发动机进气压力的测试与平衡

发动机进气压力的测试与平衡

发动机进气压力的测试与平衡

摘要:本文通过发动机原理的基本概述，让我们进一步对发动机原理有所了解，总结了发动机进

气压力的测试与平衡之间的特点及关系，提出了关于进气压力平衡研究的思路和方法，给出了压力的测试建议，分析了进气压力的特性曲线，本文针对125mL、四冲程、单缸水冷发动机进行试验，得到不同工况下的进气压力特性。

通过研究我们发现

1 在中小节气门开度下进气压力呈现出较大幅度的先下降后上升波动。

2在大节气门开度下，进气压力在环境压力附近发生一定幅度震荡，并且随着转速的升高而加剧。

关鍵詞：进气压力，压力特性

I

Abstract：In this paper, the basic principle outlined in the engine, let us further understand the

principle of the engine, summed up the engine intake pressure test and the characteristics of balance and relationship between, the inlet pressure on the balance between research ideas and methods, given pressure test suggested

that an analysis of the characteristics of inlet pressure curve，Experiment is done on a 125mL,four strokes,one cylinder,watercooled engine to get intake pressure’s features on different conditions.

We have found through research：

1 On small throttle conditions,intake pressure drops in a big extent in intake stroke and then returns to ambient pressure after intake stroke

2 On big throttle conditions,intake pressure shakes near ambient pressure.

Key words：Inlet pressure, Pressure characteristics

目录

1.引言.................................................................... 1 2.发动机的原理............................................................ 2

2.1 四冲程汽油机的工作原理： .......................................... 2 2.2 二冲程汽油机的工作原理： .......................................... 3 3发动机进气压力过程分析 .................................................. 5

3.1四冲程发动机充量更换过程........................................... 5 3.2试系统与测试内容................................................... 6 3.3进气压力测试结果................................................... 7 4. 进气压力试验的特点分析................................................. 9

4.1气阀上进气压力取样位置的选择问题................................... 9 4.2进气压力特性曲线分析.............................................. 11 ５.结论.................................................................. 19 致 谢................................................................... 20 参考文献................................................................. 21 附录..................................................... 错误！未定义书签。

II

1.引言

随着我国机动车保有量的不断增长，机动车尾气已成为大气污染的首要污

染源。研究表明，广州市空气污染的主要污染来源是：机动车尾气占22％、工业污染源占20.4％、建筑工地扬尘污染占19.2％，机动车尾气被市民评为“最不可忍受的污染物”。而位列我国第一批环保模范城的深圳市，大气污染中机动车尾气污染已占70％，每年排放的各种有害物质达20多万吨，并且还在以每年超过20％的速度上升，因此，对发动机进气压力的认识与研究变得日益重要。

目前对于不同工况下进气压力波动特性的研究方法还不是很多，主要还只能通过试验的方法获得进气压力的特性曲线，而要对其产生波动的原因进行分析则比较困难。此外，目前关于pimc的获取方法还没有一个通用的指导原则。

本文将在一辆装备了125mL、四冲程、单缸水冷发动机进行试验研究，分析总结不同工 况下各个曲轴角度处的进气压力特性，将分析进气系统的理论模型，并为其他研究提供一种简单估算的方法，通过试验的方法确定进气管与节气阀上合适的进气压力取样位置，使得pimc与实际负荷基本成线性关系。

1

2.发动机的原理

发动机将热能转变为机械能的过程，是经过进气、压缩、作功和排气四个连续的过程来实现的，每进行一次这样的过程就叫一个工作循环。凡是曲轴旋转两圈，活塞往复四个行程完成一个工作循环的，称为四冲程发动机。曲轴旋转一圈，即活塞往复两个行程完成一个工作循环的，称为两冲程发动机。

