第四章换气系统与换气过程1
第四章 换气过程
从排气过程、扫气过程到进气的整个气体更换过程叫做换气过程。
四冲程柴油机采用气阀换气，气阀的开度由气阀凸轮决定。
二冲程机气口换气，气口开度由活塞决定。
时面值表示了气阀与气口的流通能力。
换气过程的好坏以废气是否排除干净、新鲜空气冲入多少、新鲜空气量的消耗量为标志。
四冲程机的换气：从排气阀开到进气阀关的整个换气过程自由排气阶段：排气阀开启到缸内气压等于排气背压强制排气阶段：自由排气结束到排气阀关闭（过后排气）进气阶段：排气阀关闭到进气阀关闭（可以实现燃烧室扫气，一般只有四冲程机可以）二冲程机的换气：从排气口（阀）开到排气口（阀）关的过程自由排气阶段：从排气口开到扫气压力等于缸内压力强制排气和扫气阶段：进气开始到扫气口关闭的过程过后排气阶段：从扫气口关闭到排气口关闭二冲程机换气好坏取决于：扫排气重叠角、气阀开启延续时间、气阀的流通时间气阀采用耐热合金钢制造，采用氮化和镀鉻的方法增强其耐磨性不带阀壳的气阀，直接装在气缸盖上，不用冷却水，拆起来麻烦，一般用于中小型机带阀壳的气阀，多用于排气阀，其拆装简单、方便，有润滑油道、冷却水腔，用于大型机带壳式气阀机构：分阀盘和阀杆两部分，为提高充气效率，进气阀直径比排气阀直径大，导管由铸铁或者青铜制造，承受气阀侧推力并承担启发散热，气阀导承采用稀释的煤油或柴油润滑；气阀弹簧成对安装可以提高弹簧疲劳强度、提高弹簧振动频率防止产生共振，若一根断了还可以暂时使用，避免启发落入气缸并防止互相插入。
阀盘有平底、凸底、凹底三种，阀盘上的圆锥形面起密封作用全接式：用于小型高速机和部分老式机外接式：阀面锥角比阀座锥角小，易发生拱腰变形，用于强载中、高速增压机机内接式：阀面锥角比阀座锥角大，易发生周边翘曲变形，多用于大型二冲程机（长行程和超长行程）常见的锥阀角为30和45，锥角越大，对中性和密封性越好。
旋阀器：使气阀在启闭时缓慢转动，有效的延长排气阀的使用寿命。
可以减少积碳、均匀磨损、贴合严密；均匀散热、受热，防止局部过热；防止卡住。
《换气系统》课件
换气系统的分类
自然换气
原理：利用室 内外空气的温 差和压力差进
行换气
特点：无需机 械设备，节能
环保
应用：适用于 小型、低层建
筑
缺点：换气效 果受气候影响 较大，换气速
度较慢
机械换气
原理：通过机械装置进行气体交换 特点：效率高，稳定性好 应用：广泛应用于医疗、化工、环保等领域 常见类型：离心式、轴流式、混流式等
定期清洗和维护
定期检查换气系统各部件 是否正常工作
定期清洗换气系统内部， 保持清洁
定期更换换气系统滤芯， 保证空气清新
定期检查换气系统密封性， 防止漏气
检查和更换滤网
检查滤网：定期检查滤网的清洁程度，确保其清洁无污垢 更换滤网：根据使用情况，定期更换滤网，确保其性能良好 清洁滤网：使用专用清洁剂或清水清洗滤网，保持其清洁 检查密封性：检查滤网与换气系统的密封性，确保其密封良好，防止漏气
换气系统
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单击输入目录标题 换气系统的基本概念 换气系统的分类 换气系统的原理 换气系统的应用场景 换气系统的优缺点
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换气系统的基本概念
换气系统的定义
换气系统是室内空气净化和通风系统的总称 包括新风系统、空气净化器、排气扇等设备 主要功能是改善室内空气质量，提高室内舒适度 换气系统可以降低室内二氧化碳浓度，增加氧气含量，减少室内污染物和异味
混合换气
原理：将室内空气与室外空气 进行混合，以达到换气的目的
优点：可以降低室内空气污染， 提高室内空气质量
缺点：可能会引入室外空气污 染，影响室内空气质量
应用：适用于需要经常换气的 场所，如办公室、教室等
换气系统的原理
自然换气的原理
自然换气是通过空气流动和压力差来实现的 空气流动：自然换气系统利用空气流动来带走室内的污浊空气，同时引入室外的新鲜空气 压力差：自然换气系统利用室内外的压力差，使室内的空气流向室外，从而实现换气 自然换气系统的优点：节能、环保、健康，能够有效改善室内空气质量
《换气系统》课件
从室内循环到室外，换气系统是一种有效调节室内温度，提高室内空气质量 的智能装置。本课程将带领大家深度剖析换气系统的方方面面。
定义和功能
定义
换气系统是将老旧空气排放到户外，同时将外 部新鲜空气引入室内，维持室内空气新鲜。
功能
换气系统能够帮助去除室内污染物、调节湿度、 防止过度通风和减轻室内氧浓度过高的压力。
护人员。
3
优点
有效循环房间空气、调节室内湿度、节 省能源、降低维护成本等。
