第三章 (第5次課)《發(fā)動機原理》

1、上次課內(nèi)容回顧上次課內(nèi)容回顧第六節(jié)第六節(jié) 熱平衡熱平衡p燃料的總熱量大體按以下幾部分，由試驗確定：燃料的總熱量大體按以下幾部分，由試驗確定：LBRSETqqqqqq式中，式中，qT為發(fā)動機所消耗燃油的熱量為發(fā)動機所消耗燃油的熱量 qE為轉化為有效功部分的熱量為轉化為有效功部分的熱量 qS為傳給冷卻介質的熱量為傳給冷卻介質的熱量 qR為排出廢氣帶走的熱量為排出廢氣帶走的熱量 qB為燃料不完全燃燒的熱損失為燃料不完全燃燒的熱損失 qL為其他熱損失為其他熱損失上次課內(nèi)容回顧上次課內(nèi)容回顧第六節(jié)第六節(jié) 熱平衡熱平衡1、發(fā)動機所耗燃油的熱量、發(fā)動機所耗燃油的熱量 kJ/h kJ/h ：BHqT單位時間燃

2、料完全燃燒所放出的熱量單位時間燃料完全燃燒所放出的熱量2、轉換為有用功的熱量、轉換為有用功的熱量EqeEPq3106 . 3式中，式中，Pe為有效功率為有效功率上次課內(nèi)容回顧上次課內(nèi)容回顧第六節(jié)第六節(jié) 熱平衡熱平衡3、傳遞給冷卻介質的熱量、傳遞給冷卻介質的熱量sq)(12ttcqqsmsS4、廢氣帶走的熱量、廢氣帶走的熱量Rq)(12tctcGBqpkprKR發(fā)動機進出口狀態(tài)下工質的熱量差發(fā)動機進出口狀態(tài)下工質的熱量差5、燃料不完全燃燒熱損失、燃料不完全燃燒熱損失 ：Bq)1 (rTBqq6、其它熱量損失、其它熱量損失Lq上次課內(nèi)容回顧上次課內(nèi)容回顧第一節(jié)第一節(jié) 四行程發(fā)動機的換氣過程四行程發(fā)

3、動機的換氣過程換氣過程換氣過程排氣過程排氣過程進氣過程進氣過程換氣過程的任務換氣過程的任務減少換氣損失的前提下減少換氣損失的前提下 排除廢氣排除廢氣吸入盡可能多的新鮮工質吸入盡可能多的新鮮工質 換氣過程換氣過程的作用的作用盡可能地提高進入氣缸的混合氣量盡可能地提高進入氣缸的混合氣量 保證一定溫度和壓力的混合氣成分保證一定溫度和壓力的混合氣成分 上次課內(nèi)容回顧上次課內(nèi)容回顧第一節(jié)第一節(jié) 四行程發(fā)動機的換氣過程四行程發(fā)動機的換氣過程為了為了最大限度地吸進新鮮空氣和排盡廢氣，盡可最大限度地吸進新鮮空氣和排盡廢氣，盡可能地減少換氣損失能地減少換氣損失，必須設法延長進、排氣的時，必須設法延長進、排氣的時

4、間。間。進、排氣門都相對于每個沖程開始或結束的上止進、排氣門都相對于每個沖程開始或結束的上止點或下止點時刻提前開啟，滯后關閉，從而在進點或下止點時刻提前開啟，滯后關閉，從而在進排氣時進排氣門都有較大的流通面積，減少進排排氣時進排氣門都有較大的流通面積，減少進排氣阻力，充分進氣和排氣。氣阻力，充分進氣和排氣。 進氣提前角：進氣提前角： 進氣遲后角：進氣遲后角： 排氣提前角：排氣提前角： 排氣提前角：排氣提前角： 配氣相位：配氣相位： 用曲軸轉用曲軸轉角表示的實角表示的實際進、排氣際進、排氣門開閉時刻門開閉時刻和開啟持續(xù)和開啟持續(xù)時間，稱為時間，稱為配氣相位。配氣相位。上次課內(nèi)容回顧上次課內(nèi)容回顧

5、第一節(jié)第一節(jié) 四行程發(fā)動機的換氣過程四行程發(fā)動機的換氣過程上次課內(nèi)容回顧上次課內(nèi)容回顧第一節(jié)第一節(jié) 四行程發(fā)動機的換氣過程四行程發(fā)動機的換氣過程一、換氣過程一、換氣過程1、排氣過程、排氣過程 從排氣門開啟到排氣門完全關閉的這段時間。從排氣門開啟到排氣門完全關閉的這段時間。約占約占220290曲軸轉角。曲軸轉角。（1 1）自由排氣階段）自由排氣階段自由排氣階段自由排氣階段分為兩個階段分為兩個階段超臨界狀態(tài)超臨界狀態(tài)亞臨界狀態(tài)亞臨界狀態(tài)（2）強制排氣階段：）強制排氣階段：上次課內(nèi)容回顧上次課內(nèi)容回顧第一節(jié)第一節(jié) 四行程發(fā)動機的換氣過程四行程發(fā)動機的換氣過程一、換氣過程一、換氣過程2、進氣階段：、進

6、氣階段：進氣門開始開啟到進氣門完全關閉的全過程。進氣門開始開啟到進氣門完全關閉的全過程。 準備進氣準備進氣：進氣提前角，一般為：進氣提前角，一般為030曲軸轉角曲軸轉角 正常進氣正常進氣 ：活塞下行殘余廢氣膨脹，新鮮氣體充入氣缸。：活塞下行殘余廢氣膨脹，新鮮氣體充入氣缸。慣性進氣慣性進氣：進氣遲閉角，一般為：進氣遲閉角，一般為4070曲軸轉角。曲軸轉角。上次課內(nèi)容回顧上次課內(nèi)容回顧第一節(jié)第一節(jié) 四行程發(fā)動機的換氣過程四行程發(fā)動機的換氣過程一、換氣過程一、換氣過程3、掃氣過程：在、掃氣過程：在氣門疊開期間，可氣門疊開期間，可利用新鮮空氣或利用新鮮空氣或混合氣來進一步掃除缸內(nèi)廢氣，這稱為混合氣來進

