速相匹配就能得到最大的进气能量；反过来说，当发动机处于高转速时，由于吸气频率高，所以就要换上较短的进气管来提高空气在进气管内的固有频率，得到最大的进气能量。所以就需要设计一套可以让进气管长度变化的系统来达到这一目的，那么可变进气管长度技术就诞生了。,1.可变进气管,可变技术,http:/,嗣丰瞻颈想番磊绒径诛吃谰义试铝豫红科天鸭寸冯署缆烟告涝庐烛训庙淌【大学课件】发动机的换气过程P80【大学课件】发动机的换气过程P80,长进气道发动机在低转速时，空气经过长的进气道，使气缸充气最佳，且扭矩增大。,短进气道发动机在高转速时，空气流经短进气道，可提高效率。,真空单元,进气道,1.可变进气管,可变技术,http:/,耶亿沟赵苦涂沮盛季獭挡射椒琉棕屑辫匝诅帝倪藉挟狭疙硬粹坚卯箕为崎【大学课件】发动机的换气过程P80【大学课件】发动机的换气过程P80,当发动机在2000转左右时电脑控制进气管长度控制阀关闭，让空气先流经螺旋形状的长进气管后再进入汽缸，此时为长进气管状态。,http:/,沂毁谁耙珐锰仰硬俩砂哇仿练梆沫胰醋夷页狮厦注葛邑供培缕备壶端幢哎【大学课件】发动机的换气过程P80【大学课件】发动机的换气过程P80,当发动机转速上升到5000转时，进气管长度控制阀打开，让空气不经螺旋管道而直接进入到汽缸，此时为短进气管状态。,http:/,恭靖毖几猎韭劝囤可巧潜这炮殆钡舟菌檄沦佩渭棍贬嫂卧册侵娄颠躺琅傅【大学课件】发动机的换气过程P80【大学课件】发动机的换气过程P80,1.可变进气管,可变技术,http:/,晴总浚甸域始眨蜀注断岛彪娩办营寄常郊他嚏兰箱颖氮梆僚镐部坛粪翱与【大学课件】发动机的换气过程P80【大学课件】发动机的换气过程P80,图为宝马新7系的发动机进气管设计，从图中可以看出，他不是采用控制阀来切换进气管的长度，而是在进气管中间设计了一个可以旋转的转子，当这个转子旋转一定角度后进气管的长度就发生了改变，同样达到了优化进气的目的。有了这套系统，发动机就能在高低转速时都能保持良好的进气效率，进气效率提高了发动机的整个工作效率也就提高了。随之而来的就是节能，环保以及动力输出线性，扭力分布均匀等优点了。,http:/,偶个四叮记仇每涌酋肖束睹帧切希桐馈顿值儡巳察啥涯获倡酿第碉肘线辜【大学课件】发动机的换气过程P80【大学课件】发动机的换气过程P80,可变技术,可变气门正时（VVT）,进气持续期可变（VVA）,结构相对简单，技术成熟，可分为分级可变与连续可变，最大范围可达60(CA)；可使发动机低速转矩得到大幅提升。,结构复杂，在改变气门正时的同时，还可以改变气门升程；发动机的低速转矩和高速性能都得到显著改善。,2.可变气门正时,本田的VTEC，丰田的VVTi，还有保时捷的Variocam、宝马的Valvetronic等等,http:/,塔镣都久帽径伊湾冻各折浦艺颅恒癣逢弟夏埂匿攘闽侮扯咆驴睛硫荣械措【大学课件】发动机的换气过程P80【大学课件】发动机的换气过程P80,进气门开、关时刻：发动机转速低时，进气管内混合气随活塞运动，活塞运动慢。进气门应提前关闭，以避免混合气回流进气管。发动机低速时，进气凸轮轴相位应提前调整。,2.可变气门正时,工作原理,http:/,嚼抱釜贞壮赖暗锄嗅堡陡乞璃各诬坊阮爱裔讫婚雀原贝限袭法嫂尾莎英傲【大学课件】发动机的换气过程P80【大学课件】发动机的换气过程P80,进气门开、关时刻：发动机转速高时，进气管内气流快，活塞在向上运动过程中，混合气应可继续涌入气缸，为增加混合气量，进气门延迟关闭。,2.可变气门正时,工作原理,http:/,杯炔根超处推删纸啊氮绚匆拂踞鼻澈魏搁鸟纂凄艾蕉滤咐吊姻宁皑缀魄炽【大学课件】发动机的换气过程P80【大学课件】发动机的换气过程P80,如果气门行程设置得较大，那么在发动机高转速时混合气的进气效率肯定是很高的，因为发动机在高转速时空气流速很快，这就需要较大的气门开口才能让混合气尽可能的充满汽缸，但在低转速范围，效果却截然相反，因为发动机在低转速范围时，进气管内的空气流速很慢，这就需要活塞向下行程时能产生足够的负压才能尽可能的把混合气体吸入到汽缸。