發(fā)動機原理第二章

發(fā)動機原理第二章第1頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月一、四沖程發(fā)動機的換氣過程1.換氣過程分為自由排氣、強制排氣、進氣和氣門疊開四個階段

1）自由排氣階段

從排氣門打開到氣缸壓力接近了排氣管壓力的這個時期，稱為自由排氣階段。到某一時刻，氣缸內和排氣管內的壓力接近，則自由排氣階段結束。當排氣門開啟，廢氣涌向排氣管時，排氣管壓力急劇上升，產生正壓力波并在管內往復傳播和反射。

第2頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月1.換氣過程四沖程發(fā)動機的換氣過程從排氣門開始打開到下止點這段曲軸轉角，稱為排氣提前角，一般為30~80°曲軸轉角。自由排氣約在下止點后10~30°曲軸轉角結束，由于此階段廢氣流速很高，故排出廢氣量達60%以上。第3頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月2)強制排氣階段此階段廢氣是由上行活塞強制推出。由于要克服排氣門、排氣道處的阻力，缸內平均壓力比排氣管平均壓力略高一些，一般高出10kPa左右。氣流的速度愈高，此壓差愈大，耗功愈多。為了利用高速氣流的慣性排除廢氣，排氣門是在活塞過了上止點后才關閉。從上止點到排氣門完全關閉這段曲軸轉角，稱為排氣遲閉角，一般為10°~35°曲軸轉角。3)進氣過程進氣門是在上止點前開始打開，以保證活塞下行時有足夠大的開啟面積，新鮮工質可以順利流入氣缸。一般進氣門提前開啟角為上止點前0°~40°曲軸轉角。進氣門也必須在下止點后才關閉，因為需要利用高速氣流的慣性，在下止點后繼續(xù)充氣，以增加進氣量。一般進氣門遲閉角為下止點后40°~70°曲軸轉角。1.換氣過程四沖程發(fā)動機的換氣過程第4頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月4)氣門疊開1.換氣過程四沖程發(fā)動機的換氣過程

由于排氣門的遲后關閉和進氣門的提前開啟，存在進、排氣門同時開著的現(xiàn)象，稱為氣門疊開，此時，進氣管、氣缸、排氣管互相連通，可以利用氣流的壓差、慣性或進、排氣管壓力波的幫助，清除殘余廢氣，增加進氣量，降低高溫零件的溫度，但注意不應產生廢氣倒流現(xiàn)象。在增壓發(fā)動機中，因其進氣壓力高，可以有較大的氣門疊開角。在非增壓發(fā)動機中，疊開角一般為0°~80°曲軸轉角，增壓柴油機可達80°~160°曲軸轉角。發(fā)動機類型不同，所占的曲軸轉角也個不相同，一般是由以往的產品及試驗決定的。第5頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)自由排氣階段A排開p>>p’

p=p’

靠缸內壓力將氣體擠出氣缸，其中p－缸內壓力,p’－排氣管內壓力。(2)強制排氣階段Bp=p’

pp’靠活塞上行將廢氣擠出氣缸。(3)超臨界排氣C排開p=1.9p’在氣閥最小截面處,氣體流速等于該地音速m/s。其流量與壓差（p-p’）無關,只決定于排氣閥開啟面積和氣體狀態(tài)。(4)亞臨界排氣Dp=1.9p’

排閉。其流量取決于壓差（p-p’）。1.換氣過程四沖程發(fā)動機的換氣過程第6頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月第7頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月2.換氣損失

換氣損失是由排氣損失和進氣損失兩部分組成。

1）排氣損失

從排氣門提前打開直到進氣行程開始，缸內壓力到達大氣壓力前循環(huán)功的損失，稱為排氣損失。它可分為：自由排氣損失，它是因排氣門提前打開，排氣壓力線偏離理想循環(huán)膨脹線，引起膨脹功的減少。強制排氣損失，它是活塞將廢氣推出所消耗的功。減小排氣系統(tǒng)阻力及排氣門處的流動損失，是降低排氣損失的主要方法。四沖程發(fā)動機的換氣過程第8頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月隨著排氣提前角增大，自由排氣損失面積增加，強制排氣損失面積減小，如圖中b曲線，如排氣提前角減少則強制排氣損失面積增加，如圖中c曲線。所以最有利的排氣提前角應使面積（W+Y）之和最小。2.換氣損失四沖程發(fā)動機的換氣過程

