汽车发动机原理课件：四冲程发动机的充量系数

一、充量系数充量系数ϕc是实际进入汽缸的新鲜工质量与进气状态下充满汽缸工作容积的新鲜工质量的比值，即:式中:m1、V1——实际进入汽缸的新鲜工质的质量、体积(进气状态)。msh、VS——进气状态下充满汽缸工作容积的新鲜工质的质量、汽缸工作容积。

ϕc值高，代表每循环进入一定汽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。实际发动机充量系数可直接测定，用流量计测出发动机每小时实际充气量Ｖ(m3/h)，理论充气量VSh(m3/h)由下面的公式算出:式中:VS——汽缸工作容积，Ｌ。ｉ——汽缸数。ｎ——发动机转速，r/min。由此可得实验测定的充量系数值为ϕc=V/VSh。充量系数ϕc的大致范围见表2-1。二、充量系数解析式假定进气门关闭时汽缸容积为V′S+VC，如图2-7所示，此时缸内压力、温度、密度为Pa、Ta、ρa，则缸内气体的总质量为:ma=(V′S+VC)ρa假定排气门关闭时缸内体积为Vr，残余废气的压力、温度、密度为Pr、Tr、ρr，残余废气的质量为:mr=Vr

ρr

(2-3a)充入汽缸新鲜充量的质量为:ϕcVsρs=(V′S+VC)ρa-Vr

ρr

(2-3b)为了说明缸内残余废气的比例，引入残余废气系数的概念，残余废气系数ϕr是进气过程结束时汽缸内残余废气量与汽缸中新鲜充量的比值，由式(2-3ａ)、式(2-3ｂ)知:三、影响充量系数的主要因素１.进气终了压力PaPa对ϕc有重要影响，Pa越高，ϕc值越大。Pa＝PS-ΔPa式中，ΔPa为气体流动时，克服进气系统阻力而引起的压降，一般可写成:式中:λ——管道阻力系数。ρ——进气状态下气体的密度，kg/m3。ｖ——管道内气体的流速，m/s。由上式看出,进气终了压降ΔPa的大小主要取决于管道阻力系数λ和管道内气体流速ｖ,ΔPa是气体流过进气道的各段管道时所产生压降的总和,而进气阀处是进气系统中流通截面最小、流速最大之处,也是阻力最大之处,发动机转速升高,气体流速增加,ΔPa显著增大(呈平方关系),使Pa迅速下降。汽车发动机的使用特点是转速和负荷都不断地在宽广的范围内变化。在汽油机上，进入汽缸的是空气和燃料的可燃混合气，调节负荷是改变节气门的开度来调节进入汽缸混合气量的多少，即所谓“量”调节，当汽车沿阻力减小的道路以一定速度行驶时，采用关小节气门开度的办法来保持转速一定，虽然转速不变，但节气门关小而节流损失增加，引起Pa下降，如图2-9所示。在柴油机上，进入汽缸的空气量基本不变，调节负荷的方法是改变进入汽缸的燃料量，即所谓“质”调节，当汽车沿阻力减小的道路以一定的速度行驶时，可减少供油量以减小发动机转矩，保持车速一定，由于转速不变，进气系统又无节流装置，故流动阻力基本不变，进气终了压力Pa值也基本不变或随负荷下降而略有上升，其原因是缸壁和热零件的温度有所下降，图2-10为一台柴油机ΔPa随负荷Pme变化的关系。图2-11表示汽油机在不同节气门开度下，进气终了压力Pa随转速变化的关系，可以看出:①当节气门开度一定时(图中某一条曲线)，转速增加，Pa下降，②当节气门开度逐渐减小时(图中不同曲线)，Pa不仅下降，而且节气门保持的开度越小，Pa随转速增加而下降得越快。２.进气终了温度Ta在进气过程中,新鲜充量经过进气管而进入汽缸,进气管温度高于大气温度，而汽缸壁、活塞顶、排气门的温度更高，因此，新鲜充量流经这些零件的表面时，受到不同程度的等压加热，加之受到汽缸内高温残余废气的影响，温度上升，密度下降，导致充量系数的下降。影响进气终了温度Ta的主要因素有:转速、负荷、缸壁的冷却强度及进气温度等，当负荷不变而转速增加时，由于新鲜充量与缸壁接触时间短，充量被加热少，Ta稍有上升，当转速不变而负荷增加时，缸壁温度升高，使进气终了温度Ta随之上升(图2-10中ΔTa曲线所示)，缸壁冷却强度越小，则温度越高，新鲜充量Ta值越大，若进气温度越高，则缸壁与新鲜充量的温差越小，Ta值增加幅度减小。３.残余废气系数ϕr汽缸中残余废气增多,不仅使ϕc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,ϕr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高,说明残余废气密度大，ϕr上升，与进气过程同理，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。ϕr值的一般范围见表2-2。４.配气定时式(2-4)中，系数ξ及φ反映了进、排气迟闭角的影响，进气迟闭角加大，ξ下降，但Pa可能因气流惯性而进气有所增加，排气迟闭角加大，φ上升，而Pr却下降，这表明，对ϕc而言，存在最有利的进、排气迟闭角。５.压缩比εc提高εc,可以提高充量系数,这是由于εc提高后,余隙容积相对减小,缸内残余废气量减少,