16V190发动机配气相位设计概论
发动机构造与维修-13-配气机构配气相位
二、配气相位内容
5、排气迟后角
目的：排气门在排气行程结束后，延迟关闭，是延长排气时间。
二、配气相位内容
6、排气持续角：
排气门开启持续时间的曲轴转角。 180º+排气提前角+排气迟后角
排气持续角
二、配气相位的内容
7 、气门重叠角：
定义：在某一时刻进排气门同时开启的现象 大小：α+δ（涉及进气、排气行程） 气门重叠角：提前进气+排气迟后时，气门重叠时的曲轴转角
课后作业
气门重叠角
进排气门同时开启， 为什么不会出现 “倒流”现象？ （详见备注）
本章 小节
1、配气相位的定义用曲轴转角来表示进排气门实际 开闭时刻和开启的持续时间； 2、配气相位的内容为进气提前角、进气迟后角、进 气持续角 、排气提前角、排气迟后角、气门重叠角 七个部分。
1、什么叫配气相位？ 2、配气相位的内容？
发动机构造ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ维修
——冷却系统
——配气机构配气相位
前言
发动机在换气过程中，若能够做到排气彻底、进 气充分，则可以提高充气系数，增大发动机的输出功 率。四冲程的每个工作行程，其曲轴要转180°。现代 发动机转速很高，一个行程经历的时间很短。这样短 时间的进气和排气过程往往会使发动机充气不足或者 排气不净，从而使发动机功率下降，因此配气相位诞 生了。
配气相位
配气相位定义 配气相位内容 配气相位图
3.5课时
上节 回顾
上节课我们学习了配气机构的拆装认识， 这节课我们来学习配气相位。
本节 重点
1、配气相位的定义 2、配气相位的内容
一、配气相位定义
用曲轴转角来表示进排气门实际开闭时刻和开启的持续时间
配气相位的解析
配气相位的解析配气相位对发动机使用性能影响较大,首先什么叫发动机气相位相位1）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-配气相位图。
（2）理论上的配气相位分析理论上讲进、压、功、排各占180°，也就是说进、排气门都是在上、下止点开闭，延续时间都是曲轴转角180°。
但实际表明，简单配气相位对实际工作是很不适应的，它不能满足发动机对进、排气门的要求。
原因：① 气门的开、闭有个过程开启总是由小→大关闭总是由大→小② 气体惯性的影响随着活塞的运动同样造成进气不足、排气不净③ 发动机速度的要求实际发动机曲轴转速很高，活塞每一行程历时都很短，当转速为5600r/min时一个行程只有60/（5600×2）=0.0054s，就是转速为1500r/min，一个行程也只有0.02s，这样短的进气或排气过程，使发动机进气不足，排气不净。
可见，理论上的配气相位不能满足发动机进饱排净的要求，那么，实际的配气相位又是怎样满足这个要求的呢？下面我们就进行分析。
（3）实际的配气相位分析为了使进气充足，排气干净，除了从结构上进行改进外（如增大进、排气管道），还可以从配气相位上想点办法，气门能否早开晚闭，延长进、排气时间呢？① 气门早开晚闭的可能从示功图中可以看出，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。
在作功行程快要结束时，排气门打开，可以利用作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。
进气门早开：增大了进气行程开始时气门的开启高度，减小进气阻力，增加进气量。
柴油发电机组排气系统优化设计
16V柴油机增压排气系统的布置方式及优化随着国民经济高速发展，对于柴油机的功率要求也越来越高。
大功率柴油机主要指1000KW以上的柴油机，其用途很广，包括舰船、发电、机车等。