減少排氣損失的主要措施是：減小排氣系統(tǒng)阻力和排氣門處的流動損失。第9頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月2.換氣損失四沖程發(fā)動機的換氣過程2進氣損失由于進氣系統(tǒng)的阻力，進氣過程的氣缸壓力低于進氣管壓力而產生的損失。與排氣損失相比，它相對較小。如圖所示，排氣損失與進氣損失之和稱為換氣損失，由面積(Y+X+W)所示。在實際示功圖中，將面積(Y+X-d)所表示的負功為泵氣損失。第10頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月二、四行程發(fā)動機的充氣效率

充氣效率ηv是實際進入氣缸的新鮮工質量與進氣狀態(tài)下充滿氣缸工作容積的新鮮工質量的比值

充氣效率越大，表明發(fā)動機換氣質量越好，殘留于氣缸內的廢氣越少。每循環(huán)進入一定氣缸容積的新鮮工質量多，則發(fā)動機功率和扭矩可增加，動力性能好。式中m1、V1—實際進入氣缸的新鮮工質的質量、體積(進氣狀態(tài))；ms、Vs—進氣狀態(tài)下充滿工作容積的新鮮工質的質量、氣缸工作容積。1.充氣效率的概念第11頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月

實際發(fā)動機充氣效率可直接測定，用流量計測出發(fā)動機每小時實際充氣量(m3/h)，理論充氣量V(m3/h)由下面的公式算出式中vs—氣缸工作容積(L)；i—氣缸數(shù)；n—發(fā)動機轉速(r/min)。四行程發(fā)動機的充氣效率1.充氣效率的概念第12頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月2.影響充氣效率的因素

影響充氣效率的因素有：進氣(或大氣)的狀態(tài)、進氣終了的氣缸壓力和溫度、殘余廢氣系數(shù)、壓縮比及氣門正時等。

1）進氣終了的壓力Pa

進氣終了的壓力越高，充氣效率越大。

四行程發(fā)動機的充氣效率第13頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月2.影響充氣效率的因素

四行程發(fā)動機的充氣效率對汽油機來講：節(jié)氣門開度直接影響Pa值，當節(jié)氣門開度變小，Pa不僅下降，且隨轉速的增加而下降的越快。當節(jié)氣門開度一定時，轉速增加Pa下降，充氣效率下降。Pa主要取決于進氣管的阻力系數(shù)和氣體流速。2）進氣終了溫度Ta

進氣終了溫度高于進氣狀態(tài)溫度。引起Ta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。2)新鮮工質與高溫殘余廢氣混合而被加熱。解決方法是，對于增壓發(fā)動機采用進氣中冷；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。第14頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月2.影響充氣效率的因素3）殘余廢氣系數(shù)γ四行程發(fā)動機的充氣效率氣缸中殘余廢氣增多，不僅使ηv下降，而且使燃燒惡化。特別是在汽油機低負荷運轉時，因節(jié)氣門關小，新鮮充量減少，γ會大大增加，稀釋可燃混合氣，使燃燒過程緩慢，從而造成汽油機低負荷工作不穩(wěn)定，經濟性和排放性能變差。排氣終了時，排氣管內廢氣的壓力高，說明殘余廢氣密度大，γ上升。與進氣過程同理，Pr主要決定于排氣系統(tǒng)各段管路的阻力和氣體流速，轉速增高則Pr增加。第15頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月2.影響充氣效率的因素

四行程發(fā)動機的充氣效率4）配氣正時合理的配氣定時可增加ηv。由于進氣門遲閉而使ξ＜1，新鮮充量的容積減小，但Pa值卻可能因有氣流慣性而使進氣有所增加，合適的配氣定時應考慮ξPa具有最大值。5）壓縮比

壓縮比ε增加，壓縮面積減小，殘余廢氣量隨之減少，因而ηv有所增加。6）進氣(或大氣)狀態(tài)

進氣或大氣壓力高，Pa也隨之增加，新鮮工質密度增大，雖然變化ηv不大，但實際進氣量增多。同理，進氣或大氣溫度降低，Ta也隨之有所下降，工質密度增大，實際進氣量亦增多。第16頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月三、減少進氣系統(tǒng)的阻力

