發(fā)動(dòng)機(jī)換氣過(guò)程-汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理課件

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理

制作人：張振東汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理目

錄前言：課程緒論第一章：發(fā)動(dòng)機(jī)性能第二章：發(fā)動(dòng)機(jī)換氣過(guò)程第三章：燃料與燃燒第四章：汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒第五章：柴油機(jī)混合氣的形成與燃燒第六章：發(fā)動(dòng)機(jī)的特性第七章：車用發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣渦輪增壓第八章：排氣污染機(jī)及控制目

錄前言：課程緒論第二章：發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過(guò)程2-1內(nèi)燃機(jī)換氣過(guò)程的特點(diǎn)及要求2-2四沖程內(nèi)燃機(jī)的換氣過(guò)程2-3四沖程內(nèi)燃機(jī)的充氣效率ηv2-4減小進(jìn)氣系統(tǒng)阻力2-5合理選擇配氣定時(shí)2-6進(jìn)氣管的氣體動(dòng)力學(xué)效應(yīng)2-7可變技術(shù)2-8二行程發(fā)動(dòng)機(jī)換氣過(guò)程第二章：發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過(guò)程2-1內(nèi)燃機(jī)換氣過(guò)程的特點(diǎn)及要求2-1內(nèi)燃機(jī)換氣過(guò)程的特點(diǎn)及要求進(jìn)氣和排氣過(guò)程的總稱，任務(wù)：1．排除缸內(nèi)廢氣，干凈徹底；2．在有限的氣缸工作容積下，充入更多的新鮮充量。2-1內(nèi)燃機(jī)換氣過(guò)程的特點(diǎn)及要求進(jìn)氣和排氣過(guò)程的總稱，任2-2四沖程內(nèi)燃機(jī)的換氣過(guò)程一、按三個(gè)流動(dòng)狀態(tài)分：

1．超臨界（pc/pr

1.893）以音速流出，流量取決于氣體狀態(tài)和流通面積，與壓差無(wú)關(guān)。

2．亞臨界（1<pc/pr<1.893）流量取決于氣體狀態(tài)、流通面積和壓差，下止點(diǎn)后10-30度結(jié)束。2-2四沖程內(nèi)燃機(jī)的換氣過(guò)程一、按三個(gè)流動(dòng)狀態(tài)分：發(fā)動(dòng)機(jī)換氣過(guò)程-汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理課件二、按流動(dòng)特點(diǎn)：

1．自由排氣階段：超臨界和亞臨界

2．強(qiáng)制排氣階段：靠活塞上行強(qiáng)制推出廢氣

排氣門在下止點(diǎn)前打開(kāi)，在上止點(diǎn)后關(guān)閉

3.進(jìn)氣過(guò)程：進(jìn)氣門上止點(diǎn)前打開(kāi)，在下止點(diǎn)后關(guān)閉

4．氣門疊開(kāi)：排氣門遲閉，進(jìn)氣門早開(kāi),兩氣門處于同時(shí)開(kāi)啟的階段作用：

（1）掃氣：減少?gòu)U氣，增加新鮮充量；（2）冷卻高溫零件。汽油機(jī)：進(jìn)氣壓力低，20-30CA，過(guò)大易引起回火；非增壓柴油機(jī)：進(jìn)氣壓力較大，20-80CA；增壓柴油機(jī)：進(jìn)氣壓力大于大氣壓，80-160CA

二、按流動(dòng)特點(diǎn)：作用：三、進(jìn)氣過(guò)程配氣相位:4個(gè)角

排氣門早開(kāi)：排氣提前角

1.使排氣流暢

2.排氣功減小

排氣門晚關(guān)：排氣遲閉角

1.使排氣徹底

2.排氣慣性

進(jìn)氣門早開(kāi)：進(jìn)氣提前角

1.減小阻力

2.增加流通面積

進(jìn)氣門晚關(guān)：進(jìn)氣遲閉角

1.慣性進(jìn)氣由于活塞下行,缸內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，使新鮮介質(zhì)充入缸內(nèi)。

三、進(jìn)氣過(guò)程配氣相位:4個(gè)角由于活塞下行,缸內(nèi)產(chǎn)生負(fù)四、換氣損失

1、自由排氣損失W2、強(qiáng)制排氣損失Y

(W+Y)→min→確定最佳

排氣提前角。

3、進(jìn)氣損失X4、換氣損失W+Y+X5、泵氣損失W+Y-d

發(fā)動(dòng)機(jī)換氣損失圖

進(jìn)氣損失和排氣損失組成。四、換氣損失發(fā)動(dòng)機(jī)換氣損失圖進(jìn)氣損失和排氣損失組成2-3四沖程內(nèi)燃機(jī)的充氣效率ηv一、充氣效率ηv的定義

m1、v1：實(shí)際進(jìn)入氣缸的新鮮工質(zhì)的質(zhì)量、體積；ms

、vs：進(jìn)氣狀態(tài)下充滿工作容積的新鮮工質(zhì)的質(zhì)量、氣缸的工作容積。表征進(jìn)氣過(guò)程的完善程度及氣缸利用率。進(jìn)氣狀態(tài)下充滿氣缸工作容積的工質(zhì)質(zhì)量實(shí)際進(jìn)入氣缸的新鮮工質(zhì)質(zhì)量進(jìn)氣狀態(tài)：非增壓：環(huán)境大氣狀態(tài)P0、T0