为满足市场要求，济柴新开发了H16V190Zl柴油机，其功率为2400KW，H16V190Zl柴油机在12V基础上增缸而成，渗透了当前国际先进水平的新技术、新工艺，在船舶、钻机、发电、铁路等方面有广阔的应用前景。
对于大功率柴油机，其增压系统的选择是其核心任务之一。
一、增压排气系统方案确定由boost计算结果看出，MPC系统在高负荷情况下，油耗高于顶呀系统和MSEM系统而低于脉冲系统，而在低负荷情况下，油耗与其他三种增压系统相差不大，甚至高于定压系统，这与低工况MPC系统比定压系统号的理论分析相违背，这主要是由于在计算过程中，MPC系统和定压系统采取了相同的增压压比。
实际上，在低转速低负荷的情况下，由于能够较好的利用脉冲能量，MPC系统所能够实现的增压压力要高于定压系统。
这已经得到了国内外许多增压柴油机厂家的试验验证。
由于恒压增压系统作为发电机组时，存在突出加载特性差的缺点，作为船舶主机时，存在低速运转时燃烧过量空气不足，烟气较浓，尤其在加速过程中，冒烟更缺点。
脉冲系统在高增压时流动阻力损失较大，而且结构复杂。
而MPC系统具有结构简单，加工方便，易于实现系统化的特点，涡轮前压力波动小，近于恒压系统，因此涡轮效率较高，也不需要如用脉冲系统是须有叶片防震措施，在全负荷和加速运行时兼具恒压系统和脉冲系统的特点，由于其总管直径比恒压系统的小，及各缸排气支管顺着总管气流方向进入，使部分脉冲能量已速度能形式进入总管及涡轮，排气能量传递效率较高，在约60%符合以下的低工况性能近于脉冲系统，此外，还具有瞬态响应快的特点。
因此，根据H16V190ZL 型柴油机的用途，作为发电机组选用较大总管内径的MPC系统，作为传播主机时采用较小管径的MPC系统，这样能够较好的发挥其特点，也可实现两者的折中，即即用做发电机组也用作船舶主机时兼顾两者使用性能达到一个良好的折中。
发动机配气机构中气门的衍变、气门间隙、配气相位
发动机配气机构中气门的衍变、气门间隙、配气相位下载温馨提示：该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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发动机配气相位讲解
1．排气提前角 从排气门开始开启到下 止点所对应的曲轴转角称为排气提前角 ( 或早开角 ) ，用 γ 表示， γ 一般为 40 °～ 80°。 2．排气迟后角 从上止点到排气门关闭 所对应的曲轴转角称为排气迟后角 (或晚 关角)，用δ表示。δ一般为10°～30°. 3. 排气门开启持续时间内的曲轴转角， 即排气持续角为γ+180+δ。
可变配气相位
常见的双气门机构与四气门机构的气门 正时主要是考虑发动机的有效功率、转 矩尽可能增大，但在发动机怠速运行时， 动力性就会急剧下降，燃料经济性会变 得很差。为了避免这些缺点，有些汽车 近年来采用一种可变配气相位勺气门升 程电子控制 (VTEC) 机构 ( 如本田汽车 ) 来 控制进气时间与进气量，从而使发动机 产生不同的输出功率。
进气门的配气相位
1．进气提前角 从进气门开始开启到上止点所 对应的曲轴转角称为进气提前角 ( 或早开角 ) ， 用α表示。一般为10°～30°。 2．进气迟后角 从下止点到进气门关闭所对 应的曲轴转角称为进气迟后角(或晚关角)，用β 表示，β一般为40°～80°。 进气门开启持续时间内的曲轴转角，即进气持 续角为。α+180﹢β。
2 ．工作原理 VTEC 机构是采用一根凸轮轴上设 计两种(高速型和低速型 )不同配气定时和气门升 程的凸轮，利用液压进行切换的装置。高低速的 切换是根据发动机转速、负荷、水温及车速进行 检出，由ECU进行计算处理后将信号输出给电磁 阀来控制油压进行切换 VTEC 不工作时，正时活塞和主同步活塞位 于主摇臂缸内，和中间摇臂等宽的中间同步活塞 位于中间摇臂油缸内，次同步活塞和弹簧一起则 位于次摇臂油缸内。正时活塞的一端和压油道相 通，液压油来自工作油泵，油道的开启由ECU通 过VTEC电磁阀控制。