改进方法
加快技术更新和创新，推广绿色高效节 能的发展模式，开展科技普及和维护技 能提升等。
类型和结构
集中换气系统
可室外高空处装设换气机组，各 室内采用空气管道，共享一套风 机和新风与排风机组。
分散换气系统
通过安装在墙体或窗口位置的通 风设备，向室内送入新风、排出 内部废气。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
热回收换气系统
将室内老旧空气与送入的新鲜外 部空气进行热交换，维持室内温 度与湿度的平衡。
工作原理和过程
1
新风进入室内
学校
教学楼、学生宿舍、运动场等
发展趋势和研究方向
1 环保
采用新能源技术，减少对环境的污染，提高空气质量。
2 高效节能
采用智能控制系统，根据人员密度和室内温度等自动调节工作状态，实现更低的能耗和 更高的运行效率。
3 健康智能
综合应用新型材料技术，污染监测、远程控制、智能可视化等先进技术，更好地满足人 们的健康和舒适需求。
由外部送风机将新鲜空气引入室内，通过过滤和处理净化，使其更加清新。
2
室内陈旧空气排出
老旧空气通过室内送风管路排出到室外，避免了二次污染，也为新风进入做好了 准备。
1换气过程
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⑵进气过程
指从进气阀开始开启到进气阀完全关 闭为止。也可分为三个阶段。
①准备阶段；②主要进气阶段；③补 充进气阶段
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三、二冲程柴油机的换气过程
二冲程柴油机的换气过程是指从排气 口（或排气阀）打开时起至排气口（或排 气阀）完全关闭时止，新鲜空气充入气缸 和废气排出气缸的过程。
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三、二冲程柴油机的换气过程
三个阶段： ⑴自由排气阶段 ⑵强制排气（扫气）阶段 ⑶过后排气（过后充气）阶段
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二冲程柴油机的换气过程
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四、换气过程的评定指标
换气过程的评定指标主要有：充气系 数、残余废气系数 、扫气效率 、扫气系 数 、扫气过量空气系数等。
充入气缸的新鲜空气量愈多愈好；消耗的功及
流失的空气量要少。
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第一节 柴油机换气过程
一、时面值与角面值 二、四冲程柴油机的换气过程 三、二冲程柴油机的换气过程 四、换气过程的评定指标 五、影响换气过程的主要因素
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一、时面图与时面值
f dt
若画出气阀或气口的开启面积f 随时间t
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一、时面图与时面值
时面值表征了气阀或气口的流通能力。 因此，保证柴油机的换气品质的关键之一 就是保证柴油机气阀或气口有足够的时面 值。
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二、四冲程柴油机的换气过程
⑴排气过程 ⑵进气过程
汽车发动机原理第4章 换气过程与循环充量
VK2
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4.3.2
进气温升对Φc的影响
进气温升△Ta′↑，工质密度↓， Φc ↓。
进气温升△Ta′由下列四项组成，
△Ta′=△Tw+△TL+△Tr+△Tg 式中， △Tw—高温壁面传热所引起的温升；合理冷却，降低热负荷； △TL —压力损失变为摩擦热引起的温升；减小Δpa； △Tr—残余废气与新气混合引起的温升；减小残余废气系数 △Tg——进气过程中，燃料汽化、吸热所引起的温度变化 （注意，柴油机为0、汽油机为负值）。 ——（4-17）
4）进气晚关角 ◎排气早开角的必要性——利用气流惯性； ◎主要影响充量系数； ◎存在最佳进气晚关角， 过小，惯性利用不足，过小，回流。 5）共性问题 ◎随转速升高，最佳相位角应增大； ◎四个相位角中，进气晚关角对充量系数影响最大，排气 早开角对换气损失影响最大； ◎最佳相位角，增压机与非增压机不同（图4-5）； ◎气门重叠角，汽油机＜柴油机＜增压机。
