發(fā)動(dòng)機(jī)原理第二章

第二章發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過(guò)程燃燒是做功之本。燃燒需要空氣與燃料。重量比 容積比燃料 1 1 液態(tài)空氣15 1000 氣態(tài)燃料受機(jī)械控制，容易加入。而汽缸容積就那么大，要想多加空氣就要困難得多。因此，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)換氣過(guò)程的研究就顯得尤為重要了?！?-1四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過(guò)程-配氣定時(shí)二換氣過(guò)程與工程熱力學(xué)中介紹的不同，進(jìn)排氣門(mén)的開(kāi)啟、關(guān)閉也需要時(shí)間，故在下止點(diǎn)前排氣一排氣提前角40。?80。在上止點(diǎn)后關(guān)閉一排氣遲閉角10。?35。在上止點(diǎn)前吸氣一進(jìn)氣提前角0。?40。在下止點(diǎn)后關(guān)閉一進(jìn)氣遲閉角40。?80。進(jìn)氣提前角+排氣遲閉角一氣門(mén)疊開(kāi)角二換氣過(guò)程(―)排氣過(guò)程1自由排氣階段A排開(kāi)p?p'Tp=p'靠缸內(nèi)壓力將氣體擠出氣缸，其中p—缸內(nèi)壓力，p'—排氣管內(nèi)壓力。2強(qiáng)制排氣階段Bp=p'Tp<p'靠活塞上行將廢氣擠出氣缸。3超臨界排氣C排開(kāi)Tp=1.9p'在氣閥最小截面處，氣體流速等于該地音速a=:kRTm/so其流量與壓差(p-p')無(wú)關(guān)，只決定于排氣閥開(kāi)啟面積和氣體狀態(tài)。4亞臨界排氣Dp=1.9p'T排閉。其流量取決于壓差(p-p')。（二）進(jìn)氣過(guò)程和氣門(mén)疊開(kāi)角由于節(jié)流作用，缸內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓；（P0-P）使新鮮介質(zhì)進(jìn)入缸內(nèi)。氣閥疊開(kāi)角：非增壓：20。?60。CA。太大（引起）T廢氣回流進(jìn)氣道。太小T掃氣作用不明顯。增壓：110。?140。CA。進(jìn)氣管pT,掃氣明顯，氣閥疊開(kāi)角可以增大很多。如6135型高柴：非增壓：40。,增壓：124。。掃氣的作用：1清除廢氣，增加氣缸內(nèi)的新鮮充量。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。如圖：換氣損失功一X+（Y+W）,其中（W+Y）為排氣損失功，X為進(jìn)氣損失功。（―）排氣損失功YW是因排氣門(mén)提前開(kāi)啟而損失的膨脹功，稱為自由排氣損失。Y是活塞作用在廢氣上的推出功，稱為強(qiáng)制排氣損失功。排氣提前角TtwT,yJ。綜合效果，要求（Y+W）J，故（W+Y）有一個(gè)最佳值（W+Y）.。對(duì)應(yīng)mm排氣提前角亦有一個(gè)最佳值,nTT（W+Y）.T。mm（二） 進(jìn)氣損失功X進(jìn)氣損失功小于排氣損失功，即X<Y（三） 泵氣損失功（X+Y-D）在實(shí)際示功圖中，把（W+d）歸到指示功中考慮。而把泵氣損失功（X+Y-d）歸到機(jī)械損失中考慮?！?-2四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的充氣效率—充氣效率（一）定義為比較不同大小、不同類(lèi)型發(fā)動(dòng)機(jī)的充氣品質(zhì)和換氣過(guò)程的完善程度，不受氣缸工作容積vh的影響，引入充氣效率nv的概念。h V由于有進(jìn)氣阻力等因素的影響，實(shí)際進(jìn)入氣缸中的新鮮充量必然小于理論上進(jìn)氣狀態(tài)下充滿工作容積的新鮮充量。二者之比稱為充氣效率nv,即實(shí)際進(jìn)入汽缸的新鮮充量進(jìn)氣狀態(tài)下充滿汽缸工作容積的新鮮充量AGAmV耳= = u_1vAGAmV0 0h其中：AG,Am,片一實(shí)際充量的重量，質(zhì)量和體積；AG0,Am0，V]—理論充量的重量，質(zhì)量和體積；進(jìn)氣狀態(tài)：非增壓：空氣濾清器后進(jìn)氣管內(nèi)的氣體狀態(tài)，通常取為當(dāng)?shù)氐拇髿鉅顟B(tài)。增壓：增壓器出口狀態(tài)。嚴(yán)格地說(shuō)，充氣效率應(yīng)為實(shí)際進(jìn)入汽缸的新鮮充量以標(biāo)準(zhǔn)大氣狀態(tài)充滿汽缸工作容積的新鮮充量更合理。這樣，在后面將要講到的大氣修正中，不同的壓力和溫度下進(jìn)氣量的比值就等于其充氣效率之比。否則，按照前頭的定義式，大氣溫度越高，充氣效率反而會(huì)越高，講起來(lái)似乎無(wú)法接受。而且也不具備可比性。(二)實(shí)際測(cè)量V'耳= 1vV'h=實(shí)際流量理論流量其中：V1—實(shí)際測(cè)量[m3/h]V'=嶺匚"-i? 60=0.03Vin[m3/]hh10002h充氣效率是衡量換氣過(guò)程進(jìn)行得完善程度的重要指標(biāo)。柴油機(jī)0.75?0.90汽油機(jī)0.70?0.85二充氣效率的分析式充入汽缸的新鮮充量=缸內(nèi)氣體的總質(zhì)量一缸內(nèi)殘余廢氣質(zhì)量(—)進(jìn)氣門(mén)關(guān)閉時(shí)缸內(nèi)氣體的總質(zhì)量m=(V+V')pa cha其中V—余隙容積；V；—進(jìn)氣門(mén)關(guān)閉時(shí)缸內(nèi)工作容積；p—進(jìn)氣終了缸內(nèi)氣體密度。a(二)排氣門(mén)關(guān)閉時(shí)缸內(nèi)殘余廢氣的質(zhì)量m=Vprrr其中V—排氣門(mén)關(guān)閉時(shí)缸內(nèi)容積；p—排氣門(mén)關(guān)閉時(shí)缸內(nèi)殘余廢氣密度。r r