增壓：壓氣機(jī)出口狀態(tài)Pk、Tk2-3四沖程內(nèi)燃機(jī)的充氣效率ηv一、充氣效率ηv的定義若大氣狀態(tài)，氣缸工作容積Vs，理論上進(jìn)入氣缸充氣量ms:由于，進(jìn)氣終了時(shí)pa<p0,Ta>T0,

<Vs,實(shí)際進(jìn)氣量m1：v的測(cè)量方法：

（1）流量計(jì)測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)每小時(shí)的實(shí)際進(jìn)氣量V1[m3/h]；（2）計(jì)算每小時(shí)的理論充氣量V：（3）充氣效率若大氣狀態(tài)，氣缸工作容積Vs，理論上進(jìn)入氣缸充氣量ms:由于1．進(jìn)氣終點(diǎn)壓力Pa

Pa=Ps-ΔP，ΔP=λρv2/2，其中，λ：管道阻力系數(shù)；ρ：進(jìn)氣密度；v：流速

ΔP是各段管道所產(chǎn)生壓降的總和，進(jìn)氣門處截面最小，產(chǎn)生的流阻最大。

(1)油門一定，n流速Pa(2)n一定，Pa的變化與負(fù)荷調(diào)節(jié)方式有關(guān)：柴油機(jī)：質(zhì)調(diào)節(jié)，進(jìn)氣無(wú)節(jié)流，由噴油量改變負(fù)荷，Pa基本不變汽油機(jī)：改變節(jié)氣門調(diào)節(jié)負(fù)荷負(fù)荷節(jié)氣門關(guān)小節(jié)流損失

Pa二、ηv的數(shù)學(xué)分析表達(dá)式1．進(jìn)氣終點(diǎn)壓力Pa二、ηv的數(shù)學(xué)分析表達(dá)式2.進(jìn)氣終點(diǎn)溫度Ta

新鮮工質(zhì)被高溫零件加熱，Ta>Ts，導(dǎo)致ρ↓ηv↓

柴油機(jī)：排氣管和進(jìn)氣管分置于發(fā)動(dòng)機(jī)兩側(cè)。汽油機(jī)：為了汽化混合氣，需加熱新鮮混合氣，進(jìn)排氣管同側(cè)。

2.進(jìn)氣終點(diǎn)溫度Ta3．殘余廢氣系數(shù)

↑ηv↓ε↑

↓

柴油機(jī)比汽油機(jī)↓低負(fù)荷時(shí),汽油機(jī)↑3．殘余廢氣系數(shù)4.配氣定時(shí)

ξ，Pa→max

關(guān)太早，慣性作用未利用關(guān)太遲，發(fā)生倒流5.壓縮比ε

ε↑→ηv↑6.大氣狀態(tài)

Po↑→Pa↑→進(jìn)氣量↑

To↑→Ta↑

→進(jìn)氣量↓4.配氣定時(shí)2-4減小進(jìn)氣系統(tǒng)阻力一、減少進(jìn)氣系統(tǒng)的流動(dòng)損失

進(jìn)氣系統(tǒng)阻力分為

汽油機(jī)：空氣濾清器化油器節(jié)氣門進(jìn)氣管進(jìn)氣道進(jìn)氣門

柴油機(jī)：空氣濾清器進(jìn)氣管進(jìn)氣道進(jìn)氣門沿程阻力局部阻力（節(jié)流阻力）2-4減小進(jìn)氣系統(tǒng)阻力一、減少進(jìn)氣系統(tǒng)的流動(dòng)損失沿程阻力二、進(jìn)氣門處的流動(dòng)阻力

1.時(shí)面值

氣門處氣體流量dm：

dm=ρvmfdt

開(kāi)啟過(guò)程的氣體流量:m=∫dm=ρvm∫fdt=ρvm

1/6n∫fdφ

式中，∫fdt稱為時(shí)面值,∫fdφ稱為角面值二、進(jìn)氣門處的流動(dòng)阻力1.時(shí)面值

2．進(jìn)氣馬赫數(shù)Ma

Ma定義：進(jìn)氣門處氣體的平均速度vm與該處聲速c的比值。vm定義：實(shí)際進(jìn)入氣缸的新鮮充量與進(jìn)氣門有效時(shí)面值之比。其中：D、d：活塞及進(jìn)氣閥盤直徑；

Cm：活塞平均速度；m：進(jìn)氣門開(kāi)啟過(guò)程的平均流量系數(shù)；o、c：進(jìn)氣門開(kāi)關(guān)角度。當(dāng)Ma>0.5時(shí)，ηv↓↓，此時(shí)n增加，功率也不增加。減小Ma：（1）d氣門通過(guò)面積（2）m（3）配氣相位（c-o）2．進(jìn)氣馬赫數(shù)MaMa定義發(fā)動(dòng)機(jī)換氣過(guò)程-汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理課件3．氣門直徑和氣門數(shù)

a.增大進(jìn)氣門直徑，減小排氣門直徑

1、進(jìn)氣門直徑d進(jìn)一般:

d進(jìn)

