发动机的换气过程
合集下载
3单元 发动机的换气过程
表达方式： 配气相位图——相对 于上、下止点曲拐位 置的曲轴转角环形图
1、排气提前角 30o～80o：
从排气门打开到下止点这段曲轴转角。
作用：
①在活塞上行时排气门有足 够大的开启面积，减小排气 阻力；
②减小活塞上行时的阻力（ 强制排气损失－负功）；合 理匹配可以减小泵气损失。
③高温废气迅速排出可减小 发动机热负荷；
5、 气门重叠
气门重叠（气门叠开）
指换气过程中进、排气 门同时开启的现象。
气门重叠角 进、排气门同时开启时 对应的曲轴转角。一般为 20º~ 80º曲轴转角，对增 压柴油发动机，因其进气压 力高，可达80º~ 160º。
气门重叠的作用
在气门重叠时期，进气管、气缸、排气 管互相连通，可以利用气流的压差、惯性或 进、排气管压力波的帮助，达到：
2、排气迟闭角 10o～35o：
从上止点到排气门完全关闭这段曲轴转角。
作用：
1）增大排气门开启面积； 2）利用压力差和废气流惯
性尽可能排净出废气。
3、进气提前角 0 o～40 o： 从进气门打开到上止点这段曲轴转角。
作用： 1）在活塞下行时进 气门有足够大的开启 面积，新鲜工质可以 顺利流入气缸；
pa Ta
1
1
由充气效率v的表达式可知，单独 看压缩比 提高，则充气效率v 有所下 降；但压缩比 提高，残余废气系数
减小。
压缩比 对充气效率v 影响不大， 提高压缩比 ，充气效率v 略微提高。
6、环境温度Ts和环境压力Ps
环境温度Ts
随环境温度的增加，环境温度与缸壁等热部件的温 差减小，Ts/Ta↑，充气效率有所增加。
进气
从排气门开启进气门关闭的整个时期，约占 410º～480º 曲轴转角。
1、排气提前角 30o～80o：
从排气门打开到下止点这段曲轴转角。
作用：
①在活塞上行时排气门有足 够大的开启面积，减小排气 阻力；
②减小活塞上行时的阻力（ 强制排气损失－负功）；合 理匹配可以减小泵气损失。
③高温废气迅速排出可减小 发动机热负荷；
5、 气门重叠
气门重叠（气门叠开）
指换气过程中进、排气 门同时开启的现象。
气门重叠角 进、排气门同时开启时 对应的曲轴转角。一般为 20º~ 80º曲轴转角，对增 压柴油发动机，因其进气压 力高，可达80º~ 160º。
气门重叠的作用
在气门重叠时期，进气管、气缸、排气 管互相连通，可以利用气流的压差、惯性或 进、排气管压力波的帮助，达到：
2、排气迟闭角 10o～35o：
从上止点到排气门完全关闭这段曲轴转角。
作用：
1）增大排气门开启面积； 2）利用压力差和废气流惯
性尽可能排净出废气。
3、进气提前角 0 o～40 o： 从进气门打开到上止点这段曲轴转角。
作用： 1）在活塞下行时进 气门有足够大的开启 面积，新鲜工质可以 顺利流入气缸；
pa Ta
1
1
由充气效率v的表达式可知，单独 看压缩比 提高，则充气效率v 有所下 降；但压缩比 提高，残余废气系数
减小。
压缩比 对充气效率v 影响不大， 提高压缩比 ，充气效率v 略微提高。
6、环境温度Ts和环境压力Ps
环境温度Ts
随环境温度的增加，环境温度与缸壁等热部件的温 差减小，Ts/Ta↑，充气效率有所增加。
进气
从排气门开启进气门关闭的整个时期，约占 410º～480º 曲轴转角。
车辆工程_换气过程
第三节 减少进气系统的阻力
局部阻力 管 道 摩 擦 阻 力
一、减小进气门处的流动损失
Δp = λ
ρv
2
2
2、进气马赫数 Ma
vm Ma = c
须限制进气马赫数。
3、气门直径和气门数
