汽車發(fā)動機(jī)原理

2024/10/132教材參考書參考書本教材3課程簡介《汽車發(fā)動機(jī)原理》---本課程講述的內(nèi)容主要包括：汽車發(fā)動機(jī)性能評定的指標(biāo)，發(fā)動機(jī)的工作過程，發(fā)動機(jī)的特性、增壓、排放與噪聲控制，并對未來汽車新型動力裝置的原理進(jìn)行了介紹。專業(yè)核心課程動力機(jī)械及工程專業(yè)考研課程目錄第一章發(fā)動機(jī)的性能第二章發(fā)動機(jī)的換氣過程第三章燃料與燃燒第四章汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒第五章柴油機(jī)混合氣的形成與燃燒第六章汽車發(fā)動機(jī)特性第七章車用發(fā)動機(jī)廢氣渦輪增壓第八章發(fā)動機(jī)排氣污染與噪聲控制第九章新型汽車動力裝置第十章發(fā)動機(jī)動力學(xué)45第一章發(fā)動機(jī)的性能發(fā)動機(jī)的性能指標(biāo)用來表征發(fā)動機(jī)的性能特點，并作為評價各類發(fā)動機(jī)性能優(yōu)劣的依據(jù)。發(fā)動機(jī)的主要性能指標(biāo)有：動力性能指標(biāo)(功率、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速)、經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)(燃料與潤滑油消耗率)、運(yùn)轉(zhuǎn)性能指標(biāo)(冷起動性能、噪聲和排氣品質(zhì))和耐久可靠性指標(biāo)(大修或更換零件之間的最長運(yùn)行時間與無故障長期工作能力)等。本書以發(fā)動機(jī)性能為研究對象，深入到發(fā)動機(jī)工作過程的各個階段，分析影響這些性能的各種因素，從中找出提高性能的一般規(guī)律。6主要內(nèi)容第一節(jié)發(fā)動機(jī)理論循環(huán)第二節(jié)四沖程發(fā)動機(jī)的實際循環(huán)第三節(jié)實際循環(huán)的評定——指示指標(biāo)第四節(jié)發(fā)動機(jī)動力性和經(jīng)濟(jì)性評定——有效指標(biāo)第五節(jié)發(fā)動機(jī)的環(huán)境指標(biāo)第六節(jié)發(fā)動機(jī)的機(jī)械損失第七節(jié)發(fā)動機(jī)的熱平衡7第一節(jié)發(fā)動機(jī)理論循環(huán)定義：發(fā)動機(jī)的理論循環(huán)是將復(fù)雜的實際工作的熱力循環(huán)過程加以抽象簡化，忽略一些因素，所得出的簡化循環(huán)。意義：

1）用公式來闡明發(fā)動機(jī)工作過程中各基本熱力參數(shù)間的關(guān)系，以明確提高發(fā)動機(jī)經(jīng)濟(jì)性（理論循環(huán)熱效率）和動力性（循環(huán)平均壓力）的基本途徑。2）確定循環(huán)熱效率的理論極限，以判斷實際發(fā)動機(jī)工作過程的經(jīng)濟(jì)性和循環(huán)進(jìn)行的完善程度以及改進(jìn)潛力。3）有利于分析比較發(fā)動機(jī)各種熱力循環(huán)方式的經(jīng)濟(jì)性和動力性。一、三種基本循環(huán)8建立理論循環(huán)的簡化假設(shè)

在進(jìn)行理論循環(huán)研究之前，首先必須對發(fā)動機(jī)的實際過程進(jìn)行必要的簡化假設(shè)，這是建立理論循環(huán)的一個重要依據(jù)。最簡單的理論循環(huán)是空氣標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)，其簡化條件為：l）假設(shè)工質(zhì)是理想氣體，其物理常數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的空氣物理常數(shù)相同；2）假設(shè)工質(zhì)是在閉口系統(tǒng)中作封閉循環(huán)；3）假設(shè)工質(zhì)的壓縮及膨脹是絕熱等熵過程；4）假設(shè)燃燒是外界無數(shù)數(shù)個高溫?zé)嵩炊ㄈ莼蚨▔合蚬べ|(zhì)加熱。工質(zhì)放熱為定容放熱。9三種基本循環(huán)根據(jù)加熱方式不同，發(fā)動機(jī)有三種基本空氣標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)，即定容加熱循環(huán)、定壓加熱循環(huán)和混合加熱循環(huán)。用p-v圖表示如下：混合加熱循環(huán)定容加熱循環(huán)定壓加熱循環(huán)圖1-1發(fā)動機(jī)理論循環(huán)a→c絕熱壓縮過程；c→z為等容或等壓加熱過程；z→b絕熱膨脹過程；b→a等容放熱10在對發(fā)動機(jī)進(jìn)行理論分析時，習(xí)慣上的處理方式為：汽油機(jī)混合氣燃燒迅速，近似為定容加熱循環(huán)；高增壓和低速大型柴油機(jī)，由于受燃燒最高壓力的限制，大部分燃料在上止點以后燃燒，燃燒時氣缸壓力變化不顯著，所以近似為定壓加熱循環(huán)；高速柴油機(jī)介于兩者之間，其燃燒過程視為定容、定壓加熱的組合，近似為混合加熱循環(huán)。發(fā)動機(jī)的理論循環(huán)分析傳統(tǒng)上就是指這三種循環(huán)的對比分析。評定理論循環(huán)采用循環(huán)熱效率和循環(huán)平均壓力pt。11二、循環(huán)熱效率ηt式中：Q2——工質(zhì)在循環(huán)中放出的熱量（J）混合加熱循環(huán)熱效率為：定義：工質(zhì)所做循環(huán)功W（J）與循環(huán)加熱量Q1（J）之比

意義：評定循環(huán)經(jīng)濟(jì)性

12定容加熱循環(huán)（ρ0=1

）熱效率為：定壓加熱循環(huán)（λp=1

）熱效率為：13通過上述公式分析，影響循環(huán)熱效率ηt的因素如下：1.壓縮比隨著壓縮比的增大，三種循環(huán)的循環(huán)熱效率都提高。2.等熵指數(shù)k隨k值增大，循環(huán)熱效率將提高。（k值取決于工質(zhì)的特性，雙原子氣體k=1.4，多原子氣體k=1.33）3.壓力升高比λp在混合加熱循環(huán)中，當(dāng)Q1和εc不變時，λp↑，ηt↑。4.初始膨脹比ρ0

在等壓加熱循環(huán)中，隨著Q1↑，ρ0↑，若εc不變，ηt↓；在混合加熱循環(huán)中，當(dāng)Q1和εc不變時，ρ0↑，ηt↓。14定義：單位氣缸容積所做的循環(huán)功，用來評定循環(huán)的做功能力。（kPa）意義：評定循環(huán)動力性三、循環(huán)平均壓力pt式中：W—循環(huán)所做的功（J）

Vs—汽缸工作容積（L）混合加熱循環(huán)的平均壓力為：式中：pde—進(jìn)氣終點的壓力（kPa

）15定壓加熱循環(huán)的平均壓力為：定容加熱循環(huán)的平均壓力為：pt隨進(jìn)氣終點壓力pde、壓縮比、壓力升高比λp、初始膨脹比ρ0、等熵指數(shù)k和循環(huán)熱效率的增加而增加。

思考題：為什么理論上能夠提高發(fā)動機(jī)理論循環(huán)熱效率和平均壓力的措施，在實際發(fā)動機(jī)上卻不能實現(xiàn)呢？16四、三種基本循環(huán)的比較當(dāng)加熱量Q1相同時，三種循環(huán)的比較如下aczb—定容加熱循環(huán)acˊzˊbˊ—定壓加熱循環(huán)ac〞z〞b〞—混合加熱循環(huán)

a）壓縮比相同由圖a可知：Q2p>Q2m>Q2v→ηtv>ηtm>ηtp因此，要提高混合加熱循環(huán)熱效率，應(yīng)增加定容部分的加熱量（即增大λp）b)最高燃燒壓力相同

由圖b可知：Q2v>Q2m>Q2p→ηtp>ηtm>ηtv因此，對于高增壓這類受機(jī)件強(qiáng)度限制，其循環(huán)最高壓力不得過大的情況下，宜按定壓加熱循環(huán)工作。壓縮比相同最高燃燒壓力相同17（1）指出了改善發(fā)動機(jī)動力性、經(jīng)濟(jì)性的基本原則和方向在允許的條件下，盡可能提高壓縮比ε；合理組織燃燒，提高循環(huán)加熱等容度（減少初始膨脹比ρ和合理選擇燃燒始點）；保證工質(zhì)具有較高的絕熱指數(shù)k；（2）提供了發(fā)動機(jī)之間進(jìn)行動力性、經(jīng)濟(jì)性對比的理論依據(jù)同一機(jī)型不同加熱模式的對比，當(dāng)ε、k及Q1不變： 等容循環(huán)ηt>混合循環(huán)ηt>等壓循環(huán)ηt當(dāng)加熱量Q1和pmax不變時： 等壓循環(huán)ηt>混合循環(huán)ηt>等容循環(huán)ηt理論循環(huán)分析的意義：18熱力學(xué)第一定律：△U=Q+W。表示系統(tǒng)在過程中能量的變化關(guān)系。表述形式：熱量可以從一個物體傳遞到另一個物體，也可以與機(jī)械能或其他能量互相轉(zhuǎn)換，但是在轉(zhuǎn)換過程中，能量的總值保持不變。（是能量守恒定律和能量轉(zhuǎn)換定律的熱力學(xué)表述）熱力學(xué)第二定律：不可能把熱量從低溫物體傳向高溫物體而不引起其它變化（克勞修斯）；或者說：不可能制成一種循環(huán)動作的熱機(jī)，從單一熱源取熱，使之完全變?yōu)楣Χ灰鹌渌兓ㄩ_爾文）。熵（S）：熱能除以溫度所得的商，標(biāo)志熱量轉(zhuǎn)化為功的程度。