（三） 充入汽缸的新鮮n量p ppTOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"V=*VV'） -Vvh0 cha其中po—大氣狀態(tài)下氣體密度。（四） 充氣效率的分析式\o"CurrentDocument"Am（V+V'）pn= =chvAm Vpo ho\o"CurrentDocument"V+V' Vchp—p—V a曠廠r=c cT

hpVoc4V苴中1+_h=4V苴中1+_h=8Vc—般8 =（08?09）8。若假設(shè)8=8,—壓縮比；1+V"e<c8—有效壓縮比；Vr沁Vc。e e8p—pr帶入理想氣體狀態(tài)方程式,（8—1）p0帶入理想氣體狀態(tài)方程式,得1T 0__1以（丁T丿0 ar其中p0,p

r,p其中p0,p

r,pT,Taa0T—排氣終了時(shí)殘余廢氣的壓力和溫度。rJ—nT；pJ,TT—nTov rr vn的分析式為定性分析n的影響因素提供了依據(jù)。v v§2-3影響充氣效率的各種因素-進(jìn)氣終了壓力pa（一）進(jìn)氣阻力Apap=p0-ApApJaApJaAp對(duì)paa（二） 轉(zhuǎn)速pJ—nJv的影響最大。進(jìn)氣系統(tǒng)的沿程阻力和局部阻力均會(huì)使Ap增大。anTtAp竹―pJ—nJa a v（三） 負(fù)荷汽油機(jī)：負(fù)荷Tt節(jié)氣們開(kāi)度T（質(zhì)調(diào)節(jié)）—ApJ—pT—nTv柴油機(jī)：負(fù)荷Tt循環(huán)供油量T（量調(diào)節(jié)）（與Ap無(wú)關(guān)）Ta熱負(fù)荷Ttttt耳J（不大）TOC\o"1-5"\h\za v汽油機(jī)n 柴油機(jī) Pe二進(jìn)氣終了溫度TtTtPjTnja a v（一） 轉(zhuǎn)速負(fù)荷一定：nTtTJTnTa v綜合p、T的影響，nTtnJoaa v（二） 負(fù)荷轉(zhuǎn)速一定：負(fù)荷Tt熱負(fù)荷Tt卩TtnJa v柴油機(jī)：進(jìn)、排氣管分置。避免排氣管對(duì)進(jìn)氣管加熱，使TJtnTa v汽油機(jī)：進(jìn)、排氣管同置。雖然^TtnJ,但燃油受熱增發(fā)快，可以改善混合氣形成。a v三排氣終了壓力prPTt殘余廢氣量TTnJvP*排氣門(mén)處的阻力*n2，所以rnTTpTtnJ（影響較?。﹙四排氣終了溫度TrTTtnTv五壓縮比wsTtnTvn公式僅為定性分析用的，是粗略的。還有許多因素未予考慮。如：壓力v升高比九，絕熱指數(shù)k,進(jìn)氣馬赫數(shù)Ma，熱傳輸和過(guò)量空氣系數(shù)等。

§2-4提高充氣效率的措施減小進(jìn)氣系統(tǒng)阻力。沿程阻力，局部阻力（節(jié)流阻力）。汽油機(jī)：空氣濾清器T化油器T進(jìn)氣管T進(jìn)氣道T進(jìn)氣門(mén)柴油機(jī)：空氣濾清器T進(jìn)氣管T進(jìn)氣道T進(jìn)氣門(mén)-減小流動(dòng)阻力（一）進(jìn)氣門(mén)進(jìn)氣門(mén)直徑d進(jìn)般:進(jìn)氣門(mén)直徑d進(jìn)般:進(jìn)氣門(mén)流通面積活塞頂面積=0.20?0.25dTtpTt“T（影響大）TOC\o"1-5"\h\z進(jìn) a vd地Ttp nt（影響?。