《汽車拖拉機(jī)學(xué) 第2版》(中文電子課件)第四章 發(fā)動機(jī)換氣系統(tǒng)

汽車拖拉機(jī)學(xué)2024/7/2《汽車拖拉機(jī)學(xué)》課件第四章發(fā)動機(jī)換氣系統(tǒng)第四章發(fā)動機(jī)換氣系統(tǒng)第一節(jié)配氣機(jī)構(gòu)第二節(jié)近氣裝置與排氣裝置第三節(jié)換氣過程和換氣損失第四節(jié)發(fā)動機(jī)進(jìn)氣增壓技術(shù)《汽車拖拉機(jī)學(xué)》課件2024/7/21第四章的教學(xué)內(nèi)容配氣機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)原理進(jìn)氣裝置與排氣裝置的結(jié)構(gòu)原理換氣過程與換氣損失原理第四章的重點(diǎn)、難點(diǎn)掌握氣門間隙的調(diào)整掌握配氣相位設(shè)計(jì)掌握進(jìn)氣增壓技術(shù)設(shè)計(jì)第四章的教學(xué)要求1.氣門間隙的調(diào)整與實(shí)踐2.配氣相位設(shè)計(jì)與實(shí)踐3.進(jìn)氣增壓技術(shù)設(shè)計(jì)與實(shí)踐第四章的課程思政融入點(diǎn)科學(xué)精神創(chuàng)新思維適應(yīng)發(fā)展科技發(fā)展自主學(xué)習(xí)第四章的課程思政的育人目標(biāo)第四章的“耕讀教育”思政點(diǎn)映射表課程耕讀教育要點(diǎn)耕讀教育映射與融入點(diǎn)教育方法與載體途徑耕讀育人預(yù)期成效氣門間隙的調(diào)整與實(shí)踐1.氣門為何需要有一定的間隙？2.進(jìn)氣門間隙與排氣門間隙是一致的嗎？3.氣門間隙是怎樣實(shí)現(xiàn)從人工調(diào)整到自動調(diào)整的？信息化載體、參觀體驗(yàn)、課堂討論；制作講義或教材、制作PPT科學(xué)精神創(chuàng)新思維適應(yīng)發(fā)展配氣相位設(shè)計(jì)與實(shí)踐1.進(jìn)、排氣門的配氣相位是如何變化的？2.配氣相位對發(fā)動機(jī)的功率有何影響？3.可變配氣相位是如何實(shí)現(xiàn)的？信息化載體、參觀體驗(yàn)、課堂討論；制作講義或教材、制作PPT科學(xué)精神科技發(fā)展自主學(xué)習(xí)進(jìn)氣增壓技術(shù)設(shè)計(jì)與實(shí)踐1.發(fā)動機(jī)為何從自然吸氣向增壓進(jìn)氣發(fā)展？2.為何汽油機(jī)和柴油機(jī)越來越多采用廢氣渦輪增壓技術(shù)？3.為何有的發(fā)動機(jī)采用雙增壓技術(shù)？信息化載體、參觀體驗(yàn)、課堂討論；制作講義或教材、制作PPT科學(xué)精神科技發(fā)展創(chuàng)新思維7

2024/7/2第一節(jié)配氣機(jī)構(gòu)8

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換氣系統(tǒng)的作用是根據(jù)發(fā)動機(jī)各缸的工作循環(huán)和著火次序適時地開啟和關(guān)閉各缸的進(jìn)、排氣門，使足量的純凈空氣或空氣與燃油的混合氣及時地進(jìn)入氣缸，并及時地將廢氣排出。

換氣系統(tǒng)主要由配氣機(jī)構(gòu)、進(jìn)氣裝置、排氣裝置等組成。9一、配氣機(jī)構(gòu)

1.配氣機(jī)構(gòu)的作用

配氣機(jī)構(gòu)的作用是按照發(fā)動機(jī)各缸的工作過程和著火順序的要求，定時開啟和關(guān)閉各缸進(jìn)、排氣門，準(zhǔn)時地供給清潔、足量的新鮮工作介質(zhì)（空氣或可燃混合氣），及時并盡可能徹底地排出廢氣，以保證發(fā)動機(jī)燃燒過程的有效進(jìn)行。配氣機(jī)構(gòu)工作得好壞，對發(fā)動機(jī)的工作性能影響很大。同時配氣機(jī)構(gòu)又是發(fā)動機(jī)噪聲的主要來源之一。2024/7/2第一節(jié)配氣機(jī)構(gòu)10二、配氣機(jī)構(gòu)的類型

1.按氣門的布置位置分

按氣門的布置位置不同，配氣機(jī)構(gòu)可以分為側(cè)置氣門式和頂置氣門式。

側(cè)置式的氣門布置在氣缸的一側(cè)，使燃燒室結(jié)構(gòu)不緊湊，熱量損失大，氣道比較曲折，進(jìn)氣流通阻力大，從而使發(fā)動機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和動力性變差。目前，這種布置形式已被淘汰。

現(xiàn)代汽車發(fā)動機(jī)均采用氣門布置在氣缸蓋上的頂置式氣門結(jié)構(gòu)

拖拉機(jī)柴油機(jī)一般采用搖臂推桿頂置式配氣結(jié)構(gòu)2024/7/2第一節(jié)配氣機(jī)構(gòu)11

1.按氣門的布置位置分2024/7/212

2.按凸輪軸布置位置分

按凸輪軸布置位置不同，配氣機(jī)構(gòu)分為上置凸輪軸配氣機(jī)構(gòu)、中置凸輪軸配氣機(jī)構(gòu)、下置凸輪軸配氣機(jī)構(gòu)3種。（1）下置凸輪軸配氣機(jī)構(gòu)

將凸輪軸布置在曲軸箱上，由曲軸正時齒輪帶動凸輪軸旋轉(zhuǎn)。這種結(jié)構(gòu)布置的主要優(yōu)點(diǎn)是凸輪軸離曲軸較近，可用齒輪驅(qū)動，傳動簡單。但存在零件較多、傳動鏈長、系統(tǒng)彈性變形大、影響配氣準(zhǔn)確性等缺點(diǎn)。在轎車高速發(fā)動機(jī)中已趨于淘汰，輕、中型汽車上還有應(yīng)用。2024/7/213

（2）中置凸輪軸配氣機(jī)構(gòu)

將凸輪軸布置在曲軸箱上。與下置凸輪軸相比，省去了推桿，由凸輪軸經(jīng)過挺柱直接驅(qū)動搖臂，減小了氣門傳動機(jī)構(gòu)的往復(fù)運(yùn)動質(zhì)量，適應(yīng)更高速的發(fā)動機(jī)。2024/7/214

（3）上置凸輪軸配氣機(jī)構(gòu)

將凸輪軸直接布置在氣缸蓋上，直接通過搖臂或凸輪來推動氣門的開啟和關(guān)閉。這種傳動機(jī)構(gòu)沒有推桿等運(yùn)動件，系統(tǒng)往復(fù)運(yùn)動質(zhì)量大大減小，非常適合現(xiàn)代高速發(fā)動機(jī)，尤其是轎車發(fā)動機(jī)。

根據(jù)頂置氣門凸輪軸的個數(shù)不同，上置凸輪軸配氣機(jī)構(gòu)又分為單頂置凸輪軸（SOHC）和雙頂置凸輪軸（DOHC）兩種。1)單頂置凸輪軸。僅用一根凸輪軸同時驅(qū)動進(jìn)、排氣門,結(jié)構(gòu)簡單,布置緊湊。2)雙頂置凸輪軸。由兩個凸輪軸分別驅(qū)動進(jìn)、排氣門。其有兩種布置型式,一種是凸輪通過搖臂驅(qū)動氣門,另一種是凸輪直接驅(qū)動氣門,有利于增加氣門數(shù)目,提高進(jìn)、排氣效率,提高發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速,是現(xiàn)代高速發(fā)動機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的主要型式。2024/7/215

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3.按曲軸和配氣凸輪軸的傳動方式分

根據(jù)曲軸和配氣凸輪軸的傳動方式不同，配氣機(jī)構(gòu)可分為齒輪傳動、鏈傳動和同步帶傳動3種。（1）齒輪傳動

凸輪軸下置、中置的配氣機(jī)構(gòu)大多采用齒輪傳動。一般從曲軸到凸輪軸間的傳動只需一對正時齒輪，必要時可加裝中間齒輪。為了嚙合平穩(wěn)，減小噪聲，正時齒輪多用斜齒輪，也有的采用夾布膠木制造，以減小噪聲。

