汽车发动机原理与汽车理论基本课件-第三章
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•合理调整配气定时，加大进气门的流通截面、 正确设计进气管及进气道的流动路径以及降 低活塞平均速度等，都会使进气损失减少。
• 排气损失与进气损 失之和称为换气损 失 (W十Y十X) 。
• 泵气损失（X+Y-u） ：在实际循环示功 图中把面积(x+y- u) 相当的负功称为泵 气损失。这部分损 失放在机械损失中 加以考虑。
ma mr m0
ma (r 1)m0
pa 1 Ta
T0 p0
1 r 1
充气效率不受汽缸工作容积的影响。当汽缸工作 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。
二、影响充气效率的因素及其分析
1．进气终了时缸内压力Pa’ Pa’对φc有重要影响，Pa’愈高，φc值愈大 Pa’=Ps－△Pa
5．压缩比
压缩比增加,压缩容积减小,残余废气量随之 减小,因而φc有所增加。 6. 进气状态
进气温度升高，进气压力下降均会使进入 气缸充量的密度减小，绝对进气量减少，对充 量系数影响不大。
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
第三章 发动机的换气过程
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节
四冲程发动机的换气过程 四冲程发动机的充气效率 提高发动机充气效率的措施 二冲程发动机的换气过程 工程应用实例(文摘)
第一节 四冲程发动机的换气过程
一、换气过程 二、换气损失与泵气损失
上止点 下止点
第一节 四冲程发动机的换气过程
一、换气过程：
• 四冲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。p25 • 换气过程可分作自由排气、强制排气、
进气和燃烧室扫气四个阶段。
1、自由排气阶段
从排气门开启到气缸压力接近于排气管内压力的
时期，称为自由排气阶段。 排气提前角：从排气门开启到活塞行至下止点
的特殊现象，称为气门重叠，相应的角度是气门重
叠角，它是排气迟闭角与 进气提前角之和。
• 气门重叠角的选择以新鲜 充量不流入排气管为原则
。
• 增压柴油机的气门重叠角 一般为80º~160º(CA)；
• 非增压柴油机的气门叠开 角在20º~60º(CA)范围内。
二、换气损失与泵气损失 • 定义:从排气门提前开启
1）管道阻力系数 管道阻力大，管道阻力系数大， △pa大，Pa’ 降低。
2）管道内气体的流速
负荷减小，发动机转速高，气体流速增 加， △pa大，引起Pa’下降。
2．进气终了的温度Ta’ Ta’高于进气状态温度， Ta’越高，充入气
缸的工质密度越小，φc值愈低。
•引起Ta’升高的原因是: 1）新鲜工质进入发动机与高温零件接触而 被加热。 2）新鲜工质与高温残余废气混合而被加热。
第二节 四冲程发动机的充气效率
一、充气效率ηｖ 二、影响充气效率的因素及其分析
一、充气效率
• 充气效率（ην）:指发动机每一工作循环的实际充 气量m与理论充气量m0 （进气状态下充满汽缸工作容
积的新鲜气体数量)的比值 。
v
m m0
ma mr m0
1 T0
1 p0
pa
Ta
pr Tr
v
•措施：
将高温排气管与进气管分置于气缸两侧， 控制进气预热，适当加大气门叠开角等， 降低 Ta’。 •转速和负荷对Ta’的影响
1）转速：当负荷不变而转速增加时，由于 新鲜工质与缸壁等接触时间短，传热量少，所 以Ta’稍有下降。
2）负荷：当转速不变而增加发动机负荷时， 缸壁等零件温度升高，Ta’有所上升。
式中，△pa为气体流动时，克服进气系统阻力 而引起的压降(kPa)。
一般可写成
pa
v2
2
式中 ——管道阻力系数；
——进气状态下气体的密度；
V——管道内气体的流速（m/s）。
可见，△pa主要取决于各段管道的阻力
系数和气体流速。若大、 V高时，△pa增加，
使pa’下降。
•管道阻力系数、转速和负荷对进气压力的 影响