焓（H）：單位質(zhì)量的物質(zhì)所含的全部熱能。

補(bǔ)充知識：19第二節(jié)四沖程發(fā)動機(jī)的實際循環(huán)

發(fā)動機(jī)工作過程中實際上就是：氣缸中工質(zhì)的燃燒壓力作用在活塞頂上，通過曲柄連桿機(jī)構(gòu)，在克服了發(fā)動機(jī)內(nèi)部各種損耗后，對外做功的過程。發(fā)動機(jī)實際循環(huán)由進(jìn)氣、壓縮、燃燒、膨脹和排氣五個過程所組成實際循環(huán)通常用氣缸內(nèi)的工質(zhì)壓力p隨氣缸工作容積V（或曲軸轉(zhuǎn)角φ）而變化的圖形表示，即示功圖p－V圖，p－φ圖稱為展開示功圖可以通過發(fā)動機(jī)臺架試驗的方式來獲得示功圖p－V圖，p－φ圖。20p-?圖示功圖（四沖程）p-V圖ITDC 0BDC 180

TDC360BDC540 E

ppzp0EEVO IVCIVO EVCp pzp0VsVcVpAdsTDC-TopDeadCenterBDC-BottomDeadCenterIVO-IntakeValveOpenIVC-IntakeValveCloseEVO-ExhaustValveOpenEVC-ExhaustValveCloseTDC(上止點)BDC(下止點)

示功圖

IndicatorDiagram壓力圖/展開示功圖

TDC

?720°CA I

要求會識圖 和畫圖！w/ocombustion21四沖程發(fā)動機(jī)示功圖a)非增壓b)增壓pK-增壓壓力pT-排氣壓力p0-大氣壓力Vc-氣缸壓縮終點容積Vs-氣缸工作容積Va-氣缸總?cè)莘e22

過程示功圖

過程描述作用終點壓力P(MPa)（P0=0.1015MPa）終點溫度T(K)進(jìn)氣

r-a線

活塞下行，進(jìn)開排關(guān)吸入新鮮混合氣汽：0.075~0.08柴：0.08~0.09汽：340~380柴：300~340壓縮

a-c線

活塞上行，進(jìn)關(guān)排關(guān)增大工作過程溫差，提高熱功轉(zhuǎn)換效率，為燃燒創(chuàng)造條件

汽：0.8~2.0柴：3.0~5.0汽：600~750柴：750~1000燃燒

c-z線

上死點附近，進(jìn)關(guān)排關(guān)化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，工質(zhì)的壓力、溫度升高

汽：3.0~6.5柴：4.5~9.0汽：2200~2800柴：1800~2200膨脹

z-b線

活塞下行，進(jìn)關(guān)排關(guān)活塞主動對外做功，熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，工質(zhì)的壓力、溫度下降

汽：0.3~0.6柴：0.2~0.5汽：1200~1500柴：1000~1200排氣b-r線

活塞上行，進(jìn)關(guān)排開排出廢氣汽：0.105~0.115柴：0.105~0.115汽：900~1200柴：700~90023

壓縮比：汽油機(jī)：7-11柴油機(jī)：14-22柴油機(jī)因壓縮比高，燃燒的最高爆發(fā)壓力pmax很高，但因相對于燃油的空氣量大，所以最高燃燒溫度Tmax值反而比汽油機(jī)低。柴油機(jī)在各個過程的溫度均比汽油機(jī)低，唯獨壓縮過程終點時高于汽油機(jī)；由于壓縮比高，所以柴油機(jī)氣體膨脹比也大，轉(zhuǎn)化為有用功的熱量多，熱效率高，所以膨脹終了的溫度和壓力均比汽油機(jī)小。而其他過程的壓力均高于汽油機(jī)。

24第三節(jié)實際循環(huán)的評定—指示指標(biāo)指示指標(biāo)用來評定實際循環(huán)質(zhì)量的好壞，是以工質(zhì)在氣缸內(nèi)對活塞做功為基礎(chǔ)，直接反映由燃燒到熱功轉(zhuǎn)換的工作循環(huán)進(jìn)行的好壞。（因此，指示指標(biāo)不受機(jī)械摩擦以及其他附件消耗等外來因素的影響）循環(huán)的動力性（做功能力）平均指示壓力pmi（IndicatedMeanEffectivePressure）指示功率Pi（IndicatedPower）循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性指示熱效率ηiIndicatedEfficiency指示燃油消耗率biISFC25

平均指示壓力pmi(MPa）是發(fā)動機(jī)單位氣缸工作容積Vs(L)一個循環(huán)所做的指示功Wi

(kJ)pmi是從實際循環(huán)的角度評價發(fā)動機(jī)氣缸工作容積利用率高低的一個參數(shù)。pmi（MPa）汽油機(jī)0.8-1.5柴油機(jī)0.7-1.1一、指示功Wi和平均指示壓力pmi26指示功是指氣缸內(nèi)完成一個工作循環(huán)所得到的有用功Wi。指示功的大小可以由p-V圖中閉合曲線所占有的面積求得，圖1-12中示出了四沖程非增壓和增壓發(fā)動機(jī)以及二沖程發(fā)動機(jī)的示功圖。一、指示功Wi和平均指示壓力pmia）四沖程非增壓發(fā)動機(jī)b）四沖程增壓發(fā)動機(jī)c）二沖程發(fā)動機(jī)在增壓發(fā)動機(jī)中由于進(jìn)氣壓力高于排氣壓力，在換氣過程中，工質(zhì)是對外做功，因此兩者面積疊加。27WpdV=ò功正負(fù)確定原則：◎壓力方向與活塞運(yùn)動方向一致，工質(zhì)對活塞作正功。◎壓力方向與活塞運(yùn)動方向相反，工質(zhì)對活塞作負(fù)功。IVCEVOEVCIVOTDC上止點BDC下止點ppzp0VsVcV示功圖(IndicatorDiagram)四沖程pAds工質(zhì)對活塞所作功循環(huán)功：動力過程功：壓縮與燃燒膨脹過程所作功之代數(shù)和。泵氣過程功：進(jìn)氣與排氣過程所作功之代數(shù)和。循環(huán)指示功＝動力過程功＋泵氣過程功(考慮泵氣損失)CompressionW<0PowerW>0IntakeW<0ExhaustW<0CompressionW<0PowerW>0IntakeW>0ExhaustW<0非增壓增壓28

指示功Wi反映了發(fā)動機(jī)氣缸在一個工作循環(huán)中所獲得的有用功的數(shù)量，它除了和循環(huán)中熱功轉(zhuǎn)換的有效程度有關(guān)外，還和氣缸容積的大小有關(guān)。為了比較不同大小氣缸的做功能力，需要排除尺寸的影響，而引入平均指示壓力pmi的概念。平均指示壓力pmi（MPa）是發(fā)動機(jī)單位氣缸工作容積一個循環(huán)所做的指示功pmi（MPa）汽油機(jī)0.8-1.5柴油機(jī)0.7-1.129

以一個假想的、大小不變的壓力作用在活塞上，使活塞移動一個行程，其所做的功等于循環(huán)功，則此假想的壓力即為平均指示壓力pmi。平均指示壓力是衡量發(fā)動機(jī)實際循環(huán)動力性能的一個很重要的指標(biāo)。30指示功率Pi：是指發(fā)動機(jī)單位時間（1秒鐘）所做的指示功。

式中，一般采用的單位：平均指示壓力pmi(MPa),工作容積VS(L),發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速n(r/min),指示功率Pi(kW)，發(fā)動機(jī)氣缸數(shù)量i個，發(fā)動機(jī)沖程數(shù)τ,四沖程τ=4,二沖程τ=2二、指示功率Pi（IndicatedPower）31指示熱效率ηit是實際循環(huán)指示功Wi(kJ)與所消耗的燃料熱量Q1(kJ)之比值。Hu為燃料的熱值（kJ/kg）指示燃料消耗率bi

（簡稱指示比油耗）是指單位指示功的耗油量，通常以每千瓦小時的耗油量表示。當(dāng)已知發(fā)動機(jī)的指示功率Pi（kW）)和每小時耗油量B（kg/h）,則bi[g／（kW·h）]為：ηi

bi[g/(kW·h)]汽油機(jī)

0.3-0.4205-320柴油機(jī)

0.4-0.5170-205ηi、bi的大致范圍三、指示熱效率ηit和指示燃料消耗率bi注意：計算的關(guān)鍵是把各個量值的單位搞清楚32第四節(jié)發(fā)動機(jī)經(jīng)濟(jì)性和動力性的評定—有效指標(biāo)發(fā)動機(jī)的有效指標(biāo)是以曲軸對外輸出的功率為基礎(chǔ)，代表了發(fā)動機(jī)整機(jī)的性能。有效指標(biāo)常用來直接評定發(fā)動機(jī)實際工作性能的優(yōu)劣，在生產(chǎn)實踐中有著廣泛的應(yīng)用。兩類指標(biāo)對比指示指標(biāo)（i－indicate） 以工質(zhì)在氣缸內(nèi)對活塞做功為基礎(chǔ)，評定實際循環(huán)質(zhì)量的好壞。有效指標(biāo)（e－effective） 以曲軸對外輸出的功率為基礎(chǔ)，代表整機(jī)的性能。

331.有效功率Pe(kW)（EffectivePower）

指示功率對外輸出過程中存在機(jī)械損失功率Pm

1)發(fā)動機(jī)內(nèi)部運(yùn)動零件的摩擦損失。比例最大2)驅(qū)動附屬機(jī)構(gòu)的損失3)泵氣損失，指進(jìn)排氣過程所消耗的功Pe=Pi-Pm發(fā)動機(jī)有效功率Pe由試驗測得。2.有效轉(zhuǎn)矩Ttq(N.m)發(fā)動機(jī)工作時，由功率輸出軸輸出的轉(zhuǎn)矩稱為有效轉(zhuǎn)矩Ttq

