气缸盖端口

气缸盖端口是指修改内燃机的进气口和排气口以改善其空气流动的过程。所制造的气缸盖通常不适合赛车应用，因为其设计具有xxx的耐用性。可以修改端口以实现xxx功率、最小燃料消耗或两者的组合，并且可以更改功率传输特性以适应特定应用。

人类每天对空气的体验给人的印象是，当我们缓慢地穿过空气时，空气很轻，几乎不存在。然而，高速运转的发动机会经历完全不同的物质。在这种情况下，空气可以被认为是粘稠的、有粘性的、有弹性的、粘稠的和沉重的（参见粘度），而头部移植有助于缓解这种情况。

当通过气流台测试决定修改时，可以使用模具磨床或数控铣床手动对原始端口壁材料进行改造。对于重大修改，端口必须焊接或类似地构建以添加不存在的材料。配备上图所示头部的福特2升F2000库存装饰发动机能够在5500rpm时提供115马力，BMEP为136psi。这款售后市场ProStock赛车头用于在9500rpm时具有1300马力的发动机，BMEP为238psi。238的BMEP接近自然吸气式燃气发动机的极限。自然吸气式一级方程式发动机通常达到220psi的BMEP值。凸轮轮廓、发动机转速、发动机高度限制和其他限制也导致发动机功率与福特单元的差异，但端口设计的差异是一个主要因素。

当阀门打开时，空气不会流入，而是减压到其下方的低压区域。移动扰动边界上游侧的所有空气都是完全隔离的，不受下游侧发生的事情的影响。跑步者入口处的空气不会移动，直到波浪一直到达终点。只有这样，整个跑步者才能开始流动。直到那时，所有可能发生的事情都是充满流道体积的高压气体减压或膨胀到沿着流道向上推进的低压区域。（一旦低压波到达流道的开口端，它会反转信号，涌入的空气会迫使高压波沿着流道向下流动。此动画中未显示。）相反，阀门的关闭不会立即停止流道入口处的流动，它会继续完全不受影响，直到阀门关闭的信号到达它为止。关闭阀导致压力积聚，该压力以正波形式沿流道向上传播。流道入口继续全速流动，迫使压力上升，直到信号到达入口。在下图中可以看到这种非常可观的压力上升，它远远高于大气压。正是这种现象使所谓的“冲压调整”得以发生，并且正是通过调整的进气和排气系统正在“调整”的东西。原理与管道工熟知的水锤效应相同。信号可以传播的速度是跑步者体内的声速。这就是端口/流道体积如此重要的原因；端口/流道的连续部分的体积控制所有过渡期间的流量。也就是说，任何时候气缸发生变化——无论是正的还是负的——比如当活塞达到xxx速度时。该点根据连杆的长度和曲柄的行程出现在不同的点，并随连杆比（杆/冲程）而变化。对于正常的汽车设计，这个点几乎总是在ATDC69到79度之间，较高的杆比有利于后面的位置。它仅发生在1/2冲程（90度）处，连杆长度为无限长。真实引擎中的波/流活动比这复杂得多，但原理是一样的。乍一看，这种波的传播速度似乎快得令人眼花缭乱，而且不是很重要，但一些计算表明情况恰恰相反。在室温下的进气流道中，声速约为每秒1,100英尺(340m/s)，并在0.9毫秒内穿过12英寸(300mm)的端口/流道。使用该系统的发动机以8500rpm的速度运行，在来自气缸的任何信号到达流道端之前，需要非常可观的46度曲柄（假设流道中的空气没有运动）。46度，在此期间，只有端口/流道的体积可以满足气缸的需求。这不仅适用于初始信号，而且适用于气缸中产生的压力或真空的任何变化。使用较短的流道来减少延迟是不可行的，因为在循环结束时，长流道现在继续全速流动，而不管气缸中的压力升高并在最需要时向气缸提供压力。跑步者的长度也控制着回波的时间，不能改变。较短的跑步者会更早流动但也会更早死亡，同时返回正波太快（调整到更高的RPM）并且这些波会更弱。关键是找到发动机要求的所有因素的最佳平衡。使系统更加复杂的是，作为信号源的活塞圆顶不断移动。首先向下移动圆柱体，从而增加信号必须传播的距离。然后在进气循环结束时当阀门仍然打开超过BDC时向上移动。来自活塞圆顶的信号，在建立初始流道流动后，必须与上游产生的任何速度相抗衡，从而进一步延迟它。活塞产生的信号也没有一条干净的流道。它的大部分从燃烧室的其余部分反弹并在气缸内产生共振，直到达到平均压力。此外，由于压力变化和热发动机部件的吸收引起的温度变化会导致局部声速发生变化。当阀门关闭时，它会导致气体堆积，从而产生强烈的正波，该波必须沿流道向上传播。港口/跑步者中的波浪活动不会停止，而是会继续回荡一段时间。当阀门下一次打开时，剩余的波会影响下一个周期。上图显示了在7英寸（180毫米）进气口/流道以4500rpm运行的发动机的720曲轴度上的进气道压力，这是它的扭矩峰值（接近该发动机的xxx气缸填充和BMEP）.两条压力迹线取自阀门端（蓝色）和流道入口（红色）。随着进气门关闭，蓝线急剧上升。这会导致空气堆积，形成正波反射回跑步者，红线表示该波稍后到达跑步者入口。请注意，气缸填充过程中的吸入波是如何延迟的，因为必须与上游对抗涌入的空气，并且活塞在孔的下方更远，从而增加了距离。调整的目标是安排流道和气门正时，以便在进气门打开期间在端口中有一个高压波，以使流量快速流动，然后在阀门关闭之前有第二个高压波到达所以气缸尽可能地填充。xxx个波是前一个循环留在流道中的东西，而第二个波主要是在当前循环期间由流道入口处的吸波变化标志产生的，并及时返回阀门关闭阀门。所涉及的因素通常是相互矛盾的，需要仔细平衡才能发挥作用。当它工作时，可以看到140%的容积效率，类似于一个体面的增压器，但它只发生在有限的RPM范围内。