2.1 四冲程汽油机的工作原理：

(1) 进气行程。曲轴带动活塞从上止点向下止点运动，此时，进气门开启，排气门关闭。活塞移动过程中，气缸内容积逐渐增大，形成真空度，于是可燃混合气通过进气门被吸入气缸，直至活塞到达下止点，进气门关闭时结束。 由于进气系统存在进气阻力，进气终了时气缸内气体的压力低于大气压力，约为0.075MPa～0.09MPa。由于气缸壁、活塞等高温件及上一循环留下的高温残余废气的加热，气体温度升高到370K～440K

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pref（Ｒ＝1） pref（Ｒ＝1.5） pavr 96.4482 98.6677 74.4854 57.0284 38.5768 39.9878 42.4268 47.0075 40.0763 45.1778 54.7032 65.4521 98.054 94.9221 81.7239 102.9901 112.2747 109.8879 82.43 85.6772 91.8482 95.6352 -17.41810176% -15.51769799% 69.89415549% 30.07638889% -12.00996628% -8.791608677% -3.228480261% 7.219663376% -8.589748543% 3.046290657% 24.77282752% 49.29005221% -18.10545599% -20.72121386% -31.7443294% -13.98283317% -6.228350091% -8.221801635% -31.15459581% -28.44253956% -23.28853023% -20.12563388% pavr_TDC_IVC pmin pBDC 3000rpm，15度 节气门开度 p205 43.842238 pIVC pref（Ｒ＝0.1） pref（Ｒ＝0.5） pref（Ｒ＝1） pref（Ｒ＝1.5） pavr pavr_TDC_IVC pmin pBDC 3000rpm，70度 节气门开度 p205 119.73203 pIVC pref（Ｒ＝0.1） pref（Ｒ＝0.5） pref（Ｒ＝1） pref（Ｒ＝1.5）

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不同pimc获取方法结果与pc仿真结果对比

从表中可以看到，小节气门开度下pavr与pc相差较多，这是由于进气压力在进气行程中下降幅度较大，而进气门关闭前气缸压力与进气压力值始终比较接近，pc值偏小造成的。在7000rpm，15度节气门开度工况下，pimc与pc的误差达到了约70%，大节气门开度下pmin与pc相差较多，这是由于进气门关闭时气缸压力已经高于环境压力约20%左右，而3000rpm，70度节气门开度工况的进气压力稳定在环境压力附近，因此pimc与pc的误差约20%左右。7000rpm，70度节气门开度工况的进气压力由于在环境压力附近发生一定幅度震荡，因此pimc值更小，与pc误差达到约30%左右。

对于部分平均值pavr，当R值取的比较小时与pimc类似，在大节气门开度下与pc相差较多。而当R值取的比较大时则与pavr类似，在小节气门开度下与相差较多。

对于BDC至IVC点之间的采样压力值pBDC，p205，pIVC，在小节气门开度下，由于进气门关闭前的进气压力与气缸压力的跟随性较好，因此pc值与pBDC，p205，pIVC比较接近，误差皆在10%以内。

低转速，大节气门开度下，进气压力在环境压力附近震荡幅度较小，因此各种采样方法结果与pc都有较大误差。3000rpm，70度节气门开度工况下的pBDC，p205，pIVC与pc误差相对较小，在15%左右。

高转速，大节气门开度下，进气压力会在环境压力附近发生较大幅度的震荡，使得部分定点采样结果与pc误差较小。7000rpm，70度节气门开度工况时的p205，pIVC与pc误差均在10%以内。其中P误差最小，约为-6.23%。

从上述比较可以看到，pimc使用p205的效果最好，在小节气门开度和高转速，大节气门开度下均与pc比较接近，线性关系会比较好；只有在小转速，大节气门开度下与存在较大误差，会导致线性关系较差。

