发动机换气过程-汽车发动机原理

汽车车发发动动机机原原理理制作作人人：：张张振振东东目录录前言言：：课课程程绪绪论论第一一章章：：发发动动机机性性能能第二二章章：：发发动动机机换换气气过过程程第三三章章：：燃燃料料与与燃燃烧烧第四四章章：：汽汽油油机机混混合合气气的的形形成成与与燃燃烧烧第五五章章：：柴柴油油机机混混合合气气的的形形成成与与燃燃烧烧第六六章章：：发发动动机机的的特特性性第七七章章：：车车用用发发动动机机废废气气涡涡轮轮增增压压第八八章章：：排排气气污污染染机机及及控控制制第二二章章：：发发动动机机的的换换气气过过程程2-1内燃燃机机换换气气过过程程的的特特点点及及要要求求2-2四冲程内燃机机的换气过程程2-3四冲程内燃机机的充气效率率ηv2-4减小进气系统统阻力2-5合理选择配气气定时2-6进气管的气体体动力学效应应2-7可变技术2-8二行程发动机机换气过程2-1内燃机换气过过程的特点及及要求进气和排气过过程的总称，，任务：1．排除缸内废废气，干净彻彻底；2．在有限的气气缸工作容积积下，充入更更多的新鲜充量。2-2四冲程内燃机机的换气过程程一、按三个流流动状态分：：1．超临临界（（pc/pr1.893）以音速速流出出，流流量取取决于于气体体状态态和流流通面面积，，与压压差无无关。。2．亚临临界（（1<pc/pr<1.893）流量取取决于于气体体状态态、流流通面面积和和压差差，下下止点点后10-30度结束束。二、按按流动动特点点：1．自由由排气气阶段段：超超临界界和亚亚临界界2．强制排气气阶段：靠活活塞上行强制制推出废气排气门在下止止点前打开，，在上止点后后关闭3.进气过程：进进气门上止点点前打开，在在下止点后关闭4．气门叠开开：排气门迟迟闭，进气门门早开,两气门处于同时开启启的阶段作用：（1）扫气：减少少废气，增加加新鲜充量；；（2）冷却高温温零件。汽油机：进气气压力低，20-30CA，过大易引起起回火；非增压柴油机机：进气压力力较大，20-80CA；增压柴油机：：进气压力大大于大气压，，80-160CA三、进气过程程配气相位:4个角排气门早开：：排气提前角角1.使排气流畅2.排气功减小排气门晚关关：排气迟迟闭角1.使排气彻底底2.排气惯性进气门早开开：进气提前前角1.减小阻力2.增加流通面面积进气门晚关关：进气迟迟闭角1.惯性进气由于于活活塞塞下下行行,缸内内产产生生负负压压，，使使新新鲜鲜介介质质充充入入缸缸内内。。四、、换换气气损损失失1、自由由排排气气损损失失W2、强强制制排排气气损损失失Y(W+Y)→min→→确定定最最佳佳排气气提提前前角角。。3、进进气气损损失失X4、换换气气损损失失W+Y+X5、泵泵气气损损失失W+Y-d发动动机机换换气气损损失失图图进气气损损失失和和排排气气损损失失组组成成。。2-3四冲冲程程内内燃燃机机的的充充气气效效率率ηv一、、充充气气效效率率ηv的定定义义m1、v1：实际际进进入入气气缸缸的的新新鲜鲜工工质质的的质质量量、、体体积积；；ms、vs：进进气气状状态态下下充充满满工工作作容容积积的的新新鲜鲜工工质质的的质质量量、、气缸缸的的工工作作容容积积。。表征征进进气气过过程程的的完完善善程程度度及及气气缸缸利利用用率率。。