人们普遍认为，将端口扩大到xxx可能的尺寸并应用镜面抛光是移植所需要的。然而，事实并非如此。一些端口可能会扩大到xxx可能的尺寸（以保持最高水平的空气动力效率），但这些发动机是高度发达的超高速装置，端口的实际尺寸已成为限制。较大的端口在较高的RPM下流动更多的燃料/空气，但在较低的RPM下由于较低的燃料/空气速度而牺牲了扭矩。端口的镜面光洁度并没有提供直觉所暗示的增加。事实上，在进气系统中，表面通常被刻意纹理化到一定程度的均匀粗糙度，以促进沉积在端口壁上的燃料快速蒸发。端口选定区域上的粗糙表面也可能通过激发边界层来改变流动，这可以显着改变流动路径，可能增加流动。这类似于高尔夫球上的酒窝。流动台架测试表明，镜面处理的进气口和粗糙纹理的进气口之间的差异通常小于1%。触感光滑的端口和光学镜面之间的差异无法通过普通方式测量。由于干气流和为了尽量减少排气副产物的堆积，排气口可以是光滑的。300到400粒度的表面处理，然后是轻微的抛光，通常被认为是排气口接近最佳表面处理的代表。这类似于高尔夫球上的酒窝。流动台架测试表明，镜面处理的进气口和粗糙纹理的进气口之间的差异通常小于1%。触感光滑的端口和光学镜面之间的差异无法通过普通方式测量。由于干气流和为了尽量减少排气副产物的堆积，排气口可以是光滑的。300到400粒度的表面处理，然后是轻微的抛光，通常被认为是排气口接近最佳表面处理的代表。这类似于高尔夫球上的酒窝。流动台架测试表明，镜面处理的进气口和粗糙纹理的进气口之间的差异通常小于1%。触感光滑的端口和光学镜面之间的差异无法通过普通方式测量。由于干气流和为了尽量减少排气副产物的堆积，排气口可以是光滑的。300到400粒度的表面处理，然后是轻微的抛光，通常被认为是排气口接近最佳表面处理的代表。触感光滑的端口和光学镜面之间的差异无法通过普通方式测量。由于干气流和为了尽量减少排气副产物的堆积，排气口可以是光滑的。300到400粒度的表面处理，然后是轻微的抛光，通常被认为是排气口接近最佳表面处理的代表。触感光滑的端口和光学镜面之间的差异无法通过普通方式测量。由于干气流和为了尽量减少排气副产物的堆积，排气口可以是光滑的。300到400粒度的表面处理，然后是轻微的抛光，通常被认为是排气口接近最佳表面处理的代表。从流动的角度来看，抛光端口没有优势的原因是在金属壁和空气之间的界面处，空气速度为零。这是由于空气和实际上所有流体的润湿作用。xxx层分子粘附在壁上并且不会显着移动。流场的其余部分必须剪切过去，这会在管道中形成速度分布（或梯度）。为了使表面粗糙度显着影响流动，高点必须足够高，以便向中心突出到更快移动的空气中。只有非常粗糙的表面才能做到这一点。

