第6章换气过程与循环充量.
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摩托车发动机原理 2
换气过程
排气过程
2018/11/17
6.1
一、换气过程
四行程发动机的换气过程
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。
换气过程的目的：
• 最大限度地吸入新鲜充量 —φc是核心问题
• 最小的换气损失
• 各缸进气均匀性 • 在缸内形成合理的流场,以控制混合气形成和燃烧
2018/11/17
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高速发动机其排气提前角要大一些：在 自由排气阶段中，排出的废气量与发动机转 速无关。发动机转速高时，在同样的排气时 间（以秒计）所相当的曲轴转角增大，因此， 高速发动机排气提前角要大。但不宜过大， 否则会使排气损失加大。
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2）强制排气阶段：活塞上行强制推出废气。
随着排气提前角增大，自由排气损失面积增加， 强制排气损失面积减小，如图中 b 曲线，如排气提前 角减少则强制排气损失面积增加，如图中 c 曲线。所 以最有利的排气提前角应使面积（W+Y）之和最小。 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。
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2.进气阶段 1）准备进气阶段
进气阀必须在上止点前开始打开？ 从进气门打开到上止点为止，这段曲轴转角称为进气提前角。
2）正常进气阶段 3）惯性进气阶段
进气阀关闭时也必须在下止点后才关闭？ 从下止点到进气阀终了这段曲轴转角称为进气迟闭角。
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摩托车发动机原理
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气门重叠会产生串气吗？
不会！
因为： a. 进、排气流各自有自 己的流动方向和流动惯 性，加上重叠时间极短。 b. 进气流有助于更好地 排气。
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二、换气损失
换气损失由排气损失和进气损失两部分组成。
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换气过程
1.排气阶段 1）自由排气阶段 2）强制排气阶段 3）惯性排气阶段 2.进气阶段 1）准备进气阶段 2）正常进气阶段 3）惯性进气阶段 3.气门叠开
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1.排气阶段
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。 排气提前角：从排气门开启到活塞行至下止点所对应的曲 轴转角称为，一般为30º~80º曲轴转角。
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2．进气损失 进气损失：因进气系统的阻 力而引起的功的损失。 排气损失与进气损失之和 称换气损失，即图中面积 (W+X+Y) 。在实际循环示功 图中把面积 (x+y-d) 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。
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摩托车发动机原理
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自由排气阶段
（1）超临界状态
超临界状态 亚临界状态
排气门开启时，气缸内废气压力较高（0.2~0.5Mpa）， 缸内压力与排气管压力之比＞1.9，排气流动处于超临界 状态，可利用废气自身的压力自行排出。
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通过排气门口废气的流速等于该状态下的音速（ m/s ）
进气门早开 排气门晚关
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气门重叠
3.气门叠开 ：进、排气门同时开启 气门叠开角：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。在增压发动机可达80º~160º的 曲轴转角。因其进气压力高。 作用：由于进气管、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，清除 残余废气，增加进气量，降低高温零件的温度，但注意不 应产生废气倒流现象。
缸内平均压力高于排气管平均压力：克服排气门、 排气道处的阻力，一般高出10kpa左右。气体的流速越 高，此压差越大，消耗的功越多。
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3）惯性排气。 当强制排气阶段接近终了，在上止点附近，废气 尚有一定的流动能力，利用气流的惯性进一步排 除废气。 排气迟闭角，一般为10º~35º曲轴转角。
（2）亚临界状态
缸内压力与排气管内压力之比下降到1.9以下时，排气流 动转入亚临界状态，废气流速降低，产生的噪音较小。
排出的废气量决定于气缸内及排气管内的压力差。压力 差越大排出废气越多。当到某一时刻气缸内与排气管内压力 相等，自由排气阶段结束（一般下止点后 10º ~30º 曲轴转 角）。此阶段虽然历程很短，但因排气流速甚高，排出废气 量达60%以上。
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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。
（ 1 ）自由排气损失（图中面积 W ），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（图中面积 Y），是活塞上行强制推出废气 所消耗的功。
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c KRT
式中 K——绝热指数；
T——气体的绝对温度；
R——气体常数〔N•m/（kg· K）〕。 在超临界排气时期，废气流量与排气管内压力pr 无关，只与气缸内的气体状态及气门开启截面积有 关。并且因排气流速甚高，在排气过程中伴有刺耳 的噪声，所以排气系统必须装有消声器。 2018/11/17 7 摩托车发动机原理
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。
第6章 换气过程与循环充量