為了裝配時保證配氣相位正確，齒輪上都有正時標(biāo)記，裝配時必須按要求對齊。2024/7/22024/7/21718

（2）鏈傳動

鏈傳動多用在凸輪軸頂置的配氣機(jī)構(gòu)中。為使傳動鏈在工作時具有一定的張力而不至于脫落，一般裝有導(dǎo)鏈板和張緊輪等。這種傳動的優(yōu)點(diǎn)是布置容易，若傳動距離較遠(yuǎn)，還可用兩級鏈傳動。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)質(zhì)量及噪聲較大，鏈的可靠性和耐久性不易得到保證。（3）同步帶傳動

現(xiàn)代高速發(fā)動機(jī)廣泛采用同步帶傳動。同步帶用氯丁橡膠制成，中間夾有玻璃纖維和尼龍織物，以增加強(qiáng)度。同步帶的張力可以由張緊輪進(jìn)行調(diào)整。這種傳動方式可以減小噪聲，減小結(jié)構(gòu)質(zhì)量和降低成本2024/7/219

4.按每缸氣門的數(shù)目分

根據(jù)每缸氣門的數(shù)目不同，配氣機(jī)構(gòu)有2氣門、3氣門、4氣門和5氣門之分。

傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)都采用每缸2氣門（一個進(jìn)氣門，一個排氣門）。為了改善發(fā)動機(jī)的充氣性能，應(yīng)盡量加大氣門的直徑，但由于氣缸的限制，氣門的直徑不能超過氣缸直徑的一半。因此，現(xiàn)代汽車發(fā)動機(jī)中，普遍采用多氣門（3～5氣門）結(jié)構(gòu)，使發(fā)動機(jī)的進(jìn)排氣流通截面積增大，提高了充氣效率，改善了發(fā)動機(jī)的動力性能、經(jīng)濟(jì)性能和排放性能。2024/7/220

當(dāng)每缸采用4氣門時，氣門的排列方式有兩種：一種是同名氣門排成兩列，由一根凸輪軸通過T形驅(qū)動桿同時驅(qū)動，由于兩同名氣門在氣道中的位置不同，可能使二者的工作條件和工作效果不一致，故不常用；另一種是同名氣門排成一列，這種結(jié)構(gòu)在組織進(jìn)氣渦流、保證排氣門及缸蓋熱負(fù)荷均勻等方面都具有優(yōu)越性，但一般需要兩根凸輪軸，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。2024/7/221三、配氣機(jī)構(gòu)的主要部件

配氣機(jī)構(gòu)的主要部件有氣門組、氣門傳動組。1.氣門組氣門組主要由氣門、氣門座、氣門導(dǎo)管、氣門彈簧、氣門鎖夾等零件組成2024/7/2第一節(jié)配氣機(jī)構(gòu)22

1.氣門組（1）氣門氣門的作用是控制進(jìn)、排氣道的開啟和關(guān)閉，在壓縮和做功沖程保證氣缸密封良好，因此對發(fā)動機(jī)的動力性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性、耐久性和啟動性能等均有很大影響，是發(fā)動機(jī)重要零件之一。氣門分為進(jìn)氣門和排氣門。進(jìn)氣門一般用中碳合金鋼（鉻鋼、鉻鉬鋼和鎳鉻鋼等）制造；排氣門則用耐熱合金鋼（硅鋁鋼、硅鉻鉬鋼和硅鉻錳鋼等）制成。高強(qiáng)化發(fā)動機(jī)可用奧氏體鋼或鉻鎳鎢鉬鋼制作氣門。氣門由頭部和桿部兩部分組成。2024/7/223

①氣門頭部。頭部用來封閉氣缸的進(jìn)、排氣通道。氣門頭部的形狀有平頂、喇叭形頂和球面頂。2024/7/224

目前使用最多的是平頂氣門，其結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，吸熱面積較小，質(zhì)量小，進(jìn)、氣門均可采用。喇叭形頂頭部與桿部的過渡部分具有一定的流線型，氣流流通較便利，可減小進(jìn)氣阻力，但其頂部受熱面積較大，故多用于進(jìn)氣門。球面頂氣門頭部，其強(qiáng)度高，排氣阻力小，廢氣清除效果好，適用于排氣門，但球形氣門頂部的受熱面積大，質(zhì)量和慣性力也大，加工較困難。氣門頭部與氣門座圈接觸的工作面是與桿部同心的錐面，通常將這一錐面與氣門頂部平面的夾角稱為氣門錐角，一般做成45°，少數(shù)為30°。2024/7/225

采用錐形工作面的目的:像錐形塞子可以塞緊瓶口一樣,能獲得較大的氣門座閉合壓力,提高密封性和導(dǎo)熱性;氣門落座時有定位作用;避免氣流拐彎過大而降低流速。為了保證良好密合,裝配前應(yīng)將氣門頭與氣門座二者的密封錐面互相研磨,研磨好的零件不能互換。氣門頭部直徑越大,氣門口通道截面就越大,進(jìn)、排氣阻力就越小。為了盡量減小進(jìn)氣阻力,進(jìn)氣門直徑比排氣門大15%~30%。但在排氣門數(shù)目少于進(jìn)氣門數(shù)目的發(fā)動機(jī)中(如3個進(jìn)氣門,2個排氣門),排氣門頭部直徑大于進(jìn)氣門。2024/7/226

②氣門桿部桿部的功用是為氣門的運(yùn)動進(jìn)行導(dǎo)向。氣門桿有較高的加工精度和表面粗糙度要求，應(yīng)與氣門導(dǎo)管有良好配合。氣門桿尾部結(jié)構(gòu)取決于氣門彈簧座的固定方式，常用的結(jié)構(gòu)是用剖分成兩半的錐形鎖片來固定氣門彈簧座。這時氣門桿的尾部可切出環(huán)形槽來安裝鎖片；也可以用鎖銷來固定氣門彈簧座，對應(yīng)的氣門桿尾部應(yīng)有一個用來安裝鎖銷的徑向孔。2024/7/227

（2）氣門座氣門座的作用是靠其內(nèi)錐面與氣門錐面的緊密貼合密封氣缸，并接受氣門傳來的熱量。氣門座可直接在氣缸蓋上加工出來，也可用合金鑄鐵或奧氏體鋼制成單獨(dú)的氣門座圈，再鑲嵌到氣缸蓋相應(yīng)的座孔中，構(gòu)成鑲嵌式氣門座。鑲嵌式氣門座可使鋁合金和鑄鐵氣缸蓋的使用壽命得以延長。氣門座也有相應(yīng)的錐面與氣門頭部錐面相配合。2024/7/228

（3）氣門導(dǎo)管氣門導(dǎo)管的主要作用是保證氣門作穩(wěn)定的往復(fù)直線運(yùn)動，保證氣門與氣門座正確配合，對氣門起導(dǎo)向作用。此外，還擔(dān)負(fù)部分傳熱作用。氣門導(dǎo)管通常為圓柱形管。外圓與內(nèi)孔均需精加工，為了外圓表面磨削方便，一般不設(shè)臺肩。外圓柱面以一定的過盈量壓入缸蓋。其材料要求耐磨性好，以減少內(nèi)孔磨損，常用合金鑄塊或鐵基粉末冶金。當(dāng)采用鋁合金缸蓋時，考慮鋁合金熱膨脹系數(shù)較大，工作時氣門導(dǎo)管可能松脫，因而有必要采用安全措施，如加卡圈等。2024/7/229

（4）氣門彈簧氣門彈簧借其張力克服氣門關(guān)閉過程中氣門及傳動件因慣性力而產(chǎn)生的間隙，保證氣門及時落座并緊密貼合，同時也可防止氣門在發(fā)動機(jī)振動時因跳動而破壞密封。為了防止彈簧發(fā)生共振，可采用變螺距的圓柱形彈簧。大多數(shù)高速發(fā)動機(jī)是一個氣門裝有同心安裝的內(nèi)、外兩根氣門彈簧，這樣不但可以防止共振，而且當(dāng)一個彈簧折斷時，另一根仍可維持工作。此外，還能減小氣門彈簧的高度。當(dāng)裝用兩根氣門彈簧時，氣門彈簧的螺旋方向和螺距應(yīng)各不相同，這樣可以防止折斷的彈簧圈卡入另一個彈簧圈內(nèi)。2024/7/230

