第二章發(fā)動機的換氣過程

1、第二章第二章 發(fā)動機的換氣過程發(fā)動機的換氣過程 內(nèi)容：內(nèi)容：1.1.四沖程內(nèi)燃機進排氣過程；四沖程內(nèi)燃機進排氣過程；2.2.二沖程內(nèi)燃機換氣過程。二沖程內(nèi)燃機換氣過程。 知識點：四沖程內(nèi)燃機換氣過程；換氣損失、泵氣損失及其影響因素知識點：四沖程內(nèi)燃機換氣過程；換氣損失、泵氣損失及其影響因素，充量系數(shù)及其影響因素；，充量系數(shù)及其影響因素； 難點：四沖程內(nèi)燃機換氣過程；換氣損失、泵氣損失及其影響因素，難點：四沖程內(nèi)燃機換氣過程；換氣損失、泵氣損失及其影響因素，充氣效率及其影響因素。充氣效率及其影響因素。 發(fā)動機的換氣過程包括排氣過程和進氣過程。其發(fā)動機的換氣過程包括排氣過程和進氣過程。其任務(wù)是排除

2、缸內(nèi)廢氣并充入盡可能多的新鮮空氣。任務(wù)是排除缸內(nèi)廢氣并充入盡可能多的新鮮空氣。燃燒需要空氣與燃料燃燒需要空氣與燃料: : 重量比重量比 容積比容積比 燃料燃料 1 1 1 1 液態(tài)液態(tài) 空氣空氣 15 1000 15 1000 氣態(tài)氣態(tài) 燃料受機械控制，容易加入。而氣缸容積就那么燃料受機械控制，容易加入。而氣缸容積就那么大，要想多進空氣就要困難得多。因此，對發(fā)動機換大，要想多進空氣就要困難得多。因此，對發(fā)動機換氣過程的研究就顯得尤為重要了。氣過程的研究就顯得尤為重要了。 第二章第二章 發(fā)動機的換氣過程發(fā)動機的換氣過程第一節(jié)第一節(jié) 四沖程發(fā)動機的換氣過程四沖程發(fā)動機的換氣過程排氣門升程排氣門升程

3、進氣門升程進氣門升程氣缸壓力氣缸壓力氣門升程與低壓氣門升程與低壓p p示功圖示功圖第二章第二章 發(fā)動機的換氣過程發(fā)動機的換氣過程 自由排氣階段自由排氣階段 A A 排氣門開排氣門開 p p p p p = p p = p 靠缸內(nèi)壓力靠缸內(nèi)壓力, ,廢氣自由排出廢氣自由排出氣缸，氣缸， 其中其中: :p p缸內(nèi)壓力缸內(nèi)壓力, p, p排氣管內(nèi)壓力。排氣管內(nèi)壓力。排氣管內(nèi)壓力強制排氣階段強制排氣階段 B B p = p p = p p p p p靠活塞上行將廢氣擠出氣缸靠活塞上行將廢氣擠出氣缸第二章第二章 發(fā)動機的換氣過程發(fā)動機的換氣過程1 1、排氣過程排氣過程 一、一、 換氣過程換氣過程（排氣過

4、程排氣過程）12 1 1 下死點下死點 自由排氣自由排氣下死點下死點 上死點上死點 強制排氣強制排氣上死點上死點 2 2 掃氣掃氣（進氣過程進氣過程） 3 43 43 3上死點上死點 進氣掃氣進氣掃氣上死點上死點 下死點下死點 吸氣吸氣下死點下死點 4 4 過后進氣過后進氣進關(guān)進開排關(guān)排開第二章第二章 發(fā)動機的換氣過程發(fā)動機的換氣過程膨脹線 2 2 進氣過程進氣過程 由于節(jié)流作用由于節(jié)流作用, , 缸內(nèi)產(chǎn)生負壓缸內(nèi)產(chǎn)生負壓P0 - P ,使新鮮介質(zhì)進入缸內(nèi)。使新鮮介質(zhì)進入缸內(nèi)。氣閥疊開角：非增壓：氣閥疊開角：非增壓：2020 8080 CA CA。 太大（引起）太大（引起） 廢氣回流進氣道。廢

