第四章换气过程与循环充量

1、汽车发动机原理汽车发动机原理第第4 4章章 换气过程与循环充量换气过程与循环充量 第二篇第二篇 动力输出与能量利用动力输出与能量利用 汽车发动机原理汽车发动机原理第第4 4章章 换气过程与循环充量换气过程与循环充量 第四章第四章 换气过程与循环充量换气过程与循环充量 4.1 四冲程发动机的换气过程四冲程发动机的换气过程 1 换气过程换气过程 图图4.1 4.1 换气过程中气缸压力、排气管内气体压力进排气门流通换气过程中气缸压力、排气管内气体压力进排气门流通截面积的变化截面积的变化prp汽车发动机原理汽车发动机原理第第4 4章章 换气过程与循环充量换气过程与循环充量 2 换气过程分期换气过程分期

2、1.1.排气阶段排气阶段 1 1）自由排气阶段）自由排气阶段2 2）强制排气阶段）强制排气阶段 3 3）惯性排气阶段）惯性排气阶段 2.2.进气阶段进气阶段 1 1）准备进气阶段）准备进气阶段 2 2）正常进气阶段）正常进气阶段 3 3）惯性进气阶段）惯性进气阶段 汽车发动机原理汽车发动机原理第第4 4章章 换气过程与循环充量换气过程与循环充量 3 3 气门重叠和燃烧室扫气气门重叠和燃烧室扫气 非增压发动机中，非增压发动机中，重叠角一般为重叠角一般为20204040曲轴曲轴转角转角。 增压柴油机重叠增压柴油机重叠角一般为角一般为80801 14040曲轴转角曲轴转角 汽车发动机原理汽车发动机原

3、理第第4 4章章 换气过程与循环充量换气过程与循环充量 4 换气损失换气损失 1）排气损失从排气门提前打开，直到进气行程开始，缸内压力到达大气压力前循环功的损失 自由排气损失 强制排气损失 图图4.4 4.4 排气门提前角和排气损失排气门提前角和排气损失 a a最合适最合适 b b过早过早 c c过晚过晚 d d排气门面积过小排气门面积过小 汽车发动机原理汽车发动机原理第第4 4章章 换气过程与循环充量换气过程与循环充量 2 2）进气损失进气损失 由于进气系统的阻力，进气过程的气缸压力低于进气管压由于进气系统的阻力，进气过程的气缸压力低于进气管压力（非增压发动机中一般设为大气压力），称为进气损

4、失力（非增压发动机中一般设为大气压力），称为进气损失 自由排气损失自由排气损失 强制排气损失强制排气损失 进气损失进气损失 泵气损失泵气损失 WXYuYX汽车发动机原理汽车发动机原理第第4 4章章 换气过程与循环充量换气过程与循环充量 4.2 四冲程发动机的充量系数四冲程发动机的充量系数 残余废气系数残余废气系数 充量系数的概念充量系数的概念每缸每循环实际吸入气缸的新鲜空气质量与进气状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态下理论计算充满气缸工作容积的空气质量比值 sasacVVmm换气过程的好坏：残余废气系数和充量系数换气过程的好坏：残余废气系

5、数和充量系数armm汽车发动机原理汽车发动机原理第第4 4章章 换气过程与循环充量换气过程与循环充量 充量系数表达式的推导充量系数表达式的推导 理论状态下每缸的新鲜冲量理论状态下每缸的新鲜冲量排气门关闭时缸内工质的质量排气门关闭时缸内工质的质量 假定气缸进气门关闭时气体的气体的质量为假定气缸进气门关闭时气体的气体的质量为 sssssVVTRpmssaaaVmrmarammm 充入气缸新鲜充量的质量为充入气缸新鲜充量的质量为 1)1 (aaaaarmmmmmm汽车发动机原理汽车发动机原理第第4 4章章 换气过程与循环充量换气过程与循环充量 根据充气效率的定义有根据充气效率的定义有 1111cso

6、aasaVVmm 考虑到进、排气门迟闭考虑到进、排气门迟闭，令，令 scscVVVVVVoacaoacocoVVVVVVVVcc1111111111)(11111)(11ccaaooccaccoaaaccoaacaooacooaassaaTppTKKKVVVVVVVVV汽车发动机原理汽车发动机原理第第4 4章章 换气过程与循环充量换气过程与循环充量 充量系数与发动机功率、扭矩的关系充量系数与发动机功率、扭矩的关系 将发动机的进气过程采用当时的大气状态，其理论充量为将发动机的进气过程采用当时的大气状态，其理论充量为 00RTVpmss则每循环的实际充量为则每循环的实际充量为 c0s0scaRTV

7、pmm1 1kgkg燃油实际供给的空气量为燃油实际供给的空气量为 oaL实际充量为实际充量为 时供给的循环供油量为时供给的循环供油量为am0ac0s0LRTVpq汽车发动机原理汽车发动机原理第第4 4章章 换气过程与循环充量换气过程与循环充量 则每循环燃油燃烧放出的热量为则每循环燃油燃烧放出的热量为 0auc0s01LHRTVpQ每循环的指示功为每循环的指示功为it0auc0s0it1iLHRTVpQW平均指示压力为平均指示压力为 cit0a0u0simi1LRTHpVWp0acit0u/LH平均有效压力平均有效压力 cmit0a0u0mmime1LRTHppp汽车发动机原理汽车发动机原理第第

