第二章 發(fā)動機的換氣過程

1、2022-5-8南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院車輛工程要使發(fā)動機作功多，扭矩大，功率大，需要燃料在氣缸內(nèi)要使發(fā)動機作功多，扭矩大，功率大，需要燃料在氣缸內(nèi)燃燒時放熱多，這主要取決于進入氣缸中空氣量的多少。燃燒時放熱多，這主要取決于進入氣缸中空氣量的多少。因此，要求進氣盡可能充分，排氣盡可能干凈。因此，要求進氣盡可能充分，排氣盡可能干凈。內(nèi)燃機中的流動均是不穩(wěn)定流，而且進、排氣管中發(fā)生內(nèi)燃機中的流動均是不穩(wěn)定流，而且進、排氣管中發(fā)生的壓力波有時可能促進進、排氣作用，有時可能妨礙進、的壓力波有時可能促進進、排氣作用，有時可能妨礙進、排氣作用，因此，理論分析很困難。排氣作用，因此，理論分析很困難。本章將根

2、據(jù)本章將根據(jù)試驗結(jié)果試驗結(jié)果，結(jié)合理論分析，研究內(nèi)燃機的換氣過，結(jié)合理論分析，研究內(nèi)燃機的換氣過程，分析影響發(fā)動機充氣效率的因素，從而設(shè)法盡可能提高程，分析影響發(fā)動機充氣效率的因素，從而設(shè)法盡可能提高發(fā)動機的充氣量。發(fā)動機的充氣量。2022-5-8南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院車輛工程1-1 1-1 四沖程內(nèi)燃機的換氣過程四沖程內(nèi)燃機的換氣過程 換氣過程換氣過程排氣過程開啟至進氣門關(guān)閉，約占排氣過程開啟至進氣門關(guān)閉，約占410C480C曲軸轉(zhuǎn)角。曲軸轉(zhuǎn)角。包括包括自由排氣、強制排氣、進氣和氣門疊開自由排氣、強制排氣、進氣和氣門疊開四個階段。四個階段。2022-5-8南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院車輛工程

3、一、自由排氣階段：一、自由排氣階段： 2022-5-8南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院車輛工程528. 0121 kkrkppkRTc 當(dāng)排氣溫度為當(dāng)排氣溫度為7001100K時，聲速時，聲速c可達(dá)可達(dá)500700（m/s）。）。（ ）當(dāng)廢氣流向排氣管時，管內(nèi)壓力當(dāng)廢氣流向排氣管時，管內(nèi)壓力PrPr急劇急劇 上升，產(chǎn)生了正壓力上升，產(chǎn)生了正壓力波，到了管端口后又變成負(fù)壓力波反射回排氣門。波，到了管端口后又變成負(fù)壓力波反射回排氣門。當(dāng)當(dāng) 時，屬于亞臨界流動。時，屬于亞臨界流動。528. 0121 kkrkpp2022-5-8南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院車輛工程2022-5-8南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院車輛工程

4、 在此階段缸內(nèi)氣體的狀態(tài)由活塞的運動速度與位置、在此階段缸內(nèi)氣體的狀態(tài)由活塞的運動速度與位置、氣門有效流通截面的變化規(guī)律以及排氣管內(nèi)的氣體狀態(tài)等氣門有效流通截面的變化規(guī)律以及排氣管內(nèi)的氣體狀態(tài)等共同決定。共同決定。 排氣遲閉的原因：為減少排氣所消耗的功與缸內(nèi)的殘排氣遲閉的原因：為減少排氣所消耗的功與缸內(nèi)的殘余廢氣量，充分利用氣流的慣性效應(yīng)，實現(xiàn)后排氣，排氣余廢氣量，充分利用氣流的慣性效應(yīng)，實現(xiàn)后排氣，排氣門需要推遲關(guān)閉。但過大的排氣遲閉會導(dǎo)致廢氣倒流。當(dāng)門需要推遲關(guān)閉。但過大的排氣遲閉會導(dǎo)致廢氣倒流。當(dāng)廢氣從氣缸流出的流動過程剛剛停止時，就是理想的排氣廢氣從氣缸流出的流動過程剛剛停止時，就是理

5、想的排氣門關(guān)閉時刻門關(guān)閉時刻. . 排氣門遲閉角為排氣門遲閉角為 4 4= = 101070 70 CACA。 二、強制排氣階段：、強制排氣階段： 定義：自由排氣結(jié)束后，氣缸內(nèi)的廢氣隨活塞上行被強制排定義：自由排氣結(jié)束后，氣缸內(nèi)的廢氣隨活塞上行被強制排 出，直到排氣門關(guān)閉。出，直到排氣門關(guān)閉。2022-5-8南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院車輛工程 三、進氣過程：三、進氣過程：從進氣門開啟到關(guān)閉，內(nèi)燃機吸入的新鮮充量的從進氣門開啟到關(guān)閉，內(nèi)燃機吸入的新鮮充量的 整個過程。整個過程。1.1.進氣提前：進氣提前：2022-5-8南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院車輛工程2 2、進氣遲閉、進氣遲閉2022-5-8南京

