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1、汽车发动机原理,同学们好,汽车发动机原理,第二章,发动机的换气过程,第二章 发动机的换气过程 四冲程发动机的换气过程,2.1.1 发动机换气过程概述,作用：排出废气，吸入新鲜充量,要求：、尽可能排尽废气，尽可能多地充入新气，即充气效率高；、换气损失小；、适应发动机工况变化；,2.1 四冲程发动机的换气过程,第二章 发动机的换气过程 四冲程发动机的换气过程,2.1.1 发动机换气过程概述,2.1 四冲程发动机的换气过程,分析：、废气排出得越干净，吸入的新气越多，可以多供油，发动机功率大；、废气排出得越干净，吸入的新气越多，燃烧充分，油耗低，热效率高，经济性好；、废气排出得越干净，吸入的新气越多，
2、燃烧充分，排出的有害气体少；、换气损失小，机械损失小，发动机功率大，经济性好；、不同的工况需要的进气量不同，要和发动机工况配合。,第二章 发动机的换气过程 四冲程发动机的换气过程,2.1.1 发动机换气过程概述,2.1 四冲程发动机的换气过程,特点：、时间短，速度快；、和混合气形成过程相关联；、受到空间和结构的限制。,影响：、发动机的动力性和经济性；、发动机的适应性；、发动机的排放性能和噪声。,第二章 发动机的换气过程 四冲程发动机的换气过程,2.1.1 发动机换气过程概述,2.1 四冲程发动机的换气过程,研究的内容 换气过程的进行情况 分析影响充气量的因素 分析影响换气损失的因素,第二章 发
3、动机的换气过程 四冲程发动机的换气过程,2.1 四冲程发动机的换气过程,2.1.2 换气过程的阶段划分,第二章 发动机的换气过程 四冲程发动机的换气过程,2.1 四冲程发动机的换气过程,2.1.2 换气过程的阶段划分,四行程发动机的换气过程包括从排气门开启到进气门关闭的整个时期，约占410 480曲轴转角。,1、四冲程发动机换气过程的阶段划分：,气门叠开,排气过程又分为自由排气阶段强制排气阶段 进气过程不再划分,第二章 发动机的换气过程 四冲程发动机的换气过程,2.1 四冲程发动机的换气过程,2.1.2 换气过程的阶段划分,、自由排气阶段,排气门开启到气缸压力接近了排气管压力的这一时期，称为自
4、由排气阶段，废气依靠自身的压力自行排出。 排气提前角：从排气门开启到活塞至下止点所对应的曲轴转角。一般为30 80曲轴转角（b b)。,第二章 发动机的换气过程 四冲程发动机的换气过程,2.1 四冲程发动机的换气过程,2.1.2 换气过程的阶段划分,（1） 超临界状态排气门开启时，缸内废气压力高（0.2 0.5 Mpa），缸内压力与排气管压力之比1.9，排气流动处于超临界状态。,第二章 发动机的换气过程 四冲程发动机的换气过程,2.1 四冲程发动机的换气过程,2.1.2 换气过程的阶段划分,（2） 亚临界状态缸内压力与排气管内压力之比下降到1.9以下时，排气流动转入亚临界状态，废气流速降低。,
5、第二章 发动机的换气过程 四冲程发动机的换气过程,2.1 四冲程发动机的换气过程,2.1.2 换气过程的阶段划分,名词解释：超临界状态、亚临界状态,根据流动速度，气体流动分为三种情况：1超音速流动（超临界状态）2音速流动 （临界状态）3. 亚音速流动（亚临界状态）,音速（m/s）为,第二章 发动机的换气过程 四冲程发动机的换气过程,2.1 四冲程发动机的换气过程,2.1.2 换气过程的阶段划分,名词解释：超临界状态、亚临界状态,上游压力与下游压力的比值影响流动状态：,第二章 发动机的换气过程 四冲程发动机的换气过程,2.1 四冲程发动机的换气过程,2.1.2 换气过程的阶段划分,名词解释：超临
6、界状态、亚临界状态,上游压力与下游压力的比值影响流动状态：,超音速（超临界状态）,音速 （临界状态）,亚音速（亚临界状态）,第二章 发动机的换气过程 四冲程发动机的换气过程,2.1 四冲程发动机的换气过程,2.1.2 换气过程的阶段划分,名词解释：超临界状态、亚临界状态,流动状态受流动管道的约束：,不可能达到超音速,不可能达到超音速,可能达到超音速,第二章 发动机的换气过程 四冲程发动机的换气过程,2.1 四冲程发动机的换气过程,2.1.2 换气过程的阶段划分,自由排气阶段排出的废气量取决于气缸与排气管的压力差。压力差越大排出废气越多。当气缸与排气管压力相等，自由排气阶段结束（下止点后10 3
7、0曲轴转角）。自由排气阶段很短，但排气流速高，排出废气量达60%以上。,第二章 发动机的换气过程 四冲程发动机的换气过程,2.1 四冲程发动机的换气过程,2.1.2 换气过程的阶段划分,、自由排气阶段,排气门处废气流速为音速。超临界排气时，废气流量与排气管内压力pr无关，与发动机转速无关。废气流量只与缸内的气体压力 p 和温度 T 以及气门开启截面积有关。此时排气流速高，并产生强烈噪声。,第二章 发动机的换气过程 四冲程发动机的换气过程,2.1 四冲程发动机的换气过程,2.1.2 换气过程的阶段划分,、自由排气阶段,亚临界排气时，废气流量与排气管内压力pr、缸内压力 p、气门开启截面积以及发动
