3发动机的换气过程.ppt

1、第三章 发动机的换气过程,本章要求： 了解：二冲程发动机的换气过程。 理解：配气相位，充气效率和影响因素。 掌握：四冲程发动机的换气过程和换气损失。,第一节 四行程发动机的换气过程,一、换气过程 分五个阶段： 1、自由排气阶段 2、强制排气阶段 3、进排气重叠阶段 4、进气阶段 5、惯性进气阶段,发动机的换气过程是排气过程和进气过程的通称;包括从排气门 开启直到进气门关闭的整个时期;约占410480曲轴转角。 换气过程的任务： 将缸内空气排出干净,并充入尽量多的新鲜充量。 换气过程进行的完善程度是提高发动机动力性的重要因素。,二、换气损失,排气损失,图3-2 四行程发动机的换气损失,w:膨胀损

2、失； x:推出损失；,进气损失,y:进气损失； 换气损失：x+y+w 泵气损失：x+y-u,随着排气提前角的增大,膨胀损失增加,推出损失减小。,图3-3 四行程发动机的换气损失,a-提前角适当； b-提前角过大； c-提前角过小； d-排气阻力过大。,适当的排气提前角应使两者之和最小，即W+X最小。,第二节 充气效率(充气系数),一、扫气效率sc 指封存在气缸内的空气质量ma与封存在气缸内的总气体质量(ma+mr)之比 sc=ma/(ma+mr)=1/(1+r) (sc大则残余废气少) mr残余废气质量；r=mr/ma 残余废气系数 二、容积效率v 指封存在气缸内的总气体质量与在进气状态下（P

3、s、Ts）封存在气缸内的空气质量m之比 v=(ma+mr)/m 对非增压发动机，进气状态指空气滤清器后进气管内的气体状态。对增压发动机，指压气机后进气管内的气体状态。,三、充气效率CH 指封存在气缸内的空气质量（混合气）ma与在进气状态下（Ps、Ts）封存在气缸内的空气质量（混合气）m之比 CH=ma/m =Vs/Vh CH= SC V (由于进气阻力、气缸压力和温度的影响，CH1：汽o.70.85;柴0.750.9) 四、扫气比k 在进气状态下（Ps、Ts）,供入气缸的空气质量ms与在进气状态下（Ps、Ts）封存在气缸内的空气质量m之比 k=ms/m 五、扫气系数S 在进气状态下（Ps、Ts

4、）,供入气缸的空气质量ms与封存在气缸内的空气质量ma之比。 S=ms/ma,第三节 影响充气量的因素,1、使用因素 （1）转速n n进气流速 流动阻力 Pa CH,图3-4 不同节气门开度、不同 转速时的进气压力,n过低,惯性进气 CH 。,一定的进气系统，一定负荷下，有一个转速对应的充量系数最大。,(图3-5),（2）负荷 汽油机的负荷调节属于量调节， 负荷，节气门开度， 进气阻力，进气终了压Pa CH 。,图3-7 汽油机的充量系数随 负荷的变化关系 1-全负荷 2、3、4、5、部分负荷,柴油机的负荷调节属于质调节， 负荷的变化对充气系数无明显的影响。,（3）大气状态 大气压力P0： P

5、0Pa，但Pa/P0基本不变，故CH不变。 大气温度To： To变化，Ta也变化，To/Ta基本不变，故CH不变 但P0(To)=0=ma=发动机功率。,(1)进气系统 一般包括进气门、进气管、空滤器、化油器、进 气道等部件。要尽量减少各部件的流动阻力，以 增大进气终了的压力，提高充量系数。 试验证明，增大进气终了的压力比降低残余废气系数对充量系数的影响大，所以设计成进气门直径大于排气门直径，气门顶部的形状呈流线型。 （2）压缩比 ，Vc，r，CH。,2、结构因素,（3）配气相位 配气相位是进排气门启闭角与曲轴转角的关系。,配气相位中，进气滞后角对CH的影响最大。改变进气滞后角可以改变CH随转