6、航空航天大學(xué)金城學(xué)院車輛工程 特點特點：1.進氣管、氣缸、排氣管三者相通，有利于掃氣增加。 2.新鮮沖量的冷卻有利于降低缸內(nèi)溫度。 四、氣門疊開和燃燒室掃氣過程四、氣門疊開和燃燒室掃氣過程 2022-5-8南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院車輛工程氣門疊開角的確定氣門疊開角的確定：2022-5-8南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院車輛工程 疊開角過大的問題：疊開角過大的問題： a.a.會使氣門與活塞發(fā)生干涉，活塞上的氣門避讓坑相應(yīng)地要加深，會使氣門與活塞發(fā)生干涉，活塞上的氣門避讓坑相應(yīng)地要加深，直接影響燃燒室氣體運動的合理組織以及壓縮比的大小。直接影響燃燒室氣體運動的合理組織以及壓縮比的大小。 b.b.過多的掃氣

7、空氣也會加重渦輪增壓器的負(fù)擔(dān)。過多的掃氣空氣也會加重渦輪增壓器的負(fù)擔(dān)。 c. c. 增壓汽油機，新鮮充量中含有燃料，利用新鮮充量進行掃氣將導(dǎo)增壓汽油機，新鮮充量中含有燃料，利用新鮮充量進行掃氣將導(dǎo)致燃料的損失以及未燃碳?xì)渑欧盼锏脑黾?，故疊開角仍較小。致燃料的損失以及未燃碳?xì)渑欧盼锏脑黾?，故疊開角仍較小。 4 4、機械增壓柴油機、機械增壓柴油機: :由于進、排氣壓差大，且過多的掃氣由于進、排氣壓差大，且過多的掃氣會加重壓氣機的負(fù)擔(dān)而使機械效率降低，故其疊開角一般會加重壓氣機的負(fù)擔(dān)而使機械效率降低，故其疊開角一般取較小值；取較小值； 2022-5-8南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院車輛工程2022-5-8

8、南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院車輛工程五、四沖程內(nèi)燃機換氣損失五、四沖程內(nèi)燃機換氣損失定義定義: :理論循環(huán)換氣功與實際循環(huán)換氣功之差理論循環(huán)換氣功與實際循環(huán)換氣功之差 。換氣損失進氣損失換氣損失進氣損失+ +排氣損失排氣損失2022-5-8南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院車輛工程2022-5-8南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院車輛工程2022-5-8南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院車輛工程 排氣門開啟到吸氣行程開始缸內(nèi)壓力達(dá)到或接近進氣管壓力之前，排氣門開啟到吸氣行程開始缸內(nèi)壓力達(dá)到或接近進氣管壓力之前，在此階段所損失的功稱為排氣損失在此階段所損失的功稱為排氣損失1 1、排氣損失、排氣損失2022-5-8南京航空航天大學(xué)

9、金城學(xué)院車輛工程 發(fā)動機轉(zhuǎn)速不變時，排氣提前角較小時，內(nèi)燃機的膨脹發(fā)動機轉(zhuǎn)速不變時，排氣提前角較小時，內(nèi)燃機的膨脹損失小，但活塞的推出功損失將會增加。損失小，但活塞的推出功損失將會增加。 轉(zhuǎn)速增高時，轉(zhuǎn)速增高時，w w的增加幅度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于的增加幅度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于x x的增加幅度，而兩的增加幅度，而兩者之和在總體上呈現(xiàn)增加的趨勢。者之和在總體上呈現(xiàn)增加的趨勢。 2022-5-8南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院車輛工程 2 2、進氣損失、進氣損失 減少阻力損失主要從改進進氣道結(jié)構(gòu)設(shè)計著手，對柴減少阻力損失主要從改進進氣道結(jié)構(gòu)設(shè)計著手，對柴油機而言，要求在一定的進氣終了空氣渦流強度條件下，油機而言，要求在一定的進氣

10、終了空氣渦流強度條件下，盡可能提高流量系數(shù)。盡可能提高流量系數(shù)。進氣流動阻力造成的損失。進氣流動阻力造成的損失。2022-5-8南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院車輛工程shshaarsharshvVVmmmm)1 ()1 (1定義：每循環(huán)實際進入氣缸的新鮮充量定義：每循環(huán)實際進入氣缸的新鮮充量m m1 1與以進氣管內(nèi)狀態(tài)充滿氣缸的與以進氣管內(nèi)狀態(tài)充滿氣缸的工作容積的理論充量工作容積的理論充量m mshsh之比。之比。 設(shè)殘余廢氣系數(shù)為設(shè)殘余廢氣系數(shù)為 r r，則殘余廢氣質(zhì)量為，則殘余廢氣質(zhì)量為 r r m m1 1 ，進氣后缸內(nèi)質(zhì)量。，進氣后缸內(nèi)質(zhì)量。 11)1 (mmmmrra v v愈高，代表每循

11、環(huán)進入一定氣缸容積的新鮮工質(zhì)量愈高，代表每循環(huán)進入一定氣缸容積的新鮮工質(zhì)量多，則發(fā)動機功率和扭矩可增加，動力性好。多，則發(fā)動機功率和扭矩可增加，動力性好。2022-5-8南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院車輛工程shshaarsharshvVVmmmm)1 ()1 (1（1） 進氣阻力 apvPaPa對對 的影響最大。進氣系統(tǒng)的沿程阻力和局部阻力均會使的影響最大。進氣系統(tǒng)的沿程阻力和局部阻力均會使 增大。增大。PaPaPa（一） 進氣終了壓力 pa（2） 轉(zhuǎn)速 vPaPan（3） 負(fù)荷負(fù)荷 vPaPa（量調(diào)節(jié)）節(jié)氣門開度汽油機：負(fù)荷降低不大熱負(fù)荷無關(guān)）（質(zhì)調(diào)節(jié)）（與循環(huán)供油量柴油機：負(fù)荷vPaaT202

