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1、普通高等教育“十一五”国家级规划教材普通高等教育“十一五”国家级规划教材 汽车类教学改革规划教材汽车类教学改革规划教材 汽车构造与原理汽车构造与原理 （上册（上册 发动机）发动机） 教材教材主编主编 蔡兴旺蔡兴旺 课件制作课件制作 邱兴海邱兴海 机械工艺出版社机械工艺出版社 第3章 换气过程 与换气系统 （4学时）学时） 第第3章章 换气过程与换气系统换气过程与换气系统 目目 录录 3.1 发动机的换气过程发动机的换气过程 3.2 换气系统的作用与组成换气系统的作用与组成 3.3 配气机构配气机构 3.4 发动机可变进气控制技术发动机可变进气控制技术 3.5 发动机废气涡轮增压发动机废气涡轮增
2、压 3.6 换气系统的维护换气系统的维护 3 第第3章章 换气过程与换气系统换气过程与换气系统 教学目标和要求教学目标和要求 了解四冲程发动机的换气过程了解四冲程发动机的换气过程 掌握配气相位的概念及作用掌握配气相位的概念及作用 掌握充气效率的概念及其影响因素分析掌握充气效率的概念及其影响因素分析 了解充气效率对发动机性能的影响及提高充气效率的措施了解充气效率对发动机性能的影响及提高充气效率的措施 掌握换气系统的组成掌握换气系统的组成、作用与工作原理作用与工作原理 掌握配气机构的类型掌握配气机构的类型、组成组成、结构与工作原理结构与工作原理 了解可变配气控制系统的结构与工作原理了解可变配气控制
3、系统的结构与工作原理 了解可变进气管控制系统的结构与工作原理了解可变进气管控制系统的结构与工作原理 了解发动机废气涡轮增压的结构与工作原理了解发动机废气涡轮增压的结构与工作原理 4 第第3章章 换气过程与换气系统换气过程与换气系统 教学重点与难点教学重点与难点 教学重点教学重点 配气相位的概念配气相位的概念 充气效率的概念充气效率的概念、意义及其影响因素分析意义及其影响因素分析 配气机构的类型配气机构的类型、组成组成、结构与工作原理结构与工作原理 可变配气控制系统的结构与工作原理可变配气控制系统的结构与工作原理 废气涡轮增压废气涡轮增压 教学难点教学难点 充气效率的概念及其影响因素分析充气效率
4、的概念及其影响因素分析 配气相位的概念配气相位的概念 可变配气控制系统的结构与工作原理可变配气控制系统的结构与工作原理 5 第第3章章 换气过程与换气系统换气过程与换气系统 3.1 发动机的换气过程发动机的换气过程 1.发动机的换气过程发动机的换气过程 四冲程发动机四冲程发动机由由进进、排气门开闭排气门开闭所执行的所执行的过程过程。 二冲程发动机二冲程发动机由由进进、排排、扫气孔开闭扫气孔开闭所执行的所执行的过程过程。 2.对发动机换气过程的要求对发动机换气过程的要求 进气充分；排气干净；损失小；适应工况变化要求进气充分；排气干净；损失小；适应工况变化要求。 3.影响换气质量的因素影响换气质量
5、的因素 换气系统设计的合理性和有效性；发动机的运行状态换气系统设计的合理性和有效性；发动机的运行状态。 4.改善换气质量的措施改善换气质量的措施 采用增压技术采用增压技术，可增大进气密度可增大进气密度，提高发动机升功率提高发动机升功率。 6 第第3章章 换气过程与换气系统换气过程与换气系统 5.四冲程发动机的换气过程四冲程发动机的换气过程 排气门开启排气门开启进气门关闭进气门关闭，其其 间曲轴大约旋转间曲轴大约旋转410 480 。 四个阶段：四个阶段： （1）自由排气：自由排气：排气门早开排气门早开， 利用废气压力自动排出利用废气压力自动排出。 （2）强制排气：强制排气：废气压力不断废气压力
