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1、四冲程发动机的换气过程,报告人:隋美丽 2012年9月,内容介绍,二、四冲程发动机的换气损失,三、四冲程发动机的充气效率,一、四冲程发动机的换气过程,一.四冲程发动机的换气过程,换气过程的作用: 排除缸内废气并充入尽可能多的新鲜工质,同时功耗要少。 换气过程对性能的影响 影响汽车的动力性、经济性、排放等,四行程发动机换气过程包括从排气门开启直到进气门关闭的整个时期，约占410-480曲轴转角。,用曲轴转角表示进排气门开启到关闭的时候和持续的时间，称为配气相位（定时）。 通常把配气相位用相当于上下止点曲轴转角的环形图表示成为配气相位图。,进气提前角,排气提前角,进气迟闭角,排气迟闭角,1、自由排
2、气阶段-废气根据自身的压力自行排出 从排气门打开到气缸压力接近了排气管压力的这个时期称为自由排气阶段 1) 超临界状态 2) 亚临界状态,从排气门开始打开到下止点这段曲轴转角，称为排气提前角(一般为30-80曲轴转角),思考,为什么排气门是在活塞到达下止点之前开启？,a.增加流通截面积，降低气缸压力； b.减少排气时所消耗的活塞推出功； c.高温废气的早排，还可以防止发动机过热。,自由排气阶段的特点 排气量与转速无关，时间虽短，排除的废气量60%以上 自由排气阶段结束的标志: 缸内压力=排气管压力,2、 强制排气阶段-废气是由活塞上行强制推出 克服排气系统阻力，通过活塞强制排出废气 亚临界状态
3、,从上止点到排气门完全关闭这段曲轴转角，称为排气迟闭角，一般为10-35曲轴转角。,思考,为什么排气门是在活塞到达上止点之后关闭？,a.减少活塞消耗功,利用缸内外压力差继续排气； b.利用惯性继续排气。,3. 进气过程 是活塞下行，缸内容积增加，同时使缸内压力下降使得环境压力-缸内压力进气阻力，从而吸入新鲜工质。,进气提前角：进气门一般在上止点前0-40曲轴转角开始打开。 进气迟闭角：进气门一般在下止点后40-70曲轴转角才关闭。,思考,为什么进气门是在活塞到达上止点之前开启？,增大进气通道截面，减少气阻。,思考,为什么进气门是在活塞到达下止点之后关闭？,利用压差和惯性继续进气,气门重叠 排气
4、门迟闭 气门叠开 进气门早开,气门重叠的作用： 通过同时开启的进排气门用新鲜工质将残余废气清扫干净，这个过程为扫气过程。 扫气过程的作用: 清除残余废气，减少残余废气系数；减低高温零件的温度。 气门重叠角以新鲜工质不进入排气管为原则,配气相位图,非增压发动机中，重叠角一般为20-60曲轴转角。 增压发动机重叠角一般为80-160曲轴转角,思考,为什么增压发动机气门重叠角大于非增压发动机?,不会,思考,气门重叠会不会产生废气倒流进气管 或新鲜工质随废气排出的现象？,a. 叠开时气门开度小，重叠时间极短； b. 进、排气流各自有自己的流动方向和流动惯性； c. 进气流有助于更好地排气。,合理的配气
5、相位是根据发动机的结构形式、转速等因素通过反复试验而确定的。结构不同，配气相位也不同。 1、在发动机低速工作时减小气门提前开启角和迟后关闭角。 2、在发动机高速工作时增大气门提前开启角和迟后关闭角。,小 结,自由排气排气门早开 强制排气排气门迟闭,进 气 燃烧室扫气,进气门早开 进气门迟闭,气门叠开,通过本节的学习可以得知发动机的换气过程影响发动机的动力性、经济性和排放性等。,二.四冲程发动机换气损失,W-自由排气损失 Y-强制排气损失 X-进气损失 Y+X-d-泵气损失,换气损失（W+Y+X） 理论循环换气功与实际循环换气功之差。 泵气损失（X+Y-d）,e（排气门太早开启） 如果排气提前角
6、，则w，y,所以：最有利的排气提前角，必须是使（w+y） 最小。,e（排气门太晚开启） 排气提前角，则w，y,如何使排气损失最小?,小结,在所有的损失中排气损失占绝大部分的，因此适当匹配排气提前角，使得W+Y的面积最小，可以降低换气损失，从而提高发动机的性能。,三、四冲程发动机的充气效率,充气效率 实际进入气缸的新鲜工质量（m1）与进气状态下充满气缸工作容积的新鲜工质量（ms）的比值。,充气效率计算公式：,m1、v1：进气状态下，实际进入气缸的新鲜工质质量、体积 ms、vs：进气状态下，充满工作容积的新鲜工质质量、气缸工作容积,影响充气效率因素的公式推导 假设进气完成后缸内残余废气质量mr，进
7、入新鲜工质的质量为m1，则进气终了缸内总工质质量ma=mr+m1。,残余废气质量mr与新鲜工质m1之比，即残余废气系数r=mr/m1 则有m1=ma/（1+r）,影响充气效率因素的公式推导 进气终了时气缸内总容积va（有效进气容积）与气缸总容积va的比值为（有效进气体积系数）,影响充气效率因素的公式推导,影响充气效率因素的公式推导 因为 有 Va/Vc= Vs/Vc=(Va-Vc) /Vc=-1,影响充气效率因素的公式推导 将上式分子分母同除以Vc,且对于理想气体有Ra为常数,可以推出,影响充气效率的因素 进气终了的压力Pa和温度Ta 残余废气系数r 气门正时引起的有效进气体积系数 压缩比 环
8、境的压力Ps和温度Ts,进气终了的压力Pa,流动阻力公式,转速对充气效率的影响,负荷对充气效率的影响（汽油机）,负荷对充气效率的影响（柴油机）,进气终了温度对充气效率的影响,高温零件要给进气加热 残余废气给进气加热 改善冷启动性进气加热,影响进气终了温度：负荷越大 温度越大 转速增加 温度降低,残余废气系数对充气效率的影响,配气定时(主要是进气迟关角的影响) 在低速时,由于进气惯性小,而进气迟关角一定,产生进气倒流现象,导致v。,压缩比对充气效率的影响,进气的大气状态 环境温度增加，进气密度降低，环境温度与气缸壁的温差降低，Ts/Ta升高，Ta降低 v升高，充气效率有所增加。,思考,冬天和夏天相比,哪个充气效率高,哪个动力性好？,总结,影响充气效率的因素,谢谢！,