4、气门升程
气门流通截面积随气门升程的增大而增加。
5、减少气门处的流动损失
二、进气道和进气管
足够的流通截面和光滑壁面
三、影响充量系数的主要因素
配气定时
进气加热 流动损失
1、进气终了的压力 pa
影响因素：
¾ 管路的流动阻力 ¾ 管路的压力波动
克服进气系统流动阻力的压力降
pa = ps − Δpa
Δpa = λ
ρv
2
2
式中：λ为管道阻力系 数，ρ为进气状态下气体 密度（kg / m3 ），v为进 气平均流速（m / s）。
气门叠开期间，若排气管压力高于进气 管压力，可能会出现废气倒流现象，反而使 缸内残余废气量增多。
（1）汽油机的气门叠开角 回火
自然吸气汽油机的 气门叠开角最小。
（2）自然吸气柴油机
新鲜充量为空气。 自然吸气柴油机的气门叠开角较大。
（3）增压柴油机
增压柴油机的 气 门叠开角最大。
二、换气损失和泵气损失
理论循环与实际循环的换气功之差。
由排气损失和进气损失两部分组成。
1、排气损失
¾W：自由排气损失
转速对排气损失的影响
转速越高,排气损失越大。
随转速升高，最佳排气提前角增大。
2、进气损失
进气损失与排气损失相比较小， 但对发动机性能影响却很大。
¾Y：进气损失
3、换气损失和泵气损失
第二章 发动机的换气过程
原理。
件（如排气门）热负荷低。
重叠角过大，气门易碰活塞， 使得活塞上气门凹坑过深，破坏
了进气涡流和燃烧，同时加重增
压器的负担。
排气迟闭
排气提前
四冲程发动机配气相位
一般柴油机为20～50 °CA，增压柴油机为80 °～50 °CA 。
3）重叠角对汽油机的影响： 大多数汽油机吸入的新鲜工质是可燃混合气，过大重叠
塞下行时气门具有较大的流通截
面积（一般提前角为10°～
40°CA）。 2）进气门迟闭： 充分利用气
进气门开
流惯性继续充气（一般迟闭角为
40°～ 70°CA）。
迟闭角
进气门提前与迟闭
3）迟闭角的选择： （1）转速升高，气流惯性大， 迟闭角也应增大；
进气提前
排气迟闭
（2）迟闭角不宜过大，否则
低速时部分新鲜工质会被压出气 缸，不仅影响发动机动力性，柴 油机还会因此起动困难。
门升程，实现快速开与闭。
4）改善气道动力性：光滑壁面、圆弧过度、并使气门 升起后远离壁面。 5）高速柴油机采用较小的S/D。
2、进气终了气体温度 Ta ： Ta 越大，气体密度越小，
充量系数也越小（增压发动机进气中冷）。
3、残余废气系数γ： 残余废气越多，充量系数也就越小； 同时，废气越多，还会使燃烧恶化，降低发动机的经济性和 排放性。 排气系统阻力越大、排气终了压力也越大，残余废气 量也就越多。但是，适当量的残余废气可以改善发动机的 排放性能。 4、压缩比 c： 压缩比大，余隙相对容积减少，废气残余 量就减少，充量增大。 5、合适的配气相位
二、废气残余系数γ：
定义： 进气过程结束时气缸内残余废气质量与进入气缸 的新鲜空气质量之比。
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
汽车发动机原理3发动机的换气过程
一、换气过程
发动机运行时，在如此短的换气时间内，要 使排气干净，进气充足是比较困难的。
为了增加气门开启时间，充分利用气流的流 动惯性以及减少换气损失，改善换气过程， 提高发动机性能。
进、排气门一般都提前开启，迟后关闭，不 受活塞行程的限制。
整个换气过程超过两个冲程，约占曲轴转角 410°～490°。
3．进气过程
