内燃机的换气过程
内燃机的换气过程教学课件
Fvte－进气门有效时间截面值。
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Maim
Vsv
aFvte
Vsv
aFvtm
2 1
6n
6 20
式中， Fvte－进气门有效时间截面值；
Fvtm－平均有效时间截面值；
φ1、φ2－进、排气门开启和关闭时刻， 对应的曲轴转角。
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说明：
1）平均进气马赫数考虑了进气过程的主要影响 因素，是表示进气流动的特征参数。
谐振充气系统是将 一组点火间隔相等的气缸， 通过较短的进气管和谐振 箱连接在一起，在进气波 动的频率和进气系统固有 频率相等时，取得较好的 充气效果。
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注意：
1）为了保证各缸的进气不发生干扰，谐振充气 系统一般要求气缸的点火间隔为240°CA。
2）对于不可变进气系统，谐振充气只有在很窄 的转速范围内才有较好的充气效果；对于可变进 气系统，谐振充气可在较大的转速范围内具有较 好的充气效果。
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❖ W－自由排气损失，是排气门提前开启而引
起的膨胀功的减少；
❖ X－强制排气损失，是活塞把燃气推出气缸
所消耗的功。
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2、进气损失
进气过程中缸内气体的压力低于进气管内气 体的压力，损失的功相当于Y所表示的面积，称 为进气损失。
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（二）泵气功
四冲程内燃机，在进气行程和排气行程中缸 内气体对活塞做功的代数和就称为泵气功。
常用平均泵气压力表示泵气功的大小，其定 义为：
pp
Wp Vs
6 3
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内燃机工作原理
内燃机工作特点是，燃料在气缸内燃烧，所产生的燃气直接推动活塞作功。
下面，以图示的汽油机为例加以说明。
开始，活塞向下移动，进气阀开启，排气阀关闭，汽油与空气的混合气进入气缸。
当活塞到达最低位置后，改变运动方向而向上移动，这时进排气阀关闭，缸内气体受到压缩。
压缩终了，电火花塞将燃料气点燃。
燃料燃烧所产生的燃气在缸内膨胀，向下推动活塞而作功。
当活塞再次上行时，进气阀关闭，排气阀打开，作功后的烟气排向大气。
重复上述压缩、燃烧，膨胀，排气等过程，周期循环，不断地将燃料的化学能转化为热能，进而转换为机械能。
内燃机工作原理简述内燃机（Internal combustion engine）是一种热机，它将液体或气体燃料与空气混合后，直接输入机器内部燃烧产生热能再转化为机械能。
内燃机具有体积小、质量小、便于移动、热效率高、起动性能好的特点。
但是内燃机一般使用石油燃料，同时排出的废气中含有害气体的成分较高。
往复活塞式内燃机的工作腔称作气缸，气缸内表面为圆柱形。
在气缸内作往复运动的活塞通过活塞销与连杆的一端铰接，连杆的另一端则与曲轴相连，构成曲柄连杆机构。
因此，当活塞在气缸内作往复运动时，连杆便推动曲轴旋转，或者相反。
同时，工作腔的容积也在不断的由最小变到最大，再由最大变到最小，如此循环不已。
气缸的顶端用气缸盖封闭。
在气缸盖上装有进气门和排气门，进、排气门是头朝下尾朝上倒挂在气缸顶端的。
通过进、排气门的开闭实现向气缸内充气和向气缸外排气。
进、排气门的开闭由凸轮轴控制。
凸轮轴由曲轴通过齿形带或齿轮或链条驱动。
进、排气门和凸轮轴以及其他一些零件共同组成配气机构。
通常称这种结构形式的配气机构为顶置气门配气机构。
现代汽车内燃机无一例外地都采用顶置气门配气机构。
构成气缸的零件称作气缸体，支承曲轴的零件称作曲轴箱，气缸体与曲轴箱的连铸体称作机体。
甲，基本术语1. 工作循环活塞式内燃机的工作循环是由进气、压缩、作功和排气等四个工作过程组成的封闭过程。
(完整版)内燃机原理课后习题与答案
第一章发动机的性能1.简述发动机的实际工作循环过程。
1）进气过程：为了使发动机连续运转，必须不断吸入新鲜工质，即是进气过程。
此时进气门开启，排气门关闭，活塞由上止点向下止点移动。