7、一步掃除缸內(nèi)廢氣，這稱為燃燒室掃氣。燃燒室掃氣。 燃燒室掃氣的作用：燃燒室掃氣的作用：1 1）利用氣流壓差和慣性清除殘余廢氣，增加新鮮充）利用氣流壓差和慣性清除殘余廢氣，增加新鮮充量。量。2 2）降低燃燒室內(nèi)零件溫度。）降低燃燒室內(nèi)零件溫度。上次課內(nèi)容回顧上次課內(nèi)容回顧第一節(jié)第一節(jié) 四行程發(fā)動機的換氣過程四行程發(fā)動機的換氣過程二、換氣損失二、換氣損失定義：定義：換氣過程中理論循環(huán)換氣功與實際循環(huán)換氣功換氣過程中理論循環(huán)換氣功與實際循環(huán)換氣功的之差。的之差。組成：組成：排氣損失排氣損失和和進氣損失進氣損失兩部分兩部分組成組成。3、泵氣損失、泵氣損失 泵氣損失又稱為泵氣損失又稱為泵氣過程功泵氣過程

8、功，是發(fā)動機在進、排氣，是發(fā)動機在進、排氣兩個行程中，活塞因排氣和進氣所付出或獲得的功，兩個行程中，活塞因排氣和進氣所付出或獲得的功，此功可正、可負。此功可正、可負。泵氣損失等于泵氣損失等于理論泵氣功與實際泵氣功之差理論泵氣功與實際泵氣功之差。 理論泵氣功理論泵氣功是假設在排氣、進氣過程中，工質流動無節(jié)流、是假設在排氣、進氣過程中，工質流動無節(jié)流、摩擦等因素時存在的泵氣功。摩擦等因素時存在的泵氣功。 圖（圖（b）中，（）中，（Pk-Pr）Vs面積為增壓機的理論泵氣功。面積為增壓機的理論泵氣功。 非增壓機的理論泵氣功為零。非增壓機的理論泵氣功為零。PkPk為壓氣機出口壓力為壓氣機出口壓力Pr為渦

9、輪機入口處壓力為渦輪機入口處壓力泵氣功不等同于泵氣損失泵氣功不等同于泵氣損失。所有減小換氣損失，提高。所有減小換氣損失，提高充氣效率的措施都對減小泵氣損失有利。充氣效率的措施都對減小泵氣損失有利。 在實際循環(huán)示功圖中把面積（在實際循環(huán)示功圖中把面積（x+y-d）相當?shù)呢摴Γ┫喈數(shù)呢摴ΨQ為泵氣損失。這部分損失放在機械損失中加以考慮。稱為泵氣損失。這部分損失放在機械損失中加以考慮。二沖程發(fā)動機二沖程發(fā)動機泵氣功為零泵氣功為零3-2 充氣效率及影響因素充氣效率及影響因素換氣過程的評價：殘余廢氣系數(shù)換氣過程的評價：殘余廢氣系數(shù)換氣完善程度；換氣完善程度； 充氣效率：評價氣缸進氣能力。充氣效率：評價氣缸

10、進氣能力。一、充氣效率：實際進入氣缸的新鮮充量與進氣狀一、充氣效率：實際進入氣缸的新鮮充量與進氣狀態(tài)下充滿氣缸工作容積的新鮮充量之比。態(tài)下充滿氣缸工作容積的新鮮充量之比。 v的的測量方法：用流量計測每小時實際充良：測量方法：用流量計測每小時實際充良： 而每小時理論充量為：而每小時理論充量為： 則則 ssvVVmm11ssinVniVV03. 06021000/1hmVVVv1進氣狀態(tài)：進氣狀態(tài)： 非增壓非增壓大氣狀態(tài)大氣狀態(tài) 增壓增壓壓氣機出壓氣機出一般非增壓發(fā)動機在全負荷時的一般非增壓發(fā)動機在全負荷時的c c汽油機汽油機頂置氣門：頂置氣門：0.750.85側置氣門：側置氣門：0.700.80

11、柴油機柴油機0.750.903-2 充氣效率及影響因素充氣效率及影響因素二、影響因素二、影響因素 設下止點時缸內(nèi)氣體總質量為設下止點時缸內(nèi)氣體總質量為所以，所以，aaarsraaaaaraRTVpmmmmmmRTVpVmmm)1 ()1 (1111VVmmVpRTRTVpSarrrSssaaa1;111：配氣相位系數(shù);111rassaTTpp3-2 充氣效率及影響因素充氣效率及影響因素影響充量系數(shù)的因素影響充量系數(shù)的因素 p1.1.進氣門關閉時缸內(nèi)壓力進氣門關閉時缸內(nèi)壓力 p2 2進氣門關閉時缸內(nèi)氣體溫度進氣門關閉時缸內(nèi)氣體溫度p3.3.殘余廢氣系數(shù)殘余廢氣系數(shù) p4.4.配氣相位配氣相位 p

12、5.5.壓縮比壓縮比 p6.6.進氣狀態(tài)進氣狀態(tài) 影響充氣效率的因素影響充氣效率的因素1進氣終了時的壓力進氣終了時的壓力Pa Pa對對c c有重要影響，有重要影響，Pa愈高，愈高，c c值愈大值愈大 Pa=PsPa式中，式中，pa為氣體流動時，克服進氣系統(tǒng)為氣體流動時，克服進氣系統(tǒng)阻力而引起的壓降阻力而引起的壓降(kPa)。一般可寫成一般可寫成 式中式中 管道阻力系數(shù)；管道阻力系數(shù)； 進氣狀態(tài)下氣體的密度；進氣狀態(tài)下氣體的密度； V 管道內(nèi)氣體的流速（管道內(nèi)氣體的流速（m/s）。）。22vpa 可見，可見，pa主要取決于各段管道的阻力主要取決于各段管道的阻力系數(shù)和氣體流速。若系數(shù)和氣體流速。若

