内燃机原理第三章 发动机的换气过程
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对一定n，存在最佳配气相位，使（∙pa） ，即
气流惯性进气多，v ；
所以，需合理选配配气相位VVT技术。
4）进气状态： ps ：pa , a ,实 际 新 鲜 充 量；
TS ：Ta ,ρa
高原修正问题
3-3 提高充气效率的措施
措施一、减少进气系统阻力
1）进气门：阻力最大 on 进气系统
1
ε
pa ps
Ts Ta
1
1 r
r ，v ，同时燃烧恶化。
汽油机： =6~12；r =0.05~0.16
柴油机： =14~18； r =0.03~0.06；增压：r =0.0~0.03
3) 配气定时： 指进气门关闭时Va与气缸总容积之比
Va Vs 1 Va∝进气迟关ic， ic对v的影响：∝ic时刻气流惯性利用情况，即∝∙pa；
排气速度：声速
c kRT
超临界排气：总排气量的60%
• 排气量缸内气体状态 和排气门有效流通截面 积; 与n、pb等无关
2）强制排气： 下止点到上止点；活塞推出，主要克服排气阻力。 排气迟关角： 10~35°CA 利用高速的气流惯性尽可能多排气。
2. 进气过程：进气门开启~关闭=180+io+ic
• 换气过程：排气+进气
• 物理过程：
换气中缸压、排气背压、 进排气门流通面积的变化
1. 排气过程：气门开启~关闭=180+oi+oc
由缸压分为自由排气和强制排气
1）自由排气
Байду номын сангаас
排气门提前开：30~80CA，
此时：pg pb;
pg / pb (k 1) 2 k (k1) 1.（9 临界值）
Ma
m
c
D dv
2
Cm
cm (c o )
➢
气门处气流平均速度：m
VS
F (t)
➢
有效时面值：
F(t) m
tc to
fdt
mFm (tc
to ) mFm (c
o
)
1 6n
∴增加F(t)是降低进气阻力，减小Ma，提高v的重要手段。
气门的流通能力——时面值或角面值:
f dt
1 6n
f d
• =6nt；
• f：dt内气门开启的面积
气门的丰满系数：
fdt fd
h t h
保证气门动力学要求的 前提下，尽可能提高。
2）进气马赫数Ma：评价气门处气流状态对v影响
• 定义：气门处的平均速度与当时当地的声速之比
气门直径、气门数布置。
➢增大气门直径dj>dp；原因？ ➢气门升程L: 尽可能L；
一般，最大升程与气门直径比：L/dj=0.26~0.28 ➢多气门：减小气门处的流动损失
4气门：2进2排；5气门：3进2排 ➢气门头部到杆身的过渡形状——流线形
2）进气损失：进气系统阻力进气中气缸压力低于大气 压力的损失X。
所以：换气损失=W+Y+X 泵气损失=X+Y-d
➢进气损失<排气损失，但直 接影响充气效率对E/G性 能具有重要影响。
➢减小泵气损失是改善E/G动力性和 经济性，提高升功率的有效措施。
增压技术
3-2 充气效率及影响因素
换气过程的评价：残余废气系数换气完善程度； 充气效率：评价气缸进气能力。
排气相位
• 气门叠开现象：
在进气上止点，因进气提前角和
排气迟关角的存在，使进、排气门
同时开启的现象。
• 作用：扫气、冷却，多进气；
• 缺点：过大时倒流。
4. 换气损失 换气损失=进气损失(X)+排气损失(W+Y)
W:膨胀 损失
W:膨胀 损失
泵气损失=Y+X-d
1）排气损失：包括 ➢ 自由排气：排气门提前开引起的膨胀功减小W 又称彭胀损失 ➢ 强制排气：活塞推出废气所消耗的功Y； 确定排气提前角的原则： 使W+Y最小 ✓ 提前角过大：W过大， 工质做工能力损失； ✓ 提前角过小：自由排气段，派出量少， 强制排气阻力，Y
当Ma>0.5时，v 急剧下降；
所以，即使↑n，因单位时间充气量无法增加；
功率得不到提高。
