第二章发动机的换气过程

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1、第二章 发动机的换气过程 内容：1.四冲程内燃机进排气过程；2.二冲程内燃机换气过程。 知识点：四冲程内燃机换气过程；换气损失、泵气损失及其影响 因素，充量系数及其影响因素； 难点：四冲程内燃机换气过程；换气损失、泵气损失及其影响因 素，充气效率及其影响因素。 发动机的换气过程包括排气过程和进气过程。其 任务是排除缸内废气并充入尽可能多的新鲜空气。 燃烧需要空气与燃料: 重量比 容积比 燃料 1 1 液态 空气 15 1000 气态 燃料受机械控制，容易加入。而气缸容积就那么 大，要想多进空气就要困难得多。因此，对发动机换 气过程的研究就显得尤为重要了。 第二章 发动机的换气过程 第一节 四冲

2、程发动机的换气过程 排气门升程进气门升程 气缸压力 气门升程与低压p示功图 第二章 发动机的换气过程 自由排气阶段 A 排气门开 p p p = p 靠缸内压力,废气自由排出 气缸， 其中:p缸内压力, p排气管内压力。 排气管内压力 强制排气阶段 B p = p p p 靠活塞上行将废气挤出气缸 第二章 发动机的换气过程 1、排气过程 一、 换气过程 （排气过程）1 2 1 下死点 自由排气 下死点 上死点 强制排气 上死点 2 扫气 （进气过程） 3 4 3上死点 进气扫气 上死点 下死点 吸气 下死点 4 过后进气 进关 进开 排关 排开 第二章 发动机的换气过程 膨胀线 2 进气过程

3、由于节流作用, 缸内产生负压P0 - P ,使新鲜介质进入缸内 。 气阀叠开角：非增压：2080 CA。 太大（引起） 废气回流进气道。 太小 扫气作用不明显。 增压： 80160 CA。 扫气的作用： (1), 清除废气, 增加气缸内的新鲜充量。 (2), 降低排气温度。 (3), 降低热负荷最严重处（如气阀、活塞等）的温度。 3 气门叠开角（进、排气门同时开启的曲轴转角） 第二章 发动机的换气过程 排气提前角 排气门在膨胀冲程到达下止 点前的某一曲轴转角位置提前 开启的角度。 增加排气流通面积（时面值or角面值）， 减少排气冲程所消耗的活塞推出功。 作用 定义 第二章 发动机的换气过程 排

4、气阀升程 排气门在上止点后关闭的角度。 排气门迟闭角 定义 1,避免因排气流动截面积过早减小而造成的排气阻力的 增加，使缸内的残余废气量增加。 2,利用排气管内气体流动的惯性从气缸内抽吸一部分废 气，实现过后排气。 3. 扫气作用。 作用 第二章 发动机的换气过程 进气提前角 为了增加进入气缸的新鲜充量 ，进气门在上止点前提前开启的 角度。 作用 定义 增加进气流通面积,提高充量系数。 扫气(特别是对增压的发动机) 第二章 发动机的换气过程 进气阀升程 利用在进气过程中形成的气流惯性，实现向 气缸的过后充气，增加缸内充量。 进气门迟闭角 为了增加进入气缸的新鲜充量，进气门在吸气 下止点后，推迟

5、关闭的角度。 作用 定义 第二章 发动机的换气过程 3 2 气门叠开 从进气门开启到排气门关闭 这段曲轴转角内，出现进排气门 同时开启的现象。 第二章 发动机的换气过程 自然吸气内燃机的换气过程 理论循环换气过程： l排气门在下止点打开，没有 膨胀损失 l进排气行程缸内压力与大气 压力相等，因而也没有泵气 损失。 实际循环换气过程： 1. 膨胀损失W 2. 推出损失X 3. 吸气损失Y 自然吸气内燃机实际换气过程 二、换气损失二、换气损失 第二章 发动机的换气过程 构成 1）排气过程损失 膨胀损失+推出损失 2）进气过程损失 1. 1.换气损失换气损失 与理论循环相比，实际循环在换气过程中所产

6、 生的功的损失。 定义 第二章 发动机的换气过程 膨胀损失 从排气门提前开启到下止点这一时期，由于提前 排气造成了缸内压力下降，使膨胀功减少. 增压自然吸气 第二章 发动机的换气过程 推出功损失 活塞由下止点向上止点的强制排气行程所消耗的功。 自然吸气增压 第二章 发动机的换气过程 排气损失 膨胀损失和推出损失二者之和。 第二章 发动机的换气过程 排气提前角和转速对排气损失的影响 发动机的转速增加，相同的排气提前角所对应的排 气时间就变短，通过排气门排出的废气量减少，膨胀损 失减少，但缸内压力水平提高，因而活塞推出损失大大 增加。 而适当增加排气提前角,虽然膨胀功有所损失,但可以 降低缸内压力

7、,减小强制排气的耗功。所以，排气提前角 的设定，应使排气损失功降到最小。 第二章 发动机的换气过程 进气损失 由于进气道、进气门等处存在流动阻力损失，在大部分曲 轴转角内发动机的缸内压力低于大气压力线（图b）或增压压 力线（图d），从而造成循环有用功的减少。 第二章 发动机的换气过程 一 充气系数c 为比较不同大小、不同类型发动机的充气品质和换气 过程的完善程度, 不受气缸工作容积Vs的影响, 引入充气 系数c 的概念。 由于有进气阻力等因素的影响, 实际进入气缸中的新鲜 充量必然小于理论上进气状态下充满工作容积的新鲜充量 。二者之比称为充气系数(也有的称为充气效率) 第二节 四冲程发动机的充

