第二章 发动机的换气过程

第二章发动机的换气过程第一节四行程发动机的换气过程一.换气过程

换气过程是从排气阀开启直到进气阀关闭的整个时期。这个过程大约是380℃-450℃曲轴转角。自由排气阶段强制排气阶段进气阶段换气过程可分为三个阶段1.自由排气阶段从排气门打开到气缸内压力接近于排气管压力的这段时期。分为：⑴超临界状态

⑵亚临界状态排气阀刚开始开启时，气缸内的压力大大超过排气管内压力，气缸内的压力是排气管内的两倍以上。P/P大于临界值（P/P=1.9）。这时排气的流动处于超临界状态，气体此时是音速流过气门的。随着活塞的推移，缸内的压力迅速下降，当缸内压力与排气管压力之比为1.9以下时，即P/P0<1.9时，排气的流动进入亚临界状态。

在强制排气阶段中，废气是由上行活塞强制推出。2.强制排气阶段为什么要在活塞到达下止点前就打开排气阀？从排气阀打开到下止点为止，这段曲轴转角称为排气提前角。从上止点到排气阀关闭终了这段曲轴转角为排气迟闭角。为什么排气阀是在活塞过了上止点后才关闭？从下止点到进气阀终了这段曲轴转角称为进气迟闭角。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。进气阀必须在上止点前开始打开？进气阀关闭时也必须在下止点后才关闭？3.进气阶段进气门早开：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。排气门晚关进气门早开气门重叠气门重叠会产生串气吗？不会流动惯性时间极短进气流有助于更好地排气二.换气损失换气损失ïîïíìîíìxyw进气损失强制排气损失自由排气损失排气损失⑴e`（排气门太早开启）膨胀功损失：面积e`bb`太大，且不可能由排气所消耗的绝对功的减少来补偿。可见：如果排气提前角↑，则w↑，y↓

排气提前角↓，则w↓，y↑

所以：最有利的排气提前角，必须是使（w+y）最小。⑵e``（排气门太晚开启）膨胀功损失：面积e``bb``较小，但在b``r``期间排出废气所需要的功较多。如何使排气损失最小?e’e”第二节四行程发动机的充气效率一、充气效率用流量计测量由Vh计算1.定义2.实验测定3.分析式引入残余废气系数γ,则:

令将代入考虑进、排气门迟闭角的影响得到无疑pa增加,ηv增加

pa=ps-△p

①负荷不变，转速变化时

②转速不变,负荷变化时

a.柴油机

b.汽油机

转速↑,则△p↑↑,从而pa↓，ηv↓△p基本不变,从而pa基本不变，ηv基本不变负荷↑,则△p↓,从而pa↑，ηv↑二、影响充气效率的因素1．进气终了压力pa

Ta值愈高，充入汽缸的工质密度愈小，ηv降低。3．残余废气系数γ气缸残余废气量多，ηv下降，残余废气量多，则燃烧恶化，内燃机经济性下降，排出有害物及碳烟增加。2．进气终了温度Ta由于进气门迟闭，进气终了压力因气流惯性作用而增加,即pa↑，所以充气效率ηv↑4.配气定时

ε增加,Vc↓，废气↓，ηv↑增压，压力↑，进气↑，pa↑，充气效率ηv↑5.压缩比ε6.进气(或大气)状态1．进气马赫数Ma进气马赫数Ma：进气门处的气流平均速度Vm与该处音速a之比。

第三节提高充气效率的措施

——减少进气系统的阻力一．进气门处的流动损失

2．增加进气门直径和气门数目

3．适当增加气门升程4．减少气门处的流动损失2．增加进气门直径和气门数目3．适当增加气门升程4．减少气门处的流动损失二．进气道和进气管阻力三．空气滤清器的阻力在进、排气门开关的四个配气相位角中，进气门迟闭角的改变，对充气效率影响最大。第四节提高充气效率的措施

——合理选择配气定时一、配气相位的选择二、可变配气相位控制系统1、可变凸轮机构凸轮相位可变宝马公司的双凸轮轴可变气门正时系统2．可变气门定时进气持续期可变第五节提高充气效率的措施

——利用进气管的动态效应进气管的动态效应惯性效应波动效应在超音速气流中，存在两个基本物理现象，一是膨胀波，另一个是激波。膨胀波是使气流发生膨胀的扰动波，而激波是以一定强度使气流发生突然压缩的波。一．进气管的惯性效应定义：进气管内的压力波对本循环的进气过程有直接影响。这种影响称惯性效应。边界条件：

①当波传到固壁端，反射回来的是同类波。

②当波传到开口端，且管外压力不变，反射回来的是异类波。动画二．进气管的波动效应

定义：进气管内残存的压力波对下一循环进气过程的影响叫做波动效应。动画惯性效应由于是在同一循环中，所以衰减小，振幅大，对ηv的影响更大，而波动效应是经过多次反射后的波，所以衰减大，振幅小，对ηv的影响相对较小，所以惯性效应是主要的。进气持续角为θ，进气持续时