相位角定义
进气提前角:从进气门开始开启到上止点曲轴转过的角度称为进气提前角(对应α角)。进气延迟角:从下止点到进气门完全关闭曲轴转过的角度称为进气门延迟角(对应β角)。排气提前角:从排气门开启到下止点曲轴转过的角度称作排气提前角(对应γ角)。排气延迟角:从上止点到排气门完全关闭曲轴转过的角度称作排气延迟角(对应δ角)。气门重叠角:进气门开启到排气门关闭这段时间里曲轴转过的角度称作气门重叠角(对应α+δ)。 目的
四冲程发动机的进气门当曲拐处在上止点时开启,在曲拐转到下止点时关闭:排气门则当曲拐在下止点时开启,在上止点时关闭。进气时间和排气时间各占180°曲轴转角。但是实际发动机的曲轴转速都很高,活塞每一行程历时都很短。例如上海桑塔纳轿车发动机,在最大功率时的转速为5600r/min,一个行程历时仅为60/(5600 X 2)一0.0054s。这样短时间的进气或排气过程,往往会使发动机充气不足或排气不净,从而使发动机功率下降。因此,现代发动机都采取延长进、排气时间的方法即:气门的开启和关闭的时刻并不正好是曲拐处在上止点和下止点的时刻,而是分别提早和延迟一定曲轴转角,以改善进,排气状况,从而提高发动机的动力性。
进气门提前开启的目的,是为了保证进气行程开始时进气门已完全开启,新鲜气体能顺利地充入气缸。当活塞到达下止点时,气缸内压力仍低于大气压力,在压缩行程开始阶段,活塞上移速度较慢的情况下,仍可以利用气流惯性和压力差继续进气,因此进气门晚关一点是有利于充气的。
排气门早开的目的是:当活塞作功行程接近下止点时,可燃混合气的燃烧膨胀已基本结束,但气缸内的气体压力仍然较高,利用此压力可使气缸内的废气迅速地排出;排气门迟关的目的是:由于活塞到达上止点时,气缸内的压力仍高于大气压,利用排气流的惯性可使废气继续排出。
由于进气门提前开启,排气门延迟关闭,必然会有一段时间进气门和排气门同时开启。我们把这段时间内转轴转过的角度称作气门重叠角。气门的重叠角较小,且新鲜气体和废气流的惯性要保持原来的流动方向,所以只要气门重叠角取得合适,就不会产生废气倒流进气管和新鲜气体随废气排出等问题。
可变气门正时
各种工况下,进、排气门应该在什么时刻打开,什么是时刻关闭?
1.低温,低负荷,低速:
延迟进气门的打开时刻,提前排气门的关闭时刻,可以减少气门重叠,以减少废气逆吹进进气管,从而达到稳定怠速,提高燃油消耗率和起动性能。
2.中等负荷,或者高负荷中低速:
提前进气门的打开时刻,推迟进气门的关闭时刻,可增加气门重叠,以增加EGR率以及降低泵气损失,从而改善了排放控制和燃料消耗率。此外,提前进气门的关闭时刻可减少进气被逆吹回进气管,改善了充气效率。
3.高负荷高速:
提前排气门的打开时刻,可以减少泵气损失,延迟进气门的关闭时刻,可以提高充气效率,从而提高发动机的输出效率。