提高进气门流通截面积提高进气门流通截面积多气门国内与国外主要差距2气门dsd220254气门则30以上见表42气门数转矩允许最高转速则最大功率提高气门处流量系数提高气门处流量系数ss也可减小冲程也可减小冲程sse5844ewmvk1vk2passengercargasolineenginembv63vwithdualsparkignitionfordzetecseenginee5821ewmvw4valvecylinderheade5143vk2fzr750enginewith5valvese5757vk24
4.1.3 进排气相位角及其对性能的影响
2）排气晚关角 ◎排气晚关角的必要性——利用气流惯性； ◎主要影响充量系数和换气质量； ◎存在最佳排气晚关角， 过小，惯性利用不足，过大，废气倒流 3）进气早开角 ◎排气早开角的必要性——减小进气节流； ◎对泵气损失和充量系数均有影响； ◎存在一个使换气损失为最小的最佳进气早开角， 过小，进气节流大，过大，易回火。
换气系统与唤起过程
第3章 换气系统与换气过程3.1 换气系统的作用与组成作用:根据发动机各缸的工作循环和着火次序适时地开启和关闭各缸的进、排气门，使足量的纯净空气或空气与燃油的混合气及时地进入气缸，并及时地将废气排出。
组成：空气滤清器、进气管系、配气机构、排气管系和消声器等（图3-1）。
3.1.1 空气滤清器 1.作用去除新鲜空气中尘埃和油雾的装置(空气中灰尘的75％以上是高硬度的SiO 2，发动机不装空气滤清器，将使活塞磨损量增加3倍，活塞环磨损量增加9倍，发动机寿命将缩短2/3)。
图3-1 发动机换气系统组成1-空气滤清器 2-进气管系 3、4-配气机构 5-排气管系 6-消声器2.结构与工作原理结构（以干式纸滤芯空气滤清器为例（图3-2））：滤清器壳体、纸滤芯（用经过树脂处理的微孔滤纸做成）、塑料密封圈。
工作原理：带恒温进气装置的空气滤清器（图3-3）:作用：控制进气温度在30～53℃之间，可降低有害的CO 、HC 排放。
结构：增设一套空气加热与控制系统，二个进气口，一个接热空气管10，另一个接冷空气进气导流管1，由阀门3控制二个进气管的开闭。
原理：当发动机冷起动时，汽车前罩下的环境温度低于30℃，温度传感器4通过控制机构使控制阀3关闭导流管1，打开热空气管10，冷空气从排气支管8上部的热炉加热，经热空气管10和空气滤清器5进入动机；当温度超过53℃时，温度控制机构使控制阀3完全关闭热空气管10，进入空气滤清器的空气全部是环境空气。
当温度在30～53℃时，控制阀3部分开启，二个进气口均有空气流过。
3. 空气滤清器的分类 （1）按工作原理分 惯性式:利用气流高速旋转的离心力作用，将空气中的尘埃和杂质分离； 过滤式:利用滤芯材料滤除空气的尘埃和杂质。
综合式: 惯性式和过滤式都有。
（2）按滤芯材料分有纸滤芯、铁丝网滤芯等。
纸滤芯具有重量轻、成本低、滤清效果好等优点。
图3-2 干式纸滤芯空气滤清器a ）滤清器总成b ）纸滤芯1-滤芯 2-滤清器外壳 3-滤清器盖 4-金属网 5-打褶滤纸 6-滤芯上盖 7-滤芯下盖图3-3 带恒温进气装置的空气滤清器 1-进气导流管 2-真空控制膜盒 3-控制阀 4-进气温度传感器 5-空气滤清器 6-热炉 7-冷空气入口 8-排气支管 9-热空气出口10-热空气管纸质滤芯有干式和湿式两种。
发动机原理发动机的换气过程
发动机原理发动机的换气过程发动机的换气过程是指在内燃机的工作循环中，利用活塞一上一下的往复运动，通过进气、压缩、燃烧和排气四个过程，完成混合气体的吸入、压缩和燃烧排出废气的过程。
下面我们将详细阐述发动机的换气过程，包括四个过程的具体操作：1. 进气过程（Induction Process）进气过程是指活塞内运动时，下行的活塞在气门开启的情况下，通过诱导系统将混合气体吸入燃烧室的过程。
进气过程中，活塞下行，曲轴带动气门运动机构打开进气气门（一般为吸气门），同时缸内压力降低，外界气体通过进气道和空气滤清器进入缸内，与燃油形成可燃混合物。
压缩过程是指活塞内运动时，上行的活塞在气门关闭的情况下，将混合气体压缩至高压的过程。
压缩过程中，活塞上行，压缩混合气体使其体积减小，从而增大混合气体的压力和密度。
这个过程中，活塞上方的火花塞会产生高压电火花，将压缩的混合气体点燃，形成爆震燃烧。
燃烧过程是指在压缩后的混合气体中，由于点燃火花的作用，混合气体发生爆炸燃烧所产生的高温高压气体。
燃烧过程中，经过压缩后的混合气体在火花塞的火花点燃下，迅速发生燃烧，产生高温和高压气体。
