发动机原理与汽车理论课件 模块二 发动机的换气过程

一、四冲程发动机的换气过程二、影响换气过程的因素三、换气过程对发动机性能的影响四、改善换气过程的措施

模块二

发动机的换气过程Contents五、发动机的进气控制与增压一、四冲程发动机的换气过程1.换气过程四冲程发动机的换气过程是指上一循环排气门开启到下一循环进气门完全关闭的整个过程。

换气过程分为自由排气、强制排气和进气过程三个阶段

。自由排气强制排气进气、扫气一、四冲程发动机的换气过程1.换气过程自由排气阶段定义排气门开启到气缸内压力接近排气管内压力

超临界排气开始到气缸压力低于1.9倍排气管压力亚临界超临界结束到排气过程结束所占比例占排气时间不长、排气量为总排气量60%多一、四冲程发动机的换气过程1.换气过程强制排气阶段定义活塞上行强制排除废气阶段

缸内压力有排气阻力，缸内压力高出排气管压9.8KP，取决于排气门开启截面和气流速度（取决于发动机转速）排气门关闭时间排气门不是瞬时关闭，故在上止点后关闭排气门迟后关闭角上止点到排气门完全关闭~一、四冲程发动机的换气过程1.换气过程进气过程早开上止点前开启~晚关利用进气流惯性充分进气~缸内压力变化高于大气压

低于大气压

高于大气压排气门迟后关闭角

一、四冲程发动机的换气过程1.换气过程扫气过程气门叠开进气门与排气门同时开启的现象

所占转角非增压发动机20º~60º

增压发动机80º~160º

扫气过程定义利用进气流进一步扫除废气叠开角的大小过小过大都不好；增压发动机叠开角可增大

一、四冲程发动机的换气过程2.换气损失排气门提前开启：循环功损失

强制排气过程：有功的消耗进气过程：克服进气阻力消耗功一、四冲程发动机的换气过程2.换气损失

排气损失定义排气门开启到进气行程中气缸压力达到大气压过程循环功的损失

排气损失的组成提前排气损失、强制排气损失

排气门提前开启角对排气损失的影响转速和气门升程一定时，增大、减小最佳排气门提前开启角使w+x+u最小，通过实验确定n增加，提前角增大

一、四冲程发动机的换气过程2.换气损失

进气损失定义进气过程中克服阻力所消耗的功

进气损失对功率和热效率的影响影响不大，但影响进气量

泵气损失属于机械损失

一、四冲程发动机的换气过程3.换气过程的评定指标

残余废气系数（衡量排气是否彻底）定义每循环进气过程结束时，气缸内残余废气量与实际充气量的比例

计算数值汽油机r=0.06~0.16非增压柴油机r=0.03~0.06增压柴油机r=0.00~0.03一、四冲程发动机的换气过程3.换气过程的评定指标

充气效率定义每循环实际充气量m与理论充气量

的比值计算实际充气效率计算

流量计测得实际V(㎥/h)理论充气量

二、影响换气过程的因素1.影响充气效率的因素进气终了的压力和温度排气终了的压力和温度大气压力和温度压缩比配气相位

二、影响换气过程的因素1.影响充气效率的因素

进气终了压力对充气效率的影响按公式：二、影响换气过程的因素1.影响充气效率的因素

进气终了压力对充气效率的影响二、影响换气过程的因素1.影响充气效率的因素

进气终了温度对充气效率的影响按公式：二、影响换气过程的因素1.影响充气效率的因素

进气终了温度对充气效率的影响二、影响换气过程的因素1.影响充气效率的因素

排气终了压力和温度对充气效率的影响按公式：实际上：排气阻力（排气通道的阻力和发动机转速）大，排气终了压力高按公式：原因分析二、影响换气过程的因素1.影响充气效率的因素

大气压力和温度对充气效率的影响按公式：实际上：原因分析实际进气量也减少减小幅度小理论充气量减少减小幅度大二、影响换气过程的因素1.影响充气效率的因素

压缩比对充气效率的影响分析：实际：影响很小压缩比的选取：汽油机：保证正常燃烧的前提下，尽可能提高压缩比，提高热效率。柴油机：保证正常着火自燃的前提下，不过分最求高压缩比，以免机件承受的机械负荷大。二、影响换气过程的因素1.影响充气效率的因素

配气相位对充气效率的影响进气门迟后关闭角影响最大，排气门迟后关闭角影响其次。进、排气门迟后关闭角目的减小进排气损失、利用气流惯性充分进、排气。进气门迟后关闭角过小（不能充分利用气流进气）、过大（进气容易被压出缸外）排气门迟后关闭角过小（不能充分利用气流排气）、过大（易废气到流）二、影响换气过程的因素1.影响充气效率的因素

