发动机充量系数分析研究
发动机充量系数分析研究[20200408212555]
摘 要
根据换气过程的定义，从排气、进气、燃烧室扫气这三个角度阐明了充气效率对发动机性能的影响，并引出充量系数这一评定换气过程好坏的指标参数；结合发动机的结构参数、大气及进气行程缸内工质的状态参数等，导出充量系数公式，由此分析影响充量系数的主要因素，并在此基础上，提出了提高充量系数的结构及技术措施；由进气马赫数的分析可知，采用多气门结构、短行程发动机等可进一步提高充气效率；针对兼顾并提高发动机高、低转速时充量系数的先进技术，如可变进气歧管技术、可变气门正时技术、可变气门升程技术等在文中进行描述。
摘要……………………………………………………………………………………………Ⅰ
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:充量系数换气过程可变技术进气马赫数
目 录
AbstractⅡ
1.引言1
2.发动机的换气过程2
2.1排气阶段2
2.1.1自由排气阶段2
2.1.2强制排气阶段3
2.1.3惯性排气阶段3
2.2进气阶段3
2.2.1准备进气阶段3
2.2.2正常进气阶段4
2.2.3惯性进气阶段4
2.3气门重叠和燃烧室扫气4
2.4小结5
3.影响充量系数的因素6
3.1充量系数分析式6
3.2进气（或大气）的状态8
3.3进气终了的气缸压力8
3.4进气终了的气缸温度10
3.5残余废气系数10
3.6压缩比11
3.7进、排气相位角11
4.提高充量系数的措施12
4.1降低进气系统的流动阻力12
4.1.1空气滤清器12
4.1.2进气管、进气道12
4.1.3进气门13
4.2减少对进气充量的加热16
4.3降低排气系统流通阻力17
4.4合理选择配气定时17
5.典型提高充量系数技术的分析研究19
5.1可变技术19
5.1.1可变进气歧管长度技术19
5.1.2可变气门正时和升程技术22
5.2发动机进气增压技术24
5.2.1机械增压25
5.2.2废气涡轮增压25
6.结语27
参考文献28
1.引言
从卡尔?本茨造出第一辆三轮汽车开始，人们正式步入了汽车时代。一百多年期间，汽车产业发展迅速，涌现出来像丰田、大众、通用、菲亚特等一大批汽车行业的巨头企业。随着改革开放的深入，我国的汽车行业蓬勃发展，从中外合资到独立研发，从技术引进到成品输出，实现了“二级跳”式的跨越。而且汽车这种现代化的交通工具逐步走进了寻常百姓家，至2013年年底，我国汽车保有量已经达到了1.37亿辆，跟2003年相比较，10年间翻了两番多。
有人拿汽车行业的发展水平来估算一个国家经济水平的强弱。是的，汽车行业涉及机械制造业、服务业、电子信息产业等等几乎每一个领域，因而我相信它完全可以像诺基亚一样撑起一个国家的GDP产值。
汽车是高科技的产物，包含着人们的智慧。若是把汽车比作一个人身体的话，那发动机便是其“心脏”。发动机的运行功率、转矩，还有有效压力跟换气过程有直接关系。本论文第二章花了大篇幅说明两者之间的联系，这为下文埋下了伏笔。第三章是在气体学知识上通过公式得到影响充量系数的因素。当混合气质量增加，充气效率加大，机械损失降低到最低时，随着转速提高，发动机有效功率和转矩也会随着上升，但受到进气阻力和配气相位的影响，有效功率和转矩会受到很大制约。因此，第四章就是专门对这些影响充量系数因素来进行分析的一个大章。本着紧扣时代性的原则，本论文删除了化油器的内容，而对于可变、增压这些技术着重介绍。除了大量理论分析之外，本文穿插了汽修方面的实际例子。
通过本课题的分析研究，旨在使加深对传统技术的了解，提高分析解决问题的能力等。此外，通过本课题研究让自己巩固已学知识，拓展知识面，拓宽视野和思路，使综合能力得到进一步的提高。
2.发动机的换气过程