13、 大、大、 V高時，高時，pa增增加，使加，使pa下降。下降。1進氣終了時的壓力進氣終了時的壓力Pa轉速和負荷對進氣壓力的影響轉速和負荷對進氣壓力的影響1）轉速）轉速當節(jié)氣門位置一定時，當節(jié)氣門位置一定時，n增加，增加，Pa降低。降低。2）負荷）負荷 汽油機：當節(jié)氣門關小時，節(jié)流損失增汽油機：當節(jié)氣門關小時，節(jié)流損失增加，引起加，引起Pa下降。下降。 且且Pa 隨轉速的增加而下隨轉速的增加而下降的愈快。降的愈快。 柴油機：負荷調(diào)節(jié)為柴油機：負荷調(diào)節(jié)為“質調(diào)節(jié)質調(diào)節(jié)”，負荷，負荷減小時減小時Pa變化很小。變化很小。1進氣終了時的壓力進氣終了時的壓力Pa1進氣終了時的壓力進氣終了時的壓力Pa pa

14、： pa ，進氣阻力，進氣阻力 ， v 流動阻力和轉速關系：流動阻力和轉速關系： 進氣阻力的主要措施進氣阻力的主要措施:進氣管長度、轉彎半徑，進氣管長度、轉彎半徑， 管道內(nèi)表面粗糙度；氣流速度管道內(nèi)表面粗糙度；氣流速度n；增壓。；增壓。 asappp和22ap可變進氣可變進氣管長度管長度總結總結 2進氣終了的溫度進氣終了的溫度Ta Ta高于進氣狀態(tài)溫度，高于進氣狀態(tài)溫度， Ta越高，充入氣越高，充入氣缸的工質密度越小，缸的工質密度越小，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）新鮮工質進入發(fā)動機與高溫零件接觸而被加熱。）新鮮工質進入發(fā)動機與高溫零件接觸而被加熱。 2）新

15、鮮工質與高溫殘余廢氣混合而被加熱。）新鮮工質與高溫殘余廢氣混合而被加熱。 3）在化油器式汽油機上，為了使液體燃料在進氣管）在化油器式汽油機上，為了使液體燃料在進氣管中蒸發(fā)，以便均勻地與空氣混合而進入氣缸，一般都采中蒸發(fā)，以便均勻地與空氣混合而進入氣缸，一般都采用廢氣或冷卻水熱量對進氣管加熱，故空氣經(jīng)過進氣管用廢氣或冷卻水熱量對進氣管加熱，故空氣經(jīng)過進氣管時受熱而溫度升高。時受熱而溫度升高。轉速和負荷對轉速和負荷對Ta的影響的影響 1）轉速：當負荷不變而轉速增加時，由于）轉速：當負荷不變而轉速增加時，由于新鮮工質與缸壁等接觸時間短，傳熱量少，所新鮮工質與缸壁等接觸時間短，傳熱量少，所以以Ta稍有

16、下降。稍有下降。 2）負荷：當轉速不變而增加發(fā)動機負荷時，）負荷：當轉速不變而增加發(fā)動機負荷時，缸壁等零件溫度升高，缸壁等零件溫度升高，Ta有所上升。有所上升。措施：將高溫排氣管與進氣管分置于氣缸兩側，措施：將高溫排氣管與進氣管分置于氣缸兩側，控制進氣預熱，適當加大氣門疊開角等，均有控制進氣預熱，適當加大氣門疊開角等，均有利于降低利于降低Ta。 2進氣終了的溫度進氣終了的溫度Ta1） 增加，增加， c c降低，燃燒惡化，油耗、降低，燃燒惡化，油耗、排放增加，排放增加， 2）壓縮比提高，殘余廢氣系數(shù)減小。）壓縮比提高，殘余廢氣系數(shù)減小。 3）排氣壓力高，廢氣多，充氣效率降低。）排氣壓力高，廢氣多

17、，充氣效率降低。 4）排氣系統(tǒng)阻力大，排氣壓力高，廢氣多。）排氣系統(tǒng)阻力大，排氣壓力高，廢氣多。壓縮比壓縮比 壓縮比增加壓縮比增加,壓縮容積減小壓縮容積減小,殘余廢氣量殘余廢氣量隨之減小隨之減小,因而因而c有所增加。有所增加。3.殘余廢氣系數(shù)和壓縮比殘余廢氣系數(shù)和壓縮比 rr3.殘余廢氣系數(shù)和壓縮比殘余廢氣系數(shù)和壓縮比 r 和和 r： ，Vc ， r ， v r ， v ，同時燃燒惡化。同時燃燒惡化。 汽油機：汽油機： =612； r =0.050.16 非增壓柴油機：非增壓柴油機： =1418； r =0.030.06； 增壓柴油機：增壓柴油機： r =0.00.03總結總結4配氣定時配氣定

18、時 配氣定時：配氣定時： 指進氣門關閉時指進氣門關閉時Va與氣缸總容積之比與氣缸總容積之比 Va進氣遲關進氣遲關 ic， ic對對 v的影響：的影響： ic時刻氣流慣性利用情況，即時刻氣流慣性利用情況，即 pa； 對一定對一定n，存在最佳配氣相位，使（，存在最佳配氣相位，使（ pa） ，氣流氣流慣性進氣多，慣性進氣多， v ； 所以，需合理選配配氣相位。所以，需合理選配配氣相位。; 10VVa5.進氣狀態(tài)進氣狀態(tài)進氣狀態(tài)：進氣狀態(tài)：aaSaas,TTpp；實際新鮮充量,3-3 提高充氣效率的措施提高充氣效率的措施一、減少進氣系統(tǒng)阻力一、減少進氣系統(tǒng)阻力 1）進氣門：阻力最大）進氣門：阻力最大

