第4章-換氣過程與循環(huán)充量

汽車發(fā)動機(jī)原汽車工程: -

點燃式和壓燃式內(nèi)工作過程、燃燒理論、性能分析及參數(shù)調(diào)第1章性能指標(biāo)與影響因素 第3章工作循環(huán)與能量利用第4過程與進(jìn)氣第5行特性與第二部分：燃燒與排第6的基礎(chǔ)知第7混合氣形成與燃燒第8油機(jī)混合氣形成與燃燒第9章有害排放物的生成與控第10 新燃燒方式與替 力

四沖程發(fā)動機(jī)換氣過四沖程發(fā)動機(jī)換氣過充量系數(shù)的定義及影響因換氣(Gasexchange)

Tsinghua周期性、非穩(wěn)態(tài)流動過程(準(zhǔn)周期流quasi-flow)PηG

ηη

(H

)V

2in)

csR a 問問最大限度地吸入新鮮充量—c保證各缸進(jìn)氣均減小換氣損在缸內(nèi)形成合理的流場，以控制混合氣形成和燃燒(第二篇換氣過程的目的主要

1換氣過程與

Tsinghua進(jìn)排氣動態(tài)效

換氣過程從膨脹沖程末期排氣門開啟時主要進(jìn)排氣動態(tài)效

換氣過程換氣過程與主要

2換氣過程

Tsinghua

排氣過程自由排氣階段(超、亞臨界):進(jìn)排氣動態(tài)效

pc

1

亞臨界流量

p2 p(1)/

2pe

c c

強制排氣階段:

pe TFtc超TFtc

進(jìn)氣過程問題是充量系數(shù)c的問注意：對超臨界流，下游條件(壓力溫度注意：對超臨界流，下游條件(壓力溫度)不影響流主要

1排氣早開角

Tsinghua進(jìn)排氣動態(tài)效

影響自由排氣損失和泵氣損失,對c影響不存在最佳eo:(p自排＋p泵排轉(zhuǎn)速增加,eo適當(dāng)增大(提前主要

排氣晚關(guān)角

Tsinghua進(jìn)排氣動態(tài)效

過小，慣性利用不過大，廢氣存在最佳進(jìn)氣早開角過小，進(jìn)氣過大，廢氣倒流進(jìn)氣管（回火存在最佳2進(jìn)氣晚關(guān)角存在最佳主要進(jìn)排氣動態(tài)效

5氣5氣自吸式汽油機(jī)<40,自吸式柴油機(jī)增壓柴油機(jī)＝80～160：掃氣可降低缸內(nèi)殘余廢氣；冷卻降低熱負(fù)角：汽油機(jī)＜柴油機(jī)＜增壓角：汽油機(jī)＜柴油機(jī)＜增壓結(jié)論隨轉(zhuǎn)速升高，最佳相位角應(yīng)增四個相位角中，進(jìn)氣晚關(guān)角對充量系數(shù)響最大，排氣早開角對換氣損失影響最最佳相位角，增壓機(jī)與非增壓機(jī)可變配氣正時(VariableValveTiming)分

TsinghuaClassificationofCam-PhaseChanging可變相可變升可變相位和升無凸輪CamlessElectromagneticcontrol可變配氣正時技術(shù)

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=可變正時控1.8L1.8Li- PorscheVariocam

Tsinghua可變氣門正時(BMW

Tsinghua寶馬電子連續(xù)可變氣門升可變配氣正時技術(shù)

Tsinghua 缸內(nèi)直噴技術(shù)(化學(xué)計量比Benefitsfromcam-variableto

TsinghuaBetterfuelLess CylinderImprovementisupto10-RammingeffectduringengineImprovementisuptoEliminationofexternalReductionofNOxisuptoReductionofHCisuptoReductionofCOisupto電磁控制無凸輪可變氣門正

TsinghuaClose

CenterActuator

OpenClosing

電磁控制無凸輪可變氣門正

TsinghuaCurrentCurrent1

CurentClosingMagnetCurrentOpenerMagnetValveLiftValveLiftValveLift480

Time

Control

ControlEdge Electromechanicalvalvetrain

TsinghuaLotusactivevalvetrain

TsinghuaElectrohydraulicElectrohydraulic主要

1)充量系數(shù)c的定

Tsinghua

c=實際進(jìn)氣質(zhì)量/理論進(jìn)氣質(zhì)進(jìn)排氣動態(tài)效

ma c sVs c標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)大氣密度(自吸式壓氣機(jī)后增壓空氣密標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)大氣密度(自吸式壓氣機(jī)后增壓空氣密(增壓式實測 、孔板、層流、渦列量計）(質(zhì)量流量法測進(jìn)氣管內(nèi)氣體狀態(tài)參數(shù)，如溫度力，求出ma(速度密度法主要進(jìn)排氣動態(tài)效

