發(fā)動機換氣過程-汽車發(fā)動機原理

汽車車發(fā)發(fā)動動機機原原理理制作作人人：：張張振振東東目錄錄前言言：：課課程程緒緒論論第一一章章：：發(fā)發(fā)動動機機性性能能第二二章章：：發(fā)發(fā)動動機機換換氣氣過過程程第三三章章：：燃燃料料與與燃燃燒燒第四四章章：：汽汽油油機機混混合合氣氣的的形形成成與與燃燃燒燒第五五章章：：柴柴油油機機混混合合氣氣的的形形成成與與燃燃燒燒第六六章章：：發(fā)發(fā)動動機機的的特特性性第七七章章：：車車用用發(fā)發(fā)動動機機廢廢氣氣渦渦輪輪增增壓壓第八八章章：：排排氣氣污污染染機機及及控控制制第二二章章：：發(fā)發(fā)動動機機的的換換氣氣過過程程2-1內(nèi)燃燃機機換換氣氣過過程程的的特特點點及及要要求求2-2四沖程內(nèi)燃機機的換氣過程程2-3四沖程內(nèi)燃機機的充氣效率率ηv2-4減小進氣系統(tǒng)統(tǒng)阻力2-5合理選擇配氣氣定時2-6進氣管的氣體體動力學效應應2-7可變技術2-8二行程發(fā)動機機換氣過程2-1內(nèi)燃機換氣過過程的特點及及要求進氣和排氣過過程的總稱，，任務：1．排除缸內(nèi)廢廢氣，干凈徹徹底；2．在有限的氣氣缸工作容積積下，充入更更多的新鮮充量。2-2四沖程內(nèi)燃機機的換氣過程程一、按三個流流動狀態(tài)分：：1．超臨臨界（（pc/pr1.893）以音速速流出出，流流量取取決于于氣體體狀態(tài)態(tài)和流流通面面積，，與壓壓差無無關。。2．亞臨臨界（（1<pc/pr<1.893）流量取取決于于氣體體狀態(tài)態(tài)、流流通面面積和和壓差差，下下止點點后10-30度結束束。二、按按流動動特點點：1．自由由排氣氣階段段：超超臨界界和亞亞臨界界2．強制排氣氣階段：靠活活塞上行強制制推出廢氣排氣門在下止止點前打開，，在上止點后后關閉3.進氣過程：進進氣門上止點點前打開，在在下止點后關閉4．氣門疊開開：排氣門遲遲閉，進氣門門早開,兩氣門處于同時開啟啟的階段作用：（1）掃氣：減少少廢氣，增加加新鮮充量；；（2）冷卻高溫溫零件。汽油機：進氣氣壓力低，20-30CA，過大易引起起回火；非增壓柴油機機：進氣壓力力較大，20-80CA；增壓柴油機：：進氣壓力大大于大氣壓，，80-160CA三、進氣過程程配氣相位:4個角排氣門早開：：排氣提前角角1.使排氣流暢2.排氣功減小排氣門晚關關：排氣遲遲閉角1.使排氣徹底底2.排氣慣性進氣門早開開：進氣提前前角1.減小阻力2.增加流通面面積進氣門晚關關：進氣遲遲閉角1.慣性進氣由于于活活塞塞下下行行,缸內(nèi)內(nèi)產(chǎn)產(chǎn)生生負負壓壓，，使使新新鮮鮮介介質質充充入入缸缸內(nèi)內(nèi)。。四、、換換氣氣損損失失1、自由由排排氣氣損損失失W2、強強制制排排氣氣損損失失Y(W+Y)→min→→確定定最最佳佳排氣氣提提前前角角。。3、進進氣氣損損失失X4、換換氣氣損損失失W+Y+X5、泵泵氣氣損損失失W+Y-d發(fā)動動機機換換氣氣損損失失圖圖進氣氣損損失失和和排排氣氣損損失失組組成成。。2-3四沖沖程程內(nèi)內(nèi)燃燃機機的的充充氣氣效效率率ηv一、、充充氣氣效效率率ηv的定定義義m1、v1：實際際進進入入氣氣缸缸的的新新鮮鮮工工質質的的質質量量、、體體積積；；ms、vs：進進氣氣狀狀態(tài)態(tài)下下充充滿滿工工作作容容積積的的新新鮮鮮工工質質的的質質量量、、氣缸缸的的工工作作容容積積。。表征征進進氣氣過過程程的的完完善善程程度度及及氣氣缸缸利利用用率率。。進氣氣狀狀態(tài)態(tài)下下充充滿滿氣氣缸缸工工作作容容積積的的工工質質質質量量實際際進進入入氣氣缸缸的的新新鮮鮮工工質質質質量量進氣氣狀狀態(tài)態(tài)：：非非增增壓壓：：環(huán)環(huán)境境大大氣氣狀狀態(tài)態(tài)P0、T0增壓壓：：壓壓氣氣機機出出口口狀狀態(tài)態(tài)Pk、Tk若大大氣氣狀狀態(tài)態(tài)，，氣氣缸缸工工作作容容積積Vs，理理論論上上進進入入氣氣缸缸充充氣氣量量ms:由于于，，進進氣氣終終了了時時pa<p0,Ta>T0,<Vs,實際際進進氣氣量量m1：v的測測量量方方法法：：（1）流流量量計計測測量量發(fā)發(fā)動動機機每每小小時時的的實實際際進進氣氣量量V1[m3/h]；（2）計計算算每每小小時時的的理理論論充充氣氣量量V：（3）充充氣氣效效率率1．