第二章发动机的换气过程(自)教程.ppt

1、第二章 发动机的换气过程,四冲程发动机的换气过程 四冲程发动机的充气效率 影响充气效率的各种因素 提高充气效率的措施 进气管内的动态效应,一 配气定时,排气提前角4080 排气迟闭角1035 进气提前角 040 进气迟闭角4080 气门叠开角 = 进气提前角+排气迟闭角,二 换气过程,自由排气 强制排气 气门叠开 进气,自由排气阶段 A ：靠缸内压力将气体挤出气缸 强制排气阶段 B ：靠活塞上行将废气挤出气缸 超临界排气 C ： 亚临界排气 D ：,自由排气阶段中排出的废气量与内燃机的转速无关，但在高速时，同样的排气时间对应的曲轴转角将大为增加。为使气缸压力及时下降，必须加大排气提前角，否则将

2、使自由排气阶段(以曲轴转角计)延长、排气消耗功增加。所以，随发动机转速的增加应相应增大排气提前角。 自由排气阶段虽然占整个排气时间的比例不大，但由于排气流速很高，排出的废气量可达60%以上，一般持续到下止点后1030(CA)结束。,进气过程和气门叠开角 气阀叠开角 ：非增压：2060 CA 增压：110140 CA 扫气的作用： （1）清除废气。 （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 换气损失功 = X+（Y+W ） 排气损失功Y+W 进气损失功X 泵气损失功（X+Y-d）,对于增压内燃机而言，理论的换气过程

3、是经过压缩的新鲜充量以增压压力pb等压地流人气缸，而排气则以pT等压地排出，进气与排气压力值均高于大气压力，且pbpT。这样，换气过程所获得的功(其值为正)为图中的矩形面积所示；而实际的换气过程中，换气过程所获得的功却是图中的封闭曲线面积，小于理论循环值，两者之差就是换气损失，其大小可由图中的阴影面积来表示。 由于换气过程主要是由进气过程和排气过程所组成，因而其损失也是由进气损失和排气损失两部分组成。,排气损失,自由排气损失（排气门提前打开损失） 强制排气损失 随着排气提前角的增大，自由排气损失增加，而强制排气损失减小，最有利的排气提前角，应当是使两者损失之和为最小。,进气损失,合理调整配气定

4、时，加大进气门的流通截面、正确设计进气管及进气道的流动路径以及降低活塞平均速度等，都会使进气损失减少,2-2 四冲程发动机充气效率,一 充气效率 实际测量:,柴油机：0.750.90，汽油机：0.700.85。,二 充气效率的分析式,下标0:大气状态 下标a:进气终了时缸内状态 下标r:排气终了时残余废气状态,2-3 影响充气效率的因素,进气终了压力 进气终了温度 排气终了压力 排气终了温度 压缩比 配气定时 进气状态,一 进气终了压力 进气阻力 转速 ：n 负荷： 汽油机：负荷节气门开度（量调节） ； 柴油机：负荷循环供油量（质调节） 基本不变,二 进气终了温度 转速， 负荷， 柴油机：进、

5、排气管分置两侧，避免排气管对进气管加热 化油器式汽油机：进、排气管同置一侧，改善混合气形成,三 排气终了压力,pr残余废气量v nprv （影响较小）,四 排气终了温度 Tr v 五 压缩比 v 六 配气定时 七 进气状态 进气温度，加热量 ， v 进气压力，pa/po不变 ， v基本不变,思考题,汽车由平原行驶高原地区，发动机的功率 下降是不是由于充气效率下降所致？为什 么？,2-4 提高充气效率的措施,减小流动阻力 合理选择配气定时 减小对新鲜空气的热传导 减小排气阻力,一 减小流动阻力 1、进气门：进气门直径 、四气门、气门升程 阀顶过渡圆角 Rf1v ； R流动阻力v ，R应 适中,进