12、2-5-8南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院車輛工程shshaarsharshvVVmmmm)1 ()1 (1vaTa（二）（二） 進氣終了溫度進氣終了溫度 aT（2） 負(fù)荷負(fù)荷 改善混合氣形成以但燃油受熱蒸發(fā)快，可，雖然汽油機：進排氣管同置,aTvaT使加熱，避免排氣管對進氣管柴油機：進排氣管分置（1）轉(zhuǎn)速）轉(zhuǎn)速 vvaTnTaPan的影響，、綜合負(fù)荷一定：vaT熱負(fù)荷轉(zhuǎn)速一定：負(fù)荷2022-5-8南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院車輛工程shshaarsharshvVVmmmm)1 ()1 (1vrP殘余廢氣量（三） 排氣終了壓力 rP（四）排氣終了溫度 Tr （五）壓縮比影響較小，所以排氣門處的阻力vr2r

13、PPnnvrTv2022-5-8南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院車輛工程（六）配氣定時 合理的配氣定時也可增加充氣效率 （七）進氣狀態(tài) 進氣或大氣壓力高，pa也隨之增加，新鮮工質(zhì)密度增加，進氣量也增多。2022-5-8南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院車輛工程1）降低進氣系統(tǒng)的阻力損失，提高氣缸內(nèi)進氣終了時的壓力Pa。 三、提高充量系數(shù)的措施：三、提高充量系數(shù)的措施： 4）降低排氣系統(tǒng)的阻力損失，以減小缸內(nèi)的殘余廢氣系數(shù)r 。 3）減少高溫零件對新鮮充量的加熱，以降低進氣終了時的充量溫度Ta。2）合理的配氣正時和氣門升程規(guī)律，在減小mr的同時，即增加pa，減小r2022-5-8南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院車輛工程

14、汽油 l0=14.8kg/kg 柴油 l0=14.3kg/kg a物理意義：反映混合氣形成和燃燒完善程度及整機性能的一個指標(biāo)。 通常柴油機a1 汽油機a=0.851.1 1過量空氣系數(shù)過量空氣系數(shù) a 燃燒燃燒1kg燃料的實際空氣量與理論空氣量之比稱為過量空氣系數(shù)。燃料的實際空氣量與理論空氣量之比稱為過量空氣系數(shù)。01lgmba每循環(huán)燃料供給量bg論空氣量。燃料完全燃燒所需的理 kgl10 2、空燃比、空燃比 燃料質(zhì)量流量空氣質(zhì)量流量空燃比 四、由吸入空氣量計算平均有效壓力由吸入空氣量計算平均有效壓力 2022-5-8南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院車輛工程3、動力性指標(biāo)與經(jīng)濟性指標(biāo)的關(guān)系、動力性指標(biāo)

15、與經(jīng)濟性指標(biāo)的關(guān)系:01lgmba01lmgabshvmm10001lVlmlmgassvashvab2022-5-8南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院車輛工程 011lHVHgQVQVWpaussvubsitsimisetmeVQp1同樣：et為有效熱效率 0lHpausetvme Hu、s、pme單位分別為Jkg、kgm3、Pa，取單位分別為kJkg、kgL、Mpa。則上式為。01000 lHpausetvme 應(yīng)用狀態(tài)方程消去s，空氣常數(shù)R=287J/(kgk).sausetvmeTlHpp0485. 3ssetuavmeTpLHp0121. 0L0：空氣質(zhì)量摩爾數(shù)001lVlmgassvab20

16、22-5-8南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院車輛工程1 1）采用增壓技術(shù)）采用增壓技術(shù)結(jié)論：提高發(fā)動機動力性能指標(biāo)的基本途徑有：結(jié)論：提高發(fā)動機動力性能指標(biāo)的基本途徑有：4 4）提高發(fā)動機轉(zhuǎn)速）提高發(fā)動機轉(zhuǎn)速3 3）改善換氣過程，提高氣缸的充氣效率）改善換氣過程，提高氣缸的充氣效率2 2）合理組織燃燒過程，提高循環(huán)指示效率）合理組織燃燒過程，提高循環(huán)指示效率5）提高內(nèi)燃機的機械效率）提高內(nèi)燃機的機械效率6）采用二沖程機提高升功率）采用二沖程機提高升功率2022-5-8南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院車輛工程一、進氣門一、進氣門與氣門直徑、氣門錐角、氣門最大升程、與氣門直徑、氣門錐角、氣門最大升程、凸輪至氣門的

17、傳動機構(gòu)、凸輪型線等結(jié)構(gòu)設(shè)計、尺寸凸輪至氣門的傳動機構(gòu)、凸輪型線等結(jié)構(gòu)設(shè)計、尺寸參數(shù)有關(guān)。參數(shù)有關(guān)。1、進氣門瞬時開啟流通截面積、進氣門瞬時開啟流通截面積f coscossincos2cossin2vvvvlldllddf 2022-5-8南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院車輛工程2 2、時面值、時面值 在時間微元在時間微元dtdt內(nèi)通過氣門內(nèi)通過氣門的氣體流量為的氣體流量為dm=dm= v vm mfdtfdt。 整個氣門開啟時間內(nèi)的氣整個氣門開啟時間內(nèi)的氣體流量為體流量為 m= m= V Vm m fdt fdt 式中的式中的 fdtfdt稱為氣門的稱為氣門的時面值，氣門的通過能力時面值，氣門的通過