6、不断 下降下降，通过活塞上行强行推出通过活塞上行强行推出。 （3）气门重叠：气门重叠：排气门迟闭排气门迟闭，进气门早开进气门早开，边排边进边排边进。 （4）进气：进气：吸气；进气门早开迟闭吸气；进气门早开迟闭，保证进气充分保证进气充分。 7 第第3章章 换气过程与换气系统换气过程与换气系统 1.配气定时配气定时（配气相位配气相位） 进进、排气门开闭时刻排气门开闭时刻用曲轴转角表示用曲轴转角表示。 2.配气定时对发动机性能的影响配气定时对发动机性能的影响 动力性动力性、经济性经济性、排放性能排放性能。 3.配气定时要求配气定时要求 （1）延长进延长进、排气时间；排气时间； （2）随发动机工况变化
7、随发动机工况变化。 4.配气相位图配气相位图 表示配气相位的环形图表示配气相位的环形图。 8 3.1.1 四冲程发动机的配气定时（配气相位）四冲程发动机的配气定时（配气相位） 第第3章章 换气过程与换气系统换气过程与换气系统 5.进气提前角与进气迟后角进气提前角与进气迟后角 （1）进气提前角进气提前角 从从进气门开进气门开上止点上止点的曲轴转角的曲轴转角。 一般一般1 0 40。 （2）进气迟后角进气迟后角 从从下止点下止点进气门关进气门关的曲轴的曲轴 转角转角。 一般一般4070。 （3）进气持续角进气持续角 180+ + 9 第第3章章 换气过程与换气系统换气过程与换气系统 6.排气提前角
8、与排气迟后角排气提前角与排气迟后角 （1）排气提前角排气提前角 从从排气门开排气门开下止点下止点的曲轴转角的曲轴转角。 一般一般4555。 （2）排气迟后角排气迟后角 从从上止点上止点排气门关排气门关的曲轴的曲轴 转角转角。 一般一般535。 （3）排气持续角排气持续角 180+ + 10 第第3章章 换气过程与换气系统换气过程与换气系统 发动机结构不同发动机结构不同、转转 速不同速不同，配气相位也配气相位也 不同不同。最佳配气相位最佳配气相位 角角应根据发动机使用应根据发动机使用 性能要求性能要求，通过反复通过反复 试验确定试验确定。 气门重叠角：气门重叠角：汽油机汽油机 一般较小一般较小，
9、非增压柴非增压柴 油机居中油机居中，增压柴油增压柴油 机较大机较大。 11 第第3章章 换气过程与换气系统换气过程与换气系统 3.1.2 发动机的换气损失发动机的换气损失 定义：定义：换气过程中理论循环功与实际循环功之差换气过程中理论循环功与实际循环功之差。 包括排气损失和进气损失两部分包括排气损失和进气损失两部分。 1.排气损失排气损失 自由排气耗功自由排气耗功w 活塞强制排气耗功活塞强制排气耗功 y、d 2.进气损失进气损失 进气系统阻力耗功进气系统阻力耗功 x 3.换气损失在性能计算中的处理方法换气损失在性能计算中的处理方法 （1）w、d放在指示效率放在指示效率i中考虑中考虑。 （2）x
10、、y放在机械效率放在机械效率m中考虑中考虑。 12 第第3章章 换气过程与换气系统换气过程与换气系统 3.1.3 发动机的充气效率发动机的充气效率 充气效率：充气效率：可燃混合气可燃混合气（或新鲜空气或新鲜空气）充满气缸的程度充满气缸的程度，即每即每 一循环实际充气量与理论充气量的比值一循环实际充气量与理论充气量的比值。 V1、m1 进入气缸实际充量的体积进入气缸实际充量的体积、质量；质量； Vs、ms进气状态充满气缸工作容积的理论充量体积进气状态充满气缸工作容积的理论充量体积、质量质量。 充气效率越高充气效率越高，发动机动力性发动机动力性、经济性及排放性能越好经济性及排放性能越好。 充气效率
