发动机原理课件-第三章 发动机的换气过程

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1、定义：定义：是指排气过程和进气过程的通称。是指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包括从排气门开启直到进气门关闭的整个时期; ; 约占约占410410480480曲轴转角曲轴转角。换气过程的任务换气过程的任务： 将缸内废气尽可能排干净将缸内废气尽可能排干净 并充入尽量多的新鲜充量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。因素。 ？第三章第三章 内燃机的换气过程内燃机的换气过程主要内容：主要内容： 1 1、四冲程发动机的换气过程、四冲程发动机的换气过程 2 2、四冲程发动机的充气效率、

2、四冲程发动机的充气效率本章重点：本章重点： 1 1、四冲程发动机换气过程的划分与特点；、四冲程发动机换气过程的划分与特点； 2 2、换气过程中的能量损失、换气过程中的能量损失- -换气损失换气损失； 3 3、评价换气过程好坏的指标、评价换气过程好坏的指标充气效率充气效率； 4 4、影响充气效率的因素（主要是使用因素）。、影响充气效率的因素（主要是使用因素）。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、换气过程一、换气过程 分五个阶段：分五个阶段：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、进排气重叠阶段进排气重叠阶段4 4、进气阶段进气阶段5 5、

3、惯性进气阶段惯性进气阶段二、换气损失二、换气损失排气损失排气损失四行程发动机的换气损失四行程发动机的换气损失w:w:膨胀损失膨胀损失x:x:推出损失推出损失进气损失进气损失y:y:进气损失进气损失换气损失：换气损失：x+y+wx+y+w泵气损失：泵气损失：x+y-ux+y-u （负功部分）（负功部分）随着排气提前角的增随着排气提前角的增大大, ,膨胀损失增加膨胀损失增加, ,推推出损失减小。出损失减小。四行程发动机的换气损失四行程发动机的换气损失a-a-提前角适当；提前角适当；b-b-提前角过大；提前角过大；c-c-提前角过小；提前角过小；d-d-排气阻力过大。排气阻力过大。适当的排气提前角适

4、当的排气提前角应使两者之和最小，应使两者之和最小，即即W+XW+X最小。最小。第二节第二节 四冲程发动机的充气效率四冲程发动机的充气效率一、充气效率一、充气效率c指每循环实际封存在气缸内的新鲜充量指每循环实际封存在气缸内的新鲜充量m1与在与在进气状态进气状态下下（P Ps s、T Ts s）充满气缸工作容积的理论充量）充满气缸工作容积的理论充量msh之比。之比。 c=m1/msh =V1/Vs V1实际进入气缸新鲜充量体积（进气状态）实际进入气缸新鲜充量体积（进气状态）Vs气缸工作容积气缸工作容积 实际上，实际上，c)=0 0=m=ma a=发动机功率发动机功率 。进气系统阻力系数进气系统阻力

5、系数（4）残余废气系数）残余废气系数r r=mr/m1 mr残余废气质量残余废气质量 汽油机低负荷时，汽油机低负荷时， r ；排气压力高，；排气压力高， r r的一般范围：汽油机的一般范围：汽油机 0.05-0.160.05-0.16 柴油机柴油机 0.03-0.060.03-0.06 增压柴油机增压柴油机 0-0.030-0.03 r c ，而且燃烧恶化，而且燃烧恶化 (1) 进气系统进气系统 进气系统部件？进气系统部件？减小进气系统阻力减小进气系统阻力进气终了压力进气终了压力 c 进气门直径大于排气门直径，气门顶部的形状呈流线型。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

6、比）压缩比 Vc， r c c 。2、结构因素、结构因素（3 3）配气相位）配气相位配气相位是进排气门启闭角与曲轴转角的关系。配气相位是进排气门启闭角与曲轴转角的关系。 适当的配气相位，可获得适当的配气相位，可获得较高的充气效率。较高的充气效率。进气滞后角对进气滞后角对c的影响的影响最大，其次是排气迟闭角。最大，其次是排气迟闭角。转速转速 进气滞后角进气滞后角 改变进气滞后角可以改变改变进气滞后角可以改变c 、扭矩和功率扭矩和功率随转速变化的趋向。随转速变化的趋向。图图3-8配气相位是靠？控制的配气相位是靠？控制的三、提高充气系数的措施三、提高充气系数的措施1、减小进气系统的阻力、减小进气系统