高温气体的体积膨胀迅速，推动活塞下行，同时驱动曲轴旋转，在连杆机构的作用下将活塞机械能转化为输出功。
4. 排气过程（Exhaust Process）排气过程是指活塞向上运动时，废气在气门开启的情况下，从燃烧室中排出的过程。
排气过程中，活塞上行，鞘管运动机构打开排气气门，废气被排出燃烧室，通过排气系统最终排出发动机。
总结：发动机的换气过程是通过进气、压缩、燃烧和排气过程，将可燃混合物吸入、压缩、燃烧、排出的过程。
进气过程中，混合气体通过进气道进入缸内；压缩过程中，混合气体被压缩至高压；燃烧过程中，可燃混合物被点燃形成高压气体；排气过程中，废气通过排气系统排出发动机。
通过这一连续的工作过程，发动机将化学能转化为机械能，推动车辆的运动。
内燃机的换气过程
内燃机的换气过程内燃机的换气过程是内燃机排出本循环的已燃气体和为下一循环吸入新鲜充量(空气或可燃混合气)的进排气过程,它是工作循环得以周而复始不断进行的保证。
对四冲程内燃机而言，换气过程是指从排气门开启到进气门关闭的整个过程。
对大部分二冲程内燃机而言，换气过程即为从排气口打开到关闭的整个过程。
在内燃机换气过程中，有时为了控制内燃机的NO x有害排放，还需要进行排气再循环(可分为外部ECR和内部EGR)。
内燃机采用增压技术可以提高进气密度，从而提高发动机的功率，并改善经济性和排放［1］。
内燃机的性能很大程度上依赖其换气过程,为提高动力性和经济性指标，需要研究减少进排气流动阻力损失和提高充量系数的措施及方法，以及如何为燃烧提供一个合适的缸内气体流场，并保证多缸机的各缸均匀性等.第一节四冲程内燃机的换气过程图4—1所示是四冲程内燃机换气过程的示意图,其中图4—1a为内燃机的配气相位与换气过程p—V 示功图。
排气门在下止点前1点开启，由于缸内压力高，燃气快速流出，缸内压力随即迅速下降。
在进排气上止点前，进气门在3点打开，此时，排气门尚未关闭，出现一段时间的气门叠开期，排气门在上止点后2点关闭。
进气门打开初期，由于进气道与缸内压差小，进气流量小，随着活塞运动的加快，造成了缸内较大的真空度，使得中后期的进气速度提高，最后进气门在下止点后4点关闭。
进排气门迟闭角的设计，同它们提前开启一样,是为了增加进排气过程的时面值或角面值,利用气体流动的惯性，增加进气充量或废气的排出量。
四冲程内燃机的换气过程可分为排气、气门叠开、进气三个阶段，图4—1b表示了进排气门的升程和气缸压力随曲轴转角的变化情况。
图4-1 四冲程内燃机换气过程的示意图a)配气相位与低压p—V示功图b)气门升程与p— 示功图IVO一进气门开启角IVC一进气门关闭角EVO一排气门开启角EVC一排气门关闭年V c一余隙容积V s一气缸工作容积一、排气过程由于受配气机构及其运动规律的限制，排气门不可能瞬时完全打开，气门开启有一个过程，其流通截面只能逐渐增加到最大；在排气门开启的最初一段时间内，排气流通截面积很小，废气排出的流量小。
换气过程的四个阶段
换气过程的四个阶段
换气过程的四个阶段是吸气、停顿、呼气和再次停顿。
1. 吸气阶段：在吸气阶段，膈肌和肋间肌收缩，使胸腔容积增大，气压降低，从而使外部空气进入肺部。
2. 停顿阶段：在吸气完成后，呼吸肌肉停止收缩，肺部的容积和气压保持稳定，这个阶段被称为停顿阶段。
3. 呼气阶段：在呼气阶段，膈肌和肋间肌放松，胸腔容积减小，气压增加，从而使肺部的空气排出体外。
4. 再次停顿阶段：在呼气完成后，呼吸肌肉再次停止收缩，肺部的容积和气压再次保持稳定，这个阶段被称为再次停顿阶段。
第四章内燃机的换气过程
第三节 提高内燃机充量系数的措施
一、四冲程内燃机的充量系数
二、提高充量系数的技术措施
一、四冲程内燃机的充量系数
1) 降低进气系统的阻力损失，提高气缸内进气终了压力pa。 2) 降低排气系统的阻力损失，减小缸内的残余废气系数ϕr。 3) 减少高温零件在进气过程中对新鲜充量的加热，以降低进气终了时的充量 温 4) 合理的配气正时和气门升程规律，在减小mr的同时增加m1，即增加pa，减 小 ϕ r。
二、提高充量系数的技术措施
1.降低进气系统的流动阻力 2.采用可变配气系统技术 3.合理利用进气谐振 4.降低排气系统的流动阻力 5.减少对进气充量的加热
1.降低进气系统的流动阻力
虽然充量系数的表达式中不直接反映进气流动过程，但所有损 失恰恰是由于流动造成的。按进气系统流动阻力的性质可分为 两类，一类是沿程阻力，即管道摩擦阻力，它与流速、管长、 管壁表面质量等有关；另一类是局部阻力，它是由于流通截面 的大小、形状以及流动方向的变化造成局部产生涡流所引起的 损失。在内燃机进气流动中，由于进气的管道粗短，壁面比较 光滑，其沿程阻力并不大，进气流动的局部阻力损失是主要损 失，是一系列不同的局部阻力叠加而成，尤其是在空气滤清器、 流道转弯处和进气门座圈处，因此，降低这些部位的局部阻力 损失，对降低进气系统的流动阻力，提高充量系数有显著的作 用。