19、in 進氣系統(tǒng)進氣系統(tǒng) 氣門的流通能力氣門的流通能力時面值或角面值時面值或角面值: 氣門的豐滿系數(shù)：氣門的豐滿系數(shù)： fdnfdt61 =6nt；f：dt內(nèi)氣門開啟的面積內(nèi)氣門開啟的面積hfdthfdt保證氣門動力學要求的保證氣門動力學要求的前提下，盡可能提高。前提下，盡可能提高。2）進氣馬赫數(shù)）進氣馬赫數(shù)Ma：評價氣門處氣流狀態(tài)對：評價氣門處氣流狀態(tài)對 v影響影響氣門處氣流平均速度：氣門處氣流平均速度： 有效時面值：有效時面值： )(tFVSmnFttFfdttFocmmocmmttmco61)()()()(2ocmmvmacCdDcM增加增加F(t)是降低進氣阻力，減小是降低進氣阻力，減小

20、Ma，提高，提高 v的重要的手段。的重要的手段。當當Ma0.5時，時， v 急劇下降；急劇下降； 所以，即使所以，即使n，因單位時間充氣量無法增加；，因單位時間充氣量無法增加；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：合理的配氣相位；合理的配氣相位；優(yōu)化匹配活塞平均速度、優(yōu)化匹配活塞平均速度、 氣缸直徑及氣門直徑氣缸直徑及氣門直徑 3) 多氣門結構：多氣門結構： 進氣流通面積的方法：進氣流通面積的方法：氣門直徑、氣門數(shù)和布置氣門直徑、氣門數(shù)和布置。增大氣門直徑增大氣門直徑djdp；氣門升程氣門升程L: 盡可能盡可能 L； 一般，最大升程與氣門直徑比

21、：一般，最大升程與氣門直徑比：L/dj=0.260.28多氣門：減小氣門處的流動損失多氣門：減小氣門處的流動損失 4氣門氣門2進進2排；排；5氣門氣門3進進2排排氣門頭部到桿身的過渡形狀氣門頭部到桿身的過渡形狀流線形流線形4）改善配氣機構：）改善配氣機構： 多氣門頂置布置。多氣門頂置布置。 凸輪驅動機構發(fā)展趨勢：凸輪驅動機構發(fā)展趨勢：SVOHV SOHC DOHC同名氣門排同名氣門排成兩列時成兩列時S 同名氣門排同名氣門排成一列時成一列時D 取消搖臂，提高取消搖臂，提高氣門響應性；氣門響應性；但凸輪升程受限但凸輪升程受限2）進氣道形狀及進氣管長度）進氣道形狀及進氣管長度 進氣道：形成進氣渦流、

22、滾流進氣道：形成進氣渦流、滾流流動損失增加。流動損失增加。 合理設計進氣道，形狀漸縮，內(nèi)壁面光滑，避合理設計進氣道，形狀漸縮，內(nèi)壁面光滑，避免氣流急轉彎；免氣流急轉彎； 進氣管阻力：支管等長度適當，內(nèi)表面光滑，避免進氣管阻力：支管等長度適當，內(nèi)表面光滑，避免界面突變；界面突變； 可變進氣管長可變進氣管長波動效應。波動效應。 3）空濾器：）空濾器： 作用：濾清，消聲作用：濾清，消聲 保證濾清的前提下盡可能減少阻力保證濾清的前提下盡可能減少阻力n1n2二、合理選擇配氣定時二、合理選擇配氣定時進氣遲關角的影響：進氣遲關角的影響： c=40 CA: n=n1時，時， vmax; nn1：氣門關，流動損

23、失：氣門關，流動損失 ， v c=60 CA： n1 vmax n2; vmax2n1，高速性，高速性 ；兼顧高低速措施：電控可變兼顧高低速措施：電控可變1）可變配氣相位機構）可變配氣相位機構 （1）MIVEC（Mitsubishi Innovative Valve timing and lift Electronic Control）系統(tǒng)：）系統(tǒng)： 特點：高低速特點：高低速2段式電控可變配氣相位的控制機構段式電控可變配氣相位的控制機構 高速搖臂高速搖臂高速凸輪高速凸輪低速凸輪低速凸輪低速搖臂低速搖臂T型柄型柄低速：控制油低速：控制油壓不起作用壓不起作用高速：控制高速：控制油壓起作用油壓起作用

24、休缸控制休缸控制狀態(tài)狀態(tài)高速控制模型：高速凸輪工作，低速凸輪空轉；高速控制模型：高速凸輪工作，低速凸輪空轉； 進排氣凸輪升程進排氣凸輪升程 ，配氣相位，配氣相位 低速控制模型：高速凸輪空轉，低速凸輪工作；低速控制模型：高速凸輪空轉，低速凸輪工作； 進排氣凸輪升程進排氣凸輪升程 ，配氣相位，配氣相位 休缸控制模型休缸控制模型: 高低速凸輪都空高低速凸輪都空 轉轉氣缸不換氣氣缸不換氣停止工作。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運行模式切高低速運行模式切換點轉矩相同換點轉矩相同以免沖擊振動以免沖擊振動MD（Modulated Displaceme

