《內(nèi)燃機的換氣過程》課件

內(nèi)燃機的換氣過程本次演講將深入探討內(nèi)燃機的換氣過程，這是影響發(fā)動機性能和效率的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。我們將從基礎(chǔ)概念開始，逐步深入到復(fù)雜的技術(shù)細節(jié)。緒論換氣過程的定義內(nèi)燃機中新鮮空氣與燃燒后廢氣交換的過程。重要性直接影響發(fā)動機的功率輸出和燃油經(jīng)濟性。研究意義優(yōu)化換氣過程可提高發(fā)動機效率，減少排放。內(nèi)燃機的工作過程1吸氣新鮮空氣或混合氣進入氣缸。2壓縮活塞上移，壓縮氣體。3做功燃料燃燒，推動活塞下移。4排氣廢氣排出氣缸。內(nèi)燃機的主要組成部件活塞在氣缸內(nèi)往復(fù)運動，實現(xiàn)壓縮和膨脹。曲軸將活塞的往復(fù)運動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運動。氣缸活塞運動的空間，內(nèi)部發(fā)生燃燒反應(yīng)。氣門控制進氣和排氣的開閉。內(nèi)燃機的分類按工作循環(huán)分類四沖程發(fā)動機二沖程發(fā)動機按燃料類型分類汽油機柴油機按氣缸排列方式分類直列式V型水平對置式汽油機的工作過程進氣行程活塞下降，吸入空氣和霧化汽油混合物。壓縮行程活塞上升，壓縮混合氣。做功行程火花塞點火，混合氣燃燒膨脹，推動活塞下降。排氣行程活塞上升，將燃燒后的廢氣排出。柴油機的工作過程進氣行程活塞下降，吸入純空氣。壓縮行程活塞上升，壓縮空氣至高溫高壓。做功行程噴油器噴入柴油，自燃膨脹，推動活塞下降。排氣行程活塞上升，排出燃燒后的廢氣。四沖程機的進氣過程1進氣門開啟在上止點前略微開啟，為進氣做準(zhǔn)備。2活塞下降氣缸容積增大，形成負壓，吸入新鮮氣體。3充氣效率受進氣門開啟時間、氣門升程等因素影響。4進氣門關(guān)閉在下止點后略微關(guān)閉，利用氣體慣性增加充氣量。四沖程機的排氣過程1排氣門提前開啟在做功行程末期開啟，利用高壓廢氣自行排出。2活塞上升推動剩余廢氣排出氣缸。3排氣門延遲關(guān)閉利用廢氣慣性繼續(xù)排氣，同時幫助吸入新鮮氣體。兩沖程機的進氣過程掃氣口開啟活塞下降露出掃氣口，新鮮混合氣進入曲軸箱。預(yù)壓縮活塞上升，壓縮曲軸箱中的混合氣。進氣沖程活塞下降，壓縮的混合氣通過掃氣道進入氣缸。氣流導(dǎo)向掃氣道設(shè)計影響氣流方向，決定換氣效率。兩沖程機的排氣過程1排氣口開啟活塞下降露出排氣口，高壓廢氣開始排出。2掃氣過程新鮮混合氣進入，推動剩余廢氣排出。3排氣口關(guān)閉活塞上升覆蓋排氣口，完成排氣過程。兩沖程機的特點優(yōu)點結(jié)構(gòu)簡單，重量輕每轉(zhuǎn)動一周完成一個工作循環(huán)功率密度高缺點燃油經(jīng)濟性較差排放控制困難機械損耗大換氣過程的意義1提高發(fā)動機效率2增加功率輸出3降低燃油消耗4減少有害排放5延長發(fā)動機壽命換氣過程的優(yōu)化是提升內(nèi)燃機性能的關(guān)鍵。良好的換氣可以顯著改善發(fā)動機的各項指標(biāo)。換氣過程的影響因素氣門正時影響進排氣的時機和持續(xù)時間。進氣系統(tǒng)設(shè)計決定進氣阻力和氣流分布。排氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)影響排氣背壓和廢氣清除效率?；钊\動特性影響氣體流動速度和方向。進氣系統(tǒng)的主要組成空氣濾清器過濾空氣中的灰塵和雜質(zhì)，保護發(fā)動機。節(jié)氣門控制進入發(fā)動機的空氣量，調(diào)節(jié)發(fā)動機功率。進氣歧管將空氣均勻分配到各缸，影響充氣效率。增壓器（可選）提高進氣壓力，增加發(fā)動機功率。排氣系統(tǒng)的主要組成排氣歧管收集并導(dǎo)出各缸的廢氣，減小排氣阻力。