影响充量系数的因素

3.3　影响充量系数的因素

3.3.1　进气终了压力p _a

由充气效率的计算式可知:随进气终了压力提高，充量效率提高。因为在气缸容积、进气终了温度和残余废气量一定时，进气终了压力越高，缸内气体的密度越大，意味着实际充气量(质量)越多。

在实际发动机工作中，进气终了压力受进气系统阻力的影响:进气系统的阻力越大，进气时引起的压力降就越大，进气终了的压力越低。进气时的压力降低值Δp可用下式表示:式中，δ为进气系统的阻力系数;p为进气状态下的气体密度，kg/m³;v为进气流速，m/s。

由此可见，进气系统的阻力主要取决于进气系统阻力系数和进气流速。

进气系统阻力系数取决于进气系统的结构，等于各段进气通道阻力系数的总和，包括空气滤清器、化油器、进气管、进气道及进气门等。流通截面越小，截面变化越突然，转弯越急，表面越粗糙，阻力系数越大。在使用中，化油器、进气管、进气门等的结构都是不可改变的，仅应注意空气滤清器的维护，以保证良好的滤清效果和较小的进气阻力。

此外，在汽油机上，进入气缸的是空气和燃油的混合气，负荷的调节是通过改变节气门的开度，控制进入气缸的混合气量来实现的。在使用中，当汽油机的负荷减小时，节气门开度减小，阻力系数增加，进气阻力增大，进气终了压力降低，充气效率下降，如图3－6所示。对柴油机而言，负荷的调节是通过改变喷油量来实现的，负荷变化对进入气缸的空气量基本没有影响，所以进气终了压力和充气效率与负荷无关。

图3－6　汽油机符合对和的影响

(a)p _a与负荷和转速的关系　(b)p _a、η_v和r随负荷的变化

进气时的压力降与进气流速的平方成正比，而发动机工作时，进气流速取决于发动机转速，所以随着转速的提高，进气终了压力和充气效率迅速下降，如图3－7所示。

图3－7　发动机转速对p_a的影响

3.3.2　进气终了温度T_a

由充气效率公式可知，随进气终了温度的提高，充气效率下降。因为在气缸容积、进气终了压力残余废气量一定时，进气终了温度越高，缸内气体的密度越小，意味着实际充气量(质量)越少。

进气终了的温度总是高于大气温度，这是因为新鲜气体进入气缸后，与高温机件接触和与残余废气混合而被加热。此外，在汽油机上，常利用排气管或冷却水对进气进行预热，以改善混合气的形成，这必然会导致进气终了温度升高，充气效率下降。

为提高充气效率，应尽可能降低进气终了温度。如结构上，使进气流在进气门关闭之前不直接冲刷高温机件，在保证混合气形成质量的前提下，尽量减小进气预热强度，采用进、排气管分置等，均可有效降低进气终了温度。在实际使用中，主要应注意对冷却系统加强维护，保证发动机的冷却强度，防止发动机过热，以降低进气终了温度，提高充气效率。

3.3.3　残余废气系数φ_r

缸内残余废气愈少，充量系数愈大，残余废气愈多，所占气缸容积也愈大，新鲜气体被加热的程度也增加。减少排气系统阻力，可使残余废气压力p _r下降，残余废气系数减小。

φ_r的一般范围是:

四行程汽油机　　　　　φ_r= 0.06～0.16

四行程非增压柴油机　　φ_r= 0.03～0.06

四行程增压柴油机　　　φ_r= 0.00～0.03

3.3.4　配气相位

配气相位包括进、排气门的提前开启角和迟后关闭角。在推导充气效率公式时，为简化而没有考虑配气相位对充气效率的影响，实际上，配气相位直接影响进、排气是否充分，即影响实际进气量和残余废气量，所以会对充气效率产生影响。

在配气相位中，对充气效率影响最大的是进气门的迟后关闭角，其次是排气门的迟后关闭角。进、排气门的迟后关闭角一方面是为了减小进、排气损失，更主要的是为了利用气流惯性充分进气和充分排气。进气门的迟后关闭角度过小，不能利用气流惯性充分进气;但迟后关闭角过大，容易造成已进入气缸的新鲜气体又被压出缸外。两者都会使实际充气量减小，充气效率下降:排气门迟后关闭角过小，不能利用气流惯性充分排气。但迟后关闭角过大，容易造成废气倒流，会使残余废气量增加，实际充气量减小，充气效率下降。

最佳的进、排气门迟后关闭角应根据进、排气流惯性来确定，而气流惯性取决于发动机的转速。

3.3.5　压缩比

压缩比增加，燃烧室容积相对减小，使残余废气量相对下降，所以充量效率提高。但压缩比对充气效率的影响很小，而且其数值的选择主要是考虑燃烧和机件负荷的限制，一般原则是:汽油机在保证正常燃烧的前提下，尽可能提高压缩比，以提高热效率;柴油机在保证各工况正常着火自燃的前提下，不过分追求高压缩比，以免机件承受的机械负荷过大。

3.3.6　进气(或大气)状态

从充气效率公式可以得出，随大气压力降低、温度升高，充气效率提高。一般来说，充气效率提高，实际充气量增加，发动机性能提高，但实际上随大气压力降低、温度升高，实际充气量会减小，发动机性能会下降。

产生上述矛盾的原因是:大气压力和温度同时影响实际充气量和理论充气量。随大气压力降低、温度升高，主要是理论充气量减少;同时，随大气压力降低、温度升高，进入气缸的新鲜气体密度降低，进气终了压力降低，实际进气量也减少。只是由于随大气压力降低、温度升高，理论充气量减少的幅度比实际充气量大，所以充气效率提高。