单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二章 发动机的换气过程,Process in Engine Exchanging Gas,第二章 发动机的换气过程Process in Engine,1,主要内容,第一节 四冲程发动机的换气过程,第二节 四冲程发动机的充量系数,第三节 提高发动机充量系数的措施,作业及复习题,主要内容第一节 四冲程发动机的换气过程,2,下止点,上止点,下止点上止点,3,第一节 四冲程发动机的换气过程,一、,换气过程,：,四冲程发动机的换气过程包括,从排气门开启到进气门关闭,的整个时期。约占410 480曲轴转角。,p25,换气过程可分作,自由排气,、,强制排气、进气,和,燃烧室扫气,四个阶段。,第一节 四冲程发动机的换气过程一、换气过程：,4,1、自由排气阶段,从排气门开启到气缸压力接近于排气管内压力的时期，称为,自由排气阶段,。,排气提前角,：从排气门开启到活塞行至下止点所对应的曲轴转角称为，一般为3080曲轴转角。,1、自由排气阶段 从排气门开启到气缸压力接近于排,5,2、强制排气阶段,自由排气阶段结束后，气缸内的废气将被上行活塞强制推出，这一过程就是,强制排气阶段,。,排气迟闭角,：从上,止点,到排气门完全关闭终了所对应的曲轴转角，一般为1035曲轴转角。,2、强制排气阶段 自由排气阶段结束后，气缸内的废气,6,3、进气过程,从进气门开启到关闭的全过程,准备进气,：,进气提前角一般为,0,40,(CA)。,正常进气,：新鲜气体充入气缸。,惯性进气,：,进气迟闭角一般为,40,70,(CA)。,3、进气过程从进气门开启到关闭的全过程,7,4、气门重叠和燃烧室扫气过程,在排气行程上止点附近出现进、排气门同时开启的特殊现象，称为,气门重叠,，相应的角度是气门重叠角，它是排气迟闭角与,进气提前角之和。,气门重叠角的选择以新鲜充量不流入排气管为原则,。,增压柴油机,的气门重叠角一般为,80160,(CA),；,非增压柴油机,的气门叠开角在,2060,(CA),范围内。,4、气门重叠和燃烧室扫气过程 在排气行程上止点附近出现,8,二、排气损失,定义:,从排气门提前开启，直到进气行程开始、缸内压力到达大气压力之前,所损失的循环功。,构成:,a.,自由排气损失,W：,由于排气门提前打开而引起的膨胀功的减少。,b.,强制排气损失,Y：,活塞上行强制推出废气所消耗的功。,二、排气损失定义:从排气门提前开启，直到进气行程开始、缸内压,9,三、进气损失X,进气损失,主要是指进气过程中，因进气系统的阻力面引起的功的损失，与排气损失相比进气损失较,小,。,合理调整配气定时，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。,三、进气损失X进气损失主要是指进气过程中，因进气系统的阻力面,10,排气损失与进气损失之和称为,换气损失,(W十Y十X)。,泵气损失,（X+Y-u）：,在实际循环示功图中把面积(x+y-,u,)相当的负功称为泵气损失。这部分损失放在,机械损失,中加以考虑。,排气损失与进气损失之和称为换气损失(W十Y十X)。,11,第二节 四冲程发动机的充量系数,换气的目的是尽量排净废气，最大限度充入新气，以完善燃烧，提高效率。,评价发动机的换气质量，可用,充量系数,(,充量效率、容积效率,)、,残余废气系数,来衡量。,第二节 四冲程发动机的充量系数换气的目的是尽量排净废气，,12,一、,充量系数,c,定义,：,内燃机每缸每循环实际进入气缸的新鲜空气质量与进气状态下理论计算充满气缸工作容积的空气质量比值。,进气状态：,指,空气滤清器后进气管内的气体状态,，即,进入气缸前气体的热力学状态，如温度与压力等。,非增压：通常取为,当地的大气状态,。,增 压：增压器,出口状态,。,一、充量系数c定义：内燃机每缸每循环实际进入气缸的新鲜空气,13,式中,：,m,a,实际进入气缸的新鲜空气质量,V,1,实际进入气缸的新鲜空气在进气状态,下的体积,m,s,进气状态下理论计算充满气缸工作容,积的空气质量,Vs 气缸工作容积,1,充量系数,式中：1充量系数,14,一般非增压发动机在全负荷时的,c,汽油机,顶置气门：0.750.85,侧置气门：0.700.80,柴油机,0.750.90,一般非增压发动机在全负荷时的c汽油机顶置气门：0.750,15,二、影响充气效率的因素:,1进气终了时缸内压力Pa,Pa对,c,有重要影响，Pa愈高，,c,值愈大,Pa=PsPa,式中，p,a,为气体流动时，克服进气系统阻力,而引起的压降(kPa)。,二、影响充气效率的因素:1进气终了时缸内压力Pa,16,一般可写成,式中 管道阻力系数；,进气状态下气体的密度；,V管道内气体的流速（m/s）。,可见，p,a,主要取决于各段管道的阻力系数和气体流速。若 大、V高时，p,a,增加，使p,a,下降。,一般可写成 可见，pa主要取决于各段管道的阻,17,管道阻力系数、转速和负荷对进气压力的影响,1）管道阻力系数,管道阻力大，管道阻力系数大，pa大，Pa降低。,2）管道内气体的流速,负荷减小，发动机转速高，气体流速增加，pa大，引起Pa下降。