進氣門

在整個進氣系統(tǒng)中，進氣門處的流通截面最小且截面變化最大，因此，增大此處的流通能力并減少流動損失，一直是人們關注的重點。

非增壓四行程發(fā)動機的進氣系統(tǒng)，是由空氣濾清器或加進氣消聲器、化油器或噴油器、節(jié)氣門、進氣管、進氣道和進氣門組成；減少各段通路的阻力，增大其流通能力，可以提高充氣效率。氣門開啟的三個階段簡圖第17頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月三、減少進氣系統(tǒng)的阻力

1）時面值

表示氣門的通過能力；與氣門的形狀和氣門升程有關；隨轉速的增加，時面值變小。為氣門的時面值dt時間內氣門的開啟截面積曲軸轉角

右圖給出的是角面值，不隨轉速變化，而時面值隨速度增加而減小。第18頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月進氣馬赫數(shù)Ma是進氣門處氣體的平均速度Vm與該處聲速c的比值(Ma＝Vm/c)。它能反映流動對充氣效率的影響，成為分析充氣效率的一個特征數(shù)。平均流速Vm定義為：實際進入氣缸的新鮮充量與進氣門有效時面值F(t)之比。根據(jù)一系列試驗可知，在正常的配氣條件下，當Ma超過一定數(shù)值(0.5左右)時，便ηv急劇下降，如下圖所示。當ηv急劇下降后，即使提高轉速，因單位時間充氣量無法增加，功率也不能增加。因此，必須注意控制Ma值。解決辦法：增大氣門的相對通過面積；改善氣門處的氣體流動，提高流量系數(shù)；合理的配氣相位，是限制Ma值、提高ηv的有效方法，這對于高速發(fā)動機尤為重要。2）進氣馬赫數(shù)減少進氣系統(tǒng)的阻力第19頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月充氣效率與平均進氣馬赫數(shù)的關系圖2）進氣馬赫數(shù)減少進氣系統(tǒng)的阻力第20頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月3）氣門直徑和氣門數(shù)

增大進氣門直徑可以擴大氣流通路截面積，提高效率。在雙氣門(一進—排)結構中，進氣閥盤直徑可達活塞直徑的45%-50%，氣門與活塞面積之比為0.2-0.25，進氣門比排氣門一般大15%-20%，但由于受到結構限制，進一步增大比例已很困難。

為了進一步增大進氣門流通截面，采用了多氣門結構，如下圖所示。根據(jù)優(yōu)化氣門數(shù)和進氣門開啟面積的關系可知，缸徑大于80mm時，采用二進二排結構；缸徑小于80mm時，采用三進二排結構，可獲得最大開啟面積，進氣體積流量可大幅度增加。由此可知，四氣門機與二氣門機相比，功率可提高70%，扭矩可提高30%，且響應性比增壓機好，故是汽車發(fā)動機高功率化的有力措施。減少進氣系統(tǒng)的阻力第21頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月氣門數(shù)與進氣門開啟面積的關系第22頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月

另外，多氣門機構還具有易實現(xiàn)可變技術，改善低速、低負荷性能；布置緊湊燃燒室，火花塞(或噴油嘴)放置在燃燒室中央，從而改善燃燒，減小運動件質量，利于高速化等優(yōu)點。因此，國外轎車3/4以上均采用多氣門機構。3）氣門直徑和氣門數(shù)減少進氣系統(tǒng)的阻力第23頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月

四氣門機與二氣門機相比，功率可提高70%，扭矩可提高30%，且響應性比增壓機好，故是汽車發(fā)動機高功率化的有力措施。3）氣門直徑和氣門數(shù)減少進氣系統(tǒng)的阻力第24頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月第25頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月

適當增加氣門升程，改進凸輪型線，減小運動件質量，增加零件剛度，在慣性力允許條件下使氣門開閉得盡可能快，從而增大時面值，提高通過能力。最大氣門升程與閥盤直徑之比L/d取0.26-0.28。4）氣門升程減少進氣系統(tǒng)的阻力第26頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月

應注意改善氣門處流體動力性能，如氣門頭部到桿身的過渡形狀，氣門和氣門座的銳邊等，都會影響氣流的剝離，從而影響流量系數(shù)。下圖給出綜合提高氣門處流通能力的措施。5）減少氣門處的流動損失減少進氣系統(tǒng)的阻力第27頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月2.進氣管和進氣道減少進氣系統(tǒng)的阻力

