《汽車發(fā)動機(jī)原理》吳建華主編第章發(fā)動機(jī)的換氣過程

第二章發(fā)動機(jī)的換氣過程ProcessinEngineExchangingGas教師：許兆棠淮陰工學(xué)院主要內(nèi)容第一節(jié)四沖程發(fā)動機(jī)的換氣過程第二節(jié)四沖程發(fā)動機(jī)的充量系數(shù)第三節(jié)提高發(fā)動機(jī)充量系數(shù)的措施作業(yè)及復(fù)習(xí)題下止點上止點第一節(jié)四沖程發(fā)動機(jī)的換氣過程一、換氣過程：四沖程發(fā)動機(jī)的換氣過程包括從排氣門開啟到進(jìn)氣門關(guān)閉的整個時期。約占410o~480o曲軸轉(zhuǎn)角。p25換氣過程可分作自由排氣、強(qiáng)制排氣、進(jìn)氣和燃燒室掃氣四個階段。1、自由排氣階段從排氣門開啟到氣缸壓力接近于排氣管內(nèi)壓力的時期，稱為自由排氣階段。排氣提前角：從排氣門開啟到活塞行至下止點所對應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角稱為，一般為30o~80o曲軸轉(zhuǎn)角。2、強(qiáng)制排氣階段自由排氣階段結(jié)束后，氣缸內(nèi)的廢氣將被上行活塞強(qiáng)制推出，這一過程就是強(qiáng)制排氣階段。排氣提前角：從上止點到排氣門完全關(guān)閉終了所對應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角，一般為10o~35o曲軸轉(zhuǎn)角。3、進(jìn)氣過程從進(jìn)氣門開啟到關(guān)閉的全過程準(zhǔn)備進(jìn)氣：進(jìn)氣提前角一般為0o~40o(CA)。正常進(jìn)氣：新鮮氣體充入氣缸。慣性進(jìn)氣：進(jìn)氣遲閉角一般為40o~70o(CA)。4、氣門重疊和燃燒室掃氣過程在排氣行程上止點附近出現(xiàn)進(jìn)、排氣門同時開啟的特殊現(xiàn)象，稱為氣門重疊，相應(yīng)的角度是氣門重疊角，它是排氣遲閉角與進(jìn)氣提前角之和。氣門重疊角的選擇以新鮮充量不流入排氣管為原則。增壓柴油機(jī)的氣門重疊角一般為80o~160o(CA)；非增壓柴油機(jī)的氣門疊開角在20o~60o(CA)范圍內(nèi)。二、排氣損失定義:從排氣門提前開啟，直到進(jìn)氣行程開始、缸內(nèi)壓力到達(dá)大氣壓力之前,所損失的循環(huán)功。構(gòu)成:a.自由排氣損失W：由于排氣門提前打開而引起的膨脹功的減少。b.強(qiáng)制排氣損失Y：活塞上行強(qiáng)制推出廢氣所消耗的功。三、進(jìn)氣損失X進(jìn)氣損失主要是指進(jìn)氣過程中，因進(jìn)氣系統(tǒng)的阻力面引起的功的損失，與排氣損失相比進(jìn)氣損失較小。合理調(diào)整配氣定時，加大進(jìn)氣門的流通截面、正確設(shè)計進(jìn)氣管及進(jìn)氣道的流動路徑以及降低活塞平均速度等，都會使進(jìn)氣損失減少。排氣損失失與進(jìn)氣氣損失之之和稱為為換氣損失失(W十Y十X)。泵氣損失失（X+Y-u））：在實際循循環(huán)示功功圖中把把面積(x+y-u)相當(dāng)?shù)牡呢?fù)功稱稱為泵氣氣損失。。這部分分損失放放在機(jī)械損失失中加以考考慮。第二節(jié)四四沖程發(fā)發(fā)動機(jī)的的充量系系數(shù)換氣的目目的是盡盡量排凈凈廢氣，，最大限限度充入入新氣，，以完善善燃燒，，提高效效率。評價發(fā)動動機(jī)的換換氣質(zhì)量量，可用用充量系數(shù)數(shù)(充量效率率、容積積效率)、殘余廢氣氣系數(shù)來衡量。。一、充量系數(shù)數(shù)φc定義：內(nèi)燃機(jī)每每缸每循循環(huán)實際際進(jìn)入氣氣缸的新新鮮空氣氣質(zhì)量與與進(jìn)氣狀狀態(tài)下理理論計算算充滿氣氣缸工作作容積的的空氣質(zhì)質(zhì)量比值值。進(jìn)氣狀態(tài)態(tài)：指空氣濾清清器后進(jìn)進(jìn)氣管內(nèi)內(nèi)的氣體體狀態(tài)，即進(jìn)人氣氣缸前前氣體體的熱熱力學(xué)學(xué)狀態(tài)態(tài)，如如溫度度與壓壓力等等。