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•换气过程是持续运转的必要条件 •单位时间进入整机的充气量是决定发动机输出功率 的“量”的因素 进气过程 排除废气 换气过程的任务 充入尽可能多的新鲜工质 换气过程的进行情况 研究的内容 分析影响充气量的各种因素 提高充气量 找出 方向与措施。 减少换气损失
换气过程
排气过程
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6.1
一、换气过程
四行程发动机的换气过程
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。
换气过程的目的：
• 最大限度地吸入新鲜充量 —φc是核心问题
• 最小的换气损失
• 各缸进气均匀性 • 在缸内形成合理的流场,以控制混合气形成和燃烧
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高速发动机其排气提前角要大一些：在 自由排气阶段中，排出的废气量与发动机转 速无关。发动机转速高时，在同样的排气时 间（以秒计）所相当的曲轴转角增大，因此， 高速发动机排气提前角要大。但不宜过大， 否则会使排气损失加大。
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2）强制排气阶段：活塞上行强制推出废气。
随着排气提前角增大，自由排气损失面积增加， 强制排气损失面积减小，如图中 b 曲线，如排气提前 角减少则强制排气损失面积增加，如图中 c 曲线。所 以最有利的排气提前角应使面积（W+Y）之和最小。 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。
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2.进气阶段 1）准备进气阶段
进气阀必须在上止点前开始打开？ 从进气门打开到上止点为止，这段曲轴转角称为进气提前角。
2）正常进气阶段 3）惯性进气阶段
进气阀关闭时也必须在下止点后才关闭？ 从下止点到进气阀终了这段曲轴转角称为进气迟闭角。
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气门重叠会产生串气吗？
不会！
因为： a. 进、排气流各自有自 己的流动方向和流动惯 性，加上重叠时间极短。 b. 进气流有助于更好地 排气。
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二、换气损失
换气损失由排气损失和进气损失两部分组成。
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换气过程
1.排气阶段 1）自由排气阶段 2）强制排气阶段 3）惯性排气阶段 2.进气阶段 1）准备进气阶段 2）正常进气阶段 3）惯性进气阶段 3.气门叠开
摩托车发动机原理 4
2018/11/17
1.排气阶段
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。 排气提前角：从排气门开启到活塞行至下止点所对应的曲 轴转角称为，一般为30º~80º曲轴转角。
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2．进气损失 进气损失：因进气系统的阻 力而引起的功的损失。 排气损失与进气损失之和 称换气损失，即图中面积 (W+X+Y) 。在实际循环示功 图中把面积 (x+y-d) 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。
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自由排气阶段
（1）超临界状态
超临界状态 亚临界状态
排气门开启时，气缸内废气压力较高（0.2~0.5Mpa）， 缸内压力与排气管压力之比＞1.9，排气流动处于超临界 状态，可利用废气自身的压力自行排出。
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通过排气门口废气的流速等于该状态下的音速（ m/s ）
进气门早开 排气门晚关
2018/11/17 摩托车发动机原理 13
气门重叠
3.气门叠开 ：进、排气门同时开启 气门叠开角：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。在增压发动机可达80º~160º的 曲轴转角。因其进气压力高。 作用：由于进气管、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，清除 残余废气，增加进气量，降低高温零件的温度，但注意不 应产生废气倒流现象。
缸内平均压力高于排气管平均压力：克服排气门、 排气道处的阻力，一般高出10kpa左右。气体的流速越 高，此压差越大，消耗的功越多。
2018/11/17
摩托车发动机原理
10
3）惯性排气。 当强制排气阶段接近终了，在上止点附近，废气 尚有一定的流动能力，利用气流的惯性进一步排 除废气。 排气迟闭角，一般为10º~35º曲轴转角。
（2）亚临界状态
缸内压力与排气管内压力之比下降到1.9以下时，排气流 动转入亚临界状态，废气流速降低，产生的噪音较小。
排出的废气量决定于气缸内及排气管内的压力差。压力 差越大排出废气越多。当到某一时刻气缸内与排气管内压力 相等，自由排气阶段结束（一般下止点后 10º ~30º 曲轴转 角）。此阶段虽然历程很短，但因排气流速甚高，排出废气 量达60%以上。
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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。
（ 1 ）自由排气损失（图中面积 W ），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（图中面积 Y），是活塞上行强制推出废气 所消耗的功。
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c KRT
式中 K——绝热指数；
T——气体的绝对温度；
R——气体常数〔N•m/（kg· K）〕。 在超临界排气时期，废气流量与排气管内压力pr 无关，只与气缸内的气体状态及气门开启截面积有 关。并且因排气流速甚高，在排气过程中伴有刺耳 的噪声，所以排气系统必须装有消声器。 2018/11/17 7 摩托车发动机原理
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。
第6章 换气过程与循环充量
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摩托车发动机原理
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•换气过程是持续运转的必要条件 •单位时间进入整机的充气量是决定发动机输出功率 的“量”的因素 进气过程 排除废气 换气过程的任务 充入尽可能多的新鲜工质 换气过程的进行情况 研究的内容 分析影响充气量的各种因素 提高充气量 找出 方向与措施。 减少换气损失