第二章 發(fā)動機的換氣過程

第二章發(fā)動機的換氣過程換氣過程排氣過程進氣過程

減少換氣損失方向與措施研究的內(nèi)容換氣過程的進行情況

分析影響充氣量的各種因素

提高充氣量找出換氣過程的任務(wù)

排凈缸內(nèi)廢氣吸足新鮮充量盡可能小的換氣損失主要內(nèi)容第一節(jié)四沖程發(fā)動機的換氣過程第二節(jié)四沖程發(fā)動機的充量系數(shù)第三節(jié)提高發(fā)動機充量系數(shù)的措施第一節(jié)四沖程發(fā)動機的換氣過程換氣過程換氣損失自由排氣階段強制排氣階段進氣過程燃燒室掃氣

排氣損失進氣損失

下止點上止點一、換氣過程

四沖程發(fā)動機的換氣過程包括從排氣門開啟到進氣門關(guān)閉的全過程，約占410~480oCA。換氣過程可分為自由排氣、強制排

氣、進氣和燃燒室掃氣

4個階段。四沖程發(fā)動機換氣過程的典型曲線kPa1、自由排氣階段自由排氣階段：從排氣門打開到氣缸壓力p接近于排氣管壓力pr的這個時期。kPa1、自由排氣階段自由排氣階段：從排氣門打開到氣缸壓力p接近于排氣管壓力pr的這個時期。排氣提前角：BBDC30~80oCA。自由排氣階段廢氣的流動狀態(tài)分為超臨界狀態(tài)流動和亞臨界狀態(tài)流動。四沖程發(fā)動機換氣過程的典型曲線kPa超臨界狀態(tài)超臨界狀態(tài)是根據(jù)氣體力學(xué)孔口節(jié)流的規(guī)律，當(dāng)排氣門兩端壓力之比大于1.9時，喉口氣流就以音速（當(dāng)?shù)芈曀伲┝鲃印?/p>

四沖程發(fā)動機換氣過程的典型曲線kPa（1）超臨界狀態(tài)流動排氣門剛開啟時氣缸內(nèi)廢氣壓力還很高，缸內(nèi)壓力與排氣管壓力之比大于臨界值1.9，排氣的流動處于超臨界狀態(tài)。在超臨界排氣階段，廢氣流量與排氣管壓力無關(guān)，只取決于氣缸內(nèi)的氣體狀態(tài)和氣門最小開啟截面。（2）亞臨界狀態(tài)流動

隨著廢氣大量流出，缸內(nèi)壓力迅速下降，廢氣流速小于當(dāng)?shù)芈曀?，排氣的流動就轉(zhuǎn)入亞臨界狀態(tài)。廢氣流量取決于氣缸內(nèi)和排氣管內(nèi)的壓力差。

自由排氣階段約在ABDC10~30oCA結(jié)束排出的廢氣量達60%以上

p/pr=1.9強制排氣階段：從缸內(nèi)壓力接近于排氣管壓力到排氣門關(guān)閉。缸內(nèi)平均壓力略高于排氣管平均壓力。氣流速度越高，壓力差越大，克服排氣系統(tǒng)阻力所消耗的功越多。排氣遲閉角：ATDC10~35oCA。

（2）強制排氣階段ATDC10~35oCA進氣過程：從進氣門打開到進氣門關(guān)閉。進氣提前角一般為BTDC0～40oCA進氣遲閉角一般為ABDC40~70oCA（3）進氣過程ABDC40~70oCA（3）進氣過程BTDC0～40oCA氣門重疊：進、排氣門同時開啟。氣門重疊角：進、排氣門同時開啟時對應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角，它是排氣門遲閉角與進氣提前角之和。（4）燃燒室掃氣非增壓發(fā)動機：20~60oCA增壓發(fā)動機：80~160oCA燃燒室掃氣的作用：①利用新鮮充量來幫助清除廢氣②降低燃燒室熱區(qū)零件的溫度

避碰坑換氣損失二、換氣損失定義：更換工質(zhì)而消耗的功。組成：泵氣損失提前排氣損失泵氣損失：工質(zhì)流動時需要克服的進、排氣系統(tǒng)阻力所消耗的功。

