第二章 發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過(guò)程(自)

1、第二章 發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過(guò)程 四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過(guò)程四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過(guò)程 四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的充氣效率四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的充氣效率 影響充氣效率的各種因素影響充氣效率的各種因素 提高充氣效率的措施提高充氣效率的措施 進(jìn)氣管內(nèi)的動(dòng)態(tài)效應(yīng)進(jìn)氣管內(nèi)的動(dòng)態(tài)效應(yīng) 一 配氣定時(shí) 排氣提前角4080排氣遲閉角1035進(jìn)氣提前角 040進(jìn)氣遲閉角4080 氣門(mén)疊開(kāi)角 = 進(jìn)氣提前角+排氣遲閉角 二 換氣過(guò)程 自由排氣自由排氣強(qiáng)制排氣強(qiáng)制排氣氣門(mén)疊開(kāi)氣門(mén)疊開(kāi)進(jìn)氣進(jìn)氣自由排氣階段 A ：靠缸內(nèi)壓力將氣體擠出氣缸 強(qiáng)制排氣階段 B ：靠活塞上行將廢氣擠出氣缸 超臨界排氣 C ：亞臨界排氣 D ： 自由排氣階段中排出的廢氣量與內(nèi)燃

2、機(jī)的轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)，但在高速時(shí)，同樣的排氣時(shí)間對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角將大為增加。為使氣缸壓力及時(shí)下降，必須加大排氣提前角，否則將使自由排氣階段(以曲軸轉(zhuǎn)角計(jì))延長(zhǎng)、排氣消耗功增加。所以，。自由排氣階段雖然占整個(gè)排氣時(shí)間的比例不大，但由于排氣流速很高，排出的廢氣量可達(dá)60%以上，一般持續(xù)到下止點(diǎn)后1030(CA)結(jié)束。進(jìn)氣過(guò)程和氣門(mén)疊開(kāi)角 氣閥疊開(kāi)角 ：非增壓：2060 CA 增壓：110140 CA 掃氣的作用：（1）清除廢氣。（2）降低排氣溫度。 （3）降低熱負(fù)荷最嚴(yán)重處（如氣閥、活塞等）的溫度。 三 換氣損失 理論循環(huán)換氣功與實(shí)際循環(huán)換氣功之差 換氣損失功 = X+（Y+W ）排氣損失功Y Y+W 進(jìn)氣

3、損失功X X 泵氣損失功（X+Y-dX+Y-d） 對(duì)于增壓內(nèi)燃機(jī)增壓內(nèi)燃機(jī)而言，理論的換氣過(guò)程是經(jīng)過(guò)壓縮的新鮮充量以增壓壓力pb等壓地流人氣缸，而排氣則以pT等壓地排出，進(jìn)氣與排氣壓力值均高于大氣壓力，且pbpT。這樣，換氣過(guò)程所獲得的功(其值為正)為圖中的矩形面積所示；而實(shí)際的換氣過(guò)程中，換氣過(guò)程所獲得的功卻是圖中的封閉曲線面積封閉曲線面積，小于理論循環(huán)值，兩者之差就是換氣損失，其大小可由圖中的陰影面積來(lái)表示。由于換氣過(guò)程主要是由進(jìn)氣過(guò)程和排氣過(guò)程所組成，因而其損失也是由進(jìn)氣損失和排氣損失兩部分組成。排氣損失自由排氣損失（排氣門(mén)提前打開(kāi)損失）強(qiáng)制排氣損失隨著排氣提前角排氣提前角的增大，自由排

4、氣損失增加，而強(qiáng)制排氣損失減小，最有利的排氣提前角，應(yīng)當(dāng)是使兩者損失之和為最小。進(jìn)氣損失進(jìn)氣損失合理調(diào)整配氣定時(shí)，加大進(jìn)氣門(mén)的流通截面、正確設(shè)計(jì)進(jìn)氣管及進(jìn)氣道的流動(dòng)路徑以及降低活塞平均速度等，都會(huì)使進(jìn)氣損失減少2-2 四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)充氣效率 一 充氣效率實(shí)際測(cè)量:作容積的新鮮充量進(jìn)氣狀態(tài)下充滿(mǎn)氣缸工量實(shí)際進(jìn)入氣缸的新鮮充vhvVV1理論流量實(shí)際流量柴油機(jī)：0.750.90，汽油機(jī)：0.700.85。 二 充氣效率的分析式rTppTaav11100下標(biāo)0:大氣狀態(tài)下標(biāo)a:進(jìn)氣終了時(shí)缸內(nèi)狀態(tài)下標(biāo)r:排氣終了時(shí)殘余廢氣狀態(tài) pTaav,pTrrv,2-3 影響充氣效率的因素進(jìn)氣終了壓力進(jìn)氣終了壓力進(jìn)氣