为了使新鲜空气充量更顺利地进入气缸， 尽可能保证在活塞下行时有足够大的进气 截面积，减小进气阻力，进气门一般在上 止点前0 ～40°曲轴转角打开。为了利 用高速气流的惯性，进气门通常在下止点 后40～70°曲轴转角才关闭，以增加进 气量。
4．气门叠开
排气门的迟后关闭和进气门的提前开启，使得 在上止点附近一定的曲轴转角范围内，存在着 进、排气门同时开启的现象，称为气门叠开。
一、换气过程
1.自由排气 特点 排出废气量与工况（尤其是转速）无关仅取 决于缸内状态及排气管阻力（结束标志为压 力平衡）。 时间极短但有近60％的废气在此阶段排出。
2.强制排气 定义：克服排气系统阻力活塞强制推出废气。
一、换气过程
3.进气过程 定义：活塞下行、缸内容积增加、缸内压力下 降、环境压力－缸内压力>进气系统阻力，吸入 新鲜工质。 特点： 初期缸内容积增加、压差不足不进气，进气 系统压力急剧下降。 压力下降到压差>＝进气阻力后压力几乎不变。
二、换气损失
换气过程的损失包括：
排气损失 进气损失
1．排气损失
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 环功的损失。它可分为： 1)自由排气损失，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，是活塞上行强制推出废 气所消耗的功。
发动机原理发动机的换气过程
发动机原理发动机的换气过程发动机的换气过程是指在内燃机的工作循环中，利用活塞一上一下的往复运动，通过进气、压缩、燃烧和排气四个过程，完成混合气体的吸入、压缩和燃烧排出废气的过程。
下面我们将详细阐述发动机的换气过程，包括四个过程的具体操作：1. 进气过程（Induction Process）进气过程是指活塞内运动时，下行的活塞在气门开启的情况下，通过诱导系统将混合气体吸入燃烧室的过程。
进气过程中，活塞下行，曲轴带动气门运动机构打开进气气门（一般为吸气门），同时缸内压力降低，外界气体通过进气道和空气滤清器进入缸内，与燃油形成可燃混合物。
压缩过程是指活塞内运动时，上行的活塞在气门关闭的情况下，将混合气体压缩至高压的过程。
压缩过程中，活塞上行，压缩混合气体使其体积减小，从而增大混合气体的压力和密度。
这个过程中，活塞上方的火花塞会产生高压电火花，将压缩的混合气体点燃，形成爆震燃烧。
燃烧过程是指在压缩后的混合气体中，由于点燃火花的作用，混合气体发生爆炸燃烧所产生的高温高压气体。
燃烧过程中，经过压缩后的混合气体在火花塞的火花点燃下，迅速发生燃烧，产生高温和高压气体。
高温气体的体积膨胀迅速，推动活塞下行，同时驱动曲轴旋转，在连杆机构的作用下将活塞机械能转化为输出功。
4. 排气过程（Exhaust Process）排气过程是指活塞向上运动时，废气在气门开启的情况下，从燃烧室中排出的过程。
排气过程中，活塞上行，鞘管运动机构打开排气气门，废气被排出燃烧室，通过排气系统最终排出发动机。
总结：发动机的换气过程是通过进气、压缩、燃烧和排气过程，将可燃混合物吸入、压缩、燃烧、排出的过程。
进气过程中，混合气体通过进气道进入缸内；压缩过程中，混合气体被压缩至高压；燃烧过程中，可燃混合物被点燃形成高压气体；排气过程中，废气通过排气系统排出发动机。
通过这一连续的工作过程，发动机将化学能转化为机械能，推动车辆的运动。
发动机换气过程
发动机原理第三章发动机的换气过程发动机的排气过程和进气过程统称为换气过程。
换气过程的任务是将气缸内废气排除干净，并充入尽可能多的新鲜气量--在柴油机中是空气；在汽油机中是燃油与空气的混合气（可燃混合气），这是保证发动机动力性的重要条件。