发动机通常采用顶置式气门的配气机构来换气，从排出本循环缸内的废气到下一次循环吸入新鲜充量的整个过程就是换气过程。举常见的四冲程发动机为例，它的换气过程从排气门开启到进气门关闭的整个时期，约占410°～480°CA，这实际上已经超过了两个循环冲程的转角。由于发动机转速很快，在这么短暂时间内达到排气干净、进气充足的效果是很困难的；而且受到进、排气门结构和发动机工况负荷的变化的影响，使得气门的开闭不能按曲轴转角180°来考虑。在换气时，气缸内的气体工质又要随着温度和压力的变化而变化，这里还涉及到复杂的气体动力学知识。
图2-1为四冲程发动机的换气过程，由图可知气缸压力、排气管压力以及进、排气门相对流通截面积随曲轴的变化关系。排气过程可分为排气阶段和进气阶段两大部分。
图2-1 四冲程发动机的换气过程
2.1排气阶段
2.1.1自由排气阶段
自由排气阶段是指从排气门打开到活塞行至下止点（也就是气缸内压力接近排气管内压力）这个时间段内，利用缸内和排气管内的压差在不借助外力条件下自行排气的过程。
由于气门受结构和配气惯性力的限制，气门从开启到达到最大开度这个过程不能瞬时完成。如果活塞运行至下止点才开启排气门的话，此时排气流通截面会很小，导致排出废气量很少，而已燃气体堆积在缸内形成很强的反压力，当活塞向上运动时会增加排气行程所消耗的功。因此，发动机的活塞到达下止点的某一曲轴转角时排气门就需要提前开启，（图2-1中的b’点）这一段角度称为排气提前角。一般排气提前角的范围是30°～80°曲轴转角。当然，排气提前角的大小跟发动机的工作方式、转速以及增压与否有关。
排气门打开后，气体在截面处的流动状态先后经历了超临界流动和亚临界流动这两个阶段。由图2-1可知，在排气提前角打开时气缸内压力大于排气管压力达到两倍以上，此时排气流动处于超临界状态，废气排放量完全不受排气管内压力的影响。根据工程热学气体相关知识可知：排气处于超临界状态时，气体的流速等于在该状态下外界声音的速度，公式为：v=c= ，其中，v为气体流速，c为当地声速。此时排气阻力巨大，在排气过程中伴有刺耳噪音，所以排气管内需要装有消声器。
随着活塞向下止点移动，废气大量流出，缸内压力下降。当缸内压力与排气管内压力之比降到1.9以下时，气体流动状态进入亚临界范围内，此时排气量跟排气门流量截面和排气门前后压力差有关。
自由排气阶段占用整个排气时间不大，大约1/3；但废气排量相当可观，可达排放总量的60%。一般到下止点10°～30°自由排气就结束了。
2.1.2强制排气阶段
强制排气是当排气状态进入亚临界范围内后才开始。这时，活塞移动至下止点方向，缸内压力很低，几乎和排气管内压强持平；活塞向上继续运动，由于内外压强差很小并且气体量减少，这使气体流速也开始减慢。所以这个阶段消耗时间会很长，而且排出的废气量也比自由排气阶段少很多。
2.1.3惯性排气阶段
在强制排气阶段活塞运行到上止点附近时，这时可利用气体的惯性来增强废气排出效果。活塞向上运动的过程中，如果排气门在活塞运动到上止点时准时关闭就会造成缸内压力快速上升，这样排气会不充分并且由于压强差减小排气所需的能量就要相应的增加。如果活塞过了上止点后才关闭排气门就能很好地解决这个问题，这段多出的曲轴转角叫做排气迟闭角，一般要达到10°～35°CA。
2.2进气阶段
进气阶段指进气门开启到关闭整个过程，由准备进气、正常进气和惯性进气三个阶段组成。
2.2.1准备进气阶段
进气的多少影响燃烧效率，为了使进气量尽可能的大，就要使气门截面开启时间增加，所以该阶段进气门在排气过程还未结束就已经提前开启，而且这时缸内外压力差开始增大可以加以利用来减小抽气所需的能量。这段提前开启的角度称作进气提前角，一般为10°～30°曲轴转角。虽然缸内压力降低但仍比外界大气气压高，所以在这个阶段进入气缸的新鲜工质总体较少。
摘 要
