第二章 发动机的换气过程

2020/3/20
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2、进气迟闭
为了利用吸气过程中产生的高速气流的惯性，进气门 必须在下止点后适当曲轴转角才完全关闭，实现过后充 气，以增加气缸内充气量。进气迟闭角一般为下止点后 20-60 ºCA。
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四、气门叠开和燃烧室扫气过程
认为自由排气阶段内废气流量与气体压差无关，仅取决 于气缸内气体的状态和气门开启有效截面积。
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二、强制排气阶段：
定义：自由排气结束后，气缸内的废气随活塞上行被强制排 出，直到排气门关闭。
在此阶段缸内气体的状态由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的气体状态等共 同决定。
第二章 发动机的换气过程
要使发动机作功多，扭矩大，功率大，需要燃料在气缸内 燃烧时放热多，这主要取决于进入气缸中空气量的多少。 因此，要求进气尽可能充分，排气尽可能干净。
内燃机中的流动均是不稳定流，而且进、排气管中发生 的压力波有时可能促进进、排气作用，有时可能妨碍进、 排气作用，因此，理论分析很困难。
1、汽油机气门叠开角较小，因为发动机怠速工况时节 气门开度最小，进气节流损失最大，进气管内真空度最 高，容易造成排气管内废气倒流现象。
2、非增压柴油机进排气压力相当，允许采用较大的 气门叠开角，增强扫气效果，提高充量质量，提高性 能。气门叠开角一般为20～60 ºCA。
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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。
排气迟闭的原因：为减少排气所消耗的功与缸内的残余 废气量，充分利用气流的惯性效应，实现后排气，排气门 需要推迟关闭。但过大的排气迟闭会导致废气倒流。当废 气从气缸流出的流动过程刚刚停止时，就是理想的排气门 关闭时刻.
排气门迟闭角为4= 10～70 °CA。
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在亚临界排气阶段，废气流量决定于气缸内和排气管内的压 力差。某一时刻，气缸内和排气管内的压力接近，则自由排气 阶段结束。自由排气阶段一般在下止点后10～30º CA才结束。 （自由排气阶段=超临界流动阶段+部分亚临界流动阶段）
这一阶段虽然只占总排气时间的1/3左右，且气阀开启流通 面积也较小，但因流速很高，排出的废气量可达60％以上。在 超临界时期常伴有刺耳的噪声，是发动机排气噪声的主要来源。
3、在增压柴油机中，由于进气压力始终高于排气管内 压力，新鲜充量可以经燃烧室后流入排气管中，以达到扫气 的目的，不仅有助于降低受热零件表面温度，提高其可靠性， 降低增压器涡轮的进口温度。因此，增压柴油机气门叠开角 可以较大，一般为80～140 ºCA。
4、机械增压柴油机:由于进、排气压差大，且过多的扫气 会加重压气机的负担而使机械效率降低，故其叠开角一般 取较小值；
当排气温度为700~1100K时，声速c可达500~700（m/s）。
（ c kRT ）
当废气流向排气管时，管内压力Pr急剧 上升，产生了正压力
波，到了管端口后又变成负压力波反射回排气门。
k
当 pr 2 k1时 ，0.5属28 于亚临界流动。
p
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本章将根据试验结果，结合理论分析，研究内燃机的换气过 程，分析影响发动机充气效率的因素，从而设法尽可能提高 发动机的充气量。
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§1-1 四冲程内燃机的换气过程
换气过程—排气过程开启至进气门关闭，约占410ºC~480ºC曲轴转角。
包括自由排气、强制排气、进气和气门叠开四个阶段。
叠开角过大的问题： a.会使气门与活塞发生干涉，活塞上的气门避让坑相应地要加深，直
接影响燃烧室气体运动的合理组织以及压缩比的大小。 b.过多的扫气空气也会加重涡轮增压器的负担。 c. 增压汽油机，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，故叠开角仍较小。
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由于排气门的迟后关闭和进气门的提前开启，在进、排 气上止点附近，存在进、排气门同时开着的现象，称之为 气门叠开。
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。
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五、四冲程内燃机换气损失
定义:理论循环换气功与实际循环换气功之差 。
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在排气门提前开启时，气缸内压力p约为0.2～0.5MPa，与 排气管内压力Pr之比大于临界值1.9，排气的流动处于超临界 状态，废气以当地声速c（m/s）流过排气门，废气流量与气 体压差无关，仅取决于气缸内气体的状态和气门开启有效截面 积。
k
（当 pr 2 k1 时0，.52属8 于超临界流动）。 p k 1
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一、自由排气阶段：
自由排气阶段—排气门打开至气缸压ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ接近排气管压力的这 段时期。
为什么排气门必须在下止点前提前开启一定角度？ 排气门开启初期，活塞移动速度缓慢，排气门开启流通截 面积只能缓慢增加，如果排气门恰好在下止点开启，气缸 内压力下降缓慢，活塞上行时压缩负功较大，增大排气过 程的消耗功率，因此，排气门必须提前开启。通常，排气 门提前开启角度约30~80ºCA。