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汽油机残留废气对气体交换的影响与优化方法

【摘要】:以理论空燃比(λ=1)的均质混合气运行的汽油机,输出功率与进气量成正比,在气体交换过程中要尽可能多吸入空气量。此现象发生在部分负荷运行的气门重叠期间,把逆流到进气系统中的残留废气称为内部再循环废气,其量与进气系统负压的大小和气门重叠量有关。通过增压使进气系统内的压力高于排气系统内的压力,使残留废气通过排气系统排出,甚至新鲜空气也会通过排气系统直接排出。

气体交换是把气缸内燃烧的废气完全排出,并用新的燃料空气混合气(或空气)取代的过程。此过程是通过与曲轴连接的凸轮轴操作进气门和排气门循环打开和关闭来进行的。

以理论空燃比(λ=1)的均质混合气运行的汽油机,输出功率与进气量成正比,在气体交换过程中要尽可能多吸入空气量。因此,气门正时会影响容积效率,并且肯定会对转矩和输出功率带来影响。气门正时的变量是进气门和排气门的打开和关闭时期,以及气门升程量。

进气门和排气门同时处于打开状态的重叠(Valve overlap)量会影响残留废气量。如果在气门重叠期间进气系统的压力低于排气系统的压力,残留废气会逆流到进气系统中,并在进气冲程中重新进入到气缸内,结果残留废气量增加。此现象发生在部分负荷运行的气门重叠期间,把逆流到进气系统中的残留废气称为内部再循环废气,其量与进气系统负压的大小和气门重叠量有关。特别是,最近在气油机上配备的可变气门正时系统,根据发动机的运行条件不但最佳控制气门的打开和关闭时期,还控制气门重叠量为最佳状态,以此提高输出功率,降低有害气体的排放量和燃油消耗量,并在常用转速范围内可以输出一定的转矩。内部废气再循环(EGR)表示通过内部再循环废气降低氮氧化物(NOx)的排放量。

增压是提高容积效率的方法。通过增压使进气系统内的压力高于排气系统内的压力,使残留废气通过排气系统排出,甚至新鲜空气也会通过排气系统直接排出。因通过增压几乎能完全排出残留废气,并增加新鲜空气量,因此从低速范围内直到2000r/min均能增加输出转矩。进气系统是把空气引入气缸内的通路,为了随动态增压效果提高容积效率配备了可变进气系统,为了能在气缸内形成湍流,精心设计进气口和进气门的角度,以及进气门的形状,还配备有电控涡流控制阀等,具有多种多样的设计。