下表是一组参考数值，我们可以看到各个工况下的每循环气缸内进气量Mc，采样压力值

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pBDC、p205、pIVC。

工况 3000rpm，15度 3000rpm，20度 3000rpm，25度 3000rpm，30度 3000rpm，40度 3000rpm，50度 3000rpm，70度 3000rpm，99度 3000rpm，15度 3000rpm，20度 3000rpm，25度 Mc（kg） 6.9447E-05 9.39134E-05 0.000104386 0.000113668 0.00011789 0.000121967 0.000121785 0.000126585 6.97757E-05 8.37394E-05 9.75544E-05 pBDC（kPa） 55.2937 70.839 81.1655 95.773 101.2714 101.2213 101.261 100.6473 43.527 53.1801 65.5239 75.8068 94.5567 100.6661 101.1177 101.4441 99.9337 39.9878 41.6731 53.9743 15

p205（kPa） 61.659 80.577 92.2943 102.3069 101.676 101.1852 100.7261 99.9916 48.9839 62.5115 77.301 89.9372 105.4796 105.7665 105.555 105.7084 106.5085 42.4268 45.5404 64.3449 pIVC（kPa） 67.8111 88.2633 100.2571 102.7028 98.1608 97.481 97.3556 97.2165 53.2428 68.8651 85.6587 99.984 108.8397 106.8514 105.96 105.4615 104.4861 47.0075 49.9925 70.4927 3000rpm，30度 0.000110997 3000rpm，40度 3000rpm，50度 3000rpm，60度 3000rpm，70度 3000rpm，99度 3000rpm，15度 3000rpm，20度 3000rpm，25度

0.000127125 0.000129811 0.000129194 0.000129184 0.000129142 6.17298E-05 6.8319E-05 8.6073E-05

3000rpm，30度 3000rpm，40度 3000rpm，50度 3000rpm，60度 3000rpm，70度 3000rpm，99度 将表中的pBDC，p205，pIVC与Mc在不同节气门开度下的对应点按照不同转速标记在下图中，并将相邻两点相连得到下图。

9.32976E-05 0.000115883 0.000130565 0.000134913 0.000137378 0.000139509 59.8324 76.3581 94.3585 101.6173 102.9901 106.0388 67.8192 91.9618 104.7141 109.9391 112.2747 111.8327 76.1298 102.8305 110.0133 109.8318 109.8879 107.9544

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三种转速下的pBDC，p205，pIVC与Mc的对应关系

从图中看到，在中小节气门开度下，相同工况的pBDC，p205，pIVC依次增大。这是由于中小节气门开度下的进气压力会发生较大幅度先下降后上升的波动，又由于其一般在进气BDC点前就已经开始上升，因此曲轴相位依次后推的BDC，BDC后25度和IVC点的采样压力依次上升。而相同转速下，随着节气门开度增大，相同采样方法得到的采样压力值也逐渐增大。这是由于相同转速下，节气门开度越小，进气压力下降幅度越大造成的。

在中小节气门开度下，pBDC，p205，pIVC与Mc的线性关系均比较好，其中p205的线性关系最好。

在大节气门开度下，随着节气门开度的增大，采样压力上升幅度减少，甚至某些采样方法得到的结果在某些转速下会下降。这是由于大节气门开度下的进气压力曲线在环境压力附近震荡，不同开度下的曲线交叉在一起，导致某些曲轴角度对应的进气压力在节气门开度增大时减小的缘故。

低转速（3000rpm），中大节气门开度时，由于进气压力在环境压力附近波动幅度较小，pBDC，

p205，pIVC在节气门开度超过40度后上升到环境压力附近，之后便不再上升，pIVC甚至还有较

大幅度的下降

高转速（5000rpm、7000rpm），中大节气门开度时，pBDC与p205均能与Mc维持小开度时的

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线性关系。

通过综合比较各个工况下pBDC，p205，pIVC与Mc的线性关系，我们可以根据具体的情况做出不同的参考。

5结论

通过对发动机相关知识的学习与研究，我们对对发动机进气压力的测试与平衡有了一定得了解与认识，本文通过相关资料的参考和导师郭峥的帮助以及自己的思考得到了一下几点结论。

