《汽车发动机原理（第5版）》 教案 第二章 发动机的换气过程

《发动机动力学》教案《汽车发动机原理》教案章节第二章发动机的换气过程理论授课时间4学时教学目的和要求1.重点掌握四冲程发动机的换气过程；2.重点掌握四冲程发动机的充量系数；3.重点掌握提高发动机充量系数的措施；4.了解进气管的动态效应以及可变技术；5.了解二进程发动机的换气工程。教学重点1.四冲程发动机的换气过程；2.四冲程发动机的充量系数；3.提高发动机充量系数的措施。教学难点1.四冲程发动机的充量系数；2.提高发动机充量系数的措施。教学进程（含教学内容、时间分配、教学方法、辅助手段）§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’pp’靠活塞上行将废气挤出气缸。3超临界排气C排开p=1.9p’在气阀最小截面处,气体流速等于该地音速m/s。其流量与压差（p-p’）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=1.9p’排闭，其流量取决于压差（p-p’）。（二）进气过程和气门叠开角由于节流作用,缸内产生负压；（）使新鲜介质进入缸内。气阀叠开角：非增压：20～60CA。太大（引起）废气回流进气道。太小扫气作用不明显。增压：110～140CA。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清除废气,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。Y是活塞作用在废气上的推出功,称为强制排气损失功。排气提前角W，Y。综合效果,要求（Y+W）,故（W+Y）有一个最佳值（W+Y）min。对应排气提前角亦有一个最佳值,n（W+Y）min。（二）进气损失功X进气损失功小于排气损失功，即X<Y（三）泵气损失功（X+Y-d）在实际示功图中,把（W+d）归到指示功中考虑。而把泵气损失功（X+Y-d）归到机械损失中考虑。§2-2四冲程发动机的充气效率一充气效率定义为比较不同大小、不同类型发动机的充气品质和换气过程的完善程度,不受气缸工作容积Vh的影响,引入充气效率的概念。由于有进气阻力等因素的影响,实际进入气缸中的新鲜充量必然小于理论上进气状态下充满工作容积的新鲜充量。二者之比称为充气效率二充气效率的分析式充入汽缸的新鲜充量=缸内气体的总质量－缸内残余废气质量（一）进气门关闭时缸内气体的总质量排气门关闭时缸内残余废气的质量其中－排气门关闭时缸内容积；－排气门关闭时缸内残余废气密度。充入汽缸的新鲜充量充气效率的分析式式中：p、T的下标s、a’、r’分别代表大气和进、排气门管比时缸内压力和温度的状态影响充气效率的各种因素一进气终了压力（一）进气阻力对的影响最大。进气系统的沿程阻力和局部阻力均会使增大。（二）转速n（三）负荷柴油机：负荷循环供油量（量调节）（与无关）热负荷（不大）汽油机：负荷节气们开度（质调节）二进气终了温度（一）转速负荷一定：n综合、的影响，n。（二）负荷转速一定：负荷热负荷柴油机：进、排气管分置。避免排气管对进气管加热，使汽油机：进、排气管同置。虽然，但燃油受热增发快，可以改善混合气形成。三排气终了压力残余废气量，排气门处的阻力，所以n（影响较小）四排气终了温度五压缩比公式仅为定性分析用的，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，进气马赫数Ma，热传输和过量空气系数等。§2-3提高充气效率的措施减小进气系统阻力。沿程阻力，局部阻力（节流阻力）。汽油机：空气滤清器化油器进气管进气道进气门柴油机：空气滤清器进气管进气道进气门一减小流动阻力（一）进气门1进气门直径一般:0.20～0.25（影响大）（影响小）一般：>2四气门流通面积40%左右。但结构复杂，造价较高。（可达30%），3气门升程hh，时面值4阀顶过渡圆角RRR流动阻力R应适中。（二）进气管1表面光洁度和流通面积表面光洁度，流通面积沿程阻力2转弯和节流阻力转弯半径R，截面突变3截面形状考虑汽油机的雾化，蒸发，则管壁面积沉积蒸发混合气分配不均匀截面形状圆形矩形D形流动阻力小大中底部蒸发小中大柴油机不存在底部蒸发问题，故多采用流动阻力小的圆形进气管。（三）进气道转弯半径R，表面光洁度，各管口与垫片孔口对中流动阻力设计时还要考虑组织进气涡流。（四）空气滤清器通道面积，除尘效果流动阻力经常清洗，更换纸芯。（五）化油器喉口截面积流动阻力，但雾化效果。解决这对矛盾，采用双喉口。小喉口：雾化；大喉口：进气。二合理选择配气定时（一）配气定时的综合评定1良好的充气效率以保证发动机的动力性能。2合适的充气效率以适应发动机的扭矩特性。3较小的换气损失以适应发动机的经济性能。4必要的燃烧室扫气以保证高温零件的热负荷得以适当降低，达到可靠运行。5合适的排气温度。调整：1，2－进气迟闭角；3－排气提前角；4，5－气门叠开角（二）进气迟闭角1转速n一定时，总有一个进气迟闭角使得充气效率为最大。2n气流惯性缸内气体易倒流进气管n一部分气体来不及进入汽缸3对应的n所以，高速发动机转速大，要获得好的充气效率和动力性，进气迟闭角应大一些。4n（1）6学时（270’）为理论授课。（2）各部分时间分配可根据实际授课情况调整，总计时间不超过6学时（270’）。（3）采用多媒体课件教学，在多媒体教室讲授。（4）板书设计：左侧一栏中阴影部分为板书基本内容预习思考题1.叙述四冲程发动机的换气过程。2.为何进、排气门要提前打开和迟闭，对换气过程有何影响？3.什么是气门叠开现象？气门叠开角的大小对换气过程有何影响？4.什么是充气效率？提高充气效率的措施有哪些？5.充气效率的高低反映了发动机哪些方面性能的好坏