第四章 内燃机的换气过程

第四章内燃机的换气过程

第一节四冲程内燃机的换气过程

换气过程可分为：排气、气门叠开、进气三个阶段。

一、排气过程

1、排气门提前开启

•原因分析

•排气提前角：内燃机的排气门都在膨胀行程到达下止点前的某一曲轴转角位置提前开启，这一角度称为排气提前角。

•范围：30－80o CA

2、排气门滞后关闭

•原因分析

•排气门迟闭角：排气门在上止点后关闭的角度

•范围：10－70o CA

3、排气阶段

•自由排气阶段：从排气门打开到排气下止点这段曲轴转角内，缸内气体压力高于排气管内的排气背压，缸内气体一边对活塞做功，一边可以自动的排出缸外

•强制排气阶段：从下止点到上止点的排气过程。需要消耗发动机的有效功•排气流动性质：超临界排气、亚临界排气

•进气过程：从进气门开启到关闭，内燃机吸入新鲜充量的整个过程

•为了增加进入气缸的新鲜充量，进气门在吸气上止点前要提前开启，在吸气下止点后应推迟关闭。

•进气提前角，10－40o CA

•进气门迟闭角，20－60o CA

•气门叠开：在进排气上止点前后，由于进气门的提前开启与排气门的迟后延闭，使内燃机从进气门开启到排气门关闭这段时间内，出现进排气门同时开启的状态，这一现象称为气门叠开。

•气门叠开角的大小：自然吸气，增压

第二节四冲程内燃机的换气损失

•一、换气损失：发动机实际的换气过程存在因为排气门早开所造成的膨胀功损失、活塞强制排气的推出功损失和缸内负压造成的吸气功损失等。理论循环与实际循环的换气功之差称为换气损失。

•二、排气损失：从排气门提前开启到下止点这一时期，由于提前排气造成了缸内压力下降，使膨胀功减少，称为膨胀损失。活塞由下止点向上止点的强制排气行程所消耗的功称为推出损失。两者之和称为排气损失。•减少排气损失：合理确定排气提前角，增加排气门数目，增加流通截面积。•三、进气损失

•与理论循环相比，内燃机在进气过程中所造成的功的减少称为进气损失。•进气过程耗功，影响发动机的充量系数

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

•定义：内燃机每循环实际吸入气缸的新鲜充量与以进气管内状态充满气缸工作容积的理论充量之比。

•意义：反应了进气过程的完善程度。

•表达式：

(1)

r a a c

s s

V

V

φρφ

ρ

-

=

二、提高充量系数的技术措施

•（一）降低进气系统的流动阻力：沿程阻力，局部阻力（空气滤清器、流道转弯处、进气门座圈处）

•增加进气门流动面积，采用多气门

•合理设计进气道及气门的结构

•（二）采用可变配气系统技术

•低速、高速不同要求

•可变凸轮机构、可变气门定时

•（三）合理利用进气谐振

•可变进气管长度

•（四）降低排气系统的流动阻力

•（五）减少对进气充量的加热

第四节内燃机的增压

一、概述

•19世纪末，萌生内燃机增压技术

•20世纪中叶，柴油机涡轮增压技术，大规模应用

•功率增加40－60％，发动机平均有效压力最高可达3MPa

二、内燃机的增压方式

•1、机械增压：发动机输出轴直接驱动机械增压装置

•2、排气涡轮增压：涡轮在排气能量的推动下旋转，带动压气机工作，实现增压

•3、气波增压：利用排气系统中的压力波动效应来压缩进气

•4、复合增压：组合

三、增压对内燃机动力性和经济性的影响

•一部分排气能量被利用，进气得到压缩，换气过程形成正的泵气功，指示热效率略有增加。

•发动机缸内残余废气系数降低，同时减少了对进气的加热作用，充量系数提高

•经济性能有所改善，但主要目的在于提高动力性。

四、发动机增压技术的优势与代价

•1、优势

•1）输出功率大幅度提高，升功率有较大提高

•2）排气在涡轮中得到进一步膨胀，排气噪声有所降低

•3）高原稀薄空气条件下恢复功率

•4）缸内温度和压力水平提高，缩短滞燃期，有利于降低压力升高率和燃烧噪声

•5）一般采用较大的过量空气系数，HC、CO和碳烟排放降低

•6）技术适应性广

•2、代价

•1）工作压力和温度明显升高，机械负荷和热负荷加大，内燃机的可靠性和耐久性受到影响

•2）低速时排气能量不足，低速转矩受到一定影响

•3）加速响应性能较差

•4）增压发动机性能的进一步优化，受到增压器和中冷器的限制

五、内燃机的增压改造

•1、压缩比与过量空气系数

•2、供油系统

•3、配气相位

•4、进排气系统

•5、增压空气的冷却