第6章换气过程与循环充量

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1、2022-5-30摩托车发动机原理1第第6章章 换气过程与循环充量换气过程与循环充量2022-5-30摩托车发动机原理2换气过程排气过程进气过程 换气过程的任务 排除废气充入尽可能多的新鲜工质 研究的内容换气过程的进行情况 分析影响充气量的各种因素 提高充气量 减少换气损失方向与措施。找出换气过程是持续运转的必要条件换气过程是持续运转的必要条件单位时间进入整机的充气量是决定发动机输出功率单位时间进入整机的充气量是决定发动机输出功率的的“量量”的因素的因素 2022-5-30摩托车发动机原理3 6.16.1 四行程发动机的换气过程四行程发动机的换气过程一、换气过程一、换气过程 四行程发动机的换气

2、过程包括从排气门开启到进气门关四行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，约占闭的整个时期，约占410410480480曲轴转角。曲轴转角。换气过程的目的：换气过程的目的： 最大限度地吸入新鲜充量最大限度地吸入新鲜充量 cc是核心问题是核心问题 最小的换气损失最小的换气损失 各缸进气均匀性各缸进气均匀性 在缸内形成合理的流场在缸内形成合理的流场, ,以控制混合气形成和燃烧以控制混合气形成和燃烧2022-5-30摩托车发动机原理4换气过程换气过程1.1.排气阶段排气阶段 1 1）自由排气阶段）自由排气阶段2 2）强制排气阶段）强制排气阶段 3 3）惯性排气阶段）惯性排气阶段 2

3、.2.进气阶段进气阶段 1 1）准备进气阶段）准备进气阶段 2 2）正常进气阶段）正常进气阶段 3 3）惯性进气阶段）惯性进气阶段 3.3.气门叠开气门叠开2022-5-30摩托车发动机原理5 1.1.排气阶段排气阶段 1 1）自由排气阶段）自由排气阶段 排气门开启到气缸压力接近了排气管压力的这一时期，称排气门开启到气缸压力接近了排气管压力的这一时期，称为自由排气阶段。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，一般为轴转角称为，一般为30308080曲轴转角。曲轴转角。2022-5-30摩托车发动机原理6自

4、由排气阶段自由排气阶段超临界状态超临界状态亚临界状态亚临界状态 （1）超临界状态）超临界状态 排气门开启时，气缸内废气压力较高（排气门开启时，气缸内废气压力较高（0.20.5Mpa），），缸内压力与排气管压力之比缸内压力与排气管压力之比1.9，排气流动处于超临界，排气流动处于超临界状态，可利用废气自身的压力自行排出。状态，可利用废气自身的压力自行排出。 2022-5-30摩托车发动机原理7通过排气门口废气的流速等于该状态下的音速（通过排气门口废气的流速等于该状态下的音速（m/s）式中式中 K绝热指数；绝热指数； T气体的绝对温度；气体的绝对温度； R气体常数气体常数Nm/（kgK）。KRTc

5、在超临界排气时期，废气流量与排气管内压力在超临界排气时期，废气流量与排气管内压力p pr r无关，只与气缸内的气体状态及气门开启截面积有无关，只与气缸内的气体状态及气门开启截面积有关。并且因排气流速甚高，在排气过程中伴有刺耳关。并且因排气流速甚高，在排气过程中伴有刺耳的噪声，所以排气系统必须装有消声器。的噪声，所以排气系统必须装有消声器。2022-5-30摩托车发动机原理8 排出的废气量决定于气缸内及排气管内的压力差。压力排出的废气量决定于气缸内及排气管内的压力差。压力差越大排出废气越多。当到某一时刻气缸内与排气管内压力差越大排出废气越多。当到某一时刻气缸内与排气管内压力相等，自由排气阶段结束

6、（一般下止点后相等，自由排气阶段结束（一般下止点后1030曲轴转曲轴转角）。此阶段虽然历程很短，但因排气流速甚高，排出废气角）。此阶段虽然历程很短，但因排气流速甚高，排出废气量达量达60%以上。以上。（2）亚临界状态）亚临界状态 缸内压力与排气管内压力之比下降到缸内压力与排气管内压力之比下降到1.9以下时，排气流以下时，排气流动转入亚临界状态，废气流速降低，产生的噪音较小。动转入亚临界状态，废气流速降低，产生的噪音较小。 2022-5-30摩托车发动机原理9 高速发动机其排气提前角要大一些：在高速发动机其排气提前角要大一些：在自由排气阶段中，排出的废气量与发动机转自由排气阶段中，排出的废气量与

