发动机换气过程-汽车发动机原理

二、进气门处的流动阻力
1. 时面值
气门处气体流量dm： dm=ρvm fdt
开启过程的气体流量: m =∫dm =ρvm ∫fdt = ρvm 1/6n∫fdφ 式中，∫fdt称为时面值, ∫fdφ称为角面值
2．进气马赫数Ma
Ma定义：进气门处气体的平均速度vm与该处声速c的比值。
vm定义：实际进入气缸的新鲜充量与进气门有效时面值之比。
Ma
vm c
D d
2
Cm
cm c o
其中：D、d：活塞及进气阀盘直径；
Cm：活塞平均速度； m：进气门开启过程的平均流量系数； o、c：进气门开关角度。 当Ma>0.5时， ηv↓↓，此时n增加，功率也不增加。
减小Ma：
（1） d气门通过面积
（2） m （3）配气相位（ c - o）
3．气门直径和气门数
5. 压缩比ε
ε↑→ηv↑
6. 大气状态
Po↑→ Pa↑→ 进气量↑ To↑→ Ta↑ →进气量↓
2-4 减小进气系统阻力
一、减少进气系统的流动损失
进气系统阻力分为
沿程阻力 局部阻力（节流阻力）
汽油机：空气滤清器 化油器 节气门进气管 进气道 进气门
柴油机：空气滤清器 进气管 进气道 进气门
2．亚临界（1<pc/pr <1.893）
流量取决于气体状态、流通面积和压差，下止点后10-30度结束。
二、按流动特点：
1．自由排气阶段：超临界和亚临界 2． 强制排气阶段：靠活塞上行强制推出废气
排气门在下止点前打开，在上止点后关闭
3. 进气过程：进气门上止点前打开，在下止点后 关闭
4． 气门叠开：排气门迟闭，进气门早开,两气门 处于同时开启的阶段
2-1 内燃机换气过程的特点及要求
进气和排气过程的总称，任务： 1．排除缸内废气，干净彻底； 2．在有限的气缸工作容积下，充入更多的新鲜
充量。
2-2 四冲程内燃机的换气过程
一、按三个流动状态分：
k
k
2
1
k
1
1.893
1．超临界（pc/pr 1.893）
以音速流出，流量取决于气体状态和流通面积，与压差无关。
3、进气损失 X 4、换气损失 W+Y+X 5、泵气损失 W+Y -d
发动机换气损失图
2-3 四冲程内燃机的充气效率ηv
一、充气效率ηv的定义
表征进气过程的完善程度及气缸利用率。
实际进实入际气进缸入的气新缸鲜的工新质鲜质充量量
v 以进标气准状大态下气充状满态气充缸满工气作缸容工积作的容工积质的质新量鲜充量
Ts 1 ps
pa Ta
1
1
1．进气终点压力Pa
Pa=Ps-ΔP ，ΔP=λρv2/2， 其中，λ：管道阻力系数；ρ：进气密度；v：流速
ΔP是各段管道所产生压降的总和，进气门处截面最小，产生的流阻最大。
(1) 油门一定，n流速Pa (2) n一定，Pa的变化与负荷调节方式有关：
柴油机：质调节，进气无节流，由喷油量改变负荷， Pa基本不变 汽油机：改变节气门调节负荷
m1
p0Vs RT0
paVs RTa
ms
v的测量方法：
（1） 流量计测量发动机每小时的实际进气量V1[m3/h]； （2）计算每小时的理论充气量V：
V
Vs i 1000
n 60 2
0.03Vs in
（3）充气效率
v
V1 V
二、ηv的数学分析表达式
v
1 Ts 1 ps
pa TA
pa Tr
作用：
（1）扫气：减少废气，增加新鲜充量； （2） 冷却高温零件。 汽油机：进气压力低，20-30CA，过大易引起回火； 非增压柴油机：进气压力较大， 20-80CA； 增压柴油机：进气压力大于大气压， 80-160CA
三、进气过程
由于活塞下行, 缸内产生负压，使新鲜介质充入缸内。
配气相位: 4个角
m1、v1：实际进入气缸的新鲜工质的质量、体积；
ms 、vs：进气状态下充满工作容积的新鲜工质的质量、 气缸的工作容积。
进气状态：
非增压：环境大气状态P0、T0
增压：压气机出口状态Pk、Tk
v
m1 ms
V1 Vs
若大气状态，气缸工作容积Vs，理论上进入气缸充气量ms:
ms
p0Vs RT0
由于，进气终了时pa<p0, Ta>T0, Vs <Vs Байду номын сангаас实际进气量m1：
a. 增大进气门直径，减小排气门直径
1、进气门直径d进
一般:
进气门流通面积 活塞顶面积
0.20～0.25
d进 Pa ηv
d排 Pr ηv
一般： d排> d进
b. 多气门，流通面积f 40%左右。
D>80mm,常用二进二排；D<80mm，常用三进二排。
f ηv Pe （可达30%），be
c. 圆滑过渡（其中R为阀顶过渡圆角）
（1）过渡圆角R 流动阻力 ηv （2）锐边光滑
d. 增大气门升程
h，时面值 ηv
三、进气道和进气管
1. 进气管截面大：阻力小，流速低，汽油易沉积于管壁； 2. 表面光洁 减小沿程阻力； 3. 管道转弯少，截面不突变减小局部阻力。
汽车发动机原理
前言： 课程绪论 第一章：发动机性能
目 第二章：发动机换气过程 第三章：燃料与燃烧
录 第四章：汽油机混合气的形成与燃烧 第五章：柴油机混合气的形成与燃烧 第六章：发动机的特性 第七章：车用发动机废气涡轮增压 第八章：排气污染机及控制
第二章：发动机的换气过程
2-1 内燃机换气过程的特点及要求 2-2 四冲程内燃机的换气过程 2-3 四冲程内燃机的充气效率ηv 2-4 减小进气系统阻力 2-5 合理选择配气定时 2-6 进气管的气体动力学效应 2-7 可变技术 2-8 二行程发动机换气过程
排气门早开：排气提前角
1.使排气流畅 2.排气功减小
排气门晚关：排气迟闭角
1.使排气彻底 2.排气惯性
进气门早开：进气提前角
1.减小阻力 2.增加流通面积
进气门晚关：进气迟闭角
1.惯性进气
四、换气损失
进气损失和排气损失组成。
1、自由排气损失 W 2、强制排气损失 Y
(W+Y)→min→确定最佳 排气提前角。
负荷节气门关小节流损失 Pa
2. 进气终点温度Ta
新鲜工质被高温零件加热，Ta>Ts，导致ρ↓ηv↓ 柴油机：排气管和进气管分置于发动机两侧。 汽油机：为了汽化混合气，需加热新鲜混合气，进 排气管同侧。
3．残余废气系数
↑ηv↓ ε↑ ↓
柴油机比汽油机↓ 低负荷时, 汽油机↑
4. 配气定时
ξ，Pa→ max 关太早，惯性作用未利用 关太迟，发生倒流