【汽车发动机原理-颜伏伍】第二章发动机的换气过程
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第二章发动机的换气过程-2012
一、换气过程
• 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。 • 目标：延长换气时间，增加气门开启的时间断面，充分利用气流的动态效应，改善换气过 程，提高内燃机性能。 • 一般将换气过程分作自由排气、强制排气、进 气和燃烧室扫气四个阶段。
＊配气相位
1、自由排气阶段
k
1. 4 1. 1 4
** 气体自行排出气缸而不需借助外力
1. 2
3. 5
1只取决于当地 声速
v a kRT
式中：V－气体流速，a－当地声速 当T＝873－1173K时，a＝500－600 m/s
2、强制排气阶段
• 从自由排气结束到活塞 到达上止点，废气由活 塞上行强制推出。 • 缸内平均压力比排气管 平均压力略高一些，一 般高出10kPa左右。 • 流速取决于压差，压差 越大，流速也越大，但 耗功也越多。 • 排气迟闭角为一般为 10°～35°。
流道转弯处
1、降低进气门处的流动损失
进气门座处 局部阻力最大
forward
阻力系数 ξ有关
ps s vs
2
与该处的 流动速度vs 的平方成正比
降低气门座处的流速和改善气门座处 的流动情况以提高流量系数
补充
return
• 过高的气体流速，还会发生气体阻塞现象。考 察气门座处的流动情况，平均进气马赫数Ma
1、进气终了的压力pa
进气终了压力↑ →充量系数（充气效率） ↑， 进气终了压力受进气系统的阻力的影响 • 进气系统阻力引起的压 降与管道阻力系数、进 气密度、气体流速的平 方三者的乘积成正比。 • 发动机转速增加，pa迅 速下降。 • 汽油机负荷减小， pa迅 速下降。
发动机原理与汽车理论第2章发动机的换气过程.ppt
结论
结论
进气终了压力提高，充气效率提高。 进气终了温度提高，充气效率下降。 排气终了压力提高，充气效率下降。 排气终了温度变化对充气效率影响不大。 大气压力降低、大气温度升高，充气效率提
高。 压缩比提高，充气效率提高。 配气相位：进、排气迟后角过大或过小，充
气效率降低。
二、残余废气系数的影响因素
容积一定时，充气效率越高，说明进气越充分，
每循环的实际充量越多，发动机的动力性好。
第二节 影响换气过程的因素
一、影响充气效率的因素 二、影响残余废气系数的因素
一、影响充气效率的因素
v
ma mr m0
1 T0
1 p0
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
pa
Ta
pr Tr
1.进气终了的压力和温度 2.排气终了的压力和温度 3.大气压力和温度 4.压缩比 5.配气相位
一、换气过程
四冲程发动机的换气过程是指上一循环排气 门开启到下一循环进气门完全关闭的整个过 程。
换气过程分为自由排气、强制排气和进气过 程三个阶段 。
自由排气 强制排气 进气、扫气
换气过程
自由排气
自由排气阶段：从排气门开启，到汽缸内压力接近排气管 内压力这段时间 。
1.超临界状态 排气量只取决于排气门的开度、气体状态等，与排气门
前后的压力差无关。 2.亚临界状态 排气量只取决于排气门的开度和排气门前后的压力差。
排出的废气量可达排气总量的60%以上。 排气门应该在活塞到达下止点前提前开启（减小排气阻 力）。
强制排气
强制排气阶段：自由排气阶段结束后，汽缸内的 废气被上行的活塞强制推出，直到排气门关闭。 废气的流动状态仍处于亚临界状态。 排气门应该在活塞到达上止点后不久才关闭（减 少残余废气量和减小排气阻力）。
2发动机原理_颜伏伍_发动机的换气过程
▪ 在双气门（一进一排） 结构中，进气阀盘直径 可达活塞直径的45%～ 50%，气门与活塞面积之 比为0.2～0.25，进气门 比排气门一般大15%～ 20%
▪ 进一步增大进气门流通 截面，可采用多气门结 构。保证高速进气量
4. 气门升程
▪ 适当增加气门升程，改 进凸轮型线，减小运动 件质量，增加零件刚度， 在惯性力允许条件下使 气门开闭得尽可能快， 从而增大时面值，提高 通过能力
▪ 绪论 ▪ 第一章 ▪ 第二章 ▪ 第三章 ▪ 第四章 ▪ 第五章 ▪ 第六章 ▪ 第八章
发动机的性能 发动机的换气过程 燃料与燃烧 汽油机混合气的形成和燃烧 柴油机混合气的形成和燃烧 发动机的特性 排气污染与控制