Pa

ηv

d排Prηv

一般：

d排>d進(jìn)

b.多氣門，流通面積f40%左右。

D>80mm,常用二進(jìn)二排；D<80mm，常用三進(jìn)二排。

f

ηv

Pe

（可達(dá)30%），be

0.20～0.25

3．氣門直徑和氣門數(shù)0.20～0.25

c.圓滑過(guò)渡（其中R為閥頂過(guò)渡圓角）

（1）過(guò)渡圓角R

流動(dòng)阻力

ηv

（2）銳邊光滑

d.增大氣門升程

h，時(shí)面值

ηv

c.圓滑過(guò)渡（其中R為閥頂過(guò)渡圓角）三、進(jìn)氣道和進(jìn)氣管

1.進(jìn)氣管截面大：阻力小，流速低，汽油易沉積于管壁；

2.表面光潔減小沿程阻力；

3.管道轉(zhuǎn)彎少，截面不突變減小局部阻力。四、空氣濾清器

1.加大截面減小阻力；

2.清洗、更換。三、進(jìn)氣道和進(jìn)氣管2-5合理選擇配氣定時(shí)進(jìn)氣遲閉角θ進(jìn)閉對(duì)ηv

影響最大2-5合理選擇配氣定時(shí)進(jìn)氣遲閉角θ進(jìn)閉對(duì)ηv影響最大1．對(duì)于固定θ進(jìn)閉，n↑，ηv變化，在某一轉(zhuǎn)速ηv→max；2.不同的遲閉角，ηmax對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速不同。遲閉角大，ηmax對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速高3．改變?chǔ)冗M(jìn)閉，可調(diào)整內(nèi)燃機(jī)的工作特性滿足不同要求:

（1）如要求提高最大Pe，則θ進(jìn)閉↑，但對(duì)中低速不利；（2）如要求提高低速M(fèi)e，則θ進(jìn)閉↓，但會(huì)減小最大功率。1．對(duì)于固定θ進(jìn)閉，n↑，ηv變化，在某一轉(zhuǎn)速ηv→m2-6進(jìn)氣管的動(dòng)態(tài)效應(yīng)

進(jìn)氣和排氣是間歇式過(guò)程，內(nèi)部存在壓力波；利用壓力波提高ηv，稱為動(dòng)態(tài)效應(yīng)；壓力波動(dòng)：氣流慣性效應(yīng)和波動(dòng)效應(yīng)。2-6進(jìn)氣管的動(dòng)態(tài)效應(yīng)進(jìn)氣和排氣是間歇式過(guò)程，內(nèi)部存在一、進(jìn)氣管慣性效應(yīng)進(jìn)氣門打開(kāi)初期，由于活塞向下運(yùn)動(dòng)和氣流慣性，氣缸內(nèi)和進(jìn)氣管內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓。氣體流入氣缸，同時(shí)從氣缸中傳出膨脹波，向外端A傳播，速度為（a-u）。當(dāng)傳到A端后，變成壓縮波從A端又向氣缸方向傳播，速度為（a+u）。反射到氣缸后，使氣缸壓力上升。若進(jìn)氣管長(zhǎng)度適當(dāng)，使膨脹波發(fā)出到壓縮波返回氣缸所經(jīng)歷時(shí)間，與進(jìn)氣門從開(kāi)啟到關(guān)閉的時(shí)間恰好配合，即壓縮波到達(dá)氣缸時(shí)，進(jìn)氣門正好處于關(guān)閉前夕，缸內(nèi)氣體密度最大。此時(shí)關(guān)閉進(jìn)氣門就可以利用進(jìn)氣慣性效應(yīng)，獲得增壓效果，使循環(huán)充量增加，提高充氣效率。

一、進(jìn)氣管慣性效應(yīng)進(jìn)氣門打開(kāi)初期，由于活塞向下運(yùn)動(dòng)和氣流慣從圖3-14中（b）可以看出，如果波動(dòng)一周期正好與進(jìn)氣門開(kāi)啟持續(xù)時(shí)間相等，則進(jìn)氣門關(guān)閉時(shí)正是B點(diǎn)壓力處于波峰位置，也正是慣性效應(yīng)最大的時(shí)候。如果進(jìn)氣門關(guān)閉比此相位早或晚，B點(diǎn)壓力都不會(huì)處于波峰位置，因此都得不到最高充氣效果。從圖3-14中（b）可以看出，如果波動(dòng)一周期正好與進(jìn)氣門開(kāi)啟二、進(jìn)氣管波動(dòng)效應(yīng)

當(dāng)進(jìn)氣門關(guān)閉之后，進(jìn)氣管內(nèi)的氣柱還在繼續(xù)波動(dòng)，對(duì)下一個(gè)進(jìn)氣循環(huán)的進(jìn)氣量產(chǎn)生影響，這一影響稱為波動(dòng)效應(yīng)。