配气相位的内容包括
配气相位的内容包括配气相位是指内燃机在工作过程中，气门的开启和关闭时机相对于活塞运动的位置。
配气相位的正确调整对于发动机的性能和效率具有重要影响。
一、配气相位的作用1. 燃烧效率：通过调整进气门和排气门的开启时机，可以使气缸内的燃烧混合物得到更好的充气和排气效果，提高燃烧效率，提高发动机的动力输出。
2. 动力性能：合理的配气相位可以改变气门开启和关闭的时机，以适应不同负荷和运行条件下的发动机工作要求，提高发动机的动力性能。
3. 排放性能：通过调整进气门和排气门的开启时机，可以使废气排放更加充分，减少有害气体的产生，提高发动机的排放性能。
二、配气相位的调整方法1. 调整进气相位：进气相位的调整可以通过改变进气门的开启和关闭时机来实现。
一般情况下，进气门的提前开启可以提高燃烧效率和动力性能，但过早的进气门关闭会导致进气过多，影响燃烧效果；进气门的延迟关闭可以增加进气量，提高动力输出，但过晚的进气门关闭会导致排气不畅，影响排放性能。
2. 调整排气相位：排气相位的调整可以通过改变排气门的开启和关闭时机来实现。
一般情况下，提前关闭排气门可以增加压缩比，提高燃烧效率和动力性能，但过早的排气门关闭会导致废气残留，影响排放性能；延迟关闭排气门可以减少排气阻力，提高排气效果，但过晚的排气门关闭会影响进气效果，降低动力输出。
3. 调整气门重叠角：气门重叠角是指进气门和排气门同时开启的角度范围。
适当增加气门重叠角可以提高燃烧效率和动力性能，但过大的重叠角会导致进气和排气的混合，影响燃烧效果和排放性能。
三、配气相位的优化1. 发动机技术的发展使得配气相位的调整更加灵活和精确，可以根据发动机工作要求和运行条件进行自动调整。
2. 通过计算机控制系统，可以实现气门的电子控制，使得配气相位的调整更加精确和实时。
3. 配气相位的优化可以通过模拟计算和实验测试相结合的方法进行。
模拟计算可以通过计算机模型模拟发动机工作过程，优化配气相位参数；实验测试可以通过发动机台架试验和实车测试来验证和优化配气相位参数。
摩托车发动机配气正时（相位）图的奥秘！维修基础知识入门
摩托车发动机配气正时（相位）图的奥秘！维修基础知识入门作者：松生空谷今天来详细解读一下下面这张图片(旋转方向为逆时针方向)根据四中程发动机的工作原理，发动机完成一个工作循环，由四个工作冲程组成，分别是进气冲程，压缩冲程，做功冲程，排气冲程。
在进气冲程时，活塞由上止点往下止点运行。
图中从进气门开到进气门关的深色环带表示进气门的开启时间。
可以看出来，进气门在上止点前的某个角度，就己经开始打开，而活塞还未到达上止点，所以叫进气提前角。
进气门的关闭时刻在下止点后某个角度关闭，而活塞已越过下止点转而上行，也就是说进气门是在活塞上行压缩的途中才关闭，所以叫进气延迟角。
压缩冲程时，活塞由下止点往上止点运行。
进气门关闭后，活塞开始对混合气进行压缩。
做功冲程时，混合气燃烧推动活塞由上止点往下止点运行做功，由图中浅色环带(排气环带)可以看出，活塞还未到达下止点前，排气门就开始提前打开，这就是排气提前角。
排气冲程时，活塞由下止点往上止点运行排出废气。
由图中排气环带可以看出，排气门关闭的时刻在活塞越过上止点后某个角度才关闭，这就是排气延迟角。
细心的兄弟就会发現，在排气上止点时，由于进气门提前开启和排气门的延迟关闭，此时进排气门处于同时开启状态，从进气门开启到排气门延迟关闭的角度就叫气门重叠角。
实际上，图中两条环带表示的是配气相位。
这里需要区分一下配气正时和配气相位的区别：配气正时是气门开启和关闭的时刻；配气相位是指从气门开启到气门关闭的时间段。