18、能力與氣門的時面值有關(guān)。與氣門的時面值有關(guān)。 式中的式中的V Vm m 是進氣門處氣體是進氣門處氣體的平均流速的平均流速 2022-5-8南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院車輛工程 式中的式中的 fdfd 稱為氣門的角面值。氣門機構(gòu)的結(jié)構(gòu)稱為氣門的角面值。氣門機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計、配氣相位一定時，氣門的角面值就一定，與發(fā)設(shè)計、配氣相位一定時，氣門的角面值就一定，與發(fā)動機轉(zhuǎn)速變化無關(guān)。動機轉(zhuǎn)速變化無關(guān)。但氣門的時面值與發(fā)動機轉(zhuǎn)速成但氣門的時面值與發(fā)動機轉(zhuǎn)速成反比。當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速升高時，氣門的時面值下降，充反比。當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速升高時，氣門的時面值下降，充氣效率氣效率 v v降低。降低。 fdnfdt61ndtddtn

19、n6660360為為時時間間內(nèi)內(nèi)曲曲軸軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角角每每秒秒曲曲軸軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角角2022-5-8南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院車輛工程3、進氣馬赫數(shù)、進氣馬赫數(shù)Ma 增大氣門的相對通過面積，提高流量系數(shù)，合理的配氣相增大氣門的相對通過面積，提高流量系數(shù)，合理的配氣相位是限制位是限制Ma值、提高值、提高v、提高發(fā)動機轉(zhuǎn)速的有效辦法。、提高發(fā)動機轉(zhuǎn)速的有效辦法。2022-5-8南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院車輛工程4 4、氣門直徑和氣門數(shù)、氣門直徑和氣門數(shù) 進氣門直徑一般比排氣門直徑大進氣門直徑一般比排氣門直徑大15%20%15%20%。因為排氣流速。因為排氣流速高于進氣流速，按進、排氣流量相等原則，可以進大、排??；

20、高于進氣流速，按進、排氣流量相等原則，可以進大、排?。黄浯?，排氣門熱負(fù)荷較進氣門嚴(yán)重，減小排氣門直徑可以減其次，排氣門熱負(fù)荷較進氣門嚴(yán)重，減小排氣門直徑可以減少排氣門受熱面積，降低熱負(fù)荷。少排氣門受熱面積，降低熱負(fù)荷。多氣門優(yōu)點：多氣門優(yōu)點： 1 1）進氣總通過斷面積增加，有利于提高充氣效率，提高）進氣總通過斷面積增加，有利于提高充氣效率，提高發(fā)動機功率和扭矩發(fā)動機功率和扭矩。四氣門機構(gòu)與二氣門機構(gòu)相比，功。四氣門機構(gòu)與二氣門機構(gòu)相比，功率可提高率可提高70%70%，扭矩可提高，扭矩可提高30%30%，尤其是，尤其是改善低速、低負(fù)改善低速、低負(fù)荷性能荷性能；2022-5-8南京航空航天大學(xué)金城

21、學(xué)院車輛工程2022-5-8南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院車輛工程2022-5-8南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院車輛工程5 5、氣門升程氣門升程即氣門最大升程。即氣門最大升程。 氣門升程大，可增加氣門通過時面值，提高充氣效率，氣門升程大，可增加氣門通過時面值，提高充氣效率，但氣門最大負(fù)加速度大，氣門容易發(fā)生飛脫、反跳等但氣門最大負(fù)加速度大，氣門容易發(fā)生飛脫、反跳等不正常開啟現(xiàn)象。因此，最大氣門升程與氣門閥盤直不正常開啟現(xiàn)象。因此，最大氣門升程與氣門閥盤直徑之比一般取徑之比一般取0.260.280.260.28。2022-5-8南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院車輛工程 6 6、減少氣門處的流動損失、減少氣門處的流動

22、損失 氣門頭部到桿身的過渡形狀、氣門頭部到桿身的過渡形狀、氣門與氣門座的銳邊等，都會氣門與氣門座的銳邊等，都會影響氣流的剝離，從而影響流影響氣流的剝離，從而影響流量系數(shù)。如在進氣門升程較小量系數(shù)。如在進氣門升程較小時，氣門周圍的氣流部分發(fā)生時，氣門周圍的氣流部分發(fā)生倒流，減少了進氣通道截面積，倒流，減少了進氣通道截面積，即減少了進氣量。這當(dāng)然與進即減少了進氣量。這當(dāng)然與進氣道的幾何形狀設(shè)計有關(guān)，如氣道的幾何形狀設(shè)計有關(guān)，如國外的進氣道出口要求機械加國外的進氣道出口要求機械加工倒角、要求流線型幾何形狀工倒角、要求流線型幾何形狀設(shè)計。設(shè)計。2022-5-8南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院車輛工程 二、進氣