第二章 发动机的换气过程
▪ 发动机换气过程包括排气过程和进气过 程，其任务是排除缸内废气并充入尽可 能多的新鲜工质
➢ 1. 自由排气阶段（超临界与亚临界状态）
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
排气门是在活塞到达下止点之前开启，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，一般为30°～80°曲轴转角。此时缸内废气 压力约为0.2～0.5MPa，缸内压力与排气管压力之 比往往大于临界值 1.9，排气的流动处于超临界状 态，废气以当地声速c流过排气门开启截面，当排 气温度为 700-1100K时，声速可达500-700m／s
用废气或冷却水热量对进气管加热，故空气经过进气 管时受热而温度升高。 在电控燃油喷射发动机上，进
气管和排气管往往布置在发动机两侧
发动机速度特性：当负荷不变而转速增加时，由 于新鲜工质与缸壁等接触时间短，传热量少，所 以Ta稍有下降
发动机负荷特性：当转速不变而增加发动机负荷 时，缸壁等零件温度升高，Ta有所上升
▪ 进一步增大进气门流通 截面，可采用多气门结 构。保证高速进气量
4. 气门升程
▪ 适当增加气门升程，改 进凸轮型线，减小运动 件质量，增加零件刚度， 在惯性力允许条件下使 气门开闭得尽可能快， 从而增大时面值，提高 通过能力
▪ 绪论 ▪ 第一章 ▪ 第二章 ▪ 第三章 ▪ 第四章 ▪ 第五章 ▪ 第六章 ▪ 第八章
发动机的性能 发动机的换气过程 燃料与燃烧 汽油机混合气的形成和燃烧 柴油机混合气的形成和燃烧 发动机的特性 排气污染与控制
第二章 发动机的换气过程
▪ 发动机换气过程包括排气过程和进气过 程，其任务是排除缸内废气并充入尽可 能多的新鲜工质
➢ 1. 自由排气阶段（超临界与亚临界状态）
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
排气门是在活塞到达下止点之前开启，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，一般为30°～80°曲轴转角。此时缸内废气 压力约为0.2～0.5MPa，缸内压力与排气管压力之 比往往大于临界值 1.9，排气的流动处于超临界状 态，废气以当地声速c流过排气门开启截面，当排 气温度为 700-1100K时，声速可达500-700m／s
用废气或冷却水热量对进气管加热，故空气经过进气 管时受热而温度升高。 在电控燃油喷射发动机上，进
气管和排气管往往布置在发动机两侧
发动机速度特性：当负荷不变而转速增加时，由 于新鲜工质与缸壁等接触时间短，传热量少，所 以Ta稍有下降
发动机负荷特性：当转速不变而增加发动机负荷 时，缸壁等零件温度升高，Ta有所上升
第二章-发动机的换气过程PPT课件
Pr排气门 处 n2， 的 所 n 阻 以 Pr力 v
影响较小
（四）排气终了温度 Tr
Tr v （五）压缩比
v
2024/1/6
.
（六）配气定时 合理的配气定时也可增加充气效率
（七）进气状态 进气或大气压力高，pa也随之增加，新鲜 工质密度增加，进气量也增多。
2024/1/6
.
三、提高充量系数的措施：
m am 1m r(1r)m 1
vm m s1h(1 m s r)h m a(1srV )hsa h V a
• v愈高，代表每循环进入一定气缸容积的新鲜工质量 多，则发动机功率和扭矩可增加，动力性好。
2024/1/6
.
二、影响充量系数各种因素
（一） 进气终了压力 p a
vm m s1h(1 m s r)h m a(1srV )hsa h V a
排气门迟闭角为4= 10～70 °CA。
2024/1/6
.
三、进气过程：从进气门开启到关闭，内燃机吸入的新鲜充量的
整个过程。
1.进气提前：
进气门一般在上止点前提前一定曲轴转角开启，以 保证活塞下行时有足够大的开启面积，减少进气节流损 失。进气门提前角一般为0～ 40ºCA。
进气真正开始时刻，要待气缸内残余废气膨胀至低于进 气管内进气压力才开始。由于该时进气管内气体加速需要压 力差，进气门开启截面积又小，因此新鲜充量不能及时吸入 气缸。进气门提前开启就是为了减少节流损失，增加气缸内 充气量。
特点：1.进气管、气缸、排气管三者相通，有利于扫气增加。 2.新鲜冲量的冷却有利于降低缸内温度。
2024/1/6
.