•与进气系统一样，排气流通截面最小处是排气门座处，此处的 流速最高，压降最大，故在设计时应保证排气门处的良好流体动 力性能。排气道应当是渐扩型，以保证排出气体的充分膨胀。 •排气管也存在谐振现象，所希望的谐振效果是使排气门处的压 力降低，以利于排气。良好的歧管流型与结构也有助于降低排气 流动阻力，特别是对于高速多缸发动机，为避免排气压力波的互 相干涉，用多枝型排气管或多排气管结构来替代单排气管，可以 获得良好的低速转矩与充量系数。 •在排气管中往往还有消声器和排气后处理器(催化转化器)，设计 时应在保证良好的消声与降污效果的前提下，尽可能降低流动阻 力。
肺换气的基本原理和过程
肺换气的基本原理和过程肺换气是指在肺部进行的氧气吸入和二氧化碳排出的过程。
它是人体维持氧气供应和新陈代谢所必需的重要过程之一。
肺换气的基本原理是通过肺泡和毛细血管之间的气体交换，实现氧气从空气中吸入到血液中，并将二氧化碳从血液中排出到空气中。
肺换气的过程可以分为呼吸道通气、肺泡通气和气体交换三个步骤。
首先，呼吸道通气是指气体从外部环境通过鼻腔或口腔进入呼吸道，经过喉部、气管、支气管等通道进入肺部的过程。
在这个过程中，外部空气中的氧气和二氧化碳进入呼吸道。
接下来，肺泡通气是气体通过支气管进入终末细支气管，最后到达肺的最小结构单位——肺泡的过程。
肺泡是呼吸系统中进行气体交换的地方。
在肺泡中，氧气经过薄而湿润的肺泡壁（由肺泡上皮细胞和毛细血管内皮细胞组成），进入毛细血管。
与此同时，二氧化碳从毛细血管经肺泡壁排出到肺泡中。
最后，气体交换是指氧气和二氧化碳在肺泡和毛细血管之间的扩散过程。
氧气从高浓度区域（肺泡）通过肺泡壁进入低浓度区域（毛细血管），并与血红蛋白结合形成氧合血红蛋白。
同时，二氧化碳从高浓度区域（毛细血管）通过肺泡壁进入低浓度区域（肺泡），之后通过呼吸道排出体外。
肺换气的速度和效率受多个因素的影响，包括呼吸肌肉的活动、肺泡表面积及其湿润程度、气道通畅度、气体浓度梯度等。
例如，深呼吸和快速呼吸会增加肺泡通气速率，并提高氧气吸收和二氧化碳排出的效率。
湿润的肺泡壁有助于增加氧气和二氧化碳的溶解度，促进气体交换。
总结起来，肺换气是通过呼吸道通气、肺泡通气和气体交换三个步骤完成的。
它是人体维持氧气供应和排除代谢废物的重要过程。
肺换气的原理是通过肺泡和毛细血管之间的气体扩散，实现氧气从空气中吸入到血液中，并将二氧化碳从血液中排出到空气中。
肺换气的速度和效率受多种因素的影响，包括呼吸肌肉的活动、肺泡表面积、气道通畅度和气体浓度梯度等。
热力发动机原理-换气过程
4.无泵气损失， 4.无泵气损失，但机械效率较低 无泵气损失 二冲程内燃机因无单独的进排气行程，泵气损失为零。 但空气耗量大，扫气泵耗功多，其机械效率一般比四冲程内 燃机的低，燃料消耗率较高，但增压后，二冲程内燃机的燃 料消耗率可接近或略高于四冲程内燃机的燃料消耗率。 5.采用纯燃气涡轮增压较困难 5.采用纯燃气涡轮增压较困难 由于二冲程内燃机的扫气空气耗量较大，新鲜充量部分渗 入燃气，使涡轮增压器前的排气温度降低，排气可用能下降， 所以涡轮增压二冲程内燃机的排气能量平衡问题比四冲程内 燃机更难解决，特别在启动、低负荷时这一矛盾更为突出。 二冲程内燃机一般采用辅助扫气泵、活塞底泵或机械增压器 与燃气涡轮增压器联合供气的办法来解决这一矛盾。
一般大功率四程机的空气耗量为6.8～7.6kg/(kW·h)，二程 柴油机则为10.2～11.5kg/(kW·h)。在 功率大体相同时，二冲程 内燃机匹配的涡轮增压器比四冲程内燃机的大。 2. 换气质量较差，残余燃气系数较大，排气压力波动强烈 换气质量较差，残余燃气系数较大， 四冲程内燃机的进、排气过程在两个不同的活塞行程内进 行，新鲜空气与燃气掺混的机会较少。二冲程内燃机换气时活 塞在下止点附近，进、排气过程同时进行，新鲜空气与燃气易 于掺混，换气质量较差，残余燃气系数比较大。二冲程内燃机 气口开闭由活塞控制，启闭速度比气门快，排气开始时缸内压 力比四冲程内燃机的高，因此，排气压力波动现象较四冲程内 燃机强烈，进排气系统对换气的影响较四冲程内燃机的大。
气口气门直流扫气
气口气口直流扫气
