第二章 發(fā)動機的換氣過程(自)

1、第二章 發(fā)動機的換氣過程 四沖程發(fā)動機的換氣過程四沖程發(fā)動機的換氣過程 四沖程發(fā)動機的充氣效率四沖程發(fā)動機的充氣效率 影響充氣效率的各種因素影響充氣效率的各種因素 提高充氣效率的措施提高充氣效率的措施 進氣管內的動態(tài)效應進氣管內的動態(tài)效應 一 配氣定時 排氣提前角4080排氣遲閉角1035進氣提前角 040進氣遲閉角4080 氣門疊開角 = 進氣提前角+排氣遲閉角 二 換氣過程 自由排氣自由排氣強制排氣強制排氣氣門疊開氣門疊開進氣進氣自由排氣階段 A ：靠缸內壓力將氣體擠出氣缸 強制排氣階段 B ：靠活塞上行將廢氣擠出氣缸 超臨界排氣 C ：亞臨界排氣 D ： 自由排氣階段中排出的廢氣量與內燃

2、機的轉速無關，但在高速時，同樣的排氣時間對應的曲軸轉角將大為增加。為使氣缸壓力及時下降，必須加大排氣提前角，否則將使自由排氣階段(以曲軸轉角計)延長、排氣消耗功增加。所以，。自由排氣階段雖然占整個排氣時間的比例不大，但由于排氣流速很高，排出的廢氣量可達60%以上，一般持續(xù)到下止點后1030(CA)結束。進氣過程和氣門疊開角 氣閥疊開角 ：非增壓：2060 CA 增壓：110140 CA 掃氣的作用：（1）清除廢氣。（2）降低排氣溫度。 （3）降低熱負荷最嚴重處（如氣閥、活塞等）的溫度。 三 換氣損失 理論循環(huán)換氣功與實際循環(huán)換氣功之差 換氣損失功 = X+（Y+W ）排氣損失功Y Y+W 進氣

3、損失功X X 泵氣損失功（X+Y-dX+Y-d） 對于增壓內燃機增壓內燃機而言，理論的換氣過程是經(jīng)過壓縮的新鮮充量以增壓壓力pb等壓地流人氣缸，而排氣則以pT等壓地排出，進氣與排氣壓力值均高于大氣壓力，且pbpT。這樣，換氣過程所獲得的功(其值為正)為圖中的矩形面積所示；而實際的換氣過程中，換氣過程所獲得的功卻是圖中的封閉曲線面積封閉曲線面積，小于理論循環(huán)值，兩者之差就是換氣損失，其大小可由圖中的陰影面積來表示。由于換氣過程主要是由進氣過程和排氣過程所組成，因而其損失也是由進氣損失和排氣損失兩部分組成。排氣損失自由排氣損失（排氣門提前打開損失）強制排氣損失隨著排氣提前角排氣提前角的增大，自由排

4、氣損失增加，而強制排氣損失減小，最有利的排氣提前角，應當是使兩者損失之和為最小。進氣損失進氣損失合理調整配氣定時，加大進氣門的流通截面、正確設計進氣管及進氣道的流動路徑以及降低活塞平均速度等，都會使進氣損失減少2-2 四沖程發(fā)動機充氣效率 一 充氣效率實際測量:作容積的新鮮充量進氣狀態(tài)下充滿氣缸工量實際進入氣缸的新鮮充vhvVV1理論流量實際流量柴油機：0.750.90，汽油機：0.700.85。 二 充氣效率的分析式rTppTaav11100下標0:大氣狀態(tài)下標a:進氣終了時缸內狀態(tài)下標r:排氣終了時殘余廢氣狀態(tài) pTaav,pTrrv,2-3 影響充氣效率的因素進氣終了壓力進氣終了壓力進氣

5、終了溫度進氣終了溫度排氣終了壓力排氣終了壓力排氣終了溫度排氣終了溫度壓縮比壓縮比配氣定時配氣定時進氣狀態(tài)進氣狀態(tài)一 進氣終了壓力進氣終了壓力 進氣阻力進氣阻力 轉速轉速 ：n n 負荷：負荷： 汽油機：負荷汽油機：負荷節(jié)氣門開度節(jié)氣門開度 （量調節(jié)）（量調節(jié)） ； 柴油機：負荷柴油機：負荷循環(huán)供油量循環(huán)供油量 （質調節(jié)）（質調節(jié)） 基本不變基本不變 appavvv二二 進氣終了溫度進氣終了溫度 轉速轉速 ， 負荷負荷 ，柴油機：進、排氣管分置兩側，避免排氣柴油機：進、排氣管分置兩側，避免排氣管對進氣管加熱管對進氣管加熱 化油器式汽油機：進、排氣管同置一側，化油器式汽油機：進、排氣管同置一側，改