二、進(jìn)氣管波動(dòng)效應(yīng)當(dāng)進(jìn)氣門關(guān)閉之后，進(jìn)氣管內(nèi)的

當(dāng)進(jìn)氣門關(guān)閉時(shí)，進(jìn)氣管內(nèi)流動(dòng)的空氣受到壓縮，在進(jìn)氣門處產(chǎn)生壓縮波，向進(jìn)氣管開(kāi)口端A傳播，傳播速度為(a-u)；當(dāng)壓縮波傳到管端A時(shí)，將要產(chǎn)生反射波，反射波與入射波性質(zhì)相反，即為膨脹波，并以(a+u)的速度向進(jìn)氣門處傳播（圖中a）。如果進(jìn)氣門尚未打開(kāi)仍處于封閉時(shí)，從進(jìn)氣門處返回的仍是膨脹波，此膨脹波又向管端A傳播，在開(kāi)口端再次反射時(shí)又變成壓縮波向進(jìn)氣門處傳播。這樣，氣波在進(jìn)氣管中周而復(fù)始的來(lái)回傳播，使進(jìn)氣門處的壓力也時(shí)高時(shí)低形成壓力波（圖中b）。如果下一循環(huán)的進(jìn)氣過(guò)程與正壓力波重合，進(jìn)氣門關(guān)閉時(shí)壓力高，使充量系數(shù)提高，如果與負(fù)壓力波重合，則進(jìn)氣門關(guān)閉時(shí)壓力低，使充量系數(shù)下降。當(dāng)進(jìn)氣門關(guān)閉時(shí)，進(jìn)氣管內(nèi)流動(dòng)的空氣受到壓縮，在進(jìn)氣門處產(chǎn)生

壓力波動(dòng)的固有頻率f1為：

式中：α—進(jìn)氣管內(nèi)音速，m/s；

L—進(jìn)氣管長(zhǎng)度，m。當(dāng)內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速為n(r/min)時(shí)，進(jìn)氣頻率f2為：

f1與f2之比為：

q1表示波動(dòng)次數(shù)。壓力波動(dòng)的固有頻率f1為：

q1說(shuō)明進(jìn)氣管內(nèi)壓力波動(dòng)的固有頻率和內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣頻率之間的配合關(guān)系，主要是進(jìn)氣管長(zhǎng)度和內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速的配合。當(dāng)q1=1.5、2.5……時(shí)，下一次氣門開(kāi)啟期間正好與正的壓力波相重合，使進(jìn)氣充量增加。當(dāng)q=1、2、……時(shí)，進(jìn)氣頻率與壓力波頻率合拍，下一次氣門開(kāi)啟期間與負(fù)的壓力波重合，使進(jìn)氣充量減少。這樣，就可利用進(jìn)氣管的動(dòng)態(tài)效應(yīng)增大充氣量，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性。實(shí)踐證明，利用進(jìn)氣管動(dòng)態(tài)效應(yīng)可提高功率10%～20%，最低耗油率下降3%～5%。并且還能降低排氣溫度和減少碳煙的排出量。q1說(shuō)明進(jìn)氣管內(nèi)壓力波動(dòng)的固有頻率和內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣頻率之間的配2-7可變技術(shù)一、可變進(jìn)氣管

1．要求:高速：粗短管低速：細(xì)長(zhǎng)管

2．措施：改變進(jìn)氣管長(zhǎng)度或流通面積。二、可變氣門定時(shí)

1．使凸輪軸轉(zhuǎn)過(guò)一定角度；

2．使用高、低速不同的凸輪。

發(fā)動(dòng)機(jī)的一些結(jié)構(gòu)參數(shù)隨工況而變化，增強(qiáng)發(fā)動(dòng)機(jī)的工況適應(yīng)范圍，提高經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性和工作穩(wěn)定性。2-7可變技術(shù)一、可變進(jìn)氣管發(fā)動(dòng)機(jī)的一些可變進(jìn)氣管可變進(jìn)氣管發(fā)動(dòng)機(jī)換氣過(guò)程-汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理課件發(fā)動(dòng)機(jī)換氣過(guò)程-汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理課件發(fā)動(dòng)機(jī)換氣過(guò)程-汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理課件發(fā)動(dòng)機(jī)換氣過(guò)程-汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理課件傳統(tǒng)配氣機(jī)構(gòu)傳統(tǒng)配氣機(jī)構(gòu)缺點(diǎn)：氣門正時(shí)固定不變，很難兼顧發(fā)動(dòng)機(jī)不同轉(zhuǎn)速的工作需求。傳統(tǒng)配氣機(jī)構(gòu)傳統(tǒng)配氣機(jī)構(gòu)缺點(diǎn)：可變氣門定時(shí)1、凸輪相位可變雙頂置凸輪軸，使進(jìn)氣凸輪轉(zhuǎn)過(guò)一定角度。2、進(jìn)氣持續(xù)期可變兩組凸輪由控制裝置進(jìn)行切換工作。（1）中低速采用短行程、短持續(xù)期進(jìn)氣凸輪；（2）高速采用長(zhǎng)行程、長(zhǎng)持續(xù)期進(jìn)氣凸輪。可變氣門定時(shí)1、凸輪相位可變發(fā)動(dòng)機(jī)換氣過(guò)程-汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理課件2-8二行程發(fā)動(dòng)機(jī)換氣過(guò)程