2）压缩过程：此时进排气门关闭，活塞由下止点向上止点移动，缸内工质受到压缩、温度。
压力不断上升，工质受压缩的程度用压缩比表示。
3）燃烧过程：期间进排气门关闭，活塞在上止点前后。
作用是将燃料的化学能转化为热能，使工质的压力和温度升高，燃烧放热多，靠近上止点，热效率越高。
4)膨胀过程：此时，进排气门均关闭，高温高压的工质推动活塞，由上止点向下至点移动而膨胀做功，气体的压力、温度也随之迅速下降。
（5）排气过程：当膨胀过程接近终了时，排气门打开，废气开始靠自身压力自由排气，膨胀过程结束时，活塞由下止点返回上止点，将气缸内废气移除。
3.提高发动机实际工作循环热效率的基本途径是什么？可采取哪些基本措施？提高实际循环热效率的基本途径是：减小工质传热损失、燃烧损失、换气损失、不完全燃烧损失、工质流动损失、工质泄漏损失。
提高工质的绝热指数κ可采取的基本措施是：⑴减小燃烧室面积，缩短后燃期能减小传热损失。
⑵. 采用最佳的点火提前角和供油提前角能减小提前燃烧损失或后燃损失。
⑶采用多气门、最佳配气相位和最优的进排气系统能减小换气损失。
⑷加强燃烧室气流运动，改善混合气均匀性，优化混合气浓度能减少不完全燃烧损失。
⑸优化燃烧室结构减少缸内流动损失。
⑹采用合理的配缸间隙，提高各密封面的密封性减少工质泄漏损失。
4.什么是发动机的指示指标？主要有哪些？答：以工质对活塞所作之功为计算基准的指标称为指示性能指标。
它主要有：指示功和平均指示压力.指示功率.指示热效率和指示燃油消耗率。
5.什么是发动机的有效指标？主要有哪些？答:以曲轴输出功为计算基准的指标称为有效性能指标。
主要有：1）发动机动力性指标，包括有效功和有效功率.有效转矩.平均有效压力.转速n和活塞平均速度；2）发动机经济性指标，包括有效热效率.有效燃油消耗率；3）发动机强化指标，包括升功率PL.比质量me。
内燃机的工作原理是
内燃机的工作原理是
内燃机是一种能将化学能转化为机械能的发动机。
它利用燃料和空气的混合物在气缸内燃烧，产生高温高压气体推动活塞运动，从而驱动机械装置工作。
内燃机的基本工作原理是循环过程，包括吸气、压缩、燃烧和排气四个过程。
首先是吸气过程，活塞自顶部下降，气缸内形成负压，进气门打开，使空气和燃料混合物进入气缸。
然后是压缩过程，活塞自底部上升，气缸内的空气和燃料混合物被压缩，使其温度和压力增加。
接下来是燃烧过程，当活塞达到上止点时，火花塞发出电火花引燃燃料混合物，燃烧产生高温高压气体，推动活塞向下运动。
最后是排气过程，活塞再次向上升至上止点，排气门打开，将燃烧产生的废气排出气缸。
内燃机根据燃料类型和点火方式的不同，可以分为汽油机和柴油机。
汽油机使用汽油作为燃料，采用电火花点火系统；柴油机使用柴油作为燃料，通过高温高压使燃料自燃。
内燃机工作原理的关键在于燃烧过程，燃料和空气的混合比例、点火时机和燃烧速度都对内燃机的效率和性能有重要影响。
现代内燃机通过电子控制系统对燃油喷射、点火和气缸压力进行精确调控，提高了燃烧效率和排放控制能力。
总的来说，内燃机利用燃料燃烧产生的爆发力推动活塞来完成能量转换，是一种高效的动力装置，广泛应用于汽车、发电机、船舶等领域。
第1讲 内燃机的换气过程
3 气门重叠
气门重叠：进排气门同时开启的时期。 气门重叠：进排气门同时开启的时期。 自然吸气式汽油机：气门重叠角要小，避免小负荷时气体倒流， 自然吸气式汽油机：气门重叠角要小，避免小负荷时气体倒流， 出现回火现象。 出现回火现象。 自然吸气式柴油机：无回火现象， 自然吸气式柴油机：无回火现象，可适当增大 增压柴油机：由于进气压力高于排气背压，可利用进气进行扫气， 增压柴油机：由于进气压力高于排气背压，可利用进气进行扫气， 降低热负荷，冷却高温零件，故气门重叠角较大。（ 降低热负荷，冷却高温零件，故气门重叠角较大。（80~160° 较大。（ ° CA ）
三、换气损失
换气损失=排气损失 进气损失 换气损失 排气损失+进气损失 排气损失 排气损失是从排气门提前打开， 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 开始，气缸内压力到达大气压力之前， 的损失。 的损失。 进气损失：由于进气系统阻力所造成的损失功。 进气损失：由于进气系统阻力所造成的损失功。
自由排气 换气过程 强制排气 进气 气门叠开
1 排气过程
自由排气阶段：从排气门打开到气缸压力 接近排气管 自由排气阶段：从排气门打开到气缸压力p接近排气管 压力p 这个时期 时期。 压力 r这个时期。