非增壓壓：通通常取取為當(dāng)?shù)氐牡拇髿鈿鉅顟B(tài)態(tài)。增壓壓：：增壓壓器出口狀狀態(tài)。式中：ma實際進(jìn)入氣缸的新鮮空氣質(zhì)量V1實際進(jìn)入氣缸的新鮮空氣在進(jìn)氣狀態(tài)下的體積ms進(jìn)氣狀態(tài)下理論計算充滿氣缸工作容積的空氣質(zhì)量Vs氣缸工作容積＜1充量系系數(shù)一般非非增壓壓發(fā)動動機(jī)在在全負(fù)負(fù)荷時時的φc汽油機(jī)頂置氣門：0.75~0.85側(cè)置氣門：0.70~0.80柴油機(jī)0.75~0.90二、影影響充充氣效效率的的因素素:1．進(jìn)進(jìn)氣終終了時時缸內(nèi)內(nèi)壓力力Pa’Pa’’對φc有重要要影響響，Pa’’愈高高，φc值愈大大Pa’’=Ps－－△Pa式中，，△pa為氣體體流動動時，，克服服進(jìn)氣氣系統(tǒng)統(tǒng)阻力力而引起起的壓壓降(kPa)。一般可寫成

式中——管道阻力系數(shù)；——進(jìn)氣狀態(tài)下氣體的密度；V——管道內(nèi)氣體的流速（m/s）?？梢?，△pa主要取決于各段管道的阻力系數(shù)和氣體流速。若大、V高時，△pa增加，使pa’下降。管道阻阻力系系數(shù)、、轉(zhuǎn)速速和負(fù)負(fù)荷對對進(jìn)氣氣壓力力的影影響1）管管道阻阻力系系數(shù)管道阻阻力大大，管管道阻阻力系系數(shù)大大，△△pa大大，Pa’’降低低。2）管管道內(nèi)內(nèi)氣體體的流流速負(fù)荷減減小，，發(fā)動動機(jī)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速高高，氣氣體流流速增增加，，△△pa大，，引起起Pa’下下降。。2．進(jìn)進(jìn)氣終終了的的溫度度Ta’Ta’’高于于進(jìn)氣氣狀態(tài)態(tài)溫度度，Ta’越越高，，充入入氣缸缸的工工質(zhì)密密度越越小，，φc值愈低低。引起Ta’’升高高的原原因是:1）新新鮮工工質(zhì)進(jìn)進(jìn)入發(fā)發(fā)動機(jī)機(jī)與高高溫零零件接接觸而而被加熱熱。2）新新鮮工工質(zhì)與與高溫溫殘余余廢氣氣混合合而被被加熱熱。轉(zhuǎn)速和和負(fù)荷荷對Ta’’的影影響1）轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速：：當(dāng)負(fù)負(fù)荷不不變而而轉(zhuǎn)速速增加加時，，由于于新鮮鮮工質(zhì)質(zhì)與缸缸壁等等接觸觸時間間短，，傳熱熱量少少，所所以Ta’’稍有有下降降。2）負(fù)負(fù)荷：：當(dāng)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速不不變而而增加加發(fā)動動機(jī)負(fù)負(fù)荷時時，缸缸壁等等零件件溫度度升高高，Ta’’有所所上升升。措施：將高溫溫排氣氣管與與進(jìn)氣氣管分分置于于氣缸缸兩側(cè)側(cè)，控控制制進(jìn)氣氣預(yù)熱熱，適適當(dāng)加加大氣氣門疊疊開角角等，，降降低Ta’。3.殘余廢氣系數(shù)1）增加，φc降低，燃燒惡化，油耗、排放增加，2）壓縮比提高，殘余廢氣系數(shù)減小。3）排氣壓力高，廢氣多，充氣效率降低。4）排氣系統(tǒng)阻力大，排氣壓力高，廢氣多。4．進(jìn)排氣相位角由于進(jìn)氣門遲閉而＜1,新鮮充量的容積減小,但Pa’值卻可能因有氣流慣性而使進(jìn)氣有所增加,合適的配氣定時應(yīng)考慮ξPa’具有最大值。5．壓縮比壓縮比增加,壓縮容積減小,殘余廢氣量隨之減小,因而φc有所增加。6.進(jìn)進(jìn)氣氣狀態(tài)態(tài)進(jìn)氣溫溫度升升高，，進(jìn)氣氣壓力力下降降均會會使進(jìn)進(jìn)入氣氣缸充充量的的密度度減小小，絕絕對進(jìn)進(jìn)氣量量減少少，對對充量量系數(shù)數(shù)影響響不大大。