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1、第二章第二章 發(fā)動機的換氣過程發(fā)動機的換氣過程換氣過程：排氣過程進氣過程任務：排除缸內廢氣并充入盡可能多的新鮮工質。問題：換氣過程對發(fā)動機性能會有哪些影響？換氣過程對汽車性能會有哪些影響？燃燒是做燃燒是做功之本功之本燃燒需要燃燒需要空氣與燃空氣與燃料料燃料容易控制（噴射式）氣缸工作容積限制進氣量應該好好研究換氣過程的特點本章學習線索進排氣各階段特點如何評價換氣性能提高性能措施本章內容四行程發(fā)動機的換氣影響換氣性能因素提高換氣性能措施二行程發(fā)動機的換氣第一節(jié) 四行程發(fā)動機換氣過程一、換氣過程排氣門開啟直到進氣門關閉的過程。四階段：1、自由排氣2、強制排氣3、氣門疊開4、進氣1、自由排氣階段 p

2、p p=p 靠缸內壓力將氣體擠出氣缸。其中p缸內壓力,p排氣管內壓力。注意：氣體流速很高，產生排氣噪聲。排氣門提前開啟。2、強制排氣階段p=p p p靠活塞上行將廢氣擠出氣缸。排氣門遲閉。3、進氣過程進氣提前；進氣遲閉。進氣遲閉角與轉速有關。4、氣門疊開排氣門遲閉，進氣門早開。氣門疊開角：非增壓：2060 CA。太大 廢氣回流進氣道。太小 掃氣作用不明顯。增壓：110140 CA。對比：6135型高柴：非增壓：40,增壓：124。二、換氣損失理論循環(huán)換氣功與實際循環(huán)換氣功之差。包括：排氣損失，進氣損失。（一）排氣損失自由排氣損失W：因排氣門提前開啟而損失的膨脹功,強制排氣損失Y：活塞作用在廢氣

3、上的推出功。最佳情況：（WY）最小。（二）進氣損失克服進氣系統(tǒng)阻力。較小。所以：換氣損失進氣損失排氣損失（三）泵氣損失與泵氣功泵損失：（XYd）。泵氣功：（XYd）用功表示。第二節(jié) 四行程發(fā)動機充量系數(shù)一 充量系數(shù)（一）定義 實際進入氣缸中的新鮮充量與理論上進氣狀態(tài)下充滿工作容積的新鮮充量之比稱為充量系數(shù),即:進氣狀態(tài)：非增壓：空氣濾清器后進氣管內的氣體狀態(tài),通常取為當?shù)氐拇髿鉅顟B(tài)。增 壓：增壓器出口狀態(tài)。（二）實際測量 其中：實際測量的進氣量 L/h 充量系數(shù)是衡量換氣過程進行的完善程度的重要指標。柴油機 0.750.90 汽油機 0.700.85二、充量系數(shù)分析式 1、進氣門關閉時（以下標

4、a表示）缸內氣體的總質量為：2、排氣門關閉時缸內殘余廢氣的質量：3、充入氣缸的新鮮充量：殘余廢氣系數(shù)：三、影響充量系數(shù)的因素進氣狀態(tài)進氣終了狀態(tài)殘余廢氣系數(shù)壓縮比氣門正時1、進氣終了壓力進氣終了壓力上升，充量系數(shù)上升。1）結構因素；沿程阻力，局部阻力。2）使用因素：轉速，負荷。轉速：增加，進氣終了壓力下降。負荷（轉速不變）：汽油機，負荷下降，進氣終了壓力下降。柴油機，變化較小。2、進氣終了溫度進氣終了溫度高于進氣管狀態(tài)溫度：1）被高溫零件加熱；2）與殘余廢氣混合被加熱；3）進氣利用廢氣或冷卻水加熱。（化油器式汽油機）該溫度上升，充量系數(shù)下降。負荷不變：轉速上升，溫度稍降。轉速不變：負荷上升，溫

5、度上升。3、殘余廢氣系數(shù)4、配氣定時5、壓縮比6、進氣狀態(tài)總結：從動力性角度考慮，應盡量提高充量系數(shù)，為燃燒做準備。提高措施提高措施提高措施提高措施降低進氣系統(tǒng)的阻力降低進氣系統(tǒng)的阻力降低進氣系統(tǒng)的阻力降低進氣系統(tǒng)的阻力損失，提高氣缸內損失，提高氣缸內損失，提高氣缸內損失，提高氣缸內進氣終了時的進氣終了時的進氣終了時的進氣終了時的壓力壓力壓力壓力papa降低排氣系統(tǒng)的阻力損失，降低排氣系統(tǒng)的阻力損失，降低排氣系統(tǒng)的阻力損失，降低排氣系統(tǒng)的阻力損失，以減小缸內的以減小缸內的以減小缸內的以減小缸內的殘余廢氣系數(shù)殘余廢氣系數(shù)殘余廢氣系數(shù)殘余廢氣系數(shù)rr減少高溫零件在進氣系統(tǒng)減少高溫零件在進氣系統(tǒng)減少