7、发动机转速无关。发动机转速高时，在同样的排气时速无关。发动机转速高时，在同样的排气时间（以秒计）所相当的曲轴转角增大，因此，间（以秒计）所相当的曲轴转角增大，因此，高速发动机排气提前角要大。但不宜过大，高速发动机排气提前角要大。但不宜过大，否则会使排气损失加大。否则会使排气损失加大。2022-5-30摩托车发动机原理102 2）强制排气阶段：活塞上行强制推出废气。）强制排气阶段：活塞上行强制推出废气。 缸内平均压力高于排气管平均压力：克服排气门、缸内平均压力高于排气管平均压力：克服排气门、排气道处的阻力，一般高出排气道处的阻力，一般高出10kpa10kpa左右。气体的流速越左右。气体的流速越高

8、，此压差越大，消耗的功越多。高，此压差越大，消耗的功越多。2022-5-30摩托车发动机原理113 3）惯性排气。）惯性排气。 当强制排气阶段接近终了，在上止点附近，废气当强制排气阶段接近终了，在上止点附近，废气尚有一定的流动能力，利用气流的惯性进一步排尚有一定的流动能力，利用气流的惯性进一步排除废气。除废气。排气迟闭角，一般为排气迟闭角，一般为10103535曲轴转角。曲轴转角。2022-5-30摩托车发动机原理122.2.进气阶段进气阶段从下止点到进气阀终了这段曲轴转角称为进气迟闭角进气迟闭角。从进气门打开到上止点为止，这段曲轴转角称为进气提前角进气提前角。进气阀必须在上止点前开始打开？进

9、气阀关闭时也必须在下止点后才关闭？3）惯性进气阶段）惯性进气阶段1）准备进气阶段）准备进气阶段2）正常进气阶段）正常进气阶段2022-5-30摩托车发动机原理13进气门早开：进气门早开：增大了进气行程开始时气门的开启高度，减小进气阻力，增加进气量。 进气门晚关：进气门晚关：延长了进气时间，在大气压和气体惯性力的作用下，增加进气量。 排气门早开：排气门早开：借助气缸内的高压自行排气，大大减小了排气阻力，使排气干净。 排气门晚关：排气门晚关：延长了排气时间，在废气压力和废气惯性力的作用下，使排气干净。 排气门晚关排气门晚关进气门早开进气门早开气门重叠气门重叠2022-5-30摩托车发动机原理14

10、3 3. .气门叠开气门叠开 ：进、排气门同时开启：进、排气门同时开启 作用：由于进气管、气缸、排气管互相连通，可以作用：由于进气管、气缸、排气管互相连通，可以利用气流的压差、惯性或进、排气管压力波的帮助，清除利用气流的压差、惯性或进、排气管压力波的帮助，清除残余废气，增加进气量，降低高温零件的温度，但注意不残余废气，增加进气量，降低高温零件的温度，但注意不应产生废气倒流现象。应产生废气倒流现象。 气门叠开角：进、排气门同时开启时对应的曲轴转角，气门叠开角：进、排气门同时开启时对应的曲轴转角，一般为一般为20208080曲轴转角。在增压发动机可达曲轴转角。在增压发动机可达8080160160的

11、的曲轴转角。因其进气压力高。曲轴转角。因其进气压力高。 2022-5-30摩托车发动机原理15因为：因为：a. a. 进、排气流各自有自进、排气流各自有自己的流动方向和流动惯己的流动方向和流动惯性，加上重叠时间极短。性，加上重叠时间极短。b. b. 进气流有助于更好地进气流有助于更好地排气。排气。 气门重叠气门重叠会产生串气吗？会产生串气吗？不会！2022-5-30摩托车发动机原理16 二、换气损失二、换气损失换气损失由排气损失和进气损失两部分组成换气损失由排气损失和进气损失两部分组成。2022-5-30摩托车发动机原理171. 1. 排气损失排气损失 排气损失是从排气门提前排气损失是从排气门