发动机原理第三章发动机的换气过程

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1、第三章 发动机的换气过程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 第一节第一节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 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410480曲轴转角。换气过程自由排气强制排气进气气门叠开 1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。自由排

2、气阶段超临界状态亚临界状态 （1）超临界状态 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1.9，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。 通过排气门口废气的流速等于该状态下的音速（m/s）式中 K绝热指数； T气体的绝对温度； R气体常数Nm/（kgK）。KRTc 在超临界排气时期，废气流量与排气管内压力pr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的噪声，所以排气系统必须装有消声器。 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相等，自由排

3、气阶段结束（一般下止点后1030曲轴转角）。此阶段虽然历程很短，但因排气流速甚高，排出废气量达60%以上。（2）亚临界状态 缸内压力与排气管内压力之比下降到1.9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。 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，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。 2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、排气道处的阻力，一般高出10kpa左右。气体的流速越高，此压差越大，消耗的功越

4、多。惯性排气。排气迟闭角，一般为1035曲轴转角。 正常进气 ：活塞下行残余废气膨胀，新鲜气体充入气缸。惯性进气。进气迟闭角：一般为4070曲轴转角。 准备进气。进气提前角：一般为030曲轴转角 4.气门叠开 ：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，但注意不应产生废气倒流现象。 叠开角：进、排气门同时开启时对应的曲轴转角，一般为2080曲轴转角。在增压发动机可达80160的曲轴转角。因其进气压力高。 二、换气损失换气损失由排气损失和进气损失两部分组成。 1. 排气损失 排气损

5、失是从排气门提前打开，直到进气行程开始，气缸内压力到达大气压力之前，循环功的损失。 （1）自由排气损失（图中面积W），是由于排气门提前打开而引起的膨胀功的减少。 （2）强制排气损失（图中面积Y），是活塞上行强制推出废气所消耗的功。 减少排气损失的主要措施是：减小排气系统阻力和排气门处的流动损失。 随着排气提前角增大，自由排气损失面积增加，强制排气损失面积减小，如图中b曲线，如排气提前角减少则强制排气损失面积增加，如图中c曲线。所以最有利的排气提前角应使面积（W+Y）之和最小。 2进气损失 进气损失：因进气系统的阻力而引起的功的损失。 排气损失与进气损失之和称换气损失，即图中面积(W+X+Y)。

6、在实际循环示功图中把面积(x+y-d)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。 第二节 四行程发动机的充气效率 一、充气效率 充气效率是实际进入气缸的新鲜工质的质量与进气状态下充满气缸工作容积的新鲜工质的质量的比值式中 m1 、V1实际进入气缸的新鲜工质的质量、体积（进气状态）； ms 、Vs 进气状态下充满工作容积的新鲜工质的质量、气缸工作容积。 ssvvvmm11 二、影响充气效率的因素 （一）充气效率v的表达式 1）进气门关闭时缸内气体的总质量ma 假定进气门关闭时气缸容积为（Vs +Vc），此时缸内气体压力、温度、密度为Pa、Ta、a，则缸内气体的总质量为ascavv

7、m 2）排气门关闭时缸内残余废气的质量 假定排气门关闭时缸内体积为Vr，残余废气的压力、温度、密度为Pr、Tr、 r ，则残余废气的质量为rrrvm3）充入气缸新鲜充量的质量为rrascssvvvvvssrrascvvvvv经变换推导得111aassvTppT式中 Pa、 Ta进气状态的温度和压力； Ts 、Ps进气终了时的气体温度和压力； 残余废气系数， 即进气过程结束时气缸内残余废气量与气缸内新鲜充量的比值； 压缩比。scscvvvvssvrvm （二）影响充气效率的因素 1进气终了时的压力Pa Pa对 有重要影响，Pa愈高， 值愈大 Pa=Ps-Pa 式中，pa为气体流动时，克服进气系统