5、終了溫度進(jìn)氣終了溫度排氣終了壓力排氣終了壓力排氣終了溫度排氣終了溫度壓縮比壓縮比配氣定時(shí)配氣定時(shí)進(jìn)氣狀態(tài)進(jìn)氣狀態(tài)一 進(jìn)氣終了壓力進(jìn)氣終了壓力 進(jìn)氣阻力進(jìn)氣阻力 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速 ：n n 負(fù)荷：負(fù)荷： 汽油機(jī)：負(fù)荷汽油機(jī)：負(fù)荷節(jié)氣門(mén)開(kāi)度節(jié)氣門(mén)開(kāi)度 （量調(diào)節(jié)）（量調(diào)節(jié)） ； 柴油機(jī)：負(fù)荷柴油機(jī)：負(fù)荷循環(huán)供油量循環(huán)供油量 （質(zhì)調(diào)節(jié)）（質(zhì)調(diào)節(jié)） 基本不變基本不變 appavvv二二 進(jìn)氣終了溫度進(jìn)氣終了溫度 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速 ， 負(fù)荷負(fù)荷 ，柴油機(jī)：進(jìn)、排氣管分置兩側(cè)，避免排氣柴油機(jī)：進(jìn)、排氣管分置兩側(cè)，避免排氣管對(duì)進(jìn)氣管加熱管對(duì)進(jìn)氣管加熱 化油器式汽油機(jī)：進(jìn)、排氣管同置一側(cè)，化油器式汽油機(jī)：進(jìn)、排氣管同置一側(cè)，改

6、善混合氣形成改善混合氣形成 Taav aTaT三 排氣終了壓力p pr r殘余廢氣量殘余廢氣量v v n np pr rv v （影響較?。ㄓ绊戄^?。?四四 排氣終了溫度排氣終了溫度 Tr v 五五 壓縮比壓縮比 v 六六 配氣定時(shí)配氣定時(shí)七七 進(jìn)氣狀態(tài)進(jìn)氣狀態(tài) 進(jìn)氣溫度進(jìn)氣溫度 ，加熱量，加熱量 ， v 進(jìn)氣壓力進(jìn)氣壓力 ，pa/po不變不變 ， v基本不變基本不變 思考題汽車(chē)由平原行駛高原地區(qū)，發(fā)動(dòng)機(jī)的功率汽車(chē)由平原行駛高原地區(qū)，發(fā)動(dòng)機(jī)的功率下降是不是由于下降是不是由于充氣效率充氣效率下降所致？為什下降所致？為什么么？ 2-4 提高充氣效率的措施減小流動(dòng)阻力減小流動(dòng)阻力合理選擇配氣定時(shí)減

7、小對(duì)新鮮空氣的熱傳導(dǎo)減小排氣阻力一一 減小流動(dòng)阻力減小流動(dòng)阻力 1、進(jìn)氣門(mén)：、進(jìn)氣門(mén)：進(jìn)氣門(mén)直徑進(jìn)氣門(mén)直徑 、四氣門(mén)、氣門(mén)升程四氣門(mén)、氣門(mén)升程 閥頂過(guò)渡圓角閥頂過(guò)渡圓角 Rf1v ； R流動(dòng)阻力流動(dòng)阻力v ，R應(yīng)應(yīng) 適中適中 進(jìn)氣平均馬赫數(shù)M綜合了進(jìn)氣門(mén)大小、形狀、升程規(guī)律以及活塞速度等因素，并且其大小與發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速成正比。研究發(fā)現(xiàn)，(1)增大進(jìn)氣門(mén)直徑.采用兩進(jìn)、兩排的氣門(mén)結(jié)構(gòu)后，進(jìn)氣采用兩進(jìn)、兩排的氣門(mén)結(jié)構(gòu)后，進(jìn)氣門(mén)面積之和可以達(dá)到氣缸面積的門(mén)面積之和可以達(dá)到氣缸面積的30%，幾乎比幾乎比2氣門(mén)提高氣門(mén)提高30%50%。雙頂置凸輪軸；雙頂置凸輪軸；DOHC， Double Overhead