故，必控制Ma。
限制Ma的措施：
➢合理的配气相位；
➢优化匹配活塞平均速度、
气缸直径及气门直径
Ma
m c
D dv
2
Cm
cm (c o )
3) 多气门结构： 进气流通面积的方法：
活塞下行，体积增加，气缸真空，吸气；
提前角：0~40CA 足够开启面积，阻力； 迟关角：40~70CA 利用气流惯性，多进气
• 随发动机工况，设计或控制最佳进气迟关角，对改善发 动机性能至关重要。
3. 配气定时及气门叠开现象 配气相位图：进气相位
非增压：20~80°CA 增压：80~160°CA
60
0.03inVs
二、影响v因素
设下止点时缸内气体总质量为
ma
m1 mr
aVa
paVa RTa
所以，
m1(1
mr m1
)
ms
(1
mr m1
)
paVa RTa
paVa RTa
RTs psVS
1
1
r
;
mr m1
r ;
Va VS
1
第三章 发动机的换气过程
3-1 四冲程发动机换气过程 3-2 充气效率及其影响因素 3-3 提高充气效率的措施 3-4 内燃机增压 3-5 内燃机废气再循环(EGR)系统
要点： 换气过程评价方法、充气效率的定义； 影响因素； 改善换气过程的主要措施
3-1 四冲程发动机换气过程——损失的来源
作用：排除废气，充入新鲜气体，为QW做物质准备.
ε
ε
1
ε
pa ps
Ts Ta
1
1
r
;
：配气相位系数
1) pa： pa ，进气阻力，v
流动阻力和转速关系：
pa ps pa
pa
2
2
, 2
进气阻力的主要措施：进气管长度（可变）、转弯半径，
管道内表面粗糙度；气流速度∝n；增压。
2）和 r： ，Vc ， r ，v
一、充气效率：实际进入气缸的新鲜充量与进气状态下充
满气缸工作容积的新鲜充量之比。
v
m1 ms
V1 Vs
进气状态： 非增压：大气状态 增压：压气机出
v的测量方法：用流量计测每小时实际充量 ： V1[m / h]
而每小时理论充量为：
则 v V1 V
V
Vs 1000
i
n 2
气流惯性进气多，v ；
所以，需合理选配配气相位VVT技术。
4）进气状态： ps ：pa , a ,实 际 新 鲜 充 量；
TS ：Ta ,ρa
高原修正问题
3-3 提高充气效率的措施
措施一、减少进气系统阻力
1）进气门：阻力最大 on 进气系统
1
ε
pa ps
Ts Ta
1
1 r
r ，v ，同时燃烧恶化。
汽油机： =6~12；r =0.05~0.16
柴油机： =14~18； r =0.03~0.06；增压：r =0.0~0.03
3) 配气定时： 指进气门关闭时Va与气缸总容积之比
Va Vs 1 Va∝进气迟关ic， ic对v的影响：∝ic时刻气流惯性利用情况，即∝∙pa；
排气速度：声速
c kRT
超临界排气：总排气量的60%
• 排气量缸内气体状态 和排气门有效流通截面 积; 与n、pb等无关
2）强制排气： 下止点到上止点；活塞推出，主要克服排气阻力。 排气迟关角： 10~35°CA 利用高速的气流惯性尽可能多排气。
2. 进气过程：进气门开启~关闭=180+io+ic
• 换气过程：排气+进气
• 物理过程：
换气中缸压、排气背压、 进排气门流通面积的变化
1. 排气过程：气门开启~关闭=180+oi+oc
由缸压分为自由排气和强制排气
1）自由排气
Байду номын сангаас
排气门提前开：30~80CA，
此时：pg pb;
pg / pb (k 1) 2 k (k1) 1.（9 临界值）
Ma
m
c
D dv
2
Cm
cm (c o )
➢
气门处气流平均速度：m
VS
F (t)
➢
有效时面值：
F(t) m
tc to
fdt
mFm (tc
to ) mFm (c
o
)
1 6n
∴增加F(t)是降低进气阻力，减小Ma，提高v的重要手段。