超临界排气时期： 超临界排气时期： p /pr > 1.9 当地音速
c = k R T =500 ~ 700m/ s
本章主要内容： 本章主要内容：
四冲程发动机的换气过程 四冲程发动机的充气效率 提高四冲程发动机充气效率的措施 二冲程发动机的换气过程
第一节 四冲程发动机的换气过程
一、换气过程： 换气过程： 从排气门开启直到进气门关闭的全过程； 从排气门开启直到进气门关闭的全过程； 约占410~480⁰CA。 约占 ⁰ 。
发动机原理第三章 内燃机的换气过程
➢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
内燃机的换气过程
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。
四冲程发动机换气过程的阶段划分： 排气过程 气门叠开 进气过程
排气过程又分为
自由排气阶段
强制排气阶段
进气过程不再划分
1.自由排气阶段 排气门开启到气缸 压力接近了排气管压力 的这一时期，称为自由 排气阶段，废气依靠自 身的压力自行排出。 排气提前角： 从排气门开启到活 塞至下止点所对应的曲 轴转角。一般为30º ~ 80º 曲轴转角（b′~ b)。
3. 进气过程 由于节流作用, 缸内 p p 产生负压； （ ）使新鲜 介质进入缸内。
0
依靠活塞下行产生负压强 制进气。 准备进气（进气门开 启）。 进气提前角：从进气 门开启至活塞上行到上止 点所对应的曲轴转角，一 般为0º ~ 30º 曲轴转角 。
残余废气膨胀（r ~ r′）。 正常进气 活塞下行，新鲜气 体充入气缸。 惯性进气 进气迟闭角：从活塞下 行到下止点至进气门关闭 所对应的曲轴转角，一般 为40º ～70º 曲轴转角。
第二节 四冲程内燃机的充气效率
一、充气效率 （一）定义 由于有进气阻力等因素的影响, 实际进入 气缸中的新鲜充量必然小于理论上进气状 态下充满工作容积的新鲜充量。二者之比 称为充气效率, 即
的新鲜充量
G m V v Gs ms Vh
其中： G,m,V －实际充量的重量，质量和体积；
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型柴油机：非增压： 40, 增压：124。
内燃机原理第二章内燃机的工作循环
②工质比热变化 t
a. 理想循环工质的比热是不随温度变化的，
实际工质（空气和燃气的混合物）的比热随温度上升而上 升。
b. 理想的双原子气体（ O2 ，N2，空气等）比热比实际的多原 子燃气（CO2，H2O，SO2等）比热小。
c—z 为定压加入热量Q1Q1; z—b 为绝热膨胀；
b—a 为等容释放热量Q2。 定压加热过程的容积变化用初膨胀比
容循环。
Vz Vc
表示,其它同等
图2（a）为混合循环 a → c 为绝热压缩； c → z 为定容加入热量Q'1; y → z 为定压加热量Q''1; z → b 为绝热膨胀； b → a 为等容释放热量Q2。 由热力学知,混合循环
（5）当ε
： 相同时
>
t ,v
t ,vp
t,p
（6）当pz相同，Q1相同, ε 不相同时， t, p t,vp t,v
这是因pz不变时，等压循环的ε 最大，而等容循环的ε
最小之故。
2.2 涡轮增压内燃机的理想循环 在非增压的内燃机中，工质只膨胀到b点，然后由b点等容
放热至a点，损失了排气中的一部分热能，如果工质由Pz一直 膨胀到Pa ,即在b点后继续膨胀至 g 点，如图2－2所示，那么这 种循环，比无涡轮增压循环要来的完善，它在相同的加热条件 下，多获得一部分功（b—g），使 t 提高了。我们称这种循 环为继续膨胀循环。
理论上，定压涡轮的效率小于脉冲涡轮的效率。 在实际发动机中，因脉冲涡轮的效率较之定压涡轮的要低， 因此，当π k<2.5时，常采用脉冲涡轮增压，
第1讲 内燃机的换气过程1
3.气门重叠 气门重叠 进排气门同时开启的时期。 进排气门同时开启的时期。
自然吸气式汽油机： 气门重叠角要小。 自然吸气式汽油机： 气门重叠角要小。 避免小负荷时气体倒流， 避免小负荷时气体倒流，出现回火现象 自然吸气式柴油机：无回火现象， 自然吸气式柴油机：无回火现象，可适当增大 较大。（ 增压柴油机： 气门重叠角较大。（80~160° CA ） ° 增压柴油机： 气门重叠角较大。（ 由于进气压力高于排气背压， 由于进气压力高于排气背压， 可利用进气进行扫气，降低热负荷，冷却高温零件。 可利用进气进行扫气，降低热负荷，冷却高温零件。