1）气口气门直流扫气 ） 如图所示，它的优点是：扫、排气相互混合较少，故扫气 效率高；由于它是非对称扫气，故可进行补充充气；扫气口可 布置在缸套的全周上，这可使气口高度减小，减少失效行程。 这种扫气方式是最好的，低速、中速、高速内燃机上均有采用。 由于扫气效果好，气缸新鲜充量多，便于增压，目前，广泛应 用于加长行程的低速机型上。缺点是结构较复杂，四冲程内燃 机中气门机构基本保留，尚需加扫气泵，排气门尺寸大，这对 高速化不利，解决的办法是采用多个排气门减小排气门尺寸， 但这会使气门机构变复杂。 2） 气口气口直流扫气 一般在对顶活塞式内燃机中采用气口气口直流扫气方式， 每个气缸有上下两个相对运动的活塞，扫气口的启闭由下活塞 控制，排气口的启闭由上活塞控制。扫排气口各占气缸一端，
5内燃机学第四章(一节)四冲程换气过程
下图a表示：排气提前角增大，膨胀损失功增加，而推出损失 功减小。因此，最有利排气提前角，应当是两者损失之和为最小。 下图b表示： 发动机转速对排气损失影响也较大。一般转速增 高时，发动机膨胀损失功增加的幅度远远小于推出损失功增加的幅 度，两者之和随转速增加，呈现增加的趋势。 降低排气损失的主要方法：合理确定排气提前角；采用双排气 门，可以有效地减少排气过程中的损失。
3、泵气损失 换气损失由进气损失与排气损失所组成，对应图4-2中面积ω、 y与x之和。 泵气损失定义： 在实际循环示功图中，面积ω和掺杂在面积x和y中的一小部分u （图中以交叉线表示）所表示的功损失，在求取平均指示压力时已 经包括进去。 因此，将换气损失中由面积x+y-u所表示的功损失，定义为泵气 损失。 对于非增压内燃机：泵气损失由p-V图中换气过程封闭曲线面 积所代表的负功来表示的，即
2 k 1 k 2k pⅡ k pⅡ k pⅡ 2 k 1 ＞ pⅠ k 1 亚临界流动 k 1 pⅠ pⅠ （4-2） 1 k pⅡ 2 k 1 2 k 1 2k k 1 k 1 pⅠ k 1 超临界流动
气门叠开角的大小对于不同型式的内燃机，也有所差异。 对于点燃式内燃机：由于采用节气门来调节内燃机的功率（量 调节），进气管内压力总是低于大气压，特别是在小开度时更是如 此。叠开角过大时高温废气有可能倒流进入进气管乃至燃料供应系 统中，引起进气管回火。同时，由于新鲜充量中含有燃料，利用新 鲜充量进行扫气将导致燃料的损失以及未燃碳氢排放物的增加，故 这类内燃机的气门叠开角一般都是比较小的。 对于非增压柴油机：进气管内压力始终接近大气压力，因此可 以允许采用较大的气门叠开角，增强扫气效果，以达到提高内燃机 在常用转速范围内充量质量的目的。一般非增压柴油机的气门叠开 角在20°～50°（CA）范围内。
7内燃机学第四章(3节)二冲程换气
式中，mr是残余废气质量。 φs是衡量扫气效果优劣的重要标志。φs越大，扫气效果越好， 极限情况是φs =1，则mr=0，意味着完全扫气，残余废气系数为零。
m0 m0 s mg m0 mr
2、过量扫气系数（给气比） 过量扫气系数： 每循环流过扫气口的充量质量mk与扫气状态（ps，Ts）下充满 气缸冲程容积的充量质量ms之比来表示，即
（3）扫气消耗功大 二冲程内燃机虽无泵气损失，但消耗的空气量大，扫气泵耗功 多，使得其指示热效率明显低于四冲程内燃机，因此燃油消耗率较 高。 （4）HC排放高 对于二冲程汽油机而言，由于在扫气期间有较多新鲜充量短路 而直接流入排气管，导致其未燃HC排放远高于四冲程发动机。 另外，二冲内燃机的性能受换气过程的影响较大，而在变工况 运行时，换气过程的状况易偏离设计工况，换气的组织更加困难， 其性能明显变差。 一般而言，四冲程内燃机外特性上的最低燃油消耗在50%～ 60%标定工况，燃油消耗率曲线比较平坦；而二冲程内燃机外特性 上的最低燃油消耗在80%～90%标定工况，曲线变化陡峭，所以二 冲程内燃机变工况运行的经济性能较差。 因此，二冲程内燃机适合于工况稳定的大型低速船用或固定式 （如发电机组）应用场合，或对比功率、比质量指标要求较高的摩 托车发动机以及小型汽油机。
图4-31是二冲程内燃机换气过程示意图。
通常把二冲程内燃机的换气过程分为三个阶段，即自由排气阶 段、扫气与强制排气阶段、过后排气（或过后充气）阶段。
1、自由排气阶段 从排气口开启直到新鲜充量进入气缸(扫气口打开)为止，称为 自由排气阶段。 排气口一般在下止点前60～75°（CA）开启，排气口刚开启时， 气缸内压力较高，约为300～600kPa，压力比pb/pr超过临界值，气缸 内的燃气以声速流出。 在该阶段，排气流量与排气管内的气体状态无关，只取决于缸 内气体的状态和排气口流通截面的大小。 在自由排气阶段，缸内燃气可以流出大约70%～80%，所以它 是二冲程内燃机换气过程的一个重要阶段。
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主要内容和学时安排
