汽车发动机原理第六章换气过程与循环充量

1、,发动机原理,第二篇 动力输出与能量利用,第六章 换气过程与循环充量,6.1 四冲程发动机的换气过程,换气过程,图6.1 换气过程中气缸压力、排气管内气体压力进排气门流通截面积的变化,换气过程分期,1.排气阶段 1）自由排气阶段 2）强制排气阶段 3）惯性排气阶段 2.进气阶段 1）准备进气阶段 2）正常进气阶段 3）惯性进气阶段,3.气门重叠和燃烧室扫气,非增压发动机中，重叠角一般为2060曲轴转角。 增压柴油机重叠角一般为80160曲轴转角,换气损失,1.排气损失从排气门提前打开，直到进气行程开始，缸内压力到达大气压力前循环功的损失 自由排气损失 强制排气损失,图6.4 排气门提前角和排气

2、损失 a最合适 b过早 c过晚 d排气门面积过小,2.进气损失,由于进气系统的阻力，进气过程的气缸压力低于进气管压力（非增压发动机中一般设为大气压力），称为进气损失,自由排气损失 强制排气损失 进气损失 泵气损失,6.2 四冲程发动机的充量系数,充量系数的概念 每缸每循环实际吸入气缸的新鲜空气质量与进气状态下理论计算充满气缸工作容积的空气质量比值,充量系数表达式的推导,进气门关闭时气缸容积为,排气门关闭时缸内工质的质量,此时缸内工质的质量,假定气缸排气门关闭时关闭点体积为,每循环充入气缸的新鲜混合气质量,由空燃比的关系得,进入气缸的混合气质量,令,则,考虑到进、排气门迟闭，令,则,假定残余废气

3、与新鲜充量的气体常数近似相等，应用气体状态方程式 ，代入上式，得,充量系数与发动机功率、扭矩的关系,将发动机的进气过程采用当时的大气状态，其理论充量为,则每循环的实际充量为,1kg燃油实际供给的空气量为,实际充量为 时供给的循环供油量为,则每循环燃油燃烧放出的热量为,每循环的指示功为,平均指示压力为,平均有效压力,大气压力下， 视为常数， 、 仅与燃烧有关，通常石油中 、 近乎不变，因此平均有效压力可表示为,发动机的有效功率为,发动机扭矩可表示为,影响充量系数的因素,1.进气门关闭时缸内压力,2进气门关闭时缸内气体温度 3.残余废气系数 4.配气相位 5.压缩比 6.进气状态,提高发动机充量系

4、数措施,1.降低进气系统的阻力 1)减少进气门处的流动损失,进气马赫数是进气门处气流平均速度与该处声速之比,进气门处气流平均速度 定义为实际进入气缸的新鲜空气与进气门有效时间截面值F(t)之比,有效时间截面值F(t),小结,增大气门相对通过面积，提高气门处流量系数以及合理的配气相位是限制M值，是提高充量系数的主要方法。 增加气门的数目 改进配气凸轮型线 改善气门处的流体动力性能，可以降低流动阻力,2减少进气道、进气管和空气滤清器的阻力 3.减少对进气充量的加热 4.降低排气系统流通阻力 5.合理选择进排气相位角 6.谐振进气与可变进气歧管,利用进气管的动态效应来提高充量系数,压力波动的固有频率

5、,进气频率,用q来表示波动次数，则有,当q=1，2，时，进气频率与压力波动频率合拍，下一次气门开启期间与负的压力波重合，使充气量减少。,当q= ， 时，下一次气门开启期间正好与正的压力波相重合，使充量系数增加,结论：高速用短管；低速用长管,6.3 二冲程发动机的换气过程,1.自由排气阶段 2.扫气阶段 3.过后排气或过后充气阶段 特点： 1）换气时间短 2）进排气过程同时进行 3）扫气消耗功大 4）HC排放高,二冲程发动机的扫气方案,二冲程发动机的扫气方案 (a) 横流扫气 (b) 回流扫气 (c)直流扫气,换气效果的评价,（1）扫气效率,（2）过量扫气系数,各种扫气形式的扫气效率 1完全扫气 2直流式扫气 3回流式扫气 4横流式扫气,影响扫气效率的因素,1）扫气方式 2）扫气压力 3）行程缸径比 4）转速 5）扫气排气系统,本章小结,增大每循环或单位时间输入发动机的充气量是提高整