进气马赫数：进气门处气流平均速度V m 与该处声速 之比
M Vm
进气马赫数反映气体流动对充量系数 的影响。
一、减少进气系统的流动损失 二、减小对新鲜充量的加热 三、减小排气系统的阻力 四、合理地选择配气相位
提高发动机充量系数的措施
降低进气系统的阻力
减少对进气充量的加热
提高充量系数措施
降低排气系统流通阻力
结构一定, 即εc一定
合理选择进、排气相位角 谐振进气与可变进气支管
一、降低进气系统的流动阻力
1．降低进气门处的流动损失
一）、排气损失 ，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。
二）、进气损失X
• 进气损失主要是指进 气过程中，因进气系 Βιβλιοθήκη Baidu的阻力面引起的功 的损失，与排气损失 相比进气损失较小。
。 • 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。
图３-4 不同节气门开度、不同转速时的进气终了气体压力
图３-5 三种国产发动机充气 效率随转速的变化关系
1—495Ｑ型柴油机 2—CA-３０型越野 汽车汽油机 3—CA-72型小客车汽油机
第三节 提高发动机充气效率的措施
3.残余废气系数 1） 增加， φc降低，燃烧恶化，油耗、
排放增加， 2）压缩比提高，残余废气系数减小。 3）排气压力高，废气多，充气效率降低。 4）排气系统阻力大，排气压力高，废气多。
4．进排气相位角
小,由但于Pa进’值气却门可迟能闭因而有气＜流1惯,性新而鲜使充进量气的有容所积增减
加,合适的配气定时应考虑ξPa’具有最大值。
所对应的曲轴转角称为，一般为30º~80º曲轴转角。
2、强制排气阶段
自由排气阶段结束后，气缸内的废气将被上
行活塞强制推出，这一过程就是强制排气阶段。 排气提前角：从上止点到排气门完全关闭终了所
对应的曲轴转角，一般为10º~35º曲轴转角。
4、气门重叠和燃烧室扫气过程
在排气行程上止点附近出现进、排气门同时开启
• 排气损失与进气损 失之和称为换气损 失 (W十Y十X) 。
• 泵气损失（X+Y-u） ：在实际循环示功 图中把面积(x+y- u) 相当的负功称为泵 气损失。这部分损 失放在机械损失中 加以考虑。
ma mr m0
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pa 1 Ta
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1 r 1
充气效率不受汽缸工作容积的影响。当汽缸工作 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。
二、影响充气效率的因素及其分析
1．进气终了时缸内压力Pa’ Pa’对φc有重要影响，Pa’愈高，φc值愈大 Pa’=Ps－△Pa
5．压缩比
压缩比增加,压缩容积减小,残余废气量随之 减小,因而φc有所增加。 6. 进气状态
进气温度升高，进气压力下降均会使进入 气缸充量的密度减小，绝对进气量减少，对充 量系数影响不大。
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
第三章 发动机的换气过程
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节
四冲程发动机的换气过程 四冲程发动机的充气效率 提高发动机充气效率的措施 二冲程发动机的换气过程 工程应用实例(文摘)
第一节 四冲程发动机的换气过程
一、换气过程 二、换气损失与泵气损失
上止点 下止点
第一节 四冲程发动机的换气过程
一、换气过程：
• 四冲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。p25 • 换气过程可分作自由排气、强制排气、
进气和燃烧室扫气四个阶段。
1、自由排气阶段
从排气门开启到气缸压力接近于排气管内压力的
时期，称为自由排气阶段。 排气提前角：从排气门开启到活塞行至下止点