第三章 内燃机的换气过程
内燃机的换气过程: 内燃机的换气过程 是指从排气门开启至 进气门关闭的整个阶段。 进气门关闭的整个阶段。 单位时间内进入气缸的充气量的多少 是决定发动机输出功率大小的因素。 是决定发动机输出功率大小的因新鲜工质， 吸入新鲜工质， 在缸内形成一定的空气旋转运动。 在缸内形成一定的空气旋转运动。 ——根据燃烧过程的要求 根据燃烧过程的要求 废气清除彻底； 废气清除彻底；
由于气体在流动过程中要克服排气 门、排气道以及消声器等处的流动 阻力，缸内的气体压力要略高于 要略高于排 阻力，缸内的气体压力要略高于排 气管内的平均压力， 气管内的平均压力，而且气体流速 越高，压力差也就越大。 越高，压力差也就越大。
另一方面， 另一方面，由于气体在排气管内的压 力波动，有可能形成压力逆差 压力逆差， 力波动，有可能形成压力逆差，即气 缸压力低于排气管内的压力， 缸压力低于排气管内的压力，这种情 况往往出现在排气管较长时强制排气 开始的初期。因此， 开始的初期。因此，缸内气体的状态 由活塞的运动速度与位置、 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。 气体状态等共同决定。
内燃机结构及原理
内燃机未来的发展将着重于改进燃烧过程，提高机械效率，减少散热损失，降低燃料消耗率；开发和利用非石油制品燃料、扩大燃料资源；减少排气中有害成分，降低噪声和振动，减轻对环境的污染；采用高增压技术，进一步强化内燃机，提高单机功率；研制复合式发动机、绝热式涡轮复合式发动机等；采用微处理机控制内燃机，使之在最佳工况下运转；加强结构强度的研究，以提高工作可靠性和寿命，不断创制新型内燃机
四冲程内燃机（汽油机）
吸气冲程：进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，雾状汽油和空气的混合物（柴油机为空气）进入气缸内。
压缩冲程：进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，燃料混合物被压缩（机械能转化为内能）
做功冲程：在压缩冲程结束时，火花塞（柴油机为喷油嘴）产生电火花，使燃料猛烈燃烧（柴油机为压燃），产生高温高压气体。高温高压的气体推动活塞向下运动，带动曲轴转动，对外做功。（内能转化为机械能）
实际上，进气门是在上止点前即开启，以保证活塞下行时进气门有较大的开度，这样可在进气过程开始时减小流动阻力，减少吸气所消耗的功，同时也可充入较多的新鲜充量。当活塞在进气行程中运行到下止点时，由于气流惯性，新鲜充量仍可继续充入气缸，故使进气门在下止点后延迟关闭。
排气门也在下止点前提前开启，即在膨胀行程后部分即开始排气，这是为了利用气缸内较高的燃气压力，使废气自动流出气缸，从而使活塞从下止点向上止点运动时气缸内气体压力低些，以减少活塞将废气排挤出气缸所消耗的功。排气门在上止点后关闭的目的是利用排气流动的惯性，使气缸内的残余废气排除得更为干净。
第四章内燃机的换气过程
第三节 提高内燃机充量系数的措施
一、四冲程内燃机的充量系数
二、提高充量系数的技术措施
一、四冲程内燃机的充量系数
1) 降低进气系统的阻力损失，提高气缸内进气终了压力pa。 2) 降低排气系统的阻力损失，减小缸内的残余废气系数ϕr。 3) 减少高温零件在进气过程中对新鲜充量的加热，以降低进气终了时的充量 温 4) 合理的配气正时和气门升程规律，在减小mr的同时增加m1，即增加pa，减 小 ϕ r。
二、提高充量系数的技术措施
1.降低进气系统的流动阻力 2.采用可变配气系统技术 3.合理利用进气谐振 4.降低排气系统的流动阻力 5.减少对进气充量的加热
1.降低进气系统的流动阻力
虽然充量系数的表达式中不直接反映进气流动过程，但所有损 失恰恰是由于流动造成的。按进气系统流动阻力的性质可分为 两类，一类是沿程阻力，即管道摩擦阻力，它与流速、管长、 管壁表面质量等有关；另一类是局部阻力，它是由于流通截面 的大小、形状以及流动方向的变化造成局部产生涡流所引起的 损失。在内燃机进气流动中，由于进气的管道粗短，壁面比较 光滑，其沿程阻力并不大，进气流动的局部阻力损失是主要损 失，是一系列不同的局部阻力叠加而成，尤其是在空气滤清器、 流道转弯处和进气门座圈处，因此，降低这些部位的局部阻力 损失，对降低进气系统的流动阻力，提高充量系数有显著的作 用。