25、nt）控制效果：泵）控制效果：泵氣損失、冷損、排損氣損失、冷損、排損 減小機械損失約減小機械損失約44%；熱效率可提高熱效率可提高17%左右左右(2) VVT-I (Variable Valve Timing-intelligent)系統(tǒng)：系統(tǒng)： 特點：隨特點：隨n可連續(xù)改變進氣凸輪軸相對曲軸的位置可連續(xù)改變進氣凸輪軸相對曲軸的位置 改變配氣相位。改變配氣相位。1-1-油壓控制閥油壓控制閥 2-VVT-i2-VVT-i皮帶輪皮帶輪 3-3-螺旋齒輪螺旋齒輪 4-曲軸位曲軸位置傳感器置傳感器 5-5-機油泵機油泵 6-凸輪轉角凸輪轉角傳感器傳感器 系統(tǒng)組成：系統(tǒng)組成：控制原理：控制原理： 驅動：

26、油壓控制驅動：油壓控制柱塞柱塞齒輪齒輪4左右移動，此時左右移動，此時 1-遲后側油壓室遲后側油壓室 2-進角側油壓室進角側油壓室 3-內(nèi)齒內(nèi)齒輪輪 4-柱塞齒輪柱塞齒輪 5-外齒輪外齒輪 6-帶輪帶輪柱塞內(nèi)外表面形柱塞內(nèi)外表面形成反向螺旋齒輪成反向螺旋齒輪內(nèi)齒與凸輪軸蝸桿嚙合內(nèi)齒與凸輪軸蝸桿嚙合3相對曲軸偏轉相對曲軸偏轉外齒與外齒與外齒輪外齒輪5嚙合嚙合帶輪帶輪6同步旋轉同步旋轉柱塞柱塞控制氣門重疊角控制氣門重疊角實現(xiàn)內(nèi)部實現(xiàn)內(nèi)部EGR2）凸輪驅動油壓控制式可變配氣機構）凸輪驅動油壓控制式可變配氣機構 1-電磁閥電磁閥 2-搖臂搖臂 3-凸輪凸輪4-油壓柱塞油壓柱塞凸輪到氣門之間為高壓油路內(nèi)設

27、有油壓柱塞；凸輪到氣門之間為高壓油路內(nèi)設有油壓柱塞；凸輪經(jīng)搖臂將其升程轉換為柱塞位移凸輪經(jīng)搖臂將其升程轉換為柱塞位移通過液壓通過液壓控制氣門開啟。控制氣門開啟。改變搖臂支點位改變搖臂支點位置控制配氣定時置控制配氣定時 電磁閥控制油壓腔內(nèi)油電磁閥控制油壓腔內(nèi)油壓控制氣門不同升程壓控制氣門不同升程3) 無凸輪液壓式可變配氣機構無凸輪液壓式可變配氣機構 用電磁閥將高壓共軌內(nèi)油量進行合理分配用電磁閥將高壓共軌內(nèi)油量進行合理分配控制油控制油壓柱塞位置壓柱塞位置控制氣門升程?？刂茪忾T升程。1-油壓柱塞油壓柱塞 2-位移傳感器位移傳感器 3-彈簧彈簧 4-數(shù)字脈沖數(shù)字脈沖 5-三向閥三向閥油壓式可變配氣機構

28、的特點：油壓式可變配氣機構的特點：控制自由度高，提高進排氣效控制自由度高，提高進排氣效率率氣門的豐滿系數(shù)接近氣門的豐滿系數(shù)接近1；主要缺點：存在氣門落座速度主要缺點：存在氣門落座速度的控制、電磁閥工作可靠性、以的控制、電磁閥工作可靠性、以及成本高的問題。及成本高的問題。 為精確控制氣門升程為精確控制氣門升程設置氣門位移傳感器設置氣門位移傳感器三、進氣管長度及氣流的動態(tài)效應三、進氣管長度及氣流的動態(tài)效應進氣管對進氣管對 v的影響：進氣管長度的影響：進氣管長度進氣系統(tǒng)阻力；進氣系統(tǒng)阻力； 波動效應波動效應管道內(nèi)壓力波動管道內(nèi)壓力波動 1）可變進氣管長度：從）可變進氣管長度：從 進氣阻力角度，越短越

29、好，進氣阻力角度，越短越好，但氣管長度但氣管長度低速充氣效率低速充氣效率 ，且峰值，且峰值 。 低速 低速區(qū)：低速區(qū)：氣流速度低，流動氣流速度低，流動損失不明顯；損失不明顯；動態(tài)波動效應動態(tài)波動效應 v 高速區(qū)：高速區(qū)：氣流速度高，流動氣流速度高，流動損失明顯損失明顯 ， v 高速2）動態(tài)效應：慣性效應）動態(tài)效應：慣性效應 波動效應波動效應 用發(fā)動機間歇進排氣產(chǎn)生用發(fā)動機間歇進排氣產(chǎn)生的進排氣管內(nèi)壓力波的進排氣管內(nèi)壓力波 v 慣性效應：利用進氣行程中產(chǎn)生的壓力波，在進慣性效應：利用進氣行程中產(chǎn)生的壓力波，在進氣門關閉之前進氣門處出現(xiàn)正壓波氣門關閉之前進氣門處出現(xiàn)正壓波 v的效果。的效果。 慣性

30、效應原理慣性效應原理1-活塞活塞(手手) 2-氣缸容積（彈簧）氣缸容積（彈簧） 3-進氣閥進氣閥 4-進氣管氣體質量（重塊）進氣管氣體質量（重塊）壓力波：活塞運動時氣缸容壓力波：活塞運動時氣缸容積變化而產(chǎn)生負壓引起積變化而產(chǎn)生負壓引起 活塞：激振源；活塞：激振源；缸內(nèi)容積：彈簧缸內(nèi)容積：彈簧;管內(nèi)氣流柱：慣管內(nèi)氣流柱：慣性質量。性質量。 本次進氣行程中，進氣壓力波的固有頻率：本次進氣行程中，進氣壓力波的固有頻率： Lcfg2當轉速為當轉速為n時，進氣頻率時，進氣頻率 ： 120260nnfjc：進氣管內(nèi)氣體的聲速；：進氣管內(nèi)氣體的聲速；L：進氣管當量長度：進氣管當量長度 則定義慣性效應的波動次

