《活塞發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造與維護(hù)》課件-課件：1.4.3 航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣與排氣系統(tǒng)

ENGINE模塊一航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)直升機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)原理與構(gòu)造1.4.3航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣與排氣系統(tǒng)HELICOPTER航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣與排氣系統(tǒng)一、進(jìn)氣系統(tǒng)1.把足夠的空氣導(dǎo)入發(fā)動(dòng)機(jī)2.消除吸入空氣中的塵土和雜質(zhì)3.防止進(jìn)氣道結(jié)冰4.增壓式發(fā)動(dòng)機(jī)在必要時(shí)增加進(jìn)氣壓力功用一、進(jìn)氣系統(tǒng)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)有4個(gè)工作循環(huán)，其中進(jìn)氣循環(huán)很關(guān)鍵，它決定了進(jìn)入氣缸內(nèi)預(yù)混氣體的質(zhì)量，決定了發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，排氣循環(huán)也很關(guān)鍵，如果燃燒的參與氣體排放不充分，容易減小進(jìn)氣量的大小，引起功率降低的現(xiàn)象出現(xiàn)。一、進(jìn)氣系統(tǒng)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)有4個(gè)工作循環(huán)，其中進(jìn)氣循環(huán)很關(guān)鍵，它決定了進(jìn)入氣缸內(nèi)預(yù)混氣體的質(zhì)量，決定了發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，排氣循環(huán)也很關(guān)鍵，如果燃燒的參與氣體排放不充分，容易減小進(jìn)氣量的大小，引起功率降低的現(xiàn)象出現(xiàn)。一、進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)氣與排氣工作循環(huán)我們一起回顧理想狀態(tài)下這兩個(gè)循環(huán)中，發(fā)動(dòng)機(jī)主要部件的工作過程。一、進(jìn)氣系統(tǒng)首先分析一下理想狀態(tài)下的進(jìn)氣過程：當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到上死點(diǎn)時(shí)，進(jìn)氣門已打開，那隨活塞向下運(yùn)動(dòng)，油氣混合物進(jìn)入氣缸，進(jìn)氣的主要的動(dòng)力有兩個(gè)方面：1.進(jìn)氣管內(nèi)預(yù)混氣體壓力大于氣缸內(nèi)預(yù)混氣體的壓力，2.活塞向下運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生抽氣的作用。一、進(jìn)氣系統(tǒng)活塞向下運(yùn)動(dòng)的過程中，會(huì)導(dǎo)致氣缸內(nèi)氣體的體積增大，壓力減小，進(jìn)氣管內(nèi)氣體的壓力大于氣缸內(nèi)氣體的壓力，在壓力差的作用下，讓氣體進(jìn)入氣缸。一、進(jìn)氣系統(tǒng)活塞運(yùn)動(dòng)到下死點(diǎn)時(shí)，理論上完成了進(jìn)氣的過程。但由于活塞運(yùn)動(dòng)的速度快，運(yùn)動(dòng)過程中抽氣現(xiàn)象明顯，氣缸內(nèi)氣體壓力下降的幅度很快。活塞位置的變化，早于壓力的變化，活塞運(yùn)動(dòng)的速度高于氣體進(jìn)入氣缸的速度。在活塞運(yùn)動(dòng)到下死點(diǎn)的時(shí)候，氣缸內(nèi)氣體壓力小于進(jìn)氣管內(nèi)氣體的壓力，進(jìn)氣管內(nèi)的氣體還有動(dòng)力進(jìn)入氣缸。