当前课程知识点：汽车发动机原理 > 第四章：换气过程与进气充量 > 4.2 配气相位对发动机性能的影响 > Video
同学们好
这节课我们学习四冲程发动机的
配气相位角对发动机性能的影响
细心的同学可能早已发现
进气门 排气门的开启关闭时刻
并非正处于上止点或下止点
而是早开或晚关
进排气门相对于上下止点
早开晚关的四个角度
我们称之为进排气相位角
配气相位角
与进排气流动阻力
和压力波动效应直接相关
从而影响到进气充量
和换气损失
进而对发动机的动力性经济性
产生重要影响
下面我们对进排气门
为什么要早开和晚关
以及排气早开角 排气晚关角
进气早开角和进气晚关角
四个配气相位角是如何影响
换气过程以及发动机性能的
做详细分析
膨胀过程末期
缸内压力较高
如果到下止点才打开排气门
由于开启初期气门上升缓慢
开度也小
再加上气流因惯性
而不会马上高速流出
这些都会使排气不畅
排气损失和阻力增大
并间接影响充气量
因此要求排气门在下止点（口误）之前
提前开启
至于提前角就是排气早开角
这幅图展示的是转速不变
四个不同排气早开角
对应的排气过程
缸内压力线
每条排气线所形成的排气损失
由提前开启的自由排气损失
和排气冲程的泵气损失组成
可以看出排气开启时刻推后
自由排气损失小
而泵气损失大
排气开启时刻提前
则自由排气损失大
而泵气损失小
于是必然存在一个
最佳的排气早开角
使得总排气损失最小
研究发现转速对排气冲程的
泵气损失有重要影响
随着转速的上升
排气时间变短
排气阻力增大
造成泵气损失增加
如图所示
为了减少转速上升
带来的换气损失增加
往往需要增大排气门早开角
显然排气门早开角
影响泵气损失
对发动机的经济性有重要影响
需要随转速变化优化
排气门早开角
如果排气门在上止点关闭
此时废气还具有一定
往排气管流动的惯性
为充分利用这一惯性
增大排气量
排气门可在上止点之后
适当的时刻晚关
一般在缸内压力
接近排气背压时关闭
可获得最大的排气功效
这一延迟关闭角
就是排气晚关角
排气晚关角也有最佳值
排气晚关角过小
则排气惯性利用不足
排气不畅
排气晚关角过大
因活塞下行较多
当缸内压力小于排气背压
而使废气倒流会缸内时
残余废气量会增加
对发动机的燃烧和排放
会产生影响
最佳排气晚关角
也应随转速上升而加大
进气门若在上止点开启
则开启初期气门上升缓慢
流通面积小
以及进气气流加速滞后等的影响
会使缸内真空度加大
进气量减少
进气损失增大
所以要求进气门适当提前开启
这就是进气早开角
进气早开角也有最佳值
过大会回火
过小则进气不足
随着转速上升
最佳进气早开角也应适当加大
进气门晚关
主要是为了充分利用下止点时
高速进气气流的惯性
增大进气充量
进气门若能推迟到气缸压力
接近进气门外背压时关闭
将获得最大的惯性效应
进气门晚于下止点关闭的角度
叫进气晚关角
进气晚关角过小
则不能充分利用进气惯性
过大则有可能把已充入
缸内的新鲜充量
推回进气管
所以存在最佳的进气晚关角
且随转速上升而加大
进气晚关角直接影响
进气充量系数
同时也影响进气流动损失
和有效压缩比
从而对发动机的动力性和经济性
有重要影响
最后我们结合进气早开角
和排气晚关角来了解
气门重叠角对发动机性能的影响
进气门早开和排气门晚关
必然形成气门重叠开启
不同发动机对于气门重叠角
有不同的要求
对自然吸气汽油机
进气早开角比较敏感
因为此时废气容易倒入进气管
有可能出现回火
负荷越低
节气门开度越小
进气管内真空度加大
更容易出现回火
因此汽油机重叠角
一般小于40度曲轴转角
对于自然吸气柴油机
尤其充入气缸的是空气
而不是混合气
新鲜充量排出
以及废气倒入进气管的影响
都不大
此外低负荷时
也没有进气管真空度加大的现象
所以重叠角可以适当加大
一般大约在60曲轴转角左右
对增压柴油机
一般进气门外的压力高于
排气背压
气门重叠期会出现扫气
扫气的优点很多
既可以扫除更多的废气
降低残余废气系数
增加进气充量
又可以冷却排气门
喷油嘴等高温零件
降低燃烧时壁温和热负荷
所以增压柴油机的重叠角
要加大 一般在80到160度曲轴转角
综上所述配气相位角
对发动机的性能有重要影响
最佳配气相位角
随着发动机工况的变化而变化
二十世纪末发展起来的
可变气门正时技术
简称VVT技术
让配气相位角在各种工况下
保持在最佳状态成为了可能
VVT是通过改变进排气门开启
和关闭时刻
或者是改变气门升程
以满足发动机在不同转速
和负荷工况下对进排气
流通特性的要求
实现VVT的方法和机构多种多样
但归根到底都是控制
进排气门的相位或者是升程
据此我们可以把VVT分成三类
可变相位VVT
可变升程VVT
以及可变相位和升程VVT
实际应用中以可变相位VVT
以及可变相位和升程VVT为主
仅平移进排气相位
带来的好处有限
若能实现相位和升程
都可变
则可以使发动机的动力性经济性
得到更好的优化
以本田的可变气门相位
和升程电子控制系统
简称VTEC为例
如图所示它有怠速/加速
和巡航两组不同的凸轮型线组合
如在加速工况
一个进气门由高功率
输出凸轮驱动
发动机可以获得良好的动力性
而在巡航工况
该进气门改由燃油经济性
凸轮驱动
按进气门晚关正时模式工作
以获得良好的经济性
VVT技术可以灵活控制进气充量
已成为现代车用汽油机的
一种平台技术
关于四冲程发动机
配气相位角对发动机性能的影响
就介绍这里
同学们再见
-0.1 总论
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-0.2 车用发动机的种类
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-1.1 示功图及其测取
--Video
-1.2 四冲程发动机示功图分析
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-1.3 二冲程发动机示功图分析
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-1.4 性能指标分类与循环指示功
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-1.5 动力、经济性能指标与测定换算
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-1.6 影响动力、经济性能指标的环节和因素
--Video
-第一章习题(计入课程成绩)--作业
-2.0 导论
--Video
-2.1 燃料的分类
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-2.2 汽油、柴油的炼制
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-2.3 汽油的理化特性
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-2.4 柴油的理化特性
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-2.5 燃料构成与理化特性
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-2.6 汽油、柴油质量标准
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-2.7 燃料与发动机工作模式
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-2.8 工质主要热力参数
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-2.9 燃烧热化学
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-第二章习题(计入课程成绩)--作业
-3.0 导论
--Video
-3.1 热力过程与热机循环的简化
--Video
-3.2 理论循环分类及循环热效率
--Video
-3.3 理论循环热力参数对热效率的影响
--Video
-3.4 工质对循环热效率的影响
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-3.5 真实循环对热效率的影响
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-3.6 机械损失的构成
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-3.7 机械损失的测量方法
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-3.8 机械效率的影响因素
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-3.9 发动机的能量分配与转化效率
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-3.10 发动机的节能途径与技术
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-第三章：工作循环与能量利用--第三章习题(计入课程成绩)
-4.0 导论
--Video
-4.1 四冲程发动机换气系统及换气过程
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-4.2 配气相位对发动机性能的影响
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-4.3 充量系数的解析式
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-4.4 进气阻力对充量系数的影响
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-4.5 其他因素对充量系数的影响