（4学时）
换气系统与换气过程
概述 配气正时和气门间隙 气门组 气门传动组 可变气门驱动
配气正时和气门间隙（2）
气门重叠
进气门早开
为了在进气开始 时进气门能有较 大的开度，减小 进气阻力，使进 气顺畅。 =0°~30°CA
压缩 作功
进气门晚关
充分利用气流的 惯性，以增加进 气量。 = 30°~80° CA 排气 进气
凸轮轴
整体式：锻造（优质 碳钢或合金钢）或铸 造（球铁或合金铸 铁），凸轮表面和轴 颈热处理、磨光。 组合式：凸轮、轴颈 单独加工。
挺柱 摇臂 气门间隙调整 液压间隙调节器
气门传动组（9）
气门传动组（10）
凸轮轴
一般顶置凸轮轴采用剖 分式轴颈座孔，有些用 轴瓦，很多不用轴瓦 （无轴承）。 下置凸轮轴轴颈采用衬 套压入整体座孔。
摇臂轴
摇臂轴
凸轮轴
气门传动组（3）
带滚轮的摇臂
凸轮轴
指状支点 机械式
凸轮轴
摇臂 指状支点 液压间隙 调节器
顶置单凸轮轴
气门传动组（5）
凸轮轴
单凸轮轴上有进、排 气凸轮；双顶置凸轮 轴（DOHC）分为进 气凸轮轴（只有进气 凸轮）和排气凸轮轴 （只有排气凸轮）
挺柱 摇臂 气门间隙调整 液压间隙调节器
机油压力 回位弹簧
VTEC
当发动机在中、低转速时， 三根摇臂处于分离状态，普 通凸轮推动主摇臂和副摇臂 来控制两个进气门的开闭， 气门升量较小。此时虽然中 间凸轮也推动中间摇臂，但 由于摇臂之间是分离的，所 以两边的摇臂不受它控制， 也不会影响气门的开闭状态。
发动机达到某一个设定的转速时，电脑即会指令电磁阀启动液压系统，推动摇臂内的小活塞， 使三根摇臂锁成一体，一起由高角度凸轮驱动，这时气门的升程和开启时间都相应的增大了，使 得单位时间内的进气量更大，发动机动力也更强。这种在一定转速后突然的动力爆发极大的提升 了驾驶乐趣。当发动机转速降到某一转速时，摇臂内的液压也随之降低，活塞在回位弹簧作用下 退回原位，三根摇臂分开。
变截面
流体力学的原理----管道的截面积越大，流体压 力越小；管道截面积越小，流体压力越大。 举个例子：小时候我们都玩过自来水，将水管 前端捏扁，自来水的压力会变得非常大。 根据这一原理，发动机需要一套机构： 在高转速时使用较大的进气歧管截面积，提高进 气流量； 在低转速时使用较小的进气歧管截面面积，提高 气缸的进气负压，也能在气缸内充分形成涡流， 让空气与汽油更好的混合。
气门传动组（21）
直动式
机油经单向阀流入高压腔
高压腔机油泄漏
气门传动组（22）
指状支点式
气门传动组（23）
嵌入摇臂式
气门传动组（24）
液压挺柱
可变进气控制技术
• 可变进气管 • 可变气门正时与升程 （为什么采用这些技术？）
可变气门正时和升程技术可以使发动机的“呼吸”更为顺畅自然？
可变气门正时和升程技术就是为 了让发动机在各种负荷和转速下 自由调整“呼吸”，从而提升动 力表现，提高燃烧效率。
气门组（6）
气门
气门结构 气门锥角 顶面形状 头部尺寸
进、排气门数目相等时，进 气门头部尺寸大（每缸二气 门、四气门）。 进气门数多的，排气门大。 （每缸三气门，二进一排； 每缸五气门，三进二排）。
充钠气门
气门组（7）
气门组（10）
气门座圈
气门座圈
气门组（11）
气门导管
导向，保证气门作直线往复 运动。 导热,气门头部传给杆身的 热量，通过气缸盖传出去。 气门杆与导管孔之间的润滑 靠气门机构工作时飞溅的机 油，但油不能过多，要加气 门油封。 气门导管用灰铁、球铁或粉 末冶金制造，过盈压入缸盖 导管孔。
挺柱 摇臂 气门间隙调整 液压间隙调节器
气门传动组（11）
凸轮轴
凸轮轴上的正时齿轮、齿 型皮带轮或链轮上都有正 时记号，以便装配时按要 求对正记号。 凸轮轴需要轴向定位。顶 置凸轮轴一般用凸轮轴承 盖和凸轮轴轴颈两侧凸肩 定位，下置凸轮轴多用止 推板（参见教材）。
挺柱 摇臂 气门间隙调整 液压间隙调节器
铸造、冲压或锻造。
气门间隙调整 液压间隙调节器
摇臂，下置凸轮轴用
气门传动组（15）
滚轮
液压间隙 调节器
摇臂，顶置凸轮轴用
气门传动组（16）
摇臂，顶置凸轮轴用
气门传动组（17）
凸轮轴 挺柱
调 整 螺 钉
摇臂 气门间隙调整
气门机构传动链磨损，导致气 门间隙变化，需定期调整（液 压间隙调节器可自动弥补间隙 变化）。 机械方法：调整螺钉、垫片
可变进气歧管
可变进气歧管通过改变进气管的长度和截面积， 提高燃烧效率，使发动机在低转速时更平稳、扭 矩更充足，高转速时更顺畅、功率更强大。
变长度（宝马）