1）进气压力测试结果得到：

中小节气门开度下的进气压力呈现出在进气行程中迅速下降，并在进气行程下止点前到达最低点后逐渐回升至环境压力的变化趋势。在相同转速下，节气门开度越小，进气压力波动幅度越大。大节气门开度时，进气压力在进气行程中的下降幅度较小，而在中高转速时的大开度下，进气压力会在环境压力附近发生较大幅度的反复震荡，并且随着转速的升高而更加剧烈。

2）由进气压力特性试验结果得到：

发动机进气压力在中小节气门开度下呈现出在进气行程中迅速下降，并在进气行程下止点前到达最低点后逐渐回升至环境压力的变化趋势。其中在相同转速下，节气门开度越小，进气压力波动幅度越大；而在相同节气门开度下，进气压力波动幅度随着转速的上升而变大。在大节气门开度时，进气压力在进气行程中的下降幅度较小。其中低转速大开度下的进气压力曲线在整个循环内都处于环境压力附近；而中高转速大开度下的进气压力会在环境压力附近发生较大幅度的反复震荡，并且随着转速的升高而更加剧烈。由于发动机进气压力在不同工况下表现出不同的波动特性，因此给利用进气压力的研究的带来了困难，但也给我们的研究和学习提供了方向。

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致 谢

在此，首先要感谢我的导师郭峥老师，感谢他在百忙之中还抽出时间来指导我、帮助我顺利地完成毕业设计。在本次毕业设计中，我从指导老师身上学到了很多东西。他认真负责的工作态度，严谨的治学精神和深厚的理论水平都使我受益匪浅。他无论在理论上还是在实践中，都给与我很大的帮助，使我得到很大的提高，这对于我以后的工作和学习都是巨大的帮助，在学术上指导老师是一个严谨求实，认真负责的人。他不辞辛劳，为我选定课题的研究方向，对我的课题给予了大量的指导，提出了宝贵的意见，在此感谢他耐心的辅导。

其次我要感谢数理系所有的老师们，没有他们平时的教导，我不会顺利完成我的毕业设计。是他们不辞辛苦、勤勤恳恳、任劳任怨、不厌其烦地给我们讲解计算机的专业课程。面对专业知识不那么深厚的我们，老师们一遍又一遍试图用最易懂的方式让我们透彻理解那些高深的专业理论。

我还要感谢我的父母，使他们给了我这样一个机会，我会好好珍惜，以求更好的成绩感谢他们。

我还要感谢我的同学，没有他们的支持和鼓励，我不可能愉快的度过我的大学生活。我们互相加油互相扶持，走过了四年，谢谢他们。在老师和同学的支持与帮助之下，我顺利地完成了本次毕业设计。在毕业设计的这段日子里，我所获得的知识将是大学期间最珍贵的。

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参考文献

[

[1]张进华，李陆山，欧阳涛，等．2006中国摩托车工业年鉴．长春：吉林科学技术出版社．2006： 52-56．

[2]缪春．摩托车发动机平衡及系统动力学研究[硕士论文]．重庆：重庆大学．2004． [3]陈晓济．四冲程摩托车发动机工作过程测试与性能评价系统的研究[硕士论文]．杭州：浙 江大学．2003．

[4]国家环境保护总局．GB 14622-200X．摩托车排气污染物排放限值及测量方法（工况法， 中国第Ⅲ阶段）

[5]段保民，苏兴安，柳庆华．摩托车排气污染物排放第3阶段控制标准探讨．摩托车技术．2005 （2）：21-25．

[6]王青，隋修武，凌雷．关于摩托车和轻便摩托车排放污染物的三项国家标准简介．摩托车 技术．2002（8）：19-22．

[7]苏兴安，杨建伟．满足摩托车第3阶段排放标准的电喷技术研究．摩托车技术．2006（10）： 20-26．

[8]白景升．摩托车电喷化--不可逆转的趋势．摩托车技术．2005（5）：33-35．

[9]胡才林，成立新，吴伟．电喷技术在摩托车发动机上的应用．创新科技．2004（8）：62-64． [10]胡春明，谢辉，尧命发，等．摩托车电喷系统的匹配技术及其开发系统的研究．小型内 燃机与摩托车．2002（2）：23-26．

