发动机的换气过程3PPT课件
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发动机原理与汽车理论第2章发动机的换气过程.ppt
结论
结论
进气终了压力提高，充气效率提高。 进气终了温度提高，充气效率下降。 排气终了压力提高，充气效率下降。 排气终了温度变化对充气效率影响不大。 大气压力降低、大气温度升高，充气效率提
高。 压缩比提高，充气效率提高。 配气相位：进、排气迟后角过大或过小，充
气效率降低。
二、残余废气系数的影响因素
容积一定时，充气效率越高，说明进气越充分，
每循环的实际充量越多，发动机的动力性好。
第二节 影响换气过程的因素
一、影响充气效率的因素 二、影响残余废气系数的因素
一、影响充气效率的因素
v
ma mr m0
1 T0
1 p0
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
pa
Ta
pr Tr
1.进气终了的压力和温度 2.排气终了的压力和温度 3.大气压力和温度 4.压缩比 5.配气相位
一、换气过程
四冲程发动机的换气过程是指上一循环排气 门开启到下一循环进气门完全关闭的整个过 程。
换气过程分为自由排气、强制排气和进气过 程三个阶段 。
自由排气 强制排气 进气、扫气
换气过程
自由排气
自由排气阶段：从排气门开启，到汽缸内压力接近排气管 内压力这段时间 。
1.超临界状态 排气量只取决于排气门的开度、气体状态等，与排气门
前后的压力差无关。 2.亚临界状态 排气量只取决于排气门的开度和排气门前后的压力差。
排出的废气量可达排气总量的60%以上。 排气门应该在活塞到达下止点前提前开启（减小排气阻 力）。
强制排气
强制排气阶段：自由排气阶段结束后，汽缸内的 废气被上行的活塞强制推出，直到排气门关闭。 废气的流动状态仍处于亚临界状态。 排气门应该在活塞到达上止点后不久才关闭（减 少残余废气量和减小排气阻力）。
第3章 发动机的换气过程
当n>n1时，进气迟闭角显的过小， △P ， v 。
提问：既然在配气正时一定的条件下只有一种转速
最佳，实际情况是需要多种转速下 最v 佳，如何解决这 v 一矛盾？（采取可变气门正时技术）
2） v随的Pe变化关系
柴油机：
汽油机：
v
v
Pe
Pe
柴油机、汽油机的 随v Pe变化不同原因
柴油机负荷调节——质调节： 改变供应量、进气量不变，使得α改变；
3. 泵气损失功
其大小为：X+Y-u。
在实际示功图中，把（W+u） 归到指示 功中考虑，而把泵气损失功 （X+Y-u） 归到机械损失中考虑。
最有利的排气提前角
最有利的排气提前 角应使（W＋Y） 之和为最小。
• 过早 • 过晚 • 排气门面积过小 • 转速提高
第二节 四冲程发动机的充气效率
一、充气效率（充气系数）
在排气终了，因排气门将要关闭，气门开度 很小，节流作用增强，为此，常使排气迟后 关闭，一般迟闭角δ=100-350 。
δ过大，会使废气倒流。
3.进气阶段
由于节流作用, 缸内产生负压；使新鲜介质进 入缸内。 进气门：提前开：进气初期增大气流通道α=0-400
迟后关：利用惯性进气β=40-800 。 目的：延长进气时间，增加新鲜充量。
二、换气损失和泵气损失
换气损失由排气损失和进气损失组成。
1.排气损失：
排气损失=自由排气损失W +强制排气损失Y
自由排气损失W
相当于膨胀功的减少；
强制排气损失Y 是把废气推出气缸所消耗的功 。
2. 进气损失功X
——为进气系统内气体克服气缸进气吸 力所消耗的功。 换气损失形成的原因： 排气门早开； 活塞上行推出废气； 气体流动损失； 克服进气过程的真空吸力。
3单元 发动机的换气过程
表达方式： 配气相位图——相对 于上、下止点曲拐位 置的曲轴转角环形图
1、排气提前角 30o～80o：
从排气门打开到下止点这段曲轴转角。
作用：
①在活塞上行时排气门有足 够大的开启面积，减小排气 阻力；
②减小活塞上行时的阻力（ 强制排气损失－负功）；合 理匹配可以减小泵气损失。
③高温废气迅速排出可减小 发动机热负荷；
5、 气门重叠
气门重叠（气门叠开）
指换气过程中进、排气 门同时开启的现象。
气门重叠角 进、排气门同时开启时 对应的曲轴转角。一般为 20º~ 80º曲轴转角，对增 压柴油发动机，因其进气压 力高，可达80º~ 160º。
气门重叠的作用
在气门重叠时期，进气管、气缸、排气 管互相连通，可以利用气流的压差、惯性或 进、排气管压力波的帮助，达到：
2、排气迟闭角 10o～35o：
从上止点到排气门完全关闭这段曲轴转角。
作用：
1）增大排气门开启面积； 2）利用压力差和废气流惯
性尽可能排净出废气。
3、进气提前角 0 o～40 o： 从进气门打开到上止点这段曲轴转角。
作用： 1）在活塞下行时进 气门有足够大的开启 面积，新鲜工质可以 顺利流入气缸；
pa Ta
1
1
由充气效率v的表达式可知，单独 看压缩比 提高，则充气效率v 有所下 降；但压缩比 提高，残余废气系数
减小。
压缩比 对充气效率v 影响不大， 提高压缩比 ，充气效率v 略微提高。
6、环境温度Ts和环境压力Ps
环境温度Ts
随环境温度的增加，环境温度与缸壁等热部件的温 差减小，Ts/Ta↑，充气效率有所增加。
进气
从排气门开启进气门关闭的整个时期，约占 410º～480º 曲轴转角。
1、排气提前角 30o～80o：
从排气门打开到下止点这段曲轴转角。
作用：
①在活塞上行时排气门有足 够大的开启面积，减小排气 阻力；