6、善混合氣形成改善混合氣形成 Taav aTaT三 排氣終了壓力p pr r殘余廢氣量殘余廢氣量v v n np pr rv v （影響較?。ㄓ绊戄^小） 四四 排氣終了溫度排氣終了溫度 Tr v 五五 壓縮比壓縮比 v 六六 配氣定時配氣定時七七 進氣狀態(tài)進氣狀態(tài) 進氣溫度進氣溫度 ，加熱量，加熱量 ， v 進氣壓力進氣壓力 ，pa/po不變不變 ， v基本不變基本不變 思考題汽車由平原行駛高原地區(qū)，發(fā)動機的功率汽車由平原行駛高原地區(qū)，發(fā)動機的功率下降是不是由于下降是不是由于充氣效率充氣效率下降所致？為什下降所致？為什么么？ 2-4 提高充氣效率的措施減小流動阻力減小流動阻力合理選擇配氣定時減

7、小對新鮮空氣的熱傳導減小排氣阻力一一 減小流動阻力減小流動阻力 1、進氣門：、進氣門：進氣門直徑進氣門直徑 、四氣門、氣門升程四氣門、氣門升程 閥頂過渡圓角閥頂過渡圓角 Rf1v ； R流動阻力流動阻力v ，R應應 適中適中 進氣平均馬赫數(shù)M綜合了進氣門大小、形狀、升程規(guī)律以及活塞速度等因素，并且其大小與發(fā)動機的轉速成正比。研究發(fā)現(xiàn)，(1)增大進氣門直徑.采用兩進、兩排的氣門結構后，進氣采用兩進、兩排的氣門結構后，進氣門面積之和可以達到氣缸面積的門面積之和可以達到氣缸面積的30%，幾乎比幾乎比2氣門提高氣門提高30%50%。雙頂置凸輪軸；雙頂置凸輪軸；DOHC， Double Overhead

8、 Camshaft)4氣門發(fā)動氣門發(fā)動機機雙頂置凸輪軸四氣門雙頂置凸輪軸四氣門R單頂置凸輪軸四氣門結構單頂置凸輪軸四氣門結構Camshaft 圖圖4646是一個是一個2L2L排量的排量的4 4氣氣門發(fā)動機與同門發(fā)動機與同排量排量2 2氣門發(fā)氣門發(fā)動機的性能比動機的性能比較，顯然，采較，顯然，采用頂置凸輪軸用頂置凸輪軸4 4氣門技術氣門技術, ,可可以便發(fā)動機的以便發(fā)動機的功率提高約功率提高約15%30%15%30%，轉，轉矩增大約矩增大約5%10%5%10%。經(jīng)濟。經(jīng)濟性能也得到改性能也得到改善。善。兩進、兩排的兩進、兩排的4 4氣門結構在氣缸蓋缸中間氣門結構在氣缸蓋缸中間部位往往難以布置即便

9、是最小尺寸的火部位往往難以布置即便是最小尺寸的火花塞，花塞，3 3氣門結構，這樣既能發(fā)揮多氣門的優(yōu)越氣門結構，這樣既能發(fā)揮多氣門的優(yōu)越性，結構又相對簡單。性，結構又相對簡單。5 5氣門氣門(三個進氣門，兩個排氣門)五氣門布置五氣門布置R單頂置凸輪軸三氣門單頂置凸輪軸三氣門2 2 進氣管：進氣管： 表面光潔度和流通面積表面光潔度和流通面積 轉彎和節(jié)流阻力轉彎和節(jié)流阻力 截面形狀：管壁面積截面形狀：管壁面積沉積沉積蒸發(fā)蒸發(fā)混合混合氣分配不均勻氣分配不均勻 截面形狀截面形狀 圓形圓形 矩形矩形 D D形形 流動阻力流動阻力 小小 大大 中中 底部蒸發(fā)底部蒸發(fā) 小小 中中 大大 3 3 進氣道進氣道

10、： 轉彎半徑轉彎半徑R ，表面光潔度，表面光潔度 ， v 4 4 空氣濾清器空氣濾清器 通道面積通道面積 ，除塵效果，除塵效果 ，阻力阻力 ， v 5 5 化油器化油器 喉口截面積喉口截面積 ，流動阻力流動阻力 ， v ，但，但霧化效果霧化效果 二 合理選擇配氣定時 1 1 進氣遲閉角進氣遲閉角轉速轉速n n一定時，總有一個進氣遲閉角使得充一定時，總有一個進氣遲閉角使得充氣效率為最大氣效率為最大 ； n n ，最佳，最佳進氣遲閉角進氣遲閉角 。2 2 氣門疊開角氣門疊開角 ，進氣終了溫度，進氣終了溫度 ， v v 增壓發(fā)動機氣門疊開角應大一些增壓發(fā)動機氣門疊開角應大一些 。三 減小對新鮮空氣的