31、數(shù)則定義慣性效應的波動次數(shù) ： nLcffqjgg60時時，共共振振1)(60當nLcqg由此確定慣性增壓由此確定慣性增壓n所對應的進氣管長度所對應的進氣管長度 L(2) 波動效應：利用進氣門關閉后的進氣管內(nèi)壓力波動效應：利用進氣門關閉后的進氣管內(nèi)壓力波，來提高氣缸進氣量的效果。波，來提高氣缸進氣量的效果。進氣管長度調(diào)節(jié)進氣管長度調(diào)節(jié)，故需與慣性效應同時考慮。，故需與慣性效應同時考慮。進氣門關閉：氣門處向外傳正壓波，至管端反射進氣門關閉：氣門處向外傳正壓波，至管端反射;管端開口邊界管端開口邊界: 反相，負壓波；反相，負壓波；負壓波至氣門處負壓波至氣門處反射負壓；反射負壓；負壓波至管端負壓波至管

32、端反射正壓波。反射正壓波。 周而復始。周而復始。正壓波與進氣過程重正壓波與進氣過程重合時可提高充氣效率合時可提高充氣效率波動效應：氣體壓力波在進氣管道內(nèi)波動效應：氣體壓力波在進氣管道內(nèi)2個來回完成一個來回完成一次振動，其固有頻率為：次振動，其固有頻率為：Lcfb4故，波動效應的波動次數(shù)為：故，波動效應的波動次數(shù)為： nLcffqjbb30當當qb=1,2,時波動效時波動效應與進氣同步應與進氣同步,氣門氣門開啟期與負壓波重開啟期與負壓波重合，合， v 當當qb=1.5,2.5,時時,氣門開啟期間與正氣門開啟期間與正壓波重合，壓波重合， v 3）慣性可變諧振增壓進氣系統(tǒng)）慣性可變諧振增壓進氣系統(tǒng)動

33、態(tài)效應是進氣管內(nèi)壓力波的諧振結果動態(tài)效應是進氣管內(nèi)壓力波的諧振結果諧振效果諧振效果 同側的同側的1/3/5缸和缸和2/4/6缸各采用獨立進氣共振管、穩(wěn)壓箱和缸各采用獨立進氣共振管、穩(wěn)壓箱和各自的進氣支管。各自的進氣支管。穩(wěn)壓箱和各進氣支管長度構成該氣缸慣性增壓系統(tǒng)。穩(wěn)壓箱和各進氣支管長度構成該氣缸慣性增壓系統(tǒng)。長進氣管長進氣管2、穩(wěn)壓箱以及各氣缸構成各自的共振系統(tǒng)。、穩(wěn)壓箱以及各氣缸構成各自的共振系統(tǒng)。 圖3-21 慣性可變共振諧振管1-雙節(jié)氣門 2-共振管長 3-慣性增壓 4-切換閥 5、7-共振增壓 6-進氣支管慣性增壓慣性增壓共振管共振管低速時：第低速時：第1缸進氣終了進氣門關閉前，因進

34、氣壓缸進氣終了進氣門關閉前，因進氣壓縮波作用，兩個穩(wěn)壓箱內(nèi)氣柱經(jīng)共振管共振縮波作用，兩個穩(wěn)壓箱內(nèi)氣柱經(jīng)共振管共振壓力壓力波反射到第波反射到第1缸，缸， 進氣充量，此時慣性增壓系統(tǒng)停進氣充量，此時慣性增壓系統(tǒng)停止工作。止工作。這里，將共振長管的氣流質量簡化為慣性質量（重塊），兩這里，將共振長管的氣流質量簡化為慣性質量（重塊），兩個穩(wěn)壓箱簡化為個穩(wěn)壓箱簡化為2個彈簧。則共振管內(nèi)的氣柱在個彈簧。則共振管內(nèi)的氣柱在2個彈簧的作個彈簧的作用下振動。相對共振管進氣支管（慣性系統(tǒng)）很短、進氣時用下振動。相對共振管進氣支管（慣性系統(tǒng)）很短、進氣時氣缸容積相對穩(wěn)壓箱容積很小，所以慣性很小可忽略。氣缸容積相對穩(wěn)壓

35、箱容積很小，所以慣性很小可忽略。高速時：共振管內(nèi)的氣流及高速時：共振管內(nèi)的氣流及2個穩(wěn)壓箱（軟彈簧）個穩(wěn)壓箱（軟彈簧）的氣流因其固有頻率低而不共振；只有短的慣性系的氣流因其固有頻率低而不共振；只有短的慣性系統(tǒng)氣柱共振而統(tǒng)氣柱共振而 v 因排氣能量大，溫度高，所以排氣壓力波振幅大、因排氣能量大，溫度高，所以排氣壓力波振幅大、傳播速度快、排氣波動效應強烈；傳播速度快、排氣波動效應強烈； 利用排氣波動效應，氣門重疊期產(chǎn)生負壓，多利用排氣波動效應，氣門重疊期產(chǎn)生負壓，多排氣，減少殘余廢氣，減小泵氣損失，排氣，減少殘余廢氣，減小泵氣損失， 充氣效充氣效率。率。四、排氣管的波動效應四、排氣管的波動效應3.