5、氣回流進氣道。 太小太小 掃氣作用不明顯。掃氣作用不明顯。 增壓：增壓： 8080 160160 CA CA。 掃氣的作用：掃氣的作用：(1), (1), 清除廢氣清除廢氣, , 增加氣缸內(nèi)的新鮮充量。增加氣缸內(nèi)的新鮮充量。(2), (2), 降低排氣溫度。降低排氣溫度。 (3), (3), 降低熱負荷最嚴重處（如氣閥、活塞等）的溫度。降低熱負荷最嚴重處（如氣閥、活塞等）的溫度。 3 3 氣門疊開角氣門疊開角（進、排氣門同時開啟的曲軸轉(zhuǎn)角）（進、排氣門同時開啟的曲軸轉(zhuǎn)角）第二章第二章 發(fā)動機的換氣過程發(fā)動機的換氣過程排氣提前角排氣提前角 排氣門在膨脹沖程到達下止排氣門在膨脹沖程到達下止點前的某

6、一曲軸轉(zhuǎn)角位置提前點前的某一曲軸轉(zhuǎn)角位置提前開啟的角度。開啟的角度。增加排氣流通面積（時面值增加排氣流通面積（時面值oror角面值），角面值），減少排氣沖程所消耗的活塞推出功。減少排氣沖程所消耗的活塞推出功。 作用作用 定義定義第二章第二章 發(fā)動機的換氣過程發(fā)動機的換氣過程排氣閥升程排氣門在上止點后關(guān)閉的角度。排氣門在上止點后關(guān)閉的角度。排排氣門遲閉角氣門遲閉角 定義定義1,1,避免因排氣流動截面積過早減小而造成的排氣阻力的避免因排氣流動截面積過早減小而造成的排氣阻力的增加，使缸內(nèi)的殘余廢氣量增加。增加，使缸內(nèi)的殘余廢氣量增加。2,2,利用排氣管內(nèi)氣體流動的慣性從氣缸內(nèi)抽吸一部分廢利用排氣管內(nèi)

7、氣體流動的慣性從氣缸內(nèi)抽吸一部分廢氣，實現(xiàn)過后排氣。氣，實現(xiàn)過后排氣。3. 3. 掃氣作用。掃氣作用。 作用作用第二章第二章 發(fā)動機的換氣過程發(fā)動機的換氣過程進氣提前角進氣提前角為了增加進入氣缸的新鮮充量，為了增加進入氣缸的新鮮充量，進氣門在上止點前提前開啟的角進氣門在上止點前提前開啟的角度。度。 作用作用 定義定義 增加進氣流通面積增加進氣流通面積, ,提高充量系數(shù)。提高充量系數(shù)。掃氣掃氣( (特別是對增壓的發(fā)動機特別是對增壓的發(fā)動機) )第二章第二章 發(fā)動機的換氣過程發(fā)動機的換氣過程進氣閥升程利用在進氣過程中形成的利用在進氣過程中形成的氣流慣性氣流慣性，實現(xiàn)向氣缸，實現(xiàn)向氣缸的過后充氣，增