燃料在气缸内完全燃烧需要一定量的空气，完全燃烧时汽油与空气的体积比约为1：10000，而柴油与空气的体积比还要更大一些。
由此可见，可燃混合气中燃料所占容积比例很小，所以充入气缸的混合气燃烧放热量的大小，主要取决于充入缸内的空气量多少。
每循环进入气缸的空气量多，既可多供给一些燃料，又可以提高燃料的完全燃烧程度。
提高发动机的扭矩和功率。
此外，换气过程有功率损失使热效率降低。
换气过程的好坏对发动机零件的热复合、排气冒烟、大气污染等也有一定影响。
为了不断提高发动机性能，必须深入研究换气过程的进行情况，分析影响充气量的各种因素，找出提高充气量和减少换气损失的方向与措施。
3.1 四行程发动机的换气过程一、换气过程四行程发动机配气机构均采用气门换气方案，其换气过程是排气门开启到进气门关闭的整个时期，约占曲轴转角380°～490°。
根据气体流动特点和进排气门运动规律，换气过程可分为自由排气、强制排气、惯性排气、准备进气、正常进气和惯性进气六个阶段，如图3-1所示。
图3-1 换气过程气缸压力、排气管压力、进排气门流通截面积的变化(a)气缸压力、排气管压力随曲轴转角θ的变化曲线(b)进排气门相对流通截面积随曲轴转角θ的变化曲线(c)四行程发动机进、排气门开闭时间1. 自由排气阶段从排气门在下止点前开启到活塞行至下止点这个时期称自由排气阶段。
该阶段曲轴转过的角度称为排气提前角，一般为40°～80°轴转角。
由于配气机构惯性力的限制，气门开启与关闭不能太快，需要一定时间，如果活塞到下止点时排气门才开始开启，在开启初期开度极小，废气不能通畅流出，气缸内压力下降缓慢，不能实现充分排气，而且在活塞向上止点回行时会形成较大的反压力，增加排气行程所消耗的功。
发动机的换气过程
排气门迟闭使 >1，使新鲜充量扫出气缸，从而使 c 降低。 解决措施：合理选择排气相位角，使新鲜充量既能利用气流惯性多充入气缸， 又不至于随废气扫出气缸。 5. 压缩比
c
有所增加。
压缩比增加，余隙容积减小，残余废气量减少，因此充量系数 6. 进气状态
进气温度和压力一般对充量系数
c
影响不大。
p
二、排气损失
' 从排气门提前打开（ pb 点)，直到进气行程开始，
' pb W
Y
缸内压力到达大气压力前循环功的损失称为排气
损失。它分为自由排气损失和强制排气损失。
p0
X
V
自由排气损失（W ）：因排气门提前打开，引起膨胀功的减少而产生的热量损失。 强制排气损失（ Y ）：活塞将废气推出所消耗的功。 减少排气损失的措施：1）当排气门截面小，发动机转速高时，应加大排气提前角； 2）减小排气系统阻力及排气门处流动损失； 3）排气消声系统的结构和布置形式； 三、进气损失（X ） 进气过程中，因进气管及进气门对气流形成的阻力而消耗的功，称为进气损失。 减少进气损失的措施：1）加大进气门的流通截面积；2）正确设计进气管流道； 3）降低活塞平均速度；4）合理调整配气定时。
降低排气系统流通阻力，可减少残余废气系数，也可减少泵气功。 可采取的措施有： • 将排气道的一部分做成扩压形，可降低缸内与排气管内之间压力差；
提高充量系数；
• 避免排气管内截面突变、急转弯和凸台； • 选择良好的排气支管流形； • 尽可能降低消声器的流通阻力。
四、合理选择进、排气相位角
合理选择进、排气相位角，可以获得较好的充气效果，特别是在高转速时， 适当推迟进气门关闭时间，可以利用高速气流的惯性来增加气缸充气量。 采取措施： 利用气门可变正时技术，优化气门正时，可提高充量系数。
发动机换气过程范文
发动机换气过程范文
