【大學(xué)課件】發(fā)動機的換氣過程

發(fā)動機的換氣過程本課程將深入探討發(fā)動機換氣過程的原理、類型和關(guān)鍵技術(shù)。我們將分析不同換氣系統(tǒng)的設(shè)計和性能，以及它們對發(fā)動機效率的影響。引言換氣過程的重要性換氣過程是發(fā)動機工作的基礎(chǔ)，直接影響其性能和效率。課程目標(biāo)了解各種換氣系統(tǒng)的工作原理，掌握設(shè)計和優(yōu)化方法。應(yīng)用前景提高發(fā)動機效率，減少排放，推動汽車工業(yè)可持續(xù)發(fā)展。發(fā)動機工作循環(huán)1進氣吸入新鮮空氣或混合氣。2壓縮壓縮混合氣，提高溫度和壓力。3做功點火燃燒，推動活塞做功。4排氣排出廢氣，為下一循環(huán)做準(zhǔn)備。進氣過程進氣閥開啟活塞下降，產(chǎn)生負壓。空氣流入新鮮空氣或混合氣被吸入氣缸。氣缸充滿活塞到達下死點，進氣結(jié)束。進氣閥關(guān)閉準(zhǔn)備進入壓縮行程。機械換氣原理活塞運動活塞上下運動產(chǎn)生壓力差，驅(qū)動氣體流動。閥門控制進排氣閥的開閉控制氣體進出時機。氣流通道進排氣管道設(shè)計影響換氣效率。自然吸氣式發(fā)動機工作原理利用大氣壓力和活塞運動產(chǎn)生的負壓自然吸入空氣。優(yōu)點結(jié)構(gòu)簡單，成本低，可靠性高。缺點功率相對較低，高海拔性能下降。應(yīng)用廣泛用于中小排量乘用車。曲軸箱噴射式發(fā)動機活塞運動活塞上升壓縮曲軸箱混合氣。混合氣噴射通過transfer通道將混合氣噴入氣缸。排氣沖刷新鮮混合氣沖刷排出廢氣。增壓式發(fā)動機1增壓器提高進氣壓力2中冷器降低進氣溫度3高壓縮比提高熱效率4高功率輸出實現(xiàn)發(fā)動機小型化增壓技術(shù)能顯著提高發(fā)動機的功率密度和效率，是現(xiàn)代發(fā)動機的重要發(fā)展方向。渦輪增壓發(fā)動機排氣驅(qū)動高溫高速排氣驅(qū)動渦輪。壓縮空氣渦輪帶動壓縮機壓縮空氣。中冷降溫壓縮空氣經(jīng)中冷器降溫。增壓進氣高壓冷空氣進入氣缸。機械增壓發(fā)動機工作原理通過發(fā)動機曲軸直接驅(qū)動機械增壓器，壓縮進氣。優(yōu)點低轉(zhuǎn)速響應(yīng)快，無渦輪滯后，輸出特性線性。缺點機械損耗大，高轉(zhuǎn)速效率下降，噪聲較大。進氣歧管設(shè)計1長度優(yōu)化利用進氣慣性效應(yīng)提高充氣效率。2截面設(shè)計合理的截面變化減少流動損失。3均勻分配確保各缸進氣量均衡。4可變幾何適應(yīng)不同工況的進氣需求。進氣閥的作用控制進氣準(zhǔn)確控制進氣時機和流量。氣密封閉確保壓縮和燃燒階段的氣密性。散熱協(xié)助散發(fā)燃燒室熱量。進氣閥開閉時機1提前開啟上死點前開啟，利用慣性效應(yīng)提高充氣效率。2最大開度活塞下行中期，確保最大進氣量。3延遲關(guān)閉下死點后關(guān)閉，利用慣性效應(yīng)增加進氣量。排氣過程排氣閥開啟做功行程末期，排氣閥提前開啟。高壓排氣缸內(nèi)高壓驅(qū)動廢氣快速排出?；钊贤苹钊闲?，進一步排出剩余廢氣。排氣閥關(guān)閉上死點后延遲關(guān)閉，利用慣性效應(yīng)。排氣閥的作用排出廢氣準(zhǔn)確控制廢氣排出時機和流量。