23、道、進氣管二、進氣道、進氣管保證足夠的流通截面積，避免保證足夠的流通截面積，避免轉(zhuǎn)彎（柴油機螺旋進氣道除外）及截面突變，提高氣道內(nèi)表轉(zhuǎn)彎（柴油機螺旋進氣道除外）及截面突變，提高氣道內(nèi)表面的鑄造光潔度，以減小阻力，提高面的鑄造光潔度，以減小阻力，提高v v。 為使氣流加速，進氣道截面積是漸縮、漸擴的幾何形為使氣流加速，進氣道截面積是漸縮、漸擴的幾何形狀。氣門導(dǎo)管處最小氣道截面積的設(shè)計非常重要，它取決狀。氣門導(dǎo)管處最小氣道截面積的設(shè)計非常重要，它取決于氣門最大升程的選定。一般認(rèn)為，在穩(wěn)流試驗臺上，超于氣門最大升程的選定。一般認(rèn)為，在穩(wěn)流試驗臺上，超過最大氣門升程時，進氣道的設(shè)計應(yīng)該保證氣體流量不再

24、過最大氣門升程時，進氣道的設(shè)計應(yīng)該保證氣體流量不再增大。增大。2022-5-8南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院車輛工程 對汽油機而言，采用直線型進氣道可最大限度減少進氣對汽油機而言，采用直線型進氣道可最大限度減少進氣阻力。這一設(shè)計思想也體現(xiàn)在現(xiàn)代車用直噴式柴油機的阻力。這一設(shè)計思想也體現(xiàn)在現(xiàn)代車用直噴式柴油機的進氣道設(shè)計上，主進氣道盡可能設(shè)計成直線型，而副進進氣道設(shè)計上，主進氣道盡可能設(shè)計成直線型，而副進氣道則設(shè)計成螺旋型，以組織進氣渦流。氣道則設(shè)計成螺旋型，以組織進氣渦流。2022-5-8南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院車輛工程 為了避免或減少高溫進氣的加熱，柴油機均采用進、排氣管在為了避免或減少高溫進氣的

25、加熱，柴油機均采用進、排氣管在氣缸蓋兩側(cè)布置的方案。對于汽油機，常采用進、排氣管同側(cè)布置氣缸蓋兩側(cè)布置的方案。對于汽油機，常采用進、排氣管同側(cè)布置方案，增壓及中冷可提高內(nèi)燃機的動力性、經(jīng)濟性和排放特性，還方案，增壓及中冷可提高內(nèi)燃機的動力性、經(jīng)濟性和排放特性，還可提高可提高c 。三、減少對進氣充量的加熱三、減少對進氣充量的加熱2022-5-8南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院車輛工程 四、降低排氣系統(tǒng)流動阻力：四、降低排氣系統(tǒng)流動阻力： 排氣道應(yīng)避免截面突變和急轉(zhuǎn)彎這有利于降低流通阻力 從缸蓋底面到排氣門座面應(yīng)圓滑過渡，到最小流通截面逐漸縮小， 從氣道轉(zhuǎn)彎處到排氣道出口截面形成擴壓段，最小流通截面至出口

26、截面面積應(yīng)逐漸變大。 對于多缸脈沖渦輪增壓內(nèi)燃機，排氣管應(yīng)分支，避免排氣倒流。 設(shè)計出高效低阻消聲器，也是降低排氣阻力的十分重要的一環(huán) 2022-5-8南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院車輛工程 配氣相位角中，配氣相位角中，進氣門遲閉角進氣門遲閉角的改變，對充氣效率影響最大的改變，對充氣效率影響最大。增大進氣遲閉角，高轉(zhuǎn)速時增大進氣遲閉角，高轉(zhuǎn)速時 v v最大值相當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)速增加，有利最大值相當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)速增加，有利于最大功率的提高，但對中、于最大功率的提高，但對中、低速發(fā)動機性能不利；減小進低速發(fā)動機性能不利；減小進氣遲閉角，能防止低速倒噴氣遲閉角，能防止低速倒噴，有利于提高最大扭矩，但降低有利于提高最大扭矩，

27、但降低了最大功率。了最大功率。2022-5-8南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院車輛工程 合理的排氣提前角應(yīng)當(dāng)在保證排氣損失最小的前提下，盡量減合理的排氣提前角應(yīng)當(dāng)在保證排氣損失最小的前提下，盡量減小排氣提前角，以加大有效膨脹比，提高熱效率。當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)小排氣提前角，以加大有效膨脹比，提高熱效率。當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速增加時，相應(yīng)的自由排氣時間縮短，為減少排氣損失，應(yīng)增速增加時，相應(yīng)的自由排氣時間縮短，為減少排氣損失，應(yīng)增加排氣提前角。加排氣提前角。 進氣門早開角和排氣門遲閉角的影響體現(xiàn)在氣門疊開角上，其進氣門早開角和排氣門遲閉角的影響體現(xiàn)在氣門疊開角上，其中，排氣門遲閉角的影響最大，隨發(fā)動機轉(zhuǎn)速的增加而加大中，排

28、氣門遲閉角的影響最大，隨發(fā)動機轉(zhuǎn)速的增加而加大（即氣門疊開角隨發(fā)動機轉(zhuǎn)速的增加而加大），進氣門提前角（即氣門疊開角隨發(fā)動機轉(zhuǎn)速的增加而加大），進氣門提前角幾乎不變。幾乎不變。 汽油機氣門疊開角較小，柴油機較大；車用增壓柴油機為保證汽油機氣門疊開角較小，柴油機較大；車用增壓柴油機為保證低速性能，氣門疊開角與非增壓機型幾乎一致。低速性能，氣門疊開角與非增壓機型幾乎一致。2022-5-8南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院車輛工程 由于間隙進、排氣，進、排氣管內(nèi)存在壓力波?？衫捎陂g隙進、排氣，進、排氣管內(nèi)存在壓力波?？衫么藟毫Σ▉硖岣邭飧變?nèi)充氣效率。用此壓力波來提高氣缸內(nèi)充氣效率。 電控汽油噴射發(fā)動機的普及