（5）氣門鎖夾氣門彈簧座的固定方式有兩種。一種是鎖夾式，在氣門桿端部的溝槽上裝有兩個半圓形的錐形鎖夾，彈簧座緊壓鎖夾，使其緊箍在氣門桿端部，從而使彈簧座、鎖夾與氣門連接成一整體，與氣門一起運(yùn)動。另一種是以鎖銷代替鎖夾，在氣門桿端有一個用來安裝鎖銷的徑向孔，通過鎖銷進(jìn)行連接。2024/7/231

1.氣門傳動組氣門傳動組的作用是使氣門按發(fā)動機(jī)配氣相位規(guī)定的時刻及時開、閉，并保證規(guī)定的開啟持續(xù)時間和開啟高度。（1）凸輪軸凸輪軸主要由凸輪和凸輪軸軸頸等組成。對于下置凸輪軸的汽油機(jī)還具有用以驅(qū)動分電器等的螺旋齒輪和用以驅(qū)動汽油泵的偏心輪。凸輪受到氣門間歇性開啟的周期性沖擊載荷，因此要求凸輪表面要耐磨，凸輪軸要有足夠的韌性和剛度。凸輪軸一般用優(yōu)質(zhì)鋼模鍛制成，或用球墨鑄鐵、合金鑄鐵鑄造制成。凸輪和軸頸的工作表面經(jīng)熱處理后精磨，以提高耐磨性。2024/7/232

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同一氣缸的進(jìn)、排氣凸輪的相對角位置是與既定的配氣相位相適應(yīng)的。發(fā)動機(jī)各個氣缸的進(jìn)、排氣凸輪的相對角位置應(yīng)符合發(fā)動機(jī)各缸的點(diǎn)火順序和點(diǎn)火間隔時間的要求。因此，根據(jù)凸輪軸的旋轉(zhuǎn)方向以及各缸進(jìn)、排氣和凸輪的工作順序，就可以判定發(fā)動機(jī)的點(diǎn)火次序。四缸四沖程發(fā)動機(jī)，每完成一個工作循環(huán)，曲軸需旋轉(zhuǎn)兩周而凸輪軸只旋轉(zhuǎn)一周，在這期間內(nèi)，每個氣缸都要進(jìn)行一次進(jìn)氣或排氣，且各缸進(jìn)氣與排氣的時間間隔相等，即各缸進(jìn)氣或排氣凸輪彼此間的夾角均為360°/4=90°。2024/7/234發(fā)動機(jī)的凸輪軸旋轉(zhuǎn)方向（從前端向后看）為逆時針方向，則該發(fā)動機(jī)的點(diǎn)火次序?yàn)?-2-4-3。若六缸四沖程發(fā)動機(jī)的凸輪軸沿逆時針方向旋轉(zhuǎn)，其點(diǎn)火次序?yàn)?-5-3-6-2-4，任何兩個相繼點(diǎn)火的氣缸進(jìn)或排氣凸輪間的夾角均為360°/6=60°，2024/7/235

（2）挺柱挺柱的作用是將凸輪的推力傳給推桿或氣門，承受凸輪旋轉(zhuǎn)時傳來的側(cè)向力并傳給發(fā)動機(jī)機(jī)體。常用的有菌形挺柱、平面挺柱和桶形挺柱3種。挺柱工作時，由于受凸輪側(cè)向推力的作用會引起挺柱與導(dǎo)管間的單面摩擦。為了減小這種單面摩擦及磨損，一般采取以下方法：①將挺柱工作面制成球面，這樣可使挺柱在工作時繞其中心線稍有轉(zhuǎn)動，達(dá)到磨損均勻的目的。②挺柱相對凸輪偏心安置，工作時，挺柱繞其中心線稍作轉(zhuǎn)動。③挺柱外表面制成兩端小、中間大的桶形，當(dāng)挺柱在座孔中歪斜時，它的定位作用仍可保證凸輪型面全寬與挺柱表面相接觸，減小接觸應(yīng)力，使磨損均勻。2024/7/236

熱膨脹造成的氣門關(guān)閉不嚴(yán)的問題用預(yù)留氣門間隙的方法來解決；但由于氣門間隙的存在，配氣機(jī)構(gòu)在工作時將產(chǎn)生沖擊而發(fā)出響聲。為了解決這一矛盾，有的發(fā)動機(jī)上采用了液力挺柱。2024/7/237

（3）推桿氣門推桿用于下置凸輪軸頂置氣門的配氣機(jī)構(gòu)。它的功用是將挺柱、凸輪傳來的運(yùn)動傳給搖臂。對推桿的要求是剛度強(qiáng)、質(zhì)量輕。推桿多為細(xì)長桿，用無縫鋼管或空心鋼管制成，其兩端焊有不同形狀的鋼頭。上端頭部是凹球形，與搖臂調(diào)節(jié)螺釘球頭接觸，下端頭部為圓球形，放置在挺柱的凹球形支承座內(nèi)。兩端頭部都經(jīng)過熱處理，以改善耐磨性能。（4）搖臂搖臂是一個雙臂杠桿，其功用是改變推桿傳來的運(yùn)動方向，并將運(yùn)動傳給氣門桿尾端，以推開氣門。2024/7/238

（4）搖臂搖臂兩邊臂長的比值稱為搖臂比。搖臂比一般為1.2～1.8。短臂端裝有調(diào)節(jié)螺釘而與推桿接觸，長臂端用以推動氣門桿端。因此，在一定的氣門開度下，可減少凸輪的最大升程。工作時，搖臂承受較大的彎曲應(yīng)力，搖臂長端頭部沿氣門桿端滑移易磨損，所以要求它具有足夠的強(qiáng)度、剛度和耐磨性。搖臂通過搖臂軸支承在搖臂支座上。搖臂軸為中空形，搖臂內(nèi)鉆有油孔，機(jī)油從支座的油道經(jīng)搖臂軸通向搖臂的兩端進(jìn)行潤滑。為了防止搖臂在軸上產(chǎn)生軸向移動，相鄰兩搖臂間裝有彈簧。2024/7/22024/7/239（5）正時齒輪

正時齒輪的功用是將曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動傳給各輔助機(jī)構(gòu)，如凸輪軸、噴油泵等。凸輪軸、噴油泵與曲軸的旋轉(zhuǎn)必須保持著嚴(yán)格的相對位置關(guān)系，一般都采用斜齒輪傳動，并在齒輪端面上打上裝配標(biāo)記。小齒輪和大齒輪分別用鍵裝在曲軸和凸輪軸的前端，其傳動比為2：1。安裝時各齒輪上的標(biāo)記必須對準(zhǔn)（圖4-21），以保證正確的配氣相位和點(diǎn)火時刻。2024/7/240

正時斜齒輪副在傳動過程中會產(chǎn)生軸向力，導(dǎo)致凸輪軸產(chǎn)生軸向竄動。因此凸輪軸必須采用軸向限位裝置，常見的軸向限位裝置如圖4-22所示。在凸輪軸前軸頸與正時齒輪之間，壓裝一個調(diào)節(jié)隔圈，在調(diào)節(jié)隔圈外再套上止推板，止推板用螺釘固定在機(jī)體前端面上。調(diào)節(jié)隔圈、凸輪軸正時齒輪輪轂與第一凸輪軸軸頸端面緊緊靠在一起。由于調(diào)節(jié)隔圈比止推板厚0.08～0.20mm，因此在止推板和凸輪軸正時齒輪輪轂或止推板與第一凸輪軸軸頸斷面之間形成0.08～0.20mm的間隙，此間隙即為凸輪軸最大軸向移動量?？赏ㄟ^改變調(diào)節(jié)隔圈的厚度來調(diào)整凸輪軸產(chǎn)生軸向移動量。41四、配氣相位

1.配氣相位的定義正進(jìn)、排氣門開啟和關(guān)閉時刻所對應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角稱為配氣相位，簡稱配氣相位。表示配氣相位的環(huán)形圖稱為配氣相位圖。發(fā)動機(jī)的配氣相位對其性能，特別是對發(fā)動機(jī)的動力性和經(jīng)濟(jì)性有很大影響。從理論上講，四行程發(fā)動機(jī)配氣相位與活塞行程的開始和結(jié)束相對應(yīng)，即進(jìn)氣門應(yīng)在上止點(diǎn)時開啟、在下止點(diǎn)時關(guān)閉，排氣門應(yīng)在下止點(diǎn)時開啟、在上止點(diǎn)時關(guān)閉，進(jìn)氣過程和排氣過程各對應(yīng)180°CA。但實(shí)際上發(fā)動機(jī)曲軸轉(zhuǎn)速很高，活塞每一行程歷時都很短，而且氣門在凸輪軸作用下逐漸開啟和關(guān)閉。2024/7/2第一節(jié)配氣機(jī)構(gòu)42