7、的阻力（1）减小空滤器的阻力）减小空滤器的阻力 采用低阻、高效滤清器，经常保养清洁等。采用低阻、高效滤清器，经常保养清洁等。（2）减小进气管、道的阻力）减小进气管、道的阻力设计合理选择断面，弯少避免突变。使用清除积炭、安设计合理选择断面，弯少避免突变。使用清除积炭、安装正确、保持畅通。采用直线型进气系统。装正确、保持畅通。采用直线型进气系统。选择进气管要综合考虑动力性、经济性和排放性要求。选择进气管要综合考虑动力性、经济性和排放性要求。（3）减小进气门的阻力）减小进气门的阻力增大进气门直径增加进气门数目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过渡形状增加进气门升程改善气门头与

8、杆的过渡形状2、减小排气系统的阻力、减小排气系统的阻力 使用清除积炭、安装正确、保持畅通。使用清除积炭、安装正确、保持畅通。3、合理进气予热、合理进气予热4、合理配气相位、合理配气相位进气迟闭角进气迟闭角5、采用可变进气系统、采用可变进气系统可变配气相位可变配气相位 低速，进气滞后角小防止新气倒流低速，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高速，进气滞后角大充分利用气体流动惯性可变进气管道可变进气管道 低速与小负荷进气管道细而长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高速与大负荷进气管道粗而短可变进气门可变进气门 低速与小负荷仅开一个主进气门低速与小负荷

9、仅开一个主进气门 高速与大负荷时开几个进气门。高速与大负荷时开几个进气门。 四冲程发动机的充量系数四冲程发动机的充量系数c随随n n的变化关系的变化关系 四行程发动机四行程发动机 充量系数的范围充量系数的范围 在实际使用中，在实际使用中，如果如果进气门间隙进气门间隙过大过大，不仅使气，不仅使气门的时间门的时间- -断面值断面值减少，还使减少，还使进气进气滞后角减小滞后角减小，改，改变充量系数随转变充量系数随转速的变化趋向，速的变化趋向，影响车辆的使用。影响车辆的使用。 进气滞后角对充量系数、进气滞后角对充量系数、 扭矩、功率的影响扭矩、功率的影响自由排气阶段自由排气阶段 从排气门打开到气缸压力

10、接近于排气管压力从排气门打开到气缸压力接近于排气管压力自由排气阶段自由排气阶段。缸内压力与排气管压力之比大于临界值（缸内压力与排气管压力之比大于临界值（1.91.9），排气流动处于），排气流动处于超临界状态，废气以当地音速超临界状态，废气以当地音速a a排出，流量与排气管压力无关。排出，流量与排气管压力无关。 临界值临界值: :( (/(K+1)/(K+1)(K/(K-1)(K/(K-1) )； a = (KRT)a = (KRT)1/21/2 (m/s) (m/s) （当（当T=7001100KT=7001100K时，时，a a可达可达500700m/s)500700m/s)。当压差小于当压

11、差小于1.9时，处于亚临界流动状态，与排气门流通面积和时，处于亚临界流动状态，与排气门流通面积和压差有关。压差有关。废气的排出。废气的排出。 排气门提前开，一般排气提前角设计为排气门提前开，一般排气提前角设计为30-8030-80 CACA。自由排气在下止点后自由排气在下止点后10-3010-30 CACA结束。结束。 高速机中，应加大排气提前角。高速机中，应加大排气提前角。 ？ 如如 CA6102CA6102，n n3300r/min3300r/min，排气提前角排气提前角4242 ； 切诺基切诺基,n,n5600r/min5600r/min，排气提前角，排气提前角5656 。强制排气阶段强