29、，使得進氣管的設(shè)計自由電控汽油噴射發(fā)動機的普及，使得進氣管的設(shè)計自由度大大增加，進氣管諧振系統(tǒng)廣泛應(yīng)用在中、高檔轎度大大增加，進氣管諧振系統(tǒng)廣泛應(yīng)用在中、高檔轎車上，甚至可使充氣效率超過車上，甚至可使充氣效率超過100%100%，大大提高了發(fā)動，大大提高了發(fā)動機動力性能。機動力性能。 進氣管動態(tài)效應(yīng)分為進氣管動態(tài)效應(yīng)分為慣性效應(yīng)慣性效應(yīng)與與波動效應(yīng)波動效應(yīng)。2022-5-8南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院車輛工程在進氣過程后半期，壓力波在進氣過程后半期，壓力波合并成為正壓，并使正壓恰合并成為正壓，并使正壓恰在進氣門關(guān)閉之前達(dá)到最大在進氣門關(guān)閉之前達(dá)到最大值（最佳值（最佳 t= ts /2 ），就能），

30、就能增加增加 v（慣性增壓）（慣性增壓）,進氣管內(nèi)進氣管內(nèi)的壓力波對產(chǎn)生它的本次循的壓力波對產(chǎn)生它的本次循環(huán)的進氣過程直接產(chǎn)生影響，環(huán)的進氣過程直接產(chǎn)生影響，這種效應(yīng)叫慣性效應(yīng)（如圖這種效應(yīng)叫慣性效應(yīng)（如圖b）。）。一、進氣管的慣性效應(yīng)一、進氣管的慣性效應(yīng)2022-5-8南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院車輛工程 如果使向進氣門端傳播的正壓力波與下一循環(huán)的進氣過如果使向進氣門端傳播的正壓力波與下一循環(huán)的進氣過程重合，就能使進氣終了時的壓力提高，從而提高了充氣程重合，就能使進氣終了時的壓力提高，從而提高了充氣效率。這種前一個循環(huán)殘存的壓力波，對后一個循環(huán)的進效率。這種前一個循環(huán)殘存的壓力波，對后一個循環(huán)的

31、進氣過程發(fā)生的影響叫波動效應(yīng)。氣過程發(fā)生的影響叫波動效應(yīng)。b、進氣管波動效應(yīng)、進氣管波動效應(yīng) 汽油機的進氣管長就是利用了波動效應(yīng)汽油機的進氣管長就是利用了波動效應(yīng)2022-5-8南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院車輛工程 c、轉(zhuǎn)速與管長、轉(zhuǎn)速與管長 壓力波的固有頻率壓力波的固有頻率 式中：式中：c進氣管壓力波聲速進氣管壓力波聲速 Li*進氣管等效管長進氣管等效管長 當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速為當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速為n（r/min）時，進氣頻率）時，進氣頻率f2為為1202602nnf*3021nLcffq*14iLcf 2022-5-8南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院車輛工程 當(dāng)當(dāng)q=1.5、2.5時，下一次進氣門時，下一次進氣門開

32、啟時，正好與正的壓力波重合，開啟時，正好與正的壓力波重合，使使 v增加；當(dāng)增加；當(dāng)q=1、2時，進氣時，進氣頻率與壓力波固有頻率合拍，下一頻率與壓力波固有頻率合拍，下一次氣門開啟期間正好與負(fù)的壓力波次氣門開啟期間正好與負(fù)的壓力波重合，使重合，使c減小。減小。2022-5-8南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院車輛工程 當(dāng)最佳的當(dāng)最佳的q1或或q2一定時，管長與轉(zhuǎn)速成反比，即一定時，管長與轉(zhuǎn)速成反比，即高速高速機應(yīng)選用短（粗）的進氣管，轉(zhuǎn)速不太高的發(fā)動機應(yīng)選機應(yīng)選用短（粗）的進氣管，轉(zhuǎn)速不太高的發(fā)動機應(yīng)選用長（細(xì)）的進氣管。用長（細(xì)）的進氣管。 換句話說：換句話說：長進氣管對應(yīng)的在低速時有最大充氣效長進氣管

33、對應(yīng)的在低速時有最大充氣效率率c ，短進氣管對應(yīng)在高速時有最大，短進氣管對應(yīng)在高速時有最大c下的轉(zhuǎn)速。下的轉(zhuǎn)速。2022-5-8南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院車輛工程 結(jié)論：結(jié)論： 1）排氣管的長度、粗細(xì)、配氣相位對）排氣管的長度、粗細(xì)、配氣相位對 v的影響趨勢與的影響趨勢與進氣管相似，即：進氣管相似，即：高速機采用短而粗的排氣管和大的排高速機采用短而粗的排氣管和大的排氣開啟持續(xù)角，低速機采用細(xì)而長的排氣管及小的排氣氣開啟持續(xù)角，低速機采用細(xì)而長的排氣管及小的排氣開啟持續(xù)角。開啟持續(xù)角。 2）對于多缸發(fā)動機，若多缸共一根排氣管就會產(chǎn)生相）對于多缸發(fā)動機，若多缸共一根排氣管就會產(chǎn)生相互干擾，往往使結(jié)果

