第2章-发动机的换气过程(3).ppt

1、汽车发动机原理,同学们好,汽车发动机原理,第二章,发动机的换气过程,第二章 发动机的换气过程 配气系统可变技术,2.7 配气系统可变技术,配气系统可变技术是发动机可变技术的重要组成部分，是指配气系统结构参数可变的技术。 配气系统可变技术几乎可改变所有的结构参数，如进气管长度和流动截面、配气相位、气门升程规律和进气涡流强度等等。,第二章 发动机的换气过程 配气系统可变技术,2.7 配气系统可变技术,2.7.1 可变进气管技术,第二章 发动机的换气过程 配气系统可变技术,2.7 配气系统可变技术,2.7.1 可变进气管技术,第二章 发动机的换气过程 配气系统可变技术,2.7 配气系统可变技术,2.

2、7.1 可变进气管技术,第二章 发动机的换气过程 配气系统可变技术,2.7 配气系统可变技术,2.7.1 可变进气管技术,第二章 发动机的换气过程 配气系统可变技术,2.7 配气系统可变技术,2.7.1 可变进气管技术,第二章 发动机的换气过程 配气系统可变技术,2.7 配气系统可变技术,2.7.2 可变配气机构,第二章 发动机的换气过程 配气系统可变技术,2.7 配气系统可变技术,2.7.2 可变配气机构,第二章 发动机的换气过程 配气系统可变技术,2.7 配气系统可变技术,2.7.2 可变配气机构,第二章 发动机的换气过程 配气系统可变技术,2.7 配气系统可变技术,2.7.2 可变配气机

3、构,第二章 发动机的换气过程 配气系统可变技术,2.7 配气系统可变技术,2.7.2 可变配气机构,第二章 发动机的换气过程 配气系统可变技术,2.7 配气系统可变技术,2.7.3 可变排气管,第二章 发动机的换气过程 配气系统内动态效应的利用,2.8 配气系统内动态效应的利用,进气管结构参数变化导致充气效率改变。,第二章 发动机的换气过程 配气系统内动态效应的利用,2.8 配气系统内动态效应的利用,分析： 在进气过程中，活塞的下行运动可导致进气管内产生膨胀波，该膨胀波将在进气管的开口端反相，然后产生正向压力波向气缸传播。在合适的条件下(如转速、进气管长度等)，这个正向压力波可以使得进气过程结

4、束时，进气门处的压力高于正常的进气压力。这样发动机就可以多进气，从而使充气效率得到提高，这是上图出现充气效率变化的原因，即动态效应引起充气效率变化。,第二章 发动机的换气过程 配气系统内动态效应的利用,2.8 配气系统内动态效应的利用,图表示一个带有阀门的管道系统。当阀门突然打开时，管道内前端气体向前运动，在前端极短的一段内，出现一个微小压降 p，即负压波（膨胀波）。,2.8.1 管内动态效应,可以用简单的管道气体流动模型来说明动态效应。,第二章 发动机的换气过程 配气系统内动态效应的利用,2.8 配气系统内动态效应的利用,负压波以声速 a 向入口传播。其绝对速度为Cf a 。情况，与突然打开

5、时相反。负压波到达入口后，变为正压波（压缩波）向出口反射，使管内压力升高。 阀门突然关闭时管道内压力波传播与反射的,2.8.1 管内动态效应,第二章 发动机的换气过程 配气系统内动态效应的利用,2.8 配气系统内动态效应的利用,除了阀门的突然开闭，还有许多原因可能导致压力波传播与反射，如管道内存在突起和急剧转弯。由于存在各种阻力，管道内压力波在反复传播时会不断衰减，经过一定的时间之后，管内流动趋于平衡稳定流动。,2.8.1 管内动态效应,第二章 发动机的换气过程 配气系统内动态效应的利用,2.8 配气系统内动态效应的利用,反射压力波的类型取决于管端的边界条件。有两种边界，开口边界和闭口边界。上

6、例的入口为开口边界，出口在阀门关闭时为闭口边界。开口边界的反射波和入射波相反，压缩波反射时变为膨胀波，膨胀波反射时变为压缩波；闭口边界的反射波和入射波相同，即压缩波仍为压缩波，膨胀波仍为膨胀波。,2.8.1 管内动态效应,第二章 发动机的换气过程 配气系统内动态效应的利用,2.8 配气系统内动态效应的利用,2.8.1 管内动态效应,第二章 发动机的换气过程 配气系统内动态效应的利用,2.8 配气系统内动态效应的利用,2.8.1 管内动态效应,管内非稳定流动中压力波的传播反射就是管道内的动态效应。压力波的传播与反射还有叠加效果，使得管内压力波动加剧。工程上可以利用动态效应来增加气缸吸入的新鲜充量

