第二章 發(fā)動機(jī)的換氣過程

1、- 換氣過程換氣過程排氣過程排氣過程進(jìn)氣過程進(jìn)氣過程 減少換氣損失減少換氣損失方向與措施方向與措施/ 研究的內(nèi)容研究的內(nèi)容換氣過程的進(jìn)行情況換氣過程的進(jìn)行情況 分析影響充氣量的各種因素分析影響充氣量的各種因素 提高充氣量提高充氣量找出找出. 換氣過程的任務(wù)換氣過程的任務(wù) 排凈缸內(nèi)廢氣排凈缸內(nèi)廢氣吸足新鮮充量吸足新鮮充量盡可能小的換氣損失盡可能小的換氣損失第一節(jié)第一節(jié) 四沖程發(fā)動機(jī)的換氣過程四沖程發(fā)動機(jī)的換氣過程自由排氣階段自由排氣階段 強(qiáng)制排氣階段強(qiáng)制排氣階段 進(jìn)氣過程進(jìn)氣過程 燃燒室掃氣燃燒室掃氣 排氣損失排氣損失進(jìn)氣損失進(jìn)氣損失 下止點(diǎn)下止點(diǎn)上止點(diǎn)上止點(diǎn)一、換氣過程一、換氣過程 四沖程發(fā)動

2、機(jī)換氣過程的典型曲線四沖程發(fā)動機(jī)換氣過程的典型曲線kPa1、自由排氣階段、自由排氣階段kPa1、自由排氣階段、自由排氣階段四沖程發(fā)動機(jī)換氣過程的典型曲線四沖程發(fā)動機(jī)換氣過程的典型曲線kPa超臨界狀態(tài)四沖程發(fā)動機(jī)換氣過程的典型曲線四沖程發(fā)動機(jī)換氣過程的典型曲線kPa（1）超臨界狀態(tài)流動）超臨界狀態(tài)流動（2）亞臨界狀態(tài)流動）亞臨界狀態(tài)流動 p/pr=1.9（2）強(qiáng)制排氣階段）強(qiáng)制排氣階段ATDC1035CA（3）進(jìn)氣過程）進(jìn)氣過程（3）進(jìn)氣過程）進(jìn)氣過程BTDC 040CA（4）燃燒室掃氣）燃燒室掃氣非增壓發(fā)動機(jī)：非增壓發(fā)動機(jī)：2060CA增壓發(fā)動機(jī)：增壓發(fā)動機(jī)： 80160CA 燃燒室掃氣的作用

3、燃燒室掃氣的作用 ： 利用新鮮充量來幫助清除廢氣利用新鮮充量來幫助清除廢氣 降低燃燒室熱區(qū)零件的溫度降低燃燒室熱區(qū)零件的溫度 避碰坑避碰坑換換氣氣損損失失二、換氣損失二、換氣損失泵氣損失泵氣損失提前排氣損失提前排氣損失泵氣損失：工質(zhì)流動時需要克服的進(jìn)、排氣系統(tǒng)泵氣損失：工質(zhì)流動時需要克服的進(jìn)、排氣系統(tǒng) 阻力所消耗的功。阻力所消耗的功。 提前排氣損失：因排氣門在下止點(diǎn)前提前開啟提前排氣損失：因排氣門在下止點(diǎn)前提前開啟 而產(chǎn)生的損失而產(chǎn)生的損失 。（自由排氣損失）。（自由排氣損失）uWWrrWW回憶回憶u換換氣氣損損失失排氣排氣損失損失進(jìn)氣進(jìn)氣損失損失X自由自由排氣損失排氣損失強(qiáng)制強(qiáng)制排氣損失排氣

4、損失 YW排開排開排關(guān)排關(guān)進(jìn)關(guān)進(jìn)關(guān)1 1、排氣損失、排氣損失排開排開排關(guān)排關(guān) 減少排氣損失的主要方法：減少排氣損失的主要方法： 減小排氣系統(tǒng)阻力減小排氣系統(tǒng)阻力減小排氣門處的流動損失減小排氣門處的流動損失 最有利的排氣提前角應(yīng)使面積（最有利的排氣提前角應(yīng)使面積（W+Y）之）之和最小。和最小。 排氣門截面小時，為減少排氣損失，應(yīng)適當(dāng)排氣門截面小時，為減少排氣損失，應(yīng)適當(dāng)加大排氣提前角。加大排氣提前角。定義：定義：由于進(jìn)氣系統(tǒng)阻力的存在，使進(jìn)氣過程氣缸由于進(jìn)氣系統(tǒng)阻力的存在，使進(jìn)氣過程氣缸壓力低于進(jìn)氣管壓力而造成的損失壓力低于進(jìn)氣管壓力而造成的損失 。 2、進(jìn)氣損失、進(jìn)氣損失A換氣損失：換氣損失：