②减小活塞上行时的阻力（ 强制排气损失－负功）；合 理匹配可以减小泵气损失。
③高温废气迅速排出可减小 发动机热负荷；
5、 气门重叠
气门重叠（气门叠开）
指换气过程中进、排气 门同时开启的现象。
气门重叠角 进、排气门同时开启时 对应的曲轴转角。一般为 20º~ 80º曲轴转角，对增 压柴油发动机，因其进气压 力高，可达80º~ 160º。
气门重叠的作用
在气门重叠时期，进气管、气缸、排气 管互相连通，可以利用气流的压差、惯性或 进、排气管压力波的帮助，达到：
2、排气迟闭角 10o～35o：
从上止点到排气门完全关闭这段曲轴转角。
作用：
1）增大排气门开启面积； 2）利用压力差和废气流惯
性尽可能排净出废气。
3、进气提前角 0 o～40 o： 从进气门打开到上止点这段曲轴转角。
作用： 1）在活塞下行时进 气门有足够大的开启 面积，新鲜工质可以 顺利流入气缸；
pa Ta
1
1
由充气效率v的表达式可知，单独 看压缩比 提高，则充气效率v 有所下 降；但压缩比 提高，残余废气系数
减小。
压缩比 对充气效率v 影响不大， 提高压缩比 ，充气效率v 略微提高。
6、环境温度Ts和环境压力Ps
环境温度Ts
随环境温度的增加，环境温度与缸壁等热部件的温 差减小，Ts/Ta↑，充气效率有所增加。
进气
从排气门开启进气门关闭的整个时期，约占 410º～480º 曲轴转角。
3章发动机的换气过程2015概论
适性等。
要求：尽可能合理地延长换气时间：发动机换气过程包括排
气过程和进气过程。理论上进排气各占180°（合计360 ° ）曲轴转角。
实际上由于发动机转速高，一个行程的历时只有
60/（6000*2）＝0.005s=5ms， ∵时间短→充气不足，排气不净→ Pe↓。 ∴要尽量延长进、排气时间（换气过程)，即扩大进、排气的
作用：利用压力差和废气流惯性尽可能排净出废 气。
3、进气提前角α=0 °～40 °：从进气门打开 到上止点这段曲轴转角。
作用：在活塞下行时进气门有足够大的开启面 积，新鲜工质可以顺利流入气缸；冷却燃烧室 壁面以降低Ta提高充气效率。
02:57:57
4
• 4、进气门迟闭角β=40 ° ～70 ° ：从下止点到进气门关闭这段曲 轴转角。
特点：自由排气阶段排出废气量与转速无关，时间虽短但占60%以上。 自由排气结束的标志为:Pb=Pr；在Pr＝C，Tr＝C，Vr＝C
• 强制排气阶段：克服排气系统阻力活塞强制推出废气（一般从下止点算 起）。
02:57:57
7
二、 进气过程：进气门开启~关闭
作用：活塞下行、缸内容积增加、缸内压力下降。
• 主要阶段及特点如下：
02:57:57
3
• 配气定时（配气相位）图
1、排气提前角γ=30°～80 ° ：从排气门打开到 下止点这段曲轴转角。 作用：①在活塞上行时排气门有足够大的开启面 积，减小排气阻力； ②高温废气迅速排出可减小发动机热负荷；
2、排气迟闭角δ= 10 °～35 °：从上止点到排气 门完全关闭这段曲轴转角。
• 作用：利用高速气流的惯性和压力 差在下止点后继续充气，增加进气 量。
• 5、气门叠开δ + α ：由于排气门 的迟闭和进气门早开，存在进、排 气门同时打开的状态，称为气门叠 开（气门重叠）。
要求：尽可能合理地延长换气时间：发动机换气过程包括排
气过程和进气过程。理论上进排气各占180°（合计360 ° ）曲轴转角。
实际上由于发动机转速高，一个行程的历时只有
60/（6000*2）＝0.005s=5ms， ∵时间短→充气不足，排气不净→ Pe↓。 ∴要尽量延长进、排气时间（换气过程)，即扩大进、排气的
作用：利用压力差和废气流惯性尽可能排净出废 气。
3、进气提前角α=0 °～40 °：从进气门打开 到上止点这段曲轴转角。
作用：在活塞下行时进气门有足够大的开启面 积，新鲜工质可以顺利流入气缸；冷却燃烧室 壁面以降低Ta提高充气效率。
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• 4、进气门迟闭角β=40 ° ～70 ° ：从下止点到进气门关闭这段曲 轴转角。
特点：自由排气阶段排出废气量与转速无关，时间虽短但占60%以上。 自由排气结束的标志为:Pb=Pr；在Pr＝C，Tr＝C，Vr＝C
• 强制排气阶段：克服排气系统阻力活塞强制推出废气（一般从下止点算 起）。
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二、 进气过程：进气门开启~关闭
作用：活塞下行、缸内容积增加、缸内压力下降。
• 主要阶段及特点如下：
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3
• 配气定时（配气相位）图
1、排气提前角γ=30°～80 ° ：从排气门打开到 下止点这段曲轴转角。 作用：①在活塞上行时排气门有足够大的开启面 积，减小排气阻力； ②高温废气迅速排出可减小发动机热负荷；
2、排气迟闭角δ= 10 °～35 °：从上止点到排气 门完全关闭这段曲轴转角。
• 作用：利用高速气流的惯性和压力 差在下止点后继续充气，增加进气 量。
• 5、气门叠开δ + α ：由于排气门 的迟闭和进气门早开，存在进、排 气门同时打开的状态，称为气门叠 开（气门重叠）。
第二章-发动机的换气过程PPT课件
Pr排气门 处 n2， 的 所 n 阻 以 Pr力 v
影响较小
（四）排气终了温度 Tr
Tr v （五）压缩比
v
2024/1/6
.
