發(fā)動機(jī)換氣過程

1、發(fā)動機(jī)原理與汽車?yán)碚摪l(fā)動機(jī)原理與汽車?yán)碚撝髦v人：王洪亮主講人：王洪亮E-mail：Tel沖程發(fā)動機(jī)的換氣過程內(nèi)內(nèi)容容介介紹紹二、四沖程發(fā)動機(jī)的換氣損失二、四沖程發(fā)動機(jī)的換氣損失三、四沖程發(fā)動機(jī)的充氣效率三、四沖程發(fā)動機(jī)的充氣效率一、四沖程發(fā)動機(jī)的換氣過程一、四沖程發(fā)動機(jī)的換氣過程四、提高發(fā)動機(jī)充氣效率的措施四、提高發(fā)動機(jī)充氣效率的措施四沖程發(fā)動機(jī)的換氣過程背景: 發(fā)動機(jī)功率是描述發(fā)動機(jī)的重要參數(shù)之一，而充氣效率（容積效率）是衡量發(fā)動機(jī)功率的主要參數(shù)，因此，對發(fā)動機(jī)充氣效率的學(xué)習(xí)與研究具有重要意義。目標(biāo)：可敘述四沖程發(fā)動機(jī)的換氣過程并闡述充氣效率的概念，準(zhǔn)確分析其影響因

2、素及描述提高充氣效率的措施。定義：定義：發(fā)動機(jī)工作中，必須不斷地用新鮮氣體來取代廢氣，這一工質(zhì)更換的過程稱為換氣過程。 發(fā)動機(jī)的換氣過程包括排氣過程和進(jìn)氣過程。其任務(wù)是在盡可能小的換氣損失的前提下，排凈缸內(nèi)廢氣，吸足新鮮空氣或混合氣。 換氣過程進(jìn)行完善程度的主要指標(biāo)是充氣效率的高低和消耗于換氣過程中所用功的大小。項目二 發(fā)動機(jī)原理換氣過程的作用: 排除缸內(nèi)廢氣并充入盡可能多的新鮮工質(zhì),同時功耗要少。換氣過程對性能的影響 影響汽車的動力性、經(jīng)濟(jì)性、排放性等 四行程發(fā)動機(jī)換氣過程包括從排氣門開啟直到進(jìn)氣門關(guān)閉的整個時期，約占410-480曲軸轉(zhuǎn)角。自由排氣強(qiáng)制排氣氣門疊開進(jìn)氣過程換氣過程1、自由排

3、氣階段：廢氣根據(jù)自身的壓力自行排出； 從排氣門打開到氣缸壓力接近了排氣管壓力的這個時期稱為自由排氣階段1) 超臨界狀態(tài)2) 亞臨界狀態(tài),a從排氣門開始打開到下止點這段曲軸轉(zhuǎn)角，稱為排氣提前角(一般為30-80曲軸轉(zhuǎn)角),a思思考考為什么排氣門是在活塞到達(dá)下止點之前開啟？為什么排氣門是在活塞到達(dá)下止點之前開啟？a.增加流通截面積，降低氣缸壓力；增加流通截面積，降低氣缸壓力；b.減少排氣時所消耗的活塞推出功；減少排氣時所消耗的活塞推出功；c.高溫廢氣的早排，還可以防止發(fā)動機(jī)過熱。高溫廢氣的早排，還可以防止發(fā)動機(jī)過熱。 自由排氣階段的特點 排氣量與轉(zhuǎn)速無關(guān)，時間雖短，排除的廢氣量60%以上自由排氣階