气门的流通能力——时面值或角面值:
f dt
1 6n
f d
• =6nt；
• f：dt内气门开启的面积
气门的丰满系数：
fdt fd
h t h
保证气门动力学要求的 前提下，尽可能提高。
2）进气马赫数Ma：评价气门处气流状态对v影响
• 定义：气门处的平均速度与当时当地的声速之比
气门直径、气门数布置。
➢增大气门直径dj>dp；原因？ ➢气门升程L: 尽可能L；
一般，最大升程与气门直径比：L/dj=0.26~0.28 ➢多气门：减小气门处的流动损失
4气门：2进2排；5气门：3进2排 ➢气门头部到杆身的过渡形状——流线形
2）进气损失：进气系统阻力进气中气缸压力低于大气 压力的损失X。
所以：换气损失=W+Y+X 泵气损失=X+Y-d
➢进气损失<排气损失，但直 接影响充气效率对E/G性 能具有重要影响。
➢减小泵气损失是改善E/G动力性和 经济性，提高升功率的有效措施。
增压技术
3-2 充气效率及影响因素
换气过程的评价：残余废气系数换气完善程度； 充气效率：评价气缸进气能力。
排气相位
• 气门叠开现象：
在进气上止点，因进气提前角和
排气迟关角的存在，使进、排气门
同时开启的现象。
• 作用：扫气、冷却，多进气；
• 缺点：过大时倒流。
4. 换气损失 换气损失=进气损失(X)+排气损失(W+Y)
W:膨胀 损失
W:膨胀 损失
泵气损失=Y+X-d
1）排气损失：包括 ➢ 自由排气：排气门提前开引起的膨胀功减小W 又称彭胀损失 ➢ 强制排气：活塞推出废气所消耗的功Y； 确定排气提前角的原则： 使W+Y最小 ✓ 提前角过大：W过大， 工质做工能力损失； ✓ 提前角过小：自由排气段，派出量少， 强制排气阻力，Y
当Ma>0.5时，v 急剧下降；
所以，即使↑n，因单位时间充气量无法增加；
功率得不到提高。
故，必控制Ma。
限制Ma的措施：
➢合理的配气相位；
➢优化匹配活塞平均速度、
气缸直径及气门直径
Ma
m c
D dv
2
Cm
cm (c o )
3) 多气门结构： 进气流通面积的方法：
活塞下行，体积增加，气缸真空，吸气；
提前角：0~40CA 足够开启面积，阻力； 迟关角：40~70CA 利用气流惯性，多进气
• 随发动机工况，设计或控制最佳进气迟关角，对改善发 动机性能至关重要。
3. 配气定时及气门叠开现象 配气相位图：进气相位
非增压：20~80°CA 增压：80~160°CA
60
0.03inVs
二、影响v因素
设下止点时缸内气体总质量为
ma
m1 mr
aVa
paVa RTa
所以，
m1(1
mr m1
)
ms
(1
mr m1
)
paVa RTa
paVa RTa
RTs psVS
1
1
r
;
mr m1
r ;
Va VS
1
第三章 发动机的换气过程
3-1 四冲程发动机换气过程 3-2 充气效率及其影响因素 3-3 提高充气效率的措施 3-4 内燃机增压 3-5 内燃机废气再循环(EGR)系统
要点： 换气过程评价方法、充气效率的定义； 影响因素； 改善换气过程的主要措施
3-1 四冲程发动机换气过程——损失的来源
作用：排除废气，充入新鲜气体，为QW做物质准备.
ε
ε
1
ε
pa ps
Ts Ta
1
1
r
;
：配气相位系数
1) pa： pa ，进气阻力，v
流动阻力和转速关系：
pa ps pa
pa
2
2
, 2
进气阻力的主要措施：进气管长度（可变）、转弯半径，
管道内表面粗糙度；气流速度∝n；增压。
2）和 r： ，Vc ， r ，v
一、充气效率：实际进入气缸的新鲜充量与进气状态下充
满气缸工作容积的新鲜充量之比。
v
m1 ms
V1 Vs
进气状态： 非增压：大气状态 增压：压气机出
v的测量方法：用流量计测每小时实际充量 ： V1[m / h]
而每小时理论充量为：
则 v V1 V
V
Vs 1000
i
n 2