Tsinghua充充量系數(shù)c的定c的解析式混合氣空氣量進(jìn)氣晚關(guān)壓c(ε1)pKT psΔpasR(TΔT a'RTr'Va'/VaVr'/Vc括號內(nèi)第一項與進(jìn)氣相關(guān)，影響括號內(nèi)第二項與排氣相關(guān)，影響進(jìn)進(jìn)氣門晚關(guān)系數(shù)主要

2)充量系2)充量系數(shù)c的影響因流動阻力沿程損失（次）＋局部損失（主 lpy 空氣濾清器空氣濾清器

pj

2結(jié)論自吸結(jié)論自吸式發(fā)動Δpaps為汽油機(jī)中、低負(fù)時ΔpaΔpa為c的最大影因節(jié)氣門前流動Part進(jìn)進(jìn)氣門節(jié)流進(jìn)進(jìn)氣系統(tǒng)流動 Loss=主要

2)充量系數(shù)c的影響因流動阻力

Tsinghua進(jìn)排氣動態(tài)效

注意：平衡流動損失與缸內(nèi)渦流比（柴油機(jī)和GDI汽油機(jī)渦流比＝進(jìn)氣切向渦流轉(zhuǎn)速/發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn) 2V-DI：兩氣門直流通系數(shù)Flow實際流率/理論流率（活塞面積Flowpatternsincombustion

Tsinghua渦

Intake進(jìn)氣

滾

壓縮/膨脹SquishEIEI燃燒誘導(dǎo)湍流(turbulence)與渦流、滾流和擠流是什么關(guān)系主要進(jìn)排氣動態(tài)效

2)充量系數(shù)2)充量系數(shù)c的影響因流動阻力特別注意氣門口的流動阻力平均馬赫數(shù)Ma a pKnsDm(μf a sdMam＞0.5c會急速下s-流量系數(shù)discharge實際流通面積實際流通面積幾何流通面積 4氣門(FordZetec- 4氣門(FordZetec- 進(jìn)排氣動態(tài)效4氣門技術(shù)還有什么

3氣門（MB3氣門（MBV6）2)充量系數(shù)c的影響因流動阻力降低馬赫數(shù)措施提高氣門流通面積。2氣門(ds/D)220-25%，4氣門則30%氣門數(shù)↑，轉(zhuǎn)矩↑，允許最高轉(zhuǎn)速↑最大功率主要

2)充量系數(shù)c的影響因進(jìn)氣升溫（△Ta′↑，工質(zhì)密度↓c

Tsinghua進(jìn)排氣動態(tài)效

△Ta′由下列四項組成式中△Tw—高溫壁面?zhèn)鳠崴鸬臏?KaTs

ζε

ΔpaΔpζ

→合理冷卻，降低熱負(fù)s (ε1)ps

R r'R

△TL—壓力損失變?yōu)槟Σ翢嵋鱐r—殘余廢氣與新氣混合引起→減小殘余廢氣系△Tg—進(jìn)氣過程中 氣化、熱所引起的溫度降低（負(fù)值主要

充量系數(shù)c的影響因配氣相

Tsinghuac(ε1)pKT ζεpsΔpasR(TΔT a'RTr'進(jìn)排氣動態(tài)效Va'/Va1Vr'/Vc1

進(jìn)氣晚關(guān)角,,但p排氣晚關(guān)角,,但因此：存在最有利的進(jìn)、排但進(jìn)氣晚關(guān)角影響更其它因排氣壓力和進(jìn)氣氣主要

穩(wěn)態(tài)進(jìn)氣速度特性（工況

Tsinghua進(jìn)排氣動態(tài)效

速度的變化規(guī)律。c決定了發(fā)動機(jī)的最大汽油機(jī)：n↑，c↓；部分負(fù)荷時n↑c↓↓（斜率更大柴油機(jī)：n↑，c↓（但斜率小于汽）;部分負(fù)荷時，c略升主要

3)穩(wěn)態(tài)進(jìn)氣速度特性（工況

Tsinghua進(jìn)排氣動態(tài)效

分析充量系數(shù)c隨發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷化規(guī)律的原 氣化占體積,c減小,且不速變B—進(jìn)氣溫升:低速傳熱時間加長△Ta′偏高;高速C—具有最佳進(jìn)氣晚關(guān)角的進(jìn)氣速特性主要進(jìn)排氣動態(tài)效

