第二章 发动机的换气过程

1、 - 换气过程换气过程 排气过程排气过程 进气过程进气过程 减少换气损失减少换气损失 方向与措施方向与措施 / 研究的内容研究的内容 换气过程的进行情况换气过程的进行情况 分析影响充气量的各种因素分析影响充气量的各种因素 提高充气量提高充气量 找出找出 . 换气过程的任务换气过程的任务 排净缸内废气排净缸内废气 吸足新鲜充量吸足新鲜充量 尽可能小的换气损失尽可能小的换气损失 第一节第一节 四冲程发动机的换气过程四冲程发动机的换气过程 自由排气阶段自由排气阶段 强制排气阶段强制排气阶段 进气过程进气过程 燃烧室扫气燃烧室扫气 排气损失排气损失 进气损失进气损失 下止点下止点 上止点上止点 一、换

2、气过程一、换气过程 四冲程发动机换气过程的典型曲线四冲程发动机换气过程的典型曲线 kPa 1、自由排气阶段、自由排气阶段 kPa 1、自由排气阶段、自由排气阶段 四冲程发动机换气过程的典型曲线四冲程发动机换气过程的典型曲线 kPa 超临界状态 四冲程发动机换气过程的典型曲线四冲程发动机换气过程的典型曲线 kPa （1）超临界状态流动）超临界状态流动 （2）亚临界状态流动）亚临界状态流动 p/pr=1.9 （2）强制排气阶段）强制排气阶段 ATDC1035CA （3）进气过程）进气过程 （3）进气过程）进气过程 BTDC 040CA （4）燃烧室扫气）燃烧室扫气 非增压发动机：非增压发动机：20

3、60CA 增压发动机：增压发动机： 80160CA 燃烧室扫气的作用燃烧室扫气的作用 ： 利用新鲜充量来帮助清除废气利用新鲜充量来帮助清除废气 降低燃烧室热区零件的温度降低燃烧室热区零件的温度 避碰坑避碰坑 换换 气气 损损 失失 二、换气损失二、换气损失 泵气损失泵气损失 提前排气损失提前排气损失 泵气损失：工质流动时需要克服的进、排气系统泵气损失：工质流动时需要克服的进、排气系统 阻力所消耗的功。阻力所消耗的功。 提前排气损失：因排气门在下止点前提前开启提前排气损失：因排气门在下止点前提前开启 而产生的损失而产生的损失 。（自由排气损失）。（自由排气损失） uWWr r W W 回忆回忆

4、u 换换 气气 损损 失失 排气排气 损失损失 进气进气 损失损失 X 自由自由 排气损失排气损失 强制强制 排气损失排气损失 Y W 排开排开 排关排关 进关进关 1 1、排气损失、排气损失 排开排开 排关排关 减少排气损失的主要方法：减少排气损失的主要方法： 减小排气系统阻力减小排气系统阻力 减小排气门处的流动损失减小排气门处的流动损失 最有利的排气提前角应使面积（最有利的排气提前角应使面积（W+Y）之）之 和最小。和最小。 排气门截面小时，为减少排气损失，应适当排气门截面小时，为减少排气损失，应适当 加大排气提前角。加大排气提前角。 定义：定义：由于进气系统阻力的存在，使进气过程气缸由于

5、进气系统阻力的存在，使进气过程气缸 压力低于进气管压力而造成的损失压力低于进气管压力而造成的损失 。 2、进气损失、进气损失 A换气损失：换气损失：( W+X+Y ) A泵气损失：泵气损失：(X+Y-u) 增压发动机与非增压发动机换气损失对比增压发动机与非增压发动机换气损失对比 换气损失：换气损失：理论循环理论循环换气功与换气功与实际循环实际循环换气功之差。换气功之差。 第二节第二节 四冲程发动机的充量系数四冲程发动机的充量系数 c 进气终了状态压力进气终了状态压力pa 进气终了状态温度进气终了状态温度Ta 残余废气系数残余废气系数r 配气相位配气相位 压缩比压缩比 进气状态进气状态 ps 、