气门叠开角的确定：
由于气流惯性，进气管、排气管虽然相通，在气门叠 开角适当时不应出现废气倒流现象。
影响较小
（四）排气终了温度 Tr
Tr v （五）压缩比
v
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（六）配气定时 合理的配气定时也可增加充气效率
（七）进气状态 进气或大气压力高，pa也随之增加，新鲜 工质密度增加，进气量也增多。
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三、提高充量系数的措施：
m am 1m r(1r)m 1
vm m s1h(1 m s r)h m a(1srV )hsa h V a
• v愈高，代表每循环进入一定气缸容积的新鲜工质量 多，则发动机功率和扭矩可增加，动力性好。
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二、影响充量系数各种因素
（一） 进气终了压力 p a
vm m s1h(1 m s r)h m a(1srV )hsa h V a
排气门迟闭角为4= 10～70 °CA。
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三、进气过程：从进气门开启到关闭，内燃机吸入的新鲜充量的
整个过程。
1.进气提前：
进气门一般在上止点前提前一定曲轴转角开启，以 保证活塞下行时有足够大的开启面积，减少进气节流损 失。进气门提前角一般为0～ 40ºCA。
进气真正开始时刻，要待气缸内残余废气膨胀至低于进 气管内进气压力才开始。由于该时进气管内气体加速需要压 力差，进气门开启截面积又小，因此新鲜充量不能及时吸入 气缸。进气门提前开启就是为了减少节流损失，增加气缸内 充气量。
特点：1.进气管、气缸、排气管三者相通，有利于扫气增加。 2.新鲜冲量的冷却有利于降低缸内温度。
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气门叠开角的确定：
由于气流惯性，进气管、排气管虽然相通，在气门叠 开角适当时不应出现废气倒流现象。
汽车发动机原理发动机换气过程
转速和负荷对Ta的影响 1）转速： 当负荷不变而转速增加时，由于新鲜工质与缸壁等接触 时间短，传热量少，所以Ta稍有下降。 2）负荷：当转速不变而增加发动机负荷时，缸壁等零件温度升高， Ta有所上升。
3、排气终了压力和温度(残余废气系数） 1）排气系统阻力大，排气压力高，废气多。（阻力取决于排气通道阻
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。
双气门（一进一排）：进气门直径可达活塞直径的45%~50%，气门 与活塞面积之比为0.2~0.25，进气门比排气门大15%~20%。
受结构限制，进一步增大比例已很困难。
（1）增大进气门开启时的时面值 气门开启断面与对应开启时间的乘积称为气门开启的时面值。它表示
所以：最有利的排气提前角，必须是使（w+y） 最小。
2、进气损失（面积X）
进气损失：因进气系统的阻力而引起的功的损失（进气过程气缸压力低 于进气管压力造成的损失）。
进气损失不仅体现在进气过程所消耗 的功上，更重要的是体现在进气过程所吸 入的新鲜充量上。
与排气损失相比，所占的比例相对较 小。
进气损失的大小直接影响到充气效率， 可通过多种方法降低进气损失。 换气损失由进气损失和排气损失组成，包 括x、y、w之和。
实际充气减少，充气效率下降。 排气门迟闭角小，充分排气下降； 排气迟闭角大，残余废气增加，
实际充气减少，充气效率下降。 最佳应根据气流惯性来确定， 而气流惯性取决于发动机转速。
【汽车发动机原理-颜伏伍】第二章 发动机的换气过程
2020年3月2日
汽车发动机原理
发动机性能
24
第二章 发动机的换气过程
第二节 四冲程发动机的充量系数
mr=Vr ρr (2-3a) 充入汽缸新鲜充量的质量为:
ϕcVsρs =(V′S+VC) ρa -Vr ρr (2-3b)
2020年3月2日
汽车发动机原理
发动机性能
25
第二章 发动机的换气过程
第二节 四冲程发动机的充量系数
2020年3月2日
汽车发动机原理
发动机性能
19
第二章 发动机的换气过程
第一节 四冲程发动机的换气过程
第一节结束
2020年3月2日
汽车发动机原理
发动机性能
20
第二章 发动机的换气过程
第二节 四冲程发动机的充量系数
一、充量系数 充量系数ϕc是实际进入汽缸的新鲜工质量与进气状
态下充满汽缸工作容积的新鲜工质量的比值，即:
2020年3月2日
汽车发动机原理
发动机性能
23
第二章 发动机的换气过程
第二节 四冲程发动机的充量系数
二、充量系数解析式
假定进气门关闭时汽缸容积为V′S+VC ，如图2-7所示， 此时缸内压力、温度、密度为Pa、Ta、ρa，则缸内气体的总 质量为:
ma=(V′S+VC) ρa 假定排气门关闭时缸内体积为Vr，残余废气的压力、温 度、密度为Pr、Tr、ρr，残余废气的质量为:
发动机性能
3
第二章 发动机的换气过程
第一节 四冲程发动机的换气过程
１.自由排气阶段 从排气门打开到汽缸压力接近了排气管压力的这个时
期，称为自由排气阶段，其特点为。利用缸内和排气管内 的压差进行自由排气，而无须借助外力。
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
第二章 发动机的换气过程
11
残余废气系数γ 是指进气过程结束时气缸内残余废气量与进入气缸中新鲜 空气的比值。
影响充量系数Φc的因素：进气（或大气）的状态、进气 终了的气缸压力和温度、残余废气系数、压缩比及进排气相 位角等。
12
1、进气门关闭时缸内压力pa'
pa' = ps－ △pa
分析： 1）paי对Φc的影响较大， pa י Φc 。 2）管阻λ 、气流v △pa paי Φc ； 3）转速n 气流v △pa pa י Φc ；
思考：如何提高Фc？
17
第三节 提高发动机充量系数的措施 一、降低进气系统的阻力
发动机的进气系统（非增压发动机）是由空气滤清器、 进气管、进气道和进气门所组成。 1、减少进气门处的流动损失 进气马赫数M ：是进气门处气流平均速度V m与该处声速 α之比（M＝Vm/α），它是决定气流性质的重要参数。M反 映气体流动对充量系数的影响，是分析充量系数的一个特 征数。 进气门处气流平均速度Vm：实际进入气缸的新鲜空气与 进气门有效时间截面积F（t）之比。
9
第二节 四冲程发动机的充量系数
一、充量系数Фc
定义：是指每缸每循环实际吸入气缸的新鲜空气质量与进 气状态下理论计算充满气缸工作容积的空气质量比值。
式中，ma是实际进入气缸的新鲜空气的质量；V1是实际进入气 缸的新鲜空气在进气状态下的体积；ms是进气状态下理论计算充 满气缸工作容积的空气质量；Vs是气缸工作容积。 Фc是衡量不同发动机动力性能和进气过程完善程度的重要指标。 思考：如何提高Фc？
24
水桶摆动实验
压缩波
膨胀波
（a）在出水口处形成压缩波，使出 水口的压力增大，故出水流速变大； （b）在出水口处形成膨胀波，使出 水口的压力减小，故出水流速变小。 可见， L1＞L2
发动机原理——第二章-发动机的换气过程
第二章发动机的换气过程燃烧是做功之本。
燃烧需要空气与燃料。
重量比容积比燃料 1 1 液态空气15 1000 气态燃料受机械控制，容易参加。
而汽缸容积就那么大，要想多加空气就要困难得多。
因此，对发动机换气过程的研究就显得尤为重要了。
§2-1 四冲程发动机的换气过程一配气定时与工程热力学中介绍的不同, 进排气门的开启、关闭也需要时间, 故在下止点前排气－排气提前角40︒～80︒在上止点后关闭－排气迟闭角10︒～35︒在上止点前吸气－进气提前角0︒～40︒在下止点后关闭－进气迟闭角40︒～80︒进气提前角+排气迟闭角－气门叠开角二换气过程〔一〕排气过程1 自由排气阶段A排开p >>p’ →p = p’靠缸内压力将气体挤出气缸，其中p－缸内压力, p’－排气管内压力。
2 强制排气阶段Bp = p’ → p ≤p’靠活塞上行将废气挤出气缸。
3 超临界排气C排开→p = 1.9 p’=m/s。
其流量与压差〔p - p’〕在气阀最小截面处, 气体流速等于该地音速a kRT无关, 只决定于排气阀开启面积和气体状态。
4 亚临界排气Dp = 1.9 p’ →排闭。
其流量取决于压差〔p - p’〕。
〔二〕进气过程和气门叠开角-〕使新鲜介质进入缸内。
由于节流作用, 缸内产生负压；〔p p气阀叠开角：非增压：20︒～60︒ CA。
太大〔引起〕→废气回流进气道。
太小→扫气作用不明显。
增压：110︒～140︒ CA。
进气管p↑, 扫气明显, 气阀叠开角可以增大很多。
如6135型高柴：非增压：40︒, 增压：124︒。
扫气的作用：1 去除废气, 增加气缸内的新鲜充量。
2 降低排气温度。
3 降低热负荷最严重处〔如气阀、活塞等〕的温度。
三换气损失理论循环换气功与实际循环换气功之差。
如图：换气损失功－X+〔Y+W〕, 其中〔W+Y〕为排气损失功，X为进气损失功。
〔一〕排气损失功YW是因排气门提前开启而损失的膨胀功,称为自由排气损失。
第二章 发动机的换气过程
2. 高速时应具有最大的气门升 程和进气门迟闭角，减小流 动阻力，提高充量系数，满 足发动机高速时的要求。
3. 进气门从开启到关闭的进 气持续角也进行相应的调整。
第二章 发动机的换气过程
可变气门正时（VVT ）
Pe
Tτq
优点：根据实现机构的不同，采用VVT技术可以使得发动机的 低速转矩得到大幅度的提高。
第二章 发动机的换气过程
膨胀损失
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.