•与进气系统一样，排气流通截面最小处是排气门座处，此处的 流速最高，压降最大，故在设计时应保证排气门处的良好流体动 力性能。排气道应当是渐扩型，以保证排出气体的充分膨胀。 •排气管也存在谐振现象，所希望的谐振效果是使排气门处的压 力降低，以利于排气。良好的歧管流型与结构也有助于降低排气 流动阻力，特别是对于高速多缸发动机，为避免排气压力波的互 相干涉，用多枝型排气管或多排气管结构来替代单排气管，可以 获得良好的低速转矩与充量系数。 •在排气管中往往还有消声器和排气后处理器(催化转化器)，设计 时应在保证良好的消声与降污效果的前提下，尽可能降低流动阻 力。
燃气内燃机工作原理
燃气内燃机工作原理
燃气内燃机是一种常见的内燃机械装置，主要是通过燃烧燃气来产生动力。
其工作原理可以总结为以下几个步骤：
1. 进气阶段：燃气内燃机在每个循环中都会进行进气阶段。
在进气阀门打开的状态下，活塞向下移动，创建了一个负压区域。
这将吸引进气门打开，并允许新鲜的燃气进入燃料混合室。
2. 压缩阶段：当活塞向上移动时，进气阀门关闭。
这时活塞会将进入混合室的燃气压缩。
压缩后的燃气体积变小，温度和压力也随之增加。
3. 燃烧阶段：在压缩阶段的末尾，点火系统会触发火花塞，在燃气混合物中产生火花。
这个火花将点燃混合物，引发燃烧。
燃烧产生高温和高压气体，推动活塞向下运动。
4. 排气阶段：在燃烧后，废气会通过排气门排出。
排气门打开时，活塞向上运动，排放残余燃气。
随着排气门关闭，进气阀门再次打开，开始下一个工作循环。
总的来说，燃气内燃机利用燃烧产生的高压气体驱动活塞运动，使动力得以传递。
这种循环过程在引擎内不断重复，从而实现了引擎的正常运转。
第四章 内燃机的换气过程
一、排气损失
从排气门提前开启，直到吸气行 程开始、气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。 （1）自由排气损失（w:膨胀 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（ x:推出 损失；），是活塞上行强制推 出废气所消耗的功。 X
注： 排气提前角过大时，膨胀功损失过大。排气提前角需通过实验确
定最佳值。排气提前角的范围为30º ~80º (CA)。
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第一节 四冲程内燃机的换气过程
一、自由排气阶段 3、自由排气特点：
(1)在自由排气阶段的初期，由于排气门刚刚开启，缸内压力 较高，排气管压力与气缸压力之比往往小于临界值，流动呈现 超临界状态，缸内气体以当地声速流过排气门。 (2)排气质量流量只取决于缸内气体状态和排气门有效开启截 面的大小，与排气管内的气体状态无关。 (3)当流通截面不够大时，自由排气会拖到整个排气阶段。
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第一节 四冲程内燃机的换气过程
一、自由排气阶段
4、流出的废气量确定：
在气门开启时间内，流经气门的气体 质量与气门前后的状态关系式为:
dm 1 A p1 1 d 6n
式中，下标I表示上游流动参数(相 应地，II表示下游的流动参数)； μ与A分别为气门处的流量系数与 流通截面积，可分别根据试验结 果和气门的几何参数确定；Ψ为流 函数，与上、下游的流动状态有 关，其计算式为
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第二节
四冲程内燃机换气损失
三、泵气功和泵气损失 1.泵气损失： 与理论循环相比，发动机的 活塞在泵气过程中所造成的 功的损失。 换气损失: x+y+w
发动机原理第六章 换气过程
关闭时期，进排气门同时开启 的现象称为气门重叠或气门叠 开，相应的曲轴转角，称气门 重叠角或气门叠开角。 因重叠角较小，进气门开启高 度不大，废气又具有一定的惯 性，所以废气不会倒流。
在气门重叠开启时，进气管、气缸和排气管
连通，利用压差和惯性更多地排出废气，减 少缸内的废气量，增加新鲜充量。特别是增 压发动机，其进气压力高，有一定数量的新 鲜空气直接扫过燃烧室，帮助清除废气后进 入排气管，扫气效果更明显。 对于化油器式汽油机，特别是怠速或部分负荷 时，因进气管真空度高，当气门重叠角过大 时，可能产生废气倒流（柴油机会有气门与 活塞相碰的问题）。
（2）进气门 进气系统中，进气门处的
M
vm a
