同一台发动机不同进气迟闭角时,充量系数随发动机转速的变化大不一样,如图6所示。采取大的进气迟闭角时((8il2 ),其最大充量系数充量系数发生在高速。这是因为大的进气迟闭角能充分利用高速气流惯性充气。但大的进气迟闭角会在低速时产生严重反喷而使充量系数迅速下降,故大的进气迟闭角仅适用于高速发动机,当采用小的进气迟闭角时,最大充量系数发生在低速,见图6。因为小的进气迟闭角可防止或减少低速反喷,但高速时却由于迟闭角太小而不能充分利用气流惯性充气而使高速充气大大下降,故小的进气迟闭角仅适用于低速发动机。近几年,根据上述规律,发动机上开始采用配气相位可变的配气系统。高速时采用大的进气迟闭角,低速时采用小的进气迟闭角,这样从低速到高速充量系数都获得最佳值。
充分利用进、排气管的动态效应,在现代高性能发动机中,已广泛利用进、排气管的动态效应来提高发动机的充量系数。
采用不同的进气管长度,在各种转速下测定其充量系数,其结果示于图7a上。由图可知:①不同管长时,其充量系数最大值位于不同的转速。②在进气管较长时,充量系数会在某一转速下超过1,而且还会产生好几个极大点,这是定常流动无法解释的。通过非定常流动分析证明:上述现象是由于进气管内压力波动造成的。这种波动可归结为惯性效应和波动效应,图7b为充量系数与波动次数的关系。
(1)惯性效应:在吸气行程,由于活塞下行的吸气作用,在进气门端产生负压,以负压波的形式从进气管的气门端,以声速向进气管人口端传播,在入口端反射而形成正压波,经t时间后返回到气门端。若进气管很长,如图8a所示,返回时间s比进气时间ts还长时,其结果对进气过程无直接影响。对于短管,若压力波返回的时间t<ts,如8b所示这时将发生负压波与正压波的重叠。如果管长选择恰当,在进气过程后半期,压力波合成为正压并使正压恰在进气门关闭之前达到最大值,充量系数就能增加。反之,若进气管长度选择不当,使在进气门将关时压力波合成为负压则充量系数将减小。这种压力波对产生它的本循环的进气过程直接产生影响,这种影响称为惯性效应。
(2)波动效应:当进气门关闭后,在进气门端便产生一压缩波(正压波)。此波以声速c向进气管人口端传播,到达管端后将反射为膨胀波(负压波),以声速c向气门端传播。到达气门端时若气门仍然关闭(这时边界条件为封闭型速度为零,在气门处产生的反射波性质与入射波相同,即为膨胀波)。这时压力波(膨胀波)以声速c向管端传播,到达管端时(开口),压力波又反射为正压波(压缩波)从管端以声速向气门端传播,这样来回传播的结果造成了气门处的压力时高时低。若正压波恰好与下一循环的进气过程重合,如图8c所示就会使充量系数增加。若与负压波重合,充量系数就会降低。这种前一个进气过程残存的压力波对后一循环进气过程产生影响称为波动效应。
如图8c所示,设正负压力波重合时压力波的频率v(这时v= 1/2t)与每秒钟的吸气次数ns(对于四冲程ns = n/120)之比称为谐振次数(m)。而谐振的次数与进气管的长度等有关系。
根据排气过程分析可知,对于四冲程发动机,若能在排气过程后半期,使排气管的气门端形成稳定的负压,便能吸出很多废气,促进新气的进入而使尸。增加。反之,若在排气过程的后半期形成正压,它将阻止废气的排出和新气的进入。充量系数因此合理地利用排气管内的动态效应,可使排气干净,并使充量系数增加。
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