6、速变化的趋向，用以 调整发动机的扭矩和有效功率。 （图3-8） 高速发动机进气滞后角较大，以提高高速下的充量系数。 配气相位是靠选定的凸轮型线来进行控制的。,四、提高充气系数的措施 1、减小进气系统的阻力 Pa CH （1）减小空滤器的阻力 设计低阻高效，使用保养清洁。 （2）减小化油器的阻力 化油器喉管的阻力，取消化油器，采用汽油喷射 （3）减小进气管、道的阻力 汽油机歧管矩形断面小流速快汽化好阻力大 柴油机歧管圆形断面大流速慢汽化差阻力小 设计合理选择断面，弯少避免突变。使用清除积炭、安装正确、保持畅通。 （4）减小进气门的阻力 增大进气门直径增加进气门数目 增加进气门升程改善气门头与杆的

7、过渡形状,2、减小排气系统的阻力 使用清除积炭、安装正确、保持畅通。 3、合理进气予热 柴油机进、排气管分两侧布置 4、合理配气相位进气迟闭角 5、可变进气系统 可变配气相位 低速，进气滞后角小防止新气倒流 高速，进气滞后角大充分利用气体流动惯性 可变进气管道 低速与小负荷进气管道细而长 高速与大负荷进气管道粗而短 可变进气门（VVT） 低速与小负荷仅开一个主进气门 高速与大负荷时开几个进气门。 这一过程由凸轮轴控制进气道的转换阀来实现。,四冲程发动机的充量系数,图3-5 CH随n的变化关系,图3-6 四行程发动机 充量系数的范围,在实际使用中，如果进气门间隙过大，不仅使气门的时间-断面值减少

8、，还使进气滞后角减小，改变充量系数随转速的变化趋向，影响车辆的使用。,图3-8 进气滞后角对充量系数、 扭矩、功率的影响,自由排气阶段：,从排气门打开到气缸压力接近于排气管压力的这个时期,称为自由排气阶段。 缸内压力与排气管压力之比大于临界值，排气流动出于超临界状态，废气以当地音速a排出，流量与排气管压力无关。 临界值:(/(K+1)(K/(K-1), a = (KRT)1/2 (m/s) （当T=7001100K时。A可达500700m/s)。 废气的排出 排气门提前开，一般排气提前角设计为30-80CA曲轴转角。高速机中，应加大排气提前角。 如 CA6102，n3300r/min，排气提前

9、角42； 切诺基,n5600r/min，排气提前角56,强制排气阶段：,气缸内压力下降到接近排气管内压力时（下止点后1030 CA ），压力差很小，废气需依靠活塞上行被强制推出。 此阶段在整个排气过程中持续的时间最长，但排出的废气量少于自由排气阶段排出的废气量。,进排气重叠阶段：,由于排气门迟后关闭，进气门提前开启，因此存在进排气门同时打开的现象，称为气门叠开，也称扫气阶段，清除残余废气，增加进气。 排气滞后角一般为1035CA，进气提前角一般为1040CA。 非增压进排气门重叠角一般为20-60，增压柴油机，因其进气压力高，故需较大的气门重叠角，一般为80-160。,进气阶段：,排气门关闭后，活塞继续下行，新鲜气体被吸入气缸。 由于进气系统有一定的阻力，因此进气阶段气缸内的压力低于大气压力。 新鲜气体在进气管中，受到排气管的加热（汽油机中），流入气缸内的气体受到缸内残余废气的加热，其温度高于大气温度。,惯性进气阶段：,利用气流的惯性进气，进气门滞后关。转速越高，活塞平均速度和进气流速越大，进气气流动能越大，故高速内燃机进气滞后角较大。 从活塞行至下止点到进气门完全关闭时的曲轴转角，称为进气滞后角，一般为4070CA.,图3-1 气缸内压力和排气管内压力以及进、排气流通截面积随曲轴转角的变化关系,1、