通过断面最小且截面变化 大，因此流动损失大部分 集中于此。 进气马赫数M是决定气流 性质的重要参数。 大量实验结果表明，M有 一临界值0.5左右，超过 后，充气效率迅速下降。 增大气门相对通过面积、 提高气门处流量系数及合 理配置相位是提高充气效 率的主要方法，但要合理 控制M值。
2、强制排气阶段： 从自由排气阶段结束，活塞上 行至上止点，推出废气的一段， 为强制排气阶段。 排气速度与（压差）气门开启截 面、活塞速度有关。缸内压力大 于排气管压力，由气门节流引起。 此阶段虽持续时间较长，但由于 气缸内压力接近大气压力，气体 密度低，流速较慢，因此排出废 气量较少。
3、惯性排气阶段：
实际循环的换气 过程进行的时间 非常短暂，进排 气门的启闭由于 结构和动力负荷 等原因，不可能 全开或全闭。换 气时，工质是在 配气机构流通截 面不断变化的情 况下做不稳定流 动，气缸内工质 的温度和压力是 随时间变化的， 具有复杂的气体 动力学现象。
（一）排气阶段
九年级物理内燃机知识点
九年级物理内燃机知识点
九年级物理内燃机的知识点包括以下内容：
1. 内燃机的基本原理：内燃机通过燃烧燃料产生高温高压气体，利用气体膨胀推动活
塞运动，从而做功。
一般包括四个基本过程：进气、压缩、燃烧和排气。
2. 内燃机的组成部分：内燃机主要由气缸、活塞、连杆、曲轴、进气和排气系统、点
火系统以及冷却系统等部分组成。
3. 四冲程往复式内燃机：四冲程往复式内燃机包括进气冲程、压缩冲程、燃烧冲程和
排气冲程。
进气冲程进气门打开，活塞向下运动，气缸内充满混合气；压缩冲程进气
门关闭，活塞向上运动，将混合气压缩；燃烧冲程点火后，混合气燃烧膨胀，推动活
塞向下运动；排气冲程排气门打开，活塞向上运动，将废气排出。
4. 内燃机的燃料：常用的内燃机燃料有汽油和柴油。
汽油为轻质油品，在较低温度下
易挥发燃烧；柴油为重质油品，相对汽油燃点较高。
5. 点火系统：点火系统用于在燃烧室中提供电火花，点燃混合气。
包括点火塞、点火
线圈、分电器、蓄电池等组成。
6. 排气系统：排气系统用于将燃烧后的废气排出，包括排气管、消声器等。
7. 冷却系统：冷却系统用于保持发动机温度适宜，防止过热。
一般采用循环冷却方式，通过水泵将冷却液流动起来，带走发动机产生的热量。
8. 发动机效率：发动机的效率指的是发动机输出的功的比例。
理论上，发动机效率可
以达到百分之四十左右，但实际上常常小于这个值。
以上是九年级物理内燃机的一些基本知识点，希望对你有所帮助。
《内燃机的换气过程》课件
机械增压的优点是响应速度快 ，能够提供稳定的增压效果。
机械增压的缺点是会增加发动 机的摩擦损失和油耗，同时需 要定期维护和更换转子叶片。
03
内燃机换气过程的优化策略
优化进气道设计
减少进气道阻力
01
通过改进进气道形状和尺寸，降低气流在进气道中的阻力，提
高进气效率。
提高进气道温度控制能力
02
内燃机换气过程的工作原理
自然吸气的工作原理
自然吸气是一种内燃机的进气方 式，它利用内燃机运转时产生的
负压，将空气吸入气缸内。
自然吸气的优点是结构简单，维 护成本低，可靠性高，适合于中
小功率的发动机。
自然吸气的缺点是进气压力低， 充气量有限，动力性能相对较弱
。
涡轮增压的工作原理
涡轮增压是一种通过增加进气压力来提高发动机功率和 扭矩的技术。
02
通过采用隔热材料、优化进气道结构等方式，减少进气温度波
动，提高内燃机燃烧效率。
优化进气道材料
03
采用轻质、高强度材料，降低进气道重量，提高内燃机动态响
应性能。
优化排气道设计
01
02
03
降低排气道阻力
通过改进排气道形状和尺 寸，降低气流在排气道中 的阻力，提高排气效率。
减少热辐射损失
通过采用隔热材料、优化 排气道结构等方式，减少 排气过程中热量的散失， 提高内燃机的热效率。
降低排放
改善换气过程可以减少不完全燃烧产生的有害物质，从而降低汽车尾 气排放对环境的影响。
提高动力性能
换气过程的优化可以使得内燃机吸入更多的新鲜空气，从而提高燃油 的燃烧速度，增强发动机的动力性能。
延长发动机寿命
内燃机的换气过程
内燃机的换气过程内燃机的换气过程是内燃机排出本循环的已燃气体和为下一循环吸入新鲜充量（空气或可燃混合气)的进排气过程，它是工作循环得以周而复始不断进行的保证。
对四冲程内燃机而言，换气过程是指从排气门开启到进气门关闭的整个过程。