一、進(jìn)氣系統(tǒng)此時(shí)關(guān)閉進(jìn)氣門，會(huì)導(dǎo)制氣缸內(nèi)混合氣體的質(zhì)量較低，減小發(fā)動(dòng)機(jī)的功率。同樣，在膨脹沖程結(jié)束后，活塞由下死點(diǎn)向上運(yùn)動(dòng)，排氣門會(huì)打開，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入排氣沖程，當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到上死點(diǎn)時(shí)，活塞與氣缸頭部空間達(dá)到最小，排氣門關(guān)閉，完成排氣沖程。但這樣的過程同樣存在一定的問題。一方面，由于燃?xì)馊紵乃俣认拗?，氣體在膨脹沖程中，燃油并沒有完成完全燃燒，相當(dāng)部分的燃?xì)庠谂艢鉀_程過程中仍會(huì)繼續(xù)燃燒，這會(huì)導(dǎo)制排氣過程中氣體壓力繼續(xù)上升。一、進(jìn)氣系統(tǒng)另一方面，由于活塞在上死點(diǎn)的位置與氣缸頂部之間存在間隙，當(dāng)活塞在上死點(diǎn)位置，會(huì)存在一定燃?xì)馕赐耆懦?。這就會(huì)影響預(yù)混氣體的進(jìn)氣量，影響發(fā)動(dòng)機(jī)的功率。氣門應(yīng)在什么時(shí)候打開和關(guān)閉？一、進(jìn)氣系統(tǒng)為了解決剛剛提到氣缸殘余氣體完全排出難的問題，可以在活塞運(yùn)動(dòng)到氣缸中上部的時(shí)候，提前打開進(jìn)氣門，在排氣的同時(shí)，讓新鮮未參與燃燒的氣體進(jìn)入氣缸，利用這部分氣體把殘余氣體推出氣缸，以達(dá)到盡可能排光殘余氣體的目的?；钊谕瓿蛇M(jìn)氣沖程后，向上運(yùn)動(dòng)，那么什么時(shí)候氣體會(huì)自主停止進(jìn)氣呢？根據(jù)生活常識我們可以知道當(dāng)氣缸內(nèi)氣體壓力大于進(jìn)氣管氣體壓力時(shí)，會(huì)停止進(jìn)氣，那么此時(shí)并閉進(jìn)氣門，才能保證進(jìn)氣量達(dá)到最大值。進(jìn)氣門在排氣沖程的末端應(yīng)即時(shí)打開，活塞經(jīng)過下死點(diǎn)以后，繼續(xù)進(jìn)氣，直到壓縮行程的初期，進(jìn)氣門關(guān)閉時(shí)，進(jìn)氣才停止。一、進(jìn)氣系統(tǒng)為了避免排氣過程中燃?xì)庖蚶^續(xù)燃燒導(dǎo)制壓力上升而對活塞運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的阻力，所以排氣門要早開，應(yīng)在膨脹行程的后期打開。并且在活塞臨近上死點(diǎn)時(shí)開始關(guān)閉，保證活塞離開上死點(diǎn)后盡快關(guān)閉。合理關(guān)閉進(jìn)氣門的時(shí)機(jī)：在壓縮沖程的前期氣缸內(nèi)氣體壓力=進(jìn)氣管內(nèi)氣體的壓力結(jié)論：進(jìn)氣門應(yīng)早開晚關(guān)，可以增加進(jìn)入氣缸的氣體量。一、進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)氣門要早開，應(yīng)在排氣行程的后期打開。這樣可以盡量多地吹除廢氣，盡量多地進(jìn)入新鮮的混合氣，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的容積效率，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率，又有利于氣缸，特別是氣缸頭的冷卻。通常用進(jìn)氣門早開角來描述進(jìn)氣門打開的時(shí)間。一、進(jìn)氣系統(tǒng)在排氣過程中，活塞向上運(yùn)動(dòng)，當(dāng)活塞臨近上死點(diǎn)位置時(shí)，進(jìn)氣門會(huì)提前打開，此時(shí)曲柄與氣缸中心線會(huì)產(chǎn)生一個(gè)夾角，對于進(jìn)氣門，這個(gè)夾角就是進(jìn)氣門早開角，通常用α阿爾法表達(dá)?；钊蛏线\(yùn)動(dòng)，這個(gè)夾角會(huì)逐漸減小，當(dāng)活塞處于上死點(diǎn)位置時(shí)，活塞桿、曲柄位于氣缸的中線線上，夾角為0。進(jìn)氣門早開角約為15到45度。那么我們可以看到，進(jìn)氣門早開角越大，進(jìn)氣門開的越早。