汽车发动机原理之发动机的换气过程.pptx

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,2021/2/8,,‹#›,第二章 发动机的换气过程,Process in Engine Exchanging Gas,教师：许兆棠,,淮阴工学院,,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,,下止点,上止点,,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410º~ 480º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30º~80º曲轴转角2、强制排气阶段,自由排气阶段结束后，气缸内的废气将被上行活塞强制推出，这一过程就是,强制排气阶段,排气提前角,：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10º~35º曲轴转角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,0º,~,40º,(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,40º,~,70º,(CA)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,80º~160º,(CA),；,非增压柴油机,的气门叠开角在,20º~60º,(CA),范围内二、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排气损失与,进,进气损失之,和,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,示功图中把,面,面积(x+y-,u,)相当的负,功,功称为泵气,损,损失。

这部,分,分损失放在机械损失中加以考虑,第二节,四,四冲程发,动,动机的充量,系,系数,换气的目的,是,是尽量排净,废,废气，最大,限,限度充入新,气,气，以完善,燃,燃烧，提高,效,效率评价发动机,的,的换气质量,，,，可用,充量系数(充量效率、,容,容积效率) 、,残余废气系,数,数,来衡量一、,充量系数,φ,c,定义：内燃机每缸,每,每循环实际,进,进入气缸的,新,新鲜空气质,量,量与进气状,态,态下理论计,算,算充满气缸,工,工作容积的,空,空气质量比,值,值进气状态：,指,空气滤清器,后,后进气管内,的,的气体状态,，即,进人气缸前,气,气体的热力,学,学状态，如,温,温度与压力,等,等非增压：通,常,常取为,当地的大气,状,状态,增,压,压：增压器,出口状态,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,,一般非增压,发,发动机在全,负,负荷时的,φ,c,汽油机,,顶置气门：0.75~0.85,侧置气门：0.70~0.80,柴油机,0.75~0.90,,,二、影响充,气,气效率的因,素,素:,1．进气终,了,了时缸内压,力,力Pa’,Pa’对,φ,c,有重要影响,，,，Pa’愈,高,高，,φ,c,值愈大,Pa’=Ps－△Pa,式中，△p,a,为气体流动,时,时，克服进,气,气系统阻力,而引起的压,降,降(kPa)。

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’,下降管道阻力系,数,数、转速和,负,负荷对进气,压,压力的影响,1）管道阻,力,力系数,管道阻力大,，,，管道阻力,系,系数大，,△,△pa大，Pa’降低,2）管道内,气,气体的流速,负荷减小，,发,发动机转速,高,高，气体流,速,速增加，,△,△pa大，,引,引起Pa’,下,下降2．进气终,了,了的温度Ta’,Ta’高于,进,进气状态温,度,度， Ta,’,’越高，充,入,入气缸的工,质,质密度越小,，,，,φ,c,值愈低引起Ta’,升,升高的原因,是:,1）新鲜工,质,质进入发动,机,机与高温零,件,件接触而,被加热2）新鲜工,质,质与高温残,余,余废气混合,而,而被加热转速和负荷,对,对Ta’的,影,影响,1）转速：,当,当负荷不变,而,而转速增加,时,时，由于新,鲜,鲜工质与缸,壁,壁等接触时,间,间短，传热,量,量少，所以Ta’稍有,下,下降2）负荷：,当,当转速不变,而,而增加发动,机,机负荷时，,缸,缸壁等零件,温,温度升高，Ta’有所,上,上升。

措施,：,将高温排气,管,管与进气管,分,分置于气缸,两,两侧， 控,制,制进气预热,，,，适当加大,气,气门叠开角,等,等， 降低T,a’,3,.残余废气系数,1）,增加，,φ,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ξPa’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,φ,c,有所增加6.,进,进气状态,进气温度升,高,高，进气压,力,力下降均会,使,使进入气缸,充,充量的密度,减,减小，绝对,进,进气量减少,，,，对充量系,数,数影响不大,提高充量系,数,数措施,降低进气系,统,统的阻力,降低排气系,统,统流通阻力,减少对进气,充,充量的加热,,结构一定,即ε,c,一定,合理选择进,、,、排气相位,角,角,谐振进气与,可,可变进气支,管,管,第三节,提,提高发动,机,机充量系数,的,的措施,,一,、,降低进气系,统,统的流动阻,力,力,1．降低进,气,气门处的流,动,动损失,进气马赫数,：,：进气门处,气,气流平均速,度,度,与该处声速,之,之比,,,,进气马赫数,反,反映气体流,动,动对充量系,数,数,的影响。

