第二章 发动机的换气过程

1、可变凸轮机构
凸轮相位可变
宝马公司的双凸轮轴可变气门正时系统
2．可变气门定时
进气持续期可变
第五节
提高充气效率的措施 ——利用进气管的动态效应
在超音速气流中，存在两个基本物理现象，一是膨 胀波，另一个是激波。膨胀波是使气流发生膨胀的扰 动波，而激波是以一定强度使气流发生突然压缩的波。
惯性效应 进气管的动态效应 波动效应
⑵亚临界状态
排气阀刚开始开启时，气缸内的压力大大超过排气管内压 力，气缸内的压力是排气管内的两倍以上。P/P大于临界值 （P/P=1.9）。这时排气的流动处于超临界状态，气体此时是 音速流过气门的 。 随着活塞的推移，缸内的压力迅速下降，当缸内压力与排 气管压力之比为1.9以下时，即P/P0<1.9时，排气的流动进 入亚临界状态。
2．进气终了温度Ta
Ts pa 1 1 ps Ta 1
Ta值愈高，充入汽缸的工质密度愈小，ηv降低。 3．残余废气系数γ 气缸残余废气量多，ηv下降，残余废气量多，则燃烧恶 化，内燃机经济性下降，排出有害物及碳烟增加。

4.配气定时
由于进气门迟闭，进气终了压力因气流惯性作用而增加, 即pa↑，所以充气效率η v↑
选取L
三．可变进气管
动画
第六节
提高充气效率的措施 ——废气涡轮增压
利用发动机排出的废 气惯性冲力来推动涡轮 室内的涡轮，涡轮又带 动同轴的叶轮，叶轮压 送由空气滤清器管道送 来的空气，使之增压进 入气缸。
(VC Vh' ) a Vr r v Vh s
令
Vc Vh' Vc Vh
Vr Vc
考虑进、排气门 迟闭角的影响
将
p 代入 RT
得到
pa pr 1 Ts ( ) 1 ps Ta Tr
引入残余废气系数γ ,则:
Ts pa 1 1 ps Ta 1
5.压缩比ε ε增加,Vc ↓，废气↓ ，ηv ↑
6.进气(或大气)状态
增压，压力↑，进气↑， pa ↑，充气效率ηv ↑
第三节
提高充气效率的措施 ——减少进气系统的阻力
一．进气门处的流动损失 1．进气马赫数Ma 进气马赫数Ma：进气门处的气流平均速度Vm与该处音速a之比。
Vm Ma a
mVm f FCm
2
F Cm D Cm Vm f m d m
2
Vm D 1 Cm Ma a d m a
Vm D 1 Cm Ma a d m a
2
S n Cm 30
2．增加进气门直径和气门数目 3．适当增加气门升程 4．减少气门处 的流动损失

二、影响充气效率的因素
1．进气终了压力pa

无疑p a增加 T,ηpv增加 1
p 1△ pp sa=p
s
s
Ta 1
a
s v2 p 2 ①负荷不变，转速变化时
转速↑,则△p ↑↑,从而pa ↓，ηv ↓ ②转速不变,负荷变化时 a.柴油机 b.汽油机 负荷↑,则△p ↓,从而pa ↑，ηv ↑ △p 基本不变,从而pa基本不变，ηv基本不变
动画
惯性效应由于是在同一循环中，所以衰减小，振幅大，对 ηv的影响更大，而波动效应是经过多次反射后的波，所以衰 减大，振幅小，对ηv的影响相对较小，所以惯性效应是主要 的。 进气持续角为θ， 进气持续时间为tθ，
L t1 a u
t2
L au
t1 t2 t
L L t a u a u
一．进气管的惯性效应
定义：进气管内的压力波对本循环的进气过程有直接影响。 这种影响称惯性效应。 边界条件： ①当波传到固壁端，反射回来的是同类波。 ②当波传到开口端，且管外压力不变，反射回来的是异 类波。
动画
二．进气管的波动效应 定义：进气管内残存的压力波对下一循环进气过程的影响叫 做波动效应。
实际进气量 v 理论进气量
由Vh计算
3.分析式
v
m实 m理
V1 Vh
ma (Vc Vh' ) a
mr Vr r
m实 ma mr (Vc Vh' ) a Vr r
m理 Vh s
(VC Vh' ) a Vr r v Vh s
2.强制排气阶段 在强制排气阶段中，废气是由上行活塞强制推出。 为什么要在活塞到达下止点前就打开排气阀？
从排气阀打开到下止点为止，这段曲轴转角称为排气提前角。
为什么排气阀是在活塞过了上止点后才关闭？
从上止点到排气阀关闭终了这段曲轴转角为排气迟闭角。
3.进气阶段 进气阀必须在上止点前开始打开？
从进气门打开到上止点为止，这段曲轴转角称为进气提前角。
e’ e”
可见：如果排气提前角↑，则w↑，y↓ 排气提前角↓，则w↓，y↑ 所以：最有利的排气提前角，必须是使（w+y） 最小。
第二节ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
一、充气效率 1.定义
四行程发动机的充气效率
实际进入气缸的新鲜充量 v 进气状态下充满气缸工作容积的新鲜充量
实际进气量 理论进气量
2.实验测定 用流量计测量
排气门晚关：延长了排气时间，在废气压力和废气惯性力的作 用下，使排气干净。
进气门早开 排气门晚关
气门重叠
气门重叠会产生串气吗？
流动惯性 时间极短 进气流有助于更好地排气
不会
二.换气损失
自由排气损失 w 排气损失 换气损失 强制排气损失 y 进气损失 x
如何使排气损失最小? ⑴e`（排气门太早开启） 膨胀功损失：面积e`bb`太 大，且不可能由排气所消耗 的绝对功的减少来补偿。 ⑵e``（排气门太晚开启） 膨胀功损失：面积e``bb``较 小，但在b``r``期间排出废气 所需要的功较多。
进气阀关闭时也必须在下止点后才关闭？
从下止点到进气阀终了这段曲轴转角称为进气迟闭角。
进气门早开：增大了进气行程开始时气门的开启高度，减小进 气阻力，增加进气量。 进气门晚关：延长了进气时间，在大气压和气体惯性力的作用 下，增加进气量。 排气门早开：借助气缸内的高压自行排气，大大减小了排气阻 力，使排气干净。
第二章
发动机的换气过程
第一节
一.换气过程
四行程发动机的换气过程
换气过程是从排气阀开启直到进气阀关闭的整个时期。 这个过程大约是380℃-450℃曲轴转角。
自由排气阶段 换气过程可分为三个阶段 强制排气阶段 进气阶段
1.自由排气阶段 从排气门打开到气缸内压力接近于排气管压力的这段时期。 分为：⑴超临界状态
2．增加进气门直径和气门数目 3．适当增加气门升程 4．减少气门处 的流动损失 二．进气道和进气管阻力 三．空气滤清器的阻力
第四节
一、配气相位的选择 在进、排气门开 关的四个配气相位 角中，进气门迟闭 角的改变，对充气 效率影响最大。
提高充气效率的措施 ——合理选择配气定时
二、可变配气相位控制系统