一、進(jìn)氣系統(tǒng)當(dāng)然進(jìn)氣門開的過早，會(huì)使剛進(jìn)入氣缸的一部分新鮮混合氣從排氣門排出，經(jīng)濟(jì)性變壞；開的過晚，會(huì)使進(jìn)入氣缸的混合氣減少，對氣缸頭的冷卻變壞。當(dāng)曲柄轉(zhuǎn)過中心線后向下旋轉(zhuǎn)，活塞向下運(yùn)動(dòng)，氣體在活塞的抽氣作用下繼續(xù)進(jìn)入氣缸，當(dāng)曲柄轉(zhuǎn)到中心線位置，與活塞桿產(chǎn)生了重合，這時(shí)活塞運(yùn)動(dòng)到下死點(diǎn)，當(dāng)曲柄繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，活塞開始向上死點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)氣缸內(nèi)氣體的壓力臨近進(jìn)氣管內(nèi)氣體壓力時(shí)，進(jìn)氣門會(huì)關(guān)閉。在進(jìn)氣門恰好完全關(guān)閉時(shí)，曲柄與氣缸中心線之間的夾角，注意，此時(shí)是曲柄與中心線的下方位置構(gòu)成夾角，我們把這個(gè)夾角成為進(jìn)氣門的晚關(guān)角，用β貝塔表達(dá)。一、進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)氣門晚關(guān)角的范圍通常為40到80度。這個(gè)夾角越大，說明活塞距離下死點(diǎn)越遠(yuǎn)，氣缸內(nèi)氣體的體積就越小，說明進(jìn)氣門關(guān)的比較晚，夾角越小，說明進(jìn)氣門關(guān)閉時(shí)間相對較早。進(jìn)氣門要晚關(guān)就應(yīng)在壓縮行程的初期關(guān)閉。這樣可以盡量多地進(jìn)入新鮮的混合氣；提高發(fā)動(dòng)機(jī)的容積效率，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率；也有利于氣缸，特別是氣缸頭的冷卻。進(jìn)氣門如果關(guān)的過晚，會(huì)使一部分已經(jīng)進(jìn)入氣缸的新鮮混合氣被活塞壓回進(jìn)氣管內(nèi)，使進(jìn)入氣缸的新鮮混合氣充填量減少。當(dāng)然進(jìn)氣門關(guān)的過早，也會(huì)使新鮮混合氣充填量減少。一、進(jìn)氣系統(tǒng)二、排氣系統(tǒng)功用1.收集和排除廢氣2.排氣消音、降噪3.進(jìn)氣防冰或座艙加溫4.帶動(dòng)渦輪增壓器的渦輪二、排氣系統(tǒng)接頭元件（渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)）二、排氣系統(tǒng)排氣過程從排氣門打開時(shí)開始，到排氣門關(guān)閉時(shí)結(jié)束，排氣過程的作用是清除氣缸中的廢氣，以便使新鮮的混合氣進(jìn)入氣缸，氣缸中的廢氣排除得越多，充填量就越大，發(fā)動(dòng)機(jī)的功率就越高。排氣過程開始于排氣門打開時(shí)，但排氣門不是在膨脹沖程中，活塞到達(dá)下死點(diǎn)時(shí)才突然打開的，而是在活塞臨近到下死點(diǎn)之前，也就是說在膨脹沖程的后期就開始打開，排氣門的關(guān)閉也延續(xù)到活塞到達(dá)上死點(diǎn)之后，即下一進(jìn)氣行程初期。類似于進(jìn)氣門的打開與關(guān)閉，排氣的時(shí)間也是用曲柄與氣缸中心線的夾角來描述。排氣門的早開角是排氣門剛剛打開時(shí)，曲柄與氣缸中心線之間的夾角。排氣門要早開，應(yīng)在膨脹行程的后期打開。排氣門的早開角伽馬表達(dá)γ，通常為50到80度范圍。二、排氣系統(tǒng)排氣門早開可以盡量多地排除廢氣，盡量多地進(jìn)入新鮮的混合氣，減少排氣行程中活塞所消耗的功，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率。開的過早，會(huì)影響膨脹行程的進(jìn)行，減小輸出功率。開得過晚，則排氣不徹底，增加活塞向上運(yùn)動(dòng)的阻力，減小輸出功率。排氣門應(yīng)在進(jìn)氣行程的初期關(guān)閉。晚關(guān)角（德爾塔δ）的范圍通常設(shè)置在20到40度范圍內(nèi)。排氣門晚關(guān)可以盡量多地進(jìn)入新鮮的混合氣；增大新鮮混合氣的充