第二章-发动机的换气过程.ppt

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1、2021/7/27南京航空航天大学金城学院车辆工程第二章发动机的换气过程要使发动机作功多，扭矩大，功率大，需要燃料在气缸内燃烧时放热多，这主要取决于进入气缸中空气量的多少。因此，要求进气尽可能充分，排气尽可能干净。内燃机中的流动均是不稳定流，而且进、排气管中发生的压力波有时可能促进进、排气作用，有时可能妨碍进、排气作用，因此，理论分析很困难。本章将根据试验结果，结合理论分析，研究内燃机的换气过程，分析影响发动机充气效率的因素，从而设法尽可能提高发动机的充气量。2021/7/27南京航空航天大学金城学院车辆工程§1-1四冲程内燃机的换气过程换气过程—排气过程开启至进气门关闭，约占4

2、10ºC~480ºC曲轴转角。包括自由排气、强制排气、进气和气门叠开四个阶段。2021/7/27南京航空航天大学金城学院车辆工程2021/7/27南京航空航天大学金城学院车辆工程一、自由排气阶段：自由排气阶段—排气门打开至气缸压力接近排气管压力的这段时期。为什么排气门必须在下止点前提前开启一定角度？排气门开启初期，活塞移动速度缓慢，排气门开启流通截面积只能缓慢增加，如果排气门恰好在下止点开启，气缸内压力下降缓慢，活塞上行时压缩负功较大，增大排气过程的消耗功率，因此，排气门必须提前开启。通常，排气门提前开启角度约30~80ºCA。2021/7/27南京航空航天大学金城学院车辆工程在

3、排气门提前开启时，气缸内压力p约为0.2～0.5MPa，与排气管内压力Pr之比大于临界值1.9，排气的流动处于超临界状态，废气以当地声速c（m/s）流过排气门，废气流量与气体压差无关，仅取决于气缸内气体的状态和气门开启有效截面积。（当时，属于超临界流动）。当排气温度为700~1100K时，声速c可达500~700（m/s）。（）当废气流向排气管时，管内压力Pr急剧上升，产生了正压力波，到了管端口后又变成负压力波反射回排气门。当时，属于亚临界流动。2021/7/27南京航空航天大学金城学院车辆工程在亚临界排气阶段，废气流量决定于气缸内和排气管内的压力差。某一时刻，气缸内和排气管内的

4、压力接近，则自由排气阶段结束。自由排气阶段一般在下止点后10～30ºCA才结束。（自由排气阶段=超临界流动阶段+部分亚临界流动阶段）这一阶段虽然只占总排气时间的1/3左右，且气阀开启流通面积也较小，但因流速很高，排出的废气量可达60％以上。在超临界时期常伴有刺耳的噪声，是发动机排气噪声的主要来源。认为自由排气阶段内废气流量与气体压差无关，仅取决于气缸内气体的状态和气门开启有效截面积。2021/7/27南京航空航天大学金城学院车辆工程在此阶段缸内气体的状态由活塞的运动速度与位置、气门有效流通截面的变化规律以及排气管内的气体状态等共同决定。排气迟闭的原因：为减少排气所消耗的功与缸内的

5、残余废气量，充分利用气流的惯性效应，实现后排气，排气门需要推迟关闭。但过大的排气迟闭会导致废气倒流。当废气从气缸流出的流动过程刚刚停止时，就是理想的排气门关闭时刻.排气门迟闭角为4=10～70°CA。二、强制排气阶段：定义：自由排气结束后，气缸内的废气随活塞上行被强制排出，直到排气门关闭。2021/7/27南京航空航天大学金城学院车辆工程三、进气过程：从进气门开启到关闭，内燃机吸入的新鲜充量的整个过程。进气门一般在上止点前提前一定曲轴转角开启，以保证活塞下行时有足够大的开启面积，减少进气节流损失。进气门提前角一般为0～40ºCA。1.进气提前：进气真正开始时刻，要待气缸内残余废

6、气膨胀至低于进气管内进气压力才开始。由于该时进气管内气体加速需要压力差，进气门开启截面积又小，因此新鲜充量不能及时吸入气缸。进气门提前开启就是为了减少节流损失，增加气缸内充气量。2021/7/27南京航空航天大学金城学院车辆工程为了利用吸气过程中产生的高速气流的惯性，进气门必须在下止点后适当曲轴转角才完全关闭，实现过后充气，以增加气缸内充气量。进气迟闭角一般为下止点后20-60ºCA。2、进气迟闭2021/7/27南京航空航天大学金城学院车辆工程特点：1.进气管、气缸、排气管三者相通，有利于扫气增加。2.新鲜冲量的冷却有利于降低缸内温度。四、气门叠开和燃烧室扫气过程由于排气门的迟

7、后关闭和进气门的提前开启，在进、排气上止点附近，存在进、排气门同时开着的现象，称之为气门叠开。2021/7/27南京航空航天大学金城学院车辆工程气门叠开角的确定：由于气流惯性，进气管、排气管虽然相通，在气门叠开角适当时不应出现废气倒流现象。1、汽油机气门叠开角较小，因为发动机怠速工况时节气门开度最小，进气节流损失最大，进气管内真空度最高，容易造成排气管内废气倒流现象。2、非增压柴油机进排气压力相当，允许采用较大的气门叠开角，增强扫气效果，提高充量质量，提高性能。气门叠开角一般为2