发动机原理——第二章-发动机的换气过程

1、第二章 发动机的换气过程 燃烧是做功之本。 燃烧需要空气与燃料。 重量比 容积比 燃料 1 1 液态 空气 15 1000 气态 燃料受机械控制，容易参加。而汽缸容积就那么大，要想多加空气就要困难得多。因此，对发动机换气过程的研究就显得尤为重要了。2-1 四冲程发动机的换气过程一 配气定时 与工程热力学中介绍的不同, 进排气门的开启、关闭也需要时间, 故在下止点前排气排气提前角 4080 在上止点后关闭排气迟闭角 1035在上止点前吸气进气提前角 040在下止点后关闭进气迟闭角 4080进气提前角+排气迟闭角气门叠开角二 换气过程一 排气过程1 自由排气阶段 A 排开 p p p = p 靠缸

2、内压力将气体挤出气缸，其中p缸内压力, p排气管内压力。2 强制排气阶段 B p = p p p靠活塞上行将废气挤出气缸。3 超临界排气 C 排开 p = 1.9 p在气阀最小截面处, 气体流速等于该地音速 m/s。其流量与压差 p - pakRT无关, 只决定于排气阀开启面积和气体状态。4 亚临界排气 D p = 1.9 p 排闭。 其流量取决于压差 p - p 。二 进气过程和气门叠开角 由于节流作用, 缸内产生负压；使新鲜介质进入缸内。pp0气阀叠开角：非增压：2060 CA。 太大引起 废气回流进气道。 太小 扫气作用不明显。 增压：110140 CA。 进气管 p, 扫气明显, 气阀

3、叠开角可以增大很多。如 6135 型高柴：非增压：40, 增压：124。扫气的作用：1 去除废气, 增加气缸内的新鲜充量。2 降低排气温度。 3 降低热负荷最严重处如气阀、活塞等的温度。三 换气损失 理论循环换气功与实际循环换气功之差。 如图：换气损失功换气损失功X+Y+W, 其中W+Y 为排气损失功，X 为进气损失功。一 排气损失功 Y W 是因排气门提前开启而损失的膨胀功, 称为自由排气损失。Y 是活塞作用在废气上的推出功, 称为强制排气损失功。 排气提前角排气提前角 W ，Y 。 综合效果, 要求Y+W, 故W+Y有一个最正确值W+Ymin 。对应排气提前角亦有一个最正确值, n W+Y

4、min 。二 进气损失功 X 进气损失功小于排气损失功，即 X d进d排2 四气门 流通面积 40%左右。但结构复杂，造价较高。f1 可达 30%， f1vNege3 气门升程 h h，时面值 v4 阀顶过渡圆角 R R f1v R 流动阻力 v R 应适中。二 进气管1 外表光洁度和流通面积 外表光洁度，流通面积 沿程阻力 v2 转弯和节流阻力 转弯半径 R，截面突变 v3 截面形状 考虑汽油机的雾化，蒸发，那么 管壁面积 沉积 蒸发 混合气分配不均匀 截面形状 圆形 矩形 D 形 流动阻力 小 大 中 底部蒸发 小 中 大 柴油机不存在底部蒸发问题，故多采用流动阻力小的圆形进气管。三 进气

5、道 转弯半径 R，外表光洁度，各管口与垫片孔口对中 流动阻力 v 设计时还要考虑组织进气涡流。四 空气滤清器 通道面积，除尘效果 流动阻力 v 经常清洗，更换纸芯。五 化油器 喉口截面积 流动阻力 ，但雾化效果 。v 解决这对矛盾，采用双喉口。小喉口：雾化；大喉口：进气。二 合理选择配气定时一 配气定时的综合评定1 良好的充气效率以保证发动机的动力性能。2 适宜的充气效率以适应发动机的扭矩特性。3 较小的换气损失以适应发动机的经济性能。4 必要的燃烧室扫气以保证高温零件的热负荷得以适当降低，到达可靠运行。5 适宜的排气温度。 调整：1，2进气迟闭角；3排气提前角；4，5气门叠开角二 进气迟闭角

6、i1 转速 n 一定时，总有一个进气迟闭角使得充气效率为最大。iv2 n 气流惯性 缸内气体易倒流进气管 v n 一局部气体来不及进入汽缸 v3 对应的 niv,max 所以，高速发动机转速大，要获得好的充气效率和动力性，进气迟闭角应大 一些。4 n i,最佳 三 排气提前角o ， 其中后期膨胀比。ovVV14 考虑经济性，在排气损失最小的前提下，尽量减小排气提前角。四 气门叠开角i o, 缸内气体易倒流进气管； ， i o,i o,prTav 增压发动机气门叠开角应大一些。2-5 进气管内的动态效应一 现 象195 柴油机：进气管长度 L = 300 mm L = 1140 mm 气体在进排

7、气管中有压力波动现象，有效组织、利用压力波动，可以提高充 气效率。 进气门开闭时： pa piv 排气门开闭时： pr pov 动态效应与进排气管的长度和直径有关。二 波的动态机理 闭口端：进：压缩波 反射: 压缩波 同型波 进：膨胀波 反射: 膨胀波 同型波 开口端：进：压缩波 反射: 膨胀波 异型波 进：膨胀波 反射: 压缩波 异型波三 进气动态效应一 惯性效应 阶段：进气门开 进气门闭 膨胀波 压缩波 进气门闭二 波动效应 阶段：进气门闭 下一循环进气门开 压缩波 膨胀波 膨胀波 压缩波 进气门开 压力波动是周期性的。 压力波固有频率： 1/s 其中 a进气管内声速。faL14 发动机吸气频率： 1/s fnn2602120 令：qffanL1230 当 q = 1，2，3 时，进气门开，那么 pa 。v 当 q = 时，进气门开，那么 pa 。112212312,v四 结 论1 惯性效应 本循环，振幅大，衰减小。 波动效应 两循环，振幅小，衰减大。2 高速发动机，进气管短；低速发动机，进气管长。3 进气管直径 流动阻力 压力波强度 进气管直径 压力波振幅 压力波强度4 多缸机上，进气管应分支，且等长。5 防止急转弯，那么压力波振幅不会衰减太大。6 排气管需要膨胀波，那么 pr 扫气作用 v2-6 单位时间充气量与循环充气量 单位时间充气量 G kg/h