提前排氣損失：因排氣門在下止點前提前開啟而產(chǎn)生的損失。（自由排氣損失）回憶換氣損失排氣損失進氣損失X自由排氣損失強制排氣損失

YW排開排關(guān)進關(guān)1、排氣損失定義:從排氣門提前開啟，直到進氣過程開始，缸內(nèi)壓力到達大氣壓力前

循環(huán)功的損失。構(gòu)成:a.自由排氣損失W：

由于排氣門提前打開而引起的膨脹功的減少。

b.強制排氣損失Y：

活塞將廢氣推出所消耗的功。

排開排關(guān)減少排氣損失的主要方法：減小排氣系統(tǒng)阻力減小排氣門處的流動損失

最有利的排氣提前角應(yīng)使面積（W+Y）之和最小。排氣門截面小時，為減少排氣損失，應(yīng)適當(dāng)加大排氣提前角。定義：由于進氣系統(tǒng)阻力的存在，使進氣過程氣缸壓力低于進氣管壓力而造成的損失。

2、進氣損失換氣損失：(W+X+Y)泵氣損失：(X+Y-u)增壓發(fā)動機與非增壓發(fā)動機換氣損失對比換氣損失：理論循環(huán)換氣功與實際循環(huán)換氣功之差。第二節(jié)四沖程發(fā)動機的充量系數(shù)充量系數(shù)進氣終了狀態(tài)壓力pa進氣終了狀態(tài)溫度Ta殘余廢氣系數(shù)r配氣相位壓縮比進氣狀態(tài)ps

、Ts影響充量系數(shù)的因素一、充量系數(shù)定義：實際進入氣缸的新鮮充量與進氣狀態(tài)下

充滿氣缸工作容積的新鮮充量的比值。

m1——實際進入氣缸的新鮮充量的質(zhì)量；V1——實際進入氣缸的新鮮充量的體積；ms——進氣狀態(tài)下充滿氣缸工作容積的新鮮充量的質(zhì)量；Vs——進氣狀態(tài)下充滿氣缸工作容積的新鮮充量的體積。充氣效率或容積效率進氣狀態(tài)：柴油機：汽油機：大?。嚎捎稍囼灉y得。

非增壓發(fā)動機：當(dāng)時、當(dāng)?shù)氐拇髿鉅顟B(tài)。

增壓發(fā)動機：增壓器壓氣機出口的氣體狀態(tài)。m1——實際進入氣缸的新鮮充量的質(zhì)量；V1——實際進入氣缸的新鮮充量的體積；ms——進氣狀態(tài)下充滿氣缸工作容積的新鮮充量的質(zhì)量；Vs——進氣狀態(tài)下充滿氣缸工作容積的新鮮充量的體積。二、充量系數(shù)的表達式排開排關(guān)進關(guān)二、充量系數(shù)的表達式1）進氣門關(guān)閉時，缸內(nèi)氣體總質(zhì)量2）排氣門關(guān)閉時，缸內(nèi)殘余廢氣的質(zhì)量3）充入氣缸的新鮮充量的質(zhì)量進氣終了時：進氣狀態(tài)下：4）殘余廢氣系數(shù)r5）充量系數(shù)表達式進氣終了狀態(tài)壓力pa進氣終了狀態(tài)溫度Ta殘余廢氣系數(shù)r配氣相位壓縮比進氣狀態(tài)ps

、Ts影響充量系數(shù)的因素三、影響充量系數(shù)的因素

1．進氣終了時的壓力pa

pa對有重要影響，pa愈高，值愈大

△pa——氣體流動時，克服進氣系統(tǒng)阻力而引起的壓降。

由流體力學(xué)可知：

式中——管道阻力系數(shù)；

——進氣狀態(tài)下氣體的密度；

v——管道內(nèi)氣體的流速?？梢?，△pa主要取決于各段管道的阻力系數(shù)和氣體流速。若大、v高時，△pa增加，使pa下降，減小。轉(zhuǎn)速和負荷對pa的影響1）轉(zhuǎn)速