5、( W+X+Y )A泵氣損失：泵氣損失：(X+Y-u)增壓發(fā)動機(jī)與非增壓發(fā)動機(jī)換氣損失對比增壓發(fā)動機(jī)與非增壓發(fā)動機(jī)換氣損失對比換氣損失：換氣損失：理論循環(huán)理論循環(huán)換氣功與換氣功與實(shí)際循環(huán)實(shí)際循環(huán)換氣功之差。換氣功之差。第二節(jié)第二節(jié) 四沖程發(fā)動機(jī)的充量系數(shù)四沖程發(fā)動機(jī)的充量系數(shù)c進(jìn)氣終了狀態(tài)壓力進(jìn)氣終了狀態(tài)壓力pa進(jìn)氣終了狀態(tài)溫度進(jìn)氣終了狀態(tài)溫度Ta殘余廢氣系數(shù)殘余廢氣系數(shù)r配氣相位配氣相位壓縮比壓縮比進(jìn)氣狀態(tài)進(jìn)氣狀態(tài) ps 、Tsp影響充量系數(shù)的因素影響充量系數(shù)的因素一、充量系數(shù)一、充量系數(shù)c定義定義：實(shí)際進(jìn)入氣缸的實(shí)際進(jìn)入氣缸的與與 進(jìn)氣狀態(tài)下進(jìn)氣狀態(tài)下 充滿氣缸工作容積的充滿氣缸工作容積的

6、的比值。的比值。sscVVmm11m1實(shí)際進(jìn)入氣缸的新鮮充量的質(zhì)量；實(shí)際進(jìn)入氣缸的新鮮充量的質(zhì)量；V1實(shí)際進(jìn)入氣缸的新鮮充量的體積；實(shí)際進(jìn)入氣缸的新鮮充量的體積；ms進(jìn)氣狀態(tài)下充滿氣缸工作容積的新鮮充量的質(zhì)量；進(jìn)氣狀態(tài)下充滿氣缸工作容積的新鮮充量的質(zhì)量；Vs進(jìn)氣狀態(tài)下充滿氣缸工作容積的新鮮充量的體積。進(jìn)氣狀態(tài)下充滿氣缸工作容積的新鮮充量的體積。充氣效率或容積效率充氣效率或容積效率柴油機(jī)：柴油機(jī)：0.90.75c汽油機(jī)汽油機(jī)：0.850.7c sscVVmm11m1實(shí)際進(jìn)入氣缸的新鮮充量的質(zhì)量；實(shí)際進(jìn)入氣缸的新鮮充量的質(zhì)量；V1實(shí)際進(jìn)入氣缸的新鮮充量的體積；實(shí)際進(jìn)入氣缸的新鮮充量的體積；ms進(jìn)氣

7、狀態(tài)下充滿氣缸工作容積的新鮮充量的質(zhì)量；進(jìn)氣狀態(tài)下充滿氣缸工作容積的新鮮充量的質(zhì)量；Vs進(jìn)氣狀態(tài)下充滿氣缸工作容積的新鮮充量的體積。進(jìn)氣狀態(tài)下充滿氣缸工作容積的新鮮充量的體積。二、充量系數(shù)二、充量系數(shù) 的表達(dá)式的表達(dá)式c排開排開排關(guān)排關(guān)進(jìn)關(guān)進(jìn)關(guān)二、充量系數(shù)二、充量系數(shù) 的表達(dá)式的表達(dá)式c1）進(jìn)氣門關(guān)閉時，缸內(nèi)氣體總質(zhì)量）進(jìn)氣門關(guān)閉時，缸內(nèi)氣體總質(zhì)量2）排氣門關(guān)閉時，缸內(nèi)殘余廢氣的質(zhì)量）排氣門關(guān)閉時，缸內(nèi)殘余廢氣的質(zhì)量3）充入氣缸的新鮮充量的質(zhì)量）充入氣缸的新鮮充量的質(zhì)量 ascaVVm)(進(jìn)氣終了時：進(jìn)氣終了時：進(jìn)氣狀態(tài)下：進(jìn)氣狀態(tài)下：aaaTp、sssTp、rrrVmrammm14）殘余廢氣

