第二章 發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過程

第二章發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過程第一節(jié)四行程發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過程一.換氣過程

換氣過程是從排氣閥開啟直到進(jìn)氣閥關(guān)閉的整個(gè)時(shí)期。這個(gè)過程大約是380℃-450℃曲軸轉(zhuǎn)角。自由排氣階段強(qiáng)制排氣階段進(jìn)氣階段換氣過程可分為三個(gè)階段1.自由排氣階段從排氣門打開到氣缸內(nèi)壓力接近于排氣管壓力的這段時(shí)期。分為：⑴超臨界狀態(tài)

⑵亞臨界狀態(tài)排氣閥剛開始開啟時(shí)，氣缸內(nèi)的壓力大大超過排氣管內(nèi)壓力，氣缸內(nèi)的壓力是排氣管內(nèi)的兩倍以上。P/P大于臨界值（P/P=1.9）。這時(shí)排氣的流動(dòng)處于超臨界狀態(tài)，氣體此時(shí)是音速流過氣門的。隨著活塞的推移，缸內(nèi)的壓力迅速下降，當(dāng)缸內(nèi)壓力與排氣管壓力之比為1.9以下時(shí)，即P/P0<1.9時(shí)，排氣的流動(dòng)進(jìn)入亞臨界狀態(tài)。

在強(qiáng)制排氣階段中，廢氣是由上行活塞強(qiáng)制推出。2.強(qiáng)制排氣階段為什么要在活塞到達(dá)下止點(diǎn)前就打開排氣閥？從排氣閥打開到下止點(diǎn)為止，這段曲軸轉(zhuǎn)角稱為排氣提前角。從上止點(diǎn)到排氣閥關(guān)閉終了這段曲軸轉(zhuǎn)角為排氣遲閉角。為什么排氣閥是在活塞過了上止點(diǎn)后才關(guān)閉？從下止點(diǎn)到進(jìn)氣閥終了這段曲軸轉(zhuǎn)角稱為進(jìn)氣遲閉角。從進(jìn)氣門打開到上止點(diǎn)為止，這段曲軸轉(zhuǎn)角稱為進(jìn)氣提前角。進(jìn)氣閥必須在上止點(diǎn)前開始打開？進(jìn)氣閥關(guān)閉時(shí)也必須在下止點(diǎn)后才關(guān)閉？3.進(jìn)氣階段進(jìn)氣門早開：增大了進(jìn)氣行程開始時(shí)氣門的開啟高度，減小進(jìn)氣阻力，增加進(jìn)氣量。進(jìn)氣門晚關(guān)：延長(zhǎng)了進(jìn)氣時(shí)間，在大氣壓和氣體慣性力的作用下，增加進(jìn)氣量。排氣門早開：借助氣缸內(nèi)的高壓自行排氣，大大減小了排氣阻力，使排氣干凈。排氣門晚關(guān)：延長(zhǎng)了排氣時(shí)間，在廢氣壓力和廢氣慣性力的作用下，使排氣干凈。排氣門晚關(guān)進(jìn)氣門早開氣門重疊氣門重疊會(huì)產(chǎn)生串氣嗎？不會(huì)流動(dòng)慣性時(shí)間極短進(jìn)氣流有助于更好地排氣二.換氣損失換氣損失???íì?íìxyw進(jìn)氣損失強(qiáng)制排氣損失自由排氣損失排氣損失⑴e`（排氣門太早開啟）膨脹功損失：面積e`bb`太大，且不可能由排氣所消耗的絕對(duì)功的減少來補(bǔ)償?？梢姡喝绻艢馓崆敖恰?，則w↑，y↓

排氣提前角↓，則w↓，y↑

所以：最有利的排氣提前角，必須是使（w+y）最小。⑵e``（排氣門太晚開啟）膨脹功損失：面積e``bb``較小，但在b``r``期間排出廢氣所需要的功較多。如何使排氣損失最小?e’e”第二節(jié)四行程發(fā)動(dòng)機(jī)的充氣效率一、充氣效率用流量計(jì)測(cè)量由Vh計(jì)算1.定義2.實(shí)驗(yàn)測(cè)定3.分析式引入殘余廢氣系數(shù)γ,則:

令將代入考慮進(jìn)、排氣門遲閉角的影響得到無疑pa增加,ηv增加

pa=ps-△p

①負(fù)荷不變，轉(zhuǎn)速變化時(shí)

②轉(zhuǎn)速不變,負(fù)荷變化時(shí)

a.柴油機(jī)

b.汽油機(jī)

轉(zhuǎn)速↑,則△p↑↑,從而pa↓，ηv↓△p基本不變,從而pa基本不變，ηv基本不變負(fù)荷↑,則△p↓,從而pa↑，ηv↑二、影響充氣效率的因素1．進(jìn)氣終了壓力pa

Ta值愈高，充入汽缸的工質(zhì)密度愈小，ηv降低。3．殘余廢氣系數(shù)γ氣缸殘余廢氣量多，ηv下降，殘余廢氣量多，則燃燒惡化，內(nèi)燃機(jī)經(jīng)濟(jì)性下降，排出有害物及碳煙增加。2．進(jìn)氣終了溫度Ta由于進(jìn)氣門遲閉，進(jìn)氣終了壓力因氣流慣性作用而增加,即pa↑，所以充氣效率ηv↑4.配氣定時(shí)

ε增加,Vc↓，廢氣↓，ηv↑增壓，壓力↑，進(jìn)氣↑，pa↑，充氣效率ηv↑5.壓縮比ε6.進(jìn)氣(或大氣)狀態(tài)1．進(jìn)氣馬赫數(shù)Ma進(jìn)氣馬赫數(shù)Ma：進(jìn)氣門處的氣流平均速度Vm與該處音速a之比。

第三節(jié)提高充氣效率的措施

——減少進(jìn)氣系統(tǒng)的阻力一．進(jìn)氣門處的流動(dòng)損失

2．增加進(jìn)氣門直徑和氣門數(shù)目

3．適當(dāng)增加氣門升程4．減少氣門處的流動(dòng)損失2．增加進(jìn)氣門直徑和氣門數(shù)目3．適當(dāng)增加氣門升程4．減少氣門處的流動(dòng)損失二．進(jìn)氣道和進(jìn)氣管阻力三．空氣濾清器的阻力在進(jìn)、排氣門開關(guān)的四個(gè)配氣相位角中，進(jìn)氣門遲閉角的改變，對(duì)充氣效率影響最大。第四節(jié)提高充氣效率的措施

——合理選擇配氣定時(shí)一、配氣相位的選擇二、可變配氣相位控制系統(tǒng)1、可變凸輪機(jī)構(gòu)凸輪相位可變寶馬公司的雙凸輪軸可變氣門正時(shí)系統(tǒng)2．可變氣門定時(shí)進(jìn)氣持續(xù)期可變第五節(jié)提高充氣效率的措施

——利用進(jìn)氣管的動(dòng)態(tài)效應(yīng)進(jìn)氣管的動(dòng)態(tài)效應(yīng)慣性效應(yīng)波動(dòng)效應(yīng)在超音速氣流中，存在兩個(gè)基本物理現(xiàn)象，一是膨脹波，另一個(gè)是激波。膨脹波是使氣流發(fā)生膨脹的擾動(dòng)波，而激波是以一定強(qiáng)度使氣流發(fā)生突然壓縮的波。一．進(jìn)氣管的慣性效應(yīng)定義：進(jìn)氣管內(nèi)的壓力波對(duì)本循環(huán)的進(jìn)氣過程有直接影響。這種影響稱慣性效應(yīng)。邊界條件：

①當(dāng)波傳到固壁端，反射回來的是同類波。

②當(dāng)波傳到開口端，且管外壓力不變，反射回來的是異類波。動(dòng)畫二．進(jìn)氣管的波動(dòng)效應(yīng)

定義：進(jìn)氣管內(nèi)殘存的壓力波對(duì)下一循環(huán)進(jìn)氣過程的影響叫做波動(dòng)效應(yīng)。動(dòng)畫慣性效應(yīng)由于是在同一循環(huán)中，所以衰減小，振幅大，對(duì)ηv的影響更大，而波動(dòng)效應(yīng)是經(jīng)過多次反射后的波，所以衰減大，振幅小，對(duì)ηv的影響相對(duì)較小，所以慣性效應(yīng)是主要的。進(jìn)氣持續(xù)角為θ，進(jìn)氣持續(xù)時(shí)