34、變壞。如某缸在關(guān)閉之前，另一缸互干擾，往往使結(jié)果變壞。如某缸在關(guān)閉之前，另一缸在自由排氣而形成正壓力波，此缸使前一缸排氣門處壓在自由排氣而形成正壓力波，此缸使前一缸排氣門處壓力升高，不利于廢氣排出。因此，多缸機為排除上述干力升高，不利于廢氣排出。因此，多缸機為排除上述干擾，常將某些排氣時間不重疊的氣缸分為一組，采用單擾，常將某些排氣時間不重疊的氣缸分為一組，采用單獨的排氣管。獨的排氣管。2022-5-8南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院車輛工程 1、可變進氣管長度系統(tǒng)：進氣管長度可調(diào)以適用不同轉(zhuǎn)速可變進氣管長度系統(tǒng)：進氣管長度可調(diào)以適用不同轉(zhuǎn)速下的諧振充氣。下的諧振充氣。 2022-5-8南京航空航天大

35、學(xué)金城學(xué)院車輛工程Full load performance of an Audi V6 engine2022-5-8南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院車輛工程Full load performance of an Audi V6 engine2022-5-8南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院車輛工程 2 2、可變進氣道截面系統(tǒng)：進氣道截面可以調(diào)整適、可變進氣道截面系統(tǒng)：進氣道截面可以調(diào)整適用不同轉(zhuǎn)速下的諧振充氣。用不同轉(zhuǎn)速下的諧振充氣。 2022-5-8南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院車輛工程3 3、可變排氣道截面系統(tǒng)：在排氣管末端裝有可變節(jié)流閥利、可變排氣道截面系統(tǒng)：在排氣管末端裝有可變節(jié)流閥利于慣性掃氣。于慣性掃氣

36、。2022-5-8南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院車輛工程4 4、可變配氣定時控制機構(gòu)：、可變配氣定時控制機構(gòu)： 2022-5-8南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院車輛工程 1)1)可變凸輪機構(gòu)：可變凸輪機構(gòu)： 該機構(gòu)使用了高速和低速二種凸輪，高速凸輪的氣門開啟時間長，升程大，能改變配氣相位也能改變氣門升程。低速工作時，低速凸輪單獨驅(qū)動氣門，高速凸輪雖然也驅(qū)動中間搖臂，中間搖臂并不驅(qū)動氣門。高速工作時，液壓油的壓力驅(qū)動液壓活塞A和B，使三個搖臂結(jié)合成一體，這時三個搖臂都被高速凸輪所驅(qū)動，通過可變氣門定時，汽油機在高低轉(zhuǎn)速時均能獲得大的c ，從而能獲得高的功率。2022-5-8南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院車輛工程可變

37、配氣相位可變配氣相位2022-5-8南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院車輛工程 2)電磁控制全可變氣門機構(gòu)： 在該氣門機構(gòu)中，有上下兩個電磁極，在該氣門機構(gòu)中，有上下兩個電磁極，一個銜鐵固定在氣門上。當(dāng)下面的電磁極通一個銜鐵固定在氣門上。當(dāng)下面的電磁極通電時，氣門開到最大升程；當(dāng)上面的電磁極電時，氣門開到最大升程；當(dāng)上面的電磁極通電時，氣門被關(guān)閉。下面的電磁極的位置通電時，氣門被關(guān)閉。下面的電磁極的位置可以移動，以此改變氣門的最大升程。當(dāng)電可以移動，以此改變氣門的最大升程。當(dāng)電磁線圈不通電時，氣門在彈簧的作用下，在磁線圈不通電時，氣門在彈簧的作用下，在關(guān)閉和開啟狀態(tài)之間作簡諧運動，電磁力只關(guān)閉和開啟狀態(tài)

38、之間作簡諧運動，電磁力只起固定氣門位置的作用?？梢愿淖冞M氣定時，起固定氣門位置的作用?？梢愿淖冞M氣定時，改變進氣門的最大升程和升程曲線。應(yīng)用該改變進氣門的最大升程和升程曲線。應(yīng)用該機構(gòu)的汽油機，通過控制進氣門開啟時間來機構(gòu)的汽油機，通過控制進氣門開啟時間來控制汽油機進氣量，取消了節(jié)氣門，提高了控制汽油機進氣量，取消了節(jié)氣門，提高了充氣系數(shù)，減少了換氣損失。由于氣門控制充氣系數(shù)，減少了換氣損失。由于氣門控制方式的改變，氣門驅(qū)動的機械損失降低，總方式的改變，氣門驅(qū)動的機械損失降低，總的損失還是降低了的損失還是降低了3030左右。另外還對降低左右。另外還對降低排放由一定的作用。排放由一定的作用。20

39、22-5-8南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院車輛工程2022-5-8南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院車輛工程 5 5、 諧振充氣系統(tǒng)：是將一組諧振充氣系統(tǒng)：是將一組點火間隔相等的氣缸，通過較短的進氣點火間隔相等的氣缸，通過較短的進氣管和諧振箱連接在一起，在進氣波動的管和諧振箱連接在一起，在進氣波動的頻率和進氣系統(tǒng)的固有頻率相等時，能頻率和進氣系統(tǒng)的固有頻率相等時，能取得較好的充氣效果的系統(tǒng)，要求各缸取得較好的充氣效果的系統(tǒng)，要求各缸點火間隔點火間隔240 240 CACA。 不可變進氣系統(tǒng)諧振充氣，只有在很不可變進氣系統(tǒng)諧振充氣，只有在很窄轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)才有較好的充氣效果。窄轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)才有較好的充氣效果。 渦輪增