承受高溫耐受高溫高壓燃燒產(chǎn)物的沖刷。密封性能確保壓縮和燃燒階段的氣密性。散熱功能協(xié)助排出燃燒室熱量。排氣閥開閉時機1提前開啟做功行程末期開啟，利用高壓快速排氣。2最大開度活塞上行中期，確保最大排氣量。3延遲關(guān)閉上死點后關(guān)閉，利用慣性效應(yīng)清除殘余廢氣。排氣管設(shè)計管徑優(yōu)化平衡排氣速度和背壓。脈動效應(yīng)利用排氣脈動提高清除效率。熱管理控制排氣溫度，保護后處理系統(tǒng)。汽缸內(nèi)壓力變化1進氣負壓吸入新鮮空氣2壓縮壓力快速上升3做功壓力達到峰值后下降4排氣壓力迅速降低了解汽缸內(nèi)壓力變化對優(yōu)化發(fā)動機性能至關(guān)重要。四沖程發(fā)動機換氣過程1進氣行程活塞下行，吸入新鮮空氣或混合氣。2壓縮行程活塞上行，壓縮混合氣。3做功行程活塞下行，燃燒產(chǎn)物膨脹推動活塞。4排氣行程活塞上行，排出廢氣。兩沖程發(fā)動機換氣過程上行壓縮壓縮混合氣，同時壓縮曲軸箱混合氣。點火做功混合氣燃燒，活塞下行。排氣沖刷排氣口開啟，同時新鮮混合氣進入。閉合循環(huán)活塞上行，關(guān)閉進排氣口。電子控制換氣可變氣門正時根據(jù)工況調(diào)整氣門開閉時機?？勺儦忾T升程調(diào)整氣門開啟高度，優(yōu)化進排氣流量。氣門獨立控制精確控制每個氣門的動作。電磁氣門無凸輪軸直接控制氣門，響應(yīng)更快。電子噴油與電子點火電子噴油精確控制燃油噴射量和時機，優(yōu)化混合氣形成。電子點火根據(jù)工況調(diào)整點火提前角，提高燃燒效率。閉環(huán)控制利用傳感器反饋，實時調(diào)整噴油和點火參數(shù)。發(fā)動機缸內(nèi)流場旋流增強混合，提高燃燒效率。滾流促進湍流，加速燃燒速度。擠流壓縮末期增強混合和湍流。湍流與氣流加速湍流生成進氣過程和壓縮過程中形成湍流。混合增強湍流促進燃油與空氣的混合。燃燒加速湍流增加火焰?zhèn)鞑ニ俣?。熱傳遞提高湍流增強燃燒室壁面熱傳遞。噴油霧化與混合形成高壓噴射燃油在高壓下噴入氣缸。霧化破碎燃油液滴在高速氣流中破碎成微小液滴。蒸發(fā)混合燃油液滴蒸發(fā)，與空氣充分混合。均勻分布形成均勻可燃混合氣。高效低排放燃燒均質(zhì)充量燃燒HCCI技術(shù)，實現(xiàn)低溫均質(zhì)燃燒。稀薄燃燒降低燃油消耗，減少NOx排放。廢氣再循環(huán)EGR技術(shù)，降低燃燒溫度，減少NOx生成?？煽刈匀糞PCCI技術(shù)，結(jié)合火花點火和壓縮點火優(yōu)勢。分層式燃燒1濃混合氣靠近火花塞2過渡區(qū)混合氣濃度梯度3稀混合氣缸壁附近4整體稀薄降低燃油消耗分層式燃燒技術(shù)可以在整體稀薄條件下實現(xiàn)穩(wěn)定燃燒，提高燃油經(jīng)濟性。積碳對發(fā)動機性能的影響壓縮比變化積碳增加實際壓縮比，可能導(dǎo)致爆震。熱傳導(dǎo)降低積碳層阻礙熱量散發(fā)，增加熱負荷。流道阻塞積碳減小進排氣通道面積，影響換氣效率。缸內(nèi)溫度場對排放的影響高溫區(qū)促進NOx生成，需要控制。火焰前沿影響CO和HC的氧化。壁面淬冷產(chǎn)生未燃HC，需要優(yōu)化。換氣系統(tǒng)設(shè)計要點1流道優(yōu)化減少流動損失，提高換氣效率。2時序匹配氣門開閉時機與發(fā)動機特性匹配