8、加缸內(nèi)充量。的過后充氣，增加缸內(nèi)充量。進氣門遲閉角進氣門遲閉角為了增加進入氣缸的新鮮充量，進氣門在吸氣為了增加進入氣缸的新鮮充量，進氣門在吸氣下止點后，推遲關(guān)閉的角度。下止點后，推遲關(guān)閉的角度。 作用作用 定義定義第二章第二章 發(fā)動機的換氣過程發(fā)動機的換氣過程32氣門疊開氣門疊開 從進氣門開啟到排氣門關(guān)閉從進氣門開啟到排氣門關(guān)閉這段曲軸轉(zhuǎn)角內(nèi)，出現(xiàn)進排氣門這段曲軸轉(zhuǎn)角內(nèi)，出現(xiàn)進排氣門同時開啟的現(xiàn)象。同時開啟的現(xiàn)象。第二章第二章 發(fā)動機的換氣過程發(fā)動機的換氣過程自然吸氣內(nèi)燃機的換氣過程自然吸氣內(nèi)燃機的換氣過程 理論循環(huán)換氣過程：理論循環(huán)換氣過程：l排氣門在下止點打開，沒有排氣門在下止點打開，沒有

9、膨脹損失膨脹損失l進排氣行程缸內(nèi)壓力與大氣進排氣行程缸內(nèi)壓力與大氣壓力相等，因而也沒有泵氣壓力相等，因而也沒有泵氣損失。損失。實際循環(huán)換氣過程：實際循環(huán)換氣過程： 1. 1. 膨脹損失膨脹損失W W 2. 2. 推出損失推出損失X X 3. 3. 吸氣損失吸氣損失Y Y自然吸氣內(nèi)燃機實際換氣過程自然吸氣內(nèi)燃機實際換氣過程第二章第二章 發(fā)動機的換氣過程發(fā)動機的換氣過程 構(gòu)成構(gòu)成 1 1）排氣過程損失）排氣過程損失 膨脹損失膨脹損失+ +推出損失推出損失 2 2）進氣過程損失）進氣過程損失 與理論循環(huán)相比，實際循環(huán)在換氣過程中所產(chǎn)與理論循環(huán)相比，實際循環(huán)在換氣過程中所產(chǎn)生的功的損失。生的功的損失。

10、定義定義第二章第二章 發(fā)動機的換氣過程發(fā)動機的換氣過程膨脹損失膨脹損失 從排氣門提前開啟到下止點這一時期，由于提前從排氣門提前開啟到下止點這一時期，由于提前排氣造成了缸內(nèi)壓力下降，使膨脹功減少排氣造成了缸內(nèi)壓力下降，使膨脹功減少. .增壓自然吸氣第二章第二章 發(fā)動機的換氣過程發(fā)動機的換氣過程推出功損失推出功損失活塞由下止點向上止點的強制排氣行程所消耗的功?；钊上轮裹c向上止點的強制排氣行程所消耗的功。自然吸氣增壓第二章第二章 發(fā)動機的換氣過程發(fā)動機的換氣過程排氣損失排氣損失 膨脹損失和推出損失二者之和。膨脹損失和推出損失二者之和。第二章第二章 發(fā)動機的換氣過程發(fā)動機的換氣過程排氣提前角和轉(zhuǎn)速對

11、排氣損失的影響排氣提前角和轉(zhuǎn)速對排氣損失的影響 發(fā)動機的轉(zhuǎn)速增加，相同的排氣提前角所對應(yīng)的排發(fā)動機的轉(zhuǎn)速增加，相同的排氣提前角所對應(yīng)的排氣時間就變短，通過排氣門排出的廢氣量減少，膨脹損氣時間就變短，通過排氣門排出的廢氣量減少，膨脹損失減少，但缸內(nèi)壓力水平提高，因而活塞推出損失大大失減少，但缸內(nèi)壓力水平提高，因而活塞推出損失大大增加。增加。而適當增加排氣提前角而適當增加排氣提前角,雖然膨脹功有所損失雖然膨脹功有所損失,但可以但可以降低缸內(nèi)壓力降低缸內(nèi)壓力,減小強制排氣的耗功。所以，減小強制排氣的耗功。所以，排氣提前角排氣提前角的設(shè)定，應(yīng)使排氣損失功降到最小。的設(shè)定，應(yīng)使排氣損失功降到最小。第二章