除了四冲程发动机端口的所有考虑因素外，二冲程发动机端口还有其他考虑因素：

• 清除质量/纯度：这些端口负责将尽可能多的排气从气缸中扫出，并用尽可能多的新鲜混合物重新填充气缸，而不会有大量新鲜混合物从排气中排出。这需要对所有传输端口进行仔细和微妙的计时和瞄准。
• 功率带宽度：由于二冲程非常依赖于波浪动力学，因此它们的功率带往往很窄。在努力获得xxx功率的同时，必须始终注意确保功率分布不会变得太尖锐且难以控制。
• 时间区域：二冲程端口持续时间通常表示为时间/区域的函数。这将不断变化的开放端口区域与持续时间相结合。更宽的端口会增加时间/面积而不增加持续时间，而更高的端口会增加两者。
• 正时：除了时间区域，所有端口正时之间的关系强烈地决定了发动机的功率特性。
• 波浪动态考虑：虽然四冲程有这个问题，但二冲程更多地依赖于进气和排气系统中的波浪作用。二冲程端口设计对波浪的时间和强度有很强的影响。
• 热流：发动机中的热流在很大程度上取决于端口布局。冷却通道必须围绕端口布置。必须尽一切努力防止进入的充气加热，但同时许多部件主要由进入的燃料/空气混合物冷却。当端口在气缸壁上占据太多空间时，活塞将热量通过壁传递到冷却剂的能力受到阻碍。随着端口变得更加激进，气缸的某些区域变得更薄，然后可能会过热。
• 活塞环的耐用性：活塞环必须平稳地骑在气缸壁上，接触良好，以避免机械应力并有助于活塞冷却。在激进的端口设计中，环在下冲程区域的接触最小，可能会遭受额外的磨损。在从部分圆柱接触到全圆柱接触的过渡过程中引起的机械冲击会xxx缩短环的寿命。非常宽的端口允许环凸出到端口中，加剧了问题。
• 活塞裙的耐用性：活塞还必须接触壁以进行冷却，还必须传递动力冲程的侧推力。端口的设计必须使活塞能够将这些力和热量传递到气缸壁，同时xxx限度地减少活塞的弯曲和冲击。
• 发动机配置：发动机配置会受到端口设计的影响。这主要是多缸发动机的一个因素。即使是某些设计的两缸发动机，发动机宽度也会过大。具有广泛扫掠传输的旋转盘阀发动机可能如此宽以至于不能作为平行双胞胎。V型双缸和前后发动机设计用于控制整体宽度。
• 气缸变形：发动机密封能力、气缸、活塞和活塞环寿命都取决于气缸和活塞/活塞环之间的可靠接触，因此任何气缸变形都会降低功率和发动机寿命。这种变形可能是由不均匀的加热、局部气缸薄弱或机械应力引起的。气缸铸件中具有长通道的排气口将大量热量传导到气缸的一侧，而在另一侧，冷进气口可能正在冷却另一侧。不均匀膨胀导致的热变形会降低功率和耐用性，尽管精心设计可以xxx限度地减少问题。
• 燃烧湍流：转移后留在气缸中的湍流持续到燃烧阶段，以帮助燃烧速度。不幸的是，良好的扫气流速较慢且湍流较小。

模具磨床是头部搬运工的库存，与各种硬质合金刀具、砂轮和磨料盒一起使用。移植所需的复杂而敏感的形状需要使用手工工具具有良好的艺术技巧。直到最近，CNC加工仅用于提供端口的基本形状，但通常仍需要手工精加工，因为CNC工具无法访问端口的某些区域。现在，CNC加工的新发展使这一过程在CAD/CAM软件的帮助下完全自动化。

使用倾斜转台等专用夹具的5轴CNC控制允许切削工具完全进入整个端口。CNC和CAM软件的结合使搬运工可以完全控制端口形状和表面光洁度。端口内部的测量很困难，但必须准确完成。钣金模板由实验端口制成，具有横截面和纵向形状。将这些模板插入端口，然后将这些模板用作塑造最终端口的指南。即使是轻微的错误也可能导致流量损失，因此测量必须尽可能准确。最终端口形状的确认和端口的自动复制现在使用数字化完成。数字化是探针扫描端口的整个形状，收集数据，然后数控机床和CAD/CAM软件程序可以使用这些数据来建模和切割所需的端口形状。此复制过程通常会产生彼此流动在1%以内的端口。这种准确性、可重复性、时间是前所未有的。

移植所涉及的内部空气动力学是违反直觉且复杂的。成功地优化端口需要气流工作台、对相关原理的透彻了解以及发动机模拟软件。尽管随着时间的推移，个人使用剪切和尝试方法积累了大量的移植知识，但现在存在工具和知识来开发具有确定性的移植设计。