8、机转速有关。此时废气流速降低，产生的噪音较小。,第二章 发动机的换气过程 四冲程发动机的换气过程,2.1 四冲程发动机的换气过程,2.1.2 换气过程的阶段划分,、自由排气阶段,高速发动机排气提前角要大一些。发动机转速高时，在同样的排气时间（以秒计）所相当的曲轴转角增大，但不宜过大，否则会使排气损失加大。,第二章 发动机的换气过程 四冲程发动机的换气过程,2.1 四冲程发动机的换气过程,2.1.2 换气过程的阶段划分,3、 强制排气阶段,亚临界状态。活塞上行强制推出废气。缸内平均压力高于排气管平均压力：克服排气门、排气道处的阻力，一般高出10 kPa左右。气体的流速越高，此压差越大，消耗的功越
9、多。,第二章 发动机的换气过程 四冲程发动机的换气过程,2.1 四冲程发动机的换气过程,2.1.2 换气过程的阶段划分,3、 强制排气阶段,惯性排气。排气迟闭角：从活塞上行到上止点至排气门关闭所对应的曲轴转角。一般为10 35曲轴转角。,第二章 发动机的换气过程 四冲程发动机的换气过程,2.1 四冲程发动机的换气过程,2.1.2 换气过程的阶段划分,4、 进气阶段,依靠活塞下行产生负压强制进气。准备进气（进气门开启）。进气提前角：从进气门开启至活塞上行到上止点所对应的曲轴转角，一般为0 30曲轴转角 。,第二章 发动机的换气过程 四冲程发动机的换气过程,2.1 四冲程发动机的换气过程,2.1.
10、2 换气过程的阶段划分,4、 进气阶段,残余废气膨胀（r r）。正常进气 。活塞下行，新鲜气体充入气缸。惯性进气。进气迟闭角：从活塞下行到下止点至进气门关闭所对应的曲轴转角，一般为4070曲轴转角。,第二章 发动机的换气过程 四冲程发动机的换气过程,2.1 四冲程发动机的换气过程,2.1.2 换气过程的阶段划分,5、 气门重叠,气门重叠（气门叠开）指换气过程中进、排气门同时开启的现象。气门重叠角进、排气门同时开启时对应的曲轴转角。一般为20 80曲轴转角，对增压发动机，因其进气压力高，可达80 160。,第二章 发动机的换气过程 四冲程发动机的换气过程,2.1 四冲程发动机的换气过程,2.1.
11、2 换气过程的阶段划分,5、 气门重叠,气门重叠的作用在气门重叠时期，进气管、气缸、排气管互相连通，可以利用气流的压差、惯性或进、排气管压力波的帮助，达到（1）清除残余废气，增加进气量；（2）降低高温零件的温度。但应注意，不能产生废气倒流（气缸或排气管的废气流入进气管）现象。,第二章 发动机的换气过程 四冲程发动机的换气过程,2.1 四冲程发动机的换气过程,2.1.2 换气过程的阶段划分,回顾：,四冲程发动机换气过程的阶段划分为：,气门叠开,排气过程又分为自由排气阶段强制排气阶段,第二章 发动机的换气过程 四冲程发动机的换气过程,2.1 四冲程发动机的换气过程,2.1.3 配气相位,定义：进、
12、排气门的角度及其相对与上、下止点的关系，称为配气相位。,第二章 发动机的换气过程 四冲程发动机的换气过程,2.1 四冲程发动机的换气过程,2.1.3 配气相位,排气门早开（1）快排气（2）排气功减小 排气门晚闭惯性排气 进气门早开 （1）增加截面（2）可以扫气 进气门晚闭惯性进气,第二章 发动机的换气过程 换气损失,2.2 换气损失,定义：理论循环换气功与实际循环换气功之差。,换气损失即图中面积(W+X+Y)，由排气损失和进气损失两部分组成。实际循环示功图中把（W+d） 归到指示功中考虑面积(x+y-d)代表的负功称为泵气损失。这部分损失放在机械损失中。,第二章 发动机的换气过程 换气损失,2
13、.2 换气损失,2.2.1 排气损失,从排气门提前打开，到进气行程开始，循环功的损失是排气损失。包括： (1) 自由排气损失W ,由于排气门提前打开而引起的膨胀功的减少。(2) 强制排气损失Y ,活塞上行强制推出废气所消耗的功。,第二章 发动机的换气过程 换气损失,2.2 换气损失,2.2.1 排气损失,随着排气提前角增大，自由排气损失面积增加，强制排气损失面积减小。,如图中b曲线，如排气提前角减少则强制排气损失面积增加，如图中c曲线。所以最佳的排气提前角应使面积（W+Y）之和最小。,第二章 发动机的换气过程 换气损失,2.2 换气损失,2.2.1 排气损失,减少排气损失的主要措施是：减小排气系统阻力和排气门处的流动损失。,第二章 发动机的换气过程 换气损失,2.2 换气损失,2.2.2 进气损失,从进气门提前打开，到压缩行程中气缸内压力到达大气压力之前，循环功的损失是进气损失。进气系统的阻力引起进气损失。减少进气损失的主要措施是减小进气系统阻力和进气门处的流动损失。,再见,