（六）配气定时 合理的配气定时也可增加充气效率
（七）进气状态 进气或大气压力高，pa也随之增加，新鲜 工质密度增加，进气量也增多。
2024/1/6
.
三、提高充量系数的措施：
m am 1m r(1r)m 1
vm m s1h(1 m s r)h m a(1srV )hsa h V a
• v愈高，代表每循环进入一定气缸容积的新鲜工质量 多，则发动机功率和扭矩可增加，动力性好。
2024/1/6
.
二、影响充量系数各种因素
（一） 进气终了压力 p a
vm m s1h(1 m s r)h m a(1srV )hsa h V a
排气门迟闭角为4= 10～70 °CA。
2024/1/6
.
三、进气过程：从进气门开启到关闭，内燃机吸入的新鲜充量的
整个过程。
1.进气提前：
进气门一般在上止点前提前一定曲轴转角开启，以 保证活塞下行时有足够大的开启面积，减少进气节流损 失。进气门提前角一般为0～ 40ºCA。
进气真正开始时刻，要待气缸内残余废气膨胀至低于进 气管内进气压力才开始。由于该时进气管内气体加速需要压 力差，进气门开启截面积又小，因此新鲜充量不能及时吸入 气缸。进气门提前开启就是为了减少节流损失，增加气缸内 充气量。
特点：1.进气管、气缸、排气管三者相通，有利于扫气增加。 2.新鲜冲量的冷却有利于降低缸内温度。
2024/1/6
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气门叠开角的确定：
由于气流惯性，进气管、排气管虽然相通，在气门叠 开角适当时不应出现废气倒流现象。
影响较小
（四）排气终了温度 Tr
Tr v （五）压缩比
v
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（六）配气定时 合理的配气定时也可增加充气效率
（七）进气状态 进气或大气压力高，pa也随之增加，新鲜 工质密度增加，进气量也增多。
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三、提高充量系数的措施：
m am 1m r(1r)m 1
vm m s1h(1 m s r)h m a(1srV )hsa h V a
• v愈高，代表每循环进入一定气缸容积的新鲜工质量 多，则发动机功率和扭矩可增加，动力性好。
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二、影响充量系数各种因素
（一） 进气终了压力 p a
vm m s1h(1 m s r)h m a(1srV )hsa h V a
排气门迟闭角为4= 10～70 °CA。
2024/1/6
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三、进气过程：从进气门开启到关闭，内燃机吸入的新鲜充量的
整个过程。
1.进气提前：
进气门一般在上止点前提前一定曲轴转角开启，以 保证活塞下行时有足够大的开启面积，减少进气节流损 失。进气门提前角一般为0～ 40ºCA。
进气真正开始时刻，要待气缸内残余废气膨胀至低于进 气管内进气压力才开始。由于该时进气管内气体加速需要压 力差，进气门开启截面积又小，因此新鲜充量不能及时吸入 气缸。进气门提前开启就是为了减少节流损失，增加气缸内 充气量。
特点：1.进气管、气缸、排气管三者相通，有利于扫气增加。 2.新鲜冲量的冷却有利于降低缸内温度。
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气门叠开角的确定：
由于气流惯性，进气管、排气管虽然相通，在气门叠 开角适当时不应出现废气倒流现象。
汽车发动机原理第三章 发动机的换气过程幻灯片PPT
排气门开启时，气缸内废气压力较高〔0.2~0.5Mpa〕，缸内 压力与排气管压力之比＞1.9，排气流动处于超临界状态，可 利用废气自身的压力自行排出。
第三章 发动机换气过程
§4.1 发动机换气过程
通过排气门口废气的流速等于该状态下的音速〔m/s〕
c KRT
式中 K——绝热指数； T——气体的绝对温度； R——气体常数〔N•m/〔kg·K〕〕。
二、影响充气效率的因素 〔一〕充气效率ηv的表达式 1〕进气门关闭时缸内气体的总质量ma
假定进气门关闭时气缸容积为〔Vs’ +Vc〕，此时缸内气体压 力、温度、密度为Pa、Ta、ρa，那么缸内气体的总质量为
m avcvs ' a
2〕排气门关闭时缸内剩余废气的质量 假定排气门关闭时缸内体积为Vr，剩余废气的压力、温度、密 度为Pr、Tr、 ρr ，那么剩余废气的质量为