為保證氣缸進(jìn)氣充足和排氣徹底，實(shí)際上進(jìn)、排氣門應(yīng)提前打開和延遲關(guān)閉，即進(jìn)氣門在活塞到達(dá)上止點(diǎn)前開啟并在下止點(diǎn)后關(guān)閉；排氣門則在活塞到達(dá)下止點(diǎn)前開啟，而在上止點(diǎn)后關(guān)閉。2024/7/243

2.進(jìn)氣門配氣相位（1）進(jìn)氣提前角α在排氣行程接近終了、活塞到達(dá)上止點(diǎn)之前，進(jìn)氣門便開始開啟。從進(jìn)氣門開始開啟活塞移到上止點(diǎn)所對應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角，稱為進(jìn)氣提前角α。進(jìn)氣門提前開啟的目的是保證進(jìn)氣行程開始時進(jìn)氣門已經(jīng)開大，減小進(jìn)氣阻力，使新鮮氣體能順利地充入氣缸。2024/7/2（2）進(jìn)氣遲后角β在進(jìn)氣行程活塞到達(dá)下止點(diǎn)過后，活塞又上行一段時間，進(jìn)氣門才關(guān)閉。從下止點(diǎn)到進(jìn)氣門關(guān)閉所對應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角稱為進(jìn)氣遲后角β。進(jìn)氣門遲后關(guān)閉的目的是由于活塞到達(dá)下止點(diǎn)時，氣缸內(nèi)壓力仍低于大氣壓力，氣流還有相當(dāng)大的慣性，仍可以利用氣流慣性和壓力差繼續(xù)進(jìn)氣。由此可見，進(jìn)氣門開啟持續(xù)時間內(nèi)的曲軸轉(zhuǎn)角，即進(jìn)氣持續(xù)角度（α+180°+β）。α角一般為10°～30°，β角一般為30°～80°。2024/7/24445

3.排氣門配氣相位（1）排氣提前角γ在做功行程接近終了，活塞到達(dá)下止點(diǎn)之前，排氣門便開始開啟。從排氣門開始開啟到活塞移至下止點(diǎn)所對應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角γ稱為排氣提前角。排氣門提前開啟的目的是，當(dāng)做功行程活塞接近下止點(diǎn)時，氣缸內(nèi)的氣體還有0.30～0.50kPa的壓力，此壓力對做功的作用已經(jīng)不大，但仍比大氣壓力高，因此在此壓力作用下，氣缸內(nèi)的廢氣能迅速地自由排出；待活塞到達(dá)下止點(diǎn)時，氣缸內(nèi)只剩約0.115kPa的壓力，此時進(jìn)一步加大排氣門開度，可降低活塞上行的排氣阻力，使排氣行程所消耗的功率大為減小；此外，高溫廢氣迅速地排出，還可以防止發(fā)動機(jī)過熱，保持在正常的工作狀態(tài)。2024/7/246

（2）排氣遲后角δ在排氣行程接近終了，活塞越過上止點(diǎn)后，排氣門才關(guān)閉。從上止點(diǎn)到排氣門關(guān)閉所對應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角稱為排氣遲后角δ。排氣門遲后關(guān)閉的目的是由于活塞到達(dá)上止點(diǎn)時，氣缸內(nèi)的殘余廢氣壓力繼續(xù)高于大氣壓力，加之排氣時氣流有一定的慣性，仍可以利用氣流慣性和壓力差把廢氣排放得較充分。由此可見，排氣門開啟持續(xù)時間內(nèi)的曲軸轉(zhuǎn)角，即排氣持續(xù)角度為（γ+180°+δ）。γ角一般為40°～80°，δ角一般為10°～30°。2024/7/247

4.氣門重疊由于進(jìn)氣門在上止點(diǎn)前即開啟，而排氣門在上止點(diǎn)后才關(guān)閉，這就出現(xiàn)了在一段時間內(nèi)進(jìn)、排氣門同時開啟的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為氣門重疊，同時開啟的曲軸轉(zhuǎn)角（α+δ）稱為氣門重疊角。在這一重疊時間內(nèi)，由于進(jìn)氣歧管內(nèi)的新鮮氣流和排氣歧管內(nèi)的廢氣流的流動慣性都比較大，致使氣缸內(nèi)的氣體在短時間內(nèi)是不會改變流向的。所以只要?dú)忾T重疊角選擇適當(dāng)，就不會有廢氣倒流入進(jìn)氣歧管和新鮮氣體隨同廢氣排出的可能性。相反，由于廢氣氣流周圍有一定的真空度，對排氣速度有一定影響，從進(jìn)氣門進(jìn)入的少量新鮮氣體可對此真空度加以填補(bǔ)，還有助于廢氣的排出。2024/7/248

增壓柴油機(jī)氣門重疊角可選擇大一些。因?yàn)樵鰤翰裼蜋C(jī)進(jìn)氣壓力較高，廢氣不可能進(jìn)入進(jìn)氣歧管，并且可利用新鮮氣體將廢氣掃除干凈。不同發(fā)動機(jī)，由于其結(jié)構(gòu)形式、轉(zhuǎn)速各不相同，因而配氣相位也不相同。同一臺發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速不同也應(yīng)有不同的配氣相位，轉(zhuǎn)速越高，提前角和遲后角也應(yīng)越大，但這在發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)上很難做到。通常根據(jù)發(fā)動機(jī)性能要求，通過試驗(yàn)確定該種發(fā)動機(jī)在某一常用轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)較為合適的配氣相位。2024/7/249

5.可變配氣正時為了獲得發(fā)動機(jī)的高轉(zhuǎn)速、大功率，要求配氣機(jī)構(gòu)有較大的進(jìn)、排氣持續(xù)角度，特別是進(jìn)氣遲后角要大，充分利用氣體流動慣性，多進(jìn)氣；為了獲得發(fā)動機(jī)的低轉(zhuǎn)速、大轉(zhuǎn)矩，進(jìn)氣遲后角要小，防止低速倒流；為了獲得中小負(fù)荷較好的燃油經(jīng)濟(jì)性，氣門重疊角應(yīng)小。若能同時滿足上述要求，配氣機(jī)構(gòu)應(yīng)裝用可變配氣正時系統(tǒng)。2024/7/250四、氣門間隙

1.氣門間隙的定義

氣門間隙是指發(fā)動機(jī)冷態(tài)、氣門關(guān)閉時，氣門與搖臂之間的間隙。其作用是為氣門及驅(qū)動組件工作時留有受熱膨脹的余地。氣門間隙的大小由發(fā)動機(jī)制造廠根據(jù)試驗(yàn)確定。一般在冷態(tài)時，進(jìn)氣門的間隙為0.25～0.3mm，排氣門的間隙為0.30～0.35mm。如果氣門間隙過小，發(fā)動機(jī)在熱態(tài)下可能關(guān)閉不嚴(yán)而發(fā)生漏氣，導(dǎo)致功率下降，甚至燒壞氣門。如果氣門間隙過大，則傳動零件之間以及氣門與氣門座之間撞擊聲增大，并加速磨損。同時，也會使氣門開啟的延續(xù)角度變小，氣缸的充氣及排氣情況變壞。發(fā)動機(jī)工作中，由于氣門、驅(qū)動機(jī)構(gòu)及傳動機(jī)構(gòu)零件磨損，會導(dǎo)致氣門間隙產(chǎn)生變化，應(yīng)注意檢查調(diào)整。2024/7/2第一節(jié)配氣機(jī)構(gòu)51

2024/7/252

2.氣門間隙的調(diào)整（1）人工調(diào)整氣門間隙的調(diào)整可以通過搖臂一端的氣門間隙調(diào)整螺釘進(jìn)行（圖4-24），旋入間隙變小，旋出間隙變大，主要用于拖拉機(jī)發(fā)動機(jī)上。調(diào)整氣門間隙時，必須使活塞處于壓縮行程上止點(diǎn)附近，此時進(jìn)、排氣門都處于關(guān)閉狀態(tài)。對于多缸發(fā)動機(jī)，一般首先確定第一缸的上止點(diǎn)，調(diào)整好第一缸的氣門間隙后，再根據(jù)該機(jī)的工作順序和著火間隔角，依次對其他各缸的氣門間隙進(jìn)行調(diào)整。（2）自動調(diào)整對于采用液壓挺柱的發(fā)動機(jī)不預(yù)留氣門間隙，利用液壓油使挺柱的頂面與凸輪始終緊貼狀態(tài)，即自動調(diào)節(jié)了氣門間隙，主要用汽車發(fā)動機(jī)上。2024/7/253

