《内燃机的换气过程》课件

内燃机的换气过程本次演讲将深入探讨内燃机的换气过程，这是影响发动机性能和效率的关键环节。我们将从基础概念开始，逐步深入到复杂的技术细节。绪论换气过程的定义内燃机中新鲜空气与燃烧后废气交换的过程。重要性直接影响发动机的功率输出和燃油经济性。研究意义优化换气过程可提高发动机效率，减少排放。内燃机的工作过程1吸气新鲜空气或混合气进入气缸。2压缩活塞上移，压缩气体。3做功燃料燃烧，推动活塞下移。4排气废气排出气缸。内燃机的主要组成部件活塞在气缸内往复运动，实现压缩和膨胀。曲轴将活塞的往复运动转换为旋转运动。气缸活塞运动的空间，内部发生燃烧反应。气门控制进气和排气的开闭。内燃机的分类按工作循环分类四冲程发动机二冲程发动机按燃料类型分类汽油机柴油机按气缸排列方式分类直列式V型水平对置式汽油机的工作过程进气行程活塞下降，吸入空气和雾化汽油混合物。压缩行程活塞上升，压缩混合气。做功行程火花塞点火，混合气燃烧膨胀，推动活塞下降。排气行程活塞上升，将燃烧后的废气排出。柴油机的工作过程进气行程活塞下降，吸入纯空气。压缩行程活塞上升，压缩空气至高温高压。做功行程喷油器喷入柴油，自燃膨胀，推动活塞下降。排气行程活塞上升，排出燃烧后的废气。四冲程机的进气过程1进气门开启在上止点前略微开启，为进气做准备。2活塞下降气缸容积增大，形成负压，吸入新鲜气体。3充气效率受进气门开启时间、气门升程等因素影响。4进气门关闭在下止点后略微关闭，利用气体惯性增加充气量。四冲程机的排气过程1排气门提前开启在做功行程末期开启，利用高压废气自行排出。2活塞上升推动剩余废气排出气缸。3排气门延迟关闭利用废气惯性继续排气，同时帮助吸入新鲜气体。两冲程机的进气过程扫气口开启活塞下降露出扫气口，新鲜混合气进入曲轴箱。预压缩活塞上升，压缩曲轴箱中的混合气。进气冲程活塞下降，压缩的混合气通过扫气道进入气缸。气流导向扫气道设计影响气流方向，决定换气效率。两冲程机的排气过程1排气口开启活塞下降露出排气口，高压废气开始排出。2扫气过程新鲜混合气进入，推动剩余废气排出。3排气口关闭活塞上升覆盖排气口，完成排气过程。两冲程机的特点优点结构简单，重量轻每转动一周完成一个工作循环功率密度高缺点燃油经济性较差排放控制困难机械损耗大换气过程的意义1提高发动机效率2增加功率输出3降低燃油消耗4减少有害排放5延长发动机寿命换气过程的优化是提升内燃机性能的关键。良好的换气可以显著改善发动机的各项指标。换气过程的影响因素气门正时影响进排气的时机和持续时间。进气系统设计决定进气阻力和气流分布。排气系统结构影响排气背压和废气清除效率。活塞运动特性影响气体流动速度和方向。进气系统的主要组成空气滤清器过滤空气中的灰尘和杂质，保护发动机。节气门控制进入发动机的空气量，调节发动机功率。进气歧管将空气均匀分配到各缸，影响充气效率。增压器（可选）提高进气压力，增加发动机功率。排气系统的主要组成排气歧管收集并导出各缸的废气，减小排气阻力。催化转化器转化有害气体，减少污染物排放。消音器降低排气噪声，提高舒适性。废气涡轮（增压发动机）利用废气能量驱动压气机，提高进气压力。节气门的作用和原理作用控制进气量调节发动机功率影响燃油经济性原理通过改变开度来控制进入发动机的空气流量。开度越大，进气量越多，发动机功率越大。涡轮增压器的原理废气驱动高温高速废气推动涡轮转动。压缩空气涡轮带动压气机，压缩进气。增加进气量压缩空气进入气缸，提高充气效率。提升功率更多空气参与燃烧，增加发动机输出。增压技术对内燃机性能的影响提高功率密度同等排量下，增压发动机功率更大。改善燃油经济性可使用小排量发动机获得大排量性能，降低油耗。减少排放优化燃烧过程，减少有害气体排放。提高高海拔性能补偿高海拔地区空气稀薄的影响。发动机供气系统的排放控制EGR系统降低燃烧温度，减少氮氧化物排放。催化转化器转化CO、HC和NOx为无害气体。颗粒捕集器过滤柴油机排气中的颗粒物。氧传感器监测排气成分，优化空燃比。发动机供气系统的噪声控制进气消音器降低进气系统产生的噪声。排气消音器减少排气噪声，通常采用多腔体设计。共振腔吸收特定频率的声波，降低整体噪声。隔音材料在关键部位使用隔音材料，阻隔噪声传播。供气系统的优化设计1计算机模拟使用CFD软件模拟气流动态，优化管道设计。2实验验证在发动机试验台上测试不同设计方案的效果。3材料选择选用轻量化、耐热材料，提高系统效率。4集成设计将各子系统有机结合，优化整体性能。燃烧室的设计要求高效燃烧形状设计应促进充分混合和快速燃烧。热损失最小化优化表面积与体积比，减少热量损失。抗爆震性能避免局部高温点，防止异常燃烧。易于加工考虑制造工艺，确保质量一致性。气门的设计要求进气门大直径，提高充气效率良好的导流性能耐腐蚀性能好排气门耐高温、高压抗氧化性能强导热性能好气门正时的选择1进气门提前开启利用废气惯性吸入新鲜气体。2进气门延迟关闭利用气流惯性增加充气量。3排气门提前开启利用高压废气自行排出，减少泵气损失。4排气门延迟关闭利用排气惯性继续清除废气。进排气道的设计要求流动阻力小减少压力损失，提高换气效率。良好的涡流特性促进燃料与空气混合，提高燃烧效率。合理的热管理控制进气温度，提高充气效率。均匀分配确保各缸进气量一致，提高发动机平衡性。进排气门的选择进气门较大直径，提高充气系数轻量化设计，减少惯性损失耐磨性好，适应频繁开闭排气门耐高温材料，如镍基合金填充钠，提高散热性能表面硬化处理，提高耐磨性排气歧管的设计等长原则各缸排气管长度相等，平衡排气阻力。合理布局避免急弯，减少流动损失。材料选择使用耐高温、轻量化材料，如不锈钢或铸铁。隔热设计减少热量损失，保持排气温度，有利于后处理系统工作。涡轮增压器的选择匹配发动机特性根据发动机排量和工作特性选择合适的涡轮增压器。响应性能考虑涡轮惯性，选择快速响应的增压器。增压压比选择合适的增压压比，平衡功率和可靠性。耐久性考虑轴承设计和材料选择，确保长期可靠运行。供气系统设计要点总结1整体协调2流动优化3热管理4材料选择5可靠性设计供气系统设计需要