二行程發(fā)動(dòng)機(jī)是曲軸回轉(zhuǎn)一圈，活塞上下兩個(gè)行程，即壓縮（及換氣）行程和燃燒膨脹（及換氣）行程，就完成一個(gè)工作循環(huán)。它與四行程發(fā)動(dòng)機(jī)的區(qū)別，主要是換氣過(guò)程。2-8二行程發(fā)動(dòng)機(jī)換氣過(guò)程二行程發(fā)動(dòng)機(jī)是hfba二行程發(fā)動(dòng)機(jī)的示功圖pVp0d掃氣口排氣口進(jìn)氣口czVsVeV'sVchfba二行程發(fā)動(dòng)機(jī)的示功圖pVp0d掃氣口排氣口進(jìn)氣口cz掃氣泵曲軸箱掃氣

密閉曲軸箱，容積大壓力低。單獨(dú)掃氣泵

轉(zhuǎn)子泵或離心泵，曲軸驅(qū)動(dòng)，掃氣壓力=109-150kpa。廢氣渦輪增壓

最好，掃氣壓力=140-200kpa。掃氣泵曲軸箱掃氣掃氣系統(tǒng)形式一、橫流掃氣掃氣系統(tǒng)形式一、橫流掃氣二、回流掃氣二、回流掃氣三、直流掃氣三、直流掃氣掃氣效果評(píng)價(jià)1、掃氣效率m0：換氣后留在缸內(nèi)的新鮮充量質(zhì)量；mg：換氣后缸內(nèi)氣體總質(zhì)量；mr：換氣后缸內(nèi)殘余廢氣質(zhì)量。s高，表示缸內(nèi)殘余廢氣少，換氣質(zhì)量高。掃氣效果評(píng)價(jià)1、掃氣效率m0：換氣后留在缸內(nèi)的新鮮充量質(zhì)量；掃氣效果評(píng)價(jià)2、過(guò)量掃氣系數(shù)（給氣比）mt：換氣中所用新氣總質(zhì)量；ms：大氣狀態(tài)充滿氣缸工作容積Vs的新氣質(zhì)量；0表示向氣缸供給新氣的多少。掃氣效果評(píng)價(jià)2、過(guò)量掃氣系數(shù)（給氣比）mt：換氣中所用新氣總掃氣效果評(píng)價(jià)3、給氣效率m0：換氣后留在缸內(nèi)的新鮮充量質(zhì)量；mt：換氣中所用新氣總質(zhì)量；t表示新氣損失的多少。掃氣效果評(píng)價(jià)3、給氣效率m0：換氣后留在缸內(nèi)的新鮮充量質(zhì)量；謝謝欣賞謝謝欣賞汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理

制作人：張振東汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理目

錄前言：課程緒論第一章：發(fā)動(dòng)機(jī)性能第二章：發(fā)動(dòng)機(jī)換氣過(guò)程第三章：燃料與燃燒第四章：汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒第五章：柴油機(jī)混合氣的形成與燃燒第六章：發(fā)動(dòng)機(jī)的特性第七章：車用發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣渦輪增壓第八章：排氣污染機(jī)及控制目

錄前言：課程緒論第二章：發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過(guò)程2-1內(nèi)燃機(jī)換氣過(guò)程的特點(diǎn)及要求2-2四沖程內(nèi)燃機(jī)的換氣過(guò)程2-3四沖程內(nèi)燃機(jī)的充氣效率ηv2-4減小進(jìn)氣系統(tǒng)阻力2-5合理選擇配氣定時(shí)2-6進(jìn)氣管的氣體動(dòng)力學(xué)效應(yīng)2-7可變技術(shù)2-8二行程發(fā)動(dòng)機(jī)換氣過(guò)程第二章：發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過(guò)程2-1內(nèi)燃機(jī)換氣過(guò)程的特點(diǎn)及要求2-1內(nèi)燃機(jī)換氣過(guò)程的特點(diǎn)及要求進(jìn)氣和排氣過(guò)程的總稱，任務(wù)：1．排除缸內(nèi)廢氣，干凈徹底；2．在有限的氣缸工作容積下，充入更多的新鮮充量。2-1內(nèi)燃機(jī)換氣過(guò)程的特點(diǎn)及要求進(jìn)氣和排氣過(guò)程的總稱，任2-2四沖程內(nèi)燃機(jī)的換氣過(guò)程一、按三個(gè)流動(dòng)狀態(tài)分：

1．超臨界（pc/pr

1.893）以音速流出，流量取決于氣體狀態(tài)和流通面積，與壓差無(wú)關(guān)。

2．亞臨界（1<pc/pr<1.893）流量取決于氣體狀態(tài)、流通面積和壓差，下止點(diǎn)后10-30度結(jié)束。2-2四沖程內(nèi)燃機(jī)的換氣過(guò)程一、按三個(gè)流動(dòng)狀態(tài)分：發(fā)動(dòng)機(jī)換氣過(guò)程-汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理課件二、按流動(dòng)特點(diǎn)：