1、进气：进气是发动机换气过程的第一个步骤，是将新鲜的空气从
空气滤清器抽入发动机的过程。
一般来说，发动机的进气量受到涡轮增压
和自然吸气的控制，进气的氧气浓度也将影响发动机的性能。
2、压缩混合气体：在压缩步骤中，活塞上移时，从气缸内部吸入的
新鲜空气受到活塞室的压缩，形成空气和燃料混合物，经调节器和温度调
节器的控制，并被灌入气缸筒。
3、点火：在发动机点火过程中，点火线圈将被电阻热到一定的温度，通过火花塞将电弧传递到活塞压缩的空气混合物里，造成燃烧，形成高压
热燃料气体。
4、排气：当活塞下移时，燃烧完毕的气体排出气缸，经过排气门、
排气枪和排气装置，将有害排放物新鲜空气排出发动机，从而将其排出机舱，完成排气过程。
5、吸气：当活塞上移时，活塞压缩的空气混合物也会被抽出气缸，
经过进气开关、定时器和进气装置，又将新鲜空气吸入气缸，从而将发动
机的换气完成。
汽车发动机原理第二章 发动机的换气过程
３.换气损失和泵气损失
换气损失等于进气损失与排气损失之和，如图2-3、
图2-4中面积(W+Y+X)，而在实际示功图计算中，已 经用丰满系数ϕi修圆理论示功图的棱角，所以ϕi中已包 括部分换气损失(面积W+U)，故泵气损失为换气损失 的一部分，即图2-3、图2-4中面积(Y+X-U)。
第一节结束
一、充量系数
沿ar线进行，进气沿ar线进行，进、排气压力相等，泵气
功为零，增压发动机的理想换气过程如图2-4ａ)所示，由 于进气压力Ps大于排气压力Pr ，所以排气沿a′r′线进行，进 气沿r″a″线进行，面积a″a′r′r″a″表示泵气功，为正功。
１.换气损失
如图2-3ｂ)和图2-4ｂ)所示，排气门提前开启时，排气 压力线从点ｂ′开始偏离膨胀线，面积过小与理想循环相比， 损失的功相当于Ｗ所表示的面积，称为自由排气损失，在 活塞将燃气推出汽缸时，由于沿途有流动阻力，所以汽缸 内的气体压力高于排气管内压力(非增压发动机排气管内压 力假定为大气压力)，损失的功相当于Ｘ所表示的面积(Ｘ
最佳排气提前角也应当越机中，由于进气系统的阻力，进气
过程汽缸内的压力低于大气压力，而活塞背面曲轴箱 内的压力稍大于大气压力，因此，进气过程活塞要消 耗功，如图2-3中面积Ｙ所示，在增压发动机中，进 气压力高于大气压力，故活塞顶面压力高于活塞背面 压力，活塞在进气过程得到正功。
所表示的面积包含了Ｕ所表示的面积)，称为强制排气损失，
自由排气损失与强制排气损失之和即为排气损失。
排气提前角的选择会影响自由排气损失和强制排气
损失的分配，如图2-5所示，排气提前角越大(曲线ｂ)，
排气门开启越早，自由排气损失就越大，但此时缸内压 力在下止点前已降得足够低，所以强制排气损失减少， 反之，排气提前角减小(曲线ｃ)，强制排气损失会增加， 而自由排气损失则会减少。因此，从减少排气损失角度 看，最佳排气提前角应使两者之和为最小(曲线ａ)。
发动机的换气过程
复习思考题
1、换气过程分为哪几个阶段？ 2、换气损失包括哪些？排气提前角对换气损 失有何影响？ 31、什么是充气系数？当发动机的转速、负 荷、大气压力变化时，ηCH怎样变化？ 4、在配气相位中对ηv影响最大的是什么？ 当其变化时ηCHmax对应的n有何变化？
排气滞后角一般为10～35°CA，进气提前角一般为 10～40°CA。
非增压进排气门重叠角一般为20-60°，增压柴油机， 因其进气压力高，故需较大的气门重叠角，一般为80160°。
进气阶段
排气门关闭后，活塞继续下行，新鲜气体 被吸入气缸。
由于进气系统有一定的阻力，因此进气阶段 气缸内的压力低于大气压力。