11、总是小于充气效率总是小于1。 v柴油机 柴油机=0.75 0.9，v汽油机 汽油机=0.70 0.85。 13 111 0 0 v s ss Vmm p v Vm RT 第第3章章 换气过程与换气系统换气过程与换气系统 影响充气效率的因素：影响充气效率的因素： 进气终了温度和压力进气终了温度和压力、 残余废气残余废气、配气相位配气相位。 提高充气效率的措施：提高充气效率的措施： 1）减少流阻减少流阻，如气道光滑如气道光滑、形状合理形状合理、取消化油器等；取消化油器等； 2）采用多气门技术采用多气门技术，改善换气效果；改善换气效果； 3）进进、排气道分置；排气道分置； 4）合理设计配气相位合理设
12、计配气相位，尤其是采用可变配气正时电控技术尤其是采用可变配气正时电控技术， 优化气门开优化气门开、闭时间和气门升程；闭时间和气门升程； 5）采用进气谐波控制技术；采用进气谐波控制技术； 6）采用增压中冷技术采用增压中冷技术。 14 第第3章章 换气过程与换气系统换气过程与换气系统 3.2 换气系统的作用与组成换气系统的作用与组成 作用：作用：按照发动机工作循环和发火次序按照发动机工作循环和发火次序，定时充分地进气和干定时充分地进气和干 净地排气净地排气，在各种工况下保持最佳充气效率和最佳性能在各种工况下保持最佳充气效率和最佳性能。 组成：组成： 15 1-空气滤清器空气滤清器 2-进气管系进气
13、管系 3、4-配气机构配气机构 5-排气管系排气管系 6-消声器消声器 第第3章章 换气过程与换气系统换气过程与换气系统 3.2.1 空气滤清器空气滤清器 作用：作用：清除流向气缸的空气中的杂质清除流向气缸的空气中的杂质。 分类：分类： 按工作原理按工作原理惯性式和过滤式惯性式和过滤式。 按滤芯材料按滤芯材料 纸滤芯纸滤芯、金属网滤芯等金属网滤芯等 。 16 第第3章章 换气过程与换气系统换气过程与换气系统 带恒温进气带恒温进气 装置的空气装置的空气 滤清器：滤清器：将将 发动机进气发动机进气 温度控制在温度控制在 3540 之间之间，以降以降 低低CO、HC 排放排放。 17 第第3章章 换
14、气过程与换气系统换气过程与换气系统 3.2.2 进气管系进气管系 1.组成组成 进气总管进气总管空气滤清器至进气支管之间的管道空气滤清器至进气支管之间的管道。 进气支管进气支管进气总管向各气缸分配空气的支管进气总管向各气缸分配空气的支管。 18 1-空气滤清器空气滤清器 2-空气流量计空气流量计 3-进气总管进气总管 4-进气支管进气支管 第第3章章 换气过程与换气系统换气过程与换气系统 2.进气支管的加热方式进气支管的加热方式 （1）功用功用 提高汽油蒸发性提高汽油蒸发性，防止进气温防止进气温 度过低引起雾化不良度过低引起雾化不良。 （2）加热方式加热方式 1）采用陶瓷加热器加热采用陶瓷加热
15、器加热 19 1-陶瓷热敏电阻加热器陶瓷热敏电阻加热器 2-密封圈密封圈 3-密封垫密封垫 4-进气支管进气支管 第第3章章 换气过程与换气系统换气过程与换气系统 2）利用高温排气加热利用高温排气加热 20 第第3章章 换气过程与换气系统换气过程与换气系统 3）利用循环冷却液加热利用循环冷却液加热 21 1-节气体安装面节气体安装面 2-循环冷却液管循环冷却液管 3-进气支管安装面进气支管安装面 4-与机体安装面与机体安装面 第第3章章 换气过程与换气系统换气过程与换气系统 3.2.3 排气管系排气管系 1.组成：组成：排气支管和排气总管排气支管和排气总管。 2.作用：作用：将各缸废气安全排入大气将各缸废气安全排入大气。 22 1-排气支管排气支管 2-排气总管排气总管 3-催化转化器催化转化器 4-排气温度传感器排气温度传感器 5-副消声器副消声器 6-后排气管后排气管 7-主消声器主消声器 8-排气尾管排气尾管 第第3章章 换气过程与换气系统换气过程与换气系统 3.分类：分类： 单排气系统单排气系统、双排气系统双排气系统。 23 V形发动机排气管布置形发动机排气管布置 a）单排气系统）单排气系统 b）双排气系统）双排气系统 1-发动机发动机 2-