8、系數(shù)）殘余廢氣系數(shù)r1mmrr1)1 (mrma5）充量系數(shù)表達(dá)式）充量系數(shù)表達(dá)式ssascsascVVVrmmrmm)(11111assacccTTppr111進(jìn)氣終了狀態(tài)壓力進(jìn)氣終了狀態(tài)壓力pa進(jìn)氣終了狀態(tài)溫度進(jìn)氣終了狀態(tài)溫度Ta殘余廢氣系數(shù)殘余廢氣系數(shù)r配氣相位配氣相位壓縮比壓縮比進(jìn)氣狀態(tài)進(jìn)氣狀態(tài) ps 、Ts影響充量影響充量系數(shù)的因素系數(shù)的因素c三、影響充量系數(shù)三、影響充量系數(shù) 的因素的因素c 1進(jìn)氣終了時的壓力進(jìn)氣終了時的壓力pa pa對對 有重要影響，有重要影響，pa愈高，愈高， 值愈大值愈大 pa氣體流動時，克服進(jìn)氣系統(tǒng)阻力而引起氣體流動時，克服進(jìn)氣系統(tǒng)阻力而引起 的壓降。的壓降

9、。 ccasappp 由流體力學(xué)可知：由流體力學(xué)可知： 式中式中 管道阻力系數(shù)；管道阻力系數(shù)； 進(jìn)氣狀態(tài)下氣體的密度；進(jìn)氣狀態(tài)下氣體的密度； v 管道內(nèi)氣體的流速。管道內(nèi)氣體的流速。 可見，可見，pa主要取決于各段管道的阻力系數(shù)和氣體流主要取決于各段管道的阻力系數(shù)和氣體流速。若速。若 大、大、 v 高時，高時，pa增加，使增加，使pa下降，下降， 減小。減小。22vpac轉(zhuǎn)速和負(fù)荷對轉(zhuǎn)速和負(fù)荷對 pa 的影響的影響1）轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速 n增加，增加，v增大，增大，pa降低。降低。2）負(fù)荷負(fù)荷 汽油機(jī)：當(dāng)節(jié)氣門關(guān)小時，節(jié)流損失增加，引汽油機(jī)：當(dāng)節(jié)氣門關(guān)小時，節(jié)流損失增加，引起起 pa下降下降, 且且pa

10、隨轉(zhuǎn)速的增加而下降的愈快，即曲隨轉(zhuǎn)速的增加而下降的愈快，即曲線變化愈陡。線變化愈陡。 柴油機(jī)：負(fù)荷調(diào)節(jié)為柴油機(jī)：負(fù)荷調(diào)節(jié)為“質(zhì)調(diào)節(jié)質(zhì)調(diào)節(jié)”，負(fù)荷減小時，負(fù)荷減小時pa變化很小。變化很小。22vpa 2進(jìn)氣終了時的溫度進(jìn)氣終了時的溫度Ta 進(jìn)氣終了時的溫度進(jìn)氣終了時的溫度Ta越高，充量系數(shù)越高，充量系數(shù) 越小。越小。 進(jìn)氣終了時的溫度進(jìn)氣終了時的溫度Ta高于進(jìn)氣狀態(tài)溫度高于進(jìn)氣狀態(tài)溫度Ts 。引起引起Ta升高的升高的原因原因: 1）新鮮工質(zhì)進(jìn)入發(fā)動機(jī)與高溫零件接觸而）新鮮工質(zhì)進(jìn)入發(fā)動機(jī)與高溫零件接觸而 被加熱。被加熱。 2）新鮮工質(zhì)與高溫殘余廢氣混合而被加熱。）新鮮工質(zhì)與高溫殘余廢氣混合而被加熱

11、。c 轉(zhuǎn)速和負(fù)荷對轉(zhuǎn)速和負(fù)荷對Ta 的影響的影響 1）轉(zhuǎn)速）轉(zhuǎn)速 當(dāng)負(fù)荷不變而轉(zhuǎn)速增加時，由于新鮮工質(zhì)與缸當(dāng)負(fù)荷不變而轉(zhuǎn)速增加時，由于新鮮工質(zhì)與缸壁等接觸時間短，傳熱量少，所以壁等接觸時間短，傳熱量少，所以Ta稍有下降。稍有下降。 2）負(fù)荷）負(fù)荷 當(dāng)轉(zhuǎn)速不變而增加發(fā)動機(jī)負(fù)荷時，缸壁等零件當(dāng)轉(zhuǎn)速不變而增加發(fā)動機(jī)負(fù)荷時，缸壁等零件溫度升高，溫度升高，Ta有所上升。有所上升。3.殘余廢氣系數(shù)殘余廢氣系數(shù)r 1）r 增加，增加， c降低，燃燒惡化，油耗、排放增降低，燃燒惡化，油耗、排放增加；加； 2）壓縮比提高，）壓縮比提高，r 減??；減??； 3) 進(jìn)、排氣門的疊開角越大，進(jìn)、排氣門的疊開角越大，r

