发动机的换气过程

,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,*,*,发动机的换气过程是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,;,约占,410,480,曲轴转角。,换气过程的任务：,将缸内空气排出干净,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因素。,第三章 内燃机的换气过程,1,本章重点：,1,、四冲程发动机换气过程的进行情况；,2,、换气过程中的能量损失,-,换气损失。,3,、评价换气过程好坏的指标,充量系数；,4,、影响指标的因素（主要是使用因素）。,2,第一节 四行程发动机的换气过程,一、换气过程,分五个阶段：,1,、,自由排气阶段,2,、,强制排气阶段,3,、,进排气重叠阶段,4,、,进气阶段,5,、,惯性进气阶段,3,二、换气损失,排气损失,图,3-2,四行程发动机的换气损失,w:,膨胀损失,；,x:,推出损失,；,进气损失,y:,进气损失,；,换气损失：,x+y+w,泵气损失：,x+y-u,（负功部分）,4,随着排气提前角的增大,膨胀损失增加,推出损失减小。,图,3-3,四行程发动机的换气损失,a-,提前角适当；,b-,提前角过大；,c-,提前角过小；,d-,排气阻力过大。,适当的排气提前角应使两者之和最小，即,W+X,最小,。,5,第二节 四冲程发动机的充气效率,一、充气效率,CH,（,v,）,指每循环实际封存在气缸内的新鲜充量,m,a,与在,进气状态下,（,P,s,、,T,s,）充满气缸工作容积的理论充量,m,之比。,CH,=m,a,/m=V,s,/,V,h,Vs,实际进入气缸新鲜充量体积（进气状态）,Vh,气缸工作容积,实际上，,CH,0,=m,a,=,发动机功率,。,进气系统阻力系数,9,（,4,）残余废气系数,r,r=,m,r,/m,a,m,r,残余废气质量,汽油机低负荷时，,r,；,排气压力高，,r,r,的一般范围：汽油机,0.05-0.16,柴油机,0.03-0.06,增压柴油机,0-0.03,r,CH,，而且燃烧恶化,10,(1),进气系统,进气系统部件？,减小进气系统阻力,进气终了压力,CH,进气门直径大于排气门直径，气门顶部的形状呈流线型。,（,2,）压缩比,Vc,，,r,CH,。,2,、结构因素,11,（,3,）,配气相位,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，可获得较高的充气效率。,进气滞后角对,CH,的影响最大。,转速,进气滞后角,改变进气滞后角可以改变,CH,、,扭矩和功率,随转速变化的趋向。,图,3-8,配气相位是靠？控制的,12,三、提高充气系数的措施,1,、减小进气系统的阻力,（,1,）减小空滤器的阻力,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,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。,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,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,13,2,、减小排气系统的阻力,使用清除积炭、安装正确、保持畅通。,3,、合理进气予热,4,、合理配气相位,进气迟闭角,5,、采用可变进气系统,可变配气相位,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,可变进气管道,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,可变进气门,低速与小负荷仅开一个主进气门,高速与大负荷时开几个进气门。,14,四冲程发动机的充量系数,图,3-5,CH,随,n,的变化关系,图,3-6,四行程发动机,充量系数的范围,15,在实际使用中，如果,进气门间隙过大,，不仅使气门的时间,-,断面值减少，还使,进气滞后角减小,，改变充量系数随转速的变化趋向，影响车辆的使用。,图,3-8,进气滞后角对充量系数、,扭矩、功率的影响,16,自由排气阶段,从排气门打开到气缸压力接近于排气管压力的这个时期,称为,自由排气阶段,。,缸内压力与排气管压力之比大于临界值（,1.9,），排气流动出于超临界状态，废气以当地音速,a,排出，流量与排气管压力无关。,临界值,:,(,/(K+1),(K/(K-1),),a=(KRT),1/2,(,m/s,),（当,T=7001100K,时，,a,可达,500700m/s),。,废气的排出,排气门提前开，一般排气提前角设计为,30-80,CA,曲轴转角。,高速机中，应加大排气提前角。,自由排气在下止点后,10-30,CA,结束。,如,CA6102,，,n,3300r/min,，,排气提前角,42,；,切诺基,n,5600r/min,，,排气提前角,56,17,强制排气阶段,气缸内压力下降到接近排气管内压力时（下止点后,1030,CA,），压力差很小，废气需依靠活塞上行被,强制推出,。,此阶段在整个排气过程中持续的时间最长，但排出的废气量少于自由排气阶段排出的废气量。,18,进排气重叠阶段,由于排气门迟后关闭，进气门提前开启，因此存在,进排气门同时打开,的现象，,称为,气门叠开，也称扫气阶段，,清除残余废气，增加进气,。,排气滞后角一般为,10,35CA,，,进气提前角一般为,10,40CA,。,非增压进排气门重叠角一般为,20-60,，,增压柴油机,，因其进气压力高，故,需较大的气门重叠角,，一般为,80-160,。,19,进气阶段,排气门关闭后，活塞继续下行，新鲜气体被,吸入气缸,。,由于进气系统有一定的阻力，因此进气阶段,气缸内的压力低于大气压力。,新鲜气体在进气管中，受到排气管的加热（汽油机中），流入气缸内的气体受到缸内残余废气的加热，,其温度高于大气温度。,20,惯性进气阶段,利用气流的,惯性进气,，进气门滞后关。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。,从活塞行至下止点到进气门完全关闭时的曲轴转角，称为,进气滞后角,，一般为,40,70CA.,21,图,3-1,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,22,1,、排气损失,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）,；和活塞将废气推出的损失,x,（,推出损失或强制排气损失）。,2,、进气损失,由于进气系统存在阻力,造成循环功的损失。,实际示功图中,把图,3-2,中的,（,x+y-u,）,部分称为,泵气损失,归入机械损失中,；而把图,3-2,中的,w,、,u,部分,归到指示效率中,考虑。,23,复习思考题,1,、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失有何影响？,31,、什么是充气系数？当发动机的转速、负荷、大气压力变化时，,CH,怎样变化？,4,、在配气相位中对,v,影响最大的是什么？当其变化时,CHmax,对应的,n,有何变化？,24,