汽车发动机原理(张志沛第四版)-第二章-内燃机的换气过程.ppt

第一节四冲程内燃机的换气过程第二节四冲程内燃机的充气效率第三节影响充气效率的各种因素第四节提高充气效率的措施第五节进气管内的动力效应第六节二冲程内燃机的换气过程,第二章内燃机的换气过程,本章要求：,掌握四冲程内燃机的换气过程及换气损失；掌握内燃机的充气效率及实验测定，理解充气效率的影响因素，熟悉提高充气效率的措施；了解进气管内的动力效应，熟悉二冲程内燃机的换气过程。,第一节四冲程内燃机的换气过程,一、换气过程,换气过程是从排气阀开启直到进气阀关闭的整个时期。这个过程大约是410480曲轴转角。,1.自由排气阶段,从排气门打开到气缸内压力接近于排气管压力的这段时期。,分为：超临界状态亚超临界状态,排气阀刚开始开启时，气缸内的压力大大超过排气管内压力，气缸内的压力是排气管内的两倍以上。这时排气的流动处于超临界状态，气体此时是音速流过气门的。,随着活塞的推移，缸内的压力迅速下降，当缸内压力与排气管压力之比为1.9以下时，即P/P01.9时，排气的流动进入亚临界状态。,2.强制排气阶段,在强制排气阶段中，废气是由上行活塞强制推出。,从排气阀打开到下止点为止，这段曲轴转角称为排气提前角。,从上止点到排气阀关闭终了，这段曲轴转角为排气迟闭角。,从下止点到进气阀终了这段曲轴转角称为进气迟闭角。,从进气门打开到上止点为止，这段曲轴转角称为进气提前角。,3.进气阶段,4.气门叠开和燃烧室扫气,四冲程内燃机进、排气门的开闭时间,由于内燃机配气定时，排气门在上止点后迟闭和进气门在上止点前开启，因而在上止点前后存在进排气门同时开着的现象，称为气门叠开。,二、换气损失和泵气损失,换气损失：x+y+w泵气损失：x+y-u,随着排气提前角的增大,自由排气损失增加,强制排气损失减小。,a-提前角适当；b-提前角过大；c-提前角过小；d-排气阻力过大。,第二节四冲程内燃机的充气效率,一、充气效率的实验测定,充气效率的范围大致如下:汽油机.柴油机.,充气效率:,二、充气效率的分析式,引入残余废气系数,则:,令,得到,第三节影响充气效率的各种因素,一、进气终了压力pa,负荷变化时，汽油机和柴油机的进气终了压力pa的变化不同。汽油机pa随负荷变化显著，而柴油机pa基本不随负荷变化。,不同节气门开度、不同转速时的进气压力,二、进气终了温度Ta,进气终了温度上升，密度下降，导致充气效率的下降。影响进气终了温度Ta的主要因素有:转速、负荷、缸壁的冷却强度及进气温度等。,气缸残余废气量多，v下降，残余废气量多，则燃烧恶化，内燃机经济性下降，排出有害物及碳烟增加。,三、压缩比与残余废气系数,压缩比增加，压缩终点汽缸容积减小，对于非增压发动机，汽缸内残余废气量相对减少，充气效率v有所增加。,四、配气正时,五、进气状态,合适的进气配气定时应使具有最大值。,进气温度(或)升高，新鲜工质和汽缸壁的温差随之减小，加热相对减小，增加。进气压力(或)下降，若进气温度和进气系统的阻力不变，随之下降，且/的比值基本不变，对充气效率影响不大。,第四节提高充气效率的措施,一、减少进气门处的流动损失,.进气马赫数空气动力学的理论指明，在高速可压缩的流动系统中，决定气流流动性质的最重要参数是马赫数，它能反应流动对的影响，成为分析的一个特征数。,.减小进气门处的流动损失,)增大进气门直径，配置适当大小的排气门,)采用四气门结构(二进、二排),)改善进气门和气门座处的流体动力性能,气流在进气门座处的流动形式,二、减少整个进气管道对气流的阻力,1.减小空滤器的阻力设计低阻高效，使用保养清洁。2.减小进气管道的阻力汽油机歧管矩形断面小，流速快，汽化好，阻力大柴油机歧管圆形断面大，流速慢，汽化差，阻力小设计合理选择断面，弯少避免突变。使用清除积炭、安装正确、保持畅通。,三、减少对新鲜工质的热传导,四、减少排气系统对气流的阻力,除了在设计上对热传导与传热损失做周密的考虑外，在运转条件方面，降低活塞、进排气门等零件温度和减少新鲜充量接触面积，都有利于减少热传导对新鲜充量的影响。,减小排气门、排气管道，特别是消声器的排气阻力，除有利于提高充气效率外，主要可以减少换气过程的排气损失功。,五、合理选择配气定时,配气定时的合理程度应按下列几个方面来综合评定:()提高充气效率以保证发动机的动力性能。()合适的充气效率特性以适应发动机转矩特性的需要。()较小的换气损失以保证发动机的经济性能。()必要的燃烧室扫气作用以保证高温零件的热负荷得以适当降低，达到可靠运转。()合适的排气温度。()降低噪声及排气污染。,汽油机改变进气迟闭角对和的影响,()图中每条曲线相当于在一定配气定时下，随转速变化的关系。()图中不同的曲线，表示了在不同的配气定时下，随转速变化的关系，不同的进气迟闭角，最大值对应的转速不同。,第五节进气管内的动力效应,一、惯性效应,定义：进气管内的压力波对本循环的进气过程有直接影响。这种影响称惯性效应。,边界条件：当波传到固壁端，反射回来的是同类波。当波传到开口端，且管外压力不变，反射回来的是异类波。,惯性系数：,二、波动效应,定义：进气管内残存的压力波对下一循环进气过程的影响叫做波动效应。,丰田汽车谐波增压可变进气系统,第六节二冲程内燃机的换气过程,一、换气过程及示功图,曲轴箱扫气二行程内燃机工作过程)、)、)工作机构简图，)工作缸内示功图排气口、-扫气口、-进气口,二、换气系统的基本形式,.横流换气型,.回流换气型,.直流换气型,三、评价换气质量的参数,.扫气效率和残余废气系数,.过量扫气系数(又称给气比)0,.充气系数(或容积效率),四、关于主要换气参数的选取,对于现代不同类型的二冲程柴油机，值的大致范围是:汽车、拖拉机机车、船用中高速机陆用、船用高速机,.扫气压力,2.过量扫气系数,值的大致范围为:车用高速内燃机.机车、船用中高速机非增压.增压.曲轴箱扫气.,五