6、气马赫数M： 进气门处气流的平均速度与该处音速的比值。 进气平均马赫数M综合了进气门大小、形状、升程规律以及活塞速度等因素，并且其大小与发动机的转速成正比。研究发现，对于小型四冲程发动机，当Ma超过0.5后，充气效率急剧下降。,(1)增大进气门直径.,(2)增加进气门数目,采用两进、两排的气门结构后，进气门面积之和可以达到气缸面积的30%，几乎比2气门提高30%50%。 双顶置凸轮轴；DOHC， Double Overhead Camshaft)4气门发动机,双顶置凸轮轴四气门,Exhaust camshaft,Exhaust Valve,Inlet camshaft,Inlet Valve,

7、R,单顶置凸轮轴四气门结构,Exhaust valve,Inlet valve,Inlet rock arm,Exhaust rock arm,Camshaft,图46是一个2L排量的4气门发动机与同排量2气门发动机的性能比较，显然，采用顶置凸轮轴4气门技术,可以便发动机的功率提高约15%30%，转矩增大约5%10%。经济性能也得到改善。,两进、两排的4气门结构在气缸盖缸中间部位往往难以布置即便是最小尺寸的火花塞， 3气门结构，这样既能发挥多气门的优越性，结构又相对简单。 5气门(三个进气门，两个排气门),五气门布置,R,单顶置凸轮轴三气门,2 进气管： 表面光洁度和流通面积 转弯和节流阻力

8、截面形状：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,3 进气道 ： 转弯半径R，表面光洁度 ， v 4 空气滤清器 通道面积，除尘效果，阻力 ， v 5 化油器 喉口截面积，流动阻力， v ，但雾化效果,二 合理选择配气定时,1 进气迟闭角 转速n一定时，总有一个进气迟闭角使得充 气效率为最大 ； n，最佳进气迟闭角。,2 气门叠开角 ，进气终了温度， v 增压发动机气门叠开角应大一些 。,三 减小对新鲜空气的热传导,对于化油器式汽油机来说，由于需要进气加热来保证部分液态燃料在进气管中的蒸发。所以进气管与排气管布置在同一侧。 对于

9、进气道喷射的汽油机以及柴油机，均采用进、排气管两侧布置的方案，以提高充量系数。 对于高速内燃机，有时也采用进气冷却技术，以降低进气温度。 增压内燃机则将进气中冷技术作为进一步提高增压压力、降低热负荷的重要途径之一。,四 减小排气阻力,降低排气系统阻力，有利于提高充量系数，而且可以减少泵气损失，提高指示效率。排气系统的设计目标是：降低排气背压，减小排气噪声。 排气流通截面最小处是排气门座处，此处的流速最高、压降最大，故在设计时应保证气门及其座面的良好结构。,与进气管一样，排气管也存在调谐现象 在排气管中往往还有消声器和排气后处理器（催化转化器），设计时应该保证足够的消声与降污效果的前提下，尽可能

10、降低流动阻力。,2-5 进气管内的动态效应,一 现象,气体在进排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。,二 波的动态机理,闭口端：反射同型波 进入：压缩波反射：压缩波 同型波 开口端：反射异型波 进入：压缩波反射：膨胀波 异型波,三 进气动态效应,惯性效应 波动效应,1 惯性效应 阶段：进气门开进气门闭,2 波动效应,波的动态机理: 闭口端：反射同型波 进入：压缩波反射：压缩波 同型波 开口端：反射异型波 进入：压缩波反射：膨胀波 异型波,2 波动效应 本次循环波动:进气门开进气门闭 上一循环波动：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）,压力波固有频率： 发动机吸气频率： 当q= 时，进气门开，则 pa v ,四 结论,1 本循环波动，振幅大，衰减小； 上一循环波动，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 避免急转弯，则压力波振幅不会衰减太大。 6 排气管需要膨胀波，则pr扫气作用 v 。,进气动态效应的应用,惯性效应： 转速升高，气流惯性增大，进气迟闭角应增大。 -可变气门正时技术（VVT-i,VTEC) 波动效应： 转速升高，