12、制排气阶段从自由排气结束至排气门关闭从自由排气结束至排气门关闭强制排气阶段强制排气阶段废气需依靠活塞上行被强制推出。废气需依靠活塞上行被强制推出。气缸内压力下降到接近排气管内压力气缸内压力下降到接近排气管内压力（高出（高出10kPa左左右）右），压力差很小；，压力差很小；整个排气过程中持续的时间最长；整个排气过程中持续的时间最长；排出的废气量少于自由排气阶段排出的废气量。排出的废气量少于自由排气阶段排出的废气量。进排气重叠阶段进排气重叠阶段 进排气门同时打开的现象进排气门同时打开的现象进排气重叠阶段进排气重叠阶段，也称气，也称气门叠开或扫气阶段门叠开或扫气阶段清除残余废气，增加进气清除残余废气

13、，增加进气利用排气惯性和扫气利用排气惯性和扫气。排气门迟后关闭，进气门提前开启排气门迟后关闭，进气门提前开启进气管、气缸、进气管、气缸、排气管三者相通。排气管三者相通。一般：排气滞后角为一般：排气滞后角为10103535CACA；进气提前角为；进气提前角为10104040CACA。非增压进排气门重叠角一般为非增压进排气门重叠角一般为20-6020-60。增压柴油机，需较大的气门重叠角，一般增压柴油机，需较大的气门重叠角，一般80-16080-160 ？进气阶段进气阶段 正常进气阶段正常进气阶段活塞活塞从上止点从上止点至活塞到达下止点至活塞到达下止点大量新鲜气体被吸入气缸，为大量新鲜气体被吸入气

14、缸，为主进主进气阶段气阶段。由于进气系统的阻力，进气阶段气由于进气系统的阻力，进气阶段气缸内的压力低于大气压力。缸内的压力低于大气压力。由于受排气管、缸内残余废气的加由于受排气管、缸内残余废气的加热，进气温度高于大气温度。热，进气温度高于大气温度。惯性进气阶段惯性进气阶段从活塞下止点到进气门关闭从活塞下止点到进气门关闭惯性进气阶段惯性进气阶段进气门滞后关闭，利用气流的惯性进气。进气门滞后关闭，利用气流的惯性进气。转速越高，活塞平均速度和进气流速越大，进气气流动转速越高，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。能越大，故高速内燃机进气滞后角较大。进气滞后角进气滞

15、后角一般为一般为40407070CACA。 从活塞行至下止点到进气门完全关闭时的曲轴转角，称从活塞行至下止点到进气门完全关闭时的曲轴转角，称为为进气滞后角。进气滞后角。气缸内压力和排气管内压力以及进、排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气流通截面积随曲轴转角的变化关系1 1、排气损失、排气损失 由于排气门提前开启，造成循环功的损失由于排气门提前开启，造成循环功的损失w（膨胀损失或自由排气损失）膨胀损失或自由排气损失）；和活塞将废气推；和活塞将废气推出的损失出的损失x x（推出损失或强制排气损失）。推出损失或强制排气损失）。2 2、进气损失、进气损失 由于进气系统

16、存在阻力由于进气系统存在阻力, ,造成循环功的损失。造成循环功的损失。 实际示功图中实际示功图中, ,把图把图3-23-2中的中的（x+y-ux+y-u）部分称为部分称为泵气损失泵气损失, ,归入机械损失中归入机械损失中；而把图；而把图3-23-2中的中的w w、u u部分部分归到指示热效率中归到指示热效率中考虑。考虑。复习思考题复习思考题 1、换气过程分为哪几个阶段？、换气过程分为哪几个阶段？2、换气损失包括哪些？排气提前角对换气损、换气损失包括哪些？排气提前角对换气损失有何影响？失有何影响？3、什么是充气系数？当发动机的转速、负荷、什么是充气系数？当发动机的转速、负荷、大气压力变化时，大气压力变化时， c怎样变化？怎样变化？4、在配气相位中对、在配气相位中对c影响最大的是什么？影响最大的是什么？当其变化时当其变化时c max对应的对应的n有何变化？有何变化？