《活塞发动机构造与维护》课件-课件：1.4.3 航空活塞发动机进气与排气系统

ENGINE模块一航空活塞发动机直升机发动机原理与构造1.4.3航空活塞发动机进气与排气系统HELICOPTER航空活塞发动机进气与排气系统一、进气系统1.把足够的空气导入发动机2.消除吸入空气中的尘土和杂质3.防止进气道结冰4.增压式发动机在必要时增加进气压力功用一、进气系统活塞式发动机有4个工作循环，其中进气循环很关键，它决定了进入气缸内预混气体的质量，决定了发动机的功率，排气循环也很关键，如果燃烧的参与气体排放不充分，容易减小进气量的大小，引起功率降低的现象出现。一、进气系统活塞式发动机有4个工作循环，其中进气循环很关键，它决定了进入气缸内预混气体的质量，决定了发动机的功率，排气循环也很关键，如果燃烧的参与气体排放不充分，容易减小进气量的大小，引起功率降低的现象出现。一、进气系统进气与排气工作循环我们一起回顾理想状态下这两个循环中，发动机主要部件的工作过程。一、进气系统首先分析一下理想状态下的进气过程：当活塞运动到上死点时，进气门已打开，那随活塞向下运动，油气混合物进入气缸，进气的主要的动力有两个方面：1.进气管内预混气体压力大于气缸内预混气体的压力，2.活塞向下运动产生抽气的作用。一、进气系统活塞向下运动的过程中，会导致气缸内气体的体积增大，压力减小，进气管内气体的压力大于气缸内气体的压力，在压力差的作用下，让气体进入气缸。一、进气系统活塞运动到下死点时，理论上完成了进气的过程。但由于活塞运动的速度快，运动过程中抽气现象明显，气缸内气体压力下降的幅度很快。活塞位置的变化，早于压力的变化，活塞运动的速度高于气体进入气缸的速度。在活塞运动到下死点的时候，气缸内气体压力小于进气管内气体的压力，进气管内的气体还有动力进入气缸。一、进气系统此时关闭进气门，会导制气缸内混合气体的质量较低，减小发动机的功率。同样，在膨胀冲程结束后，活塞由下死点向上运动，排气门会打开，发动机进入排气冲程，当活塞运动到上死点时，活塞与气缸头部空间达到最小，排气门关闭，完成排气冲程。但这样的过程同样存在一定的问题。一方面，由于燃气燃烧的速度限制，气体在膨胀冲程中，燃油并没有完成完全燃烧，相当部分的燃气在排气冲程过程中仍会继续燃烧，这会导制排气过程中气体压力继续上升。一、进气系统另一方面，由于活塞在上死点的位置与气缸顶部之间存在间隙，当活塞在上死点位置，会存在一定燃气未完全排出。这就会影响预混气体的进气量，影响发动机的功率。气门应在什么时候打开和关闭？一、进气系统为了解决刚刚提到气缸残余气体完全排出难的问题，可以在活塞运动到气缸中上部的时候，提前打开进气门，在排气的同时，让新鲜未参与燃烧的气体进入气缸，利用这部分气体把残余气体推出气缸，以达到尽可能排光残余气体的目的。活塞在完成进气冲程后，向上运动，那么什么时候气体会自主停止进气呢？根据生活常识我们可以知道当气缸内气体压力大于进气管气体压力时，会停止进气，那么此时并闭进气门，才能保证进气量达到最大值。进气门在排气冲程的末端应即时打开，活塞经过下死点以后，继续进气，直到压缩行程的初期，进气门关闭时，进气才停止。一、进气系统为了避免排气过程中燃气因继续燃烧导制压力上升而对活塞运动产生的阻力，所以排气门要早开，应在膨胀行程的后期打开。并且在活塞临近上死点时开始关闭，保证活塞离开上死点后尽快关闭。