进气气状状态态下下充充满满气气缸缸工工作作容容积积的的工工质质质质量量实际际进进入入气气缸缸的的新新鲜鲜工工质质质质量量进气气状状态态：：非非增增压压：：环环境境大大气气状状态态P0、T0增压压：：压压气气机机出出口口状状态态Pk、Tk若大大气气状状态态，，气气缸缸工工作作容容积积Vs，理理论论上上进进入入气气缸缸充充气气量量ms:由于于，，进进气气终终了了时时pa<p0,Ta>T0,<Vs,实际际进进气气量量m1：v的测测量量方方法法：：（1）流流量量计计测测量量发发动动机机每每小小时时的的实实际际进进气气量量V1[m3/h]；（2）计计算算每每小小时时的的理理论论充充气气量量V：（3）充充气气效效率率1．进进气气终终点点压压力力PaPa=Ps-ΔΔP，ΔP=λλρρv2/2，其中中，，λ：管管道道阻阻力力系系数数；；ρ：进进气气密密度度；；v：流流速速ΔP是各各段段管管道道所所产产生生压压降降的的总总和和，，进进气气门门处处截截面面最最小小，，产产生生的的流流阻阻最最大大。。(1)油门一一定，，n流速Pa(2)n一定，，Pa的变化化与负负荷调调节方方式有有关：：柴油机机：质质调节节，进进气无无节流流，由由喷油油量改改变负负荷，，Pa基本不不变汽油机机：改改变节节气门门调节节负荷荷负荷节气气门关关小节流流损失失Pa二、ηv的数学学分析析表达达式2.进气终终点温温度Ta新鲜工工质被被高温温零件件加热热，Ta>Ts，导致致ρ↓ηv↓柴油机机：排排气管管和进进气管管分置置于发发动机机两侧侧。汽油机机：为为了汽汽化混混合气气，需需加热热新鲜鲜混合合气，，进排气管同侧。。3．残余废气系系数↑ηv↓ε↑↓柴油机比汽油油机↓低负荷时,汽油机↑4.配气定时ξ，Pa→max关太早，惯性性作用未利用用关太迟，发生生倒流5.压缩比εε↑→ηv↑6.大气状态Po↑→Pa↑→进气量↑To↑→Ta↑→进气量↓2-4减小进气系统统阻力一、减少进气气系统的流动动损失进气系统阻力力分为汽油机：空气滤清器化油器节气门进气管进气道进气门柴油机：空气滤清器进气管进气道进气门沿程阻力局部阻力（节节流阻力）二、进气门处处的流动阻力力1.时面值气门处气体流流量dm：dm=ρvmfdt开启过程的气气体流量:m=∫dm=ρvm∫fdt=ρvm1/6n∫fdφ式中，∫fdt称为时面值,∫fdφ称为角面值2．进气马赫数数MaMa定义：进气门门处气体的平平均速度vm与该处声速c的比值。vm定义：实际进进入气缸的新新鲜充量与进进气门有效时时面值之比。。其中：D、d：活塞及进气气阀盘直径；；Cm：活塞平均速速度；m：进气门开启启过程的平均均流量系数；；o、c：进气门开关关角度。当Ma>0.5时，ηv↓↓，此时n增加，功率也也不增加。减小Ma：（1）d气门通过面积积（2）m（3）配气相位（（c-o）3．气门直径和和气门数a.增大进气门直直径，减小排排气门直径1、进气门直径d进一般:d进Paηvd排Prηv一般：d排>d进b.多气门，流通面积f40%左右。D>80mm,常用二进二排排；D<80mm，常用三进二二排。fηvPe（可达30%），be0.20～0.25c.圆滑过渡（其其中R为阀顶过渡圆圆角）（1）过渡圆角R流动阻力ηv（2）锐边光滑d.增大气门升程程h，时面值ηv三、进气道和和进气管1.进气管截面大大：阻力小，，流速低，汽汽油易沉积于于管壁；2.表面光洁减小沿程阻力力；3.管道转弯少，，截面不突变变减小局部阻力。四、空气滤滤清器1.加大截面减小小阻力；2.清洗、更换。。2-5合理选择配气气定时进气迟闭角θ进闭对ηv影响最大1．对于固定θ进闭，n↑，ηv变化，在某一一转速ηv→max；2.不同的迟闭角角，ηmax对应的转速不不同。迟闭角大，ηmax对应的转速高高3．改变θ进闭，可调整内燃燃机的工作特特性满足不同同要求:（1）如要求提高高最大Pe，则θ进闭↑，但对中低低速不利；（2）如要求提高高低速Me，则θ进闭↓，但会减小小最大功率。。