对大部分二冲程内燃机而言，换气过程即为从排气口打开到关闭的整个过程.在内燃机换气过程中,有时为了控制内燃机的NO x有害排放，还需要进行排气再循环（可分为外部ECR 和内部EGR）.内燃机采用增压技术可以提高进气密度，从而提高发动机的功率,并改善经济性和排放[1］。
内燃机的性能很大程度上依赖其换气过程，为提高动力性和经济性指标,需要研究减少进排气流动阻力损失和提高充量系数的措施及方法,以及如何为燃烧提供一个合适的缸内气体流场，并保证多缸机的各缸均匀性等。
第一节四冲程内燃机的换气过程图4—1所示是四冲程内燃机换气过程的示意图，其中图4—1a为内燃机的配气相位与换气过程p—V 示功图。
排气门在下止点前1点开启，由于缸内压力高，燃气快速流出，缸内压力随即迅速下降.在进排气上止点前，进气门在3点打开,此时,排气门尚未关闭，出现一段时间的气门叠开期,排气门在上止点后2点关闭.进气门打开初期，由于进气道与缸内压差小，进气流量小，随着活塞运动的加快，造成了缸内较大的真空度，使得中后期的进气速度提高，最后进气门在下止点后4点关闭。
进排气门迟闭角的设计,同它们提前开启一样，是为了增加进排气过程的时面值或角面值，利用气体流动的惯性,增加进气充量或废气的排出量。
四冲程内燃机的换气过程可分为排气、气门叠开、进气三个阶段，图4-1b表示了进排气门的升程和气缸压力随曲轴转角的变化情况。
图4—1 四冲程内燃机换气过程的示意图a）配气相位与低压p—V示功图b）气门升程与p— 示功图IVO一进气门开启角IVC一进气门关闭角EVO一排气门开启角EVC一排气门关闭年V c一余隙容积V s一气缸工作容积一、排气过程由于受配气机构及其运动规律的限制，排气门不可能瞬时完全打开,气门开启有一个过程，其流通截面只能逐渐增加到最大;在排气门开启的最初一段时间内，排气流通截面积很小，废气排出的流量小。
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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10º~70º(CA)。
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第一节 四冲程内燃机的换气过程
三 进气过程
1、定义 从进气门提前开启 到进气门迟后关闭 的全过程。
2.进气门早开晚关
为了使得在进气过程开始时，进气门有一定的流通截面，以减少进气过程 的阻力，增加进入气缸的新鲜充量，进气门一般也在上止点前提前开启， 称为进气提前，进气提前角为10º~40º(CA)。
一、自由排气阶段 3、自由排气特点：
(1)在自由排气阶段的初期，由于排气门刚刚开启，缸内压力 较高，排气管压力与气缸压力之比往往小于临界值，流动呈现 超临界状态，缸内气体以当地声速流过排气门。
(2)排气质量流量只取决于缸内气体状态和排气门有效开启截 面的大小，与排气管内的气体状态无关。
(3)当流通截面不够大时，自由排气会拖到整个排气阶段。
机的换气过程可分为自由排气、强制排气、气门叠 开、进气等阶段
7
第一节 四冲程内燃机的换气过程
一、自由排气阶段
1、定义 从排气门提前开启到气缸压力接近排气管内压力的时期，
称为自由排气阶段。
2、排气门为什么要提前开启？
(1)由于受配气机构的结构限制，气门在开启过程中只能逐渐加大其流通 截面。早开启为了增大流通截面积。
c PL
目前中小功率向高速发展 n 进气阻力 C i ,
要使n 又使C ，必须研究换气过程
四冲程内燃机的换气过程 （占380～430曲轴转角）
从排气门提前开启 至进气门推后关闭 的整个进排气阶段。
分为以下几个过程：
排气过程 气门叠开
自由排气 强制排气
进气过程
4
5
6
第一节 四冲程内燃机的换气过程
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第一节 四冲程内燃机的换气过程
二、强制排气阶段
3.排气门为什么要迟关？
（1）随着活塞的上行，排气门流通截面开始逐渐减小，气体流经气门 的节流作用加强，因而在上止点附近，气缸压力再次升高，其直接后 果是，排气所消耗的功与缸内的残余废气量都增加了，这对于换气与 燃烧过程都不利。 （2）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，多排气。
自由排气阶段虽然占整个排气时间的比例不大， 但由于排气流速很高，排出的废气量可达60% 以上，一般持续到下止点后10º~30º(CA)结束。
