发动机换气过程_图文.ppt
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第二章-发动机的换气过程PPT课件
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。
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.
p k1
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 k1
2021/1/28
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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）
燃料的损失以及未燃碳氢排放物的增加，故叠开角仍较小。
2021/1/28
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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 。
换气损失＝进气损失+排气损失
2021/1/28
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2021/1/28
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1、排气损失
排气门开启到吸气行程开始缸内压力达到或接近进气管压力之前， 在此阶段所损失的功称为排气损失
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。
2021/1/28
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
发动机换气过程PPT课件
• 换气损失（W+Y+X） 理论循环换气功与实际循环换气功之差。 进气损失--X
自由排气损失--W
排气损失 强制排气损失--Y
• 泵气损失（X+Y-d）
如何使排气损失最小 ⑴?e`（排气门太早开启）
如果排气提前角↑，则w↑，y↓
⑵e``（排气门太晚开启）
排气提前角↓，则w↓，y↑
e’ e”
所以：最有利的排气提前角，必须是使（w+y） 最小。
换气过程
自由排气 强制排气 进气 气门叠开
用曲轴转角表示进排气门开启到关闭 的时候和持续的时间，称为配气相位（定 时）。
通常把配气相位用相当于上下止点曲 轴转角的环形图表示成为配气相位图。
进气提前角 进气迟闭角
排气迟闭角 排气提前角
1、自由排气阶段—-废气根据自身的压力自 行排出
从排气门打开到气 缸压力接近了排气管压 力的这个时期称为自由 排气阶段
则有m1=ma/（1+r）
影响充气效率因素的公式推导
进气终了时气缸内总容积va’（有效 进气容积）与气缸总容积va的比值为ξ〈１ （有效进气体积系数）
影响充气效率因素的公式推导
v
m1 ms
ma ms (1 r)
aVa '
Pa RaTa
•Va
(1 r)sVs
1 r
Ps R sTs
•Vs
影响充气效率因素的公式推导 因为ＰＶ＝ｍＲＴ 有Ｐ／ＲＴ＝ｍ／Ｖ＝ρ Va/Vc=ε Vs/Vc=(Va-Vc) /Vc=ε-1
发动机换气过 程
一、四冲程发动机的换气过程
内
容
介
二、四冲程发动机的换气损失
绍
三、四冲程发动机的充气效率
Chapter2 发动机的换气过程
排气门不允许刚好在活塞到达上止点时关闭，而 应当在上止点后一定角度时关闭，这就是排气迟闭。 排气迟闭期间，可以利用缸内气体流动惯性从气缸内 抽吸部分废气，实现过后排气，过大的排气迟闭会导 致废气倒流。排气门迟闭角为10°～35°（CA）。
3. 进气过程
从进气门开启到关闭的全过程都是进气过程。
mr ' Vr ' r '
每循环充入气缸新鲜混合气的质量m1为：
m1 Vc V a' Vr ' r ' ma gb
' s
a L0 ma ( )m1 K a m1 1 a L0
cVs s K a [(Vc V ) Vr r ]
3）排气终了时废气压力高，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．配气定时
由φc 的计算公式可见，由于进气门迟闭而ξ＜1 , 新鲜充量的容积减小，但Pa’ 值却可能因有气流惯性 而使进气有所增加，合适的配气定时应考虑ξPa’具有
最大值。
5．压缩比
压缩比增加，压缩容积减小，残余废气量随之
(2)除了排气提前角以外，发动机的转速对排 气损失影响也较大(图4-3b)。一般而言，转速 增高时，发动机膨胀损失的增加幅度远远小 于推出损失的增加幅度，而两者之和在总体 上呈现增加的趋势。 降低排气损失的主要方法: 合理确定排气提前角，以有效地减少排 气过程中的损失。
2．进气损失
• 与排气过程不同的是，进气损失不仅体观在进气过程 所消耗的功上，更重要的是体现在进气过程中所吸人 新鲜充量的多少上，因为前者对于发动机的热效率乃 至功率影响不大，而后者对发动机性能有显著的影响。 • 如图4-2b和图4-2d所示，由于进气道、进气门等处存 在流动阻力损失，进气压力线位于大气压力线p0(非增 压机)或增压压力线pb(增压机)之下，两者之差围成的 阴影部分面积可分别用y表示。将它与排气过程中的 损失相比，其值明显相对较小(图4-4)。 • 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。