進氣道和進氣管必須保證足夠的流通面積，避免轉彎及截面突變，改善管道表面的光潔程度等，以減小阻力，提高效率。為此，在高性能的汽油機上采用了直線型進氣系統(tǒng)。在直線化的同時，還應合理設計氣道節(jié)流和進氣管長度，布置適當?shù)姆€(wěn)壓腔容積等，以期達到高轉速、高功率的目的。發(fā)動機除要求動力性外，還必須有好的經濟性和排放性能。在汽油機上，進氣管還必須考慮燃料的霧化、蒸發(fā)、分配以及壓力波的利用等問題。在柴油機上，還要求氣流通過進氣道在氣缸中形成進氣渦流，以改善混合氣形成和燃燒。第28頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月空氣濾清器阻力隨結構而不同。它必須在保證濾清效果的前提下，盡可能減小阻力．如加大通過斷面，改進濾清器性能，創(chuàng)制低阻、高效的新型濾清器等。在使用中，應經常清洗濾清器，及時更換濾芯。3.空氣濾清器減少進氣系統(tǒng)的阻力第29頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月四、合理選擇配氣定時

合理選擇配氣定時，可以保證最好的充氣效果，改善發(fā)動機性能。在進、排氣門開閉的四個時期中，進氣門遲閉角的改變，對充氣效率影響最大。合理的排氣提前角應當在保證排氣損失最小的前提下，盡量晚開排氣門．以加大膨脹比，提高熱效率。當轉速增加時，相應的自由排氣時間減小，為降低排氣損失，應增加排氣提前角。確定配氣定時，一般要在實機上經過反復比較試驗，最后找出合適的方案。

ηv在某一轉速下達到最高值，此轉速下能最好地利用氣流的慣性充氣。

第30頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月由于間歇進、排氣，進、排氣管存在壓力波，在用特定的進氣管條件下，可以利用此壓力波來提高進氣門關閉前的進氣壓力，增大充氣效率，這就稱之為動態(tài)效應。動態(tài)效應一般分為慣性效應與波動效應兩類。1.進氣管的慣性效應

在發(fā)動機進氣過程中，活塞的下行運動導致在進氣管傳出負壓波。當負壓波在進氣管的開口端反射，形成正壓波，向氣缸傳遞。在一定的條件下（如一定的轉速、進氣管長度等），這種正壓波可以使發(fā)動機進氣過程即將結束進氣門關閉前夕，進氣門處的壓力高于正常的進氣壓力，從而增加發(fā)動機的進氣量，提高充氣效率。

五、進氣管的動態(tài)效應第31頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月1.進氣管的慣性效應

進氣管的動態(tài)效應

由圖可見，隨進氣管長度的增加以及管徑的減小，充氣效率的峰值向低速一側移動。低速時，進氣管需要長而細；高速時需要短而粗第32頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月2.進氣管的波動效應

進氣管的動態(tài)效應

進氣門關閉時，進氣管內流動的空氣由于急速停止而受到壓縮，在進氣門處產生正壓波，正壓波在進氣管內反復傳遞，由正壓波與負壓波相互轉換，當進氣門再次開啟時，如果正壓波正好傳到進氣門，可以提高充氣效率。第33頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月3.進氣管長度與轉速

進氣管的動態(tài)效應壓力波的固有頻率為：其中C為進氣管內氣體的聲速（m/s）為進氣管當量長度

發(fā)動機轉速為n時，進氣頻率：

對慣性效應：發(fā)動機進氣周期與壓力波半周期相配對波動效應，=1.5，2.5時，下一次氣門開啟期間，正好與正的壓力波重合。、小，則需要進氣管長；一定，管長與轉速成反比，即高轉速所需進氣管短，低轉速需要進氣管長。多缸機各缸進氣歧管長度應相同，避免各缸氣波干擾。第34頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月六、可變技術