提高充充量系系數(shù)措措施降低進(jìn)進(jìn)氣系系統(tǒng)的的阻力力降低排排氣系系統(tǒng)流流通阻阻力減少對對進(jìn)氣氣充量量的加加熱結(jié)構(gòu)一定,即εc一定合理選擇進(jìn)進(jìn)、排氣相相位角諧振進(jìn)氣與與可變進(jìn)氣氣支管第三節(jié)提提高發(fā)發(fā)動機(jī)充量量系數(shù)的措措施一、降低進(jìn)氣系系統(tǒng)的流動動阻力1．降低進(jìn)進(jìn)氣門處的的流動損失失進(jìn)氣馬赫數(shù)數(shù)：進(jìn)氣門門處氣流平平均速度與該處聲速速之比進(jìn)氣馬赫數(shù)數(shù)反映氣體體流動對充充量系數(shù)的影響。當(dāng)M超過一一定數(shù)值時時，大約在在0.5左左右，充量系數(shù)急劇下降。。減小氣門流流動損失失的具體措措施加大進(jìn)氣門直徑增加進(jìn)氣門數(shù)目改進(jìn)配氣凸輪型線改善氣門處流體動力性能減少進(jìn)氣道道的阻力：：氣道通路斷斷面應(yīng)有足足夠的面積積，各斷面面要避免突突變。進(jìn)氣氣道內(nèi)部過過渡圓角半半徑應(yīng)大一一些，避免免急劇轉(zhuǎn)彎彎等。減少進(jìn)氣管管的阻力：：進(jìn)氣管必須須保證足夠夠的流通截截面積，管管道表面光光潔，避免免急轉(zhuǎn)彎及及流通截面面突變，以以減少阻力力。為保證證各氣缸進(jìn)進(jìn)氣均勻，，各缸進(jìn)氣氣管獨立，，長度盡可可能一致。。進(jìn)氣管的的整體走勢勢和內(nèi)壁斷斷面形狀要要滿足使新新鮮充量在在氣缸中形形成渦流的的要求。減少空氣濾濾清器的阻阻力：加大通過斷斷面，改進(jìn)進(jìn)濾清性能能，創(chuàng)制低低阻高效濾濾清器等。。在使用中中要經(jīng)常清清洗濾清器器，特別要要避免紙芯芯的油污堵堵塞，及時時更換濾芯芯等。２．減少進(jìn)進(jìn)氣道、進(jìn)進(jìn)氣管和空空氣濾清器器的阻力二、降低進(jìn)氣系系統(tǒng)的流動動阻力新鮮充量在在吸入過程程中，受到到進(jìn)氣管、、進(jìn)氣道、、氣門、氣氣缸壁和活活塞等一系系列受熱零零件的加熱熱，引起溫溫升。進(jìn)排氣管兩兩側(cè)分開布布置，可以以避免或減減少高溫排排氣管對進(jìn)進(jìn)氣的加熱熱，有利提提高充量系系數(shù)。三、降低進(jìn)氣系系統(tǒng)的流動動阻力降低排氣系系統(tǒng)流通阻阻力，使氣氣缸內(nèi)廢氣氣壓力下降降，減少泵泵氣功。將排氣道的的一部分做做成擴(kuò)壓形形，降低了了氣缸內(nèi)與與排氣管內(nèi)內(nèi)的壓力差差，降低了了氣缸內(nèi)廢廢氣壓力，，降低泵氣氣功。選擇良好的的排氣支管管的流型，，避免排氣氣道內(nèi)截面面突變、急急轉(zhuǎn)彎和凸凸臺，有助助于降低整整個流通阻阻力。在滿足必要要的消聲效效果要求下下，降低消消聲器的流流通阻力。。四、合理選擇進(jìn)進(jìn)排氣相位位角轉(zhuǎn)速一定，，存在相應(yīng)應(yīng)的最佳進(jìn)進(jìn)氣門遲閉閉角度。利用氣門可可變正時技技術(shù)，在全全部轉(zhuǎn)速范范圍內(nèi)提高高充量系數(shù)數(shù)。具體措施：：１、無凸輪的電電磁氣門驅(qū)驅(qū)動機(jī)構(gòu)２、液壓氣門驅(qū)驅(qū)動機(jī)構(gòu)。３、可變凸輪機(jī)機(jī)構(gòu)(VCS，，VariableCamshaftSystem)４、可變氣門定定時(VVT，，VariableValveTiming)。五、諧振進(jìn)氣與與可變進(jìn)氣氣歧管諧振進(jìn)氣和和可變進(jìn)氣氣歧管，都都是利用進(jìn)進(jìn)氣管的動動態(tài)效應(yīng)來來提高充量量系數(shù)。具體措施：：１、適當(dāng)調(diào)整進(jìn)進(jìn)氣管長度度、直徑等等進(jìn)氣系統(tǒng)統(tǒng)參參數(shù)。２、可變長度進(jìn)進(jìn)氣歧管。３、雙通道可變變進(jìn)氣歧管管?？勺冮L度進(jìn)進(jìn)氣管雙通道可變變長度進(jìn)氣氣管1—空氣濾濾清器2—節(jié)節(jié)氣門3—轉(zhuǎn)換換閥4—轉(zhuǎn)換閥閥控制裝置置5——發(fā)動機(jī)電電子控制單單元1短進(jìn)氣通通道2—旋轉(zhuǎn)閥閥3——長進(jìn)氣道道4—