8、 Camshaft)4氣門(mén)發(fā)動(dòng)氣門(mén)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)雙頂置凸輪軸四氣門(mén)雙頂置凸輪軸四氣門(mén)R單頂置凸輪軸四氣門(mén)結(jié)構(gòu)單頂置凸輪軸四氣門(mén)結(jié)構(gòu)Camshaft 圖圖4646是一個(gè)是一個(gè)2L2L排量的排量的4 4氣氣門(mén)發(fā)動(dòng)機(jī)與同門(mén)發(fā)動(dòng)機(jī)與同排量排量2 2氣門(mén)發(fā)氣門(mén)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能比動(dòng)機(jī)的性能比較，顯然，采較，顯然，采用頂置凸輪軸用頂置凸輪軸4 4氣門(mén)技術(shù)氣門(mén)技術(shù), ,可可以便發(fā)動(dòng)機(jī)的以便發(fā)動(dòng)機(jī)的功率提高約功率提高約15%30%15%30%，轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)矩增大約矩增大約5%10%5%10%。經(jīng)濟(jì)。經(jīng)濟(jì)性能也得到改性能也得到改善。善。兩進(jìn)、兩排的兩進(jìn)、兩排的4 4氣門(mén)結(jié)構(gòu)在氣缸蓋缸中間氣門(mén)結(jié)構(gòu)在氣缸蓋缸中間部位往往難以布置即便

9、是最小尺寸的火部位往往難以布置即便是最小尺寸的火花塞，花塞，3 3氣門(mén)結(jié)構(gòu)，這樣既能發(fā)揮多氣門(mén)的優(yōu)越氣門(mén)結(jié)構(gòu)，這樣既能發(fā)揮多氣門(mén)的優(yōu)越性，結(jié)構(gòu)又相對(duì)簡(jiǎn)單。性，結(jié)構(gòu)又相對(duì)簡(jiǎn)單。5 5氣門(mén)氣門(mén)(三個(gè)進(jìn)氣門(mén)，兩個(gè)排氣門(mén))五氣門(mén)布置五氣門(mén)布置R單頂置凸輪軸三氣門(mén)單頂置凸輪軸三氣門(mén)2 2 進(jìn)氣管：進(jìn)氣管： 表面光潔度和流通面積表面光潔度和流通面積 轉(zhuǎn)彎和節(jié)流阻力轉(zhuǎn)彎和節(jié)流阻力 截面形狀：管壁面積截面形狀：管壁面積沉積沉積蒸發(fā)蒸發(fā)混合混合氣分配不均勻氣分配不均勻 截面形狀截面形狀 圓形圓形 矩形矩形 D D形形 流動(dòng)阻力流動(dòng)阻力 小小 大大 中中 底部蒸發(fā)底部蒸發(fā) 小小 中中 大大 3 3 進(jìn)氣道進(jìn)氣道

10、： 轉(zhuǎn)彎半徑轉(zhuǎn)彎半徑R ，表面光潔度，表面光潔度 ， v 4 4 空氣濾清器空氣濾清器 通道面積通道面積 ，除塵效果，除塵效果 ，阻力阻力 ， v 5 5 化油器化油器 喉口截面積喉口截面積 ，流動(dòng)阻力流動(dòng)阻力 ， v ，但，但霧化效果霧化效果 二 合理選擇配氣定時(shí) 1 1 進(jìn)氣遲閉角進(jìn)氣遲閉角轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速n n一定時(shí)，總有一個(gè)進(jìn)氣遲閉角使得充一定時(shí)，總有一個(gè)進(jìn)氣遲閉角使得充氣效率為最大氣效率為最大 ； n n ，最佳，最佳進(jìn)氣遲閉角進(jìn)氣遲閉角 。2 2 氣門(mén)疊開(kāi)角氣門(mén)疊開(kāi)角 ，進(jìn)氣終了溫度，進(jìn)氣終了溫度 ， v v 增壓發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)疊開(kāi)角應(yīng)大一些增壓發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)疊開(kāi)角應(yīng)大一些 。三 減小對(duì)新鮮空氣的