,管道阻力系数、转速和负荷对进气压力的影响1）管道阻力系数2）,18,2进气终了的温度Ta,Ta高于进气状态温度，Ta越高，充入气缸的工质密度越小，,c,值愈低。,引起Ta升高的原因,是:,1）新鲜工质进入发动机与高温零件接触而,被加热。,2）新鲜工质与高温残余废气混合而被加热。,2进气终了的温度Ta 引起Ta升高的原因是:,19,转速和负荷对Ta的影响,1）转速：当负荷不变而转速增加时，由于新鲜工质与缸壁等接触时间短，传热量少，所以Ta稍有下降。,2）负荷：当转速不变而增加发动机负荷时，缸壁等零件温度升高，Ta有所上升。,措施,：,将高温排气管与进气管分置于气缸两侧，控制进气预热，适当加大气门叠开角等，降低T,a,。,转速和负荷对Ta的影响措施：,20,3,.残余废气系数,1）,增加，,c,降低,，燃烧恶化，油耗、排放增加，,2）压缩比提高，残余废气系数减小。,3）排气压力高，废气多，充气效率降低。,4）排气系统阻力大，排气压力高，废气多。,3.残余废气系数,21,4,进排气相位角,由于进气门迟闭而 1,新鲜充量的容积减小,但Pa值却可能因有气流惯性而使进气有所增加,合适的配气定时应考虑Pa具有最大值。,5,压缩比,压缩比增加,压缩容积减小,残余废气量随之减小,因而,c,有所增加。,6.进气状态,进气温度升高，进气压力下降均会使进入气缸充量的密度减小，绝对进气量减少，对充量系数影响不大。,4进排气相位角6.进气状态,22,提高充量系数措施,降低进气系统的阻力,降低排气系统流通阻力,减少对进气充量的加热,结构一定,即,c,一定,合理选择进、排气相位角,谐振进气与可变进气支管,第三节 提高发动机充量系数的措施,提高充量系数措施降低进气系统的阻力降低排气系统流通阻力减少对,23,一,、,降低进气系统的流动阻力,1降低进气门处的流动损失,进气马赫数：进气门处气流平均速度,与该处声速之比,进气马赫数反映气体流动对充量系数,的影响。,当M超过一定数值时，大约在0.5左右，,充量系数,急剧下降。,一、降低进气系统的流动阻力 1降低进气门处的流动损失进气,24,减小气门流动损失的具体措施,加大进,气门直径,增加,进气门,数目,改,进,配气,凸轮,型线,改善,气门处,流体,动力性能,减小气门流动损失的具体措施加大进增加改进改善,25,减少进气道的阻力：,气道通路断面应有足够的面积，各断面要避免突变。进气道内部过渡圆角半径应大一些，避免急剧转弯等。,减少进气管的阻力：,进气管必须保证足够的流通截面积，管道表面光洁，避免急转弯及流通截面突变，以减少阻力。为保证各气缸进气均匀，各缸进气管独立，长度尽可能一致。进气管的整体走势和内壁断面形状要满足使新鲜充量在气缸中形成涡流的要求。,减少空气滤清器的阻力：,加大通过断面，改进滤清性能，创制低阻高效滤清器等。在使用中要经常清洗滤清器，特别要避免纸芯的油污堵塞，及时更换滤芯等。,减少进气道、进气管和空气滤清器的阻力,减少进气道的阻力：减少进气道、进气管和空气滤清器的阻力,26,二,、,降低进气系统的流动阻力,新鲜充量在吸入过程中，受到进气管、进气道、气门、气缸壁和活塞等一系列受热零件的加热，引起温升。,进排气管两侧分开布置，可以避免或减少高温排气管对进气的加热，有利提高充量系数。,二、降低进气系统的流动阻力新鲜充量在吸入过程中，受到进气,27,三,、,降低排气系统的流动阻力,降低排气系统流通阻力，使气缸内废气压力下降，减少泵气功。,将排气道的一部分做成扩压形，降低了气缸内与排气管内的压力差，降低了气缸内废气压力，降低泵气功。,选择良好的排气支管的流型，避免排气道内截面突变、急转弯和凸台，有助于降低整个流通阻力。,在满足必要的消声效果要求下，降低消声器的流通阻力。,三、降低排气系统的流动阻力降低排气系统流通阻力，使气缸内,28,四,、,合理选择进排气相位角,转速一定，存在相应的最佳进气门迟闭角度。,利用气门可变正时技术，在全部转速范围内提高充量系数。,具体措施：,、,无凸轮的电磁气门驱动机构,、,液压气门驱动机构,。,、,可变凸轮机构,(VCS，Variable Camshaft System),、,可变气门定时,(VVT，Variable Valve Timing)。,四、合理选择进排气相位角 转速一定，存在相应的最佳进气门,29,五,、,谐振进气与可变进气歧管,谐振进气和可变进气歧管，都是利用进气管的动态效应来提高充量系数。,具体措施：,、,适当调整进气管长度、直径等进气系统参数。,、,可变长度进气歧管,。,、,双通道可变进气歧管。,五、谐振进气与可变进气歧管 谐振进气和可变进气歧管，都是,30,可变长度进气管,双通道可变长度进气管,1空气滤清器 2节气门 3转换阀,4转换阀控制装置 5发动机电子控制单元,1短进气通道 2旋转阀 3长进气道,4喷油器 5进气道 6进气门,可变长度进气管 双通道可变长度进气管 1空气滤清器 2,31,1.为什么发动机进气门迟后关闭、排气门提,前开启。提前与迟后的角度与那些因素有,关？,3.影响充量系数的主要因素有哪些？,4.提高发动机工作转速，从换气方面会遇到,哪些阻碍因素，如何克服？,5.什么是进气管动力效应，怎样利用它来提,高充量系数。,什么叫进气马赫数?,选做4题,作业,1.为什么发动机进气门迟后关闭、排气门提作业,32,