6、高溫零件在進氣系統(tǒng)減少高溫零件在進氣系統(tǒng)中對新鮮充量的加熱，中對新鮮充量的加熱，中對新鮮充量的加熱，中對新鮮充量的加熱，以降低進氣終了時的以降低進氣終了時的以降低進氣終了時的以降低進氣終了時的充量溫度充量溫度充量溫度充量溫度TaTa重要重要重要重要結構一定結構一定結構一定結構一定,即即即即 c c一定一定一定一定第三節(jié)第三節(jié) 提高充量系數(shù)的措施提高充量系數(shù)的措施一、減少進氣系統(tǒng)的阻力沿程阻力：管道短，壁面光滑，一般不大；局部阻力：進氣門座處，空氣濾清器，流道轉彎處比較明顯。（一）降低進氣門處的流動損失1、時面值 整個氣門開啟時間內的氣體流量：時面值：（一）降低進氣門處的流動損失2、氣門直徑 一

7、般:0.200.25 一般：進氣門直徑排氣門直徑 3、氣門數(shù)3、氣門數(shù)一般：D80mm，二進二排；D80mm，三進二排。四氣門：二氣門，功率提高70，扭矩提高30。4、氣門升程適當增加，可提高氣門通過能力。5、減少氣門處流動損失1）閥頂圓角過渡圓滑；2）減少氣門、閥座銳邊設計。（二）減小進氣管阻力1 表面光潔度和流通面積表面光潔度，流通面積 沿程阻力 2 轉彎和節(jié)流阻力 轉彎半徑R，截面突變 3 截面形狀 截面形狀 圓形 矩形 D形 流動阻力 小 大 中（三）減小進氣道阻力 轉彎半徑R，表面光潔度，各管口與墊片孔口對中 流動阻力 （四）空氣濾清器 通道面積，除塵效果 流動阻力 經常清洗，更換紙

8、芯。（五）化油器 喉口截面積 流動阻力 ，但霧化效果。解決這對矛盾，采用雙喉口。小喉口：霧化；大喉口：進氣。二、降低排氣系統(tǒng)的阻力1、合理選擇排氣道結構型式；2、避免突變截面、急轉彎、凸臺；3、良好的排氣歧管造型；4、盡量減少消聲器阻力。三、降低進氣溫度減少對進氣加熱：負荷、轉速、冷卻水溫等都有影響。措施：進排氣管分開布置。四、合理選擇配氣定時配氣定時對充量系數(shù)的影響：1、轉速一定，有一最佳進氣遲閉角，可得最大充量系數(shù)；2、不同進氣遲閉角，最大充量系數(shù)對應的轉速不同。3、氣門重疊角過大，廢氣易倒流回氣缸；過小，掃氣不干凈，充量系數(shù)下降。配氣定時的評定：良好的充量系數(shù)以保證發(fā)動機的動力性能。合適

9、的充量系數(shù)曲線以保證發(fā)動機的扭矩特性。較小的換氣損失以保證發(fā)動機的經濟性能。保證高溫零件可靠性和減少排污。保證必要的起動性。五、進氣管的動態(tài)效應現(xiàn)象：195柴油機：進氣管長度L=300 mm L=1140 mm 五、進氣管的動態(tài)效應利用進排氣間歇產生壓力波來提高進氣門關閉前的進氣壓力，提高充量系數(shù)。優(yōu)點：結構簡單、慣性小、響應快。分類：慣性效應、波動效應。五、進氣管的動態(tài)效應閉口端：進：壓縮波 反射:壓縮波 同型波 進：膨脹波 反射:膨脹波 同型波開口端：進：壓縮波 反射:膨脹波 異型波 進：膨脹波 反射:壓縮波 異型波五、進氣管的動態(tài)效應1、慣性效應：膨脹波壓縮波。階段：進氣門開 進氣門閉

10、膨脹波 壓縮波（進氣門閉）2、波動效應 階段：進氣門閉 下一循環(huán)進氣門開 壓縮波 膨脹波 膨脹波 壓縮波（進氣門開）壓力波動是周期性的。六、可變進氣系統(tǒng)技術1、可變進氣管穩(wěn)壓室下游轉換閥長短進氣管；中低速，關閥，長管；高速，開閥，同時用長短管。2、可變氣門定時：1）凸輪相位可變；2）進氣持續(xù)期可變。第四節(jié) 二行程發(fā)動機的換氣過程一、換氣過程1、自由排氣2、掃氣和強制排氣3、額外排氣1、自由排氣從排氣口開啟直到新鮮充量進入氣缸為止，稱為自由排氣階段。排氣口開啟：一般在下止點前6075(CA)。排氣流量與排氣管內的氣體狀態(tài)無關，只取決于缸內氣體的狀態(tài)和排氣口流通截面的大小。在自由排氣階段,缸內燃氣