一、發(fā)動機(jī)動力性指標(biāo)34

3.平均有效壓力pme平均有效壓力pme（MPa）是發(fā)動機(jī)單位氣缸工作容積輸出的有效功。

pme值大，說明單位氣缸工作容積對外輸出的功多，做功能力強(qiáng)。它是評定發(fā)動機(jī)動力性的重要指標(biāo)pmi（MPa）pme（MPa）汽油機(jī)0.8-1.50.7-1.3柴油機(jī)0.7-1.10.6-1.035不同發(fā)動機(jī)平均有效壓力pme范圍摩托車發(fā)動機(jī)（四沖程）賽車發(fā)動機(jī)（自然吸氣）賽車發(fā)動機(jī)（渦輪增壓）轎車汽油機(jī)（自然吸氣）轎車汽油機(jī)（渦輪增壓）轎車柴油機(jī)（渦輪增壓）卡車柴油機(jī)（渦輪增壓）大型柴油機(jī)中型高速柴油機(jī)十字頭二沖程柴油機(jī)pme[

bar]1216.656914.114201221.21123.51529.415251518.236

4.轉(zhuǎn)速n和活塞平均速度Cm

提高發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，即增加單位時間的做功次數(shù)，從而使發(fā)動機(jī)體積小、重量輕和功率大。Cm大，則活塞組的熱負(fù)荷和曲柄連桿機(jī)構(gòu)的慣性力均增大，磨損增大，壽命下降，Cm已成為表征發(fā)動機(jī)強(qiáng)化程度的參數(shù)。一般汽油機(jī)不超過18m/s，柴油機(jī)不超過13m/s。為了提高轉(zhuǎn)速又不使Cm過大，由上式知，可以減小行程S（m），即對于高速發(fā)動機(jī)，在結(jié)構(gòu)上采用較小的行程缸徑比（S/D）值。當(dāng)S/D<1時，常稱為短行程。37最大平均活塞速度vm2221.7279.519.812.314.78.113.17.8[m/s]7.0125.39.55.7摩托車發(fā)動機(jī)（四沖程）賽車發(fā)動機(jī)（自然吸氣）賽車發(fā)動機(jī)（渦輪增壓）轎車汽油機(jī)（自然吸氣）轎車柴油機(jī)卡車柴油機(jī)（渦輪增壓）大型柴油機(jī)中速柴油機(jī)十字頭二沖程柴油機(jī)38

二、發(fā)動機(jī)經(jīng)濟(jì)性能

1.有效熱效率ηet

ηet是發(fā)動機(jī)的有效功We（kJ）與所消耗燃料熱量Q1(kJ)之比值

2.有效燃料消耗率be

（BSFC）be[g/（kW·h）]是單位有效功的耗油量（簡稱耗油率），通常以每千瓦小時的耗油量表示

1kWh=3.6×106J39ηt、ηit、ηet、bi、be的大致范圍ηt循環(huán)熱效率ηit

指示熱效率ηet有效熱效率bi[g/(kW·h)]be[g/(kW·h)]汽油機(jī)

0.54-0.580.3-0.40.25-0.3205-320270-325柴油機(jī)

0.64-0.670.4-0.50.3-0.45170-205190-28540三、發(fā)動機(jī)強(qiáng)化指標(biāo)1.升功率PL和比質(zhì)量me

升功率PL（kW／L）是發(fā)動機(jī)每升工作容積所發(fā)出的有效功率。它用來衡量發(fā)動機(jī)容積利用的程度。比質(zhì)量me（kg／kW）是發(fā)動機(jī)的干質(zhì)量m與所給出的有效功率之比Pe。它表征質(zhì)量利用程度和結(jié)構(gòu)緊湊性。2.強(qiáng)化系數(shù)pmeCm

平均有效壓力與活塞平均速度的乘積稱為強(qiáng)化系數(shù)。與活塞單位面積的功率成正比。其值愈大，發(fā)動機(jī)的熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷愈高。41升功率PL、比質(zhì)量me和強(qiáng)化系數(shù)pmeCm的大致范圍

PL（kW／L）

me（kg／kW）

pmeCm

（MPa·m／s）汽油機(jī)

30-701.1-4.08-17汽車柴油機(jī)

18-302.5-9.06-1142計算：某汽油機(jī)在3000r/min時測得其轉(zhuǎn)矩為55N.m，在該工況下燃燒50mL的汽油需要的時間是25.7s，試計算有效功率Pe（kW）、每小時耗油量B（kg/h）和比油耗be（g/kW.h）。汽油的密度為0.73g/mL。

解：Pe=n×Ttq/9550=3000×55/9550=17.28(kW)

B=ρV/t=0.73×50×10-3×3600

/25.7=5.11(kg/h)be=B×1000/Pe=5.11×1000/17.28=295.72(g/kW.h)作業(yè)題43環(huán)境指標(biāo)主要指發(fā)動機(jī)排氣指標(biāo)和噪聲水平。一、排放性能指標(biāo)對汽油機(jī)來說主要是廢氣中的一氧化碳(CO)和碳?xì)浠衔?HC)含量；對柴油機(jī)來說主要是廢氣中的氮氧化物(NOx)和顆粒(PM)含量。氣體污染物的濃度常量單位（容積％）：CO2,汽油機(jī)CO排放濃度微量單位（容積百萬分?jǐn)?shù)10-6,PPM）：HC，NOx，柴油機(jī)CO污染物質(zhì)量排放量（g/km,g/h,g/試驗等）常用于工況法的排放測試。比排放（g/(kW.h)）通常用于重型車用發(fā)動機(jī)的排放測量排放指數(shù)（g/kg）：每千克燃油燃燒所排放的污染物質(zhì)量第五節(jié)

發(fā)動機(jī)的環(huán)境指標(biāo)

44顆粒排放物1）用重量法檢測時：（mg/m3,ug/m3）2）用其他方法檢測時，一般用測量方法命名，如波許煙度單位（RB）、哈特立奇煙度單位（RH）等。二、噪聲性能指標(biāo)噪聲是指對人的健康造成不良影響及對學(xué)習(xí)、工作和休息等正?；顒影l(fā)生干擾的聲音。由于汽車是城市中的主要噪聲源之一，而發(fā)動機(jī)又是汽車的主要噪聲源，因此控制發(fā)動機(jī)的噪聲就顯得十分重要。我國的汽車車內(nèi)噪聲標(biāo)準(zhǔn)(GB/T18697—2002)中規(guī)定，轎車的車內(nèi)噪聲不得大于79dB(A)。45噪聲指標(biāo)聲壓級，聲強(qiáng)級，聲功率級（dB）常用于發(fā)動機(jī)整機(jī)和零部件的噪聲計量和生源識別。A計權(quán)聲級（dB（A））模擬人耳對聲音的感覺，常用于汽車整車的噪聲測量。46第六節(jié)機(jī)械損失

發(fā)動機(jī)的機(jī)械損失消耗了一部分指示功率，使得對外輸出的有效功率減少，這部分功率稱為機(jī)械損失功率Pm（Mechanicallosspower）。機(jī)械損失所消耗的功率占指示功率的10%-30%。降低機(jī)械損失，特別是摩擦損失，使實際循環(huán)得到的功盡可能轉(zhuǎn)變成對外輸出的有效功，是提高發(fā)動機(jī)性能重要的一個方面。

47機(jī)械損失分配情況

機(jī)械損失名稱占Pm的百分比（%）

占Pi的百分比（%）

摩擦損失其中活塞及活塞環(huán)連桿、曲軸軸承配氣機(jī)構(gòu)62-7545-6015-202-3

8-20

驅(qū)動各種附件損失其中水泵風(fēng)扇機(jī)油泵

電器設(shè)備

10-202-36-81-21-2

1-5帶動機(jī)械增壓器損失

6-10

泵氣損失

10-20

2-4

總功率損失

10010-3048

一、機(jī)械效率ηm

平均機(jī)械損失壓力pmm:發(fā)動機(jī)單位氣缸工作容積一個循環(huán)所損失的功率，衡量機(jī)械損失的大小。機(jī)械效率ηm是有效功率和指示功率的比

機(jī)械效率ηm的大致范圍是：汽油機(jī)0.7-0.9柴油機(jī)0.7-0.85

49

二、機(jī)械損失的測定1.示功圖法特點：適用于各種汽油機(jī)、柴油機(jī)、增壓發(fā)動機(jī)等試驗方法：理論上是完全符合機(jī)械損失的定義的，運(yùn)用燃燒分析儀器測錄汽缸的示功圖，得到指示功率Pi值;從測功機(jī)和轉(zhuǎn)速計測出發(fā)動機(jī)的有效功率Pe，可以算出機(jī)械損失Pm。Pm=Pi-Pe實際結(jié)果的正確程度取決于示功圖測量的正確程度。即：活塞上止點的位置的準(zhǔn)確確定；各缸工作的均勻性。50512.倒拖法特點：需使用帶倒拖能力的電力測功器，主要用于汽油機(jī)試驗過程：發(fā)動機(jī)與電力測功機(jī)相連，并穩(wěn)定運(yùn)行；切斷對發(fā)動機(jī)的供油，由測功機(jī)繼續(xù)帶動發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，并維持轉(zhuǎn)速、水溫、油溫不變；測功機(jī)所消耗的功率即為發(fā)動機(jī)的機(jī)械損失功率。試驗測得的功率要超過發(fā)動機(jī)在給定工況下工作時所消耗的機(jī)械損失功率。對低壓縮比發(fā)動機(jī)比較精確。我國汽車發(fā)動機(jī)試驗標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，應(yīng)優(yōu)先采用此法測量汽油機(jī)機(jī)械損失功率52