5.减少气门处的流动损失
第三章 发动机换气过程 §4.3 提高充气效率的措施
二、进气道和进气管 保证足够的流通面积，防止转弯及截面突变，改 善外表的光洁程度。 汽油机：燃料的雾化、蒸发、分配、压
力波的利用 柴油机：形成进气涡流
高转速、大功率时，进气管宜短粗； 中、低速，进气管宜细长。 三、空气滤清器
找出
提高充气效率 减少换气损失
方向与措施。
第三章 发动机换气过程
§4.1 发动机换气过程
第一节 四行程发动机的 换气过程
第三章 发动机换气过程
§4.1 发动机换气过程
一、换气过程
四行程发动机的换气过程包括从排气门 开启到进气门关闭的整个时期，约占 410º~480º曲轴转角。
自由排气
换气过程 强制排气 进气 气门叠开
一、充气效率 充气效率是实际进入气缸的新鲜工质的质量与进气状 态下充满气缸工作容积的新鲜工质的质量的比值。
第三章 发动机换气过程
§4.1 发动机换气过程
通过排气门口废气的流速等于该状态下的音速〔m/s〕
c KRT
式中 K——绝热指数； T——气体的绝对温度； R——气体常数〔N•m/〔kg·K〕〕。
二、影响充气效率的因素 〔一〕充气效率ηv的表达式 1〕进气门关闭时缸内气体的总质量ma
假定进气门关闭时气缸容积为〔Vs’ +Vc〕，此时缸内气体压 力、温度、密度为Pa、Ta、ρa，那么缸内气体的总质量为
m avcvs ' a
2〕排气门关闭时缸内剩余废气的质量 假定排气门关闭时缸内体积为Vr，剩余废气的压力、温度、密 度为Pr、Tr、 ρr ，那么剩余废气的质量为
5.减少气门处的流动损失
第三章 发动机换气过程 §4.3 提高充气效率的措施
二、进气道和进气管 保证足够的流通面积，防止转弯及截面突变，改 善外表的光洁程度。 汽油机：燃料的雾化、蒸发、分配、压
力波的利用 柴油机：形成进气涡流
高转速、大功率时，进气管宜短粗； 中、低速，进气管宜细长。 三、空气滤清器
找出
提高充气效率 减少换气损失
方向与措施。
第三章 发动机换气过程
§4.1 发动机换气过程
第一节 四行程发动机的 换气过程
第三章 发动机换气过程
§4.1 发动机换气过程
一、换气过程
四行程发动机的换气过程包括从排气门 开启到进气门关闭的整个时期，约占 410º~480º曲轴转角。
自由排气
换气过程 强制排气 进气 气门叠开
一、充气效率 充气效率是实际进入气缸的新鲜工质的质量与进气状 态下充满气缸工作容积的新鲜工质的质量的比值。
发动机原理第三章 内燃机的换气过程
➢正常排气
➢惯性进气
进气迟闭角：从进气下止点
河
到进气门关闭为止的曲轴转
南 理
角。
工
大
学
四冲程内燃机的换气过程
河 南 理 工 大 学
上止点
下止点
河 南 理 工 大 学
四冲程内燃机的换气过程
气门叠开现象和气门定时
气门叠开 配气相位 气门定时 扫气现象
进、排气提前角和迟闭角：
排气提前角：30~80°CA
南
理
工
TS ,Ta ,c , ρs
大
学
§3-3 提高充气效率的措施
➢ 减小进气系统阻力 ➢ 合理选择配气定时 ➢ 有效利用进气管的动态效应 ➢ 有效利用排气管的波动效应
河 南 理 工 大 学
一、减少进气系统阻力
一）进气门：阻力最大
气门的流通能力——时面值或角面值
Af
dt
1 6n
Af
d
=6nt
pa ps pa
流动阻力和转速关系
pa
v 2
2
和v
进气阻力的主要措施: 进气管长度、转弯半径、
管道内表面粗糙度；气流速度；增压中冷
和 r ： ，Vc ， r ，c
r c 燃烧恶化
河 南
汽油机： =6~12 r =0.05~0.16
理 工
非增压柴油机： =14~18 r =0.03~0.06
用电磁阀将高压共轨内油量进行合理分配控制油 压柱塞位置控制气门升程。
为精确控制气门升程 设置气门位移传感器
油压式可变配气机构的特点：
➢控制自由度高，提高进排气效 率气门的丰满系数接近1；
➢主要缺点：存在气门落座速度
河 南
➢惯性进气
进气迟闭角：从进气下止点
河
到进气门关闭为止的曲轴转
南 理
角。
工
大
学
四冲程内燃机的换气过程
河 南 理 工 大 学
上止点
下止点
河 南 理 工 大 学
四冲程内燃机的换气过程
气门叠开现象和气门定时
气门叠开 配气相位 气门定时 扫气现象
进、排气提前角和迟闭角：
排气提前角：30~80°CA
南
理
工
TS ,Ta ,c , ρs
大
学
§3-3 提高充气效率的措施
➢ 减小进气系统阻力 ➢ 合理选择配气定时 ➢ 有效利用进气管的动态效应 ➢ 有效利用排气管的波动效应
