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

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。（四行程内燃机每一循环曲轴旋转720℃）一.换气过程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亚超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。

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？3.进气阶段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？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因为：a.进、排气流各自有自己的流动方向和流动惯性，加上重叠时间极短。b.进气流有助于更好地排气。气门重叠会产生串气吗？不会二.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1．进气终了压力pa

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2．进气终了温度Ta

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。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5.压缩比εε增加,Vc↓，废气↓，ηv↑6.进气(或大气)状态增压，压力↑，进气↑，pa↑，充气效率ηv↑一．进气门处的流动损失

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。

第三节减少进气系统的阻力根据一系列的试验发现，在正常的配气定时条件下，当Ma超过一定数值时，大约在0.5左右，ηv便急剧下降。所以当内燃机转速增加时，n上升，（Cm=Sn/30），Cm上升，所以Ma上升。故为了使Ma值不超过一定的数值，在高转速内燃机上必须考虑加大进气阀直径d。改善气门处的流动，使流量系数μm

增加。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气门开关，排气门开关四个配气相位角中，进气门迟闭角的改变，对充气效率影响最大。第四节合理选择配气定时

一．进气管的惯性效应二．进气管的波动效应

动画定义：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。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。第五节进气管的动态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。三．管速与管长

压力波的固有频率f1为：进气频率f2