第三章 内燃机的换气过程
发动机的换气过程是排气过程和进气过程的 通称;包括从排气门开启直到进气门关闭的整 个时期;约占410～480°曲轴转角。
换气过程的任务：
将缸内空气排出干净,并充入尽量多的新鲜充 量。
换气过程进行的完善程度是提高发动机动力 性的重要因素。
本章重点：
1、四冲程发动机换气过程的进行情况； 2、换气过程中的能量损失-换气损失。 3、评价换气过程好坏的指标—充量系数； 4、影响指标的因素（主要是使用因素）。
及图
进3
-
、 排
1
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
1、排气损失
由于排气门提前开启，造成循环功的损失w （膨胀损失或自由排气损失）；和活塞将废气推 出的损失x（推出损失或强制排气损失）。
2、进气损失
由于进气系统存在阻力,造成循环功的损失。 实际示功图中,把图3-2中的（x+y-u）部分称为 泵气损失,归入机械损失中；而把图3-2中的w、u 部分归到指示效率中考虑。
发动机的换气过程PPT课件
22
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+Yu）：在实际循环示 功图中把面积(x+yu)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。
23
• 一般而言，所有减少换气损失的措施 以及以后将要讨论到的提高充量系数 的途径，对降低泵气损失都是有利的。
17
气门重叠角的选择以 新鲜充量不流入排气 管为原则。
增压柴油机都采用比 非增压柴油机大的气 门重叠角，一般为 80º~160º(CA)；
气门重叠角过大，会 使气门与活塞发生相 撞，一般非增压柴油 机的气门叠开角在 20º~60º(CA)范围内。
18
•换气损失
排气损失 进气损失
19
二、排气损失
'
Vr' r'
ma
Ka[(Vc
V s
'
)a'
V r
'
r
'
]
影响充量系数的因素有进气的状态、 进气终了的汽缸压力和温度、残余废气系数、 压缩比及进排气相位角等。
33
（二）影响充气效率的因素
1．进气终了时的压力Pa’ Pa’对φc有重要影响，Pa’愈高，φc值
愈大 Pa’=Ps－△Pa
式中，△pa为气体流动时，克服进气系统阻力 而引起的压降(kPa)。
51
52
减小进气门流通截面处 流动损失的具体措施
加大进 气门直径
增加进 气门数目
合理设计 进气道 及气门的 结构
53
(1)加大进气门直径
由于进气过程的重要性，一般应尽可能布置较 大尺寸的进气门，以降低流经进气门截面时 的气体流速，从而降低局部流动阻力。
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+Yu）：在实际循环示 功图中把面积(x+yu)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。
23
• 一般而言，所有减少换气损失的措施 以及以后将要讨论到的提高充量系数 的途径，对降低泵气损失都是有利的。
17
气门重叠角的选择以 新鲜充量不流入排气 管为原则。
增压柴油机都采用比 非增压柴油机大的气 门重叠角，一般为 80º~160º(CA)；
气门重叠角过大，会 使气门与活塞发生相 撞，一般非增压柴油 机的气门叠开角在 20º~60º(CA)范围内。
18
•换气损失
排气损失 进气损失
19
二、排气损失
'
Vr' r'
ma
Ka[(Vc
V s
'
)a'
V r