6、Ts p影响充量系数的因素影响充量系数的因素 一、充量系数一、充量系数 c 定义定义：实际进入气缸的实际进入气缸的与与 进气状态下进气状态下 充满气缸工作容积的充满气缸工作容积的的比值。的比值。 ss c V V m m 11 m1实际进入气缸的新鲜充量的质量；实际进入气缸的新鲜充量的质量； V1实际进入气缸的新鲜充量的体积；实际进入气缸的新鲜充量的体积； ms进气状态下充满气缸工作容积的新鲜充量的质量；进气状态下充满气缸工作容积的新鲜充量的质量； Vs进气状态下充满气缸工作容积的新鲜充量的体积。进气状态下充满气缸工作容积的新鲜充量的体积。 充气效率或容积效率充气效率或容积效率 柴油机：柴油机

7、：0.90.75 c 汽油机汽油机：0.850.7 c ss c V V m m 11 m1实际进入气缸的新鲜充量的质量；实际进入气缸的新鲜充量的质量； V1实际进入气缸的新鲜充量的体积；实际进入气缸的新鲜充量的体积； ms进气状态下充满气缸工作容积的新鲜充量的质量；进气状态下充满气缸工作容积的新鲜充量的质量； Vs进气状态下充满气缸工作容积的新鲜充量的体积。进气状态下充满气缸工作容积的新鲜充量的体积。 二、充量系数二、充量系数 的表达式的表达式 c 排开排开 排关排关 进关进关 二、充量系数二、充量系数 的表达式的表达式 c 1）进气门关闭时，缸内气体总质量）进气门关闭时，缸内气体总质量 2

8、）排气门关闭时，缸内残余废气的质量）排气门关闭时，缸内残余废气的质量 3）充入气缸的新鲜充量的质量）充入气缸的新鲜充量的质量 asca VVm )( 进气终了时：进气终了时： 进气状态下：进气状态下： aaa Tp、 sss Tp、 rrr Vm ra mmm 1 4）残余废气系数）残余废气系数r 1 m m r r 1 )1 (mrma 5）充量系数表达式）充量系数表达式 ss asc s a s c V VV rm m rm m )( 1 1 1 1 1 a s s a c c c T T p p r 1 1 1 进气终了状态压力进气终了状态压力pa 进气终了状态温度进气终了状态温度Ta

9、残余废气系数残余废气系数r 配气相位配气相位 压缩比压缩比 进气状态进气状态 ps 、Ts 影响充量影响充量 系数的因素系数的因素 c 三、影响充量系数三、影响充量系数 的因素的因素 c 1进气终了时的压力进气终了时的压力pa pa对对 有重要影响，有重要影响，pa愈高，愈高， 值愈大值愈大 pa气体流动时，克服进气系统阻力而引起气体流动时，克服进气系统阻力而引起 的压降。的压降。 c c asa ppp 由流体力学可知：由流体力学可知： 式中式中 管道阻力系数；管道阻力系数； 进气状态下气体的密度；进气状态下气体的密度； v 管道内气体的流速。管道内气体的流速。 可见，可见，pa主要取决于各

10、段管道的阻力系数和气体流主要取决于各段管道的阻力系数和气体流 速。若速。若 大、大、 v 高时，高时，pa增加，使增加，使pa下降，下降， 减小。减小。 2 2 v pa c 转速和负荷对转速和负荷对 pa 的影响的影响 1）转速转速 n增加，增加，v增大，增大，pa降低。降低。 2）负荷负荷 汽油机：当节气门关小时，节流损失增加，引汽油机：当节气门关小时，节流损失增加，引 起起 pa下降下降, 且且pa随转速的增加而下降的愈快，即曲随转速的增加而下降的愈快，即曲 线变化愈陡。线变化愈陡。 柴油机：负荷调节为柴油机：负荷调节为“质调节质调节”，负荷减小时，负荷减小时 pa变化很小。变化很小。