1．自由排氣階段：超臨界和亞臨界

2．強(qiáng)制排氣階段：靠活塞上行強(qiáng)制推出廢氣

排氣門在下止點(diǎn)前打開(kāi)，在上止點(diǎn)后關(guān)閉

3.進(jìn)氣過(guò)程：進(jìn)氣門上止點(diǎn)前打開(kāi)，在下止點(diǎn)后關(guān)閉

4．氣門疊開(kāi)：排氣門遲閉，進(jìn)氣門早開(kāi),兩氣門處于同時(shí)開(kāi)啟的階段作用：

（1）掃氣：減少?gòu)U氣，增加新鮮充量；（2）冷卻高溫零件。汽油機(jī)：進(jìn)氣壓力低，20-30CA，過(guò)大易引起回火；非增壓柴油機(jī)：進(jìn)氣壓力較大，20-80CA；增壓柴油機(jī)：進(jìn)氣壓力大于大氣壓，80-160CA

二、按流動(dòng)特點(diǎn)：作用：三、進(jìn)氣過(guò)程配氣相位:4個(gè)角

排氣門早開(kāi)：排氣提前角

1.使排氣流暢

2.排氣功減小

排氣門晚關(guān)：排氣遲閉角

1.使排氣徹底

2.排氣慣性

進(jìn)氣門早開(kāi)：進(jìn)氣提前角

1.減小阻力

2.增加流通面積

進(jìn)氣門晚關(guān)：進(jìn)氣遲閉角

1.慣性進(jìn)氣由于活塞下行,缸內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，使新鮮介質(zhì)充入缸內(nèi)。

三、進(jìn)氣過(guò)程配氣相位:4個(gè)角由于活塞下行,缸內(nèi)產(chǎn)生負(fù)四、換氣損失

1、自由排氣損失W2、強(qiáng)制排氣損失Y

(W+Y)→min→確定最佳

排氣提前角。

3、進(jìn)氣損失X4、換氣損失W+Y+X5、泵氣損失W+Y-d

發(fā)動(dòng)機(jī)換氣損失圖

進(jìn)氣損失和排氣損失組成。四、換氣損失發(fā)動(dòng)機(jī)換氣損失圖進(jìn)氣損失和排氣損失組成2-3四沖程內(nèi)燃機(jī)的充氣效率ηv一、充氣效率ηv的定義

m1、v1：實(shí)際進(jìn)入氣缸的新鮮工質(zhì)的質(zhì)量、體積；ms

、vs：進(jìn)氣狀態(tài)下充滿工作容積的新鮮工質(zhì)的質(zhì)量、氣缸的工作容積。表征進(jìn)氣過(guò)程的完善程度及氣缸利用率。進(jìn)氣狀態(tài)下充滿氣缸工作容積的工質(zhì)質(zhì)量實(shí)際進(jìn)入氣缸的新鮮工質(zhì)質(zhì)量進(jìn)氣狀態(tài)：非增壓：環(huán)境大氣狀態(tài)P0、T0

增壓：壓氣機(jī)出口狀態(tài)Pk、Tk2-3四沖程內(nèi)燃機(jī)的充氣效率ηv一、充氣效率ηv的定義若大氣狀態(tài)，氣缸工作容積Vs，理論上進(jìn)入氣缸充氣量ms:由于，進(jìn)氣終了時(shí)pa<p0,Ta>T0,

<Vs,實(shí)際進(jìn)氣量m1：v的測(cè)量方法：

（1）流量計(jì)測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)每小時(shí)的實(shí)際進(jìn)氣量V1[m3/h]；（2）計(jì)算每小時(shí)的理論充氣量V：（3）充氣效率若大氣狀態(tài)，氣缸工作容積Vs，理論上進(jìn)入氣缸充氣量ms:由于1．進(jìn)氣終點(diǎn)壓力Pa

Pa=Ps-ΔP，ΔP=λρv2/2，其中，λ：管道阻力系數(shù)；ρ：進(jìn)氣密度；v：流速

ΔP是各段管道所產(chǎn)生壓降的總和，進(jìn)氣門處截面最小，產(chǎn)生的流阻最大。

(1)油門一定，n流速Pa(2)n一定，Pa的變化與負(fù)荷調(diào)節(jié)方式有關(guān)：柴油機(jī)：質(zhì)調(diào)節(jié)，進(jìn)氣無(wú)節(jié)流，由噴油量改變負(fù)荷，Pa基本不變汽油機(jī)：改變節(jié)氣門調(diào)節(jié)負(fù)荷負(fù)荷節(jié)氣門關(guān)小節(jié)流損失

Pa二、ηv的數(shù)學(xué)分析表達(dá)式1．進(jìn)氣終點(diǎn)壓力Pa二、ηv的數(shù)學(xué)分析表達(dá)式2.進(jìn)氣終點(diǎn)溫度Ta