‐o"CurrentDocument"排 r v—般：d>d般.進(jìn) 排2四氣門(mén)流通面積fiT40%左右。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)較咼。ftttntTtntt（可達(dá)30%）,gw1 v e e3氣門(mén)升程hhT,時(shí)面值Ttntv4閥頂過(guò)渡圓角RrTTt幾JtnJ1 vrJJ—t流動(dòng)阻力T—tnJvR應(yīng)適中。（二）進(jìn)氣管1表面光潔度和流通面積表面光潔度T,流通面積Tt沿程阻力JtnTV2轉(zhuǎn)彎和節(jié)流阻力轉(zhuǎn)彎半徑RT,截面突變JtnTV3截面形狀考慮汽油機(jī)的霧化，蒸發(fā)，則管壁面積Tt沉積Tt蒸發(fā)Jt混合氣分配不均勻截面形狀流動(dòng)阻力底部蒸發(fā)TOC\o"1-5"\h\z圓形 矩形 D形截面形狀流動(dòng)阻力底部蒸發(fā)小 大 中小 中 大柴油機(jī)不存在底部蒸發(fā)問(wèn)題，故多采用流動(dòng)阻力小的圓形進(jìn)氣管。（三）進(jìn)氣道轉(zhuǎn)彎半徑只匸，表面光潔度T，各管口與墊片孔口對(duì)中T流動(dòng)阻力/tnvT設(shè)計(jì)時(shí)還要考慮組織進(jìn)氣渦流。（四） 空氣濾清器通道面積T,除塵效果Tt流動(dòng)阻力/thTv經(jīng)常清洗，更換紙芯。（五） 化油器喉口截面積流動(dòng)阻力Tth 但霧化效果t。v解決這對(duì)矛盾，采用雙喉口。小喉口：霧化；大喉口：進(jìn)氣。二合理選擇配氣定時(shí)（一）配氣定時(shí)的綜合評(píng)定1良好的充氣效率以保證發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能。2合適的充氣效率以適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩特性。3較小的換氣損失以適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性能。4必要的燃燒室掃氣以保證高溫零件的熱負(fù)荷得以適當(dāng)降低，達(dá)到可靠運(yùn)行。5合適的排氣溫度。調(diào)整：1，2—進(jìn)氣遲閉角；3—排氣提前角；4,5—?dú)忾T(mén)疊開(kāi)角（二）進(jìn)氣遲閉角9.i轉(zhuǎn)速n一定時(shí)，總有一個(gè)進(jìn)氣遲閉角9.使得充氣效率h為最大。i vnJJT氣流慣性Jt缸內(nèi)氣體易倒流進(jìn)氣管thJVnTTt一部分氣體來(lái)不及進(jìn)入汽缸tHJV9?Tt對(duì)應(yīng)H 的nTi v,max所以，高速發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速大，要獲得好的充氣效率和動(dòng)力性，進(jìn)氣遲閉角應(yīng)大——止匕二Oo