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第一节 四冲程内燃机的换气过程
二、强制排气阶段
1、定义 活塞强行将废气推出阶段。
2、特点
X
(1) 消耗功，循环中x面积。
(2)由于气体在流动过程中要克服排气门、排气道以及消声器 等处的流动阻力，缸内的气体压力要略高于排气管内的平均压 力，而且气体流速越高，压力差也就越大。存在压力波动。
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第一节 四冲程内燃机的换气过程
一、自由排气阶段
4、流出的废气量确定：
在气门开启时间内，流经气门的气体 质量与气门前后的状态关系式为:
dm 1 A d 6n
p11
式中，下标I表示上游流动参数(相
应地，II表示下游的流动参数)；
μ与A分别为气门处的流量系数与
流通截面积，可分别根据试验结
果和气门的几何参数确定；Ψ为流
图4-1是四冲程内燃机在换气过程中，气缸压 力、排气管中的压力随曲轴转角的变化情况以及相 应的低速示功图(p-V图)、从图中可以看出，排气 门开启后，燃气从气缸急速流入排气管，气缸压力 很快下降，直到排气下止点后的某一位置排气门关 闭为止。进气门在上止点前开启，新鲜充量流人气 缸，直到进气下止点后的某一位置关闭为止。在排 气上止点附近，进、排气门同时开启。四冲程内燃
充量更换的目的：
将已燃气体排出并为下一循环吸入新鲜充量。
判断充量更换过程是否完善的指标：
已燃气体是否排尽 以及进入气缸的新鲜充量是否充分。与充
量更换过程有关的各种附属系统的设计是否合理、有效，而且 也与发动机的运行状态有关。
3
第一节 四冲程内燃机的换气过程
研究目的：
PL
K1
it a
cm s n
第四章 内燃机的换气过程
1
第四章 内燃机的换气损失 提高内燃机充量系数的措施 内燃机的增压（专题） 二冲程内燃机的换气
2
内燃机的换气过程
内燃机的充量更换过程
四冲程发动机 从排气门开启 至进气门关闭 的整个进排气阶段。
二冲程发动机 从排气口开启 至排气口关闭 的整个扫气过程。
高速时气流流动的惯性大，进气迟闭角应相应大一些。
但过大的进气迟闭角，使发动机的冷起动困难。 因为：
1.当转速降低时（起动时），气流惯性小，进气不足。 2.低速时，发生缸内气流倒流进入进气管的现象，会影 响有效压缩比，从而使压缩终了温度、压力降低，影响 起动。 因此，合理的进气定时是十分重要的。
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(2)如果排气门刚好在膨胀行程下止点时开启，则排气门流通截面增加过缓， 气缸压力下降迟缓，活塞在向上止点回行时将造成较大的反压力，增加排 气行程所消耗的功。
注： 排气提前角过大时，膨胀功损失过大。排气提前角需通过实验确
定最佳值。排气提前角的范围为30º~80º(CA)。
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第一节 四冲程内燃机的换气过程
函数，与上、下游的流动状态有
流动呈现超临界状态
关，其计算式为
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由此可见，自由排气阶段中排出的废气量与内 燃机的转速无关，但在高速时，同样的排气时 间对应的曲轴转角将大为增加。为使气缸压力 及时下降，必须加大排气提前角，否则将使自 由排气阶段(以曲轴转角计)延长、排气消耗功 增加。所以，随发动机转速的增加应相应增大 排气提前角。
第一节 四冲程内燃机的换气过程
四、气门叠开和燃烧室扫气过程
1、气门叠开
进、排气门同时开 启，进排气门和燃 烧室三者联通
气门叠开角
排气迟闭角与进气 提前角之和。
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第一节 四冲程内燃机的换气过程
四、气门叠开和燃烧室扫气过程
1、气门叠开 气门叠开将导致：
为了利用在吸气过程中形成的进气管内气流的流动惯性，实现气缸的过 后充气，进气门不在下止点关闭，而是在下止点过后的一定角度时延迟 关闭，即进气迟闭。这样．有可能使得进气过程终了时，缸内压力等于 或略高于进气管压力。进气迟闭角一般为20º~60º(CA)。
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第一节 四冲程内燃机的换气过程
三 进气过程