催化轉(zhuǎn)化器轉(zhuǎn)化有害氣體，減少污染物排放。消音器降低排氣噪聲，提高舒適性。廢氣渦輪（增壓發(fā)動機）利用廢氣能量驅(qū)動壓氣機，提高進氣壓力。節(jié)氣門的作用和原理作用控制進氣量調(diào)節(jié)發(fā)動機功率影響燃油經(jīng)濟性原理通過改變開度來控制進入發(fā)動機的空氣流量。開度越大，進氣量越多，發(fā)動機功率越大。渦輪增壓器的原理廢氣驅(qū)動高溫高速廢氣推動渦輪轉(zhuǎn)動。壓縮空氣渦輪帶動壓氣機，壓縮進氣。增加進氣量壓縮空氣進入氣缸，提高充氣效率。提升功率更多空氣參與燃燒，增加發(fā)動機輸出。增壓技術(shù)對內(nèi)燃機性能的影響提高功率密度同等排量下，增壓發(fā)動機功率更大。改善燃油經(jīng)濟性可使用小排量發(fā)動機獲得大排量性能，降低油耗。減少排放優(yōu)化燃燒過程，減少有害氣體排放。提高高海拔性能補償高海拔地區(qū)空氣稀薄的影響。發(fā)動機供氣系統(tǒng)的排放控制EGR系統(tǒng)降低燃燒溫度，減少氮氧化物排放。催化轉(zhuǎn)化器轉(zhuǎn)化CO、HC和NOx為無害氣體。顆粒捕集器過濾柴油機排氣中的顆粒物。氧傳感器監(jiān)測排氣成分，優(yōu)化空燃比。發(fā)動機供氣系統(tǒng)的噪聲控制進氣消音器降低進氣系統(tǒng)產(chǎn)生的噪聲。排氣消音器減少排氣噪聲，通常采用多腔體設(shè)計。共振腔吸收特定頻率的聲波，降低整體噪聲。隔音材料在關(guān)鍵部位使用隔音材料，阻隔噪聲傳播。供氣系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計1計算機模擬使用CFD軟件模擬氣流動態(tài)，優(yōu)化管道設(shè)計。2實驗驗證在發(fā)動機試驗臺上測試不同設(shè)計方案的效果。3材料選擇選用輕量化、耐熱材料，提高系統(tǒng)效率。4集成設(shè)計將各子系統(tǒng)有機結(jié)合，優(yōu)化整體性能。燃燒室的設(shè)計要求高效燃燒形狀設(shè)計應(yīng)促進充分混合和快速燃燒。熱損失最小化優(yōu)化表面積與體積比，減少熱量損失?？贡鹦阅鼙苊饩植扛邷攸c，防止異常燃燒。易于加工考慮制造工藝，確保質(zhì)量一致性。氣門的設(shè)計要求進氣門大直徑，提高充氣效率良好的導(dǎo)流性能耐腐蝕性能好排氣門耐高溫、高壓抗氧化性能強導(dǎo)熱性能好氣門正時的選擇1進氣門提前開啟利用廢氣慣性吸入新鮮氣體。2進氣門延遲關(guān)閉利用氣流慣性增加充氣量。3排氣門提前開啟利用高壓廢氣自行排出，減少泵氣損失。4排氣門延遲關(guān)閉利用排氣慣性繼續(xù)清除廢氣。進排氣道的設(shè)計要求流動阻力小減少壓力損失，提高換氣效率。良好的渦流特性促進燃料與空氣混合，提高燃燒效率。合理的熱管理控制進氣溫度，提高充氣效率。均勻分配確保各缸進氣量一致，提高發(fā)動機平衡性。進排氣門的選擇進氣門較大直徑，提高充氣系數(shù)輕量化設(shè)計，減少慣性損失耐磨性好，適應(yīng)頻繁開閉排氣門耐高溫材料，如鎳基合金填充鈉，提高散熱性能表面硬化處理，提高耐磨性排氣歧管的設(shè)計等長原則各缸排氣管長度相等，平衡排氣阻力。合理布局避免急彎，減少流動損失。材料選擇使用耐高溫、輕量化材料，如不銹鋼或鑄鐵。隔熱設(shè)計減少熱量損失，保持排氣溫度，有利于后處理系統(tǒng)工作。渦輪增壓器的選擇匹配發(fā)動機特性根據(jù)發(fā)動機排量和工作特性選擇合適的渦輪增壓器。響應(yīng)性能考慮渦輪慣性，選擇快速響應(yīng)的增壓器。增壓壓比選擇合適的增壓壓比，平衡功率和可靠性。耐久性考慮軸承設(shè)計和材料選擇，確保長期可靠運行。供氣系統(tǒng)設(shè)計要點總結(jié)1整體協(xié)調(diào)2流動優(yōu)化3熱管理4材料選擇5可靠性設(shè)計供氣系統(tǒng)設(shè)計需要