的特殊现象，称为气门重叠，相应的角度是气门重
叠角，它是排气迟闭角与 进气提前角之和。
• 气门重叠角的选择以新鲜 充量不流入排气管为原则
。
• 增压柴油机的气门重叠角 一般为80º~160º(CA)；
• 非增压柴油机的气门叠开 角在20º~60º(CA)范围内。
二、换气损失与泵气损失 • 定义:从排气门提前开启
1）管道阻力系数 管道阻力大，管道阻力系数大， △pa大，Pa’ 降低。
2）管道内气体的流速
负荷减小，发动机转速高，气体流速增 加， △pa大，引起Pa’下降。
2．进气终了的温度Ta’ Ta’高于进气状态温度， Ta’越高，充入气
缸的工质密度越小，φc值愈低。
•引起Ta’升高的原因是: 1）新鲜工质进入发动机与高温零件接触而 被加热。 2）新鲜工质与高温残余废气混合而被加热。
第二节 四冲程发动机的充气效率
一、充气效率ηｖ 二、影响充气效率的因素及其分析
一、充气效率
• 充气效率（ην）:指发动机每一工作循环的实际充 气量m与理论充气量m0 （进气状态下充满汽缸工作容
积的新鲜气体数量)的比值 。
v
m m0
ma mr m0
1 T0
1 p0
pa
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pr Tr
v
•措施：
将高温排气管与进气管分置于气缸两侧， 控制进气预热，适当加大气门叠开角等， 降低 Ta’。 •转速和负荷对Ta’的影响
1）转速：当负荷不变而转速增加时，由于 新鲜工质与缸壁等接触时间短，传热量少，所 以Ta’稍有下降。
2）负荷：当转速不变而增加发动机负荷时， 缸壁等零件温度升高，Ta’有所上升。
式中，△pa为气体流动时，克服进气系统阻力 而引起的压降(kPa)。
一般可写成
pa
v2
2
式中 ——管道阻力系数；
——进气状态下气体的密度；
V——管道内气体的流速（m/s）。
可见，△pa主要取决于各段管道的阻力
系数和气体流速。若大、 V高时，△pa增加，
使pa’下降。
•管道阻力系数、转速和负荷对进气压力的 影响
进气马赫数：进气门处气流平均速度V m 与该处声速 之比
M Vm
进气马赫数反映气体流动对充量系数 的影响。
一、减少进气系统的流动损失 二、减小对新鲜充量的加热 三、减小排气系统的阻力 四、合理地选择配气相位
提高发动机充量系数的措施
降低进气系统的阻力
减少对进气充量的加热
提高充量系数措施
降低排气系统流通阻力
结构一定, 即εc一定
合理选择进、排气相位角 谐振进气与可变进气支管
一、降低进气系统的流动阻力
1．降低进气门处的流动损失
一）、排气损失 ，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。
二）、进气损失X
• 进气损失主要是指进 气过程中，因进气系 Βιβλιοθήκη Baidu的阻力面引起的功 的损失，与排气损失 相比进气损失较小。
。 • 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。
图３-4 不同节气门开度、不同转速时的进气终了气体压力
图３-5 三种国产发动机充气 效率随转速的变化关系
1—495Ｑ型柴油机 2—CA-３０型越野 汽车汽油机 3—CA-72型小客车汽油机
第三节 提高发动机充气效率的措施
3.残余废气系数 1） 增加， φc降低，燃烧恶化，油耗、
排放增加， 2）压缩比提高，残余废气系数减小。 3）排气压力高，废气多，充气效率降低。 4）排气系统阻力大，排气压力高，废气多。
4．进排气相位角
小,由但于Pa进’值气却门可迟能闭因而有气＜流1惯,性新而鲜使充进量气的有容所积增减
加,合适的配气定时应考虑ξPa’具有最大值。
所对应的曲轴转角称为，一般为30º~80º曲轴转角。
2、强制排气阶段
自由排气阶段结束后，气缸内的废气将被上
行活塞强制推出，这一过程就是强制排气阶段。 排气提前角：从上止点到排气门完全关闭终了所
对应的曲轴转角，一般为10º~35º曲轴转角。
4、气门重叠和燃烧室扫气过程
在排气行程上止点附近出现进、排气门同时开启