发动机内燃机考研专业课

第二章发动机的换气过程 本章的目的和主要内容 目的 了解换气过程的情况 分析影响充气量的因素 主要内容 四行程发动机的换气过程 发动机换气过程评价指标 充气效率 V 分析影响充气量的因素 提高发动机动力性能的方法 提高 i 提高 m 提高Hu B Hu BPiPe i m 概述 发动机换气过程 排气过程 进气过程 任务 排除缸内废气并充入尽可能多的新鲜工质 保证发动机动力性能的前提和关键 每循环进入气缸的新鲜工质量愈多 燃烧后才能放出更多的热 从而增大发动机功率和转矩 另外 换气过程还对解决高 低速性能的矛盾 汽油机混合气组成和均匀分配 柴油机缸内气体流动等问题 起着重要作用 因此也影响到汽车的经济性 排放 噪声及乘坐的舒适性等 一 换气过程 四行程发动机换气过程包括从排气门开启直到进气门关闭的整个时期 约占410 480 曲轴转角 一般将换气过程分作自由排气 强制排气 进气和气门叠开四个阶段 第一节四行程发动机的换气过程 1 自由排气阶段 从排气门打开到气缸压力接近了排气管压力的这个时期 一般持续至下止点后10 30 排出废气量占60 以上 排气提前角 从排气门开始打开到下止点这段曲轴转角 一般为30 80 曲轴转角 自由排气 2 强制排气阶段 要克服排气门 排气道处的阻力 缸内平均压力比排气管平均压力略高一些 一般高出10kPa左右 气流速度越高 排气压差越大 耗功越多 为了利用高速排气气流的惯性排除废气 排气门是在活塞过了上止点后才关闭 排气迟闭角 从上止点到排气门完全关闭这段曲轴转角 一般设置10 35 的排气迟闭角 从自由排气结束到排气结束 废气由活塞上行强制推出 3 进气过程 进气门开启的时期 设置0 40 的进气提前开启角 保证活塞下行时有足够大的开启面积 新鲜工质可以顺利流入气缸 设置40 70 的进气迟闭角 利用进气气流的惯性继续充气 增加进气量 进气过程 4 气门叠开 配气相位 由于排气门迟闭和进气门早开 而出现进 排气门同时开着的现象 此时进 排气管 气缸互相联通 好处 可以利用气流的压差 惯性或进排气管压力波的帮助 清除废气 增加进气量 降低高温零件温度 坏处 有可能废气倒流 新鲜充量损失 叠开角一般柴油机大于汽油机 增压机大于非增压机 在非增压发动机中 叠开角一般为20 80 曲轴转角 增压柴油机可达80 160 曲轴转角 发动机实际配气相位是变化的 因为在气门的传动机构中必须保留一定的间隙 以考虑零件的热胀冷缩 保证气门完全关闭 这使得气门运动迟于挺柱 配气相位随气门热间隙及机构刚度有所变化 使用中应严格按规定调整气门间隙 并定期给予检查 二 换气损失 排气损失W Y 自由排气损失W 排气门提前打开引起 强制排气损失Y 活塞推出废气所消耗功进气损失X 由于进气系统的阻力 进气过程的气缸压力低于进气管压力造成的损失泵气损失X Y d 由排气 进气和部分压缩过程所构成的封闭循环的低压示功图 换气损失的定义 理论循环的换气功和实际循环的换气功之差 一 充气效率 意义 充气效率 v评价了换气过程的完善程度 而且该指标不受气缸容积的影响 定义 充气效率 v是实际进入气缸的新鲜工质量与进气状态下充满气缸工作容积的新鲜工质量的比值 定义计算式 进气状态 在非增压发动机上一般采用当时 当地的大气状态 在增压发动机上 采用增压器出口的压力状态 第二节四行程发动机的充气效率 实际发动机充气效率可直接测定 用流量计测出发动机每小时实际充气量 m3 h 理论充气量V m3 h 由下面的公式算出 式中Vs 气缸工作容积 L i 气缸数 n 发动机转速 r min v值高 每循环进入一定气缸容积的新鲜工质量多 则发动机功率和转矩可增加 动力性能好 二 影响充气效率的因素 充气效率的计算公式可表示如下 残余废气系数 是进气过程结束时气缸内残余废气量与气缸中新鲜充量的比值 由上式可见 影响充气效率 v的因素有 进气 或大气 的状态 进气终了的气缸压力和温度 残余废气系数 压缩比及气门正时等 1 进气终了的压力pa 可见 pa主要取决于各段管道的阻力系数 和气体流速v 进气系统阻力引起的压降 管道阻力系数 进气状态下气体的密度 kg m3 v 管道内气体的流速 m s 若 v pa 使pa 汽油机在不同转速 不同节气门开度时pa的变化 当节气门开度逐渐减小时 pa不仅下降 且pa随转速的增加而下降得愈快 即曲线变化愈陡 当节气门开度一定时转速增加则pa下降 2 进气终了的温度Ta Ta值愈高 充入气缸的工质密度愈小 可使 v降低 引起Ta升高的原因是 新鲜工质进入发动机与高温零件接触而被加热 新鲜工质与高温残余废气混合而被加热 在化油器式汽油机上 为了使液体燃料在进气管中蒸发 一般利用废气或冷却水热量对进气管加热 进气温度升高 降低Ta值的措施 高温排气管与进气管分置气缸两侧 控制进气预热 适当加大气门叠开角等 工况对Ta的影响 当负荷不变而转速增加时 由于新鲜工质与缸壁等接触时间短 传热量少 所以Ta稍有下降 当转速不变而增加发动机负荷时 缸壁等零件温度升高 Ta有所上升 未考虑工况对残余废气温度的影响 3 残余废气系数 气缸中残余废气增多 不仅使 v下降 而且使燃烧恶化 特别是在汽油机低负荷运转时 因节气门关小 新鲜充量减少 会大大增加 稀释可燃混合气 使燃烧过程缓慢 从而造成汽油机低负荷工作不稳定 经济性和排放性能变差 排气终了时 排气管内废气的压力pr高 说明残余废气密度大 上升 pr主要决定于排气系统各段管路的阻力和气体流速 转速增高则pr增加 4 配气定时 式 2 3 中 由于进气门迟闭而 1 新鲜充量的容积减小 但pa值却可能因有气流惯性而使进气有所增加 合适的配气定时应考虑 pa具有最大值 5 压缩比 压缩比 增加 压缩容积减小 残余废气量随之减少 因而 v有所增加 6 进气 或大气 状态ps Ts 进