3.滅缸法特點：僅適用于多缸非增壓柴油機(jī)試驗過程：發(fā)動機(jī)在給定工況下穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，測量有效功率Pe維持噴油泵齒條位置不變，停止向一缸供油；減少制動力矩，使發(fā)動機(jī)恢復(fù)到原有轉(zhuǎn)速，測量此時的有效功率Pe1則停止供油一缸的指示功率為Pi1=Pe-Pe1則整臺發(fā)動機(jī)的機(jī)械損失功率為：Pm=(i-1)Pe-(Pe1+Pe2+…)

精度保證：要求停止一缸的燃燒不致于引起進(jìn)、排氣系統(tǒng)的異常變化。因此，不能用于廢氣渦輪增壓發(fā)動機(jī)及單缸機(jī)、汽油機(jī)。

534.油耗線法（負(fù)荷特性法）特點：適用于非增壓或低增壓柴油機(jī)，不適用于汽油機(jī)原理：由指示熱效率的定義可導(dǎo)出當(dāng)柴油機(jī)空轉(zhuǎn)（無負(fù)荷）時，ηit不隨負(fù)荷增減而變化時，可得:

兩式相除，得到：54試驗方法：保證發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速不變，逐漸改變柴油機(jī)噴油泵齒條的位置，測出每小時耗油量B隨負(fù)荷pme變化的關(guān)系，繪制成如圖1-15的曲線，此曲線稱為負(fù)荷特性曲線。在曲線中找出接近直線的線段，并順此線段作延長線，直至與橫坐標(biāo)相交，則交點到坐標(biāo)原點的長度即為該機(jī)的平均機(jī)械損失壓力pmm的數(shù)值。此方法的基礎(chǔ)是，假設(shè)轉(zhuǎn)速不變時pmm和指示熱效率都不隨負(fù)荷增減而變化。55這個方法雖然只是近似的方法，但只要在低負(fù)荷附近，燃油消耗量曲線為直線就相當(dāng)可靠，即使沒有電力測功器和燃燒分析儀也能進(jìn)行測定。但是，這種方法不適用于用節(jié)氣門調(diào)節(jié)功率的汽油機(jī)。當(dāng)測得其pmm值后，其機(jī)械效率可近似地用下式估算：561）汽油機(jī)多用倒拖法，不適合用滅缸法（滅缸不安全）和油耗線法（不成直線）；2）自然吸氣柴油機(jī)適合滅缸法、油耗線法，小型柴油機(jī)可以用倒拖法；3）廢氣渦輪增壓柴油機(jī)無法使用倒拖法和滅缸法，低增壓可以用油耗線法；4）各種汽油機(jī)、柴油機(jī)、增壓發(fā)動機(jī)等均可采用示功圖法。機(jī)械損失的測定方法總結(jié)57

三、影響機(jī)械損失的因素1.氣缸直徑及行程根據(jù)試驗，機(jī)械損失功率與缸徑、行程的大致關(guān)系為發(fā)動機(jī)工作容積增加，即加大缸徑或行程時，機(jī)械損失功率Pm增加，但機(jī)械效率ηm提高。當(dāng)氣缸工作容積一定，而行程/缸徑比（S／D）減小時，機(jī)械損失功率Pm減少，機(jī)械效率ηm提高。

58

2.摩擦損失

機(jī)械損失中摩擦損失占70%（1）活塞組件

產(chǎn)生摩擦的部件：活塞環(huán)、活塞裙部和活塞銷主要影響因素：活塞環(huán)的結(jié)構(gòu)與組合、活塞裙部的幾何形狀，缸套的溫度及配合間隙等采取的措施：減少活塞環(huán)數(shù)目，減薄活塞環(huán)厚度，減少活塞裙部的接觸面積，在裙部涂固體潤滑膜等（2）曲軸組件

產(chǎn)生摩擦的部件：軸頸與軸承、密封裝置主要影響因素：潤滑動阻力與軸頸的直徑和寬度的立方成正比采取的措施：減少運(yùn)動件的慣性質(zhì)量，降低軸承負(fù)荷并使軸承寬度和軸徑減小59

（3）配氣機(jī)構(gòu)

產(chǎn)生摩擦的部件：氣門與氣門導(dǎo)管、搖臂與凸輪主要影響因素：低轉(zhuǎn)速下，負(fù)荷主要由彈簧力引起；高轉(zhuǎn)速時，負(fù)荷主要由慣性力引起采取的措施：減少運(yùn)動件的慣性質(zhì)量，良好的凸輪型線3.轉(zhuǎn)速n（或活塞平均速度Cm）發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速上升（Cm隨之加大），致使：

各摩擦副間相對速度增加，摩擦損失增加

泵氣損失加大

驅(qū)動附件消耗的功多

因此，n上升，機(jī)械損失功率增加，機(jī)械效率ηm下降.

在用提高轉(zhuǎn)速強(qiáng)化發(fā)動機(jī)的動力性能時與ηm的降低相互矛盾606162

4.負(fù)荷：隨著負(fù)荷的減少，平均指示壓力Pmi減少，平均機(jī)械損失壓力Pmm幾乎不變，ηm下降。63

5.潤滑油品質(zhì)和冷卻水溫度

（1）潤滑油：其粘度對摩擦損失的大小有重要的影響。潤滑油粘度：即稠稀程度，表示了流體分子之間內(nèi)摩擦力的大小。粘度大，內(nèi)摩擦力大，流動性差，使摩擦損失增加，但承載能力強(qiáng)，易于保持液體潤滑狀態(tài)。潤滑油粘度主要受油的品種和溫度的影響。選用原則；在保證發(fā)動機(jī)正常工作時有可靠潤滑條件的前提下，盡量選用粘度較小的潤滑油，以減少摩擦損失，改善起動性能

。64

（2）冷卻水溫度：直接影響燃燒過程和傳熱損失在發(fā)動機(jī)使用過程中，應(yīng)嚴(yán)格保持一定的油溫和水溫，即限制在一定熱力狀態(tài)下工作。提高水溫，對性能有益，但受水的沸點限制，一般水冷發(fā)動機(jī)，水溫多在80～95℃范圍一般使用50%摻比的乙二醇冷卻液，沸點108℃，冰點-36℃。65第七節(jié)

熱平衡

一、

實際循環(huán)熱平衡

1、實際循環(huán)與理論循環(huán)（空氣標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)）的差異

理論循環(huán)（四個假設(shè)）實際循環(huán)差異假設(shè)工質(zhì)是理想氣體，物理常數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的空氣物理常數(shù)相同（比熱容是定值）實際氣體比熱容隨溫度上升而增大，因此循環(huán)的最高溫度降低，且存在泄漏使工質(zhì)數(shù)量減少

Wk

假設(shè)工質(zhì)是在閉口系統(tǒng)中作封閉循環(huán)

為使循環(huán)重復(fù)進(jìn)行，必須更換工質(zhì)，換氣損失（泵氣損失+提前排氣損失W）Wr假設(shè)工質(zhì)的壓縮及膨脹是絕熱等熵過程

氣缸壁和工質(zhì)間始終存在著熱交換，使壓縮、膨脹線均脫離理論循環(huán)的絕熱壓縮、膨脹線Wb

假設(shè)燃燒是外界無數(shù)數(shù)個高溫?zé)嵩炊ㄈ莼蚨▔合蚬べ|(zhì)加熱。工質(zhì)放熱為定容放熱

（1）燃燒需要一定的時間，所以噴油或點火在上止點前，并且燃燒還會延續(xù)到膨脹行程，由此形成非瞬時燃燒損失和補(bǔ)燃損失（2）部分燃料由于缺氧產(chǎn)生不完全燃燒損失（3）在高溫下部分燃燒產(chǎn)物分解而吸熱使循環(huán)的最高溫度下降Wz6667

2、汽油機(jī)與柴油機(jī)熱量分配的差異名稱汽油機(jī)柴油機(jī)理論循環(huán)熱效率ηt

0.54-0.580.64-0.67指示熱效率ηi

0.30-0.400.40-0.45各種損失使熱效率下降工質(zhì)比熱容變化燃燒不完全及熱分解傳熱損失提前排氣

0.10-0.120.08-0.100.03-0.050.01

0.09-0.100.06-0.090.04-0.010.01

68

說明：1）汽油機(jī)ηt低于柴油機(jī)ηt的主要原因是壓縮比ε小所造成，所以提高壓縮比一直是提高汽油機(jī)熱效率的主要方向，但受到不正常燃燒的限制；2）實際工質(zhì)比熱容變化引起的損失，占有較大比例。汽油機(jī)因相對的空氣量少，混合氣較濃，缸內(nèi)燃燒溫度較高，故此項損失較柴油機(jī)大；所以應(yīng)用稀混合氣是汽油機(jī)減少損失的途徑之一。3）對于柴油機(jī)，不完全燃燒主要是混合氣形成及燃燒組織不完善引起，故燃油噴射、氣流運(yùn)動與燃燒室形狀間的良好配合是柴油機(jī)應(yīng)改善之處。69

二、

發(fā)動機(jī)熱平衡

指熱量表現(xiàn)為有效功及各項損失的分配情況。QT

=QE+QS+QR+QB+QL

說明：主要由廢氣帶走（QR），其次傳給冷卻水（QS）；在某些汽油機(jī)中不完全燃燒損失的熱量（QB）所占比例較大；回收QR一直是人們極為關(guān)注的問題，如廢氣渦輪增壓；QT發(fā)動機(jī)所耗燃油的熱量

QE轉(zhuǎn)化為有效功的熱量QS傳遞給冷卻介質(zhì)的熱量QR廢氣帶走的熱量QB燃料不完全燃燒熱損失QL其它熱量損失汽油機(jī)