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-4.6 充量系数的速度特性
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-4.7 压力波及其传播特性
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-4.8 单缸机的进排气动态效应
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-4.9 多缸机的进排气动态效应与进气不均匀性
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-4.10 四冲程发动机增压系统及性能
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-4.11 二冲程发动机的换气过程与换气质量
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-第四章习题(计入课程成绩)--作业
-5.0 导论
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-5.1 发动机运行工况
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-5.2 发动机特性曲线分类
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-5.3 发动机速度特性
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-5.4 发动机负荷特性
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-5.5 发动机全特性
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-5.6 发动机外特性与整车动力性
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-5.7 发动机全特性与整车经济性
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-5.8 混合动力专用发动机及其运行特性
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-第五章习题(计入课程成绩)--作业
-期中考试（只有一次答题机会！）--期中测试题（占30%总分）
-6.0 导论
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-6.1 燃烧现象及其分类
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-6.2 可燃混合气的着火与着火理论
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-6.3 湍流及其在燃烧中的作用
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-6.4 均质混合气中的火焰传播
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-6.5 液体燃料的雾化
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-6.6 油滴的蒸发与燃烧
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-6.7 示功图与燃烧放热率
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-第六章习题(计入课程成绩)--作业
-7.1 柴油机燃烧过程分析
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-7.2 柴油机燃烧放热规律
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-7.3 柴油机燃油喷射系统
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-7.4 柴油机喷油过程
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-7.5 柴油机缸内气流运动
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-7.6 柴油机燃烧室的分类及其特性
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-7.7 柴油机混合气形成方式
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-7.8 柴油机粗暴燃烧与燃烧噪声
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-第七章习题(计入课程成绩)--作业
-8.1 汽油机燃烧过程分析
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-8.2 汽油机的不正常燃烧：爆燃和表面点火
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-8.3 汽油机的不规则燃烧：循环波动和各缸不均匀性
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-8.4 汽油机燃油喷射系统及其演变
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-8.5 非直喷汽油机燃烧室及其特性
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-8.6 汽油机进气道喷射与混合气形成
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-8.7 汽油机缸内直喷与混合气形成
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-第八章习题(计入课程成绩)--作业
-9.1 有害排放物种类及其危害
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-9.2.1 NO的生成机理
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-9.2.2 CO和HC的生成机理
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-9.2.3 PM和Soot的生成机理
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-9.3 有害排放物生成的影响因素
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-9.4 汽油机机内净化技术
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-9.5 柴油机机内净化技术
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-9.6 汽油机后处理技术
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-9.7 柴油机后处理技术
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-第九章习题(计入课程成绩)--作业
-10.1 燃烧模式及其分类
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-10.2 汽油机均质混合气压燃（HCCI）模式
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-10.3 柴油机均质混合气压燃（HCCI）模式
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-10.4 内燃机部分预混压燃（PCCI）模式
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-10.5 均质混合气引燃（HCII）模式
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-10.6 天然气发动机
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-10.7 氢燃料发动机
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-10.8 二甲醚发动机
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-10.9 甲醇发动机
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-10.10 乙醇发动机
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-10.11 生物柴油发动机
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-第十章习题(计入课程成绩)--作业
-期末考试--期末测试题（占30%总分）