36、4 增壓技術增壓技術一、分類一、分類 增壓：增壓： 進氣密度，進氣密度， 氣缸充量，氣缸充量， 升功率升功率/be/排放排放 1)壓氣機驅動方式不同：機械增壓壓氣機驅動方式不同：機械增壓機械損失機械損失 廢氣渦輪增壓廢氣渦輪增壓回收廢氣能量回收廢氣能量 氣波增壓氣波增壓機械增壓種類：機械增壓種類：離心式離心式b) 羅茨式羅茨式 c) 滑片式滑片式 d) 螺旋式螺旋式e) 轉子活塞式轉子活塞式利用排氣壓力利用排氣壓力波壓縮進氣波壓縮進氣2) 渦輪和增壓器復合方式：渦輪和增壓器復合方式： 廢氣能量回收率，廢氣能量回收率， t 根據(jù)渦輪位置分三種：串聯(lián)后復合增壓根據(jù)渦輪位置分三種：串聯(lián)后復合增壓 串

37、聯(lián)前復合增壓串聯(lián)前復合增壓 并聯(lián)復合增壓并聯(lián)復合增壓渦輪轉速：渦輪轉速：50000180000r/min；發(fā)動機轉速：發(fā)動機轉速：18004000r/min；故均設減速器和離合器故均設減速器和離合器 3) 多（雙）級增壓聯(lián)結方式：多（雙）級增壓聯(lián)結方式：雙級直列增壓：小型雙級直列增壓：小型/大型增壓器串聯(lián)；大型增壓器串聯(lián)； 低速：小型增壓器工作低速：小型增壓器工作 中高速：大型增壓器中高速：大型增壓器切換閥切換閥切換閥切換閥雙級并列增壓：雙級并列增壓：采用采用2個小型增個小型增壓器兼顧高低速壓器兼顧高低速避免各缸排氣避免各缸排氣干涉干涉優(yōu)點：優(yōu)點： a， PL和比功率，和比功率， 單位功率造價

38、；改善經(jīng)濟單位功率造價；改善經(jīng)濟性；常用較大空燃比性；常用較大空燃比HC、CO和碳煙排放和碳煙排放; 相對自然吸氣，回收排氣能量，相對自然吸氣，回收排氣能量， t， 排噪聲排噪聲;增壓后，缸內(nèi)壓力和溫度提高，滯燃期縮短，有增壓后，缸內(nèi)壓力和溫度提高，滯燃期縮短，有利于降低壓力升高率和燃燒噪聲。利于降低壓力升高率和燃燒噪聲。增壓技術的特點增壓技術的特點缺點：缺點：p機械負荷和熱負荷機械負荷和熱負荷 ，影響工作可靠性和耐久性，影響工作可靠性和耐久性需需限制缸內(nèi)最高爆發(fā)壓力。限制缸內(nèi)最高爆發(fā)壓力。p不能兼顧高低速；不能兼顧高低速；p加速響應特性惡化。加速響應特性惡化。 從排氣能量變化到進氣壓力從排氣

39、能量變化到進氣壓力的建立需一定時間，的建立需一定時間，二、廢氣渦輪增壓器的能量回收二、廢氣渦輪增壓器的能量回收 根據(jù)排氣能量利用方式渦輪增壓器分為：定壓增壓根據(jù)排氣能量利用方式渦輪增壓器分為：定壓增壓 脈沖增壓脈沖增壓 1) 定壓渦輪增壓系統(tǒng)定壓渦輪增壓系統(tǒng)能量回收：排氣狀態(tài)能量回收：排氣狀態(tài)b下，廢下，廢氣最大做功能力氣最大做功能力=面積面積b-f-1-b；由由b狀態(tài)膨脹到渦輪入口狀態(tài)膨脹到渦輪入口(pT)的能量的能量=面積面積b-e-5-b ；在穩(wěn)壓箱內(nèi)轉化為熱量加熱廢在穩(wěn)壓箱內(nèi)轉化為熱量加熱廢氣氣渦輪入口狀態(tài)由渦輪入口狀態(tài)由e變?yōu)樽優(yōu)閑 實際推動渦輪工作的能量實際推動渦輪工作的能量=面積

40、面積2-4-e-f-2 +面積面積 i-g-4-2（掃氣）（掃氣）能量平衡：推動渦輪工作的能量能量平衡：推動渦輪工作的能量 渦輪機效率渦輪機效率=渦渦輪機推動壓氣機做功所消耗的能量。輪機推動壓氣機做功所消耗的能量。）（壓氣機消耗的總能量面積mC/)(CTTWWfegi特點：增壓后特點：增壓后泵氣正功泵氣正功=面積面積a-5-4-3-a 。 定壓增壓定壓增壓排氣能量利用效率低：從損失能量排氣能量利用效率低：從損失能量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； 定壓增壓定壓增壓低速轉矩特性和加速響應特性較差。低速轉矩特性和加速響應特性較差。WC=面積

41、面積i-g-a-0=面積面積2-3-a-0+ 面積面積i-g-3-2掃氣所需能量掃氣所需能量進氣壓力進氣壓力pb壓入氣缸所需能量壓入氣缸所需能量C:壓氣機效率m:機械效率(增)2）脈沖渦輪增壓系統(tǒng)：）脈沖渦輪增壓系統(tǒng)： 目的：盡可能目的：盡可能 廢氣能量廢氣能量(b-e-5-b)的回收利用率。的回收利用率。 特點：排氣管設計成短而細；特點：排氣管設計成短而細； 盡可能減小排氣系統(tǒng)容積盡可能減小排氣系統(tǒng)容積 使使排氣直接迅速噴入渦輪機膨脹做功排氣直接迅速噴入渦輪機膨脹做功 減小節(jié)流損失。減小節(jié)流損失。 為減小各缸排氣中壓力波的相互干擾；為減小各缸排氣中壓力波的相互干擾； 將相鄰發(fā)火氣缸的排氣支管