2024/7/2第二節(jié)進(jìn)氣裝置與排氣裝置54一、進(jìn)氣裝置

發(fā)動機(jī)進(jìn)、排氣裝置的功用是供給發(fā)動機(jī)工作時所需要的新鮮、清潔的可燃混合氣或空氣，并將發(fā)動機(jī)燃燒后的廢氣排至大氣。發(fā)動機(jī)進(jìn)氣裝置主要由空氣濾清器、進(jìn)氣總管、進(jìn)氣岐管等組成。進(jìn)氣裝置上一般安裝空氣流量計(jì)，用于測量空氣的流量，是供油控制的主要傳感器之一。2024/7/2第二節(jié)進(jìn)氣裝置與排氣裝置55

1.空氣濾清器（1）功用空氣濾清器的作用是濾清空氣中所含的塵土和雜質(zhì)，讓潔凈的空氣進(jìn)入氣缸，以減少氣缸、活塞、活塞環(huán)等有關(guān)零件的磨損，延長發(fā)動機(jī)的使用壽命。（2）類型空氣濾清器應(yīng)具有較強(qiáng)的除塵能力，流動阻力小，并能較長時間使用而不降低其工作性能。根據(jù)工作原理的不同，空氣濾清器可分慣性式、過濾式和黏附式；根據(jù)空氣通過的介質(zhì)狀態(tài)的不同可分為干式和濕式兩種，汽油機(jī)一般采和干式空氣濾清器，柴油機(jī)一般采用濕式空氣濾清器。2024/7/256

（3）濕式空氣濾清器

下圖為柴油機(jī)的濕式空氣濾清器。它包含了慣性式、過濾式和黏附式3種過濾原理。柴油機(jī)工作時，在進(jìn)氣行程的氣缸真空吸力作用下，空氣經(jīng)導(dǎo)流板產(chǎn)生高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，較大的塵粒在離心力的作用下被甩向集塵罩，然后再落入集塵杯內(nèi)。2024/7/2經(jīng)過一級慣性過濾的空氣，沿吸氣管向下流動，沖擊油碗中的機(jī)油油面，并急劇改變方向向上流動，一部分塵土因?yàn)閼T性的作用而黏附在油面上，這是第二級黏附式過濾?？諝庠傧蛏贤ㄟ^濺有機(jī)油的金屬絲濾芯，細(xì)小的塵粒被阻擋在濾芯外并黏附在濾芯上。經(jīng)過這三級過濾后，清潔的空氣才由進(jìn)氣管被吸入氣缸。58

（4）干式空氣濾清器與濕式濾清器相比，紙質(zhì)空氣濾清器具有質(zhì)量輕、體積小、成本低等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是使用壽命較短，需定期更換濾芯。2024/7/2干式紙質(zhì)濾清器的構(gòu)造如圖所示，其濾芯由樹脂處理的微孔濾紙制成，濾芯的上下兩端有塑料密封圈。工作時空氣首先從上蓋及殼體之間的空隙進(jìn)入濾芯外腔，經(jīng)過濾后再進(jìn)入濾芯內(nèi)腔而流向進(jìn)氣管。為了延長紙質(zhì)濾芯的使用壽命，一般汽車每行駛一定里程就進(jìn)行一次保養(yǎng)，即取出濾芯，采用輕拍或用壓縮空氣法去除沉積在濾芯外表面的灰塵。使用一定時間后需要更換60

2.進(jìn)氣總管進(jìn)氣總管是指空氣濾清器到進(jìn)氣歧管之間的管道，其中在進(jìn)氣總管與進(jìn)氣歧管連接處通常有一個氣室，用來減少因節(jié)氣門頻繁變化而產(chǎn)生的進(jìn)氣脈沖。3.進(jìn)氣歧管進(jìn)氣歧管的作用是將可燃混合氣較均勻地分送到各個氣缸的進(jìn)氣門2024/7/261

（1）汽車的進(jìn)氣歧管轎車發(fā)動機(jī)進(jìn)氣歧管多用鋁合金制造，鋁合金進(jìn)氣歧管重量輕、導(dǎo)熱性好。近年來電控汽油噴射式發(fā)動機(jī)越來越多地采用復(fù)合塑料進(jìn)氣歧管（圖4-29），此種進(jìn)氣歧管重量輕、內(nèi)壁光滑，且無需加工。進(jìn)氣歧管可以是干式的，也可以是濕式的。濕式進(jìn)氣歧管中的冷卻液通道是在進(jìn)氣歧管內(nèi)部直接鑄造出來的。為了改善發(fā)動機(jī)暖機(jī)時的燃油霧化，利用廢氣的熱量加熱進(jìn)氣道的可燃混合氣，故在一些發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣歧管上連接一根排氣通道。2024/7/262

（2）拖拉機(jī)的進(jìn)氣歧管

拖拉機(jī)進(jìn)氣管一般用鑄鐵制成。進(jìn)氣管也有用鋁合金鑄造的，兩者可以鑄成一體，也可以分別鑄造。都用螺栓固定在氣缸蓋（頂置式氣門）或氣缸體（側(cè)置式氣門）上，在接合面上裝有石棉襯墊，以防止漏氣。在柴油機(jī)中，進(jìn)氣管與排氣管一般分置機(jī)體兩側(cè)，以避免進(jìn)氣受到高溫排氣管的加熱而降低充氣密度。其相鄰兩缸的進(jìn)氣道合并為一個，進(jìn)氣歧管為上置式，氣道口朝上，因而使進(jìn)氣管及進(jìn)氣歧管的通道截面積增大，拐彎少，減少了進(jìn)氣阻力。在柴油機(jī)的進(jìn)氣管中，啟動汽油機(jī)的排氣管從柴油機(jī)的進(jìn)氣管中穿過，以便利用啟動機(jī)排氣管的熱量來預(yù)熱進(jìn)入氣缸的空氣，使柴油機(jī)更容易起動。2024/7/263

（2）拖拉機(jī)的進(jìn)氣歧管圖4-30中柴油機(jī)相鄰兩缸的進(jìn)氣道合并為一個,進(jìn)氣歧管為上置式,氣道口朝上,因而使進(jìn)氣總管及進(jìn)氣歧管的通道截面面積增大,拐彎少,減小了進(jìn)氣阻力。2024/7/264

4.諧振進(jìn)氣系統(tǒng)由于進(jìn)氣過程具有間歇性和周期性，致使進(jìn)氣歧管內(nèi)產(chǎn)生一定幅度的壓力波。此壓力波以當(dāng)?shù)芈曀僭谶M(jìn)氣系統(tǒng)內(nèi)傳播和往復(fù)反射。如果利用一定長度和直徑的進(jìn)氣歧管或進(jìn)氣導(dǎo)流管與一定容積的諧振室組成諧振進(jìn)氣系統(tǒng)，并使其自振頻率與氣門的進(jìn)氣周期調(diào)諧，那么在特定的轉(zhuǎn)速下。就會在進(jìn)氣門關(guān)閉之前，在進(jìn)氣歧管內(nèi)產(chǎn)生大幅度的壓力波，使進(jìn)氣歧管的壓力增高，從而增加進(jìn)氣量。這種效應(yīng)稱作進(jìn)氣波動效應(yīng)。諧振進(jìn)氣系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是沒有運(yùn)動件，工作可靠，成本低。但只能增加特定轉(zhuǎn)速下的進(jìn)氣量和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩。2024/7/265

5.可變進(jìn)氣歧管為了充分利用進(jìn)氣波動效應(yīng)和盡量縮小發(fā)動機(jī)在高、低速運(yùn)轉(zhuǎn)時進(jìn)氣速度的差別，從而達(dá)到改善發(fā)動機(jī)經(jīng)濟(jì)性及動力性，特別是改善中、低速和中、小負(fù)荷時的經(jīng)濟(jì)性和動力性的目的，要求發(fā)動機(jī)在高轉(zhuǎn)速、大負(fù)荷時裝備粗而短的進(jìn)氣歧管；而在中、低轉(zhuǎn)速和中、小負(fù)荷時配用細(xì)而長的進(jìn)氣歧管?？勺冞M(jìn)氣歧管就是為適應(yīng)這種要求而設(shè)計(jì)的。2024/7/266二、排氣裝置

