汽车发动机原理5609434854

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1、第二章第二章 发动机的换气过程发动机的换气过程本章要求：本章要求：了解：了解：二冲程发动二冲程发动机的换气过程。机的换气过程。理解：理解：配气相位，配气相位，充气效率和影充气效率和影响因素。响因素。掌握：掌握：四冲程发动四冲程发动机的换气过程机的换气过程和换气损失和换气损失。1第一节第一节 四行程发动机的换气过程四行程发动机的换气过程一、换气过程一、换气过程 分五个阶段：分五个阶段：1 1、自由排气阶段自由排气阶段 2 2、强制排气阶段强制排气阶段3 3、进排气重叠阶段进排气重叠阶段 4 4、进气阶段进气阶段5 5、惯性进气阶段惯性进气阶段发动机的换气过程是排气过程和进气过程的通称发动机的换气

2、过程是排气过程和进气过程的通称;包括从排气门包括从排气门开启直到进气门关闭的整个时期开启直到进气门关闭的整个时期;约占约占410480曲轴转角。曲轴转角。换气过程的任务：换气过程的任务：将缸内空气排出干净将缸内空气排出干净,并充入尽量多的新鲜充量。并充入尽量多的新鲜充量。换气过程进行的完善程度是提高发动机动力性的重要因素。换气过程进行的完善程度是提高发动机动力性的重要因素。2图图3-1 3-1 气缸内压力和排气管内压力以气缸内压力和排气管内压力以及进、排气流通截面积随曲轴转角的变及进、排气流通截面积随曲轴转角的变化关系化关系3自由排气阶段：自由排气阶段：从排气门打开到气缸压力接近于排气管压力的

3、这个时期从排气门打开到气缸压力接近于排气管压力的这个时期,称为称为自由自由排气阶段排气阶段。缸内压力与排气管压力之比大于临界值，排气流动出于超临界状缸内压力与排气管压力之比大于临界值，排气流动出于超临界状态，废气以当地音速态，废气以当地音速a a排出，流量与排气管压力无关。排出，流量与排气管压力无关。临界值临界值:(/(K+1)/(K+1)(K/(K-1)(K/(K-1),a=(KRT),a=(KRT)1/21/2 (m/sm/s)（当（当T=7001100KT=7001100K时。时。A A可达可达500700m/s)500700m/s)。废气的排出废气的排出 排气门提前开，一般排气提前角设

4、计为排气门提前开，一般排气提前角设计为30-8030-80 CACA曲轴转角。曲轴转角。高速高速机中，应加大排气提前角。机中，应加大排气提前角。如如 CA6102CA6102，n n3300r/min3300r/min，排气提前角排气提前角4242；切诺基切诺基,n,n5600r/min5600r/min，排气提前角排气提前角5656 4强制排气阶段：强制排气阶段：气缸内压力下降到接近排气管内压力气缸内压力下降到接近排气管内压力时（下止点后时（下止点后1030 CACA），压力差很小，），压力差很小，废气需依靠活塞上行被废气需依靠活塞上行被强制推出强制推出。此阶段在整个排气过程中持续的时间此阶

5、段在整个排气过程中持续的时间最长，但排出的废气量少于自由排气阶最长，但排出的废气量少于自由排气阶段排出的废气量。段排出的废气量。5进排气重叠阶段：进排气重叠阶段：由于排气门迟后关闭，进气门提前开启，因此存在由于排气门迟后关闭，进气门提前开启，因此存在进排气门同时打开进排气门同时打开的现象，的现象，称为称为气门叠开，也称扫气气门叠开，也称扫气阶段，阶段，清除残余废气，增加进气清除残余废气，增加进气。排气滞后角一般为排气滞后角一般为10103535CACA，进气提前角一般为进气提前角一般为10104040CACA。非增压进排气门重叠角一般为非增压进排气门重叠角一般为20-6020-60，增压柴油机