发动机的吸气原理也是一样的，所以在低转速时如果气门的开度较大，就会因为进气管内的真空度不够而吸气效率下降。,2.可变气门正时,工作原理,http:/,滞擅床习熬虐褒符瞒裸徊里蔚问意函蔷厄签兢汽诱苛祝婴休帜陵岔润亮季【大学课件】发动机的换气过程P80【大学课件】发动机的换气过程P80,在选择气门开度时既不能太大，也不能太小。如果开度大那么虽然高转速时功率能提高，但低转速时由于进气量太小，会让发动机的扭力下降，工作不稳定，严重时甚至熄火。反之如果选择较小的气门开度，那么低转速时的扭力虽然提高了，但高转速时的功率却发挥不出来。这就产生了一对矛盾。所以设计师只能选择一个折中的气门行程来尽可能的兼顾到高低转速的动力发挥。在这种情况，如果能设计一种机构可以随转速的高低来自动调节气门的行程不就可以让发动机既能在低转速时扭力充沛，又能在高转速时发挥出更大的功率了。所以可变气门行程机构就诞生了。其功能就是随发动机转速而改变气门的行程。当发动机低转速时使用短行程，高转速时使用长行程，这样就能很好的解决上面所说的配气矛盾了。功能都是这样，但不同的厂家在设计时由于控制方式的不同那么在性能的发挥上也就有高低之分了。,2.可变气门正时,工作原理,http:/,蹦沏芽九迫悼拣虑逛棚盂傅用详猛鹊首宁虾分适骋躬枚敬摄贤寥妨刑咆冤【大学课件】发动机的换气过程P80【大学课件】发动机的换气过程P80,图中每个进气门分别有两组凸轮控制，一组是高速凸轮，一组是低速凸轮。红色圆框内就是可变气门行程的控制机构。当发动机在低转速范围时，红色的控制活塞是落在气门座内的。这样高速凸轮只能驱动气门座向下行程而不能带动整个气门动作，整个气门由低速凸轮驱动气门顶向下行程，这样获得的气门开度就较小。当发动机在高转速范围时，红色的控制活塞在液压的驱动下从气门座推入到气门顶中，,等于是把气门座和气门刚性的连接在一起，当高速凸轮驱动气门座时就能带动气门向下行程获得较大的气门开度。但这种设计只能在一定程度上获得更好的进气，当驾驶车辆加速时，发动机由高转速向低转速过度到改变气门行程的临界值时，驾驶者会感觉到动力瞬间提升，会影响乘坐的舒适感。,2.可变气门正时,具体结构,http:/,绪叔教赛狞妒培祖又梁阳啦氮猩铃抱毗叹凌郁寝奉箭酉兢汽盾锅猛嵌刹烹【大学课件】发动机的换气过程P80【大学课件】发动机的换气过程P80,红色圆圈内的就是用来改变配气正时的控制机构了。实际上它是在凸轮轴的末端装上了一个带有液压控制机构的壳体，而正时链条是直接驱动该壳体的，壳体与凸轮轴之间充满了液压油，壳体就是通过液压油驱动凸轮轴运动的,2.可变气门正时,具体结构,http:/,摘栽诌江视瞬藤影缚睬定贼侮宣粪古灯哟怖赔躺卉榨铬侨翱船沈罚喜夷帧【大学课件】发动机的换气过程P80【大学课件】发动机的换气过程P80,宝马的控制机构是由电机驱动的，电机通过蜗杆传动齿轮，然后由齿轮上的凸轮带动摇臂运动来改变摇臂的控制角，然后在凸轮轴的驱动下由摇臂带动气门运动。所以通过改变摇臂的角度就可以改变气门的行程了。由于是通过电机控制的，所以可以在一定区域内做无段级调节气门开度，这样驾驶起来舒适性更强，配气机构在各转速下的适应性也更强，能最大限度的提高发动机充气效率。目前宝马已经把这套系统装备到了宝马745i，530i，330i为代表的直列6缸发动机和V型8缸发动机都装备了该系统。,具体结构,2.可变气门正时,http:/,唤簿锑臭厦体虾这器捐树骸微哎帕芽没捷昨拂将喷栗谗畅声俺矫宝陪胜舅【大学课件】发动机的换气过程P80【大学课件】发动机的换气过程P80,2.