可變技術就是隨使用工況(轉速、負荷)變化，使發(fā)動機某系統(tǒng)結構參數(shù)可變的技術?？蓾M足高功率比的要求，中、小負荷的經濟性和穩(wěn)定性，避免出現(xiàn)扭矩低谷，提高乘坐舒適性。主要有可變進氣管、可變氣門定時、可變氣門升程、可變進氣渦流等。1.可變進氣管當發(fā)動機處于低轉速時使用長進氣管，因為進氣管越長，空氣在管內的振動頻率越低，只要長度與轉速相匹配就能得到最大的進氣能量；反過來說，當發(fā)動機處于高轉速時，由于吸氣頻率高，所以就要換上較短的進氣管來提高空氣在進氣管內的固有頻率，得到最大的進氣能量。所以就需要設計一套可以讓進氣管長度變化的系統(tǒng)來達到這一目的。第35頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月四行程發(fā)動機是曲軸每旋轉兩圈為一個周期，而這個周期的1/4的時間是用來進氣的，也就是說在一個周期內約1/4的時間進氣門打開，剩下的3/4的時間進氣門是關閉的。這就造成進氣管內的空氣存在一定的進氣頻率。不妨把它假設成振動來進行分析。根據(jù)振動學的原理，當振動物體的振動周期和頻率與他的固有周期和固有頻率頻率相同時，振動能量最大，振動波疊加，這就是人們常說的共振。對于振動的物體而言共振的能量是最大的。那么如果把進氣看成是振動，那么當發(fā)動機的吸氣頻率與進氣管中空氣的固有頻率相同時，進氣能量最大。但發(fā)動機的吸氣頻率是隨發(fā)動機轉速的變化而變化的。當發(fā)動機轉速高時，吸氣頻率也高；當發(fā)動機轉速降低時，吸氣頻率就隨之降低了。那怎么樣才能讓進氣管內的空氣的固有頻率能與發(fā)動機的吸氣頻率保持一致呢？最可行的辦法就是改變進氣管的長度。當發(fā)動機處于低轉速時使用長進氣管，因為進氣管越長，空氣在管內的振動頻率越低，只要長度與轉速相匹配就能得到最大的進氣能量；反過來說，當發(fā)動機處于高轉速時，由于吸氣頻率高，所以就要換上較短的進氣管來提高空氣在進氣管內的固有頻率，得到最大的進氣能量。所以就需要設計一套可以讓進氣管長度變化的系統(tǒng)來達到這一目的，那么可變進氣管長度技術就誕生了。1.可變進氣管可變技術第36頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月長進氣道發(fā)動機在低轉速時，空氣經過長的進氣道，使氣缸充氣最佳，且扭矩增大。短進氣道發(fā)動機在高轉速時，空氣流經短進氣道，可提高效率。真空單元進氣道1.可變進氣管可變技術第37頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月當發(fā)動機在2000轉左右時電腦控制進氣管長度控制閥關閉，讓空氣先流經螺旋形狀的長進氣管后再進入汽缸，此時為長進氣管狀態(tài)。

第38頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月當發(fā)動機轉速上升到5000轉時，進氣管長度控制閥打開，讓空氣不經螺旋管道而直接進入到汽缸，此時為短進氣管狀態(tài)。第39頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月1.可變進氣管可變技術第40頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月

圖為寶馬新7系的發(fā)動機進氣管設計，從圖中可以看出，他不是采用控制閥來切換進氣管的長度，而是在進氣管中間設計了一個可以旋轉的轉子，當這個轉子旋轉一定角度后進氣管的長度就發(fā)生了改變，同樣達到了優(yōu)化進氣的目的。有了這套系統(tǒng)，發(fā)動機就能在高低轉速時都能保持良好的進氣效率，進氣效率提高了發(fā)動機的整個工作效率也就提高了。隨之而來的就是節(jié)能，環(huán)保以及動力輸出線性，扭力分布均勻等優(yōu)點了。第41頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月可變技術可變氣門正時（VVT）進氣持續(xù)期可變（VVA）結構相對簡單，技術成熟，可分為分級可變與連續(xù)可變，最大范圍可達60°(CA)；可使發(fā)動機低速轉矩得到大幅提升。

結構復雜，在改變氣門正時的同時，還可以改變氣門升程；發(fā)動機的低速轉矩和高速性能都得到顯著改善。2.可變氣門正時本田的VTEC，豐田的VVTi，還有保時捷的Variocam、寶馬的Valvetronic等等第42頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月進氣門開、關時刻：發(fā)動機轉速低時，進氣管內混合氣隨活塞運動，活塞運動慢。進氣門應提前關閉，以避免混合氣回流進氣管。發(fā)動機低速時，進氣凸輪軸相位應提前調整。2.可變氣門正時工作原理第43頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月進氣門開、關時刻：發(fā)動機轉速高時，進氣管內氣流快，活塞在向上運動過程中，混合氣應可繼續(xù)涌入氣缸，為增加混合氣量，進氣門延遲關閉。2.可變氣門正時工作原理第44頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月