8、4 4章章 换气过程与循环充量换气过程与循环充量 大气压力下，大气压力下， 视为常数，视为常数， 、 仅与燃烧有关，通常石油仅与燃烧有关，通常石油中中 、 近乎不变，因此平均有效压力可表示为近乎不变，因此平均有效压力可表示为00/RTpuH0LuH0Lcmitame1kp发动机的有效功率为发动机的有效功率为3smee1030niVpP3cmit0a0u00s10130LRTHpniVcmita1nk003u0s13010LRTHpiVk汽车发动机原理汽车发动机原理第第4 4章章 换气过程与循环充量换气过程与循环充量 发动机扭矩可表示为发动机扭矩可表示为 cmita2etq9550knPT129

9、550kk 汽车发动机原理汽车发动机原理第第4 4章章 换气过程与循环充量换气过程与循环充量 二二 影响影响充量系数充量系数的因素的因素 1.1.进气门关闭时缸内压力进气门关闭时缸内压力 aspppa22avp 2 2进气门关闭时缸内气体温度进气门关闭时缸内气体温度 3.3.残余废气系数残余废气系数 4.4.配气相位配气相位 5.5.压缩比压缩比 4.4.进气状态进气状态 111aaooccacTppTK汽车发动机原理汽车发动机原理第第4 4章章 换气过程与循环充量换气过程与循环充量 4.3 4.3 提高发动机充量系数措施提高发动机充量系数措施 1.降低进气系统的阻力 减少进气门处的流动损失减

10、少进气门处的流动损失 进气马赫数是进气门处气流平均速度与该处声速之比进气马赫数是进气门处气流平均速度与该处声速之比 /mVM 进气门处气流平均速度进气门处气流平均速度 定义为实际进入气缸的新鲜空气定义为实际进入气缸的新鲜空气与进气门有效时间截面值与进气门有效时间截面值F F(t)(t)之比之比 mV)(scmtFVV汽车发动机原理汽车发动机原理第第4 4章章 换气过程与循环充量换气过程与循环充量 dAndtAtFff61)(有效时间截面值有效时间截面值F F(t)(t)(m2ocmmCdDvMdAnvdtAvmmmff6气门开启期间进入的气体的质量气门开启期间进入的气体的质量汽车发动机原理汽车

11、发动机原理第第4 4章章 换气过程与循环充量换气过程与循环充量 小结小结 增大气门相对通过面积，提高气门处流量增大气门相对通过面积，提高气门处流量系数以及合理的配气相位是限制系数以及合理的配气相位是限制M值，提值，提高高充量系数充量系数的主要方法。的主要方法。 增加气门的数目增加气门的数目 改进配气凸轮型线改进配气凸轮型线 改善气门处的流体动力性能，可以降低流改善气门处的流体动力性能，可以降低流动阻力动阻力 改善配气机构改善配气机构汽车发动机原理汽车发动机原理第第4 4章章 换气过程与循环充量换气过程与循环充量 2减少进气道、进气管和空气滤清器的阻减少进气道、进气管和空气滤清器的阻力力 3.减

12、少对进气充量的加热减少对进气充量的加热 4.降低排气系统流通阻力降低排气系统流通阻力 5.合理选择进排气相位角合理选择进排气相位角（配气定时（配气定时 VEC/VVT-i和和i-VTEC） 4.谐振进气与可变进气歧管谐振进气与可变进气歧管 汽车发动机原理汽车发动机原理第第4 4章章 换气过程与循环充量换气过程与循环充量 HONDA VTEC汽车发动机原理汽车发动机原理第第4 4章章 换气过程与循环充量换气过程与循环充量 汽车发动机原理汽车发动机原理第第4 4章章 换气过程与循环充量换气过程与循环充量 利用进气管的动态效应来提高利用进气管的动态效应来提高充量系数充量系数 压力波动的固有频率压力波

13、动的固有频率 Laf40 进气频率进气频率 用用q q来表示波动次数，则有来表示波动次数，则有 120260nnfnnLaffqn300汽车发动机原理汽车发动机原理第第4 4章章 换气过程与循环充量换气过程与循环充量 当当q=1q=1，2 2，时，进气频率与压力波动频率合拍，下一次时，进气频率与压力波动频率合拍，下一次气门开启期间与负的压力波重合，使充气量减少。气门开启期间与负的压力波重合，使充气量减少。 当当q= q= ， 时时，下一次气门开启期间正好与正的压力波，下一次气门开启期间正好与正的压力波相重合，使充量系数增加相重合，使充量系数增加211212汽车发动机原理汽车发动机原理第第4 4章章 换气过程与循环充量换气过程与循环充量 结论：高速用短管；低速用长管结论：高速用短管；低速用长管汽车发动机原理汽车发动机原理第第4 4章章 换气过程与循环充量换气过程与循环充量 汽车发动机原理汽车发动机原理第第4 4章章 换气过程与循环充量换气过程与循环充量 本章小结本章小结 增大每循环或单位时间输入发动机的充气增大每循环或单