3. 进气过程
从进气门开启到关闭的全过程都是进气过程。
mr ' Vr ' r '
每循环充入气缸新鲜混合气的质量m1为：
m1 Vc V a' Vr ' r ' ma gb
' s
a L0 ma ( )m1 K a m1 1 a L0
cVs s K a [(Vc V ) Vr r ]
3）排气终了时废气压力高，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．配气定时
由φc 的计算公式可见，由于进气门迟闭而ξ＜1 , 新鲜充量的容积减小，但Pa’ 值却可能因有气流惯性 而使进气有所增加，合适的配气定时应考虑ξPa’具有
最大值。
5．压缩比
压缩比增加，压缩容积减小，残余废气量随之
(2)除了排气提前角以外，发动机的转速对排 气损失影响也较大(图4-3b)。一般而言，转速 增高时，发动机膨胀损失的增加幅度远远小 于推出损失的增加幅度，而两者之和在总体 上呈现增加的趋势。 降低排气损失的主要方法: 合理确定排气提前角，以有效地减少排 气过程中的损失。
2．进气损失
• 与排气过程不同的是，进气损失不仅体观在进气过程 所消耗的功上，更重要的是体现在进气过程中所吸人 新鲜充量的多少上，因为前者对于发动机的热效率乃 至功率影响不大，而后者对发动机性能有显著的影响。 • 如图4-2b和图4-2d所示，由于进气道、进气门等处存 在流动阻力损失，进气压力线位于大气压力线p0(非增 压机)或增压压力线pb(增压机)之下，两者之差围成的 阴影部分面积可分别用y表示。将它与排气过程中的 损失相比，其值明显相对较小(图4-4)。 • 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。
发动机原理——第二章-发动机的换气过程
第二章发动机的换气过程燃烧是做功之本。
燃烧需要空气与燃料。
重量比容积比燃料 1 1 液态空气15 1000 气态燃料受机械控制，容易参加。
而汽缸容积就那么大，要想多加空气就要困难得多。
因此，对发动机换气过程的研究就显得尤为重要了。
§2-1 四冲程发动机的换气过程一配气定时与工程热力学中介绍的不同, 进排气门的开启、关闭也需要时间, 故在下止点前排气－排气提前角40︒～80︒在上止点后关闭－排气迟闭角10︒～35︒在上止点前吸气－进气提前角0︒～40︒在下止点后关闭－进气迟闭角40︒～80︒进气提前角+排气迟闭角－气门叠开角二换气过程〔一〕排气过程1 自由排气阶段A排开p >>p’ →p = p’靠缸内压力将气体挤出气缸，其中p－缸内压力, p’－排气管内压力。
2 强制排气阶段Bp = p’ → p ≤p’靠活塞上行将废气挤出气缸。
3 超临界排气C排开→p = 1.9 p’=m/s。
其流量与压差〔p - p’〕在气阀最小截面处, 气体流速等于该地音速a kRT无关, 只决定于排气阀开启面积和气体状态。
4 亚临界排气Dp = 1.9 p’ →排闭。
其流量取决于压差〔p - p’〕。
〔二〕进气过程和气门叠开角-〕使新鲜介质进入缸内。
由于节流作用, 缸内产生负压；〔p p气阀叠开角：非增压：20︒～60︒ CA。
太大〔引起〕→废气回流进气道。
太小→扫气作用不明显。
增压：110︒～140︒ CA。
进气管p↑, 扫气明显, 气阀叠开角可以增大很多。
如6135型高柴：非增压：40︒, 增压：124︒。
扫气的作用：1 去除废气, 增加气缸内的新鲜充量。
2 降低排气温度。
3 降低热负荷最严重处〔如气阀、活塞等〕的温度。
三换气损失理论循环换气功与实际循环换气功之差。
如图：换气损失功－X+〔Y+W〕, 其中〔W+Y〕为排气损失功，X为进气损失功。
〔一〕排气损失功YW是因排气门提前开启而损失的膨胀功,称为自由排气损失。
第二章发动机的换气过程
1、自由排气阶段
从排气门打开到气缸压力接近于排气管压力的这个时 期称为自由排气阶段。由于配气机构惯性力的限制，若在 活塞到下止点时才打开排气门，则在气门开启的初期，开 度极小，废气不能通畅流出，缸内压力来不及下降，在活 塞向上回行时形成较大的反压力，增加排气行程所消耗的 功。所以有必要在活塞到达下止点之前打开排气门，从排 气门开始打开到下止点这段曲轴转角称为排气提前角。一 般排气提前角为如30°~80°曲轴转角。
3、进气过程
为了保证活塞下行时，进气门开启面积足够大，使新 鲜充量顺利流人气缸，进气门在上止点前就开始打开。进 气门提前开启角一般为上止点前0°~40°曲轴转角。
为了充分利用高速气流的动能，进气门也须在下止点 后关闭，从而实现在下止点后继续充气，增加进气量。进 气门迟闭角一般为下止点后40°~70°曲轴转角。
二、排气损失（二）
如图2—4所示，随着排气提前 角的增大，自由排气损失面积W增 加，而此时强制排气损失面积Y应 减小。因而最有利的排气提前角应 使面积(W+Y)之和为最小。当排气 门截面小，发动机转速高时，按曲 轴转角计算的实际超临界排气时期 延长，为减少排气损失，应适当加 大排气提前角。
减小排气系统阻力及排气门处 流动损失是降低排气损失的主要办 法。
可变进气只管
当发动机低速运转时，发 动机电子控制单元5发出指 令，转换阀控制装置4关闭 转换阀3，这时空气经空气 滤清器1和节气门2沿着细 长的进气支管流进气缸。 弯曲细长的进气支管提高 了进气速度，气流的动能 增大，使进气量增多。当 发动机转速增高时，转换 阀开启，空气通过空气滤 清器和节气门直接进入粗 短的进气支管。粗短的进 气支管进气阻力小，也使 进气量增多。
双通道可变进气支管