3)穩(wěn)態(tài)進(jìn)3)穩(wěn)態(tài)進(jìn)氣速度特性（工況進(jìn)氣晚關(guān)角對充量系數(shù)c的影D2曲線晚關(guān)角>D1曲線晚關(guān)進(jìn)氣晚關(guān)角加大，低速充量系數(shù)降低，而高速充氣性能C曲線是不同進(jìn)氣晚關(guān)角D可變配氣正時(VVT)技術(shù)既可以用主要進(jìn)排氣動態(tài)效

進(jìn)氣壓力進(jìn)氣壓力V10V10主要進(jìn)排氣動態(tài)效

排氣Tsinghua排氣V10V10主要

Tsinghua進(jìn)排氣動態(tài)效

管道中壓力波的基音速與壓力壓力波：當(dāng)管道界面處產(chǎn)生一個區(qū)段，然后依次向前。靜止介質(zhì)中，壓力波的速度就是aa dpd E/a kRT kpaAadvaAapApdpAdp

pCdpkpaAaAdadvAda主要

Tsinghua進(jìn)排氣動態(tài)效

管道中壓力波的基音速與壓力壓力波：當(dāng)管道界面處產(chǎn)生一個區(qū)段，然后依次向前。靜止介質(zhì)中，壓力波的速度就是

aa dpd E/vaa kRTkp若介質(zhì)具有速度v，則壓力 速度c=v±a主要進(jìn)排氣動態(tài)效

Tsinghua1)管道中壓力 的基本知 壓力單波及其分壓力單波：管中某一點向左右兩方以波速 的擾動沿管道正方 的叫右行波；向 一方 的叫左行波

之，使該處壓力/速度下降者叫疏波(脹波) 右行壓縮波

dpL=-dpL=-左行壓縮波：dpL(+),dvL左行膨脹波：dpL(-),主要

Tsinghua進(jìn)排氣動態(tài)效封閉dvL=-dvR;dvL=dvR;dpL=-

1)管道中壓力 的基本知邊界條件與反射封閉端dv=dvR+dvL=0→dvL=-全正反射－反射波性質(zhì)及幅值均與波完開口端：p=pz(管外背壓)dp=dpR+dpL=0dpLdpR→部分負(fù)反射→全負(fù)反射主要進(jìn)排氣動態(tài)效

2)什么是進(jìn)、排2)什么是進(jìn)、排氣動壓力波進(jìn)氣后期到達(dá)壓力波進(jìn)氣后期到達(dá),c會有較大增加而前期和中期到達(dá),主要

Tsinghua進(jìn)排氣動態(tài)效

3)單缸機(jī)進(jìn)氣管動態(tài)效應(yīng)的利本循環(huán)(慣性效應(yīng)設(shè)進(jìn)氣門開啟時間為Δts周期為Δt＞Δts時,反射波對進(jìn)氣無Δt＜Δts時,反射波在進(jìn)氣后期到門口時，c主要進(jìn)排氣動態(tài)效

3)單缸機(jī)3)單缸機(jī)進(jìn)氣管動態(tài)效應(yīng)的利本循環(huán)(慣性效應(yīng)管長L與轉(zhuǎn)速n要合理匹配L太長，對c沒有影響；太小，多次回的密波和疏波相互抵主要

Tsinghua進(jìn)排氣動態(tài)效

單缸機(jī)進(jìn)氣管動態(tài)效應(yīng)的利上循環(huán)(波動效應(yīng)上循環(huán)殘余壓力波動的正壓波如于本循環(huán)進(jìn)氣時期，則會對c記氣門口處壓力波動頻f1=a進(jìn)氣f2=則：頻率比qf1/f2由左q=1,2,3…正整數(shù)時殘余疏波到達(dá)cq=1.5,2.5…,殘余密波到達(dá),對c主要進(jìn)排氣動態(tài)效

3)單缸機(jī)3)單缸機(jī)進(jìn)氣管動態(tài)效應(yīng)的利慣性效應(yīng)＋波動效應(yīng)＝增問題：c隨轉(zhuǎn)速和進(jìn)氣管長變化，僅在一狹方案：可變進(jìn)氣管長度技可變進(jìn)氣管長度技術(shù)(Audi

Tsinghua

Torque轉(zhuǎn)矩位

Power功率位可變進(jìn)氣管長度

Tsinghua 可變進(jìn)氣管長度技術(shù)(本田1.8升i-VTEC發(fā)動機(jī)

Tsinghua主要進(jìn)排氣動態(tài)效

Tsinghua多缸機(jī)的動態(tài)效應(yīng)與各缸不均勻互連通的，因而存在“進(jìn)氣 主要進(jìn)排氣動態(tài)效

Tsinghua4)多缸