合理关闭进气门的时机：在压缩冲程的前期气缸内气体压力=进气管内气体的压力结论：进气门应早开晚关，可以增加进入气缸的气体量。一、进气系统进气门要早开，应在排气行程的后期打开。这样可以尽量多地吹除废气，尽量多地进入新鲜的混合气，提高发动机的容积效率，从而提高发动机的输出功率，又有利于气缸，特别是气缸头的冷却。通常用进气门早开角来描述进气门打开的时间。一、进气系统在排气过程中，活塞向上运动，当活塞临近上死点位置时，进气门会提前打开，此时曲柄与气缸中心线会产生一个夹角，对于进气门，这个夹角就是进气门早开角，通常用α阿尔法表达。活塞向上运动，这个夹角会逐渐减小，当活塞处于上死点位置时，活塞杆、曲柄位于气缸的中线线上，夹角为0。进气门早开角约为15到45度。那么我们可以看到，进气门早开角越大，进气门开的越早。一、进气系统当然进气门开的过早，会使刚进入气缸的一部分新鲜混合气从排气门排出，经济性变坏；开的过晚，会使进入气缸的混合气减少，对气缸头的冷却变坏。当曲柄转过中心线后向下旋转，活塞向下运动，气体在活塞的抽气作用下继续进入气缸，当曲柄转到中心线位置，与活塞杆产生了重合，这时活塞运动到下死点，当曲柄继续旋转，活塞开始向上死点运动，当气缸内气体的压力临近进气管内气体压力时，进气门会关闭。在进气门恰好完全关闭时，曲柄与气缸中心线之间的夹角，注意，此时是曲柄与中心线的下方位置构成夹角，我们把这个夹角成为进气门的晚关角，用β贝塔表达。一、进气系统进气门晚关角的范围通常为40到80度。这个夹角越大，说明活塞距离下死点越远，气缸内气体的体积就越小，说明进气门关的比较晚，夹角越小，说明进气门关闭时间相对较早。进气门要晚关就应在压缩行程的初期关闭。这样可以尽量多地进入新鲜的混合气；提高发动机的容积效率，从而提高发动机的输出功率；也有利于气缸，特别是气缸头的冷却。进气门如果关的过晚，会使一部分已经进入气缸的新鲜混合气被活塞压回进气管内，使进入气缸的新鲜混合气充填量减少。当然进气门关的过早，也会使新鲜混合气充填量减少。一、进气系统二、排气系统功用1.收集和排除废气2.排气消音、降噪3.进气防冰或座舱加温4.带动涡轮增压器的涡轮二、排气系统接头元件（涡轮增压发动机排气系统）二、排气系统排气过程从排气门打开时开始，到排气门关闭时结束，排气过程的作用是清除气缸中的废气，以便使新鲜的混合气进入气缸，气缸中的废气排除得越多，充填量就越大，发动机的功率就越高。排气过程开始于排气门打开时，但排气门不是在膨胀冲程中，活塞到达下死点时才突然打开的，而是在活塞临近到下死点之前，也就是说在膨胀冲程的后期就开始打开，排气门的关闭也延续到活塞到达上死点之后，即下一进气行程初期。类似于进气门的打开与关闭，排气的时间也是用曲柄与气缸中心线的夹角来描述。排气门的早开角是排气门刚刚打开时，曲柄与气缸中心线之间的夹角。排气门要早开，应在膨胀行程的后期打开。排气门的早开角伽马表达γ，通常为50到80度范围。二、排气系统排气门早开可以尽量多地排除废气，尽量多地进入新鲜的混合气，减少排气行程中活塞所消耗的功，从而提高发动机的输出功率。开的过早，会影响膨胀行程的进行，减小输出功率。开得过晚，则排气不彻底，增加活塞向上运动的阻力，减小输出功率。排气门应在进气行程的初期关闭。晚关角（德尔塔δ）的范围通常设置在20到40度范围内。排气门晚关可以尽量多地进入新鲜的混合气；增大新鲜混合气的充