4、段結(jié)束的標(biāo)志: 缸內(nèi)壓力=排氣管壓力2、 強(qiáng)制排氣階段-自由排氣結(jié)束到進(jìn)氣門開啟。廢氣是由活塞上行強(qiáng)制推出克服排氣系統(tǒng)阻力，通過活塞強(qiáng)制排出廢氣 亞臨界狀態(tài),a從上止點到排氣門完全關(guān)閉這段曲軸轉(zhuǎn)角，稱為排氣遲閉角，一般為10-35曲軸轉(zhuǎn)角。,a思思考考為什么排氣門是在活塞到達(dá)上止點之后關(guān)閉？為什么排氣門是在活塞到達(dá)上止點之后關(guān)閉？a.減少活塞消耗功減少活塞消耗功,利用缸內(nèi)外壓力差繼續(xù)排氣；利用缸內(nèi)外壓力差繼續(xù)排氣；b.利用慣性繼續(xù)排氣。利用慣性繼續(xù)排氣。3. 掃氣階段 從進(jìn)氣門開啟到排氣門關(guān)閉這一階段為掃氣階段，又氣門重疊。,a氣門重疊 排氣門遲閉 氣門疊開 進(jìn)氣門早開氣門重疊的作用： 通過同

5、時開啟的進(jìn)排氣門用新鮮工質(zhì)將殘余廢氣清掃干凈，這個過程為掃氣過程。掃氣過程的作用: 清除殘余廢氣，減少殘余廢氣系數(shù)；減低高溫零件的溫度。 氣門重疊角以新鮮工質(zhì)不進(jìn)入排氣管為原則不會思思考考?xì)忾T重疊會不會產(chǎn)生廢氣倒流進(jìn)氣管氣門重疊會不會產(chǎn)生廢氣倒流進(jìn)氣管或新鮮工質(zhì)隨廢氣排出的現(xiàn)象？或新鮮工質(zhì)隨廢氣排出的現(xiàn)象？a. 疊開時氣門開度小，重疊時間極短；疊開時氣門開度小，重疊時間極短；b. 進(jìn)、排氣流各自有自己的流動方向和流動慣性；進(jìn)、排氣流各自有自己的流動方向和流動慣性；c. 進(jìn)氣流有助于更好地排氣。進(jìn)氣流有助于更好地排氣。3. 進(jìn)氣過程 從排氣門關(guān)閉到進(jìn)氣行程結(jié)束（活塞行至下至點）。 特征：缸內(nèi)壓力

6、低于進(jìn)氣管內(nèi)壓力，從而使新鮮工質(zhì)在負(fù)壓作用下被吸入氣缸。,a 進(jìn)氣提前角：進(jìn)氣門一般在上止點前0-40曲軸轉(zhuǎn)角開始打開。 進(jìn)氣遲閉角：進(jìn)氣門一般在下止點后40-70曲軸轉(zhuǎn)角才關(guān)閉。思思考考為什么進(jìn)氣門是在活塞到達(dá)上止點之前開啟？為什么進(jìn)氣門是在活塞到達(dá)上止點之前開啟？增大進(jìn)氣通道截面，使新鮮空氣在最小阻力下吸入氣缸。增大進(jìn)氣通道截面，使新鮮空氣在最小阻力下吸入氣缸。思思考考為什么進(jìn)氣門是在活塞到達(dá)下止點之后關(guān)閉？為什么進(jìn)氣門是在活塞到達(dá)下止點之后關(guān)閉？利用壓差和慣性繼續(xù)進(jìn)氣利用壓差和慣性繼續(xù)進(jìn)氣 例：發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速越高，進(jìn)氣流速越快；高速發(fā)例：發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速越高，進(jìn)氣流速越快；高速發(fā)動機(jī)可采用較大的進(jìn)

7、氣遲閉角，以充分利用其慣性動機(jī)可采用較大的進(jìn)氣遲閉角，以充分利用其慣性來增加進(jìn)氣量。來增加進(jìn)氣量。 用曲軸轉(zhuǎn)角表示進(jìn)排氣門開啟到關(guān)閉的時候和持續(xù)的時間，稱為配氣相位（定時）。 通常把配氣相位用相當(dāng)于上下止點曲軸轉(zhuǎn)角的環(huán)形圖表示成為配氣相位圖。配氣相位圖 配氣相位圖 非增壓發(fā)動機(jī)中，重疊角一般為20-60曲軸轉(zhuǎn)角。 增壓發(fā)動機(jī)重疊角一般為80-160曲軸轉(zhuǎn)角 思思考考為什么增壓發(fā)動機(jī)氣門重疊角大于非增壓發(fā)動機(jī)為什么增壓發(fā)動機(jī)氣門重疊角大于非增壓發(fā)動機(jī)? 合理的配氣相位是根據(jù)發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)形式、轉(zhuǎn)速等因素通過反復(fù)試驗而確定的。結(jié)構(gòu)不同，配氣相位也不同。 1、在發(fā)動機(jī)低速工作時減小氣門提前開啟角和遲后