河 南 理 工 大 学
一、减少进气系统阻力
一）进气门：阻力最大
气门的流通能力——时面值或角面值
Af
dt
1 6n
Af
d
=6nt
pa ps pa
流动阻力和转速关系
pa
v 2
2
和v
进气阻力的主要措施: 进气管长度、转弯半径、
管道内表面粗糙度；气流速度；增压中冷
和 r ： ，Vc ， r ，c
r c 燃烧恶化
河 南
汽油机： =6~12 r =0.05~0.16
理 工
非增压柴油机： =14~18 r =0.03~0.06
用电磁阀将高压共轨内油量进行合理分配控制油 压柱塞位置控制气门升程。
为精确控制气门升程 设置气门位移传感器
油压式可变配气机构的特点：
➢控制自由度高，提高进排气效 率气门的丰满系数接近1；
➢主要缺点：存在气门落座速度
河 南
第三章发动机的换气过程
的途径。
§3.1 四行程内燃机的换气过程
一. 换气过程: 指从排气门打开到进气门关闭的整个时
期，约占410-480ºCA。 根据气流运动的特点分四个阶段：
自由排气、强制排气、进气过程、气门叠开。
1.自由排气阶段:
指从排气门打开，到P缸=P排管，气体靠本身的压 力自行流出气缸。包括超临界排气和亚临界排气。
超临界排气: 当P缸>1.9P排管，废气以当地音速流 出，而且与压差无关。排气流量值取决于缸内气体
状态和排气门有效开启截面的大小。随排气进行，
排气门流通截面不断增大。
亚临界排气：当P缸<1.9P排管，废气流出速度取 决于气缸内和排气管内压差。此时气体流量与排气
门有效流通截面和压差有关。
持续时间：下止点后10-30ºCA结束。 废气排出量：虽然时开角可以大一点，以提高 扫气效率。
增压柴油机：80—160 ºCA。
进气管内压力高于大气压力，新气易串入排气管（燃烧室 扫气）。
附：增压柴油机：防止燃料损失及未燃氮氢排放增加，增压柴 油机热负荷严重，扫气冷却有助于降低受热零件（如排气门） 的温度以及增压涡轮器进口温度。
三. 换气损失
(2)自由排气阶段在排气管内产生的压力波在管内往 复反射衰减，造成强制排气时缸内P波动。
注：缸内气体状态受活塞的运动速度与位置， 气门有效流通截面的变化规律以及排气管内 气体状态共同决定。
排气门迟后关：
①接近上止点，排气门流通截面↓，节流↑，排 气消耗的功增加，残余废气增加。
②可利用排气管中气体的流动惯性，吸出废气。 降低推出功和缸内残余废气量。同时要防止 废气倒流。排气门要晚关10 º—35ºCA。
减小进气迟闭角，能防止低速倒喷，有利于提高
§3.1 四行程内燃机的换气过程
一. 换气过程: 指从排气门打开到进气门关闭的整个时
期，约占410-480ºCA。 根据气流运动的特点分四个阶段：
自由排气、强制排气、进气过程、气门叠开。
1.自由排气阶段:
指从排气门打开，到P缸=P排管，气体靠本身的压 力自行流出气缸。包括超临界排气和亚临界排气。
超临界排气: 当P缸>1.9P排管，废气以当地音速流 出，而且与压差无关。排气流量值取决于缸内气体
状态和排气门有效开启截面的大小。随排气进行，
排气门流通截面不断增大。
亚临界排气：当P缸<1.9P排管，废气流出速度取 决于气缸内和排气管内压差。此时气体流量与排气
门有效流通截面和压差有关。
持续时间：下止点后10-30ºCA结束。 废气排出量：虽然时开角可以大一点，以提高 扫气效率。
增压柴油机：80—160 ºCA。
进气管内压力高于大气压力，新气易串入排气管（燃烧室 扫气）。
附：增压柴油机：防止燃料损失及未燃氮氢排放增加，增压柴 油机热负荷严重，扫气冷却有助于降低受热零件（如排气门） 的温度以及增压涡轮器进口温度。
三. 换气损失
(2)自由排气阶段在排气管内产生的压力波在管内往 复反射衰减，造成强制排气时缸内P波动。
注：缸内气体状态受活塞的运动速度与位置， 气门有效流通截面的变化规律以及排气管内 气体状态共同决定。
排气门迟后关：
①接近上止点，排气门流通截面↓，节流↑，排 气消耗的功增加，残余废气增加。
②可利用排气管中气体的流动惯性，吸出废气。 降低推出功和缸内残余废气量。同时要防止 废气倒流。排气门要晚关10 º—35ºCA。
减小进气迟闭角，能防止低速倒喷，有利于提高
发动机原理课件-第三章 发动机的换气过程
利用气流的惯性进气，进气门滞后关。转 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 后角较大。
从活塞行至下止点到进气门完全关闭时的
曲轴转角，称为进气滞后角，一般为40～ 70°CA.
