柴油机配气相位及含义

2023-09-23 理论教育版权反馈

【摘要】：图1-20 柴油机的配气相位③柴油机速度的要求。可见，理论上的配气相位不能满足柴油机进气充分、排气干净的要求。从上面的分析可以看出，实际配气相位和理论配气相位相差很大，实际配气相位中气门要早开晚关主要是为了满足进气充足、排气干净的要求。

1.配气相位的定义

配气相位是用曲轴转角表示的进、排气门的开启时刻和开启延续时间，通常用环形图表示柴油机的配气相位（图1-20）。

2.理论配气相位分析

理论上讲，进气、压缩、做功和排气行程各占180°，也就是说进、排气门都是在上、下止点开闭，延续时间都是180°曲轴转角。但实际表明，理论配气相位对实际工作是很不适应的，它不能满足柴油机对进、排气门的要求，具体原因如下。

①气门的开、闭有个过程。气门开启总是由小到大，关闭总是由大到小。

②气体惯性的影响。随着活塞的运动，气体惯性会造成进气不足、排气不净。

图1-20 柴油机的配气相位

③柴油机速度的要求。实际柴油机曲轴转速很高，活塞每一行程历时都很短。当转速为3000r/min时，一个行程只有60s/（3000×2）=0.01s，即使转速为1500r/min，一个行程也只有0.02s，这样短的进气或排气过程，使柴油机进气不足、排气不净。

可见，理论上的配气相位不能满足柴油机进气充分、排气干净的要求。为了使进气充足、排气干净，除了从结构上进行改进（如增大进、排气管道等）外，还可以从配气相位上实现气门早开晚闭，延长进、排气时间。

（1）气门早开和晚闭的可能活塞到达进气下止点时，由于进气吸力的存在，气缸内气体压力仍然低于大气压，在大气压的作用下仍能进气；另外，此时进气流还有较大的惯性。由此可见，进气门晚关可以增加进气量。

进气门早开，可使进气一开始就有一个较大的通道面积，可增加进气量。

在做功行程快要结束时，排气门打开，可以利用做功的余压使废气高速冲出气缸，排气量约占50%。排气门早开，势必造成功率损失，但因气压低，损失并不大，而早开可以减少排气所消耗的功，又有利于废气的排出，所以总功率仍是提高的。

根据柴油机排气过程压力特性，活塞到达上止点时，气缸内废气压力仍然高于外界大气压，加之排气气流的惯性，排气门晚关可使废气排得更净一些。

由此可见，气门具有早开和晚关的可能。气门早开和晚关对柴油机实际工作的意义如下。

①进气门早开增大了进气行程开始时气门的开启高度，减小了进气阻力，增加了进气量。

②进气门晚关延长了进气时间，在大气压和气体惯性力的作用下，增加了进气量。

③排气门早开可借助气缸内的高压自行排气，大大减小了排气阻力，使排气干净。

④排气门晚关延长了排气时间，在废气压力和废气惯性力的作用下，使排气干净。

（2）气门重叠由于进气门早开，排气门晚关，势必造成在同一时间内两个气门同时开启。两个气门同时开启时时间相当的曲轴转角称为气门重叠角。在这段时间内，可燃混合气和废气不会乱串，原因如下：

①进、排气流各自有自己的流动方向和流动惯性，而重叠时间又很短，不至于混乱，即吸入的可燃混合气不会随同废气排出，废气也不会经进气门倒流入进气管，而只能从排气门排出。

②进气门附近有降压作用，有利于进气。

（3）进、排气门的实际开闭时刻和延续时间

①实际进气时刻和延续时间。在排气行程接近终了时，活塞到达上止点前，即曲轴转到离上止点还差一个角度α时，进气门便开始开启，进气行程直到活塞越过下止点后，即曲轴转到离开下止点一个角度β时，进气门才关闭。整个进气过程延续时间相当于曲轴转角180°+α+β。

α为进气提前角，一般α=10°～30°，β为进气延迟角，一般β=40°～80°，所以进气过程曲轴转角为230°～290°。

②实际排气时刻和延续时间。同样，做功行程接近终了时，活塞在下止点前排气门便开始开启，提前开启的角度即排气提前角γ一般为40°～80°，活塞越过下止点后排气门关闭，延迟关闭的角度即排气延迟角δ一般为10°～30°，整个排气过程相当于曲轴转角180°+γ+δ，即曲轴转角为230°～290°。气门重叠角α+δ=20°～60°。

从上面的分析可以看出，实际配气相位和理论配气相位相差很大，实际配气相位中气门要早开晚关主要是为了满足进气充足、排气干净的要求。但实际中，究竟气门什么时候开、什么时候关最好，这主要根据具体车型，经过试验的方法确定，由凸轮轴的形状、位置及配气机构来保证。

柴油机配气相位及含义

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