自然吸气
增压
第二章 发动机的换气过程
推出功损失
活塞由下止点向上止点的强制排气行程所消耗的功。
自然吸气
增压
第二章 发动机的换气过程
排气损失
膨胀损失和推出损失二者之和。
第二章 发动机的换气过程
所以 n pr c （影响较小）
4、排气终了温度 Tr
Tr c
，是粗略的。还有许多因 素未予考虑。如：压力升高比，绝热指数k，热传输和过 量空气系数等。
第二章 发动机的换气过程
第三节 提高发动机充量系数的措施
排气提前角
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
排气阀升程
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。
第二章 发动机的换气过程
排气门迟闭角 定义 排气门在上止点后关闭的角度。 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）负荷 汽油机：负荷 节气门开度 （质调节）
pa pa c
柴油机：负荷 循环供油量 （量调节）（与 pa
3. 进气门从开启到关闭的进 气持续角也进行相应的调整。
第二章 发动机的换气过程
可变气门正时（VVT ）
Pe
Tτq
优点：根据实现机构的不同，采用VVT技术可以使得发动机的 低速转矩得到大幅度的提高。
第二章 发动机的换气过程
膨胀损失
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.
自然吸气
增压
第二章 发动机的换气过程
推出功损失
活塞由下止点向上止点的强制排气行程所消耗的功。
自然吸气
增压
第二章 发动机的换气过程
排气损失
膨胀损失和推出损失二者之和。
第二章 发动机的换气过程
所以 n pr c （影响较小）
4、排气终了温度 Tr
Tr c
，是粗略的。还有许多因 素未予考虑。如：压力升高比，绝热指数k，热传输和过 量空气系数等。
第二章 发动机的换气过程
第三节 提高发动机充量系数的措施
排气提前角
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
排气阀升程
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。
第二章 发动机的换气过程
排气门迟闭角 定义 排气门在上止点后关闭的角度。 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）负荷 汽油机：负荷 节气门开度 （质调节）
pa pa c
柴油机：负荷 循环供油量 （量调节）（与 pa
汽车发动机原理发动机的换气过程
Ta’。
•转速和负荷对Ta’旳影响
• 1）转速：当负荷不变而转速增长时，因 为新鲜工质与缸壁等接触时间短，传热量少， 所以Ta’稍有下降。
• 2）负荷：当转速不变而增长发动机负荷 时，缸壁等零件温度升高，Ta’有所上升。
3.残余废气系数 1） 增长， φc降低，燃烧恶化，油耗、
排放增长， 2）压缩比提升，残余废气系数减小。 3）排气压力高，废气多，充气效率降低。 4）排气系统阻力大，排气压力高，废气多。
第二节 四冲程发动机旳充量系数
• 换气旳目旳是尽量排净废气，最大程 度充入新气，以完善燃烧，提升效率。
• 评价发动机旳换气质量，可用充量系 数(充量效率、容积效率) 、残余废气 系数来衡量。
一、充量系数φc
• 定义：内燃机每缸每循环实际进入气缸旳新 鲜空气质量与进气状态下理论计算充斥气缸 工作容积旳空气质量比值。 进气状态：指空气滤清器后进气管内旳气体 状态，即进人气缸前气体旳热力学状态，如 温度与压力等。 非增压：一般取为本地旳大气状态。 增 压：增压器出口状态。
第三节 提升发动机充量系数旳措施
降低进气系统旳阻力
降低对进气充量旳加热
提升充量系数措施
降低排气系统流通阻力
构造一定, 即εc一定
合理选择进、排气相位角 谐振进气与可变进气支管
一、降低进气系统旳流动阻力 1．降低进气门处旳流动损失
进气马赫数：进气门处气流平均速度Vm
与该处声速 之比
M Vm
进气马赫数反应气体流动对充量系数 旳影响。
当M超出一定数值时，大约在0.5左右， 充量系数急剧下降。
减小气门 流动损失旳详细措施
加大进 气门直径
增长 进气门 数目
改善
气门处
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