'
r
'
]
影响充量系数的因素有进气的状态、 进气终了的汽缸压力和温度、残余废气系数、 压缩比及进排气相位角等。
33
（二）影响充气效率的因素
1．进气终了时的压力Pa’ Pa’对φc有重要影响，Pa’愈高，φc值
愈大 Pa’=Ps－△Pa
式中，△pa为气体流动时，克服进气系统阻力 而引起的压降(kPa)。
51
52
减小进气门流通截面处 流动损失的具体措施
加大进 气门直径
增加进 气门数目
合理设计 进气道 及气门的 结构
53
(1)加大进气门直径
由于进气过程的重要性，一般应尽可能布置较 大尺寸的进气门，以降低流经进气门截面时 的气体流速，从而降低局部流动阻力。
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
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
发动机的换气过程课件
燃烧反应 燃烧是燃料与氧气之间的高温化学反应，释放出 能量。
燃烧过程 包括进气、压缩、点火、燃烧和排气五个阶段。
化学反应式 以汽油为例，其化学反应式为 CnHm + (n+m/4) O2 → nCO2 + m/2 H2O。
燃烧室的设计
01
02
03
形状设计
为了促进混合气均匀分布 和火焰传播，燃烧室通常 设计成涡流形状。
压缩比
压缩比的高低对混合气的压缩程度和点火性能有 直接影响，进而影响燃烧效率。
PART 05
发动机的排气过程
排气门开启与关闭时刻
排气门开启时刻
随着活塞到达上止点，气缸内的压力 达到最高点，此时排气门开启，废气 开始排出。
排气门关闭时刻
随着活塞下行，气缸内压力降低，当 压力低于排气门内外压力差时，排气 门关闭。
提高压缩效率的措施
优化活塞和气缸壁设计
减少摩擦和泄露，提高压缩效率。
使用高压缩比活塞材料
提高压缩比，增加燃烧效率。
定期检查和调整气门间隙
确保气门关闭严密，减少气体泄露。
提高燃烧效率的措施
使用高性能燃油喷射系统 精确控制燃油喷射量和时间，提高燃油与空气混合效果。
优化点火系统 提高点火能量和火花塞性能，促进充分燃烧。
进气歧管的流量控制
空气滤清器
过滤进入进气歧管的空气，减少杂质和灰尘对发动机的损害。
流量计
测量进入进气歧管的空气流量，为发动机控制系统提供重要参数。
PART 03
发动机的压缩过程
压缩过程的原理
压缩过程是指将空气或混合气压缩，使其体积减小，压力和温度升高的过程。 在四冲程发动机中，压缩过程通常在活塞从下止点向上止点运动的过程中完成。
第二章 发动机的换气过程
三．可变进气管
动画
第六节 提高充气效率的措施 ——废气涡轮增压
利用发动机排出的废 气惯性冲力来推动涡轮 室内的涡轮，涡轮又带 动同轴的叶轮，叶轮压 送由空气滤清器管道送 来的空气，使之增压进 入气缸。
Vc Vh
Vr
Vc
考虑进、排气门 迟闭角的影响
将 p 代入
RT
得到
1
1
Ts ps
(
pa Ta
pr Tr
)
引入残余废气系数γ,则:
Ts 1 ps
pa Ta
1
1
二、影响充气效率的因素
1．进气终了压力pa
无疑pa增加Ts,ηpva增加1 pa=ps-1△pps Ta 1
p sv2 2
进气门早开：增大了进气行程开始时气门的开启高度，减小进 气阻力，增加进气量。
进气门晚关：延长了进气时间，在大气压和气体惯性力的作用 下，增加进气量。
排气门早开：借助气缸内的高压自行排气，大大减小了排气阻 力，使排气干净。
排气门晚关：延长了排气时间，在废气压力和废气惯性力的作 用下，使排气干净。
