四冲程发动机换气过程研究

四冲程发动机换气过程的研究

赵坤

摘要：本文阐述了对学习汽车拖拉机发动机课程的目的、意义及心得，并对四冲程发动机换气过程的进行了解说明,分析了各进排气的阶段特点、作用及工作状态。

关键词：四冲程;发动机;换气

前言

内燃机的换气过程是内燃机排出本循环的已燃气体和为下一循环吸入新鲜充量(空气或可燃混合气)的进排气过程，它是工作循环得以周而复始不断进行的保证。对四冲程内燃机而言，换气过程是指从排气门开启到进气门关闭的整个过程。对大部分四冲程内燃机而言，换气过程即为从排气口打开到关闭的整个过程。1学习汽车拖拉机发动机课程目的、意义及心得

目的:汽车与拖拉机发动机是一门专业技术基础课程，是机制专业学生必修的专业基础课。学生通过对课程的学习，理解现代汽车与拖拉机发动机的种类、发展方向、结构、基本组成、零部件的特点，掌握汽车与拖拉机发动机的基本结构、组成及工作原理，为今后学习机械化类专业、机械制造及自动化类专业、工程类专业的其他相关课程打好基础。

意义:在第一节课的时候，老师就告诉我们，汽车拖拉机发动机是机制专业的基础课之一，学习这门课程是为学生学好后续专业课准备必要的汽车拖拉机发动机原理方面的基本知识；同时这门课的内容也很适用于我们以后的生活，为我们以后在买车用车方面储备了必要的知识。所以这门课对我们未来的学习和工作有着重要的影响。

心得:刚开始学习这门课，我显得有些紧张和兴奋，面对未知的课程，我不知能否掌握知识重点，也不知如何把这门课程学好。面对陌生的老师，也不知道自己能否适应他的讲课方式。但是对知识的渴望，对不懂的知识领域的好奇却让我兴奋不已。

通过几周的学习后，我已经完全适应并喜欢上了老师的授课方式。老师认真的授课态度和严谨的授课作风，成为了我的学习榜样，提高了我的学习积极性和热情，让我更加重视对这门课程的学习。老师在讲课时，胸有成竹，内容讲解有条不紊，而且目光始终注视着我们。

每节课之前，老师总会对上节课所学过的知识进行提问，问题不只是书本上的内容，大多是运用所学知识来解决实际生活中的问题。提问方式即活泼又新颖，让我们更乐于去思考问题和回答问题。通过课前提问，不仅可以加固对已学知识的掌握，也会学到一些书上没有的内容，开阔了我们的眼界。在每节课快结束时，老师会对本节课程中所讲授的知识点进行归纳和总结，方便了我们的课下学习。

通过一学期对汽车拖拉机发动机的学习，我完全掌握了汽车发动机的大体构造，熟悉并理解了汽车发动机性能评价和基本工作过程。了解了许多汽车专业领域的名词意思，学会了如何计算压进气马赫数和压缩比，懂得了废气涡轮增压器的工作原理，画得出内燃机的工作循环曲线…通过对这门课的学习，让我掌握了很多知识，在此不能逐一列出，从这门课程中所学到的知识会让我一生受用。

2四冲程发动机的换气过程

2.1发动机换气过程概述

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。

一、换气过程的目的：

(1) 最大限度地吸入新鲜充量；(2) 最小的换气损失；(3) 各缸进气均匀性；

(4) 在缸内形成合理的流场,以控制混合气形成和燃烧。

二、换气过程的分析：

（1）废气排出得越干净，吸入的新气越多，可以多供油，发动机功率大；

（2）废气排出得越干净，吸入的新气越多，燃烧充分，油耗低，热效率高，经济性好；

（3）废气排出得越干净，吸入的新气越多，燃烧充分，排出的有害气体少；

（4）换气损失小，机械损失小，发动机功率大，经济性好；

（5）不同的工况需要的进气量不同，要和发动机工况配合。

三、换气过程的特点：

（1）时间短，速度快；（2）和混合气形成过程相关联；（3）受到空间和结构的限制。

四、换气过程的影响：

（1）发动机的动力性和经济性；（2）发动机的适应性；（3）发动机的排放性能和噪声。

2.2排气过程

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。如图2-1。

图2-1

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。

自由排气阶段又分为超临界状态和亚临界状态

（1）超临界状态

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。

通过排气门口废气的流速等于该状态下的音速（m/s）

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。

（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。

2．强制排气阶段：活塞上行强制推出废气。

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。

惯性排气：排气迟闭角，一般为10º~35º曲轴转角。

准备进气：进气提前角：一般为0º~30º曲轴转角。

正常进气：活塞下行残余废气膨胀，新鲜气体充入气缸。

惯性进气：进气迟闭角，一般为40º～70º曲轴转角。

2.3进气过程

从进气门开启到关闭，内燃机吸人新鲜充量的整个过程称为进气过程。为了增加进入气缸的新鲜充量，进气门在吸气上止点前要提前开启，在吸气下止点后应推迟关闭。进气门提前开启的角度称为进气提前角，一般在上止点前10º~40º(CA)之间。

尽管进气门提前开启，新鲜充量的真正吸入还是要等到气缸内残余废气膨胀，压力降至低于进气压力后才开始。活塞在由上止点向下运动一定角度后速度增加，而此时气门开启还不够充分，缸内的压力迅速降低，这为新鲜充量的顺利流人创造了条件。随着进气门流通面积的加大，以及较高的进气流速，进入气缸的新鲜充量不断增加，再加上燃烧室表面和残余废气对新鲜充量的加热作用，气缸压力逐渐升高。

2.4气门叠开

四冲程内燃机换气过程还存在一个特殊的阶段：在进排气上止点前后，由于进气门的提前开启与排气门的延迟关闭，使内燃机从进气门开启到排气门关闭这段曲轴转角内，出现进排气门同时开启的状态，这一现象称为气门叠开。在气门叠开期间，进气管、气缸、排气管三者直接相通，此时的气体流动方向就取决于三者间的压力差。气门叠开所对应的曲轴转角叫气门叠开角，因此气门叠开角等于排气迟闭角与进气提前角之和。内燃机的形式不同，对气门叠开角大小的要求也有所不同。如图2-2。