根据换气过程的定义，从排气、进气、燃烧室扫气这三个角度阐明了充气效率对发动机性能的影响，并引出充量系数这一评定换气过程好坏的指标参数；结合发动机的结构参数、大气及进气行程缸内工质的状态参数等，导出充量系数公式，由此分析影响充量系数的主要因素，并在此基础上，提出了提高充量系数的结构及技术措施；由进气马赫数的分析可知，采用多气门结构、短行程发动机等可进一步提高充气效率；针对兼顾并提高发动机高、低转速时充量系数的先进技术，如可变进气歧管技术、可变气门正时技术、可变气门升程技术等在文中进行描述。
摘要……………………………………………………………………………………………Ⅰ
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:充量系数换气过程可变技术进气马赫数
目 录
AbstractⅡ
1.引言1
2.发动机的换气过程2
2.1排气阶段2
2.1.1自由排气阶段2
2.1.2强制排气阶段3
2.1.3惯性排气阶段3
2.2进气阶段3
2.2.1准备进气阶段3
2.2.2正常进气阶段4
2.2.3惯性进气阶段4
2.3气门重叠和燃烧室扫气4
2.4小结5
3.影响充量系数的因素6
3.1充量系数分析式6
3.2进气（或大气）的状态8
3.3进气终了的气缸压力8
3.4进气终了的气缸温度10
3.5残余废气系数10
3.6压缩比11
3.7进、排气相位角11
4.提高充量系数的措施12
4.1降低进气系统的流动阻力12
4.1.1空气滤清器12
4.1.2进气管、进气道12
4.1.3进气门13
4.2减少对进气充量的加热16
4.3降低排气系统流通阻力17
4.4合理选择配气定时17
5.典型提高充量系数技术的分析研究19
5.1可变技术19
5.1.1可变进气歧管长度技术19
5.1.2可变气门正时和升程技术22
5.2发动机进气增压技术24
5.2.1机械增压25
5.2.2废气涡轮增压25
6.结语27
参考文献28
1.引言
从卡尔?本茨造出第一辆三轮汽车开始，人们正式步入了汽车时代。一百多年期间，汽车产业发展迅速，涌现出来像丰田、大众、通用、菲亚特等一大批汽车行业的巨头企业。随着改革开放的深入，我国的汽车行业蓬勃发展，从中外合资到独立研发，从技术引进到成品输出，实现了“二级跳”式的跨越。而且汽车这种现代化的交通工具逐步走进了寻常百姓家，至2013年年底，我国汽车保有量已经达到了1.37亿辆，跟2003年相比较，10年间翻了两番多。
有人拿汽车行业的发展水平来估算一个国家经济水平的强弱。是的，汽车行业涉及机械制造业、服务业、电子信息产业等等几乎每一个领域，因而我相信它完全可以像诺基亚一样撑起一个国家的GDP产值。
汽车是高科技的产物，包含着人们的智慧。若是把汽车比作一个人身体的话，那发动机便是其“心脏”。发动机的运行功率、转矩，还有有效压力跟换气过程有直接关系。本论文第二章花了大篇幅说明两者之间的联系，这为下文埋下了伏笔。第三章是在气体学知识上通过公式得到影响充量系数的因素。当混合气质量增加，充气效率加大，机械损失降低到最低时，随着转速提高，发动机有效功率和转矩也会随着上升，但受到进气阻力和配气相位的影响，有效功率和转矩会受到很大制约。因此，第四章就是专门对这些影响充量系数因素来进行分析的一个大章。本着紧扣时代性的原则，本论文删除了化油器的内容，而对于可变、增压这些技术着重介绍。除了大量理论分析之外，本文穿插了汽修方面的实际例子。
通过本课题的分析研究，旨在使加深对传统技术的了解，提高分析解决问题的能力等。此外，通过本课题研究让自己巩固已学知识，拓展知识面，拓宽视野和思路，使综合能力得到进一步的提高。
2.发动机的换气过程