25-3012-2730-500-453-10柴油機(jī)

30-4015-3525-450-52-5增壓柴油機(jī)

35-4510-2525-400-52-570a-從殘余廢氣和排氣中回收的熱量；b-由汽缸壁傳給進(jìn)氣的熱量；c-排出廢氣傳給冷卻液的熱量；d-在摩擦熱中傳給冷卻液的部分熱量；e-從排氣系統(tǒng)輻射的熱量；f-從冷卻系和水套壁輻射的熱量；g-從曲軸箱壁和其他不冷卻部分輻射的熱量圖1-22發(fā)動機(jī)的熱平衡圖71習(xí)題二有一臺6135Q－1柴油機(jī)，活塞行程為140mm，在2200r／min時，發(fā)動機(jī)發(fā)出的有效功率為154kW。be＝217g／(kW·h)。柴油的燃料低熱值Hu為42500kJ/kg。1)求該發(fā)動機(jī)的排量（單位L）。2）求發(fā)動機(jī)的平均有效壓力pme、有效轉(zhuǎn)矩Ttq、和有效熱效率ηet。

3)當(dāng)機(jī)械效率ηm＝0.75時，試求bi、ηit、Pi和Pm的值。72解：由發(fā)動機(jī)型號6135Q-1可知

：

柴油機(jī)為6缸，缸徑D＝135mm；已知活塞行程S=140mm，

則發(fā)動機(jī)排量為：=12.02L排量：平均有效壓力（MPa）：有效轉(zhuǎn)矩（N·m）

：73有效熱效率：指示熱效率：指示燃油消耗率（g/kW·h）

：指示功率（kW）：機(jī)械損失功率（kW）：74第一章復(fù)習(xí)題1、三種理論循環(huán)（圖形、對應(yīng)近似機(jī)種）；2、循環(huán)熱效率（定義、影響因素）；3、四行程發(fā)動機(jī)的實際循環(huán)（示功圖、循環(huán)過程、ε和PZ的范圍）；4、指示指標(biāo)與有效指標(biāo)（兩類指標(biāo)的運(yùn)算、聯(lián)系）；5、機(jī)械效率的定義；6、機(jī)械損失的影響因素和測定方法；7、熱平衡中熱量分配情況；75第一章總結(jié)1.動力性能指標(biāo)功率(Power)，轉(zhuǎn)矩(Torque)，轉(zhuǎn)速(Revolution/Speed)平均有效壓力(BMEP)2.經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)燃油消耗率(Fuelconsumption)機(jī)油消耗率(Lubricantconsumption)3.環(huán)境性能指標(biāo)碳?xì)?HC),一氧化碳(CO),氮氧化物(NOx),顆粒物(PM),二氧化碳(CO2)噪聲振動(NVH)4.使用性能指標(biāo)可靠性或耐久性(Robust,Reliability)維修方便(I/Mconvenience)，冷起動(Coldstart)。發(fā)動機(jī)的性能指標(biāo)76指示指標(biāo)與有效指標(biāo)1）以工質(zhì)對活塞作功為計算基準(zhǔn)的指標(biāo)稱為指示指標(biāo)◎基于示功圖算出，直接反映燃燒和熱力循環(huán)組織的好壞◎用于理論分析和科研2）以曲軸輸出功為計算基準(zhǔn)的指標(biāo)稱為有效指標(biāo)◎由試驗測出，直接反映產(chǎn)品最終性能◎用于產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)和使用當(dāng)中只有與作功有關(guān)的指標(biāo)，才有“有效”與“指示”之分。其余，如轉(zhuǎn)速、每小時耗油量等，則無此區(qū)別。77摩擦損失＋附件消耗循環(huán)指示功、循環(huán)有效功與機(jī)械損失功理論上：測量上：以自然吸氣發(fā)動機(jī)為例：曲軸輸出的循環(huán)有效功循環(huán)凈指示功機(jī)械損失＝摩擦損失＋附件消耗＋泵氣損失循環(huán)總指示功以后循環(huán)功都是指循環(huán)總指示功!78平均指示壓力（IMEP）IndicatedMeanEffectivePressure動力性能指標(biāo)pWVmiis=[]p

.

VpdVWp

1bar10Nm10Nmm0,1kJdmmisimi52533o====ò定義：單位氣缸工作容積所作的循環(huán)指示功。循環(huán)指示功可以認(rèn)為是一個假想不變的壓力pmi作用在活塞上，使活塞移動一個沖程所作的功。平均指示壓力反映發(fā)動機(jī)作功能力的大?。▎挝惑w積作功量大小J/m3）和強(qiáng)化程度。注意：這里的壓力事實上就是物理上所說的壓強(qiáng)，N/m279功率Powerpmi

:

IMEP平均指示壓力pme

:

BMEP平均有效壓力pmm

:

MMEP平均機(jī)械損失壓力指示功率（Indicatedpower）有效功率（Effectivepower）機(jī)械損失功率（Mechanicallosspower）2-stroke:

=24-stroke:

=4動力性能指標(biāo)注意：注意這里所列的性能指標(biāo)單位是國標(biāo)單位80轉(zhuǎn)矩：轉(zhuǎn)矩（Torque）角速度（Angularvelocity）E.g.單缸四沖程發(fā)動機(jī)

動力性指標(biāo)之間的關(guān)系平均有效壓力：功率：對于某一發(fā)動機(jī)，轉(zhuǎn)矩和平均有效壓力都反映負(fù)荷（率）的大小81有效效率：BSFCEffectiveefficiencyFuelmassflow燃油流量(kg/s)Lowheatvalue低熱值

(kJ/kg)Indicatedefficiency經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)有效油耗：指示效率：指示油耗：

ISFCE.g.求油耗：82比功率PL—單位發(fā)動機(jī)排量發(fā)出的功率（評價氣缸容積利用程度和緊湊性）

PL=Pe/Vs

（kW/L)

比質(zhì)量me—單位有效功率所占發(fā)動機(jī)質(zhì)量（評價輕量化和緊湊性）

me=m/Pe

（kg/kW）比容積Ve—單位有效功率所占發(fā)動機(jī)的體積（評價緊湊性）

Ve=V/Pe

（m3/kW）強(qiáng)化系數(shù)pme

vm—其值愈大，發(fā)動機(jī)的熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷愈高。

功率密度評價指標(biāo)（升功率）83發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速與活塞平均速度主要影響：慣性力引起的機(jī)械應(yīng)力摩擦（磨損）熱負(fù)荷充氣效率噪聲活塞平均速度：（發(fā)動機(jī)強(qiáng)化指標(biāo)之一）注意：發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速與活塞速度不完全是一個概念！平均活塞速度越高，也說明發(fā)動機(jī)強(qiáng)化度越高單位：84第一章結(jié)束！

汽車發(fā)動機(jī)原理2024/10/1386

目錄第一章發(fā)動機(jī)的性能第二章發(fā)動機(jī)的換氣過程第三章燃料與燃燒第四章汽油機(jī)混合氣的形成和燃燒第五章柴油機(jī)混合氣的形成和燃燒第六章汽車發(fā)動機(jī)特性第七章車用發(fā)動機(jī)廢氣渦輪增壓第八章發(fā)動機(jī)排氣污染與噪聲控制第九章新型汽車動力裝置第十章發(fā)動機(jī)動力學(xué)2024/10/13發(fā)動機(jī)原理87第二章

發(fā)動機(jī)的換氣過程

發(fā)動機(jī)的換氣過程包括排氣過程和進(jìn)氣過程，其任務(wù)是排除缸內(nèi)廢氣并充入盡可能多的新鮮工質(zhì)。（汽油機(jī)中可燃混合氣，柴油機(jī)中是空氣）每循環(huán)進(jìn)入氣缸的新鮮工質(zhì)（充量）量愈多，燃燒后才能放出更多的熱，從而增大發(fā)動機(jī)功率和轉(zhuǎn)矩，這是保證發(fā)動機(jī)動力性能的前提和關(guān)鍵。第一節(jié)四行程發(fā)動機(jī)的換氣過程

一、換氣過程四行程發(fā)動機(jī)換氣過程包括從排氣門開啟直到進(jìn)氣門關(guān)閉的整個時期。進(jìn)排氣門一般提前開啟，遲后關(guān)閉，整個換氣過程約占410°～480°曲軸轉(zhuǎn)角。一般將換氣過程分作自由排氣、強(qiáng)制排氣、進(jìn)氣和氣門疊開四個階段

換氣過程自由排氣強(qiáng)制排氣進(jìn)氣氣門疊開892024/10/13發(fā)動機(jī)原理90

1.自由排氣階段（超臨界與亞臨界狀態(tài)）

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

排氣門是在活塞到達(dá)下止點之前開啟，從排氣門開始打開到下止點這段曲軸轉(zhuǎn)角，稱為排氣提前角，一般為30°～80°曲軸轉(zhuǎn)角。此時缸內(nèi)廢氣壓力約為0.2～0.5MPa，缸內(nèi)壓力與排氣管壓力之比往往大于臨界值1.9，排氣的流動處于超臨界狀態(tài)，廢氣以當(dāng)?shù)芈曀賑流過排氣門開啟截面，當(dāng)排氣溫度為700-1100K時，聲速可達(dá)500-700m／s在超臨界排氣時期，排氣流速甚高，在排氣過程中伴有刺耳的噪聲，所以排氣系統(tǒng)必須裝有消聲器。2024/10/13發(fā)動機(jī)原理91