进气门早开 排气门晚关
第三节 提高充气效率的措施 ——减少进气系统的阻力
一．进气门处的流动损失
1．进气马赫数Ma
进气马赫数Ma：进气门处的气流平均速度Vm与该处音速a之比。
Ma
Vm a
mVm f FCm
Vm
F f
Cm
m
D 2 d
Cm
m
Ma
Vm a
D
2
d
1
m
Cm a
Ma
Vm a
D
2
d
1
m
Cm a
发动机的换气过程1
名词解释：超临界状态、亚临界状态 上游压力与下游压力的比值影响流动状态：
k
p 1
p2
k 1
k 21
第二章 发动机的换气过程
—— 四冲程发动机的换气过程
2.1 四冲程发动机的换气过程 2.1.2 换气过程的阶段划分
名词解释：超临界状态、亚临界状态
上游压力与下游压力的比值影响流动状态：
p1 p2
1.9
—— 四冲程发动机的换气过程
2.1 四冲程发动机的换气过程 2.1.3 配气相位
定义： 进、排气门的角度 及其相对与上、下止 点的关系，称为配气 相位。
第二章 发动机的换气过程
—— 四冲程发动机的换气过程
2.1 四冲程发动机的换气过程
2.1.3 配气相位
排气门早开 （1）快排气 （2）排气功减小
排气门晚闭 惯性排气
减少排气损失的主 要措施是：减小排气系 统阻力和排气门处的流 动损失。
第二章 发动机的换气过程
—— 换气损失
2.2 换气损失
2.2.2 进气损失
从进气门提前打开，到 压缩行程中气缸内压力到 达大气压力之前，循环功 的损失是进气损失。
进气系统的阻力引起进 气损失。
减少进气损失的主要措 施是减小进气系统阻力和 进气门处的流动损失。
气体压力 p 和温度 T 以及气门开
启截面积有关。 此时排气流速高，并产生强
烈噪声。
第二章 发动机的换气过程
—— 四冲程发动机的换气过程
2.1 四冲程发动机的换气过程 2.1.2 换气过程的阶段划分
２、自由排气阶段
亚临界排气时，废气流量与
排气管内压力pr、缸内压力 p、
气门开启截面积以及发动机转速 有关。此时废气流速降低，产生 的噪音较小。
k
p 1
p2
k 1
k 21
第二章 发动机的换气过程
—— 四冲程发动机的换气过程
2.1 四冲程发动机的换气过程 2.1.2 换气过程的阶段划分
名词解释：超临界状态、亚临界状态
上游压力与下游压力的比值影响流动状态：
p1 p2
1.9
—— 四冲程发动机的换气过程
2.1 四冲程发动机的换气过程 2.1.3 配气相位
定义： 进、排气门的角度 及其相对与上、下止 点的关系，称为配气 相位。
第二章 发动机的换气过程
—— 四冲程发动机的换气过程
2.1 四冲程发动机的换气过程
2.1.3 配气相位
排气门早开 （1）快排气 （2）排气功减小
排气门晚闭 惯性排气
减少排气损失的主 要措施是：减小排气系 统阻力和排气门处的流 动损失。
第二章 发动机的换气过程
—— 换气损失
2.2 换气损失
2.2.2 进气损失
从进气门提前打开，到 压缩行程中气缸内压力到 达大气压力之前，循环功 的损失是进气损失。
进气系统的阻力引起进 气损失。
减少进气损失的主要措 施是减小进气系统阻力和 进气门处的流动损失。
气体压力 p 和温度 T 以及气门开
启截面积有关。 此时排气流速高，并产生强
烈噪声。
第二章 发动机的换气过程
—— 四冲程发动机的换气过程
2.1 四冲程发动机的换气过程 2.1.2 换气过程的阶段划分
２、自由排气阶段
亚临界排气时，废气流量与
排气管内压力pr、缸内压力 p、
气门开启截面积以及发动机转速 有关。此时废气流速降低，产生 的噪音较小。