第2章 发动机的换气过程讲解

合理组织换气过程应达到的目的：
1、保证标定工况和全负荷条件下，吸入尽 可能多的充量，以获得更高的输出功率 和 也转是矩换，气这过就程是的提中高心充问量题系。数这Φ个c问的题问，题， 除涉及稳态特性的分析外，还与整个系 统的动态效应——不稳定流动时介质中 的压力波传播紧密相关。
2、保证多缸机各缸的循环进气量的差异不 超出应有的范围，以免对整机性能产生 不利影响。
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p2
2
k 1
p1 k 1
超临界状态排气的流量只取决于缸内气体状态和排气门有效流通面 积的大小。
亚临界流动阶段排气的流量不仅与排气门的有效流动截面有关，还 与缸内和排气管内气体的压差有关。
缸内排气压力 pe 与排气门气门端压力 pe只要满足
k
速pe
pe


k
1 k1
• 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。
• 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。
• 换气过程中，至少有一个气门开起，出现了 气流的流动，进、排气系统与气缸组成以大 气为边界的开式热力系统。在进排气门关闭 的动力过程中，进、排气管道中仍有气体波 动，对换气过程有一定影响。
定义
为了增加进入气缸的新鲜充量， 进气门在吸气上止点前提前开启 的角度。
作用
增加进气流通面积（时面值or角面值）,提高充量系数。
进气门迟闭角(INTAKE LAG)
定义
为了增加进入气缸的新鲜充量，进气门在吸气下 止点后，推迟关闭的角度。
第二章 发动机的换气过程
Process in Engine Exchanging Gas
主要内容
第一节 四冲程发动机的换气过程 第二节 四冲程发动机的充量系数 第三节 提高发动机充量系数的措施
第一节 四冲程内燃机的换气过程
Gas exchange processes in 4 stroke engine
行活塞强制推出，这一过程就是强制排气阶段。 排气迟闭角：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。
排气过程 (EXHAUSTING)
按燃气对活塞的作用：
自由排气和强制排气(Blowdown and displacement)
按排气流动的性质：
超临界流动和亚临界流动 (Critical and subcritical flow)
上止点
下止点
0°～40° 40°～70° 30°～80° 10°～35°
缸压与进排气道压力
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
所对应的曲轴转角，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
3、应尽量减小不可避免的换气损失，特别是 占最大比例的排气损失。
4、进气后在缸内所建立的流场（旋流场与湍 流场），应能满足快速合理燃烧的要求。
自然吸气和增压发动机、四冲程和二冲 程发动机最主要的差别，就在于换气过程 有各自不同的特点。增压发动机是利用各 种方法，提高进入缸内的新鲜充量的压力， 增大循环充气量来提高输出功率；二冲程 发动机则是利用扫气方式完成换气过程， 以达到减少不做功的冲程数，提高输出功 率的目的。
作用
1. 避免因排气流动截面积过早减小而造成的排气阻力 的增加，使缸内的残余废气量增加。
2. 利用排气管内气体流动的惯性从气缸内抽吸一部分 废气，实现过后排气。
3. 扫气作用。
3、进气过程
•从进气门开启到关闭的全过程 •准备进气：进气提前角一般为0º~40º(CA)。 •正常进气 ：新鲜气体充入气缸。 •惯性进气：进气迟闭角一般为40º~70º(CA)。
主要学习内容
内燃机换气过程概述 排气过程 进气过程 气门叠开和燃烧室扫气过程
换气损失概述 泵气功与泵气损失
一、换气过程： 发动机排出废气和充入新气（空气或
可燃混合气）的全过程。 目的：向缸内更换工质，为热功转换
做物质准备。 单位时间进入的充气量是决定发动机输
出功率的“量”的因素。所以换气过程即是 发动机工作过程不可缺少的组成部分，也是 决定发动机动力、经济性能极为重要的环节。
理论上，进气门早开时排气尚未结
束，缸内压力要高于缸外背压，这样会 造成废气倒流入进气管（汽油机回火）。 但事实上，进气门开启初期流通截面窄 小，以及废气倒流也有一定惯性的影响， 提前角不大时，倒流现象一般不会出现， 更何况排气气流的引流作用，一定程度 上也会降低缸内进气门附近的静压力。
进气提前角(INTAKE ADVANCING)
于声速，但仍远高于强制排气的速度。
自由排气阶段只占总排气时间的1/3左右，同 时
气阀开启流通面积也较小，但因流速高，排气量可达
自由排气阶段结束后，缸内压力大大降
低，必须依靠活塞上行强制排气。只一阶 段中，缸内与大气或增压涡轮机入口处的 平均压差约为0.01~0.02MPa，时间占到总 排气时间的2/3左右。
排气提前角 (EXHAUST ADVANCING)
定义
排气门在膨胀冲程到达下止 点前的某一曲轴转角位置提前 开启的角度。
作用
增加排气流通面积（时面值or角面值）， 减少排气冲程所消耗的活塞推出功。
气门的角面值为气门口通过面积曲线下面的积分面积。
排气门迟闭角 (EXHAUST LAG)
定义
排气门在上止点后关闭的角度。
由于进气工质克服ຫໍສະໝຸດ Baidu动阻力和吸热升
温等影响，缸内进气压力要低于环境或压 气机后压力，由此使实际充量低于理论值。 缸内压力呈凹形，初期压力较大是由于活 塞下行加速度加大，是真空度加大的结果； 后期压力上升，则是高速流入气缸的充量 速度滞止，压力局部恢复的缘故，但恢复 的只是小部分，大部分动能变为摩擦热。
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1.83(废气k
1.3)
就会在排气阀喉口出现音
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流动（
）。在自由排气阶段初期，排气门
前后压差约0.2~0.5MPa，而排气背压略大0.1MPa，
所以一般发动机都要经历超临界排气。初期音速
500~700m/s，常伴有刺耳的噪声，是发动机排气噪
声的主要来源。其后是亚临界排气，气门口流速低