在超臨界排氣時期，廢氣流量與排氣管內(nèi)壓力無關(guān)，只決定于氣缸內(nèi)氣體的狀態(tài)和氣門有效開啟面積；隨廢氣的大量流出，缸內(nèi)壓力迅速下降，排氣流動轉(zhuǎn)入亞臨界狀態(tài)，此時廢氣流量決定于氣缸內(nèi)和排氣管內(nèi)的壓力差。到某一時刻，氣缸內(nèi)和排氣管內(nèi)的壓力接近，則自由排氣階段結(jié)束；自由排氣約在下止點后10°～30°曲軸轉(zhuǎn)角結(jié)束，由于此階段廢氣流速很高，故排出廢氣量達(dá)60%以上；當(dāng)排氣門開啟，廢氣涌向排氣管時，排氣管壓力急劇上升，產(chǎn)生正壓力波并在管內(nèi)往復(fù)傳播和反射。自由排氣階段超臨界狀態(tài)亞臨界狀態(tài)2024/10/13發(fā)動機(jī)原理92

2.強(qiáng)制排氣階段此階段廢氣是由活塞上行強(qiáng)制推出。由于要克服排氣門、排氣道處的阻力，缸內(nèi)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(guān)閉。從上止點到排氣門完全關(guān)閉這段曲軸轉(zhuǎn)角，稱為排氣遲閉角，一般為10°～35°曲軸轉(zhuǎn)角。為何需要排氣遲閉角：否則，產(chǎn)生較大的節(jié)流作用，致使缸內(nèi)壓力上升，結(jié)果排氣消耗的功和殘余廢氣量增加；利用慣性繼續(xù)排氣2024/10/13發(fā)動機(jī)原理93

3.進(jìn)氣過程準(zhǔn)備進(jìn)氣：進(jìn)氣提前角：進(jìn)氣門一般在上止點前0°～40°曲軸轉(zhuǎn)角開始打開，以保證活塞下行時有足夠大的開啟面積，新鮮工質(zhì)可以順利流入氣缸。

正常進(jìn)氣：活塞下行殘余廢氣膨脹，新鮮氣體充入氣缸。慣性進(jìn)氣：進(jìn)氣遲閉角：進(jìn)氣門一般在下止點后40°～70°曲軸轉(zhuǎn)角才關(guān)閉，以利用高速氣流的慣性，在下止點后繼續(xù)充氣，以增加進(jìn)氣量。2024/10/13發(fā)動機(jī)原理94

4．氣門疊開由于排氣門的遲后關(guān)閉和進(jìn)氣門的提前開啟，存在進(jìn)、排氣門同時開啟的現(xiàn)象，稱為氣門疊開此時進(jìn)氣管、氣缸、排氣管互相連通，可以利用氣流的壓差、慣性或進(jìn)排氣管壓力波，清除殘余廢氣，增加進(jìn)氣量，降低高溫零件的溫度，但注意不應(yīng)產(chǎn)生廢氣倒流現(xiàn)象。在非增壓發(fā)動機(jī)中，疊開角一般為20°~80°曲軸轉(zhuǎn)角將進(jìn)、排氣門開、關(guān)角度以及相對上、下止點的位置畫出，稱為配氣定時圖。2024/10/13發(fā)動機(jī)原理96二、換氣損失換氣損失是由排氣損失和進(jìn)氣損失兩部分組成，如圖所示，圖a為非增壓，b為增壓。W—自由排氣損失Y—強(qiáng)制排氣損失X—進(jìn)氣損失Y+X-d—泵氣損失1．排氣損失從排氣門提前打開直到進(jìn)氣行程開始，缸內(nèi)壓力到達(dá)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和強(qiáng)制排氣損失。自由排氣損失(圖中面積W)：它是因排氣門提前打開，排氣壓力線從b'開始偏離理想循環(huán)膨脹線，引起膨脹功的減少。強(qiáng)制排氣損失(圖中面積Y)：它是活塞將廢氣推出所消耗的功。99隨著排氣提前角增大，自由排氣損失面積增加，強(qiáng)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(qiáng)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(yīng)使面積（W+Y）之和最?。ㄈ缜€a）。排氣提前角對排氣損失的影響2．進(jìn)氣損失由于進(jìn)氣系統(tǒng)的阻力，進(jìn)氣過程的氣缸壓力低于進(jìn)氣管壓力(非增壓發(fā)動機(jī)中一般設(shè)為大氣壓力)，損失的功相當(dāng)于X所表示的面積，稱為進(jìn)氣損失。與排氣損失相比，它相對較小。3.換氣損失與泵氣損失排氣損失與進(jìn)氣損失之和稱為換氣損失，如圖2-3中面積(W+X+Y)所示。實際示功圖中將面積(X+Y-d)所表示的負(fù)功稱為泵氣損失。101第二節(jié)四沖程發(fā)動機(jī)的充氣效率

一、充氣效率

充氣效率（亦稱充量系數(shù)）ηv是實際進(jìn)入氣缸的新鮮工質(zhì)的質(zhì)量與進(jìn)氣狀態(tài)下充滿氣缸工作容積的新鮮工質(zhì)的質(zhì)量的比值。式中：m1、V1—實際進(jìn)入氣缸的新鮮工質(zhì)的質(zhì)量、體積(進(jìn)氣狀態(tài))ms、Vs--進(jìn)氣狀態(tài)下充滿工作容積的新鮮工質(zhì)的質(zhì)量、氣缸工作容積汽油機(jī)：ηV=0.7-0.85柴油機(jī)：ηV=0.75-0.90增壓發(fā)動機(jī)：ηV=0.90-1.05

進(jìn)氣狀態(tài)下，在非增壓發(fā)動機(jī)上一般采用當(dāng)時、當(dāng)?shù)氐拇髿鉅顟B(tài)；在增壓發(fā)動機(jī)上，采用增壓器出口的壓力狀態(tài)。

ηV值高，代表每循環(huán)進(jìn)入一定氣缸容積的新鮮工質(zhì)量多，則發(fā)動機(jī)功率和轉(zhuǎn)矩可增加，動力性能好。

實際發(fā)動機(jī)充氣效率可直接測定，用流量計測出發(fā)動機(jī)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(jī)轉(zhuǎn)速(r/min)。二、充氣效率的影響因素如圖所示，氣門關(guān)閉時：汽缸容積為：+

缸內(nèi)氣體質(zhì)量：殘余廢氣質(zhì)量：汽缸新鮮充量為：考慮進(jìn)排氣門遲閉角的影響：充氣效率可表示為：假定殘余廢氣與新鮮充量的氣體常數(shù)近似相等，并將氣體狀態(tài)方程：帶入上式可得：經(jīng)過整理可表示為：由此可知，影響進(jìn)氣效率的因素主要有：進(jìn)氣（或大氣〕的狀態(tài)（ps、Ts）進(jìn)氣終了時氣體壓力及溫度（pa，Ta）殘余廢氣系數(shù)（γ）壓縮比（ε）氣門正時（ξ）三、影響因素分析1.進(jìn)氣終了壓力pa

pa對ηV有重要影響，pa愈高ηV值愈大。

式中，△pa為氣體流動時，克服進(jìn)氣系統(tǒng)阻力而引起的壓降(kPa)。一般可寫成：式中：λ為管道阻力系數(shù)；ρ為進(jìn)氣狀態(tài)下氣體密度（kg/m3）；v為管道內(nèi)氣體的流速（m/s）。△pa為氣體流過進(jìn)氣道的各段管道時所產(chǎn)生的壓降的總和。阻力包括局部阻力和沿程阻力；其中進(jìn)氣閥處是進(jìn)氣系統(tǒng)中截面最小、流速最大的地方。

汽車轉(zhuǎn)速升高，進(jìn)氣速度增加，pa迅速下降106汽油機(jī)由圖2-6可知：1）當(dāng)節(jié)氣門開度一定，轉(zhuǎn)速增加，pa下降。2）當(dāng)節(jié)氣門開度逐漸減小時，pa下降，而且節(jié)氣門開度越小，pa下降的速度越快在柴油機(jī)上，調(diào)節(jié)負(fù)荷是通過改變噴入氣缸的燃料量而進(jìn)入氣缸的空氣量基本不變，在進(jìn)氣系統(tǒng)一般不設(shè)調(diào)節(jié)負(fù)荷的節(jié)流裝置，故流動阻力基本不變，進(jìn)氣終了的壓力隨負(fù)荷的變化很小。

2024/10/13發(fā)動機(jī)原理107

2.進(jìn)氣終了的溫度Ta

Ta高，充氣效率值小，應(yīng)盡量降低

Ta一般進(jìn)氣終了的溫度Ta高于進(jìn)氣狀態(tài)溫度Ts1）新鮮工質(zhì)進(jìn)入發(fā)動機(jī)與高溫零件接觸而被加熱2）新鮮工質(zhì)與高溫殘余廢氣混合而被加熱3）為了使液體燃料在進(jìn)氣管中蒸發(fā)，以便均勻地與空氣混合而進(jìn)入氣缸，一般都利用廢氣或冷卻水熱量對進(jìn)氣管加熱，故空氣經(jīng)過進(jìn)氣管時受熱而溫度升高。2024/10/13發(fā)動機(jī)原理108

3.殘余廢氣系數(shù)γγ值大，ηV下降，同時燃燒惡化，特別是在汽油機(jī)低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時，因節(jié)氣門開度小，新鮮充量減少，殘余廢氣系數(shù)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(jī)低負(fù)荷工作不穩(wěn)定，經(jīng)濟(jì)性和排放性能變差。排氣終了時，排氣管內(nèi)廢氣的壓力高，說明殘余廢氣密度大，γ上升。與進(jìn)氣過程同理，殘余廢氣壓力pr主要決定于排氣系統(tǒng)各段管路的阻力和氣體流速，轉(zhuǎn)速增高則pr增加。