6、增压柴油机，因其进气压力高，故因其进气压力高，故需较大的气门重叠角需较大的气门重叠角，一般为，一般为80-80-160160。6进气阶段：进气阶段：排气门关闭后，活塞继续下行，新鲜气体排气门关闭后，活塞继续下行，新鲜气体被被吸入气缸吸入气缸。由于进气系统有一定的阻力，因此进气阶段由于进气系统有一定的阻力，因此进气阶段气缸内的压力低于大气压力。气缸内的压力低于大气压力。新鲜气体在进气管中，受到排气管的加热新鲜气体在进气管中，受到排气管的加热（汽油机中），流入气缸内的气体受到缸内残（汽油机中），流入气缸内的气体受到缸内残余废气的加热，余废气的加热，其温度高于大气温度。其温度高于大气温度。7惯性进气

7、阶段：惯性进气阶段：利用气流的利用气流的惯性进气惯性进气，进气门滞后关。转，进气门滞后关。转速越高，活塞平均速度和进气流速越大，速越高，活塞平均速度和进气流速越大，进气气流动能越大，故高速内燃机进气滞进气气流动能越大，故高速内燃机进气滞后角较大。后角较大。从活塞行至下止点到进气门完全关闭时的从活塞行至下止点到进气门完全关闭时的曲轴转角，称为曲轴转角，称为进气滞后角进气滞后角，一般为，一般为40407070CA.CA.8二、换气损失二、换气损失排气损失排气损失图图3-2 3-2 四行程发动机的换气损失四行程发动机的换气损失w:w:膨胀损失膨胀损失；x:x:推出损失推出损失；进气损失进气损失y:y

8、:进气损失进气损失；换气损失：换气损失：x+y+wx+y+w泵气损失：泵气损失：x+y-ux+y-u91 1、排气损失、排气损失 由于排气门提前开启，造成循环功的损失由于排气门提前开启，造成循环功的损失w（膨胀损失或自由排气损失）膨胀损失或自由排气损失）；和活塞将废气推；和活塞将废气推出的损失出的损失x x（推出损失或强制排气损失）。推出损失或强制排气损失）。2 2、进气损失、进气损失 由于进气系统存在阻力由于进气系统存在阻力,造成循环功的损失。造成循环功的损失。实际示功图中实际示功图中,把图把图3-23-2中的中的（x+y-ux+y-u）部分称为部分称为泵气损失泵气损失,归入机械损失中归入机

9、械损失中；而把图；而把图3-23-2中的中的w w、u u部分部分归到指示效率中归到指示效率中考虑。考虑。10 随着排气提前角的随着排气提前角的增大增大,膨胀损失增加膨胀损失增加,推出损失减小。推出损失减小。图图3-3 3-3 四行程发动机的换气损失四行程发动机的换气损失a-a-提前角适当；提前角适当；b-b-提前角过大；提前角过大；c-c-提前角过小；提前角过小；d-d-排气阻力过大。排气阻力过大。适当的排气提前角适当的排气提前角应使两者之和最小，应使两者之和最小，即即W+XW+X最小最小。11第二节第二节 充气效率充气效率(充气系数充气系数)一、扫气效率一、扫气效率sc 指封存在气缸内的空

10、气质量指封存在气缸内的空气质量m ma a与封存在气缸内的总气与封存在气缸内的总气体质量体质量(m ma a+m+mr r)之比之比 sc=ma/(ma+mr)=1/(1+r)(sc大则残余废气少大则残余废气少)mr残余废气质量；残余废气质量；r=mr/ma 残余废气系数残余废气系数 二、容积效率二、容积效率v 指封存在气缸内的总气体质量与在进气状态下（指封存在气缸内的总气体质量与在进气状态下（P Ps s、T Ts s）封存在气缸内的空气质量）封存在气缸内的空气质量m之比之比 v=(ma+mr)/m4对非增压发动机，进气状态指空气滤清器后进气管内的气体状态。对非增压发动机，进气状态指空气滤清

