第4章_換氣過程與循環(huán)充量

點燃式和壓燃式內(nèi)燃機工作過程、燃燒理論、性能分析及參數(shù)調(diào)控,Email:sjshuaiPhone14,汽車發(fā)動機原理,帥石金,清華大學(xué)汽車工程系,1.四沖程發(fā)動機換氣過程2.配氣相位對發(fā)動機性能的影響3.充量系數(shù)的定義及影響因素4.進排氣動態(tài)效應(yīng),講課內(nèi)容,第一部分：動力輸出與能量利用第1章性能指標(biāo)與影響因素第2章燃料、工質(zhì)與熱化學(xué)第3章工作循環(huán)與能量利用第4章?lián)Q氣過程與進氣充量第5章運行特性與整車匹配第二部分：燃燒與排放第6章燃燒的基礎(chǔ)知識第7章柴油機混合氣形成與燃燒第8章汽油機混合氣形成與燃燒第9章有害排放物的生成與控制第10章新燃燒方式與替代燃料動力,換氣過程：充入新氣和排出廢氣的全過程周期性、非穩(wěn)態(tài)流動過程(準(zhǔn)周期流quasi-flow)非常復(fù)雜新鮮充量(charge)是決定發(fā)動機輸出功率“量”的因素,換氣(Gasexchange)過程,換氣過程的目的：最大限度地吸入新鮮充量c是核心問題保證各缸進氣均勻減小換氣損失在缸內(nèi)形成合理的流場，以控制混合氣形成和燃燒(第二篇),主要內(nèi)容,1.四沖程發(fā)動機換氣過程2.配氣相位對發(fā)動機性能的影響3.充量系數(shù)的定義及影響因素4.進排氣動態(tài)效應(yīng),1)換氣過程與換氣系統(tǒng)換氣過程:從膨脹沖程末期排氣門開啟時算起，直到進氣門關(guān)閉時為止，大約為：410CA480CA,主要內(nèi)容,1.四沖程發(fā)動機換氣過程2.配氣相位對發(fā)動機性能的影響3.充量系數(shù)的定義及影響因素4.進排氣動態(tài)效應(yīng),1)換氣過程與換氣系統(tǒng)換氣系統(tǒng)：(進氣燃燒室排氣)系統(tǒng)；開式熱力系統(tǒng)（增壓機和有排氣后處理裝置時更復(fù)雜）,主要內(nèi)容,1.四沖程發(fā)動機換氣過程2.配氣相位對發(fā)動機性能的影響3.充量系數(shù)的定義及影響因素4.進排氣動態(tài)效應(yīng),2)換氣過程分期排氣過程(=240260)自由排氣階段(超、亞臨界):1/3強制排氣階段:2/3進氣過程(=230265)核心問題是充量系數(shù)c的問題氣門重疊過程(=080),亞臨界流量：,超臨界流量(雍塞流,chokingflow):,注意：對超臨界流，下游條件(壓力、溫度)不影響流量,主要內(nèi)容,1.四沖程發(fā)動機換氣過程2.配氣相位對發(fā)動機性能的影響3.充量系數(shù)的定義及影響因素4.進排氣動態(tài)效應(yīng),1)排氣早開角eo影響自由排氣損失和泵氣損失,但對c影響不大存在最佳eo:(p自排p排泵)min轉(zhuǎn)速增加,eo適當(dāng)增大(提前),主要內(nèi)容,1.四沖程發(fā)動機換氣過程2.配氣相位對發(fā)動機性能的影響3.充量系數(shù)的定義及影響因素4.進排氣動態(tài)效應(yīng),2)排氣晚關(guān)角ec過小，慣性利用不夠過大，廢氣倒流存在最佳ec3)進氣早開角ao過小，進氣不夠過大，廢氣倒流進氣管（回火）存在最佳ao4)進氣晚關(guān)角ac過小，慣性利用不夠過大，新氣推回進氣管對進氣充量c影響大存在最佳ac,主要內(nèi)容,1.四沖程發(fā)動機換氣過程2.