汽车发动机原理课后习题答案
第一章发动机的性能1.简述发动机的实际工作循环过程。
1）进气过程：为了使发动机连续运转，必须不断吸入新鲜工质，即是进气过程。
此时进气门开启，排气门关闭，活塞由上止点向下止点移动。
2）压缩过程：此时进排气门关闭，活塞由下止点向上止点移动，缸内工质受到压缩、温度。
压力不断上升，工质受压缩的程度用压缩比表示。
3）燃烧过程：期间进排气门关闭，活塞在上止点前后。
作用是将燃料的化学能转化为热能，使工质的压力和温度升高，燃烧放热多，靠近上止点，热效率越高。
4)膨胀过程：此时，进排气门均关闭，高温高压的工质推动活塞，由上止点向下至点移动而膨胀做功，气体的压力、温度也随之迅速下降。
（5）排气过程：当膨胀过程接近终了时，排气门打开，废气开始靠自身压力自由排气，膨胀过程结束时，活塞由下止点返回上止点，将气缸内废气移除。
3.提高发动机实际工作循环热效率的基本途径是什么？可采取哪些基本措施？提高实际循环热效率的基本途径是：减小工质传热损失、燃烧损失、换气损失、不完全燃烧损失、工质流动损失、工质泄漏损失。
提高工质的绝热指数κ。
可采取的基本措施是：⑴减小燃烧室面积，缩短后燃期能减小传热损失。
⑵. 采用最佳的点火提前角和供油提前角能减小提前燃烧损失或后燃损失。
⑶采用多气门、最佳配气相位和最优的进排气系统能减小换气损失。
⑷加强燃烧室气流运动，改善混合气均匀性，优化混合气浓度能减少不完全燃烧损失。
⑸优化燃烧室结构减少缸内流动损失。
⑹采用合理的配缸间隙，提高各密封面的密封性减少工质泄漏损失。
4.什么是发动机的指示指标？主要有哪些？答：以工质对活塞所作之功为计算基准的指标称为指示性能指标。
它主要有：指示功和平均指示压力.指示功率.指示热效率和指示燃油消耗率。
5.什么是发动机的有效指标？主要有哪些？答:以曲轴输出功为计算基准的指标称为有效性能指标。
主要有：1）发动机动力性指标，包括有效功和有效功率.有效转矩.平均有效压力.转速n和活塞平均速度；2）发动机经济性指标，包括有效热效率.有效燃油消耗率；3）发动机强化指标，包括升功率PL.比质量me。
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(1)
第二章 发动机的换气过程
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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
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，对增压发动机， 因其进气压力高，可达80º ~ 160º 。
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
4、 进气阶段 残余废气膨胀（r ~ r′）。 正常进气 。活塞下行，气 缸压力低于进气压力,新鲜气体 充入气缸。
第二章 发动机的换气过程
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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
4、 进气阶段 进气迟闭角：从进气行程下止 点至进气门关闭所对应的曲轴 转角，一般为40º～70º曲轴转 角。 原因:利用进气过程形成的气流 惯性,实现向缸内的过后进气。 进气终了,缸内压力等于或略高 于进气管压力．转速高，惯性 大，增大进气迟闭角．
第二章 发动机的换气过程
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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 排气提前角：从排气门开 启到膨胀行程下止点所对应的 曲轴转角。一般为30º ~ 80º曲 轴转角（b′~ b)。 原因：增加排气流通截面，降 低气缸压力，减小强制排气时 所消耗的活塞推出功。
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。
配气相位
第二章 发动机的换气过程
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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