当M超过一,定,定数值时，,大,大约在0.5左右，,充量系数,急剧下降减小气门,流,流动损失的,具,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,,,减少进气道,的,的阻力：,气道通路断,面,面应有足够,的,的面积，各,断,断面要避免,突,突变进气,道,道内部过渡,圆,圆角半径应,大,大一些，避,免,免急剧转弯,等,等减少进气管,的,的阻力：,进气管必须,保,保证足够的,流,流通截面积,，,，管道表面,光,光洁，避免,急,急转弯及流,通,通截面突变,，,，以减少阻,力,力为保证,各,各气缸进气,均,均匀，各缸,进,进气管独立,，,，长度尽可,能,能一致进,气,气管的整体,走,走势和内壁,断,断面形状要,满,满足使新鲜,充,充量在气缸,中,中形成涡流,的,的要求减少空气滤,清,清器的阻力,：,：,加大通过断,面,面，改进滤,清,清性能，创,制,制低阻高效,滤,滤清器等在,在使用中要,经,经常清洗滤,清,清器，特别,要,要避免纸芯,的,的油污堵塞,，,，及时更换,滤,滤芯等２．减少进,气,气道、进气,管,管和空气滤,清,清器的阻力,,二,、,降低进气系,统,统的流动阻,力,力,,,,新鲜充量在,吸,吸入过程中,，,，受到进气,管,管、进气道,、,、气门、气,缸,缸壁和活塞,等,等一系列受,热,热零件的加,热,热，引起温,升,升。

进排气管两,侧,侧分开布置,，,，可以避免,或,或减少高温,排,排气管对进,气,气的加热，,有,有利提高充,量,量系数三,、,降低进气系,统,统的流动阻,力,力,,,,降低排气系,统,统流通阻力,，,，使气缸内,废,废气压力下,降,降，减少泵,气,气功将排气道的,一,一部分做成,扩,扩压形，降,低,低了气缸内,与,与排气管内,的,的压力差，,降,降低了气缸,内,内废气压力,，,，降低泵气,功,功选择良好的,排,排气支管的,流,流型，避免,排,排气道内截,面,面突变、急,转,转弯和凸台,，,，有助于降,低,低整个流通,阻,阻力在满足必要,的,的消声效果,要,要求下，降,低,低消声器的,流,流通阻力四,、,合理选择进,排,排气相位角,,,,转速一定，,存,存在相应的,最,最佳进气门,迟,迟闭角度利用气门可,变,变正时技术,，,，在全部转,速,速范围内提,高,高充量系数,具体措施：１、,无凸轮的电,磁,磁气门驱动,机,机构,２、,液压气门驱,动,动机构,３、,可变凸轮机,构,构,(VCS，Variable CamshaftSystem)４、,可变气门定,时,时,(VVT，Variable ValveTiming)。

五,、,谐振进气与,可,可变进气歧,管,管,,,,谐振进气和,可,可变进气歧,管,管，都是利,用,用进气管的,动,动态效应来,提,提高充量系,数,数具体措施：１、适当调整进,气,气管长度、,直,直径等进气,系,系统,参,参数２、,可变长度进,气,气歧管,３、双通道可变,进,进气歧管可变长度进,气,气管,双通道可变,长,长度进气管,1—空气滤,清,清器2—节气门3—转,换,换阀,4—转换阀,控,控制装置5—发动,机,机电子控制,单,单元,1短进气通,道,道 2—,旋,旋转阀3—长进气,道,道,4—喷油器5—,进,进气道6—进气门,,1.　为什,么,么发动机进,气,气门迟后关,闭,闭、排气门,提,提,前开启提,前,前与迟后的,角,角度与那些,因,因素有,关？,3.　影响,充,充量系数的,主,主要因素有,哪,哪些？,4.　提高,发,发动机工作,转,转速，从换,气,气方面会遇,到,到,哪些阻碍因,素,素，如何克,服,服？,5.　什么,是,是进气管动,力,力效应，怎,样,样利用它来,提,提,高充量系数,什么叫进气,马,马赫数?,选做4题,作业,,。