配氣相位對發(fā)動機性能的影響3.充量系數(shù)的定義及影響因素4.進排氣動態(tài)效應(yīng),5)氣門重疊(overlap)自吸式汽油機D1曲線晚關(guān)角。進氣晚關(guān)角加大，低速充量系數(shù)c降低，而高速充氣性能改善。C曲線是不同進氣晚關(guān)角D曲線的包絡(luò)線?？勺兣錃庹龝r(VVT)技術(shù)既可以用來提高熱效率，也可以用來優(yōu)化動力性。,主要內(nèi)容,1.四沖程發(fā)動機換氣過程2.配氣相位對發(fā)動機性能的影響3.充量系數(shù)的定義及影響因素4.進排氣動態(tài)效應(yīng),進氣壓力波,V10非增壓柴油機,主要內(nèi)容,1.四沖程發(fā)動機換氣過程2.配氣相位對發(fā)動機性能的影響3.充量系數(shù)的定義及影響因素4.進排氣動態(tài)效應(yīng),V10非增壓柴油機,排氣壓力波,主要內(nèi)容,1.四沖程發(fā)動機換氣過程2.配氣相位對發(fā)動機性能的影響3.充量系數(shù)的定義及影響因素4.進排氣動態(tài)效應(yīng),1)管道中壓力波傳播的基本知識音速與壓力波速壓力波傳播：當(dāng)管道界面處產(chǎn)生一個壓力或速度的變化（擾動）時，由于流體的可壓縮性，該擾動將波及相鄰區(qū)段，然后依次向前傳播靜止介質(zhì)中，壓力波的傳播速度就是該介質(zhì)狀態(tài)下的音速,主要內(nèi)容,1.四沖程發(fā)動機換氣過程2.配氣相位對發(fā)動機性能的影響3.充量系數(shù)的定義及影響因素4.進排氣動態(tài)效應(yīng),1)管道中壓力波傳播的基本知識音速與壓力波速壓力波傳播：當(dāng)管道界面處產(chǎn)生一個壓力或速度的變化（擾動）時，由于流體的可壓縮性，該擾動將波及相鄰區(qū)段，然后依次向前傳播靜止介質(zhì)中，壓力波的傳播速度就是該介質(zhì)狀態(tài)下的音速若介質(zhì)具有速度v，則壓力波傳播速度：c=va,dpdv,c=va,a,v,主要內(nèi)容,1.四沖程發(fā)動機換氣過程2.配氣相位對發(fā)動機性能的影響3.充量系數(shù)的定義及影響因素4.進排氣動態(tài)效應(yīng),1)管道中壓力波傳播的基本知識(2)壓力單波及其分類壓力單波：管中某一點向左右兩方向以波速c傳播的擾動沿管道正方向傳播的叫右行波；向另一方向傳播的叫左行波壓力單波傳到之處，其效果是使該處壓力/速度上升者叫密波(壓縮波)；反之，使該處壓力/速度下降者叫疏波(膨脹波)右行壓縮波：dpR(+),dvR(+)右行膨脹波：dpR(-),dvR(-)左行壓縮波：dpL(+),dvL(-)左行膨脹波：dpL(-),dvL(+),dpdv,dpR=advR,dpL=-advL,c=va,v,主要內(nèi)容,1.四沖程發(fā)動機換氣過程2.配氣相位對發(fā)動機性能的影響3.充量系數(shù)的定義及影響因素4.進排氣動態(tài)效應(yīng),1)管道中壓力波傳播的基本知識(3)邊界條件與反射波封閉端：v=0dv=dvR+dvL=0dvL=-dvRdpL=dpR全正反射反射波性質(zhì)及幅值均與來波完全相同開口端：p=pz(管外背壓)dp=dpR+dpL=0dpL=-dpRdvL=dvR全負反射反射波性質(zhì)與來波相反，幅值相同由封閉到全開口是孔口不斷加大的過程：全正反射部分正反射無反射部分負反射全負反射,主要內(nèi)容,1.四沖程發(fā)動機換氣過程2.配氣相位對發(fā)動機性能的影響3.