進進氣氣終終點點壓壓力力PaPa=Ps-ΔΔP，ΔP=λλρρv2/2，其中中，，λ：管管道道阻阻力力系系數(shù)數(shù)；；ρ：進進氣氣密密度度；；v：流流速速ΔP是各各段段管管道道所所產(chǎn)產(chǎn)生生壓壓降降的的總總和和，，進進氣氣門門處處截截面面最最小小，，產(chǎn)產(chǎn)生生的的流流阻阻最最大大。。(1)油門一一定，，n流速Pa(2)n一定，，Pa的變化化與負負荷調(diào)調(diào)節(jié)方方式有有關：：柴油機機：質質調(diào)節(jié)節(jié)，進進氣無無節(jié)流流，由由噴油油量改改變負負荷，，Pa基本不不變汽油機機：改改變節(jié)節(jié)氣門門調(diào)節(jié)節(jié)負荷荷負荷節(jié)氣氣門關關小節(jié)流流損失失Pa二、ηv的數(shù)學學分析析表達達式2.進氣終終點溫溫度Ta新鮮工工質被被高溫溫零件件加熱熱，Ta>Ts，導致致ρ↓ηv↓柴油機機：排排氣管管和進進氣管管分置置于發(fā)發(fā)動機機兩側側。汽油機機：為為了汽汽化混混合氣氣，需需加熱熱新鮮鮮混合合氣，，進排氣管同側。。3．殘余廢氣系系數(shù)↑ηv↓ε↑↓柴油機比汽油油機↓低負荷時,汽油機↑4.配氣定時ξ，Pa→max關太早，慣性性作用未利用用關太遲，發(fā)生生倒流5.壓縮比εε↑→ηv↑6.大氣狀態(tài)Po↑→Pa↑→進氣量↑To↑→Ta↑→進氣量↓2-4減小進氣系統(tǒng)統(tǒng)阻力一、減少進氣氣系統(tǒng)的流動動損失進氣系統(tǒng)阻力力分為汽油機：空氣濾清器化油器節(jié)氣門進氣管進氣道進氣門柴油機：空氣濾清器進氣管進氣道進氣門沿程阻力局部阻力（節(jié)節(jié)流阻力）二、進氣門處處的流動阻力力1.時面值氣門處氣體流流量dm：dm=ρvmfdt開啟過程的氣氣體流量:m=∫dm=ρvm∫fdt=ρvm1/6n∫fdφ式中，∫fdt稱為時面值,∫fdφ稱為角面值2．進氣馬赫數(shù)數(shù)MaMa定義：進氣門門處氣體的平平均速度vm與該處聲速c的比值。vm定義：實際進進入氣缸的新新鮮充量與進進氣門有效時時面值之比。。其中：D、d：活塞及進氣氣閥盤直徑；；Cm：活塞平均速速度；m：進氣門開啟啟過程的平均均流量系數(shù)；；o、c：進氣門開關關角度。當Ma>0.5時，ηv↓↓，此時n增加，功率也也不增加。減小Ma：（1）d氣門通過面積積（2）m（3）配氣相位（（c-o）3．氣門直徑和和氣門數(shù)a.增大進氣門直直徑，減小排排氣門直徑1、進氣門直徑d進一般:d進Paηvd排Prηv一般：d排>d進b.多氣門，流通面積f40%左右。D>80mm,常用二進二排排；D<80mm，常用三進二二排。fηvPe（可達30%），be0.20～0.25c.圓滑過渡（其其中R為閥頂過渡圓圓角）（1）過渡圓角R流動阻力ηv（2）銳邊光滑d.增大氣門升程程h，時面值ηv三、進氣道和和進氣管1.進氣管截面大大：阻力小，，流速低，汽汽油易沉積于于管壁；2.表面光潔減小沿程阻力力；3.管道轉彎少，，截面不突變變減小局部阻力。四、空氣濾濾清器1.加大截面減小小阻力；2.清洗、更換。。2-5合理選擇配氣氣定時進氣遲閉角θ進閉對ηv影響最大1．對于固定θ進閉，n↑，ηv變化，在某一一轉速ηv→max；2.不同的遲閉角角，ηmax對應的轉速不不同。遲閉角大，ηmax對應的轉速高高3．改變θ進閉，可調(diào)整內(nèi)燃燃機的工作特特性滿足不同同要求:（1）如要求提高高最大Pe，則θ進閉↑，但對中低低速不利；（2）如要求提高高低速Me，則θ進閉↓，但會減小小最大功率。。