及图 进 3 、 1 排 气气 流缸 通内 化截压 关面力 系积和 随排 曲气 轴管 转内 角压 的力 变以 -
（3）减小进气门的阻力
①增大进气门直径 ③增加进气门升程 ②增加进气门数目 ④改善气门头与杆的过渡形状
2、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 4、合理配气相位——进气迟闭角
5、采用可变进气系统 ＊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 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 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。
第二节 四冲程发动机的充气效率
一、充气效率ηCH（ηv）
指每循环实际封存在气缸内的新鲜充量ma与在进气状态下 （Ps、Ts）充满气缸工作容积的理论充量m’之比。
ηCH=ma/m’ =Vs/Vh
Vs—实际进入气缸新鲜充量体积（进气状态） Vh—气缸工作容积
实际上，ηCH<1。 ？（三个因素） （汽0.7~0.85；柴0.75~0.9) ※进气状态—对非增压发动机，指空气滤清器后进气管内的气体状 态（压力和温度）；对增压发动机，指增压器出口的气体状态。
2、结构因素
(1) 进气系统
进气系统部件？ 减小进气系统阻力进气终了压力↑ η
CH↑
※进气门直径大于排气门直径，气门顶部的形状呈流线型。
（2）压缩比
↑ Vc↓，r↓ η
从活塞行至下止点到进气门完全关闭时的
曲轴转角，称为进气滞后角，一般为40～ 70°CA.
及图 进 3 、 1 排 气气 流缸 通内 化截压 关面力 系积和 随排 曲气 轴管 转内 角压 的力 变以 -
（3）减小进气门的阻力
①增大进气门直径 ③增加进气门升程 ②增加进气门数目 ④改善气门头与杆的过渡形状
2、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 4、合理配气相位——进气迟闭角
5、采用可变进气系统 ＊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 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 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。
第二节 四冲程发动机的充气效率
一、充气效率ηCH（ηv）
指每循环实际封存在气缸内的新鲜充量ma与在进气状态下 （Ps、Ts）充满气缸工作容积的理论充量m’之比。
ηCH=ma/m’ =Vs/Vh
Vs—实际进入气缸新鲜充量体积（进气状态） Vh—气缸工作容积
实际上，ηCH<1。 ？（三个因素） （汽0.7~0.85；柴0.75~0.9) ※进气状态—对非增压发动机，指空气滤清器后进气管内的气体状 态（压力和温度）；对增压发动机，指增压器出口的气体状态。
2、结构因素
(1) 进气系统
进气系统部件？ 减小进气系统阻力进气终了压力↑ η
CH↑
※进气门直径大于排气门直径，气门顶部的形状呈流线型。
（2）压缩比
↑ Vc↓，r↓ η
汽车发动机原理3发动机的换气过程
一、换气过程
发动机运行时，在如此短的换气时间内，要 使排气干净，进气充足是比较困难的。
为了增加气门开启时间，充分利用气流的流 动惯性以及减少换气损失，改善换气过程， 提高发动机性能。
进、排气门一般都提前开启，迟后关闭，不 受活塞行程的限制。
整个换气过程超过两个冲程，约占曲轴转角 410°～490°。
3．进气过程
为了使新鲜空气充量更顺利地进入气缸， 尽可能保证在活塞下行时有足够大的进气 截面积，减小进气阻力，进气门一般在上 止点前0 ～40°曲轴转角打开。为了利 用高速气流的惯性，进气门通常在下止点 后40～70°曲轴转角才关闭，以增加进 气量。
4．气门叠开
排气门的迟后关闭和进气门的提前开启，使得 在上止点附近一定的曲轴转角范围内，存在着 进、排气门同时开启的现象，称为气门叠开。
一、换气过程
1.自由排气 特点 排出废气量与工况（尤其是转速）无关仅取 决于缸内状态及排气管阻力（结束标志为压 力平衡）。 时间极短但有近60％的废气在此阶段排出。
2.强制排气 定义：克服排气系统阻力活塞强制推出废气。
一、换气过程
3.进气过程 定义：活塞下行、缸内容积增加、缸内压力下 降、环境压力－缸内压力>进气系统阻力，吸入 新鲜工质。 特点： 初期缸内容积增加、压差不足不进气，进气 系统压力急剧下降。 压力下降到压差>＝进气阻力后压力几乎不变。
二、换气损失
换气过程的损失包括：
排气损失 进气损失
1．排气损失
排气损失是从排气门提前打开，直到进气行 程开始，气缸内压力到达大气压力之前，循 环功的损失。它可分为： 1)自由排气损失，是由于排气门提前打开 而引起的膨胀功的减少。 2)强制排气损失，是活塞上行强制推出废 气所消耗的功。
发动机的换气过程课件
燃烧反应 燃烧是燃料与氧气之间的高温化学反应，释放出 能量。
燃烧过程 包括进气、压缩、点火、燃烧和排气五个阶段。
化学反应式 以汽油为例，其化学反应式为 CnHm + (n+m/4) O2 → nCO2 + m/2 H2O。
燃烧室的设计
01
02
03
形状设计
为了促进混合气均匀分布 和火焰传播，燃烧室通常 设计成涡流形状。
压缩比
压缩比的高低对混合气的压缩程度和点火性能有 直接影响，进而影响燃烧效率。
PART 05