结论进气终了压力提高，充气效率提高。进气终了温度提高，充气效率下降。排气终了压力提高，充气效率下降。排气终了温度变化对充气效率影响不大。

大气压力降低、大气温度升高，充气效率提高。

压缩比提高，充气效率提高。配气相位：进、排气迟后角过大或过小，充气效率降低。

二、影响换气过程的因素2.影响残余废气系数的因素合适的配气相位三、换气过程对发动机性能的影响1.理论空气量和过量空气系数理论空气量指1kg的燃料完全燃烧时所需的最低空气量。(汽油：14.7kg；柴油:14.5kg)过量空气系数过量空气系数：指燃烧1kg燃料实际供给的空气量L与理论空气量L0的比值。

φat＞1稀混合气；φat＜1浓混合气；φat=1理论混合气

三、换气过程对发动机性能的影响2.充气效率和发动机功率和转矩的关系式中：K1、K2——对一定的发动机为比例常数。且K2=9550K1。影响发动机动力性指标（Pe和Me）的参数主要有：过量空气系数、充气效率、指示热效率和机械效率。提高充气效率是提高发动机动力性的重要措施之一。四、改善换气过程的措施1.减小进气阻力减小进气门处的阻力系数加大进气门直径:采用多气门结构:适当增加进气门升程:改进配气凸轮线型；适当降低活塞运行速度:减小活塞行程。减小空气滤清器的阻力系数定期维护、适时更换减小进气管道的阻力系数尽可能采用圆形截面、增大进气道尺寸、减小弯道和流通截面变化、采用进气控制系统。四、改善换气过程的措施2.减小排气阻力减小排气门处的阻力采用加大排气门升程或多排气门结构。减小排气管道的阻力应采用渐扩型，保证排出的气体充分膨胀，降低气缸与排气管内的压力差，使气缸压力迅速下降。四、改善换气过程的措施3.降低进气温度在结构布置上，减小进气管受热；加强对冷却系统的维护，防止发动机过热；热空气供给装置。四、改善换气过程的措施4.合理选择配气相位进气迟后角一定，在某一转速下充气效率最高。发动机转速变化时，在较低的转速范围内，采用较小的进气门迟后关闭角，可获得较高的充气效率和有效功率。

改变进气门迟后关闭角度，可改变ηv和Pe随转速的变化关系，从而改变发动机的速度特性

五、发动机的进气控制与增压目的汽油机：提高充气效率柴油机：控制进气量或进气涡流发动机的进气控制通常采用动力阀控制柴油机的进气控制

进气节流控制、进气涡流控制五、发动机的进气控制与增压汽油机的进气控制通常采用动力阀式，动力阀式进气控制系统通过控制发动机进气道的空气流通截面大小，来适应发动机不同转速和负荷时的进气量需求，从而改善发动机的动力性。

1.发动机的进气控制五、发动机的进气控制与增压增压的目的降低发动机的质量、体积和制造成本。提高热效率，降低油耗率。降低排放污染和噪声。可补偿高原功率损失。提高整机使用经济性。改善发动机的特性。

2.发动机的进气增压五、发动机的进气控制与增压进气增压的评定指标增压度：增压后功率的提高量与增压前功率之比。增压比：增压后的气体压力与增压前的气体压力之比。2.发动机的进气增压五、发动机的进气控制与增压进气增压系统的类型按增压比的不同，增压发动机可分为：低增压:πb＜1.6（pme=700～1000kPa）；中增压:1.6≤πb≤2.5（pme=1000～1500kPa）；高增压:πb＞2.5（pme=1500kPa以上）。按增压器装置的结构原理不同，增压发动机可分为：机械增压系统；废气涡轮增压系统；气波增压系统；谐波进气增压系统；复合增压系统。2.发动机的进气增压五、发动机的进气控制与增压进气增压对汽油机的影响爆燃倾向加大：汽油机增压后，由于压缩始点压力和温度升高，促使爆燃发生，必须采取降低压缩比、推迟点火时刻等技术措施。负面影响：热效率下降、排温过高等。热负荷加大：汽油机的过量空气系数小，其燃烧温度高，排气温度比柴油机高（300℃），增压后汽油机的整体温度更高；同时，汽油机气门叠开角不大，扫气作用不明显，所以增压后的汽油机在排气门、活塞等处的热负荷均高于柴油机。进气增压对柴油机的影响机械负荷和热负荷加大：燃烧最高压力和温度提高低速和加速时排气管冒烟：低速时，由于增压效果较差，供气量不足；加速时，气流惯性作用，压气机供气滞后，都使混合气过浓，排气管冒烟。2.发动机的进气增压五、发动机的进气控制与增压进气增压对柴油机的影响结构上必须采取以下措施：1）适当调整和改进燃料供给系统

：保证喷油持续时间不变（如加大喷油泵柱塞直径、加大喷油器喷孔直径、提高喷油压力等）；同时适当减小喷油提前角（抑制燃烧最高压力和温度，降低机械负荷和热负荷）。2）适当调整配气相位：适当增加气门叠开角，降低发动机热负荷。试验表明：气门叠开角每增加100，活塞的平均温度下降4℃。

3）适当减小压缩比：压缩比减小，降低燃烧最高压力和温度。压缩比减小过多，冷起动困难，经济性变差。一般减小1-2个单位。4）对增压空气冷却：采用