8、關(guān)閉角。 2、在發(fā)動機(jī)高速工作時增大氣門提前開啟角和遲后關(guān)閉角。小 結(jié) 自由排氣排氣門早開 強(qiáng)制排氣排氣門遲閉 進(jìn) 氣 燃燒室掃氣進(jìn)氣門早開進(jìn)氣門遲閉氣門疊開 通過本節(jié)的學(xué)習(xí)可以得知發(fā)動機(jī)的換氣過程影響發(fā)動機(jī)的動力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性等。二.四沖程發(fā)動機(jī)換氣損失W-自由排氣損失 Y-強(qiáng)制排氣損失X-進(jìn)氣損失 Y+X-d-泵氣損失 bb：理論線 換氣損失（W+Y+X） 理論循環(huán)換氣功與實際循環(huán)換氣功之差。 泵氣損失（X+Y-d）進(jìn)氣損失-X排氣損失自由排氣損失-W強(qiáng)制排氣損失-Ye（排氣門太早開啟）如果排氣提前角，則w，y 所以：最有利的排氣提前角，必須是使（w+y） 最小。e（排氣門太晚開啟）排

9、氣提前角，則w，y 如何使排氣損失最小如何使排氣損失最小?ee” 泵氣損失（Y+X） 理論泵氣功與實際泵氣功之差。進(jìn)氣損失-X強(qiáng)制排氣損失-Y 四沖程發(fā)動機(jī)在進(jìn)排氣行程中，活塞因進(jìn)氣或排氣所付出或收獲的功，存在正負(fù)。 所有減小換氣損失、提高充氣效率的措施對減小泵氣損失都是有利的。小結(jié) 在所有的損失中排氣損失占絕大部分，因此適當(dāng)匹配排氣提前角，使得W+Y的面積最小，可以降低換氣損失，從而提高發(fā)動機(jī)的性能。三、四沖程發(fā)動機(jī)的充氣效率充氣效率 實際進(jìn)入氣缸的新鮮工質(zhì)量（m1）與進(jìn)氣狀態(tài)下充滿氣缸工作容積的新鮮工質(zhì)量（ms）的比值。 充氣效率計算公式：ssVVmm11vm1、v1：進(jìn)氣狀態(tài)下，實際進(jìn)入

10、氣缸的新鮮工質(zhì)質(zhì)量、體積ms、vs：進(jìn)氣狀態(tài)下，充滿工作容積的新鮮工質(zhì)質(zhì)量、氣缸工作容積影響充氣效率因素的公式推導(dǎo) 假設(shè)進(jìn)氣完成后缸內(nèi)殘余廢氣質(zhì)量mr，進(jìn)入新鮮工質(zhì)的質(zhì)量為m1，則進(jìn)氣終了缸內(nèi)總工質(zhì)質(zhì)量ma=mr+m1。 殘余廢氣質(zhì)量mr與新鮮工質(zhì)m1之比，即殘余廢氣系數(shù)r=mr/m1 則有m1=ma/（1+r）影響充氣效率因素的公式推導(dǎo) 進(jìn)氣終了時氣缸內(nèi)總?cè)莘eva（有效進(jìn)氣容積）與氣缸總?cè)莘eva的比值為（有效進(jìn)氣體積系數(shù)）1v(1)(1)1aagaaaaassssssgs sPVRTmVmPmmrrVrVRT，影響充氣效率因素的公式推導(dǎo)影響充氣效率因素的公式推導(dǎo) 因為 有 Va/Vc= Vs