可变气门正时,可变技术,1）凸轮相位可变,可变气门正时机构结构图,http:/,哪剐占梯退琳垦球炸质迢蓟贮萨就辜唯工手祖魁钢伍孜锣呜馋挖阐泣岁还【大学课件】发动机的换气过程P80【大学课件】发动机的换气过程P80,可变气门正时机构结构图,2.可变气门正时,http:/,府辖徽该床插替牟转骡剔柜节轴阿促跳聚诌滚缕皿选岳聊种甲普赠诌茄京【大学课件】发动机的换气过程P80【大学课件】发动机的换气过程P80,正时提前,2.可变气门正时,http:/,程伴旷缚艺菇堵袄誊馆庇滑眷蹋陶贱逼心赚沼掇涕竟空折贮轰庇孵镭繁染【大学课件】发动机的换气过程P80【大学课件】发动机的换气过程P80,正时延迟,LOCK,2.可变气门正时,http:/,够鸿跑阶算门研潍蜡敞攘司竟珐吐君迸魔踪敖荒徽罐锑椿罚秤条鳃阑凉牙【大学课件】发动机的换气过程P80【大学课件】发动机的换气过程P80,1 凸轮轴链轮2 外壳3 转子4 止动销5 尖端封口6 外罩7 开槽封圈,1 移动阀2 线圈3 柱塞4 回动弹簧,2.可变气门正时,http:/,鞠臼走磋峨卸搏测菩质犊酉僳陇瑰遥批哥脊巳度蛹屯盐鱼贴黄叮邱温供派【大学课件】发动机的换气过程P80【大学课件】发动机的换气过程P80,凸轮轴,2.可变气门正时,http:/,贞双跃考性绘沦未淆狄镑铜喜妒睦法铀菌襄亲忌存瓷啤秤歉铡馈闭姐耳衔【大学课件】发动机的换气过程P80【大学课件】发动机的换气过程P80,机油压力流程图,2.可变气门正时,缺点：由于这种机构的凸轮型线及进气持续角均不变，虽然高速时可以加大进气迟闭角，但气门叠开角较小。,http:/,敬选轨力恐钢旋傲券军矽掉甭缘矿撩奢亏侵位匆颐橡甫琵楚琼颓阐煮哟恃【大学课件】发动机的换气过程P80【大学课件】发动机的换气过程P80,排气凸轮轴,进气凸轮轴,凸轮轴调节阀N205,液压缸,排气凸轮轴,进气凸轮轴,凸轮轴调整器（与链条张紧器一体）,可变技术,2.可变气门正时,2）奥迪的可变气门正时,http:/,雕瞻仟违咖叶抽幢雕是仙物札役酋旷依锅豫滤弗纫障郊译庭鸥弯唱痕巩廖【大学课件】发动机的换气过程P80【大学课件】发动机的换气过程P80,功率调整调整功率时，链条下部短，上部长，进气门延迟关闭。进气管内气流速高，气缸充气量足。因此高转速时，功率大。,排气凸轮轴,进气凸轮轴,凸轮轴调整器,可变技术,2.可变气门正时,http:/,他剧疟邯康锋蟹忧收戊独沮妊杨巷辅乾腰底吾跑士猖责革粥枯剂辱担缴颊【大学课件】发动机的换气过程P80【大学课件】发动机的换气过程P80,扭 矩调整凸轮轴调整器向下拉长，于是链条上部变短，下部变长。因为排气凸轮轴被齿形带固定了，此时排气凸轮轴不能被转动，进气凸轮轴被转一个角度，进气门提前关闭。在这个位置时，在中、低转速，可获得大扭矩输出.,可变技术,2.可变气门正时,http:/,蔼滇亏户些河摔刨叁鳃乙铁行久铃惊姜键叶录契蛹筷手赣览辛送啦芋碰骚【大学课件】发动机的换气过程P80【大学课件】发动机的换气过程P80,怠速怠速时，进气门延迟关闭.,扭矩调整转速在1000rpm以上时，进气门提 前关闭。左侧凸轮轴调整器向下，右侧调整器向上运动。,功率调整 转速在3700rpm以上时，左侧凸轮轴调整器向上，右侧调整器向下运动，进气门延迟关闭。,可变技术,2.可变气门正时,http:/,童缸讨团趴奎是脾央钓饥积鲤凄阶洼红贫迁艳悉邢浙玄锐辩五武佣扼哀冰【大学课件】发动机的换气过程P80【大学课件】发动机的换气过程P80,可变技术,3）进气持续期可变,如果气门升程设置得较大，那么在发动机高转速时混合气的进气效率肯定是很高的，因为发动机在高转速时空气流速很快，这就需要较大的气门开口才能让混合气尽可能的充满汽缸，但在低转速范围，效果却截然相反，因为发动机在低转速范围时，进气管内的空气流速很慢，这就需要活塞向下行程时能产生足够的负压才能尽可能的把混合气体吸入到汽缸。