8、气系数 第二章 发动机的换气过程 其中： 实际充量的重量，质量和体积 理论充量的重量，质量和体积 第二章 发动机的换气过程 实际发动机充气系数可直接测量 其中：实际流量 充气系数是衡量换气过程完善程度的重要指标。 柴油机 0.750.90 汽油机 0.700.85 第二章 发动机的换气过程 二、 影响充气系数的因素 1、 进气终了的压力 对pa 的影响最大 （1） 转速 n 进气系统的沿程阻力和局部阻力均会使增大。 （PS:大气压力） 进气阻力 第二章 发动机的换气过程 （2）负荷 汽油机：负荷 节气门开度 （质调节） 柴油机：负荷 循环供油量 （量调节）（与 无关） 热负荷 （不大） 第二章

9、 发动机的换气过程 2、进气终了温度 转速 负荷一定：n 负荷 转速一定：负荷 热负荷 （进气与缸壁等高温零件接触的时间减少，使进气被加热的程度减少） 第二章 发动机的换气过程 3、排气终了压力Pr（残余废气系数） 残余废气量 排气门处的阻力 所以 n （影响较小） 5、压缩比 上面的分析仅为定性分析用的，是粗略的。还有许多 因素未予考虑。如：压力升高比，绝热指数k，热传输和 过量空气系数等。 4、排气终了温度 第二章 发动机的换气过程 第三节 提高发动机充量系数的措施 一，降低进气系统的阻力 进气系统由空气滤清器、化油器或喷油器、节气门 、进气管、进气道和进气门所组成。 时面值 目前四冲程发

10、动机的进、排气阀均采用 菌形结构，其开启面积随凸轮升程而变化。 时面值 第二章 发动机的换气过程 1,减少进气门处的流动损失 2.进气马赫数 进气马赫数Me是进气门处气体的平均速度Vm与该 处声速C的比值; 应限制在0.5以内. 充量系数与平均进气马赫数的关系 第二章 发动机的换气过程 3. 进气门直径和气门数 一般: 0.200.25 一般： （影响小） （影响大） 四气门流通面积 40%左右。但结构复杂，造价较高。 （可达30%） 第二章 发动机的换气过程 R 流动阻力 R应适中。 5. 阀顶过渡圆角R R 4.气门升程h h，时面值 可变气门升程系统可以使发动机在整 个工作范围内有合适的

11、时面值，从而 有较高的充量系数 第二章 发动机的换气过程 不同进气门数的方案比较 I代表进气门，E代表排气门 第二章 发动机的换气过程 1. 进气管 表面粗糙度和流通面积 表面粗糙度 ，流通面积 沿程阻力 c 转弯和节流阻力 转弯半径R，截面突变 c 二、降低进气道、进气管和空气滤清器的阻力 第二章 发动机的换气过程 2. 进气道 转弯半径R，表面光洁度，各管口与垫片孔口对中 流动阻力 c 3，空气滤清器 通道面积，除尘效果 流动阻力 c 经常清洗，更换纸芯。 第二章 发动机的换气过程 三，减少对进气充量的加热 结构上主要从进、排气管的布置来处理， 减少进气管的受热，降低进气温度。 四，降低排

12、气系统的流通阻力 结构上：排气管的流道设计、消声器的阻力 五，合理选择进、排气相位角 传统固定进、排气定时，只能使发动机在一定的转速 和负荷范围内，达到较好的充气效果。 现代发动机的可变定时（VVT）系统可以在发动机的 整个工作范围内使充量系数保持在一个较好的水平。 第二章 发动机的换气过程 六，谐振进气、进气支管与可变气门正时 由于气体惯性的影响 和压力的变化，在进(排) 气管内将产生压力波动， 特别是在进气系统的进气 门处如果能充分利用气流 的惯性作用及压力波作用 、则可增加进气量，提高 充量系数。利用得不好反 会使充量系数减少。 第二章 发动机的换气过程 第二章 发动机的换气过程 由于进

13、气压力的波动与进气管的长度有关. 一般高转 速需要较短的进气管,低速需要较长的进气管。车用发动 机的使用转速范围大,一种长度的进气管往往只能保证在 一定的转速区间内，有较好的进气效果。正因为如此， 在现代车用发动机上，就采用可变进气管技术来解决这 个问题。考虑到结构和控制的复杂性，一般是采取低速 和高速两段来进行控制。 第二章 发动机的换气过程 1，可变进气管长度 在高速、大功率时，进气管应短粗；在中低速，最大 扭矩时，进气管应细长。 1-进气门 2-空气滤清器 3-进气软管 4-节气门 5-稳压室 6-长 进气管 7-短进气管兼谐振器 8-转换阀 第二章 发动机的换气过程 2、可变气门定时

14、1. 低速时，采用较小的气门叠开角以及较小的气门升程,增 加低速转矩，提高燃油经济性。 对配气系统的要求 3. 进气门从开启到关闭的进 气持续角也进行相应的调整 。 2. 高速时应具有最大的气门 升程和进气门迟闭角，减小 流动阻力，提高充量系数， 满足发动机高速时的要求。 第二章 发动机的换气过程 可变气门正时（VVT ） 优点：根据实现机构的不同，采用VVT技术可以使得发动机 的 低速转矩得到大幅度的提高。 Pe Tq 第二章 发动机的换气过程 3.可变凸轮机构（ VCS ） 注:在高速时采用高速凸轮，气门升程与持续角都较 大，而在低速时切换到低速凸轮，升程与持续角均较 小。 优点:与传统的配气机构的性能相比，发动机的低速 转矩和高速性能都得到了显著的改善。 第二章 发动机的换气过程 可变气门正时的调节结构 第二章 发动机的换气过程 进气凸轮轴 排气凸轮轴