發(fā)動機(jī)排氣裝置主要由排氣歧管、排氣消聲器和三元催化轉(zhuǎn)化器等組成。排氣裝置上一般安裝有氧傳感器，用于監(jiān)測發(fā)動機(jī)燃燒效果，進(jìn)行空燃比閉合控制。2024/7/2第二節(jié)進(jìn)氣裝置與排氣裝置67

1.排氣歧管排氣歧管與發(fā)動機(jī)氣缸蓋相連，高溫廢氣直接從排氣門進(jìn)入排氣歧管。為降低排氣阻力，排氣歧管長度應(yīng)長些。排氣歧管一般用鑄鐵制成，有的發(fā)動機(jī)排氣歧管也有用不銹鋼制造的，可以承受溫度的快速升高。2.排氣消聲器排氣消聲器的作用是降低排氣噪聲、消除廢氣中的火焰及火星，使廢氣安全地排入大氣。發(fā)動機(jī)排氣開始時，氣缸內(nèi)廢氣的壓力和溫度仍比環(huán)境的壓力和溫度高得多，此時氣缸內(nèi)的壓力為0.3～0.5MPa，溫度為900～1100℃，而且呈脈動形式。如果讓廢氣直接排入大氣，會產(chǎn)生強(qiáng)烈、刺耳的排氣噪聲。為了消除上述問題，發(fā)動機(jī)必須裝有消聲器來消耗廢氣流的能量，并平衡氣流壓力波。2024/7/268

為典型排氣消聲器的構(gòu)造。它由外殼、多孔管，以及隔板等組成。外殼用薄鋼板制成圓筒，兩端密封，內(nèi)腔用兩道隔板分隔成三個消聲室。廢氣經(jīng)多孔管進(jìn)入消聲室，得到膨脹和冷卻，并多次與管壁碰撞消耗能量，結(jié)果壓力降低、振動減輕，最后從多孔管排入大氣中，消除了火星并使噪聲顯著降低。2024/7/269

3.三元催化裝置汽車排出的廢氣中含有一氧化碳、碳?xì)浠衔?、氮氧化物及微粒等有害物質(zhì)。因此，許多轎車發(fā)動機(jī)排氣管中裝有三元催化轉(zhuǎn)化器。三元催化轉(zhuǎn)化器串接在排氣歧管和排氣消聲器之間、氧傳感器之后。三元催化轉(zhuǎn)化器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是蜂窩狀管道設(shè)計(jì)。在蜂窩管道壁上有鉑、銠和鈀等貴金屬元素的涂層作為催化反應(yīng)媒，可將一氧化碳和碳?xì)浠衔锿ㄟ^氧化反應(yīng)變成二氧化碳和水，將氮氧化物還原成氮?dú)夂脱鯕狻?024/7/270

廢氣再循環(huán)（exhaustgasrecirculation，EGR）是凈化排氣中NOx的主要方法。廢氣再循環(huán)是指把發(fā)動機(jī)排出的部分廢氣回送到進(jìn)氣歧管，并與新鮮混合氣一起再次進(jìn)入氣缸。由于廢氣中含有大量的CO2，可以使氣缸中混合氣的燃燒溫度降低，從而減少了NOx的排放，為保持發(fā)動機(jī)的動力性，必須根據(jù)發(fā)動機(jī)的工況對再循環(huán)的廢氣量加以控制。NOx的生成量隨發(fā)動機(jī)負(fù)荷的增大而增多，因此，再循環(huán)的廢氣量也隨負(fù)荷增多而增加。在暖機(jī)期間或怠速時，NOx生成物不多，為了保持發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性，不進(jìn)行廢氣再循環(huán)。在全負(fù)荷或高轉(zhuǎn)速下工作時，為了使發(fā)動機(jī)有足夠的動力性，也不進(jìn)行廢氣再循環(huán)。2024/7/271

2024/7/272四、曲軸箱通風(fēng)

在發(fā)動機(jī)工作時，氣缸內(nèi)的氣體如可燃混合氣和廢氣不可避免地有少量經(jīng)活塞環(huán)間隙泄漏到曲軸箱，如果沒有通風(fēng)裝置及時排出，將會引起以下不良后果：①漏到曲軸箱內(nèi)的氣體有兩條路線，一是經(jīng)機(jī)油加油口散發(fā)至大氣，造成污染；二是氣體冷凝后混合在機(jī)油中，使機(jī)油變稀，性能變壞。②廢氣內(nèi)含有水蒸汽和二氧化硫。水蒸汽凝結(jié)在機(jī)油中形成泡沫，破壞機(jī)油的供給。二氧化硫遇水生成亞硫酸，亞硫酸遇到空氣中的氧生成硫酸。機(jī)油中滲入酸性物質(zhì)，將會造成零件腐蝕。③曲軸箱內(nèi)混入廢氣和可燃混合氣，使之壓力升高，造成曲軸箱油封、襯墊處滲漏機(jī)油。2024/7/2第二節(jié)進(jìn)氣裝置與排氣裝置73

曲軸箱通風(fēng)的方式有兩種：自然通風(fēng)和強(qiáng)制通風(fēng)。將曲軸箱內(nèi)氣體直接導(dǎo)入到大氣中去的方式為自然通風(fēng)；將曲軸箱內(nèi)的氣體引入空氣濾清器或進(jìn)氣管中，然后進(jìn)入氣缸燃燒的方式為強(qiáng)制通風(fēng)。自然通風(fēng)裝置又稱呼吸器，它一般裝在缸蓋罩上或裝在機(jī)油加油口兼作加油口蓋，呼吸器內(nèi)裝有過濾元件，防止外界塵土進(jìn)入曲軸箱，并擋住機(jī)油霧逸出。2024/7/274

曲軸箱的混合氣體經(jīng)油氣分離器后,氣態(tài)物進(jìn)入進(jìn)氣系統(tǒng)參與燃燒,減少對大氣的污染。汽油機(jī)的曲軸箱強(qiáng)制通風(fēng)系統(tǒng)（PCV）。在PCV系統(tǒng)中最重要的控制原件是PCV閥，其功用是根據(jù)發(fā)動機(jī)工況的變化自動調(diào)節(jié)進(jìn)入氣缸的曲軸箱氣體的數(shù)量。2024/7/275

2024/7/2第三節(jié)換氣過程與換氣損失76一、換氣過程

發(fā)動機(jī)換氣過程的任務(wù)是：將氣缸內(nèi)的廢氣排除干凈，并設(shè)法在一定的進(jìn)氣狀態(tài)下，在有限的氣缸容積內(nèi)，充入更多的新鮮充量，同時功耗要少。發(fā)動機(jī)的換氣過程是指發(fā)動機(jī)排除本循環(huán)的已燃?xì)怏w和為下一次循環(huán)吸入新鮮充量（空氣或可燃混合氣）的排氣和進(jìn)氣過程。四沖程發(fā)動機(jī)的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，占410°～480°曲軸轉(zhuǎn)角（CA）。換氣過程分為排氣過程和進(jìn)氣過程。2024/7/2第三節(jié)換氣過程與換氣損失77

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1.排氣過程排氣過程是指排氣門打開至排氣門關(guān)閉這一時期。在排氣過程中，曲軸轉(zhuǎn)角為△φ=240°～260°CA。根據(jù)氣體流動特點(diǎn)，可將排氣過程分為自由排氣和強(qiáng)制排氣兩個階段。（1）自由排氣階段自由排氣階段是指從排氣門打開到氣缸壓力P接近排氣管壓力Pr，的這一時期（P=Pr）。其特點(diǎn)是利用缸內(nèi)和排氣管內(nèi)的壓差自由排除燃燒做功后的廢氣，而無須借助外力。2024/7/2由于配氣機(jī)構(gòu)慣性力的限制，若在活塞到達(dá)下止點(diǎn)時才打開排氣門，則在氣門開啟的初期，開度極小，廢氣不能通暢流出，缸內(nèi)壓力來不及下降，在活塞向上回行時形成較大的反壓力，增加排氣行程消耗的功，所以有必要在活塞到達(dá)下止點(diǎn)之前打開排氣門。從排氣門開始打開到下止點(diǎn)這段曲軸轉(zhuǎn)角稱為排氣提前角。一般排氣提前角為30°～80°CA。排氣門打開后，氣體的自由流動狀態(tài)經(jīng)歷了超臨界流動和亞臨界流動兩個階段的變化。當(dāng)氣缸內(nèi)壓力和排氣管內(nèi)壓力相等時，大約到下止點(diǎn)后10°～30°CA，自由排氣階段結(jié)束。自由排氣階段雖然只占總排氣時間的1/3左右，但排出廢氣可達(dá)總量的60％以上。2024/7/27980