充量系數(shù)的定義及影響因素4.進排氣動態(tài)效應(yīng),2)什么是進、排氣動態(tài)效應(yīng)？定義：壓力波動對進、排氣過程（充量系數(shù)、排氣流率以及各缸進、排氣不均勻性）的影響稱為動態(tài)效應(yīng),壓力波進氣后期到達,c會有較大增加;而前期和中期到達,沒有什么影響,主要內(nèi)容,1.四沖程發(fā)動機換氣過程2.配氣相位對發(fā)動機性能的影響3.充量系數(shù)的定義及影響因素4.進排氣動態(tài)效應(yīng),3)單缸機進氣管動態(tài)效應(yīng)的利用本循環(huán)(慣性效應(yīng))設(shè)進氣門開啟時間為ts，壓力波傳播周期為t=2L/a（b）tts時,反射波對進氣無影響（c）tts時,反射波在進氣后期到達氣門口時，c提高,主要內(nèi)容,1.四沖程發(fā)動機換氣過程2.配氣相位對發(fā)動機性能的影響3.充量系數(shù)的定義及影響因素4.進排氣動態(tài)效應(yīng),3)單缸機進氣管動態(tài)效應(yīng)的利用本循環(huán)(慣性效應(yīng))管長L與轉(zhuǎn)速n要合理匹配：L太長，對c沒有影響；太小，多次返回的密波和疏波相互抵消,主要內(nèi)容,1.四沖程發(fā)動機換氣過程2.配氣相位對發(fā)動機性能的影響3.充量系數(shù)的定義及影響因素4.進排氣動態(tài)效應(yīng),3)單缸機進氣管動態(tài)效應(yīng)的利用上循環(huán)(波動效應(yīng))上循環(huán)殘余壓力波動的正壓波如能處于本循環(huán)進氣時期，則會對c有利記氣門口處壓力波動頻率為：f1=a/(4L)進氣門開啟頻率為：f2=n/120則：頻率比q=f1/f2=30a/(nL)由左圖可知：q=1,2,3正整數(shù)時,殘余負波到達,對c不利q=1.5,2.5,殘余正波到達,對c有利,主要內(nèi)容,1.四沖程發(fā)動機換氣過程2.配氣相位對發(fā)動機性能的影響3.充量系數(shù)的定義及影響因素4.進排氣動態(tài)效應(yīng),3)單缸機進氣管動態(tài)效應(yīng)的利用慣性效應(yīng)波動效應(yīng)增壓問題：c隨轉(zhuǎn)速和進氣管長變化，僅在某一狹窄區(qū)域得到改善方案：可變進氣管長度技術(shù),增加管長可以提高低速充量系數(shù),可變進氣管長度技術(shù),主要內(nèi)容,1.四沖程發(fā)動機換氣過程2.配氣相位對發(fā)動機性能的影響3.充量系數(shù)的定義及影響因素4.進排氣動態(tài)效應(yīng),4)多缸機的動態(tài)效應(yīng)與各缸不均勻性多缸機的進、排氣管不是獨立的，而是相互連通的，因而存在“進氣干涉”（“搶氣”）和“排氣干涉”，造成各缸不均勻,主要內(nèi)容,1.四沖程發(fā)動機換氣過程2.配氣相位對發(fā)動機性能的影響3.充量系數(shù)的定義及影響因素4.進排氣動態(tài)效應(yīng),4)多缸機的動態(tài)效應(yīng)與各缸不均勻性多缸機的進、排氣管不是獨立的，而是相互連通的，因而存在“進氣干涉”（“搶氣”）和“排氣干涉”，造成各缸不均勻,主要內(nèi)容,1.四沖程發(fā)動機換氣過程2.配氣相位對發(fā)動機性能的影響3.充量系數(shù)的定義及影響因素4.進排氣動態(tài)效應(yīng),4)多缸機的動態(tài)效應(yīng)與各缸不均勻性多缸機的進、排氣管不是獨立的，而是相互連通的，