通过以上的解读，相信大家对配气正时图有了一个初步的认识。
图片是需要结合发动机的运行工况来理解的。
充分认识提前角，延迟角，重叠角的设计原理以及对发动机的影响，对维修的帮助是很大的。
正确认识正时图，对深入了解发动机的工作原理非常重要。
好消息：如果需要询问摩托车技术问题，请文末留言或者私信！先输入#问答#标签，然后写下您的问题，最好有图片，摩托中国技术团队将筛选问题后集中回答您的困惑。
16V190系列自动化燃气发电机组工程技术资料
WZ
胜利油田胜利动力机械集团有限公司文字资料
WZ03-242
16V190 系列自动化燃气发电机组 工程技术资料
胜利油田胜利动力机械集有限公司
16V190 系列自动化燃气发电机组工程技术资料
一 机组概述 16V190 系列自动化燃气发电机组（以下简称机组）是集团公司新研制的自动化机组之一，配置
DC24V 双电马达启动或液压启动系统 逆时针（面向输出端） 飞轮输出 15000
2
3.1 低压发电机技术规格 发电机型号 1FC6 562-6LA82-Z 1FC6 562-6LA82-Z1 1FC6 564-6LA42-Z 1FC6 506-6LA42-Z
额定容量（kVA）
1500
1250
额定电压（V）
6112
单增压 器流量 kg/s
0.849
天然气 80
0
1.5 1200 9.5 1.516 396 4527 6168 0.857
沼 气 60
0
1.5 1200
9 1.582 528 4524 6332 0.879
沼 气 30
0
1.3 1200
9 1.548 1057 3929 6252 0.868
（4）单个增压器流量：Q4=1.65/2=0.825（kg/s）。 1.2 非甲烷类燃气流量计算方法及步骤
以电炉尾气发电机组额定功率 1000kW 为例计算： （1）电炉尾气消耗量： 已知 CH4、H2、CO 的低热值分别为 35.8MJ/Nm3、10.8MJ/Nm3、12.6MJ/Nm3 机组燃气热耗率为 10.1MJ/kWh，设电炉尾气中 CH4 含量为 a，H2 含量为 b，CO 含量为 c，机组功率按 1000kW 计算，根据 Q1=1000 ×10.1/(35.8a+10.8b+12.6c)可以计算出电炉尾气消耗量 Q1（Nm3/h）。例如某地电炉尾气中 CH4 浓度为 a=0%，H2 浓度为 b=10%，CO 浓度为 c=80%，则电炉尾气消耗量： Q1=1000×10.1/(35.8×0%+10.8×10%+12.6×80%)=905 Nm3/h （2）空气流量：过量空气系数α按 1.5 计算,已知 CH4、H2、CO 的理论空燃比分别为 9.52、2.38、 2.38，则空气流量 Q2=(9.52×0%+2.38×10%+2.38×80%)×1.5Q1=2908 Nm3/h （3）烟气质量：已知 CH4、H2、CO、空气的密度分别为 0.7174 kg/Nm3、0.0898 kg/Nm3、1.2506 kg/Nm3、 1.293 kg/Nm3，烟气的质量流量 Q3=0.7174 × 905 × 0%+0.0898 × 905 × 10%+1.2506 × 905 × 80%+[905 × (1-0%-10%-80% ） +2908] × 1.293=4782（kg/h）=1.328 kg/s，烟气温度 500℃～550℃。 （4）单个增压器流量：Q4=1.328/2=0.664（kg/s）。
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16V190发动机配气相位设计
摘要：