殘余廢氣系數(shù)的范圍：

四沖程汽油機(jī)：0.05-0.16

四沖程非增壓柴油機(jī)：0.03-0.06

四沖程增壓柴油機(jī)：0-0.034.配氣定時由：

Vc+V‘s：為進(jìn)氣門關(guān)閉時汽缸容積Vr：為排氣門關(guān)閉時汽缸容積上述公式反應(yīng)了進(jìn)、排氣遲閉角的影響?？芍M(jìn)氣遲閉角加大，ξ下降，但pa可能因氣流慣性而進(jìn)氣有所增加；排氣遲閉角加大，φ上升，而pr卻下降，這表明，對ηV來說，存在最有利的進(jìn)、排氣遲閉角。2024/10/13發(fā)動機(jī)原理110

5.壓縮比ε壓縮比ε增加，壓縮容積減小，殘余廢氣量隨之減少，因而ηV有所增加6.進(jìn)氣（或大氣）狀態(tài)ps、Ts

進(jìn)氣或大氣壓力高，pa也隨之增加，新鮮工質(zhì)密度增大，雖然ηV變化不大，但實際進(jìn)氣量增多

同理，進(jìn)氣或大氣溫度降低，Ta也隨之有所下降，工質(zhì)密度增大，實際進(jìn)氣量亦增多

111第三節(jié)減少進(jìn)氣系統(tǒng)的阻力

非增壓四行程發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)，是由空氣濾清器或加進(jìn)氣消聲器、化油器或噴油器、節(jié)氣門、進(jìn)氣管、進(jìn)氣道和進(jìn)氣門等所組成。減少各段通路的阻力，增大其流通能力，是提高充氣效率，改善發(fā)動機(jī)性能的主要方面。大氣——空氣濾清器——節(jié)氣門——進(jìn)氣管——進(jìn)氣道——進(jìn)氣門——氣缸2024/10/13發(fā)動機(jī)原理112

一、空氣濾清器結(jié)構(gòu)不同，阻力不同；保證濾清效果的前提下，盡可能減小阻力；經(jīng)常清洗濾清器，更換濾芯。二、節(jié)氣門汽油機(jī)柴油機(jī)？？？

2024/10/13發(fā)動機(jī)原理113

三、進(jìn)氣管和進(jìn)氣道要求：保證足夠的流通面積，避免轉(zhuǎn)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ηV

；在汽油機(jī)上，進(jìn)氣道中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(jī)上，要求氣流通過進(jìn)氣道在氣缸中形成進(jìn)氣渦流，以改善混合氣形成和燃燒；高速、高功率，進(jìn)氣管應(yīng)粗而短；中、低速，進(jìn)氣管應(yīng)細(xì)而長。2024/10/13發(fā)動機(jī)原理114四、進(jìn)氣門1.時面值與角面值

2.進(jìn)氣馬赫數(shù)Ma

3.氣門直徑和氣門數(shù)

4.氣門升程

5.減少氣門處的流動損失

發(fā)動機(jī)原理1151.時面值時面值表示了氣門的氣流通過能力

時面值與角面值角面值不隨轉(zhuǎn)速變化；n↑，時面值↓為改善發(fā)動機(jī)在高轉(zhuǎn)速下的換氣質(zhì)量，應(yīng)使得角面值隨轉(zhuǎn)速增加而變大；對于高速發(fā)動機(jī)其角面值也應(yīng)比低速發(fā)動機(jī)大。1162.進(jìn)氣馬赫數(shù)Ma進(jìn)氣馬赫數(shù)Ma是進(jìn)氣門處氣體的平均速度vm與該處聲速c的比值平均速度vm是實際進(jìn)入氣缸的新鮮充量與進(jìn)氣門有效時面值之比當(dāng)Ma超過一定數(shù)值(0.5左右)時，ηV

便急劇下降限制Ma值對于高速發(fā)動機(jī)尤為重要減小Ma值的主要措施：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1173.氣門直徑和氣門數(shù)增大進(jìn)氣門直徑可以擴(kuò)大氣流通路截面積,提高ηV在雙氣門（一進(jìn)一排）結(jié)構(gòu)中，進(jìn)氣閥盤直徑可達(dá)活塞直徑的45%～50%，氣門與活塞面積之比為0.2～0.25，進(jìn)氣門比排氣門一般大15%～20%進(jìn)一步增大進(jìn)氣門流通截面，可采用多氣門結(jié)構(gòu)，保證高速進(jìn)氣量

缸徑＞80mm二進(jìn)二排缸徑＜80mm三進(jìn)二排四氣門機(jī)與二氣門機(jī)相比，功率可提高70%，轉(zhuǎn)矩可提高30%，且響應(yīng)性比增壓機(jī)好，故是汽車發(fā)動機(jī)高功率化的有力措施。2024/10/13發(fā)動機(jī)原理1192024/10/13發(fā)動機(jī)原理1204.氣門升程適當(dāng)增加氣門升程，改進(jìn)凸輪型線，減小運(yùn)動件質(zhì)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0.26～0.282024/10/13發(fā)動機(jī)原理1215.減少氣門處的流動損失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。2024/10/13發(fā)動機(jī)原理122改善配氣機(jī)構(gòu)的措施123第四節(jié)合理選擇配氣定時

一、進(jìn)氣遲閉角對充氣效率影響最大

1）圖中表示了在一定的配氣定時下，ηV隨轉(zhuǎn)速變化的關(guān)系。ηV在某一轉(zhuǎn)速下會達(dá)到最高值。2）不同的進(jìn)氣遲閉角，ηV最大值相對應(yīng)轉(zhuǎn)速不同，一般遲閉角增大，ηV最大值相對應(yīng)的轉(zhuǎn)速也增加。2024/10/13發(fā)動機(jī)原理124

二、排氣提前角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(dāng)轉(zhuǎn)速增加時，相應(yīng)的自由排氣時間減小，為降低排氣損失，應(yīng)增加排氣提前角

三、氣門疊開利用排氣管的壓力波可增加ηV

，故應(yīng)安排適當(dāng)?shù)臍忾T疊開角。在低轉(zhuǎn)速時，為防止廢氣倒流，要求氣門疊開角小，高轉(zhuǎn)速時，希望有較大的疊開角。2024/10/13發(fā)動機(jī)原理125第五節(jié)可變技術(shù)

定義：隨使用工況（轉(zhuǎn)速、負(fù)荷）變化，使發(fā)動機(jī)某系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)可變的技術(shù)

包含：可變進(jìn)氣管、可變氣門定時、可變氣門升程、可變進(jìn)氣渦流。一、可變進(jìn)、排氣管長度技術(shù)由于間歇進(jìn)、排氣，進(jìn)排氣管中存在壓力波，在特定的進(jìn)、排氣管條件下，可以利用此壓力波來提高進(jìn)氣門關(guān)閉前的進(jìn)氣壓力，利用膨脹波來使排氣過程后期的殘余廢氣減少，增大充氣效率，這種效應(yīng)稱之為動態(tài)效應(yīng)。(一)動態(tài)效應(yīng)利用原理動態(tài)效應(yīng)分為慣性效應(yīng)和波動效應(yīng)。1.進(jìn)氣管慣性效應(yīng)如圖a所示，當(dāng)進(jìn)氣門開啟時，由于活塞下行抽氣，進(jìn)氣門端出現(xiàn)向缸內(nèi)流動的氣流，使靜壓力ps<po，表明壓力相對po下降而出現(xiàn)右行膨脹波，并以聲速c向管口傳播（因進(jìn)氣門管端氣流速度v?c，故壓力波速c-v≈c），此波于L/c時刻到達(dá)管口，L是進(jìn)氣管長。

根據(jù)壓力波傳到不同邊界都會產(chǎn)生性質(zhì)或異、或同的回向反射波的理論可知，當(dāng)邊界條件管端為封閉型（dv=0），反射波與入射波性質(zhì)相同；當(dāng)邊界條件管端為開口型（dp=0），反射波與入射波性質(zhì)相反。因此，右行膨脹波達(dá)到管口開口端后將產(chǎn)生反向壓縮波，并再經(jīng)L/c時刻回到氣門端。氣門口由發(fā)出膨脹波到接收到反射壓縮波所需時間t=2L/c。

若設(shè)氣門開啟有效持續(xù)時間為ts，則有兩種情況：1）t＞ts，第一次的返回壓縮波（點劃線）到達(dá)氣門端時，進(jìn)氣門已關(guān)閉，對進(jìn)氣不會產(chǎn)生任何影響。2）t＜ts，第一次的返回壓縮波（點劃線）在進(jìn)氣后期到達(dá)，相應(yīng)的虛線所示的再次反射的壓縮波也處于進(jìn)氣后期。幾次波形疊加出來的實線所示的合成波，將加大進(jìn)氣后期ps值而使ηV值加大。為了使第一次反射壓縮波在進(jìn)氣后期到達(dá)氣門口，管長L和轉(zhuǎn)速n要合理匹配。轉(zhuǎn)速n不變時，L太長，因t＞ts，而對ηV無影響；L過短，多次反射回的前后壓縮波、膨脹波相互抵消，效果也不大。故只有在一合適的進(jìn)氣管長度下，才會得到最大值。