40、壓內(nèi)燃機，將諧振轉(zhuǎn)速設(shè)計在渦輪增壓內(nèi)燃機，將諧振轉(zhuǎn)速設(shè)計在低轉(zhuǎn)速區(qū)，以彌補低速時增壓效果較差低轉(zhuǎn)速區(qū)，以彌補低速時增壓效果較差的缺陷。的缺陷。 利用可變進氣系統(tǒng)，諧振充氣可在較利用可變進氣系統(tǒng)，諧振充氣可在較大的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)有較好的充氣效率。大的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)有較好的充氣效率。2022-5-8南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院車輛工程2-5 二沖程內(nèi)燃機換氣 二沖程內(nèi)燃機二沖程內(nèi)燃機進氣、壓縮、燃燒、膨脹和排氣進氣、壓縮、燃燒、膨脹和排氣過過程是用程是用兩個兩個活塞行程來完成的，其換氣過程的工作順序是：活塞行程來完成的，其換氣過程的工作順序是：在膨脹行程的末期，活塞下行，首先打開排氣口，開始排氣，在膨脹行程的

41、末期，活塞下行，首先打開排氣口，開始排氣，而后掃氣口開啟，具有一定壓力的新鮮充量由掃氣口流入氣而后掃氣口開啟，具有一定壓力的新鮮充量由掃氣口流入氣缸，并強迫廢氣由排氣口流出，進行充量更換，然后，活塞缸，并強迫廢氣由排氣口流出，進行充量更換，然后，活塞到達(dá)下止點后又上行，依次將掃氣口和排氣口關(guān)閉，換氣過到達(dá)下止點后又上行，依次將掃氣口和排氣口關(guān)閉，換氣過程結(jié)束。新鮮充量由掃氣泵提供，掃氣泵的作用是對新鮮充程結(jié)束。新鮮充量由掃氣泵提供，掃氣泵的作用是對新鮮充量進行壓縮，使其壓力提高后，再進入氣缸。量進行壓縮，使其壓力提高后，再進入氣缸。 一、二沖程內(nèi)燃機的換氣過程一、二沖程內(nèi)燃機的換氣過程 202

42、2-5-8南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院車輛工程2022-5-8南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院車輛工程 換氣過程分為三個階段，換氣過程分為三個階段，自由排氣階段、掃氣與強自由排氣階段、掃氣與強制排氣階段和過后排氣或過后充氣階段。制排氣階段和過后排氣或過后充氣階段。 1.自由排氣階段自由排氣階段從排氣口開啟直到新鮮充量進入氣缸為止。從排氣口開啟直到新鮮充量進入氣缸為止。 特點 ：（1）下止點前6075（CA）開啟，氣缸內(nèi)壓力較高，約為300600kPa，氣缸內(nèi)的燃?xì)庖月曀倭鞒觥?（2）排氣流量與排氣管內(nèi)的氣體狀態(tài)無關(guān)，只取決于缸內(nèi)氣體的狀態(tài)和排氣口流通截面的大小。 （3）缸內(nèi)燃?xì)饪梢粤鞒龃蠹s 7080。 2

43、. 掃氣與強制排氣階段掃氣與強制排氣階段掃氣口開啟，新鮮充量進入氣缸，直到掃氣口開啟，新鮮充量進入氣缸，直到活塞下行到下止點后再上行將掃氣口關(guān)閉為止?；钊滦械较轮裹c后再上行將掃氣口關(guān)閉為止。 特點：利用掃氣氣體強制將廢氣排出氣缸外，還要充入新鮮充量。 3.過后排氣或過后充氣階段過后排氣或過后充氣階段從掃氣口關(guān)閉到排氣口關(guān)閉期間。從掃氣口關(guān)閉到排氣口關(guān)閉期間。 特點：該階段所持續(xù)的時間較短。由于活塞已經(jīng)開始上行，缸內(nèi)氣體壓力提高，對過后排氣是有利的而不利于過后充氣。要達(dá)到過后充氣的目的，就必須提高掃氣泵的掃氣壓力，相應(yīng)地增加掃氣泵消耗的機械功。2022-5-8南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院車輛工程2

44、022-5-8南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院車輛工程 （1）換氣時間短，換氣質(zhì)量差：）換氣時間短，換氣質(zhì)量差： 二沖程為120150 CA，而四沖程為400 500 CA。從氣門疊開角占整個內(nèi)燃機換氣時間的比例來看，非增壓約為38，增壓為2030，而二沖程達(dá)到了 7080。將有較多的新鮮充量經(jīng)過排氣門直接流入排氣管中，增加了空氣消耗量（對于柴油機而言）或混合氣消耗量（對于汽油機而言）。與二沖程增壓發(fā)動機所匹配的增壓器比四沖程發(fā)動機流量大的原因。 二沖程的換氣過程與四沖程的差異：二沖程的換氣過程與四沖程的差異： （2）進、排氣過程同時進行：）進、排氣過程同時進行： 四沖程的換氣過程在兩個行程中進行，新鮮充量與廢氣摻混的機會較少，殘余廢氣系數(shù)較?。欢_程換氣時進、排氣過程同時進行，新鮮充量與廢氣易于摻混，殘余廢氣系數(shù)比較大。 2022-5-8南京航空航天大