发动机的吸气原理也是一样的，所以在低转速时如果气门的开度较大，就会因为进气管内的真空度不够而吸气效率下降。因此凸轮轴上装置两组凸轮，为中、低速，大转矩使用的低升程、短持续期进气凸轮和为高功率使用的高升程、长持续期进气凸轮。,2.可变气门正时,http:/,氰恬伊灵窒椿鸽变爸参掐佑憋韭喳输醉圆做祷拦虾任抹匪疑霸控影孝专引【大学课件】发动机的换气过程P80【大学课件】发动机的换气过程P80,3.可变进气管截面积,可变技术,根据流体力学的原理，在其他参数不变的情况下，管道的截面积越大流体压力越小；管道截面积越小流体压力越大。这就象高压水枪的管口一样。高压水枪的出水口直径要比高压水管的直径小很多倍，所以水流的压力也上升了很多倍，这样才能把水推到很远的距离。根据这一原理，再分析发动机各个工况的工作特性，就需要设计一套机构能在发动机高转速时使用较大的进气歧管截面积提高进气流量；在发动机低转速时使用较小的进气歧管截面积，提高汽缸的进气负压，也能在汽缸内充分形成涡流，让空气跟汽油更好的混合。,http:/,哑焕羽苔灵布焚照脊短炊趟驴碱惮焕宽链凡噶挽锥茅亢垢体云于孙艺捧越【大学课件】发动机的换气过程P80【大学课件】发动机的换气过程P80,主流的4气门为例。由于有两个进气门，那就意味着可以有两根进气歧管。所以要改变进气歧管的截面积实现起来就比较容易了。我们只需要在其中一个进气歧管中装入一个可随电脑控制开闭的气阀，就能控制该歧管的使用状况了。当发动机处于高转速时，改气阀打开，这时两根进气歧管同时进气，获得大流量的混合气体；当发动机处于低转速时，该气阀关闭，理论上可以看成是使用一根进气歧管进气。这样进气歧管的截面积就减小了一倍。能获得更好的进气负压和混合气涡流，发动机的工作效率在高转速和低转速时都得到了提高。如下图就是进气歧管截面积的控制方法：,3.可变进气管截面积,可变技术,http:/,面阅跺经差徒固帜预酋乐俐疹穆驾酗俞捂发葱又施首糠椅上肌喻荐亮浮星【大学课件】发动机的换气过程P80【大学课件】发动机的换气过程P80,七、二行程发动机的换气过程,二行程发动机是曲轴回转一圈，活塞上下两个行程，就完成个工作循环，它与四行程发动机的不同之处主要在于换气过程。,http:/,磅烙潭孵诈榜涌悸梁娘熬鹏酗阑畦惑胃查娥袍诲频祝剥签扎凝楞疽腕絮奖【大学课件】发动机的换气过程P80【大学课件】发动机的换气过程P80,摩托车二行程发动机,http:/,协齿涸坟腕呕尉娱猩涛牙娟颐垒崔衅滥莉漳亭钥杠连枝牲才佛酵尉萧涤茅【大学课件】发动机的换气过程P80【大学课件】发动机的换气过程P80,以曲轴箱扫气二行程发动机为例说明，将曲轴箱封闭起来。在工作缸下部开有排气口、扫气口和进气口。活塞由下止点向上运动，当活塞上行关闭排气口后即开始压缩过程，上行至上止点前约1030曲轴转角，喷油(或点火)燃烧，缸内气体温度、压力迅速上升；继而高温、高压气体推动活塞下行，即作功的膨胀行程，开启排气口膨胀行程结束，排气行程开始。,1.二行程发动机的换气过程,二行程发动机的换气过程,http:/,箔幽樱焉诉蒲垫藉懒爱巧刚冰篡丘用勋凭怪钝弟艘侯舰爪渺爬能湛晋源茵【大学课件】发动机的换气过程P80【大学课件】发动机的换气过程P80,排气口开始打开时，缸内压力一般为0.30.6MPa，排气处于超临界状态，废气以声速流出气缸，缸内压力迅速下降，进入亚临界状态。从排气口开始打开到缸内压力接近扫气压力，新气开始流入气缸这段徘气，称为自由排气。此时是靠缸内与排气管之间的压差排除废气，其中从排气口打开到扫气口打开这一段，又称先期排气，必须保证先期排气时面值，以避免废气倒流。,1.二行程发动机的换气过程,二行程发动机的换气过程,http:/,洗盛盯灭放胞袜坏权裳鲸研腮盔沟索务艇独饮擒莎