2-6进气管的动态态效应进气和排气是是间歇式过程程，内部存在在压力波；利用压力波提提高ηv，称为动态效效应；压力波动：气气流惯性效应应和波动效应应。一、进气管惯惯性效应进气门打开初初期，由于活活塞向下运动动和气流惯性，气缸内和和进气管内产产生负压。气气体流入气缸，同时从气气缸中传出膨膨胀波，向外外端A传播，速度为（（a-u）。当传到A端后，变成压压缩波从A端又向气缸方向传播，速速度为（a+u）。反射到气气缸后，使气缸压力上上升。若进气管长度度适当，使膨膨胀波发出到到压缩波返回气缸所经历历时间，与进进气门从开启启到关闭的时间恰好配合合，即压缩波波到达气缸时时，进气门正好处于关闭闭前夕，缸内内气体密度最最大。此时关闭进气门就就可以利用进进气惯性效应应，获得增压效果，使循循环充量增加加，提高充气气效率。从图3-14中（b）可以看出，，如果波动一一周期正好与与进气门开启启持续时间相相等，则进气气门关闭时正正是B点压力处于波波峰位置，也也正是惯性效效应最大的时时候。如果进进气门关闭比比此相位早或或晚，B点压力都不会会处于波峰位位置，因此都都得不到最高高充气效果。。二、进气管波波动效应当进气门关闭闭之后，进气气管内的气柱柱还在继续波波动，对下一一个进气循环环的进气量产产生影响，这这一影响称为为波动效应。。当进气门关闭闭时，进气管管内流动的空空气受到压缩缩，在进气门门处产生压缩缩波，向进气管管开口端A传播，传播速速度为(a-u)；当压缩波传到到管端A时，将要产生生反射波，反反射波与入射射波性质相反反，即为膨胀波，，并以(a+u)的速度向进气气门处传播（（图中a）。如果进气门尚尚未打开仍处处于封闭时，，从进气门处处返回的仍是是膨胀波，此此膨胀波又向管管端A传播，在开口口端再次反射射时又变成压压缩波向进气气门处传播。这样，气波在在进气管中周周而复始的来来回传播，使使进气门处的的压力也时高高时低形成压压力波（图中中b）。如果下一一循环的进气气过程与正压压力波重合，，进气门关闭闭时压力高，，使充量系数数提高，如果果与负压力波波重合，则进进气门关闭时时压力低，使使充量系数下下降。压力波动的固固有频率f1为：式中：α—进气管内音速速，m/s；L—进气管长度，，m。当内燃机转速速为n(r/min)时，进气频率率f2为：f1与f2之比为：q1表示波动次数数。q1说明进气管内内压力波动的的固有频率和和内燃机进气气频率之间的的配合关系，，主要是进气管管长度和内燃燃机转速的配配合。当q1=1.5、2.5……时，下一次气气门开启期间间正好与正的的压力波相重重合，使进气充量增增加。当q=1、2、……时，进气频率率与压力波频频率合拍，下下一次气门开开启期间与负的压力波重重合，使进气气充量减少。。这样，就可利利用进气管的的动态效应增增大充气量，，提高发动机机的动力性。。实践证明，，利用进气管管动态效应可可提高功率10%～20%，最低耗油率率下降3%～5%。并且还能降降低排气温度度和减少碳烟烟的排出量。。2-7可变技术一、可变进气气管1．要求:高速：粗短管管低速：细长管管2．措施：改改变进气管长长度或流通面面积。二、可变气门门定时1．使凸轮轴转转过一定角度度；2．使用高、低低速不同的凸凸轮。发动机的一些些结构参数随随工况而变化化，增强发动动机的工况适适应范围，提提高经济性、、动力性和工工作稳定性。。可变进气管传统配气机构构传统配气机构构缺点：气门正时固定定不变，很难难兼顾发动机机不同转速的的工作需求。。可变气门定时时1、凸轮相位可可变双顶置凸轮轴轴，使进气凸凸轮转过一定定角度。2、