如果氣門行程設置得較大，那么在發(fā)動機高轉速時混合氣的進氣效率肯定是很高的，因為發(fā)動機在高轉速時空氣流速很快，這就需要較大的氣門開口才能讓混合氣盡可能的充滿汽缸，但在低轉速范圍，效果卻截然相反，因為發(fā)動機在低轉速范圍時，進氣管內的空氣流速很慢，這就需要活塞向下行程時能產生足夠的負壓才能盡可能的把混合氣體吸入到汽缸。發(fā)動機的吸氣原理也是一樣的，所以在低轉速時如果氣門的開度較大，就會因為進氣管內的真空度不夠而吸氣效率下降。2.可變氣門正時工作原理第45頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月在選擇氣門開度時既不能太大，也不能太小。如果開度大那么雖然高轉速時功率能提高，但低轉速時由于進氣量太小，會讓發(fā)動機的扭力下降，工作不穩(wěn)定，嚴重時甚至熄火。反之如果選擇較小的氣門開度，那么低轉速時的扭力雖然提高了，但高轉速時的功率卻發(fā)揮不出來。這就產生了一對矛盾。所以設計師只能選擇一個折中的氣門行程來盡可能的兼顧到高低轉速的動力發(fā)揮。在這種情況，如果能設計一種機構可以隨轉速的高低來自動調節(jié)氣門的行程不就可以讓發(fā)動機既能在低轉速時扭力充沛，又能在高轉速時發(fā)揮出更大的功率了。所以可變氣門行程機構就誕生了。其功能就是隨發(fā)動機轉速而改變氣門的行程。當發(fā)動機低轉速時使用短行程，高轉速時使用長行程，這樣就能很好的解決上面所說的配氣矛盾了。功能都是這樣，但不同的廠家在設計時由于控制方式的不同那么在性能的發(fā)揮上也就有高低之分了。2.可變氣門正時工作原理第46頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月圖中每個進氣門分別有兩組凸輪控制，一組是高速凸輪，一組是低速凸輪。紅色圓框內就是可變氣門行程的控制機構。當發(fā)動機在低轉速范圍時，紅色的控制活塞是落在氣門座內的。這樣高速凸輪只能驅動氣門座向下行程而不能帶動整個氣門動作，整個氣門由低速凸輪驅動氣門頂向下行程，這樣獲得的氣門開度就較小。當發(fā)動機在高轉速范圍時，紅色的控制活塞在液壓的驅動下從氣門座推入到氣門頂中，等于是把氣門座和氣門剛性的連接在一起，當高速凸輪驅動氣門座時就能帶動氣門向下行程獲得較大的氣門開度。但這種設計只能在一定程度上獲得更好的進氣，當駕駛車輛加速時，發(fā)動機由高轉速向低轉速過度到改變氣門行程的臨界值時，駕駛者會感覺到動力瞬間提升，會影響乘坐的舒適感。2.可變氣門正時具體結構第47頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月