11、熱傳導對于對于來說，由于需要進氣加熱來說，由于需要進氣加熱來保證部分液態(tài)燃料在進氣管中的蒸發(fā)。所以來保證部分液態(tài)燃料在進氣管中的蒸發(fā)。所以進氣管與排氣管布置在同一側。進氣管與排氣管布置在同一側。對于對于，均采用，均采用進、排氣管兩側布置的方案，以提高充量系數(shù)。進、排氣管兩側布置的方案，以提高充量系數(shù)。對于對于，有時也采用進氣冷卻技術，有時也采用進氣冷卻技術，以降低進氣溫度。以降低進氣溫度。則將進氣中冷技術作為進一步提高則將進氣中冷技術作為進一步提高增壓壓力、降低熱負荷的重要途徑之一增壓壓力、降低熱負荷的重要途徑之一。四 減小排氣阻力降低排氣系統(tǒng)阻力，有利于提高充量系降低排氣系統(tǒng)阻力，有利于提高

12、充量系數(shù)，而且可以減少泵氣損失，提高指示數(shù)，而且可以減少泵氣損失，提高指示效率。效率。排氣系統(tǒng)的設計目標排氣系統(tǒng)的設計目標是：是：。排氣流通截面最小處是排氣門座處，此排氣流通截面最小處是排氣門座處，此處的流速最高、壓降最大，故在設計時處的流速最高、壓降最大，故在設計時應保證氣門及其座面的良好結構應保證氣門及其座面的良好結構。與進氣管一樣，排氣管也存在與進氣管一樣，排氣管也存在在排氣管中往往還有消聲器和排氣后處在排氣管中往往還有消聲器和排氣后處理器（催化轉化器），設計時應該保證理器（催化轉化器），設計時應該保證足夠的消聲與降污效果的前提下，盡可足夠的消聲與降污效果的前提下，盡可能降低流動阻力。能

13、降低流動阻力。2-5 進氣管內的動態(tài)效應 一 現(xiàn)象 氣體在進排氣管中有壓力波動現(xiàn)象，有效組織、氣體在進排氣管中有壓力波動現(xiàn)象，有效組織、利用壓力波動，可以提高充氣效率利用壓力波動，可以提高充氣效率。 二 波的動態(tài)機理 閉口端：反射同型波閉口端：反射同型波進入：壓縮波進入：壓縮波反射：壓縮波反射：壓縮波 同型波同型波開口端：反射異型波開口端：反射異型波進入：壓縮波進入：壓縮波反射：膨脹波反射：膨脹波 異型波異型波 三 進氣動態(tài)效應 慣性效應慣性效應波動效應波動效應 1 1 慣性效應慣性效應 階段：進氣門開階段：進氣門開進氣門閉進氣門閉 2 2 波動效應波動效應波的動態(tài)機理:閉口端：反射同型波閉口

14、端：反射同型波進入：壓縮波進入：壓縮波反射：壓縮波反射：壓縮波 同型波同型波開口端：反射異型波開口端：反射異型波進入：壓縮波進入：壓縮波反射：膨脹波反射：膨脹波 異型波異型波2 2 波動效應波動效應 本次循環(huán)波動本次循環(huán)波動: :進氣門開進氣門開進氣門閉進氣門閉 上一循環(huán)波動：進氣門閉上一循環(huán)波動：進氣門閉下一循環(huán)進下一循環(huán)進氣門開氣門開 壓縮波壓縮波 膨脹波膨脹波 膨脹波膨脹波 壓縮波（進氣門開）壓縮波（進氣門開） 壓力波固有頻率壓力波固有頻率：發(fā)動機吸氣頻率發(fā)動機吸氣頻率：當當q= 時，進氣門開，則時，進氣門開，則pa v faL14fnn2602120qffanL123011221231

15、2,四 結論1 1 本循環(huán)波動，振幅大，衰減??；本循環(huán)波動，振幅大，衰減小； 上一循環(huán)波動，振幅小，衰減大。上一循環(huán)波動，振幅小，衰減大。2 2 高速發(fā)動機，進氣管短；低速發(fā)動機，進氣管高速發(fā)動機，進氣管短；低速發(fā)動機，進氣管 長。長。3 3 進氣管直徑進氣管直徑流動阻力流動阻力壓力波強度壓力波強度 ； 進氣管直徑進氣管直徑壓力波振幅壓力波振幅壓力波強度壓力波強度 。4 4 多缸機上，進氣管應分支，且等長。多缸機上，進氣管應分支，且等長。5 5 避免急轉彎，則壓力波振幅不會衰減太大。避免急轉彎，則壓力波振幅不會衰減太大。6 6 排氣管需要膨脹波，則排氣管需要膨脹波，則p pr r掃氣作用掃氣作用 v v 。 進氣動態(tài)效應的應用慣性效應：慣性效應： 轉速升高，氣流慣性增大，轉速升高，氣流慣性增大，進氣遲閉角應增大。增大。 -可變氣門正時技術（可變氣門正時技術（VVT-i,VTEC)VVT-i,VTEC)波動效應：波動效應： 轉速升高，轉速升高，發(fā)動機吸氣頻率增大發(fā)動機吸氣頻率增大，應縮短進氣，應縮短進氣管。管。 -可變進氣管長度技術可變進氣管長度技術 習題1 1什么是充氣效率？怎樣確定一臺發(fā)動機的充氣效率？什