1.排氣過程（2）強(qiáng)制排氣階段強(qiáng)制排氣階段是指從自由排氣階段結(jié)束到活塞上行強(qiáng)制推出廢氣至排氣門關(guān)閉這一時期。在該階段里，氣缸內(nèi)廢氣被上行活塞強(qiáng)制推出，氣缸內(nèi)平均壓力要比排氣管內(nèi)平均壓力略高一些，一般高出10kPa左右，此壓力差主要是排氣門通道處節(jié)流的結(jié)果。流速越高，此差值就越大，耗功也越多。強(qiáng)制排氣時間占總排氣時間的2/3，排出廢氣約為總量的40％。2024/7/22024/7/281在強(qiáng)制排氣階段接近終了時，由于排氣門開始關(guān)閉，產(chǎn)生較大的節(jié)流作用，在上止點(diǎn)附近，氣缸內(nèi)壓力再次上升。隨著活塞接近上止點(diǎn)和氣門通流面積的縮小，氣缸內(nèi)壓力增大，其結(jié)果是排氣消耗功和殘余廢氣量都增加了。因此，排氣門的完全關(guān)閉不能恰好在活塞到達(dá)上止點(diǎn)之時，而應(yīng)在活塞越過上止點(diǎn)之后，這就是所謂排氣門遲閉?；钊麖纳现裹c(diǎn)到排氣門完全關(guān)閉這段時間對應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角，稱為排氣門遲閉角，一般為10°～35°CA。此外，排氣門的延遲關(guān)閉，能利用排氣管中氣體的流動慣性，繼續(xù)把氣缸內(nèi)的廢氣排出，以降低殘余廢氣量和增加新鮮氣體的充入量。排氣門在氣缸內(nèi)廢氣停止外流時關(guān)閉應(yīng)是最理想的。82

2.進(jìn)氣過程進(jìn)氣過程是指進(jìn)氣門打開至進(jìn)氣門關(guān)閉這一時期。根據(jù)進(jìn)氣門開啟與活塞運(yùn)行特點(diǎn)，進(jìn)氣過程可分為準(zhǔn)備進(jìn)氣、正常進(jìn)氣和慣性進(jìn)氣3個階段。（1）準(zhǔn)備進(jìn)氣階段準(zhǔn)備進(jìn)氣階段是指進(jìn)氣門開始打開至活塞運(yùn)行到上止點(diǎn)這一時期，即進(jìn)氣門提前開啟時期。為了保證活塞下行時進(jìn)氣門開啟面積足夠大，使新鮮充量順利流入氣缸.進(jìn)氣門在上止點(diǎn)前就開始打開。進(jìn)氣門提前開啟角一般為上止點(diǎn)前0°～40°CA。2024/7/2（2）正常進(jìn)氣階段正常進(jìn)氣階段是指活塞由上止點(diǎn)運(yùn)行到下止點(diǎn)這一時期，即180°CA。隨著活塞從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)移動，活塞上方的氣缸容積增大，從而氣缸內(nèi)的壓力降低到大氣壓以下，即在氣缸內(nèi)造成真空吸力，這樣可燃混合氣（或純空氣）便經(jīng)進(jìn)氣管和進(jìn)氣門被吸入氣缸。（3）慣性進(jìn)氣階段慣性進(jìn)氣階段是指活塞運(yùn)行到下止點(diǎn)至進(jìn)氣門關(guān)閉這一時期，即進(jìn)氣門推遲關(guān)閉時期。為了充分利用高速氣流的動能，進(jìn)氣門也必須在下止點(diǎn)后關(guān)閉，從而實(shí)現(xiàn)在下止點(diǎn)后繼續(xù)充氣，增加進(jìn)氣量。進(jìn)氣門遲閉角一般為下止點(diǎn)后40°～70°CA。84二、換氣損失

理論循環(huán)與實(shí)際循環(huán)的換氣功之差稱為換氣損失。換氣損失由排氣損失和進(jìn)氣損失兩部分組成。1.排氣損失從排氣門提前打開，直到進(jìn)氣行程開始，氣缸內(nèi)壓力降到大氣壓力前循環(huán)功的損失稱為排氣損失（圖中面積W+Y）。它可分為自由排氣損失和強(qiáng)制排氣損失。自由排氣損失（圖中面積W）是因排氣門提前打開，排氣壓力線從b點(diǎn)開始偏離理論循環(huán)膨脹線，引起膨脹功的減少造成的。強(qiáng)制排氣損失（圖中面積Y）是活塞將廢氣推出所消耗的功。隨著排氣提前角的增大,自由排氣損失面積W增加,而此時強(qiáng)制排氣損失面積Y減小,因而最有利的排氣提前角應(yīng)使面積之和W+Y為最小。當(dāng)排氣門截面小、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速高時,按曲軸轉(zhuǎn)角計(jì)算的實(shí)際超臨界排氣時期延長,為減少排氣損失,應(yīng)適當(dāng)加大排氣提前角。2024/7/2第三節(jié)換氣過程與換氣損失85

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2.進(jìn)氣損失由于進(jìn)氣系統(tǒng)的阻力，進(jìn)氣過程的氣缸壓力低于進(jìn)氣管壓力，損失的功相當(dāng)于中面積X，稱為進(jìn)氣損失，它與排氣損失相比相對較小。合理地調(diào)整配氣正時，加大進(jìn)氣門的流通截面積，正確設(shè)計(jì)進(jìn)氣管流道以及降低活塞平均速度可以減小進(jìn)氣損失。排氣損失與進(jìn)氣損失之和稱為換氣損失，如圖中面W+X+Y。而實(shí)際示功圖中將面積Y+X-u表示的損耗稱為泵氣損失。2024/7/287三、充量系數(shù)

充量系數(shù)又稱為充量效率，或容積效率，或充氣效率，用Φc表示。充量系數(shù)是指每循環(huán)實(shí)際吸入氣缸的新鮮充量m1（kg）與進(jìn)氣狀態(tài)下充滿氣缸工作容積的新鮮充量（kg）之比。其計(jì)算公式為：

式中，m1、V1——分別為實(shí)際進(jìn)入氣缸的新鮮充量的質(zhì)量（kg）和體積（L）；、Vs——分別為在進(jìn)氣狀態(tài)下充滿氣缸工作容積的新鮮充量的質(zhì)量（kg）和氣缸工作容積（L）。影響充量系數(shù)Φc的主要因素有進(jìn)氣終了壓力、進(jìn)氣終了溫度、殘余廢氣系數(shù)、配氣正時、壓縮比、進(jìn)氣（或大氣）狀態(tài)等。提高沖量系數(shù)的主要措施有降低進(jìn)氣系統(tǒng)的阻力、合理選擇配氣相位、減小排氣系統(tǒng)的阻力、減少對新鮮沖量的熱傳導(dǎo)，采用可變進(jìn)氣技術(shù)等。2024/7/2第三節(jié)換氣過程與換氣損失88

2024/7/2第四節(jié)發(fā)動機(jī)進(jìn)氣增壓技術(shù)89一、進(jìn)氣增壓的目的與方式

1.進(jìn)氣增壓的目的利用某一種裝置對進(jìn)入氣缸的新鮮空氣進(jìn)行預(yù)先壓縮的過程稱為增壓。安裝有增壓裝備的發(fā)動機(jī)稱為增壓發(fā)動機(jī)。進(jìn)氣增壓系統(tǒng)的功用是增加進(jìn)入發(fā)動機(jī)氣缸的沖量密度和充氣量，在燃料供給系統(tǒng)良好的配合下，可以使更多的燃料得到充分燃燒，從而達(dá)到提高發(fā)動機(jī)的平均有效壓力、增大功率和改善經(jīng)濟(jì)性的目的。柴油機(jī)采用增壓技術(shù)以后一般可以提高功率30％～50％，高增壓可提高100％以上。2.進(jìn)氣增壓的評價指標(biāo)進(jìn)氣增壓程度常用增壓度、增壓比兩個參數(shù)來衡量。2024/7/2第四節(jié)發(fā)動機(jī)進(jìn)氣增壓技術(shù)90