新鮮工質(zhì)被高溫零件加熱，Ta>Ts，導(dǎo)致ρ↓ηv↓

柴油機(jī)：排氣管和進(jìn)氣管分置于發(fā)動(dòng)機(jī)兩側(cè)。汽油機(jī)：為了汽化混合氣，需加熱新鮮混合氣，進(jìn)排氣管同側(cè)。

2.進(jìn)氣終點(diǎn)溫度Ta3．殘余廢氣系數(shù)

↑ηv↓ε↑

↓

柴油機(jī)比汽油機(jī)↓低負(fù)荷時(shí),汽油機(jī)↑3．殘余廢氣系數(shù)4.配氣定時(shí)

ξ，Pa→max

關(guān)太早，慣性作用未利用關(guān)太遲，發(fā)生倒流5.壓縮比ε

ε↑→ηv↑6.大氣狀態(tài)

Po↑→Pa↑→進(jìn)氣量↑

To↑→Ta↑

→進(jìn)氣量↓4.配氣定時(shí)2-4減小進(jìn)氣系統(tǒng)阻力一、減少進(jìn)氣系統(tǒng)的流動(dòng)損失

進(jìn)氣系統(tǒng)阻力分為

汽油機(jī)：空氣濾清器化油器節(jié)氣門進(jìn)氣管進(jìn)氣道進(jìn)氣門

柴油機(jī)：空氣濾清器進(jìn)氣管進(jìn)氣道進(jìn)氣門沿程阻力局部阻力（節(jié)流阻力）2-4減小進(jìn)氣系統(tǒng)阻力一、減少進(jìn)氣系統(tǒng)的流動(dòng)損失沿程阻力二、進(jìn)氣門處的流動(dòng)阻力

1.時(shí)面值

氣門處氣體流量dm：

dm=ρvmfdt

開(kāi)啟過(guò)程的氣體流量:m=∫dm=ρvm∫fdt=ρvm

1/6n∫fdφ

式中，∫fdt稱為時(shí)面值,∫fdφ稱為角面值二、進(jìn)氣門處的流動(dòng)阻力1.時(shí)面值

2．進(jìn)氣馬赫數(shù)Ma

Ma定義：進(jìn)氣門處氣體的平均速度vm與該處聲速c的比值。vm定義：實(shí)際進(jìn)入氣缸的新鮮充量與進(jìn)氣門有效時(shí)面值之比。其中：D、d：活塞及進(jìn)氣閥盤直徑；

Cm：活塞平均速度；m：進(jìn)氣門開(kāi)啟過(guò)程的平均流量系數(shù)；o、c：進(jìn)氣門開(kāi)關(guān)角度。當(dāng)Ma>0.5時(shí)，ηv↓↓，此時(shí)n增加，功率也不增加。減小Ma：（1）d氣門通過(guò)面積（2）m（3）配氣相位（c-o）2．進(jìn)氣馬赫數(shù)MaMa定義發(fā)動(dòng)機(jī)換氣過(guò)程-汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理課件3．氣門直徑和氣門數(shù)

a.增大進(jìn)氣門直徑，減小排氣門直徑

1、進(jìn)氣門直徑d進(jìn)一般:

d進(jìn)

Pa

ηv

d排Prηv

一般：

d排>d進(jìn)

b.多氣門，流通面積f40%左右。

D>80mm,常用二進(jìn)二排；D<80mm，常用三進(jìn)二排。

f

ηv

Pe

（可達(dá)30%），be

0.20～0.25

3．氣門直徑和氣門數(shù)0.20～0.25

c.圓滑過(guò)渡（其中R為閥頂過(guò)渡圓角）

（1）過(guò)渡圓角R

流動(dòng)阻力

ηv

（2）銳邊光滑

d.增大氣門升程

h，時(shí)面值

ηv

c.圓滑過(guò)渡（其中R為閥頂過(guò)渡圓角）三、進(jìn)氣道和進(jìn)氣管

1.進(jìn)氣管截面大：阻力小，流速低，汽油易沉積于管壁；

2.表面光潔減小沿程阻力；

3.管道轉(zhuǎn)彎少，截面不突變減小局部阻力。四、空氣濾清器

1.加大截面減小阻力；

2.清洗、更換。三、進(jìn)氣道和進(jìn)氣管2-5合理選擇配氣定時(shí)進(jìn)氣遲閉角θ進(jìn)閉對(duì)ηv

影響最大2-5合理選擇配氣定時(shí)進(jìn)氣遲閉角θ進(jìn)閉對(duì)ηv影響最大1．對(duì)于固定θ進(jìn)閉，n↑，ηv變化，在某一轉(zhuǎn)速ηv→max；2.不同的遲閉角，ηmax對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速不同。遲閉角大，ηmax對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速高3．改變?chǔ)冗M(jìn)閉，可調(diào)整內(nèi)燃機(jī)的工作特性滿足不同要求:

（1）如要求提高最大Pe，則θ進(jìn)閉↑，但對(duì)中低速不利；（2）如要求提高低速M(fèi)e，則θ進(jìn)閉↓，但會(huì)減小最大功率。1．對(duì)于固定θ進(jìn)閉，n↑，ηv變化，在某一轉(zhuǎn)速ηv→m2-6進(jìn)氣管的動(dòng)態(tài)效應(yīng)