n增加，v增大，pa降低。2）負荷

汽油機：當(dāng)節(jié)氣門關(guān)小時，節(jié)流損失增加，引起pa下降,

且pa隨轉(zhuǎn)速的增加而下降的愈快，即曲線變化愈陡。

柴油機：負荷調(diào)節(jié)為“質(zhì)調(diào)節(jié)”，負荷減小時pa變化很小。

2．進氣終了時的溫度Ta

進氣終了時的溫度Ta越高，充量系數(shù)越小。進氣終了時的溫度Ta高于進氣狀態(tài)溫度Ts

。引起Ta升高的原因:1）新鮮工質(zhì)進入發(fā)動機與高溫零件接觸而被加熱。

2）新鮮工質(zhì)與高溫殘余廢氣混合而被加熱。

轉(zhuǎn)速和負荷對Ta的影響

1）轉(zhuǎn)速當(dāng)負荷不變而轉(zhuǎn)速增加時，由于新鮮工質(zhì)與缸壁等接觸時間短，傳熱量少，所以Ta稍有下降。

2）負荷當(dāng)轉(zhuǎn)速不變而增加發(fā)動機負荷時，缸壁等零件溫度升高，Ta有所上升。3.殘余廢氣系數(shù)r

1）r增加，φc降低，燃燒惡化，油耗、排放增加；

2）壓縮比提高，r減小；

3)進、排氣門的疊開角越大，r越小。一般，柴油機的r比汽油機要低。

由于進氣門遲閉＜1,新鮮充量的容積減小,但pa值卻可能因有氣流慣性而使進氣有所增加,合適的配氣相位應(yīng)考慮

pa具有最大值。6.進氣狀態(tài)Ts、ps壓力對φc影響不大。5.壓縮比

壓縮比增加,余隙容積減小,殘余廢氣量隨之減小,因而φc有所增加。4.配氣相位第三節(jié)提高發(fā)動機充量系數(shù)的措施措施降低進氣系統(tǒng)的阻力減少對進氣充量的加熱降低排氣系統(tǒng)的阻力合理選擇配氣相位諧振進氣與可變進氣支管一、降低進氣系統(tǒng)的流動阻力發(fā)動機的進氣系統(tǒng)是由空氣濾清器、進氣管、進氣道和進氣門等組成。減少各段通道的阻力，增大其流通能力，是提高充量系數(shù)，改善發(fā)動機性能的主要途徑。1．減少進氣門處的流動損失（1）進氣馬赫數(shù)M

進氣馬赫數(shù)M是進氣門處氣流平均速度vm與該處音速a之比，即M=vm/a

。

M是決定氣流流動性質(zhì)，影響充量系數(shù)的重要參數(shù)。

M>0.5左右，急劇下降。（2）減小氣門處流動損失措施增大進氣門直徑增加進氣門數(shù)目改善氣門處流體動力性能改進配氣凸輪型線適當(dāng)增加氣門升程

由于進氣過程的重要性，一般應(yīng)盡可能布置較大尺寸的進氣門，以降低流經(jīng)進氣門截面時的氣體流速，從而降低流動阻力。目前在2氣門結(jié)構(gòu)中，進氣門直徑d與缸徑D的比值可達45%~50%。面積比為0.2~0.25，這樣排氣門不得不縮小，但過小的排氣門又會導(dǎo)致排氣阻力的增大。

1)增大進氣門直徑

通過增大進氣門直徑的方式來提高充量系數(shù)，是受到限制的。

2)增加進氣門數(shù)目

增加進氣門數(shù)，可以增大進氣門的有效流通截面積。

3)改善氣門處的流體動力性能

4)改進配氣凸輪型線，適當(dāng)增加氣門升程在慣性力容許條件下，使氣門開閉得盡可能快，從而提高氣門處的通過能力。適當(dāng)加大氣門桿身與頭部的過渡圓弧，減小氣門座密封面的寬度等。1)進氣道、進氣管：保證足夠的流通面積，避免急轉(zhuǎn)彎及截面突變，改善表面的光潔程度。2)空氣濾清器：在保證濾清效果的前提下，盡量減小空氣濾清器的阻力。如：加大通過截面，改善濾清性能，經(jīng)常清洗等。2．減少進氣道、進氣管和空氣濾清器的阻力二、減少對進氣充量的加熱

凡能降低活塞、氣門等熱區(qū)零件的溫度和減小接觸面積的措施都有利于減小對新鮮充量的加熱。增壓發(fā)動機的燃燒室掃氣、油冷活塞以及柴油機進、排氣管分別置于缸蓋兩側(cè)，都是減小對新鮮充量加熱