发动机通常采用顶置式气门的配气机构来换气，从排出本循环缸内的废气到下一次循环吸入新鲜充量的整个过程就是换气过程。举常见的四冲程发动机为例，它的换气过程从排气门开启到进气门关闭的整个时期，约占410°～480°CA，这实际上已经超过了两个循环冲程的转角。由于发动机转速很快，在这么短暂时间内达到排气干净、进气充足的效果是很困难的；而且受到进、排气门结构和发动机工况负荷的变化的影响，使得气门的开闭不能按曲轴转角180°来考虑。在换气时，气缸内的气体工质又要随着温度和压力的变化而变化，这里还涉及到复杂的气体动力学知识。
图2-1为四冲程发动机的换气过程，由图可知气缸压力、排气管压力以及进、排气门相对流通截面积随曲轴的变化关系。排气过程可分为排气阶段和进气阶段两大部分。
图2-1 四冲程发动机的换气过程
2.1排气阶段
2.1.1自由排气阶段
自由排气阶段是指从排气门打开到活塞行至下止点（也就是气缸内压力接近排气管内压力）这个时间段内，利用缸内和排气管内的压差在不借助外力条件下自行排气的过程。
由于气门受结构和配气惯性力的限制，气门从开启到达到最大开度这个过程不能瞬时完成。如果活塞运行至下止点才开启排气门的话，此时排气流通截面会很小，导致排出废气量很少，而已燃气体堆积在缸内形成很强的反压力，当活塞向上运动时会增加排气行程所消耗的功。因此，发动机的活塞到达下止点的某一曲轴转角时排气门就需要提前开启，（图2-1中的b’点）这一段角度称为排气提前角。一般排气提前角的范围是30°～80°曲轴转角。当然，排气提前角的大小跟发动机的工作方式、转速以及增压与否有关。
排气门打开后，气体在截面处的流动状态先后经历了超临界流动和亚临界流动这两个阶段。由图2-1可知，在排气提前角打开时气缸内压力大于排气管压力达到两倍以上，此时排气流动处于超临界状态，废气排放量完全不受排气管内压力的影响。根据工程热学气体相关知识可知：排气处于超临界状态时，气体的流速等于在该状态下外界声音的速度，公式为：v=c= ，其中，v为气体流速，c为当地声速。此时排气阻力巨大，在排气过程中伴有刺耳噪音，所以排气管内需要装有消声器。
随着活塞向下止点移动，废气大量流出，缸内压力下降。当缸内压力与排气管内压力之比降到1.9以下时，气体流动状态进入亚临界范围内，此时排气量跟排气门流量截面和排气门前后压力差有关。
自由排气阶段占用整个排气时间不大，大约1/3；但废气排量相当可观，可达排放总量的60%。一般到下止点10°～30°自由排气就结束了。
2.1.2强制排气阶段
强制排气是当排气状态进入亚临界范围内后才开始。这时，活塞移动至下止点方向，缸内压力很低，几乎和排气管内压强持平；活塞向上继续运动，由于内外压强差很小并且气体量减少，这使气体流速也开始减慢。所以这个阶段消耗时间会很长，而且排出的废气量也比自由排气阶段少很多。
2.1.3惯性排气阶段
在强制排气阶段活塞运行到上止点附近时，这时可利用气体的惯性来增强废气排出效果。活塞向上运动的过程中，如果排气门在活塞运动到上止点时准时关闭就会造成缸内压力快速上升，这样排气会不充分并且由于压强差减小排气所需的能量就要相应的增加。如果活塞过了上止点后才关闭排气门就能很好地解决这个问题，这段多出的曲轴转角叫做排气迟闭角，一般要达到10°～35°CA。
2.2进气阶段
进气阶段指进气门开启到关闭整个过程，由准备进气、正常进气和惯性进气三个阶段组成。
2.2.1准备进气阶段
进气的多少影响燃烧效率，为了使进气量尽可能的大，就要使气门截面开启时间增加，所以该阶段进气门在排气过程还未结束就已经提前开启，而且这时缸内外压力差开始增大可以加以利用来减小抽气所需的能量。这段提前开启的角度称作进气提前角，一般为10°～30°曲轴转角。虽然缸内压力降低但仍比外界大气气压高，所以在这个阶段进入气缸的新鲜工质总体较少。
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