2.進(jìn)氣增壓的評價指標(biāo)（1）增壓度增壓度是指發(fā)動機(jī)增壓后增長的功率與增壓前的功率之比，其計(jì)算公式為

式中，——發(fā)動機(jī)增壓后的有效功率；——發(fā)動機(jī)增壓前的有效功率。多數(shù)車用發(fā)動機(jī)的增壓度為0.1～0.6，而高增壓柴油機(jī)的增壓度可達(dá)3以上。（2）增壓比增壓比是指增壓后空氣壓力與增壓前的空氣壓力之比，即增壓發(fā)動機(jī)按增壓比的大小可分為：低增壓（<1.5）、中增壓（1.5<≤2.5）、高增壓（2.5<≤3.5）和超高增壓（>3.5）。進(jìn)氣增壓的方法有廢氣渦輪增壓、機(jī)械增壓、氣波增壓等，廢氣渦輪增壓最為成熟，效率高。2024/7/291

3.進(jìn)氣增壓的方式根據(jù)所用能量的來源不同，發(fā)動機(jī)的增壓系統(tǒng)一般可分為機(jī)械增壓系統(tǒng)、廢氣渦輪增壓系統(tǒng)和氣波增壓系統(tǒng)等。機(jī)械增壓系統(tǒng)由柴油機(jī)通過齒輪、皮帶、鏈條等裝置驅(qū)動，將空氣壓縮后送入氣缸。增壓機(jī)采用離心式或羅茨式壓氣機(jī)。機(jī)械增壓由于要在發(fā)動機(jī)上裝一套傳動機(jī)構(gòu)，不但使發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積增大，而且還要消耗一定的功率，使發(fā)動機(jī)經(jīng)濟(jì)性下降。增壓的壓力提高時，消耗于驅(qū)動增壓器的功率將大于發(fā)動機(jī)由于增壓所提高的功率，得不償失，失去了增壓的意義，逐漸被淘汰。2024/7/292

氣波增壓器中發(fā)動機(jī)排出的廢氣直接與空氣接觸，利用排氣壓力波使空氣受到壓縮，以提高進(jìn)氣壓力。氣波增壓器結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，工作溫度不高，不需要耐熱材料，也無需冷卻。與渦輪增壓相比，其低速轉(zhuǎn)矩特性好，但體積大、噪聲水平高，安裝位置受到一定限制。目前，這種增壓器還只是在低速范圍內(nèi)使用。由于柴油機(jī)的最高轉(zhuǎn)速比較低，因此多用于柴油機(jī)上。廢氣渦輪增壓就是利用發(fā)動機(jī)排氣驅(qū)動的渦輪機(jī)來驅(qū)動壓氣機(jī)，實(shí)現(xiàn)提高進(jìn)氣壓力，增加進(jìn)氣量。目前，在發(fā)動機(jī)中應(yīng)用最普遍、最有效的是廢氣渦輪增壓系統(tǒng)。2024/7/293二、廢氣渦輪增壓

1.增壓原理廢氣渦輪增壓是利用發(fā)動機(jī)排氣時的能量，沖擊渦輪機(jī)，使它高速旋轉(zhuǎn)。通過傳動軸，帶動壓氣機(jī)也高速旋轉(zhuǎn)，將空氣增壓，再經(jīng)進(jìn)氣管進(jìn)入氣缸。2024/7/294

2.增壓器渦輪機(jī)與壓氣機(jī)通過中間體組裝在一起，稱為增壓器。按廢氣在渦輪機(jī)中的流動=不同，增壓器可分為徑流式和軸流式兩=大類，車用發(fā)動機(jī)多采用徑流式渦輪增=壓器。徑流式渦輪增壓器由離心式壓氣機(jī)（動=力渦輪）、徑流式渦輪機(jī)（增壓渦輪）和中間體3部分組成。增壓器軸通過兩個浮動軸承支承在中間體內(nèi)。2024/7/295

3.增壓空氣冷卻器為了降低增壓空氣的溫度，以進(jìn)一步增加進(jìn)氣管內(nèi)空氣的密度，從而提高發(fā)動機(jī)功率輸出，在一些廢氣增壓發(fā)動機(jī)上沒有中冷器。中間冷卻是提高廢氣渦輪增壓柴油機(jī)功率的一種有效措施。在不增加熱負(fù)荷的情況下，可以提高功率15％～20％。采用中間冷卻也可以減少有害氣體NOx的排放。2024/7/296

將壓氣機(jī)輸出的部分高壓空氣從抽氣管道5引出，以推動與風(fēng)扇制成一體且位于風(fēng)扇外周上的空氣渦輪。風(fēng)扇將周圍的空氣吹向中間冷卻器的芯子，以冷卻進(jìn)入空氣管的壓縮空氣。

驅(qū)動空氣渦輪的能量與壓氣機(jī)出口壓力和空氣的溫度有關(guān)系，即與柴油機(jī)的負(fù)荷有關(guān)。在低負(fù)荷時，中間冷卻器不起作用。在低負(fù)荷時，增壓器的壓力升高很小，沒有足夠能量供給空氣渦輪，因而風(fēng)扇不動。只有當(dāng)柴油機(jī)負(fù)荷較大時，中間冷卻器才起作用。負(fù)荷越大，中間冷卻作用越強(qiáng)。2024/7/297三、機(jī)械增壓

機(jī)械增壓不是利用排氣管排出的廢氣來壓縮空氣，而是由發(fā)動機(jī)曲軸帶動壓氣機(jī)旋轉(zhuǎn)來工作的，因此增壓器的工作會消耗發(fā)動機(jī)一部分動力。壓氣機(jī)通過兩個壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子的相對旋轉(zhuǎn)來壓縮新鮮空氣，增壓后的空氣經(jīng)進(jìn)氣門進(jìn)入氣缸，使氣缸里的空氣密度增加，可燃混合氣數(shù)量增多。

由于機(jī)械增壓器由曲軸帶動，所以只要曲軸旋轉(zhuǎn)，增壓器就一直“增壓”，因此發(fā)動機(jī)在低轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時，其輸出轉(zhuǎn)矩的增加也較明顯。

一些機(jī)械增壓裝置也沒有中冷器，以降低增壓空氣的溫度。2024/7/22024/7/298四、進(jìn)氣諧振增壓系統(tǒng)

進(jìn)氣諧振增壓系統(tǒng)是利用進(jìn)氣流慣性產(chǎn)生的壓力波來提高充氣效率。

當(dāng)氣體高速流向進(jìn)氣門時，如果進(jìn)氣門突然關(guān)閉，進(jìn)氣門附近的氣體流動突然停止，由于慣性作用，進(jìn)氣管中氣體仍繼續(xù)流動，將使進(jìn)氣門附近的氣體壓縮，壓力上升，隨即被壓縮的氣體又開始膨脹，向與進(jìn)氣氣流相反的方向流動，壓力下降。膨脹氣體波傳到進(jìn)氣管口又被反射回來，如此反復(fù)就形成壓力波如果使進(jìn)氣壓力脈動波與進(jìn)氣門的配氣相位很好配合,即可使進(jìn)氣管內(nèi)的空氣產(chǎn)生諧振,利用諧振效果在進(jìn)氣門打開時就會形成增壓進(jìn)氣效果,有利于提高發(fā)動機(jī)性能。一般而言,諧振壓力波的波長與進(jìn)氣管的長度成正比。波長較長的諧振壓力波有利于發(fā)動機(jī)中低轉(zhuǎn)速區(qū)轉(zhuǎn)矩增加,波長較短的諧振壓力波有利于發(fā)動機(jī)高速范圍內(nèi)輸出功率的增加。但進(jìn)氣管長度是不能改變的,因此早期慣性增壓一般都是按最大轉(zhuǎn)矩所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速區(qū)域來進(jìn)行設(shè)計(jì)的。一些發(fā)動機(jī)采用了波長可變的諧波進(jìn)氣增壓控制系統(tǒng)(ACIS)。該發(fā)動機(jī)進(jìn)氣管長度雖不能變化,但由于在進(jìn)氣管中部增設(shè)了一個大容量的空氣室和電控真空閥,即可實(shí)現(xiàn)壓力波傳播有效長度的改變,從而同時兼顧了發(fā)動機(jī)低速和高速的諧波增壓效應(yīng)。2024/7/2992024/7/2100

當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速較低時，大容量空氣室出口的控制閥關(guān)閉，進(jìn)氣管內(nèi)的脈動壓力波傳動長度為由空氣濾清器到進(jìn)氣門的距離，這一距離較長，是按發(fā)動機(jī)中低速進(jìn)氣增壓效果要求設(shè)計(jì)的。當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速較高時，則空氣室出口的控制閥打開，由于大容量的空氣室的參與