11、2 2 v pa 2进气终了时的温度进气终了时的温度Ta 进气终了时的温度进气终了时的温度Ta越高，充量系数越高，充量系数 越小。越小。 进气终了时的温度进气终了时的温度Ta高于进气状态温度高于进气状态温度Ts 。 引起引起Ta升高的升高的原因原因: 1）新鲜工质进入发动机与高温零件接触而）新鲜工质进入发动机与高温零件接触而 被加热。被加热。 2）新鲜工质与高温残余废气混合而被加热。）新鲜工质与高温残余废气混合而被加热。 c 转速和负荷对转速和负荷对Ta 的影响的影响 1）转速）转速 当负荷不变而转速增加时，由于新鲜工质与缸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

12、以壁等接触时间短，传热量少，所以Ta稍有下降。稍有下降。 2）负荷）负荷 当转速不变而增加发动机负荷时，缸壁等零件当转速不变而增加发动机负荷时，缸壁等零件 温度升高，温度升高，Ta有所上升。有所上升。 3.残余废气系数残余废气系数r 1）r 增加，增加， c降低，燃烧恶化，油耗、排放增降低，燃烧恶化，油耗、排放增 加；加； 2）压缩比提高，）压缩比提高，r 减小；减小； 3) 进、排气门的叠开角越大，进、排气门的叠开角越大，r 越小。越小。 一般，柴油机的一般，柴油机的 r 比汽油机要低。比汽油机要低。 由于进气门迟闭由于进气门迟闭 1 ,新鲜充量的容积减小新鲜充量的容积减小,但但pa 值却可

13、能因有气流惯性而使进气有所增加值却可能因有气流惯性而使进气有所增加,合适的配合适的配 气相位应考虑气相位应考虑 pa具有最大值。具有最大值。 6. 进气状态进气状态 Ts、ps压力对压力对c影响不大。影响不大。 5. 压缩比压缩比 压缩比增加压缩比增加, ,余隙容积减小余隙容积减小, ,残余废气量随之减小残余废气量随之减小, , 因而因而c c有所增加。有所增加。 4. 配气相位配气相位 sc sc VV VV 第三节第三节 提高发动机充量系数的措施提高发动机充量系数的措施 措施措施 降低进气系统的阻力降低进气系统的阻力 减少对进气充量的加热减少对进气充量的加热 降低排气系统的阻力降低排气系统

14、的阻力 合理选择配气相位合理选择配气相位 谐振进气与可变进气支管谐振进气与可变进气支管 一、降低进气系统的流动阻力一、降低进气系统的流动阻力 1减少进气门处的流动损失减少进气门处的流动损失 （1）进气马赫数）进气马赫数M 进气马赫数进气马赫数M是进气门处气流平均速度是进气门处气流平均速度vm与与 该处音速该处音速a之比，即之比，即M=vm/ a 。 M是决定气流流动性质，影响充量系数的重是决定气流流动性质，影响充量系数的重 要参数。要参数。 M0.5左右，左右， 急剧下降。急剧下降。 c （2）减小气门处流动损失）减小气门处流动损失 措措 施施 增大进气门直径增大进气门直径 增加进气门数目增加

15、进气门数目 改善气门处流体改善气门处流体 动力性能动力性能 改进配气凸轮型线改进配气凸轮型线 适当增加气门升程适当增加气门升程 由于进气过程的重要性，一般应尽可能布置由于进气过程的重要性，一般应尽可能布置 较大尺寸的进气门，以降低流经进气门截面时的较大尺寸的进气门，以降低流经进气门截面时的 气体流速，从而降低流动阻力气体流速，从而降低流动阻力。 目前在目前在2气门结构中，进气门直径气门结构中，进气门直径d与缸径与缸径D的的 比值可达比值可达45%50%。面积比为。面积比为0.20.25，这样排，这样排 气门不得不缩小，但过小的排气门又会导致排气气门不得不缩小，但过小的排气门又会导致排气 阻力的增大。阻力的增大。 1) 增大进气门直径增大进气门直径 通过增大进气门直径的方式来提高充量系数，通过增大进气门直径的方式来提高充量系数， 是受到限制的。是受到限制的。 2)增加进气门数目增加进气门数目 3)改善气门处的流体动力性能改善气门处的流体动力性能 4)改进配气凸轮型线，适当增加气门升程改进配气凸轮型线，适当增加气门升程 2减少进气道、进气管和空气滤清器的阻力减少进气道、进气管和空