发动机的排气过程
排气门开启与关闭时刻
排气门开启时刻
随着活塞到达上止点，气缸内的压力 达到最高点，此时排气门开启，废气 开始排出。
排气门关闭时刻
随着活塞下行，气缸内压力降低，当 压力低于排气门内外压力差时，排气 门关闭。
提高压缩效率的措施
优化活塞和气缸壁设计
减少摩擦和泄露，提高压缩效率。
使用高压缩比活塞材料
提高压缩比，增加燃烧效率。
定期检查和调整气门间隙
确保气门关闭严密，减少气体泄露。
提高燃烧效率的措施
使用高性能燃油喷射系统 精确控制燃油喷射量和时间，提高燃油与空气混合效果。
优化点火系统 提高点火能量和火花塞性能，促进充分燃烧。
进气歧管的流量控制
空气滤清器
过滤进入进气歧管的空气，减少杂质和灰尘对发动机的损害。
流量计
测量进入进气歧管的空气流量，为发动机控制系统提供重要参数。
PART 03
发动机的压缩过程
压缩过程的原理
压缩过程是指将空气或混合气压缩，使其体积减小，压力和温度升高的过程。 在四冲程发动机中，压缩过程通常在活塞从下止点向上止点运动的过程中完成。
三发动机换气过程
胡水福
3
第一节 四冲程发动机的换气过程
一、换气过程 四行程发动机配气机构均采用气门换气方案，其换气
过程是排气门开启到进气门关闭的整个时期，约占曲轴转 角380°～490°。根据气体流动特点和进排气门运动规 律，换气过程可分为自由排 气、强制排气、惯性排气、准 备进气、正常进气和惯性进气 六个阶段，如图所示。
胡水福
15
1、排气损失
定义：从排气门提前开启，直到进气行程开始、缸 内压力到达大气压力之前, 所损失的循环功。 构成:
a、自由排气损失W： 由于排气门提前打开而引 起的膨胀功的减少。
b、强制排气损失Y： 活塞上行强制推出废气所 消耗的功。
胡水福
4
进排气门流通截面积的变化 (a)气缸压力、排气管压力随曲轴转角θ的变化曲线 (b)进排气门相对流通截面积随曲轴转角θ的变化曲线 (c)四行程发动机进、排气门开闭时间
胡水福
5
1、自由排气阶段 从排气门打开到气缸内压力接近排气压力，利用燃气压
力排气。 在排气门刚开启时，一般在排气下止点前30°-80°
胡水福
12
由于排气门迟闭和进气门早开，因此在上止点附近将出现 进、排气门同时开启的状态，称为气门重叠或气门叠开，气门叠 开时曲轴转过的角度称为气门叠开角或重叠角，一般为 20°～ 80°曲轴转角。由于气门重叠角小，进气门升起高度不大，且 废气又具有一定惯性，所以废气不会倒流入气管中，为此在气门 叠开期间因进气管、气缸、排气管连通在一起，可以利用气流的 压差和惯性清除残余废气，增加进气量。
曲轴转角，缸内压力与排气管压力之比＞1.9，排气流动处 于超临界状态，可利用废气自身的压力自行排出，此时通 过气门的气体速度等于燃气的音速。
c ? KRT
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道系统。当阀门突然打开时，
管道内前端气体向前运动，在
前端极短的一段内，出现一个
微小压降△ p，即负压波（膨
胀波）。
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16
第二章 发动机的换气过程
—— 配气系统内动态效应的利用
2.8 配气系统内动态效应的利用
2.8.1 管内动态效应
负压波以声速 a 向入口传
播。其绝对速度为Cf－ a 。情
况，与突然打开时相反。负压
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3
第二章 发动机的换气过程
—— 配气系统可变技术
2.7 配气系统可变技术 2.7.1 可变进气管技术
对进气管的要求是： 在高速、大功率时，应配装粗短的进气管； 在中低速，最大扭矩时，应配装细长的进气管。
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4
第二章 发动机的换气过程
—— 配气系统可变技术
2.7 配气系统可变技术 2.7.1 可变进气管技术
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8
第二章 发动机的换气过程
—— 配气系统可变技术
2.7 配气系统可变技术 2.7.2 可变配气机构
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第二章 发动机的换气过程
—— 配气系统可变技术
2.7 配气系统可变技术 2.7.2 可变配气机构
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10
第二章 发动机的换气过程
—— 配气系统可变技术
2.7 配气系统可变技术 2.7.2 可变配气机构
汽车发动机原理
-
1
第二章
发动机的换气过程
-
2
第二章 发动机的换气过程
—— 配气系统可变技术
2.7 配气系统可变技术
配气系统可变技术是发动机可变技术的重要 组成部分，是指配气系统结构参数可变的技术。
配气系统可变技术几乎可改变所有的结构参 数，如进气管长度和流动截面、配气相位、气门 升程规律和进气涡流强度等等。
力。这样发动机就可以多进气，从而使充气
效率得到提高，这是上图出现充气效率变化
的原因，即动态效应引起充气效率变化。
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15
第二章 发动机的换气过程
—— 配气系统内动态效应的利用
2.8 配气系统内动态效应的利用 2.8.1 管内动态效应