紅色圓圈內的就是用來改變配氣正時的控制機構了。實際上它是在凸輪軸的末端裝上了一個帶有液壓控制機構的殼體，而正時鏈條是直接驅動該殼體的，殼體與凸輪軸之間充滿了液壓油，殼體就是通過液壓油驅動凸輪軸運動的2.可變氣門正時具體結構第48頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月寶馬的控制機構是由電機驅動的，電機通過蝸桿傳動齒輪，然后由齒輪上的凸輪帶動搖臂運動來改變搖臂的控制角，然后在凸輪軸的驅動下由搖臂帶動氣門運動。所以通過改變搖臂的角度就可以改變氣門的行程了。由于是通過電機控制的，所以可以在一定區(qū)域內做無段級調節(jié)氣門開度，這樣駕駛起來舒適性更強，配氣機構在各轉速下的適應性也更強，能最大限度的提高發(fā)動機充氣效率。目前寶馬已經把這套系統(tǒng)裝備到了寶馬745i，530i，330i為代表的直列6缸發(fā)動機和V型8缸發(fā)動機都裝備了該系統(tǒng)。具體結構2.可變氣門正時第49頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月2.可變氣門正時可變技術1）凸輪相位可變可變氣門正時機構結構圖第50頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月可變氣門正時機構結構圖2.可變氣門正時第51頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月正時提前2.可變氣門正時第52頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月正時延遲LOCK2.可變氣門正時第53頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月1凸輪軸鏈輪2外殼3轉子4止動銷5尖端封口6外罩7開槽封圈1移動閥2線圈3柱塞4回動彈簧2.可變氣門正時第54頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月凸輪軸2.可變氣門正時第55頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月機油壓力流程圖2.可變氣門正時缺點：由于這種機構的凸輪型線及進氣持續(xù)角均不變，雖然高速時可以加大進氣遲閉角，但氣門疊開角較小。第56頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月排氣凸輪軸進氣凸輪軸凸輪軸調節(jié)閥N205液壓缸排氣凸輪軸進氣凸輪軸凸輪軸調整器（與鏈條張緊器一體）可變技術2.可變氣門正時2）奧迪的可變氣門正時第57頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月功率調整調整功率時，鏈條下部短，上部長，進氣門延遲關閉。進氣管內氣流速高，氣缸充氣量足。因此高轉速時，功率大。排氣凸輪軸進氣凸輪軸凸輪軸調整器可變技術2.可變氣門正時第58頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月扭矩調整凸輪軸調整器向下拉長，于是鏈條上部變短，下部變長。因為排氣凸輪軸被齒形帶固定了，此時排氣凸輪軸不能被轉動，進氣凸輪軸被轉一個角度，進氣門提前關閉。在這個位置時，在中、低轉速，可獲得大扭矩輸出.可變技術2.可變氣門正時第59頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月怠速怠速時，進氣門延遲關閉.扭矩調整轉速在1000rpm以上時，進氣門提前關閉。左側凸輪軸調整器向下，右側調整器向上運動。功率調整轉速在3700rpm以上時，左側凸輪軸調整器向上，右側調整器向下運動，進氣門延遲關閉。可變技術2.可變氣門正時第60頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月可變技術3）進氣持續(xù)期可變如果氣門升程設置得較大，那么在發(fā)動機高轉速時混合氣的進氣效率肯定是很高的，因為發(fā)動機在高轉速時空氣流速很快，這就需要較大的氣門開口才能讓混合氣盡可能的充滿汽缸，但在低轉速范圍，效果卻截然相反，因為發(fā)動機在低轉速范圍時，進氣管內的空氣流速很慢，這就需要活塞向下行程時能產生足夠的負壓才能盡可能的把混合氣體吸入到汽缸。發(fā)動機的吸氣原理也是一樣的，所以在低轉速時如果氣門的開度較大，就會因為進氣管內的真空度不夠而吸氣效率下降。

因此凸輪軸上裝置兩組凸輪，為中、低速，大轉矩使用的低升程、短持續(xù)期進氣凸輪和為高功率使用的高升程、長持續(xù)期進氣凸輪。2.可變氣門正時第61頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月3.可變進氣管截面積可變技術

根據(jù)流體力學的原理，在其他參數(shù)不變的情況下，管道的截面積越大流體壓力越??；管道截面積越小流體壓力越大。這就象高壓水槍的管口一樣。高壓水槍的出水口直徑要比高壓水管的直徑小很多倍，所以水流的壓力也上升了很多倍，這樣才能把水推到很遠的距離。根據(jù)這一原理，再分析發(fā)動機各個工況的工作特性，就需要設計一套機構能在發(fā)動機高轉速時使用較大的進氣歧管截面積提高進氣流量；在發(fā)動機低轉速時使用較小的進氣歧管截面積，提高汽缸的進氣負壓，也能在汽缸內充分形成渦流，讓空氣跟汽油更好的混合。第62頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月

主流的4氣門為例。由于有兩個進氣門，那就意味著可以有兩根進氣歧管。所以要改變進氣歧管的截面積實現(xiàn)起來就比較容易了。我們只需要在其中一個進氣歧管中裝入一個可隨電腦控制開閉的氣閥，就能控制該歧管的使用狀況了。當發(fā)動機處于高轉速時，改氣閥打開，這時兩根進氣歧管同時進氣，獲得大流量的混合氣體；當發(fā)動機處于低轉速時，該氣閥關閉，理論上可以看成是使用一根進氣歧管進氣。這樣進氣歧管的截面積就減小了一倍。能獲得更好的進氣負壓和混合氣渦流，發(fā)動機的工作效率在高轉速和低轉速時都得到了提高。如下圖就是進氣歧管截面積的控制方法：3.可變進氣管截面積可變技術第63頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月七、二行程發(fā)動機的換氣過程