42、互相隔開，使將相鄰發(fā)火氣缸的排氣支管互相隔開，使 同一根排氣管內(nèi)無其他缸同時排氣現(xiàn)象。同一根排氣管內(nèi)無其他缸同時排氣現(xiàn)象。 =40%50% 3）定壓增壓系統(tǒng)與脈沖增壓系統(tǒng)的比較）定壓增壓系統(tǒng)與脈沖增壓系統(tǒng)的比較定壓增壓系統(tǒng)：排氣管容積大，脈動能量損失定壓增壓系統(tǒng)：排氣管容積大，脈動能量損失 排氣能量回效率排氣能量回效率脈沖增壓；脈沖增壓； b2.5時時定壓增壓定壓增壓脈沖增壓：掃氣性脈沖增壓：掃氣性 ，因排壓處于波谷，因排壓處于波谷充氣效充氣效率，率， 缸缸內(nèi)高溫零件熱負荷。內(nèi)高溫零件熱負荷。加速響應性：排管容積小加速響應性：排管容積小脈沖增壓脈沖增壓定壓增壓定壓增壓渦輪效率：脈沖增壓渦輪效率

43、：脈沖增壓1.4 b1.4區(qū)：隨區(qū)：隨 b ，排放明顯改善排放明顯改善2.5 bPe 2）渦輪增壓器與發(fā)動機的匹配原理）渦輪增壓器與發(fā)動機的匹配原理1. 增壓器流量特性的選擇：增壓器流量特性的選擇：根據(jù)發(fā)動機匹配目的選擇不同流量特性的增壓器根據(jù)發(fā)動機匹配目的選擇不同流量特性的增壓器最求高速性：配入口面積較大渦輪增壓器最求高速性：配入口面積較大渦輪增壓器II型型 但低速轉矩特性差。但低速轉矩特性差。 改善低速特性：配入口截改善低速特性：配入口截面較小渦輪增壓器面較小渦輪增壓器I型；型；但高速流動損失但高速流動損失 ，高速性，高速性 2. 渦輪增壓器與發(fā)動機的聯(lián)合運行特性渦輪增壓器與發(fā)動機的聯(lián)合運

44、行特性分析分析匹配效果匹配效果壓氣機特性曲線上，繪制壓氣機特性曲線上，繪制發(fā)動機最低轉速下的負荷發(fā)動機最低轉速下的負荷特性、全負荷速度特性和特性、全負荷速度特性和最高轉速下的負荷特性。最高轉速下的負荷特性。 分析內(nèi)容：分析內(nèi)容： b符合設計要求符合設計要求? 發(fā)動機整個運行工況是否在發(fā)動機整個運行工況是否在高效率區(qū)高效率區(qū)? 流量范圍流量范圍偏小時偏小時流量范圍流量范圍偏大時偏大時3. 渦輪增壓器與發(fā)動機的匹配渦輪增壓器與發(fā)動機的匹配AR面徑比：面徑比： A/Rnb 噴入排氣動量矩噴入排氣動量矩 A/R。 增壓器匹配時需要優(yōu)化面徑增壓器匹配時需要優(yōu)化面徑比比A/R。 壓氣機葉輪和渦殼：決定壓氣

45、機特性曲線壓氣機葉輪和渦殼：決定壓氣機特性曲線改變?nèi)~改變?nèi)~片擴壓器進口角、喉口面積片擴壓器進口角、喉口面積可適當移動喘振線；可適當移動喘振線；增加葉片擴壓器喉口面積和葉輪喉口面積增加葉片擴壓器喉口面積和葉輪喉口面積可可 堵塞堵塞流量。但發(fā)動機的聯(lián)合運行區(qū)域流量。但發(fā)動機的聯(lián)合運行區(qū)域由由A/R調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)。 A/R小小低速時動量矩足夠低速時動量矩足夠nb ，改善低速性能，改善低速性能， 隨隨E/G的的n ，臨界臨界阻阻力力 ，高速性，高速性 ；A/R大大R一定一定A ，改改善高速增壓效果；善高速增壓效果； 但低速動量矩但低速動量矩 ，增壓器，增壓器做功能力做功能力 ，低速性差。，低速性差。 A/

46、R對性能的影響對性能的影響: p 普通廢氣渦輪增壓器不能兼顧發(fā)動機高、低速性普通廢氣渦輪增壓器不能兼顧發(fā)動機高、低速性 4VGT/VNT 兼顧高低速性能的重要措施兼顧高低速性能的重要措施可變可變A/R技術。技術。 典型：典型：VGT (Variable Geometry Turbocharger)或或VNT (Variable Nozzle Turbocharger)。特點：特點：R一定條件下，一定條件下，根據(jù)根據(jù)E/G不同不同n 通過可通過可動翼片調(diào)節(jié)渦輪入口截動翼片調(diào)節(jié)渦輪入口截面積面積A實現(xiàn)面徑比可實現(xiàn)面徑比可變。變。VGS控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)及控制效果：及控制效果：控制控制MAP控制邏輯框

47、圖控制邏輯框圖 控制效果控制效果 3.5 EGR系統(tǒng)（廢氣再循環(huán)）系統(tǒng)（廢氣再循環(huán)）殘余廢氣系數(shù)：評價氣缸換氣的完善程度殘余廢氣系數(shù)：評價氣缸換氣的完善程度 EGR：調(diào)節(jié)混合氣成分，：調(diào)節(jié)混合氣成分，混合氣總熱容混合氣總熱容控制控制燃燒速率，燃燒速率， Tz，有效降低，有效降低NOx。 一、一、EGR率定義：率定義：%100EGRaEGRGG率無無EGR時進入氣缸時進入氣缸的空氣流量的空氣流量 有有EGR時進入氣缸時進入氣缸的空氣流量的空氣流量 EGREGRaaGGGEGR流量流量 %100COCOCOCOEGRO, 2EGR, 2O, 2mix, 2率 定義定義2： EGR混合后的混合后的CO2濃度濃度 流經(jīng)流經(jīng)EGR管氣體管氣體的度的度 CO2濃度濃度 大氣中的大氣中的CO2濃度濃度 專用測專用測試設備試設備 定義定義1： 二、二、EGR對發(fā)動機性能的影響對發(fā)動機性能的影響 汽油機實施汽油機實施EGR：進氣流量：進氣流量 ，但噴油量也，但噴油量也 ， A/