進(jìn)氣和排氣是間歇式過(guò)程，內(nèi)部存在壓力波；利用壓力波提高ηv，稱為動(dòng)態(tài)效應(yīng)；壓力波動(dòng)：氣流慣性效應(yīng)和波動(dòng)效應(yīng)。2-6進(jìn)氣管的動(dòng)態(tài)效應(yīng)進(jìn)氣和排氣是間歇式過(guò)程，內(nèi)部存在一、進(jìn)氣管慣性效應(yīng)進(jìn)氣門打開(kāi)初期，由于活塞向下運(yùn)動(dòng)和氣流慣性，氣缸內(nèi)和進(jìn)氣管內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓。氣體流入氣缸，同時(shí)從氣缸中傳出膨脹波，向外端A傳播，速度為（a-u）。當(dāng)傳到A端后，變成壓縮波從A端又向氣缸方向傳播，速度為（a+u）。反射到氣缸后，使氣缸壓力上升。若進(jìn)氣管長(zhǎng)度適當(dāng)，使膨脹波發(fā)出到壓縮波返回氣缸所經(jīng)歷時(shí)間，與進(jìn)氣門從開(kāi)啟到關(guān)閉的時(shí)間恰好配合，即壓縮波到達(dá)氣缸時(shí)，進(jìn)氣門正好處于關(guān)閉前夕，缸內(nèi)氣體密度最大。此時(shí)關(guān)閉進(jìn)氣門就可以利用進(jìn)氣慣性效應(yīng)，獲得增壓效果，使循環(huán)充量增加，提高充氣效率。

一、進(jìn)氣管慣性效應(yīng)進(jìn)氣門打開(kāi)初期，由于活塞向下運(yùn)動(dòng)和氣流慣從圖3-14中（b）可以看出，如果波動(dòng)一周期正好與進(jìn)氣門開(kāi)啟持續(xù)時(shí)間相等，則進(jìn)氣門關(guān)閉時(shí)正是B點(diǎn)壓力處于波峰位置，也正是慣性效應(yīng)最大的時(shí)候。如果進(jìn)氣門關(guān)閉比此相位早或晚，B點(diǎn)壓力都不會(huì)處于波峰位置，因此都得不到最高充氣效果。從圖3-14中（b）可以看出，如果波動(dòng)一周期正好與進(jìn)氣門開(kāi)啟二、進(jìn)氣管波動(dòng)效應(yīng)

當(dāng)進(jìn)氣門關(guān)閉之后，進(jìn)氣管內(nèi)的氣柱還在繼續(xù)波動(dòng)，對(duì)下一個(gè)進(jìn)氣循環(huán)的進(jìn)氣量產(chǎn)生影響，這一影響稱為波動(dòng)效應(yīng)。

二、進(jìn)氣管波動(dòng)效應(yīng)當(dāng)進(jìn)氣門關(guān)閉之后，進(jìn)氣管內(nèi)的

當(dāng)進(jìn)氣門關(guān)閉時(shí)，進(jìn)氣管內(nèi)流動(dòng)的空氣受到壓縮，在進(jìn)氣門處產(chǎn)生壓縮波，向進(jìn)氣管開(kāi)口端A傳播，傳播速度為(a-u)；當(dāng)壓縮波傳到管端A時(shí)，將要產(chǎn)生反射波，反射波與入射波性質(zhì)相反，即為膨脹波，并以(a+u)的速度向進(jìn)氣門處傳播（圖中a）。如果進(jìn)氣門尚未打開(kāi)仍處于封閉時(shí)，從進(jìn)氣門處返回的仍是膨脹波，此膨脹波又向管端A傳播，在開(kāi)口端再次反射時(shí)又變成壓縮波向進(jìn)氣門處傳播。這樣，氣波在進(jìn)氣管中周而復(fù)始的來(lái)回傳播，使進(jìn)氣門處的壓力也時(shí)高時(shí)低形成壓力波（圖中b）。如果下一循環(huán)的進(jìn)氣過(guò)程與正壓力波重合，進(jìn)氣門關(guān)閉時(shí)壓力高，使充量系數(shù)提高，如果與負(fù)壓力波重合，則進(jìn)氣門關(guān)閉時(shí)壓力低，使充量系數(shù)下降。當(dāng)進(jìn)氣門關(guān)閉時(shí)，進(jìn)氣管內(nèi)流動(dòng)的空氣受到壓縮，在進(jìn)氣門處產(chǎn)生

壓力波動(dòng)的固有頻率f1為：

式中：α—進(jìn)氣管內(nèi)音速，m/s；

L—進(jìn)氣管長(zhǎng)度，m。當(dāng)內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速為n(r/min)時(shí)，進(jìn)氣頻率f2為：

f1與f2之比為：

q1表示波動(dòng)次數(shù)。壓力波動(dòng)的固有頻率f1為：

q1說(shuō)明進(jìn)氣管內(nèi)壓力波動(dòng)的固有頻率和內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣頻率之