提高充量系数的措施

3.4　提高充量系数的措施

3.4.1　降低进气系统的阻力

减小进气阻力是提高充气效率、减小进气损失的重要措施。减小进气阻力主要是在结构上采取措施，减小进气系统各段的阻力系数。

1.减小进气门处的阻力系数

在整个进气系统中，进气门处的流通截面最小，而且变化大，阻力系数高，减小进气门处的阻力系数对减小进气阻力有重要意义。

(1)增大气门直径可以扩大流通截面，减小其阻力系数，但它受燃烧室结构的限制。在实际发动机上，常采用适当减小排气门直径的方法来达到增大进气门直径的目的，在一进一排的两气门结构中，进气门直径比排气门直径一般大15%～20%。但排气门直径不能过分减小，否则会使排气损失的残余废气系数过大。

(2)采用多气门结构是增大进气流截面、减小进气阻力系数的有效措施。目前在轿车发动机上应用较广泛的是两进两排的四气门结构，也有些发动机采用两进一排的三气门结构或三进两排的五气门结构。

(3)适当增加进气门升程，改进配气凸轮型线，在惯力允许的条件下，尽可能提高气门开闭速度均可提高气门处的通过能力，减小其阻力系数。

(4)进气流速取决于活塞运行速度，适当减小活塞行程，可在一定转速下使活塞运行速度降低，从而降低进气流速，减小进气阻力。

2.减小空气滤清器的阻力系数

空气滤清器的阻力系数随其结构和使用情况而异，如纸质滤芯式空气滤清器，其原始阻力引起的压力降不大于390p _a，但滤芯脏污后引起的压力降可达3900～5900p _a。在使用中，应进行空气滤清器的维护，及时更换滤芯。

3.减小近气管道的阻力系数

进气管道不仅影响进气阻力，对各缸充气的分配、混合气的形成及进气涡流的形成等也有一定影响。

进气管道的截面可以制成圆形、矩形等不同形状，但在截面积相同时，圆形截面的阻力系数最小。为减小进气管道的阻力系数，在保证各缸充气量分配、混合气形成及进气涡流形成等要求的前提下，应尽可能采用圆形截画，增大进气道尺寸，减少弯道和流通截面的变化。

3.4.2　合理选择配气相位

配气相位角度主要包括进气门提前开启角、进气门迟后关闭角、排气门提前开启角、排气门迟后关闭角等。在发动机工作时，配气相位角度直接影响换气过程进行的好坏，对发动机动力性、经济性有很大影响。在配气相位角度中，对换气过程影响最大的是进气门的迟后关闭角，其次是排气门的提前开启角和气门重叠角。

进气门的迟后关闭角。在实际发动机工作中，进气门迟后关闭是为充分利用进气流惯性进气，气流惯性取决于发动机转速，当发动机转速一定时，最佳的进气门迟后关闭角也一定，迟后关闭角过大或过小均会使充气效率下降。转速一定时，进气门迟后关闭角对充气效率的影响，如图3－8所示。进气门迟后关闭角为25°～30°时，充气效率η_v取得最大值，这说明该发动机在对应转速时的最佳进气门迟后关闭角为25°～30°。

发动机的转速不同，气流惯性也不同，最佳的进气门迟后关闭角应随转速变化。如图3－9所示，发动机转速变化时，进气门迟后关闭角对充气效率η_v和有效功率P _e的影响。分析图中曲线可得如下重要结论:

(1)进气门迟后关闭角一定时。仅在某一转速下充气效率和有效功率最高。高于此转速时，因气流惯性较大，进气门迟后关闭角度相对不足，不能充分利用气流惯性进气，所以充气效率和有效功率下降;低于此转速时，因气流惯性较小，进气门关闭相对过迟，在压缩过程中使部分新鲜气体被压回进气管，充气效率和有效功率也减小。

(2)发动机转速变化时，在较低的转速范围内，采用较小的进气门迟后关闭角，可获得较高的充气效率和有效功率。在较高转速范围内，则采用较大的进气门迟后关闭角，可获得较高的充气效率和有效功率。

(3)改变进气门迟后关闭角度，可改变η_v和P _e随转速的变化关系，从而改变发动机的速度特件。增大迟后关闭角，最大充气效率略有降低，但最大充气效率对应的转速提高，这对最大功率提高有利，但发动机中、低速性能和最大转矩会降低。反之，减小进气门迟后关闭角，可提高发动机中、低速性能和最大扭矩，但最大功率下降。

图3－8　转速一定时进气门迟后关闭角对η_v的影响

图3－9　转速变化时进气门迟闭角对η_V和P_e的影响

由上述分析可见，即使同一台发动机，转速变化时，由于进气时的气流惯性不同，为使发动机工作时进气更充分，应随转速的提高适当增大进气门的迟后关闭角。与进气门迟后关闭角一样，为使排气更干净，排气门的迟后关闭角应随转速的提高而适当增大。排气门的提前开启角对排气损失有重要影响，最佳的排气门提前开启角应保证提前排气损失和强制排气损失之和最小。此外，适当的气门重叠角，可利用扫气减小残余废气量，提高充气效率。

目前，汽车发动机一般都是根据性能的要求，通过试验来确定某一常用转速下较合适的配气相位。在装配时，对正配气正时标记，即可保证已确定的配气相位，且在发动机使用中，已确定的配气相位是不能改变的。自然发动机性能只有在某一常用转速下最好，而在其他转速下工作时，发动机的性能相对较差。

为使配气相位适合发动机的工作要求，在部分轿车发动机电控系统中，采用了可变配气相位控制系统，改善了发动机在不同转速范围内的性能。但由于受结构等因素的限制，不可能使配气相位随发动机转速连续变化。

3.4.3　减小排气系统阻力

减小排气阻力是降低残余废气系数、减小排气损失的重要措施。减小排气阻力主要是在结构上采取措施，减小排气系统各段的阻力系数，包括排气门、排气管道、排气消声器等，具体要求与减小进气系统基本相同。但应注意:由于进气系统阻力对发动机性能的影响比排气系统阻力大，所以当减小进气阻力与减小排气阻力的要求发生矛盾时，应适当照顾减小进气阻力的要求，如进、排气门直径和数量的选择。

3.4.4　降低进气温度

降低进气温度，可提高充气效率。减低进气温度的主要举措之一就是在结构布置上，减少进气管受热，如采用进、排气管分置方案，使进气管远离排气管。但在汽油机上，混合气的形成主要是在气缸外部的进气管内进行的。进气温度对混合气的形成有重要影响，所以降低进气温度受到限制。

在使用中，为降低进气温度，提高充气效率，还应注意加强冷却系统的维护，尽量避免长时间的大负荷工作，以防止发动机罩内温度过高。

目前，部分轿车发动机上采用的热空气供给装置，主要作用是在发动机起动后温度较低时，从排气管附近给发动机提供温度较高的热空气，以保证混合气形成，降低排放污染。发动机温度升高后，通过控制阀改变吸气口位置，不再从排气管附近供给发动机热空气，这对降低进气温度、提高充气效率也起到一定作用。