通过boost一维分析软件建立16V190一维分析模型，输入初选的进排气管路尺寸、输入主要阻力元器件的阻力特性曲线、输入初选的增压器性能参数、输入预估的放热规律，进行分析计算，通过调整不同的配气相位角度，看性能指标是否达到要求，看爆发压力、排气温度能否控制在可接受范围内，再查看热平衡数据和重要部位测点上的压力、温度、是否合理,从而实现配气相位的优化。
关键词：16V190；配气相位；boost
1、前言
配气机构是发动机的重要组成部分，直接关系到发动机运转的可靠性、振动和噪声，并影响发动机的动力性、经济性和排放等基本性能。
配气机构必须根据发动机工作循环及工作顺序的要求，按规律开启、关闭进、排气门，保证正确的配气相位。
合理的配气相位是提高功率、降低油耗和排放的一种有效方法，对改善发动机技术状况，节约能源，提高经济效益，都有十分重要的现实意义[1]。
本文主要对16V190燃气机在1000rpm转速下的配气相位进行优化设计。
其中主要用到了AVL BOOST 发动机工作循环模拟计算软件。
AVL BOOST 发动机工作循环模拟计算软件是分析发动机性能的重要的现代化工具，在开发新产品和改造老产品过程中，发挥着巨大的作用[2]。
2、模型建立
采用AVL BOOST发动机工作循环模拟计算软件，以16V190发动机为原型进行建模，在建模时主要考虑发动机进气系统、排气系统、燃烧模型、摩擦功、加载热传递等重要边界条件 [3]。
图1为16V190燃气发动机的BOOST计算模型。
图中，C1—C16为气缸， PL1、PL2为稳压腔，TC1、TC2为涡轮增压器，CO1是中冷器，CL1、CL2为空气滤清器，1—60为管道，J1—J15为管路接头，MP1—MP47为测点，SB1、SB2、SB3、SB4为系统边界。
图1 16V190燃气发动机的BOOST计算模型
3、数据输入
BOOST 整机分析模型包括进气系统、排气系统、气缸、中冷器、空气滤清器、涡轮增压器等。
在进行模拟计算前，必须应用试验数据对模型进行校准，需要校准下列参数：功率、空气质量流量、燃气流量、空燃比、缸内压力曲线，以及进排气管道的压力和温度等。
在12V190燃气机燃烧分析和试验验证的基础上对该模型进行数据输入。
通过12V190燃气机燃烧分析，确认了初始场的影响和敏感度，选择了合适的燃烧模型。
首先输入系统边界条件，包括发动机转速、燃料的混合方式、燃料的性质、管道网格划分、点火顺序、摩擦功的设定等。
然后输入各元件数据，在此模型中燃烧放热率计算选择维伯函数（Vibe Function）如图2所示，其中（1）为燃烧始点，（2）为燃烧持续期，（3）为放热形状因子，这三项表征了燃烧放热规律；传热计算采用Woschni1978公式，输入活塞、气缸及缸套的相关参数；输入初选的进排气管路尺寸，包括管路直径、管长及管道流量系数等；输入主要阻力元器件的阻力特性曲线（这些部位包括中冷器、空气滤、气道、节气门等）；输入初选的增压器性能参数，包括增压压比、流量、效率等；输入燃烧室的结构参数；输入配气机构参数，如图2所示，其中（4）为气道部分的参数，主要包括配气相位、气门升程、气道流量系数曲线等。
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图2 参数输入
4、配气相位优化
配气相位优化主要是确认进气门早开角（IVO），进气门晚关角（IVC），排气门早开角（EVO），排气门晚关角（EVC）。
通过发动机配气相位的优化能提高发动机的经济性、动力性、排放等性能。
通过设定不同的进气包角、排气包角、气门重叠角进行了匹配计算，结果如表1所示。
表2为不同配气相位对应的进、排气相位角度。
表1及表2中1-15号配气相位是在排气门早开角、排气门晚关角及排气包角不变，通过改变进气门相位及气门重叠角来分析发动机性能参数的变化。
