摘 要:发动机的换气过程是指将燃烧产物排出气缸和把新鲜冲量充入气缸的过程,换气过程的好坏将直接影响发动机的动力性、经济性和排放特性[1]。本文以SGMW发动机的技术改进为切入点,学习研究了提高发动机充气效率ηV的措施。

关键词:换气 充气效率 充气系数 性能提升

中图分类号:V2 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2011)05(c)-0117-02

1 充气效率

1.1 定义

由内燃机原理知,充气效率即进气过程结束时实际进入气缸的新鲜空气质量mL与在进气状态下能充满气缸工作容积Vs的新鲜空气质量ms之比,如式(1)。

(1)

结合,,,得

(2)

上述公式中,、为进气压力、温度;为补充进气比,、、为进气过程中到下至点时气缸内的混合气压力、体积、温度,四者与进排气阻力、进气加热程度、运行情况和气门正时相关;为结构参数,起有运转条件和结构设计决定[1～2]。

1.2 影响充气效率的因素

由式(2)可知,为发动机的几何压缩比,已为机构设计所决定,对于确定的发动机,为常数,不能作为提高的参数[2];、为进气状态参数,对于特定发动机而言,这些参数变化很小,因而、对的影响很小[3]。因此,影响的参数主要是进气过程到下至点时充量的压力和温度,残余燃气系数和补充进气比4个参数。

2 换气过程的动态效应[1～4]

在进气过程中,活塞的抽吸作用使气缸内压力很快降低,在进气管的气门端将产生负压,于是形成压力波在管内传播。此负压波在开口端被反射而形成正压力波,在t时间后返回气门端,如果进气管较长,返回时间比进气时间还长,则进气过程不会产生直接影响,如图1(a)所示。但在管段而t

进气门关闭后管内仍残留有压力振动,此振动将逐渐衰减。但是,如果正压力波与下一循环的进气过程产生谐振,就能使进气终了时的压力升高,如图1(c),因而可以提高。如此时与负压力波谐振,则气门关闭前的压力便会下降,因而将下降。管内的残余压力波对下一个循环的进气过程产生的上述影响成为脉动效应。因此,进气歧管的长度、气道的面积、配气相位等都会影响到进气管内的波动效应。

3 SGMW发动机现使用的提高充气效率措施

为了提高发动机性能,SGMW的每款发动机均使用了2进2排的气门方案,减少泵气损失,同时加大进气门直径,增大了进气门处的流通面积;对气道、气门、气门座及其之间的过渡进行不断地优化设计;等等。这样尽量的降低进气系统流通阻力,可以增大,降低排气系统流通阻力,可以减小[5]。以上设计确定以后,SGMW在发动机开发过程中还进行了如下工作或措施,尽一切可能提高发动机的充气效率,提高发动机性能。

3.1 进气歧管选型及配气相位选型

根据前述的动态效应,为了能够获得最佳的组合,SGMW对不同长度的进气歧管、不同角度进排气相位组合进行了比对试验。经过选型,我们可以从中挑选出性能最佳的组合。

如五菱宏光的1.4L发动机在配备430mm、490mm、570mm、630mm这四种长度进气歧管时,结合设计目标、扭矩、油耗等对性能参数的比较,最终选择580mm进气歧管。

又如五菱之光的1.0l发动机在保持排气相位106°CA不变,经过测试进气相位从104°CA→100°CA→96°CA→92°CA所得到的外特性,综合比较,进气相位选择为96°CA。

3.2 可变进气截面面积(PDA)

PDA利用了进气管的动态效应。配备PDA的B12发动机进气歧管有两个独立的进气道,在低转速时,通过ECU控制PDA执行器,关闭PDA阀门,各缸左侧进气道被关闭,气道流通截面积减小,气体流速增大,有较好的动态充气效果,较高,也提高了低速时得涡流强度,从而加快了低速时的燃烧速度,改善了发动机低速时的热效率,扭矩也较大。在高转速时,PDA阀门打开,两个进气道全开,进气截面积增大,流动阻力小,发动机的较高,扭矩也较高[6～7]。

3.3 可变进气歧管长度(VIM)

VIM同PDA一样,也利用进气管的动态效应。一个长度固定的进气管,只能在一定的转速范围内有较好的动态充气效果。较短的进气管在高速有较好的充气效果,较长的进气管则在低速时充气效果好。使用可变长度的进气管,可使发动机在较宽的转速范围内都有较好的充气效果。当启用VIM,在发动机低速运转时,VIM控制阀关闭,管道变长,提高了进气流速,增强了惯性进气的作用,提高了;在发动机高速运转时,VIM控制阀打开,管道变短,降低了进气阻力,从而提高了[6～7]。

3.4 可变气门正时(VVT)

VVT即VariableValve Timing,如第三章第1点所述,每款SGMW发动机都会进行配气正时选型,最后会折中选择一个相位。当一相位a在低速的性能比较好,而另一相位b高速的性能好,SGMW将通过VVT机构,根据发动机的工况,切换配气相位,保障发动机在每个工况段下都能获得最优的性能。

4 结语

SGMW的发动机已成功的迈向了市场,这些都得益于使用了先进的发动机技术及其优越的性能,经过SGMW不断地技术更新和性能提升,必将创造更大的辉煌。

参考文献

[1]刘永长.内燃机原理[M].武汉:华中科技大学出版社,2001,6:172～204.

[2]陆孝宽.发动机设计参数对充气效率影响的计算方法[J].汽车技术,1980,1:31.

[3]任宪忠,李爱平,关正军,等.进气状态对汽缸进气量与充气效率关系的影响.黑龙江八一农垦大学学报,2000,4:8～10.

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[5]刘敬平.进气系统设计参数对多缸发动机充气效率-转速特性的影响[J].内燃机学报,1997,3:22.

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[7]董力平,MauriceBOURION.电控汽油机进气管长度连续可变系统[J].内燃机工程,1998,4:5～6.