12、越小。越小。 一般，柴油機(jī)的一般，柴油機(jī)的 r 比汽油機(jī)要低。比汽油機(jī)要低。 由于進(jìn)氣門遲閉由于進(jìn)氣門遲閉 1 ,新鮮充量的容積減小新鮮充量的容積減小,但但pa值卻可能因有氣流慣性而使進(jìn)氣有所增加值卻可能因有氣流慣性而使進(jìn)氣有所增加,合適的配合適的配氣相位應(yīng)考慮氣相位應(yīng)考慮 pa具有最大值。具有最大值。6. 進(jìn)氣狀態(tài)進(jìn)氣狀態(tài)Ts、ps壓力對壓力對c影響不大。影響不大。5. 壓縮比壓縮比 壓縮比增加壓縮比增加, ,余隙容積減小余隙容積減小, ,殘余廢氣量隨之減小殘余廢氣量隨之減小, ,因而因而c c有所增加。有所增加。4. 配氣相位配氣相位scscVVVV第三節(jié)第三節(jié) 提高發(fā)動機(jī)充量系數(shù)的措施提

13、高發(fā)動機(jī)充量系數(shù)的措施措施措施降低進(jìn)氣系統(tǒng)的阻力降低進(jìn)氣系統(tǒng)的阻力減少對進(jìn)氣充量的加熱減少對進(jìn)氣充量的加熱降低排氣系統(tǒng)的阻力降低排氣系統(tǒng)的阻力合理選擇配氣相位合理選擇配氣相位諧振進(jìn)氣與可變進(jìn)氣支管諧振進(jìn)氣與可變進(jìn)氣支管一、降低進(jìn)氣系統(tǒng)的流動阻力一、降低進(jìn)氣系統(tǒng)的流動阻力1減少進(jìn)氣門處的流動損失減少進(jìn)氣門處的流動損失（1）進(jìn)氣馬赫數(shù)）進(jìn)氣馬赫數(shù)M 進(jìn)氣馬赫數(shù)進(jìn)氣馬赫數(shù)M是進(jìn)氣門處氣流平均速度是進(jìn)氣門處氣流平均速度vm與與該處音速該處音速a之比，即之比，即M=vm/ a 。 M是決定氣流流動性質(zhì)，影響充量系數(shù)的重是決定氣流流動性質(zhì)，影響充量系數(shù)的重要參數(shù)。要參數(shù)。 M0.5左右，左右， 急劇下降。

14、急劇下降。c（2）減小氣門處流動損失）減小氣門處流動損失措措 施施增大進(jìn)氣門直徑增大進(jìn)氣門直徑增加進(jìn)氣門數(shù)目增加進(jìn)氣門數(shù)目改善氣門處流體改善氣門處流體動力性能動力性能改進(jìn)配氣凸輪型線改進(jìn)配氣凸輪型線適當(dāng)增加氣門升程適當(dāng)增加氣門升程 由于進(jìn)氣過程的重要性，一般應(yīng)盡可能布置由于進(jìn)氣過程的重要性，一般應(yīng)盡可能布置較大尺寸的進(jìn)氣門，以降低流經(jīng)進(jìn)氣門截面時的較大尺寸的進(jìn)氣門，以降低流經(jīng)進(jìn)氣門截面時的氣體流速，從而降低流動阻力氣體流速，從而降低流動阻力。 目前在目前在2氣門結(jié)構(gòu)中，進(jìn)氣門直徑氣門結(jié)構(gòu)中，進(jìn)氣門直徑d與缸徑與缸徑D的的比值可達(dá)比值可達(dá)45%50%。面積比為。面積比為0.20.25，這樣排，這樣排氣門不得不縮小，但過小的排氣門又會導(dǎo)致排氣氣門不得不縮小，但過小的排氣門又會導(dǎo)致排氣阻力的增大。阻力的增大。 1) 增大進(jìn)氣門直徑增大進(jìn)氣門直徑通過增大進(jìn)氣門直徑的方式來提高充量系數(shù)，通過增大進(jìn)氣門直徑的方式來提高充量系數(shù)，是受到限制的。是受到限制的。 2)增加進(jìn)氣門數(shù)目增加進(jìn)氣門數(shù)目 3)改善氣門處的流體動力性能改善氣門處的流體動力性能 4)改進(jìn)配氣凸輪型線，適當(dāng)增加氣門升程改進(jìn)配氣凸輪型線，適當(dāng)增加氣門升程2減少進(jìn)氣道、進(jìn)氣管和空氣濾清器的阻力減少進(jìn)氣道、進(jìn)氣管和空氣濾清器的阻力