, 木 木 V￡9 T,5=i= 其中§—后期膨脹比。o v Vp考慮經(jīng)濟(jì)性，在排氣損失最小的前提下，盡量減小排氣提前角。（四）氣門(mén)疊開(kāi)角申.i,o申?TTt缸內(nèi)氣體易倒流進(jìn)氣管；申?J/tpT,FTt耳Ji,o i,o r a v增壓發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)疊開(kāi)角應(yīng)大一些。§2-5進(jìn)氣管內(nèi)的動(dòng)態(tài)效應(yīng)一現(xiàn)象195柴油機(jī)：進(jìn)氣管長(zhǎng)度L=300mm L=1140mm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。進(jìn)氣門(mén)開(kāi)閉時(shí)：pTt nTiI v排氣門(mén)開(kāi)閉時(shí)：p'Jtprjtnto C v動(dòng)態(tài)效應(yīng)與進(jìn)排氣管的長(zhǎng)度和直徑有關(guān)。二波的動(dòng)態(tài)機(jī)理膨脹波—"V膨脹波—"V壓縮波閉口開(kāi)口閉口端：進(jìn)：壓縮波t反射：壓縮波一同型波進(jìn)：膨脹波T反射：膨脹波一同型波開(kāi)口端：進(jìn)：壓縮波t反射：膨脹波一異型波進(jìn)：膨脹波T反射：壓縮波一異型波三進(jìn)氣動(dòng)態(tài)效應(yīng)（一）慣性效應(yīng)階段：進(jìn)氣門(mén)開(kāi)t進(jìn)氣門(mén)閉J膨脹波T壓縮波（進(jìn)氣門(mén)閉）ZM；（二）波動(dòng)效應(yīng)階段：進(jìn)氣門(mén)閉T下一循環(huán)進(jìn)氣門(mén)開(kāi)J壓縮波T膨脹波J膨脹波T壓縮波（進(jìn)氣門(mén)開(kāi)）壓力波動(dòng)是周期性的。壓力波固有頻率：J「 a廣］=4L［1/s］其中a—進(jìn)氣管內(nèi)聲速。,nn發(fā)動(dòng)機(jī)吸氣頻率：f=60%2=120[I"]f30a令：q=―1=f2nL當(dāng)q=1，2,3…時(shí)，進(jìn)氣門(mén)開(kāi)，則p?T耳vJ。111V當(dāng)q=1_,2_,3_…時(shí)，進(jìn)氣門(mén)開(kāi)，則pjT耳J。四結(jié)論1慣性效應(yīng)（本循環(huán)），振幅大，衰減小。波動(dòng)效應(yīng)（兩循環(huán)），振幅小，衰減大。2高速發(fā)動(dòng)機(jī)，進(jìn)氣管短；低速發(fā)動(dòng)機(jī)，進(jìn)氣管長(zhǎng)。3進(jìn)氣管直徑流動(dòng)阻力Tt壓力波