12、第二章 發(fā)動機的換氣過程發(fā)動機的換氣過程進氣損失進氣損失 由于進氣道、進氣門等處存在流動阻力損失，在大部分曲由于進氣道、進氣門等處存在流動阻力損失，在大部分曲軸轉(zhuǎn)角內(nèi)發(fā)動機的缸內(nèi)壓力低于大氣壓力線（圖軸轉(zhuǎn)角內(nèi)發(fā)動機的缸內(nèi)壓力低于大氣壓力線（圖b b）或增壓）或增壓壓力線（圖壓力線（圖d d），從而造成循環(huán)有用功的減少。），從而造成循環(huán)有用功的減少。第二章第二章 發(fā)動機的換氣過程發(fā)動機的換氣過程一一 充氣系數(shù)充氣系數(shù)c 為比較不同大小、不同類型發(fā)動機的充氣品質(zhì)和換氣為比較不同大小、不同類型發(fā)動機的充氣品質(zhì)和換氣過程的完善程度過程的完善程度, , 不受氣缸工作容積不受氣缸工作容積VsVs的影響的影

13、響, , 引入充氣引入充氣系數(shù)系數(shù)c 的概念。的概念。 由于有進氣阻力等因素的影響由于有進氣阻力等因素的影響, , 實際進入氣缸中的新鮮實際進入氣缸中的新鮮充量必然小于理論上進氣狀態(tài)下充滿工作容積的新鮮充量。充量必然小于理論上進氣狀態(tài)下充滿工作容積的新鮮充量。二者之比稱為二者之比稱為充氣系數(shù)充氣系數(shù)( (也有的稱為充氣效率也有的稱為充氣效率) )第二節(jié)第二節(jié) 四沖程發(fā)動機的充氣系數(shù)四沖程發(fā)動機的充氣系數(shù)第二章第二章 發(fā)動機的換氣過程發(fā)動機的換氣過程VsVmmGGC100Gm V,1VsmG,00 其中：其中：實際充量的重量，質(zhì)量和體積實際充量的重量，質(zhì)量和體積 理論充量的重量，質(zhì)量和體積理論充

14、量的重量，質(zhì)量和體積 作容積的新鮮充量進氣狀態(tài)下充滿氣缸工量實際進入氣缸的新鮮充即：C第二章第二章 發(fā)動機的換氣過程發(fā)動機的換氣過程 1VVc理論流量實際流量 1V/3hm/03. 060210003 hmn iVniVVSs實際發(fā)動機充氣系數(shù)可直接測量實際發(fā)動機充氣系數(shù)可直接測量 其中：其中：實際流量實際流量 充氣系數(shù)是衡量換氣過程完善程度的重要指標。充氣系數(shù)是衡量換氣過程完善程度的重要指標。 柴油機柴油機 0.750.750.900.90 汽油機汽油機 0.700.700.850.85第二章第二章 發(fā)動機的換氣過程發(fā)動機的換氣過程二、二、影響充氣系數(shù)的因素影響充氣系數(shù)的因素 apaSapp

15、p1 1、 進氣終了的壓力進氣終了的壓力 pa對對pa 的影響最大的影響最大 （1 1） 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速 n n pa進氣系統(tǒng)的沿程阻力和局部阻力均會使進氣系統(tǒng)的沿程阻力和局部阻力均會使增大。增大。 （PS:大氣壓力） papa cc paap 進氣阻力第二章第二章 發(fā)動機的換氣過程發(fā)動機的換氣過程 （2 2）負荷）負荷 汽油機汽油機：負荷：負荷 節(jié)氣門開度節(jié)氣門開度 （質(zhì)調(diào)節(jié)）（質(zhì)調(diào)節(jié)） paTac柴油機柴油機：負荷：負荷 循環(huán)供油量循環(huán)供油量 （量調(diào)節(jié)）（與（量調(diào)節(jié)）（與無關(guān)）無關(guān)） 熱負荷熱負荷 （不大）（不大） paap c第二章第二章 發(fā)動機的換氣過程發(fā)動機的換氣過程caaT空氣密度Ta2