11、熱傳導(dǎo)對(duì)于對(duì)于來(lái)說(shuō)，由于需要進(jìn)氣加熱來(lái)說(shuō)，由于需要進(jìn)氣加熱來(lái)保證部分液態(tài)燃料在進(jìn)氣管中的蒸發(fā)。所以來(lái)保證部分液態(tài)燃料在進(jìn)氣管中的蒸發(fā)。所以進(jìn)氣管與排氣管布置在同一側(cè)。進(jìn)氣管與排氣管布置在同一側(cè)。對(duì)于對(duì)于，均采用，均采用進(jìn)、排氣管兩側(cè)布置的方案，以提高充量系數(shù)。進(jìn)、排氣管兩側(cè)布置的方案，以提高充量系數(shù)。對(duì)于對(duì)于，有時(shí)也采用進(jìn)氣冷卻技術(shù)，有時(shí)也采用進(jìn)氣冷卻技術(shù)，以降低進(jìn)氣溫度。以降低進(jìn)氣溫度。則將進(jìn)氣中冷技術(shù)作為進(jìn)一步提高則將進(jìn)氣中冷技術(shù)作為進(jìn)一步提高增壓壓力、降低熱負(fù)荷的重要途徑之一增壓壓力、降低熱負(fù)荷的重要途徑之一。四 減小排氣阻力降低排氣系統(tǒng)阻力，有利于提高充量系降低排氣系統(tǒng)阻力，有利于提高

12、充量系數(shù)，而且可以減少泵氣損失，提高指示數(shù)，而且可以減少泵氣損失，提高指示效率。效率。排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是：是：。排氣流通截面最小處是排氣門(mén)座處，此排氣流通截面最小處是排氣門(mén)座處，此處的流速最高、壓降最大，故在設(shè)計(jì)時(shí)處的流速最高、壓降最大，故在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證氣門(mén)及其座面的良好結(jié)構(gòu)應(yīng)保證氣門(mén)及其座面的良好結(jié)構(gòu)。與進(jìn)氣管一樣，排氣管也存在與進(jìn)氣管一樣，排氣管也存在在排氣管中往往還有消聲器和排氣后處在排氣管中往往還有消聲器和排氣后處理器（催化轉(zhuǎn)化器），設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該保證理器（催化轉(zhuǎn)化器），設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該保證足夠的消聲與降污效果的前提下，盡可足夠的消聲與降污效果的前提下，盡可能降低流動(dòng)阻力。能

13、降低流動(dòng)阻力。2-5 進(jìn)氣管內(nèi)的動(dòng)態(tài)效應(yīng) 一 現(xiàn)象 氣體在進(jìn)排氣管中有壓力波動(dòng)現(xiàn)象，有效組織、氣體在進(jìn)排氣管中有壓力波動(dòng)現(xiàn)象，有效組織、利用壓力波動(dòng)，可以提高充氣效率利用壓力波動(dòng)，可以提高充氣效率。 二 波的動(dòng)態(tài)機(jī)理 閉口端：反射同型波閉口端：反射同型波進(jìn)入：壓縮波進(jìn)入：壓縮波反射：壓縮波反射：壓縮波 同型波同型波開(kāi)口端：反射異型波開(kāi)口端：反射異型波進(jìn)入：壓縮波進(jìn)入：壓縮波反射：膨脹波反射：膨脹波 異型波異型波 三 進(jìn)氣動(dòng)態(tài)效應(yīng) 慣性效應(yīng)慣性效應(yīng)波動(dòng)效應(yīng)波動(dòng)效應(yīng) 1 1 慣性效應(yīng)慣性效應(yīng) 階段：進(jìn)氣門(mén)開(kāi)階段：進(jìn)氣門(mén)開(kāi)進(jìn)氣門(mén)閉進(jìn)氣門(mén)閉 2 2 波動(dòng)效應(yīng)波動(dòng)效應(yīng)波的動(dòng)態(tài)機(jī)理:閉口端：反射同型波閉口