11、可以流出大約70%80%。2、掃氣和強制排氣階段掃氣與強制排氣階段：掃氣口開啟，新鮮充量進入氣缸，直到活塞下行到下止點后再上行將掃氣口關閉為止。小：掃氣口開度很小，而排氣口已開大，主要的流動阻力在掃氣口。中：隨著活塞的下行及廢氣的迅速外流，由于掃氣口開度也已經加大，可以使新鮮充量急速流人氣缸中。大：掃氣口與排氣口開度均較大，掃氣氣流經過掃氣口進入氣缸，將缸內廢氣從排氣口壓向排氣管，實現(xiàn)氣缸掃氣。3過后排氣或過后充氣階段過后排氣階段（額外排氣）：從掃氣口關閉到排氣口關閉期間。過后充氣階段：對于掃氣口關閉時刻晚于排氣口的發(fā)動機而言，由于可以獲得新鮮充量的額外加入。該階段所持續(xù)的時間較短。二、二沖程

12、內燃機的換氣過程的特點(1)換氣時間短(2)進、排氣過程同時進行 二沖程內燃機的換氣質量比四沖程內燃機的差。(3)掃氣消耗功大 (4)二沖程汽油機的HC排放高 二沖程發(fā)動機適用范圍：二沖程發(fā)動機適用范圍：二沖程內燃機適合于工況穩(wěn)定的大型低速船用或固定式(如發(fā)電機組)，以及對比功率、比質量指標要求較高的摩托車發(fā)動機以及小型汽油機。三、掃氣泵三、掃氣泵1、曲軸箱掃氣：曲軸箱壓縮比：最大容積與最小容積之比。特點：結構簡單、緊湊，用于小型汽油機及單缸柴油機。2、單獨的掃氣泵：轉子泵或離心泵，由發(fā)動機曲軸驅動。3、廢氣渦輪增壓 四、掃氣系統(tǒng)的基本形式四、掃氣系統(tǒng)的基本形式根據(jù)新鮮充量在氣缸中流動的性質，

13、分為橫流、回流和直流。1、橫流掃氣結構：掃氣口與排氣口布置在氣缸圓周相對的兩個壁面上；掃氣口在縱橫方向均有傾斜角。優(yōu)點：結構簡單，制造方便，且可以降低內燃機的高度尺寸。2、回流掃氣 結構：掃氣口與排氣口位于氣缸同側。掃氣門在縱橫方向有傾斜角。優(yōu)點：其結構簡單，制造方便在小型高速汽油機上獲得廣泛應用。3、直流掃氣特點：掃氣氣流沿氣缸軸線運動。氣門氣孔換氣方案：1）、排氣門由凸輪機構驅動，可實現(xiàn)不對稱換氣，將排氣門較早關閉，以達到過后充氣的目的。2）掃氣口沿切線方向排列，較好地避免新鮮充量與廢氣的互相混合，并排出廢氣。缺點：結構較為復雜，排氣門的尺寸也比四沖程內燃機大。五、換氣質量的評價五、換氣質

14、量的評價1、掃氣效率：換氣過程結束后,留在氣缸內的新鮮充量的質量m0與缸內氣體總質量mg的比值，即 式中，mr是殘余廢氣質量。衡量掃氣效果優(yōu)劣的重要標志。值越大，掃氣效果越好。五、換氣質量的評價五、換氣質量的評價2、過量掃氣系數(shù)：每循環(huán)流過掃氣口的充量質量mk與掃氣狀態(tài)(ps,Ts)下氣缸沖程容積的充量質量ms之比：一般為1.21.5。換氣系統(tǒng)越完善，能達到同樣換氣效果的 k 越小，消耗于驅動掃氣泵的功率也越小。五、換氣質量的評價五、換氣質量的評價3、給氣效率：換氣后留在氣缸內的新氣質量與每循環(huán)供給的新氣質量之比。從數(shù)量上說明新氣流失量的多少。習題：1 什么是充量系數(shù)？怎樣確定一臺發(fā)動機的充量系數(shù)？2 試根據(jù)充量系數(shù)的分析式，說明提高充量系數(shù)的措施。3 試述轉速和負荷是如何影響充量系數(shù)的，汽油機與柴油機有什么不同？4 如何選擇柴油機和汽油機進氣管的截面形狀？5 柴油機和汽油機的進氣管應如何布置？6 怎樣綜合評定發(fā)動機配氣定時的合理與否？7 進氣慣性效應和波動效應有何不同？