• 通过改变进气歧管长度，改进气流的流动。 进气歧管被设计成蜗牛一般的螺旋状，分 布在发动机缸体中间，气流从中部进入。 • 当发动机在2000prm低转速运转时，黑色控 制阀关闭，气流被迫从长歧管流入汽缸， 此时，进气歧管的固有频率得以降低，以 适应气流的低转速。 • 当发动机转速上升到5000rpm，进气频率上 升，此时控制阀开启，气流绕开下部导管 直接注入汽缸，这降低了进气歧管的共振 频率，利于高速进气。
液压间隙调节器
气门间隙调整，下置凸轮轴
气门传动组（18）
调整螺钉
调整螺钉
气门间隙调整，顶置凸轮轴
气门传动组（19）
调整螺钉
气门间隙调整，顶置凸轮轴
气门传动组（20）
凸轮轴 挺柱 摇臂 气门间隙调整 液压间隙调节器
通过液力（机油作为工作介 质））传递力和运动，自动补 偿气门间隙的变化。
有多种型式：液力挺柱、指状 支点式、直动式、嵌入摇臂式。 工作原理相同：机油经单向阀 流入高压腔，从高压腔经泄漏 间隙泄出。
气门传动组（6）
双顶置凸轮轴
气门传动组（7）
凸轮轴
凸轮形状（基圆、上升段、 下降段），决定气门运动 规律和最大升程。 同名凸轮排列（相对角位 置）取决于发火顺序、凸 轮轴旋向、缸数。 进、排气凸轮的相对角位 置取决于气门正时和凸轮 轴旋向。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
挺柱 摇臂 气门间隙调整 液压间隙调节器
气门传动组（8）
气门组（12）
气门油封
气门组（14）
等螺距，单弹簧
等螺距，双弹簧
锥形弹簧
气门组（15）
弹簧座和锁夹
弹簧座：承受弹簧力并将通过锁夹传给气门杆。 锁夹：连接气门杆和气门座，有多种型式。
弹簧座 锁夹 气门杆
气门弹簧
气门组（16）
弹簧下座
气门传动组（2）
顶置凸轮轴气门机构——气门传动组
气门间 隙调整 螺钉 凸轮轴 摇臂 气门间隙 调整螺钉 摇臂 挺柱 凸轮轴
BMW Valvetronic
低速
高速
可变气门驱动（6）
叶片式调相
可变气门驱动（7）
叶片式调相原理
可变气门驱动（8）
通过链条松紧边调相(Porsche)
可变气门驱动（9）
通过链条松紧边调相
可变气门驱动（10）
BMW Valvetronic
可变气门驱动（11）
可变气门驱动（12）
DaimlerChrysler停缸
VVT
可变气门驱动（1）
理想情况下，气门升程、气门正时随发动机工况变化，可发 挥发动机最大潜力，使性能在全部工况范围内都达到最好。 固定不变的气门正时和正时只能使发动机性能在某一工况最 佳。 气门升程、气门正时多个参数中有一个或几个参数随发动机 工况变化——可变气门驱动（Variable Valve Actuation, VVA; Variable Valve Timing, VVT）. 产品发动机的VVA一般只改变进气门的正时、升程参数。
cvvt （Continue Variable Valve Timing）
通过电子液压控制系统改变凸轮轴打开进气门时间早晚，从而控制所需的气门重叠角的技 术。
MIVEC
如在低速行驶时，MIVEC系统发出指令此时两个 进气门中的其中一个升程很小，这时基本就相当 于一台两气门发动机。 由于只有一个进气门工作，吸入的空气不会通过 汽缸中心，所以能产生较强的进气涡流，对于低 速行驶，尤其是冷车怠速条件下能增大燃烧速率， 使燃烧更充分从而也大大提高了经济性。在我们 日常行车中，经常会遇到这种情况，比如堵车时， 这时装备了MIVEC系统的发动机比普通发动机能 节省不少的燃料。 而另一种情况就是当我们需要加速或高转速行 MIVEC全称为“Mitsubishi Innovative Valve timing 驶时，这时MIVEC系统会让两个进气门同时以同 样的最大升程开启，这时的进气效率能显著提高， Electronic Control system” 令发动机在高转速运转时能有充足的储备。
进气行程延续角
180°＋ ＋
配气正时和气门间隙（3）
气门重叠
排气门早开
增加排气压力， 提高排气速度。 = 40°~80° CA
压缩 作功
排气门晚关
充分利用排气惯 性，减少缸内残 余废气。 = 0°~30°CA
排气行程延续角
180°＋ ＋
排气
进气
配气正时和气门间隙（4）
气门重叠
气门重叠角
气门间隙
配气正时和气门间隙（6）
气门间隙
气门组（3）
气门
气门结构 气门锥角 顶面形状 头部尺寸 气门锥面 气门杆 端面 充钠气门
气门顶面
气门锥角
锁夹
气门头部
气门杆
气门组（5）
气门
气门结构 气门锥角 顶面形状
平顶：结构简单，制造容易，吸 热面积小，质量小，进排气门均 有采用。 凹顶：质量小；喇叭型顶头部与 杆部流线过渡，进气阻力小，适 用于进气门。但顶部受热面积大， 不适合于排气门。 头部尺寸 充钠气门