14、端：反射同型波進(jìn)入：壓縮波進(jìn)入：壓縮波反射：壓縮波反射：壓縮波 同型波同型波開(kāi)口端：反射異型波開(kāi)口端：反射異型波進(jìn)入：壓縮波進(jìn)入：壓縮波反射：膨脹波反射：膨脹波 異型波異型波2 2 波動(dòng)效應(yīng)波動(dòng)效應(yīng) 本次循環(huán)波動(dòng)本次循環(huán)波動(dòng): :進(jìn)氣門(mén)開(kāi)進(jìn)氣門(mén)開(kāi)進(jìn)氣門(mén)閉進(jìn)氣門(mén)閉 上一循環(huán)波動(dòng)：進(jìn)氣門(mén)閉上一循環(huán)波動(dòng)：進(jìn)氣門(mén)閉下一循環(huán)進(jìn)下一循環(huán)進(jìn)氣門(mén)開(kāi)氣門(mén)開(kāi) 壓縮波壓縮波 膨脹波膨脹波 膨脹波膨脹波 壓縮波（進(jìn)氣門(mén)開(kāi)）壓縮波（進(jìn)氣門(mén)開(kāi)） 壓力波固有頻率壓力波固有頻率：發(fā)動(dòng)機(jī)吸氣頻率發(fā)動(dòng)機(jī)吸氣頻率：當(dāng)當(dāng)q= 時(shí)，進(jìn)氣門(mén)開(kāi)，則時(shí)，進(jìn)氣門(mén)開(kāi)，則pa v faL14fnn2602120qffanL123011221231

15、2,四 結(jié)論1 1 本循環(huán)波動(dòng)，振幅大，衰減??；本循環(huán)波動(dòng)，振幅大，衰減?。?上一循環(huán)波動(dòng)，振幅小，衰減大。上一循環(huán)波動(dòng)，振幅小，衰減大。2 2 高速發(fā)動(dòng)機(jī)，進(jìn)氣管短；低速發(fā)動(dòng)機(jī)，進(jìn)氣管高速發(fā)動(dòng)機(jī)，進(jìn)氣管短；低速發(fā)動(dòng)機(jī)，進(jìn)氣管 長(zhǎng)。長(zhǎng)。3 3 進(jìn)氣管直徑進(jìn)氣管直徑流動(dòng)阻力流動(dòng)阻力壓力波強(qiáng)度壓力波強(qiáng)度 ； 進(jìn)氣管直徑進(jìn)氣管直徑壓力波振幅壓力波振幅壓力波強(qiáng)度壓力波強(qiáng)度 。4 4 多缸機(jī)上，進(jìn)氣管應(yīng)分支，且等長(zhǎng)。多缸機(jī)上，進(jìn)氣管應(yīng)分支，且等長(zhǎng)。5 5 避免急轉(zhuǎn)彎，則壓力波振幅不會(huì)衰減太大。避免急轉(zhuǎn)彎，則壓力波振幅不會(huì)衰減太大。6 6 排氣管需要膨脹波，則排氣管需要膨脹波，則p pr r掃氣作用掃氣作用 v v 。 進(jìn)氣動(dòng)態(tài)效應(yīng)的應(yīng)用慣性效應(yīng)：慣性效應(yīng)： 轉(zhuǎn)速升高，氣流慣性增大，轉(zhuǎn)速升高，氣流慣性增大，進(jìn)氣遲閉角應(yīng)增大。增大。 -可變氣門(mén)正時(shí)技術(shù)（可變氣門(mén)正時(shí)技術(shù)（VVT-i,VTEC)VVT-i,VTEC)波動(dòng)效應(yīng)：波動(dòng)效應(yīng)： 轉(zhuǎn)速升高，轉(zhuǎn)速升高，發(fā)動(dòng)機(jī)吸氣頻率增大發(fā)動(dòng)機(jī)吸氣頻率增大，應(yīng)縮短進(jìn)氣，應(yīng)縮短進(jìn)氣管。管。 -可變進(jìn)氣管長(zhǎng)度技術(shù)可變進(jìn)氣管長(zhǎng)度技術(shù) 習(xí)題1 1什么是充氣效率？怎樣確定一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的充氣效率？什