可以用简单的管道气体流 动模型来说明动态效应。
图表示一个带有阀门的管
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第二章 发动机的换气过程
—— 配气系统内动态效应的利用
2.8 配气系统内动态效应的利用 2.8.1 管内动态效应
反射压力波的类型取决于管端的边界条件。 有两种边界，开口边界和闭口边界。上例的入口 为开口边界，出口在阀门关闭时为闭口边界。开 口边界的反射波和入射波相反，压缩波反射时变 为膨胀波，膨胀波反射时变为压缩波；闭口边界 的反射波和入射波相同，即压缩波仍为压缩波， 膨胀波仍为膨胀波。
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第二章 发动机的换气过程
—— 配气系统可变技术
2.7 配气系统可变技术 2换气过程
—— 配气系统可变技术
2.7 配气系统可变技术 2.7.3 可变排气管
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第二章 发动机的换气过程
—— 配气系统内动态效应的利用
2.8 配气系统内动态效应的利用 进气管结构参数变化导致充气效率改变。
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第二章 发动机的换气过程
—— 配气系统内动态效应的利用
2.8 配气系统内动态效应的利用
分析：
在进气过程中，活塞的下行运动可导致
进气管内产生膨胀波，该膨胀波将在进气管
的开口端反射，然后产生正向压力波向气缸
传播。在合适的条件下(如转速、进气管长
度等)，这个正向压力波可以使得进气过程
结束时，进气门处的压力高于正常的进气压
波到达入口后，变为正压波（
压缩波）向出口反射，使管内
压力升高。
阀门突然关闭时管道内压
力波传播与反射与打开时相反
。
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第二章 发动机的换气过程
—— 配气系统内动态效应的利用
2.8 配气系统内动态效应的利用 2.8.1 管内动态效应
除了阀门的突然开闭，还
有许多原因可能导致压力波传 播与反射，如管道内存在突起 和急剧转弯。由于存在各种阻 力，管道内压力波在反复传播 时会不断衰减，经过一定的时 间之后，管内流动趋于平衡稳 定流动。
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第二章 发动机的换气过程
—— 配气系统内动态效应的利用
2.8 配气系统内动态效应的利用 2.8.1 管内动态效应
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第二章 发动机的换气过程
—— 配气系统内动态效应的利用
2.8 配气系统内动态效应的利用 2.8.1 管内动态效应
管内非稳定流动中压力波的传播反射就是管 道内的动态效应。压力波的传播与反射还有叠加 效果，使得管内压力波动加剧。工程上可以利用 动态效应来增加气缸吸入的新鲜充量，提高充气 效率。
发动机在中、低速时，关 闭阀8，使用长进 管。在阀8关闭的 情况下，利用长
管反射和传播压 力波.
高速工作时，打开阀8，
同时使用长短两
进气管。利用短
管进行反射压力
波的传播和反射。
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5
第二章 发动机的换气过程
—— 配气系统可变技术
2.7 配气系统可变技术 2.7.1 可变进气管技术
可旋转件
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第二章 发动机的换气过程
—— 配气系统可变技术
2.7 配气系统可变技术 2.7.1 可变进气管技术
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第二章 发动机的换气过程
—— 配气系统可变技术
2.7 配气系统可变技术
2.7.2 可变配气机构 （可变气门定时）
四行程发动机对气门定时的要求 是：进气迟闭角与排气提 前角应随转速的提高而加 大，即低转速时，进、排 气门应接近下止点关闭和 打开；高转速时，进、排 气门应远离下止点关闭和 打开。怠速时，气门叠开 角要小，随着转速上升， 气门叠开角应加大。
二冲程内燃机的换气过程分为三个阶段，自由排气阶段、
扫气阶段以及额外排气阶段。
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第二章 发动机的换气过程
—— 配气系统内动态效应的利用
2.8 配气系统内动态效应的利用 2.8.2 进气管内的动态效应
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第二章 发动机的换气过程
—— 二冲程内燃机的换气过程
2.9 二冲程内燃机的换气过程 2.9.1 二冲程内燃机的换气过程
二冲程内燃机同样具有进气、压缩、燃烧、膨胀和排
气过程，这些过程只用两个活塞行程来完成，其中差别最 大的是换气过程。在膨胀行程的末期，活塞下行．首先打 开排气口，开始排气，而后扫气口开启，具有一定压力的 新鲜充量由扫气口流人气缸，并强迫废气由排气口流出， 进行充量更换，然后，活塞到达下止点后又上行，在压缩 行程的开始，依次将扫气口和排气口关闭，换气过程结束。 新鲜充量由扫气泵提供，扫气泵的作用是对新鲜充量进行 压缩，使其压力提高后，再进入气缸。