7、，提高充气效率。,第二章 发动机的换气过程 配气系统内动态效应的利用,2.8 配气系统内动态效应的利用,2.8.2 进气管内的动态效应,第二章 发动机的换气过程 二冲程内燃机的换气过程,2.9 二冲程内燃机的换气过程,2.9.1 二冲程内燃机的换气过程,二冲程内燃机同样具有进气、压缩、燃烧、膨胀和排气过程，这些过程只用两个活塞行程来完成，其中差别最大的是换气过程。在膨胀行程的末期，活塞下行首先打开排气口，开始排气，而后扫气口开启，具有一定压力的新鲜充量由扫气口流人气缸，并强迫废气由排气口流出，进行充量更换，然后，活塞到达下止点后又上行，在压缩行程的开始，依次将扫气口和排气口关闭，换气过程结束。

8、新鲜充量由扫气泵提供，扫气泵的作用是对新鲜充量进行压缩，使其压力提高后，再进入气缸。 二冲程内燃机的换气过程分为三个阶段，自由排气阶段、扫气阶段以及额外排气阶段。,第二章 发动机的换气过程 二冲程内燃机的换气过程,2.9 二冲程内燃机的换气过程,2.9.1 二冲程内燃机的换气过程,第二章 发动机的换气过程 二冲程内燃机的换气过程,2.9 二冲程内燃机的换气过程,2.9.2 二冲程内燃机换气过程的阶段划分,1. 自由排气阶段 排气口开启到新鲜充量进入气缸，为自由排气阶段。排气口一般在下止点前 60 75(CA )开启，排气口刚开启时，气缸压力较高，约为300 600 kPa，压力比p/pr超过1

9、.9，是超临界排气。在该阶段，排气流量与排气管内的气体状态无关，只取决于缸内气体的状态和排气口流通截面的大小。自由排气阶段是二冲程内燃机换气过程的最重要阶段，也包括超临界排气和亚临界排气，排出大约70% 80%的废气。,第二章 发动机的换气过程 二冲程内燃机的换气过程,2.9 二冲程内燃机的换气过程,2.9.2 二冲程内燃机换气过程的阶段划分,2.扫气阶段,扫气口开启到活塞下行经过下止点再上行将扫气口关闭，为扫气阶段。当扫气口开启时，气缸压力下降到稍低于扫气压力ps，新鲜充量进入气缸。在这阶段，利用新鲜充量强制将废气排出气缸外，即同时完成强制排气和气缸充气。 扫气阶段初期，扫气口开度小，排气口

10、开度大，主要的流动阻力在扫气口。,第二章 发动机的换气过程 二冲程内燃机的换气过程,2.9 二冲程内燃机的换气过程,2.9.2 二冲程内燃机换气过程的阶段划分,2.扫气阶段,随着活塞下行及废气迅速外流，缸内气体压力骤降，可形成较高的真空，此时扫气口开度也已加大，使新鲜充量急速流入气缸。随后，扫气口与排气口开度均较大，扫气气流经过扫气口进入气缸，将缸内废气从排气口压向排气管，实现扫气。 发动机的后燃、缸内换热以及排气管内压力波动等，都会给扫气和强制排气带来影响。,第二章 发动机的换气过程 二冲程内燃机的换气过程,2.9 二冲程内燃机的换气过程,2.9.2 二冲程内燃机换气过程的阶段划分,3.额外

11、排气阶段,扫气口关闭到排气口关闭，为额外排气阶段。因为结构原因，二冲程发动机扫气口关闭时刻早于排气口。在这一阶段，由于活塞上行的排挤和排气气流的惯性作用，部分废气与新鲜充量的混合气继续排出，直到排气口关闭为止。对于扫气口关闭时刻晚于排气口的发动机而言，由于可以获得新鲜充量的额外加入，故这一阶段被称为过后充气阶段。,第二章 发动机的换气过程 二冲程内燃机的换气过程,2.9 二冲程内燃机的换气过程,2.9.2 二冲程内燃机换气过程的阶段划分,3.额外排气阶段,该阶段所持续的时间较短。由于活塞已经开始上行，缸内气体受到压缩而压力提高，有利于额外排气而不利于过后充气，要达到过后充气的目的就必须提高扫气