表1及表2中16-20号配气相位是在进气门早开角、进气门晚关角及进气包角不变，通过改变排气门相位及气门重叠角来分析发动机性能参数的变化。
4.1 进气相位优化
进气过程压力曲线对比如图3所示，对应的进气流量曲线为图4所示。
进气门早开角度主要取决于进气道压力与气缸内压力状态，进气门晚关角度取决于压差状态和流速。
进气晚关角对补充进气充量和进气效率的影响因素最明显，当增大进气晚关角时，也就增大了补充进气比和充气系数，有利于低速扭矩的增加，而过分增大进气晚关角则会引起空气倒流，降低充气效率。
由序号1、4、7、10、13所对应的发动机性能参数可知，进气门早开角不变，进气门晚关角由31°增加到71°，排气歧管的温度和燃气消耗率是递增的，而功率是递减的。
表1 配气相位匹配结果
表2 不同配气相位对应的进、排气相位角度
图3 进气过程压力曲线对比
图4 进气流量曲线
4.2 排气相位优化
排气过程压力曲线如图5所示，对应排气流量曲线如图6所示，排气门提前开启主要是为了减小排气平均有效压力，这是一个重要的控制参数。
排气提前角越大，排气门开启越早，自由排气损失就越大，但此时缸内压力在下止点前已降得足够低，所以强制排气损失减少。
反之，排气提前角减小，强制排气损失会增加，而自由排气损失则会减少。
一般转速越高，最佳排气提前角也应当越大。
排气门推迟关闭是为了避免因排气流动截面积过早减小而造成的排气阻力的增加；另一方面还可以利用排气管内气体流动的惯性从气缸内抽吸一部分废气，实现过后排气[1]。
由序号16、17、18、19、20所对应的发动机性能参数可知，排气门晚关角不变，排气门早开角由-2°增加到38°，排气歧管的温度和有效功率是递增的，而燃气消耗率是递减的。
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图5 排气过程压力曲线
图6 排气流量曲线
4.3 气门重叠角优化
排气门晚关角与进气门早开角组成气门重叠角，气门重叠角的最主要作用是为了扫气和冷却。
对于燃气机，由于燃烧温度较高，需要更多的扫气和冷却，同时由于混合方式的限制，过多的扫气又使得燃气白白排掉而影响燃气消耗量，所以需要确定一个合理的气门重叠角来折中排气冷却和燃气浪费。
由序号1、2、3所对应的发动机性能参数可知，进、排气门包角不变，气门重叠角由35°增加到54°，排气歧管的温度和燃料留存比例有明显的递减。
燃气流出比例随气门重叠角变化关系如图7所示，排气歧管温度随气门重叠角变化关系如图8所示。
图7 燃气流出比例随气门重叠角变化关系
图8 排气歧管温度随气门重叠角变化关系
综合考虑16V190燃气机的经济性、动力性以及吸气能力等多方面性能，通过对比分析表1，当进气包角232deg，排气包角232deg，气门重叠角48deg时，气耗较低，排气歧管温度也较低。
建议配气相位采用进气包角232deg，排气包角232deg，气门重叠角48deg，即19号配气相位。
5、结论
经过仿真计算分析了16V190燃气机在1000rpm转速下的运行性能参数随进气早开角、进气晚关角、排气早开角、排气晚关角的变化情况，综合考虑16V190燃气机的经济性、动力性以及吸气能力等多方面性能，最终确定优化后的配气相位参数为：进气早开24°曲轴转角，进气晚关28°曲轴转角，排气早开28°曲轴转角，排气晚关24°曲轴转角。
优化后的配气相位使16V190燃气机的经济性、动力性以及吸气能力得到了一定的保证，为发动机的设计和参数优化提供了参考。
参考文献：
[1] 周龙保.内燃机学（第2版）.北京：机械工业出版社，2005.1
[2] 隆曙红，龚金科，刘孟祥.AVL BOOST 软件应用于HD6105ZLQ 柴油机的性能分析与研究.兰州：移动电源与车辆，2002
[3] 王永升.配气机构优化设计与仿真.天津：天津大学，2007。