2-6進氣管的動態(tài)態(tài)效應進氣和排氣是是間歇式過程程，內(nèi)部存在在壓力波；利用壓力波提提高ηv，稱為動態(tài)效效應；壓力波動：氣氣流慣性效應應和波動效應應。一、進氣管慣慣性效應進氣門打開初初期，由于活活塞向下運動動和氣流慣性，氣缸內(nèi)和和進氣管內(nèi)產(chǎn)產(chǎn)生負壓。氣氣體流入氣缸，同時從氣氣缸中傳出膨膨脹波，向外外端A傳播，速度為（（a-u）。當傳到A端后，變成壓壓縮波從A端又向氣缸方向傳播，速速度為（a+u）。反射到氣氣缸后，使氣缸壓力上上升。若進氣管長度度適當，使膨膨脹波發(fā)出到到壓縮波返回氣缸所經(jīng)歷歷時間，與進進氣門從開啟啟到關閉的時間恰好配合合，即壓縮波波到達氣缸時時，進氣門正好處于關閉閉前夕，缸內(nèi)內(nèi)氣體密度最最大。此時關閉進氣門就就可以利用進進氣慣性效應應，獲得增壓效果，使循循環(huán)充量增加加，提高充氣氣效率。從圖3-14中（b）可以看出，，如果波動一一周期正好與與進氣門開啟啟持續(xù)時間相相等，則進氣氣門關閉時正正是B點壓力處于波波峰位置，也也正是慣性效效應最大的時時候。如果進進氣門關閉比比此相位早或或晚，B點壓力都不會會處于波峰位位置，因此都都得不到最高高充氣效果。。二、進氣管波波動效應當進氣門關閉閉之后，進氣氣管內(nèi)的氣柱柱還在繼續(xù)波波動，對下一一個進氣循環(huán)環(huán)的進氣量產(chǎn)產(chǎn)生影響，這這一影響稱為為波動效應。。當進氣門關閉閉時，進氣管管內(nèi)流動的空空氣受到壓縮縮，在進氣門門處產(chǎn)生壓縮縮波，向進氣管管開口端A傳播，傳播速速度為(a-u)；當壓縮波傳到到管端A時，將要產(chǎn)生生反射波，反反射波與入射射波性質相反反，即為膨脹波，，并以(a+u)的速度向進氣氣門處傳播（（圖中a）。如果進氣門尚尚未打開仍處處于封閉時，，從進氣門處處返回的仍是是膨脹波，此此膨脹波又向管管端A傳播，在開口口端再次反射射時又變成壓壓縮波向進氣氣門處傳播。這樣，氣波在在進氣管中周周而復始的來來回傳播，使使進氣門處的的壓力也時高高時低形成壓壓力波（圖中中b）。如果下一一循環(huán)的進氣氣過程與正壓壓力波重合，，進氣門關閉閉時壓力高，，使充量系數(shù)數(shù)提高，如果果與負壓力波波重合，則進進氣門關閉時時壓力低，使使充量系數(shù)下下降。壓力波動的固固有頻率f1為：式中：α—進氣管內(nèi)音速速，m/s；L—進氣管長度，，m。當內(nèi)燃機轉速速為n(r/min)時，進氣頻率率f2為：f1與f2之比為：q1表示波動次數(shù)數(shù)。q1說明進氣管內(nèi)內(nèi)壓力波動的的固有頻率和和內(nèi)燃機進氣氣頻率之間的的配合關系，，主要是進氣管管長度和內(nèi)燃燃機轉速的配配合。當q1=1.5、2.5……時，下一次氣氣門開啟期間間正好與正的的壓力波相重重合，使進氣充量增增加。當q=1、2、……時，進氣頻率率與壓力波頻頻率合拍，下下一次氣門開開啟期間與負的壓力波重重合，使進氣氣充量減少。。這樣，就可利利用進氣管的的動態(tài)效應增增大充氣量，，提高發(fā)動機機的動力性。。實踐證明，，利用進氣管管動態(tài)效應可可提高功率10%～20%，最低耗油率率下降3%～5%。并且還能降降低排氣溫度度和減少碳煙煙的排出量。。2-7可變技術一、可變進氣氣管1．要求:高速：粗短管管低速：細長管管2．措施：改改變進氣管長長度或流通面面積。二、可變氣門門定時1．使凸輪軸轉轉過一定角度度；2．使用高、低低速不同的凸凸輪。發(fā)動機的一些些結構參數(shù)隨隨工況而變化化，增強發(fā)動動機的工況適適應范圍，提提高經(jīng)濟性、、動力性和工工作穩(wěn)定性。。可變進氣管傳統(tǒng)配氣機構構傳統(tǒng)配氣機構構缺點：氣門正時固定定不變，很難難兼顧發(fā)動機機不同轉速的的工作需求。?？勺儦忾T定時時1、凸輪相位可可變雙頂置凸輪軸軸，使進氣凸凸輪轉過一定定角度。2、