12、泵的扫气压力，相应地增加扫气泵消耗的机械功。,第二章 发动机的换气过程 二冲程内燃机的换气过程,2.9 二冲程内燃机的换气过程,2.9.3 二冲程内燃机的扫气泵,二冲程发动机换气过程的特点是进、排气过程基本同时进行，并利用新鲜充量扫除废气，所以，新鲜充量会与废气混合，废气排出不彻底，容易损失新鲜充量。如按曲轴转角计算，二冲程发动机换气过程很短，为130150曲轴转角，大约是四冲程发动机换气过程的1/3左右。因此，二冲程发动机换气过程的组织比较困难，其关键环节是扫气泵和扫气形式。 为了利用新鲜充量扫除废气，二冲程发动机必须设置扫气泵，使新鲜充量压力高于气缸内废气压力。 扫气泵的类型有以下几种：,

13、第二章 发动机的换气过程 二冲程内燃机的换气过程,2.9 二冲程内燃机的换气过程,2.9.3 二冲程内燃机的扫气泵,（1）曲轴箱作扫气泵 将曲轴箱封闭，利用活塞运动实现曲轴箱进气过程，并压缩曲轴箱内气体，提高其压力，起到扫气泵作用。 曲轴箱内最高压力与曲轴箱压缩比有关。曲轴箱容积大，故压缩比低（ e k = 1.3 1.55 ），这种扫气泵的充气效率低，扫气压力pk低，约为108 k Pa 。,第二章 发动机的换气过程 二冲程内燃机的换气过程,2.9 二冲程内燃机的换气过程,2.9.3 二冲程内燃机的扫气泵,（2）设置专门的扫气泵 这种结构二冲程发动机的扫气压力pk适中，pk = 109 15

14、0 k Pa ，因为不希望消耗较多的功率驱动扫气泵，所以不采取较高扫气压力。 （3）利用废气涡轮增压作扫气泵 这种结构二冲程发动机驱动扫气泵时不消耗额外功率，并和废气涡轮增压技术相结合，故扫气压力较高，pk = 140200 k Pa，根据需要，还可以提高扫气压力。,第二章 发动机的换气过程 二冲程内燃机的换气过程,2.9 二冲程内燃机的换气过程,2.9.4 二冲程内燃机的扫气形式,废气和新鲜充量在气缸中的流动方式称为扫气形式，也对换气过程的效果起着重要作用。 扫气形式有以下几种基本类型：,第二章 发动机的换气过程 二冲程内燃机的换气过程,2.9 二冲程内燃机的换气过程,2.9.4 二冲程内燃

15、机的扫气形式,扫气口和排气口沿着气缸圆周布置，各在相对的一侧，扫气口沿圆周和气缸中心线都有倾斜角，控制气流方向，以提高换气质量。,（1）横流扫气,第二章 发动机的换气过程 二冲程内燃机的换气过程,2.9 二冲程内燃机的换气过程,2.9.4 二冲程内燃机的扫气形式,排气、扫气定时关于下止点对称，扫气口比排气口先关，有额外排气阶段。在气缸死角（图中A区域）容易积存废气，容易出现新鲜充量短路，即新鲜充量直接从扫气口流向排气口，如图中B路线。,（1）横流扫气,第二章 发动机的换气过程 二冲程内燃机的换气过程,2.9 二冲程内燃机的换气过程,2.9.4 二冲程内燃机的扫气形式,扫气口和排气口不在气缸的两

16、侧，在气缸的同侧。扫气口沿圆周和气缸中心线也有倾斜角，但气流方向改变，废气死角和新鲜充量短路情况得到改善。,（2）回流扫气,第二章 发动机的换气过程 二冲程内燃机的换气过程,2.9 二冲程内燃机的换气过程,2.9.4 二冲程内燃机的扫气形式,这种扫气形式的排气定时、扫气定时与横流扫气类似，也有额外排气阶段。,（2）回流扫气,第二章 发动机的换气过程 二冲程内燃机的换气过程,2.9 二冲程内燃机的换气过程,2.9.4 二冲程内燃机的扫气形式,特点是进气气流旋转并沿气缸轴线运动，形成所谓气垫，故扫气口沿切向排列布置在气缸圆周。气流形成气垫，减少与废气混合，并有利于推出废气。,（3）直流扫气,第二章 发动机的换气过程 二冲程内燃机的换气过程,2.9 二冲程内燃机的换气过程,2.9.4 二冲程内燃机