上述分析可知，慣性效應(yīng)最大的條件是在進(jìn)氣有效持續(xù)時間ts的后半部分，即ts/2時間內(nèi)能有一次壓縮波到達(dá)，因而必須滿足以下條件：因進(jìn)氣門開啟的有效持續(xù)角φse=6nts，故有因此，當(dāng)c、φse為定值式，轉(zhuǎn)速上升，為獲得最大慣性效應(yīng)，進(jìn)氣管長度應(yīng)隨之變短；反之，則變長。2.進(jìn)氣管波動效應(yīng)上循環(huán)氣門處的壓力波動如果到下循環(huán)進(jìn)氣時仍未消失的話，將會對下循環(huán)進(jìn)氣產(chǎn)生直接的影響，此即為波動效應(yīng)。顯然，下循環(huán)進(jìn)氣時，正巧上循環(huán)殘余壓縮波到達(dá)，則會產(chǎn)生有利效果；反之，則出現(xiàn)不利影響。已知進(jìn)氣門口壓力波動的頻率為f1=c/（4L），四沖程發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速為n時，進(jìn)氣門的開啟頻率為f2=n/120。定義f1與f2之頻率之比為波動次數(shù)q圖2-22上表示了不同波動次數(shù)q時，氣門口相鄰兩循環(huán)間上一循環(huán)壓力波的波形。當(dāng)q=1，2，…正整數(shù)時，正巧下循環(huán)進(jìn)氣之初，上循環(huán)的殘余膨脹波到達(dá)。這樣的條件顯然使進(jìn)氣量減少，相當(dāng)于圖2–23b曲線的波谷。當(dāng)q=1.5，2.5，…時，正巧是殘余壓縮波到達(dá)，進(jìn)氣量增加，相當(dāng)于圖2—23b曲線中的波峰。如果長度L不變，則在不同的n處有類似的波峰、波谷出現(xiàn)，見圖2—23a。此曲線正是經(jīng)動態(tài)修正后的單缸發(fā)動機(jī)的真實進(jìn)氣速度特性線。

慣性效應(yīng)的壓力波動衰減小，振幅大，而波動效應(yīng)的壓力波是經(jīng)過多次反射的波，衰減大，振幅小。因此，前者是主要的。2024/10/13發(fā)動機(jī)原理133

3.排氣管動態(tài)效應(yīng)排氣管內(nèi)也存在壓力波，且排氣能量大，廢氣溫度高，故與進(jìn)氣相比，排氣壓力波的振幅大，傳播速度快若能在排氣過程后期，特別是氣門疊開期，使排氣管的氣門端形成穩(wěn)定的負(fù)壓，便可減少缸內(nèi)殘余廢氣和泵氣損失，并有利于新氣進(jìn)入氣缸（二）動態(tài)效應(yīng)的應(yīng)用

在發(fā)動機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)時，進(jìn)氣控制閥關(guān)閉，管道變長；當(dāng)發(fā)動機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時，進(jìn)氣控制閥打開，管道變短。

二、可變氣門正時及升程技術(shù)由前述已知，為獲得最大的充氣效率，減少泵氣損失，比較理想的配氣機(jī)構(gòu)，應(yīng)滿足以下要求：1）低速時，采用較小的氣門疊開角以及較小的氣門升程，防止出現(xiàn)缸內(nèi)新鮮充量向進(jìn)氣系統(tǒng)的倒流，以便增加低速轉(zhuǎn)矩，提高燃油經(jīng)濟(jì)性。2）高速時應(yīng)具有最大的氣門升程和進(jìn)氣門遲閉角，以最大程度地減小流動阻力，并充分利用過后充氣，提高充氣效率，滿足發(fā)動機(jī)高速時動力性的要求。3）配合以上變化，進(jìn)氣門從開啟到關(guān)閉的進(jìn)氣持續(xù)角也進(jìn)行相應(yīng)地調(diào)整，以實現(xiàn)最佳的進(jìn)氣正時，將泵氣損失降到最低。

1.可變氣門正時（VVT）技術(shù)工作原理：通過控制液壓電磁閥，將機(jī)油壓向進(jìn)氣凸輪軸驅(qū)動齒輪內(nèi)的螺旋花鍵套，這樣，在壓力的作用下，小齒輪就相對于齒輪殼旋轉(zhuǎn)一定的角度，從而使凸輪軸向前或向后旋轉(zhuǎn)，從而改變進(jìn)氣門開啟的時刻，達(dá)到連續(xù)調(diào)節(jié)氣門正時的目的。提高標(biāo)定功率。提高低速轉(zhuǎn)矩。改善起動性能。提高怠速穩(wěn)定性。提高燃油經(jīng)濟(jì)性達(dá)15％。降低排放。139可變氣門正時技術(shù)的應(yīng)用VVT—i.豐田公司的智能可變氣門正時系統(tǒng)。VTC:日產(chǎn)公司可變氣門正時系統(tǒng)的技術(shù)。VANOS寶馬公司可變凸輪軸控制技術(shù)。VTEC本田公司電子控制可變氣門正時與升程系統(tǒng)。140VVT-i.豐田公司的智能可變氣門正時系統(tǒng)最新款的豐田轎車的發(fā)動機(jī)已普遍安裝了VVT—i系統(tǒng)。豐田的VVT—i系統(tǒng)可連續(xù)調(diào)節(jié)氣門正時，但不能調(diào)節(jié)氣門升程。2.可變氣門升程技術(shù)三菱公司開發(fā)出的可變系統(tǒng)該發(fā)動機(jī)配氣機(jī)構(gòu)是在凸輪軸上裝置兩組凸輪：中、低速，大轉(zhuǎn)矩使用的低升程、短持續(xù)期進(jìn)氣凸輪高功率使用的高升程、長持續(xù)期進(jìn)氣凸輪。

此外，該機(jī)構(gòu)還可實現(xiàn)發(fā)動機(jī)排量可變：高速時，高速搖臂是靠油壓控制活塞（T形連桿內(nèi)）與T形連桿相連接，高速凸輪驅(qū)動力借助于T形連桿傳遞到氣門。低速時，高速搖臂與T形連桿的連接斷開，而低速搖臂靠油壓控制活塞和T形連桿相連接，低速凸輪傳力到氣門。在低速、小負(fù)荷工作時，1、4兩氣缸的高速、低速兩搖臂均與T形連桿斷開，氣門停止工作，只有2、3缸按低速方式運(yùn)轉(zhuǎn)。兩缸運(yùn)轉(zhuǎn)用于負(fù)荷小的市內(nèi)街道，切換時，通過調(diào)整燃料噴射時刻、點火時刻和節(jié)氣門旁通空氣量，來緩和輸出變動，消除振動。

144本田VTEC本田可變氣門升程技術(shù)：VTEC、i-VTEC

【VariableValveTimingandLiftElectronicControlSystem】可變氣門正時及升程電子控制系統(tǒng)應(yīng)用車型：國內(nèi)所有在售本田及謳歌車型145本田VTEC146本田VTEC原理147本田VTEC切換至高角度凸輪的時機(jī)，是在引擎達(dá)到4800轉(zhuǎn)以上、水溫高于60度，并在進(jìn)氣歧管內(nèi)的負(fù)壓指數(shù)符合原廠設(shè)定值后，便會開啟VTEC電磁閥，將油壓導(dǎo)入搖臂內(nèi)以推動自由活塞，使高角度凸輪開始介入，延長進(jìn)氣門關(guān)閉時間，提高引擎于高轉(zhuǎn)速時的進(jìn)氣量。VTEC系統(tǒng)對于配氣相位的改變?nèi)匀皇请A段性的，也就是說其改變配氣相位只是在某一轉(zhuǎn)速下的跳躍，而不是在一段轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)連續(xù)可變。148『雅閣和思鉑睿搭載的2.4升DOHC雙頂置凸輪軸發(fā)動機(jī)』進(jìn)、排氣端均進(jìn)行氣門升程的調(diào)節(jié)149本田i-VTECi-VTEC系統(tǒng)是在VTEC系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加了一個稱為VTC裝置。氣門的正時與開啟的重疊時間是可變的，由VTC控制，VTC機(jī)構(gòu)的導(dǎo)入使發(fā)動機(jī)在大范圍轉(zhuǎn)速內(nèi)都能有合適的配氣相位，這在很大程度上提高了發(fā)動機(jī)的性能。VTC機(jī)構(gòu)的導(dǎo)入，使得氣門的配氣相位能夠“智能化地”適應(yīng)發(fā)動機(jī)負(fù)荷的改變。VTC在發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中配合VTEC系統(tǒng)的作用主要運(yùn)用在三個方面:最佳怠速/稀薄燃燒區(qū)域：在此區(qū)域內(nèi)，VTC系統(tǒng)停止作用，此時氣門重疊角最小，由于VTEC的作用，產(chǎn)生強(qiáng)大的渦流，從而使發(fā)動機(jī)怠速工作穩(wěn)定。最佳油耗、排氣控制區(qū)域:在此區(qū)域內(nèi)，VTEC發(fā)揮作用，產(chǎn)生強(qiáng)大的渦流，從而使可燃混合氣混合更加均勻，同時VTC的作用使氣門重疊角加大，將部分廢氣重新吸入氣缸，起到了EGR的作用，以此達(dá)到最佳油耗和排氣控制。最佳轉(zhuǎn)矩控制區(qū)域:在此區(qū)域內(nèi)，通過VTC的控制，以最適當(dāng)?shù)臍忾T重疊角，同時配合VTEC系統(tǒng)的作用，使得發(fā)動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩最大限度地提高。150日產(chǎn)VVEL應(yīng)用車型：英菲尼迪G37、英菲尼迪FX50151可變氣門升程技術(shù)——日產(chǎn)VVELVVEL連續(xù)可變氣門升程技術(shù)的獨特?fù)u臂結(jié)構(gòu)152日產(chǎn)VVEL核心裝置無級調(diào)節(jié)方式153寶馬Valvetronic應(yīng)用車型：國內(nèi)在售的除M3和M5外的寶馬車型；寶馬的Valvetronic也是目前少數(shù)可以實現(xiàn)連續(xù)可變的氣門升程技術(shù)之一。154可變氣門升程技術(shù)——寶馬Valvetronic155可變氣門升程技術(shù)總結(jié)：

除了本文介紹的這三家廠商外，菲亞特、奧迪、保時捷、豐田、三菱以及斯巴魯也通過自己的技術(shù)探索實現(xiàn)了發(fā)動機(jī)氣門升程可變的功能，但總體來看這項技術(shù)目前在國內(nèi)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到普及的程度。156