二行程發(fā)動機是曲軸回轉一圈，活塞上下兩個行程，就完成—個工作循環(huán)，它與四行程發(fā)動機的不同之處主要在于換氣過程。第64頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月摩托車二行程發(fā)動機第65頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月以曲軸箱掃氣二行程發(fā)動機為例說明，將曲軸箱封閉起來。在工作缸下部開有排氣口、掃氣口和進氣口?；钊上轮裹c向上運動，當活塞上行關閉排氣口后即開始壓縮過程，上行至上止點前約10°～30°曲軸轉角，噴油(或點火)燃燒，缸內氣體溫度、壓力迅速上升；繼而高溫、高壓氣體推動活塞下行，即作功的膨脹行程，開啟排氣口膨脹行程結束，排氣行程開始。1.二行程發(fā)動機的換氣過程二行程發(fā)動機的換氣過程第66頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月

排氣口開始打開時，缸內壓力一般為0.3～0.6MPa，排氣處于超臨界狀態(tài)，廢氣以聲速流出氣缸，缸內壓力迅速下降，進入亞臨界狀態(tài)。從排氣口開始打開到缸內壓力接近掃氣壓力，新氣開始流入氣缸這段徘氣，稱為自由排氣。此時是靠缸內與排氣管之間的壓差排除廢氣，其中從排氣口打開到掃氣口打開這一段，又稱先期排氣，必須保證先期排氣時面值，以避免廢氣倒流。

1.二行程發(fā)動機的換氣過程二行程發(fā)動機的換氣過程第67頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月已被提高壓力的新鮮工質得以進入氣缸，并驅趕廢氣繼續(xù)排出，此過程一直進行到下止點后掃氣口關閉為止。由于此階段是利用新氣掃除廢氣，故稱為掃氣過程。掃氣口關閉后，排氣口還開著，這時由于活塞上行的排擠及排氣氣流的慣性，會繼續(xù)排出新鮮工質和廢氣的混合氣，直至排氣口完全關閉。從掃氣口關閉到排氣口關閉這段是額外排氣階段，其中有大量新鮮工質排出，是要盡量避免的階段。活塞繼續(xù)上行，重復壓縮過程，進行新的循環(huán)。從排氣口開始打開到排氣口完全關閉，為二行程發(fā)動機的換氣過程，大約占130°～150°曲軸轉角。1.二行程發(fā)動機的換氣過程二行程發(fā)動機的換氣過程第68頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月在排氣口開啟期間，廢氣及新鮮工質不斷從排氣口流出，這部分氣缸容積不能容納新鮮工質。稱為損失容積。二行程發(fā)動機的有效壓縮是從排氣口關閉后開始，故其有效工作容積為：1.二行程發(fā)動機的換氣過程二行程發(fā)動機的換氣過程第69頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月

由于二行程發(fā)動機的進、排氣過程是重疊進行的，它利用新氣掃除廢氣，則必須提高進入氣缸新氣的壓力，而設置掃氣泵。掃氣泵大致有如下三種類型：2.掃氣泵二行程發(fā)動機的換氣過程1）曲軸箱掃氣壓縮的最高壓力與曲軸箱壓縮比有關，即曲軸箱最大容積Vs(活塞位于上止點)與最小容積Vk(活塞位于下止點)之比。由于曲軸箱容積大，其壓縮比較低，一般范圍為1.3-1.55，充氣效率低，大致為0.6-0.7，掃氣壓力僅為1.08kPa左右。因此，要求盡可能增大進入曲軸箱的新氣量。因其結構簡單、緊湊，所以僅用于小型汽油機及單缸柴油機上。第70頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月2）采用單獨的掃氣泵二行程發(fā)動機的換氣過程

如圖，掃氣泵大多用轉子泵或離心泵，直接由發(fā)動機曲軸增速驅動。一般掃氣壓力Pk為109～150kPa。2.掃氣泵