[11]胡春明，刘娜，宋玺娟．电喷摩托车发动机的排放控制研究．小型内燃机与摩托车．2006 （5）：66-69

[12]吴正权．摩托车电喷系统的基本结构、原理及维护．摩托车技术．2003（10）：74-95． [13]钱人一．现代汽车发动机电子控制．上海：上海交通大学出版社．1999：13-15． [14]Goran Almkvist，Tomas Karlsson．Fuel Injection System for a High-Speed One-Cylinder S.I. Engine．SAE Technical Papers．编号2001-01-1863．

[15]Shigeru Yamazaki，Takahiko Ueta．Method for Measuring Intake Air Volume in Internal Combustion Engine．美国专利：US6862928 B2．2005-03-08．

[16]近藤清二，西尾俊雄．内燃发动机进气压检测方法．中国专利：CN1407321A．2003-04-02．

21

[17]Shinsuke Takahashi，Teruji Sekozawa．Air-fuel ratio control in gasoline engines based on state上海交通大学硕士学位论文

estimation and prediction using dynamic models．In Proceedings of the 1995 IEEE IECON 21st International Conference on Industrial Electronics,Control,and Instrumentation．Orlando,FL, USA．1995（1）：217-222．

[18]MOHANAR.R.Sethuraman，Zhang Wenjun，JATINDER S.Bedi．Fuzzy model for cylinder air charge estimation．In Proceedings of the 37th Midwest Symposium on Circuits and Systems．Lafayette,LA,USA．1994（2）：1523-1526．

[19]J.W.Grizzle，J.A.Cook，W.P.Milam．Improved cylinder air charge estimation for transient air fuel ratio control．In American Control Conference,1994．1994（2）：1568-1573．

[20]Toshihiro Aono，Takehiko Kowatari．A signal processing algorithm for compensating for back flow effect in intake air mass measurement in internal combustion engines．In Proceedings of the 2004 IEEE International Conference on Control Applications．2004（1）：356-363．

[21]邓康耀，方适应，朱义伦，等．车用3缸汽油机进排气管的流动特性计算分析．车用发 动机．2000（6）：14-17．

[22]钱耀义，徐波．车用汽油机进气流动的研究．内燃机工程．1991（1）：57-64．

[23]方适应，邓康耀，崔静，等．进排气管一维非定常流动计算方法的比较．车用发动机．2000 （3）：22-25．

[24]李云清，钱耀义，于秀敏，等．利用差分法研究内燃机进气系统流动．吉林工业大学学 报．1990（1）：49-54．

[25]周龙保．内燃机学．北京：机械工业出版社．1999：43-263．

[26]习纲，郭晓潞，王振锁，等．小型汽油发动机管理系统的某些特殊功能应用．摩托车技 术．2005（10）：14-17．

[27]谭德荣，刘正林，严新平．电控汽油机进气量的最优估计算法．交通运输工程学报．2006 （2）：39-42．

[28]Gregory Bruyere．Experimental and Computation Analysis of a GDI Engine and its Exhaust System［Dissertation］．University of Valenciennes and Hainaut Cambresis．2005． [29]陈文义，张伟．流体力学．天津：天津大学出版社．2004：53-68． [30]林家让．汽车构造.发动机篇．北京：电子工业出版社．2004：66-70． [31]陈家瑞．汽车构造（上册）．北京：机械工业出版社．2000：86-104．

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/wqd6.html