第二章 发动机的换气过程

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1、第二章发动机的换气过程本章重点：换气过程的特点及其评价指标；提高换气效果的措施。本章难点：充气效率的定义；可变技术发动机排出废气、充入新鲜空气或可燃混合气的全过程叫做换气过程。没有换气过程，发动机无法持续运转。每循环进入气缸的空气量或可燃混合气量是决定发动机动力输出大小的因素。所以，换气过程是发动机工作过程不可缺少的组成部分，也是决定发动机动力性、经济性的重要环节。合理组织换气过程，保证吸入尽可能多的新鲜充量，以获得尽可能高的输出功率和扭矩；尽量减少换气损失，以降低机械损失，提高发动机经济性；保证进气后在缸内

2、所形成的气体运动，能满足组织快速燃烧的要求，以提高热效率。充气效率是评价发动机换气过程完善程度和决定发动机性能的重要指标。2.1四冲程发动机的换气过程1.换气过程四冲程发动机的换气过程包括从排气门开启直到进气门关闭的整个时期，大约占410~480℃A（曲轴转角）。一般将换气过程分为自由排气、强制排气、进气和气门重叠四个阶段。图1-2-1为四冲程发动机换气过程的p-V图。1）自由排气阶段图1-2-1中从排气门早开点b′到晚关点r′，约240~260℃A的b′bdrr′段为排气过程。排气门开启初期，缸内压力p远大

3、于排气管压力pr，此时，图1-2-1四冲程发动机的换气过程p-V图尽管活塞还在下行，缸内压力也在不断下降，但是压差(p-pr)已足以使废气自由留出，而不必依靠活塞推出。这一阶段为自由排气阶段。自由排气阶段大约在下止点后10~30℃A结束。自由排气阶段虽然时间不长，且气门开启流通面积也较小，但因流速很高，排出废气量达60%以上。2）强制排气阶段自由排气阶段结束后，缸内压力大大降低，必须依靠上行活塞强制推出。因为气门流通面积减小，排气不畅，在排气后期到上止点，缸内压力略有上升。113）进气过程图1-2-1中从排气

4、门早开点d到晚关点a′，约220~265℃A的drr′aa′段为进气过程。进气初期，由于进气门开启面较小，节流损失很大，活塞又加速下行，导致缸内压力下降较大；随着进气门开启面积增大，进入气缸的充量增加，使得缸内压力上升；进气后期，高速流入气缸的充量，由于气流动能转为压力能，使得缸内压力又有所上升。但是在这一阶段，由于气体需要克服进气系统的流动阻力以及存在吸热温升等的影响，使得缸内气体压力要低于进气管压力。4）气门重叠图1-2-1中dr′段是气门重叠阶段。这是由于排气门晚关、进气门早开，存在进、排气门同时开启的

5、现象。2.配气相位及其对性能的影响进、排气门的开、关时刻及开启持续时间（用℃A表示），称为配气相位，如图1-2-2。进、排气门开、关时刻与进气充量、进气阻力、换气损失等密切相关。1）排气早开角图1-2-3排气早开角对排气损失的影响如图1-2-2膨胀过程末期，缸内压力较高，如果到下止点才打开排气门，由于开启初期气门上升缓慢，开度也小，再加上气流因惯性而不会马上高速流出，这些都会使排气不畅，排气损失和阻力增大，并间接影响进气充量。因此，要求排气门在上止点之前提前开启，这一提前角就是排气早开角。如图1-2-3所示，

6、排气早开角若过大，自由排气阶段排出气体过多，缸内压力下降太快，膨胀做功会因此而减小，此部分损失（图中面积）称为自由排气损失。排气早开角若过小，又会增加活塞强制排气所消耗的功，此部分损失（图中面积）称为强制排气损失。可以看出，必然存在一个最佳的排气早开角，使得总排气损失（自由排气损失、强制排气损失之和）为最小。最佳的排气早开角应随转速升高而应适当增大。图1-2-4给出了转速对排气早开角的影响。如图所示，若排气早开角不变，转速对膨胀线影响不大，故认为自由排气损失都一样；但11是，相同的自由排气时间所对应的转角，必

7、然是高转速大而低转速小，即发动机高转速时，以曲轴转角计算的自由排气阶段延长，故高转速时缸内压力下降缓慢，使得强制排气损失增大，且转速越高，排气损失越大。所以，随转速升高而应适当增大排气早开角，以降低排气损失。2）排气晚关角如果排气门在上止点关闭，此时废气还具有一定向外运动的惯性。为充分利用这一惯性，增大排气量，排气门可在上止点之后适当晚关，一般在缸内压力接近排图1-2-4转速对排气早开角的影响气门外背压时关闭，可获得最大的排气效果。这一延迟关闭角就是排气晚关角。排气晚关角过小，排气惯性利用不足，若过大，会因活

8、塞下行缸内压力小于排气管压力而使已排出的废气倒流缸内。所以，排气晚关角有最佳值，且随转速升高而应适当加大。3）进气早开角进气门若在上止点开启，因开启初期气门上升缓慢，流通截面小，以及进气气流由静止到加速的滞后影响，会使缸内真空加大，进气量减少，进气损失增大。所以要求进气门在上止点前适当开启，这一角度就是进气早开角。进气门早开时排气尚未结束，缸内压力高于进气管压力，若进气早开角过大，会造成废气倒流进入