11、/Vc=(Va-Vc) /Vc=-1gRgR影響充氣效率因素的公式推導(dǎo) 將上式分子分母同除以Vc,且對于理想氣體有Ra為常數(shù),可以推出aassTPPTr111v影響充氣效率的因素 進(jìn)氣終了的壓力Pa和溫度Ta 殘余廢氣系數(shù)r 氣門正時引起的有效進(jìn)氣體積系數(shù) 壓縮比 環(huán)境的壓力Ps和溫度Ts 進(jìn)氣終了的壓力PaaSavaaassPPPPTPPTr111v流動阻力公式：管內(nèi)氣體流速：管道阻力系數(shù)22vPa 轉(zhuǎn)速對充氣效率的影響vaaPP）（轉(zhuǎn)速負(fù)荷對充氣效率的影響（汽油機(jī)）vaavaaTPPP略大，負(fù)荷節(jié)氣門開度負(fù)荷負(fù)荷對充氣效率的影響（柴油機(jī)）基本不變或者略有下降略大不變柴油機(jī)負(fù)荷vaaTPsa

12、asaTTTTT進(jìn)氣終了溫度對充氣效率的影響高溫零件要給進(jìn)氣加熱殘余廢氣給進(jìn)氣加熱改善冷啟動性進(jìn)氣加熱影響進(jìn)氣終了溫度：負(fù)荷越大 溫度越大 轉(zhuǎn)速增加 溫度降低殘余廢氣系數(shù)對充氣效率的影響v配氣定時(主要是進(jìn)氣遲關(guān)角的影響) 在低速時,由于進(jìn)氣慣性小,而進(jìn)氣遲關(guān)角一定,產(chǎn)生進(jìn)氣倒流現(xiàn)象,導(dǎo)致v。壓縮比對充氣效率的影響v殘余廢氣量cV進(jìn)氣的大氣狀態(tài) 環(huán)境溫度增加，進(jìn)氣密度降低，環(huán)境溫度與氣缸壁的溫差降低，Ts/Ta升高，Ta降低 v升高，充氣效率有所增加。思思考考冬天和夏天相比冬天和夏天相比,哪個充氣效率高哪個充氣效率高,哪個動力哪個動力性好？性好？提高發(fā)動機(jī)充氣效率的措施 進(jìn)氣系統(tǒng)的組成 提高發(fā)

13、動機(jī)充氣效率的措施 阻力的分類： 局部阻力 沿程阻力 從結(jié)構(gòu)上優(yōu)化 提高發(fā)動機(jī)充氣效率的措施 1、減小進(jìn)氣系統(tǒng)的流動損失 減小進(jìn)氣系統(tǒng)阻力是減小進(jìn)氣損失、提高充氣效率的重要措施。減小進(jìn)氣系統(tǒng)阻力主要是在結(jié)構(gòu)上采取措施，減小進(jìn)氣系統(tǒng)各段的阻力。減小進(jìn)氣門座流動損失 減小整個進(jìn)氣管道的流動阻力（進(jìn)氣道、進(jìn)氣管、空氣濾清器） 增大進(jìn)氣門直徑（渦流比等） 增加氣門數(shù)改善進(jìn)氣門處流體動力性能 采取較小的活塞行程提高發(fā)動機(jī)充氣效率的措施 減小整個進(jìn)氣管道的流動阻力： 1）進(jìn)氣道、進(jìn)氣管： （1）增加管道的截面積；（2）降低管道內(nèi)的粗糙度； （3）采用圓形管道； （4）避免急彎，拐彎處圓弧過渡； （5）避免截面積急劇變化，利用圓弧過渡； （6）采用氣道形成掃氣渦流。 2）空氣濾清器部分： （1）加大氣流流通截面積；（2）采用高效低阻的濾芯結(jié)構(gòu)； （3）及時清潔和更換濾芯。 2、減小對新鮮充量的加熱 1）降低活塞、氣門等熱區(qū)零件的溫度 2）減少新鮮充量與其他部件的接觸面積 3）增壓發(fā)動機(jī)：燃燒室掃氣、油冷活塞以及柴油機(jī)進(jìn)排氣管分別置于缸蓋兩側(cè)。 3、減小排氣系統(tǒng)的阻力 目的：降低殘余廢