16、 2、進氣終了溫度、進氣終了溫度caT 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速 負荷一定：負荷一定：n n Ta負荷負荷 轉(zhuǎn)速一定：負荷轉(zhuǎn)速一定：負荷 熱負荷熱負荷 c（進氣與缸壁等高溫零件接觸的時間減少，使進氣被加熱的程度減少）第二章第二章 發(fā)動機的換氣過程發(fā)動機的換氣過程prprn2prTrTr3 3、排氣終了壓力、排氣終了壓力P Pr r（殘余廢氣系數(shù)（殘余廢氣系數(shù)） 殘余廢氣量殘余廢氣量 排氣門處的阻力排氣門處的阻力 所以所以 n n （影響較?。ㄓ绊戄^?。?5 5、壓縮比、壓縮比 上面的分析僅為定性分析用的，是粗略的。還有許多上面的分析僅為定性分析用的，是粗略的。還有許多因素未予考慮。如：壓力升高比因素未予考慮

17、。如：壓力升高比 ，絕熱指數(shù)，絕熱指數(shù)k k，熱傳輸和，熱傳輸和過量空氣系數(shù)過量空氣系數(shù) 等。等。4 4、排氣終了溫度、排氣終了溫度 cccc第二章第二章 發(fā)動機的換氣過程發(fā)動機的換氣過程第三節(jié)第三節(jié) 提高發(fā)動機充量系數(shù)的措施提高發(fā)動機充量系數(shù)的措施 一，降低進氣系統(tǒng)的阻力進氣系統(tǒng)由空氣濾清器、化油器或噴油器、節(jié)氣門、進氣系統(tǒng)由空氣濾清器、化油器或噴油器、節(jié)氣門、進氣管、進氣道和進氣門所組成。進氣管、進氣道和進氣門所組成。時面值時面值 dtf目前四沖程發(fā)動機的進、排氣閥均采用目前四沖程發(fā)動機的進、排氣閥均采用菌形結(jié)構(gòu)，其開啟面積隨凸輪升程而變化。菌形結(jié)構(gòu)，其開啟面積隨凸輪升程而變化。時面值時面

18、值 c第二章第二章 發(fā)動機的換氣過程發(fā)動機的換氣過程1,減少進氣門處的流動損失2.2.進氣馬赫數(shù)進氣馬赫數(shù) 進氣馬赫數(shù)進氣馬赫數(shù)Me是進氣門處氣體的平均速度是進氣門處氣體的平均速度Vm與該與該處聲速處聲速C C的比值的比值; ;CvMme/應(yīng)限制在應(yīng)限制在0.50.5以內(nèi)以內(nèi). .充量系數(shù)與平均進氣馬赫數(shù)的關(guān)系充量系數(shù)與平均進氣馬赫數(shù)的關(guān)系第二章第二章 發(fā)動機的換氣過程發(fā)動機的換氣過程d進進氣門流通面積活塞頂面積d進d排3. 3. 進氣門直徑和氣門數(shù)進氣門直徑和氣門數(shù) 一般一般: : 0.200.200.25 0.25 一般：一般： （影響?。ㄓ绊懶。?d進pad排pr c （影響大）（影響

19、大） cf1f1epeb四氣門四氣門流通面積流通面積 40%40%左右。但結(jié)構(gòu)復雜，造價較高。左右。但結(jié)構(gòu)復雜，造價較高。 （可達（可達30%30%）c第二章第二章 發(fā)動機的換氣過程發(fā)動機的換氣過程 R R 流動阻力流動阻力 R R應(yīng)適中。應(yīng)適中。 cf1 c5. 5. 閥頂過渡圓角閥頂過渡圓角R R R R 4.4.氣門升程氣門升程h h h h ，時面值，時面值 c可變氣門升程系統(tǒng)可以使發(fā)動機在整個工作范圍內(nèi)有合適的時面值，從而有較高的充量系數(shù)第二章第二章 發(fā)動機的換氣過程發(fā)動機的換氣過程不同進氣門數(shù)的方案比較不同進氣門數(shù)的方案比較I I代表進氣門，代表進氣門，E E代表排氣門代表排氣門第