11、器后进气管内的气体状态。对增压发动机，指压气机后进气管内的气体状态。对增压发动机，指压气机后进气管内的气体状态。12三、充气效率三、充气效率CH指封存在气缸内的空气质量（混合气）指封存在气缸内的空气质量（混合气）m ma a与在进气状态下与在进气状态下（P Ps s、T Ts s）封存在气缸内的空气质量（混合气）封存在气缸内的空气质量（混合气）m之比之比 CH=ma/m=Vs/Vh CH=SC V(由于进气阻力、气缸压力和温度的影响，由于进气阻力、气缸压力和温度的影响，CH(To)=0 0=m=ma a=发动机功率发动机功率。16 (1)进气系统进气系统 一般包括进气门、进气管、空滤器、化油器

12、、进一般包括进气门、进气管、空滤器、化油器、进气道等部件。气道等部件。要尽量减少各部件的流动阻力，以要尽量减少各部件的流动阻力，以增大进气终了的压力，提高充量系数增大进气终了的压力，提高充量系数。试验证明，增大进气终了的压力比降低残余废气试验证明，增大进气终了的压力比降低残余废气系数对充量系数的影响大，所以设计成系数对充量系数的影响大，所以设计成进气门直进气门直径大于排气门直径径大于排气门直径，气门顶部的形状呈流线型气门顶部的形状呈流线型。（2）压缩比）压缩比 ，Vc，r r，CHCH。2、结构因素、结构因素17（3 3）配气相位配气相位配气相位是进排气门启闭角与曲轴转角的关系。配气相位是进排

13、气门启闭角与曲轴转角的关系。配气相位中，进气滞后角配气相位中，进气滞后角对对CH的影响最大。改变进的影响最大。改变进气滞后角可以改变气滞后角可以改变CH随转随转速变化的趋向，用以速变化的趋向，用以调整发动机的扭矩和有效调整发动机的扭矩和有效功率。功率。（图图3-8）高速发动机进气滞后角高速发动机进气滞后角较大，以提高高速下的充较大，以提高高速下的充量系数。量系数。配气相位是靠选定的凸轮配气相位是靠选定的凸轮型线来进行控制的。型线来进行控制的。18四、提高充气系数的措施四、提高充气系数的措施1、减小进气系统的阻力、减小进气系统的阻力 Pa CH（1）减小空滤器的阻力）减小空滤器的阻力设计低阻高效

14、，使用保养清洁。（2）减小化油器的阻力）减小化油器的阻力化油器喉管的阻力，取消化油器，采用汽油喷射（3）减小进气管、道的阻力）减小进气管、道的阻力汽油机歧管矩形断面小流速快汽化好阻力大柴油机歧管圆形断面大流速慢汽化差阻力小设计合理选择断面，弯少避免突变。使用清除积炭、安装正确、保持畅通。（4）减小进气门的阻力）减小进气门的阻力增大进气门直径增加进气门数目增大进气门直径增加进气门数目增加进气门升程改善气门头与杆的过渡形状增加进气门升程改善气门头与杆的过渡形状192、减小排气系统的阻力、减小排气系统的阻力使用清除积炭、安装正确、保持畅通。3、合理进气予热、合理进气予热 柴油机进、排气管分两侧布置4

15、、合理配气相位、合理配气相位进气迟闭角进气迟闭角5、可变进气系统、可变进气系统可变配气相位可变配气相位 低速，进气滞后角小防止新气倒流 高速，进气滞后角大充分利用气体流动惯性可变进气管道可变进气管道低速与小负荷进气管道细而长高速与大负荷进气管道粗而短可变进气门（可变进气门（VVT）低速与小负荷仅开一个主进气门 高速与大负荷时开几个进气门。这一过程由凸轮轴控制进气道的转换阀来实现。20四冲程发动机的充量系数四冲程发动机的充量系数图图3-5 CHCH随随n n的变化关系的变化关系 图图3-6 四行程发动机四行程发动机 充量系数的范围充量系数的范围21 在实际使用中，在实际使用中，如果如果进气门间隙进气门间隙过大过大，不仅使气，不仅使气门的时间门的时间-断面值断面值减少，还使减少，还使进气进气滞后角减小滞后角减小，改，改变充量系数随转变充量系数随转速的变化趋向，速的变化趋向，影响车辆的使用。影响车辆的使用。图图3-8 进气滞后角对充量系数、进气滞后角对充量系数、扭矩、功率的影响扭矩、功率的影响22