20、二章第二章 發(fā)動機的換氣過程發(fā)動機的換氣過程1. 1. 進氣管進氣管 表面粗糙度和流通面積表面粗糙度和流通面積 表面粗糙度表面粗糙度 ，流通面積，流通面積 沿程阻力沿程阻力 c轉(zhuǎn)彎和節(jié)流阻力轉(zhuǎn)彎和節(jié)流阻力轉(zhuǎn)彎半徑轉(zhuǎn)彎半徑R R ，截面突變，截面突變 c 二、降低進氣道、進氣管和空氣濾清器的阻力二、降低進氣道、進氣管和空氣濾清器的阻力 第二章第二章 發(fā)動機的換氣過程發(fā)動機的換氣過程2. 2. 進氣道進氣道 轉(zhuǎn)彎半徑轉(zhuǎn)彎半徑R R ，表面光潔度，表面光潔度 ，各管口與墊片孔口對中，各管口與墊片孔口對中 流動阻力流動阻力 c 3 3，空氣濾清器，空氣濾清器 通道面積通道面積 ，除塵效果，除塵效果 流

21、動阻力流動阻力 c 經(jīng)常清洗，更換紙芯。經(jīng)常清洗，更換紙芯。第二章第二章 發(fā)動機的換氣過程發(fā)動機的換氣過程 三，減少對進氣充量的加熱三，減少對進氣充量的加熱 結(jié)構(gòu)上主要從進、排氣管的布置來處理，減少進氣管的受熱，降低進氣溫度。四四，降低排氣系統(tǒng)的流通阻力降低排氣系統(tǒng)的流通阻力 結(jié)構(gòu)上：排氣管的流道設(shè)計、消聲器的阻力五，合理選擇進、排氣相位角五，合理選擇進、排氣相位角 傳統(tǒng)固定進、排氣定時，只能使發(fā)動機在一定的轉(zhuǎn)速和負荷范圍內(nèi)，達到較好的充氣效果。 現(xiàn)代發(fā)動機的可變定時（VVT）系統(tǒng)可以在發(fā)動機的整個工作范圍內(nèi)使充量系數(shù)保持在一個較好的水平。第二章第二章 發(fā)動機的換氣過程發(fā)動機的換氣過程六，諧振

22、進氣、進氣支管與可變氣門正時六，諧振進氣、進氣支管與可變氣門正時 由于氣體慣性的影響和壓力的變化，在進(排)氣管內(nèi)將產(chǎn)生壓力波動，特別是在進氣系統(tǒng)的進氣門處如果能充分利用氣流的慣性作用及壓力波作用、則可增加進氣量，提高充量系數(shù)。利用得不好反會使充量系數(shù)減少。第二章第二章 發(fā)動機的換氣過程發(fā)動機的換氣過程第二章第二章 發(fā)動機的換氣過程發(fā)動機的換氣過程 由于進氣壓力的波動與進氣管的長度有關(guān). 一般高轉(zhuǎn)速需要較短的進氣管,低速需要較長的進氣管。車用發(fā)動機的使用轉(zhuǎn)速范圍大,一種長度的進氣管往往只能保證在一定的轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)，有較好的進氣效果。正因為如此，在現(xiàn)代車用發(fā)動機上，就采用可變進氣管技術(shù)來解決這個問題?？紤]到結(jié)構(gòu)和控制的復雜性，一般是采取低速和高速兩段來進行控制。 第二章第二章 發(fā)動機的換氣過程發(fā)動機的換氣過程1，可變進氣管長度，可變進氣管長度在高速、大功率時，進氣管應(yīng)短粗；在中低速，最大在高速、大功率時，進氣管應(yīng)短粗；在中低速，最大