第三章 发动机的换气过程

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1、第三章发动机的换气过程主讲：胡水福15324936032胡水福1下止点上止点胡水福2燃料在气缸内完全燃烧需要一定量的空气，完全燃烧时汽油与空气的体积比约为1：10000，而柴油与空气的体积比还要更大一些。由此可见，可燃混合气中燃料所占容积比例很小，所以充入气缸的混合气燃烧放热量的大小，主要取决于充入缸内的空气量多少。每循环进入气缸的空气量多，既可多供给一些燃料，又可以提高燃料的完全燃烧程度。提高发动机的扭矩和功率。此外，换气过程有功率损失使热效率降低。换气过程的好坏对发动机零件的热复合、排气冒烟、大气污染等也有一定影响。胡

2、水福3发动机的排气过程和进气过程统称为换气过程。换气过程的任务是将气缸内废气排除干净，并充入尽可能多的新鲜气量--在柴油机中是空气；在汽油机中是燃油与空气的混合气（可燃混合气），这是保证发动机动力性的重要条件。为了不断提高发动机性能，必须深入研究换气过程的进行情况，分析影响充气量的各种因素，找出提高充气量和减少换气损失的方向与措施。胡水福4第一节四冲程发动机的换气过程一、换气过程四行程发动机配气机构均采用气门换气方案，其换气过程是排气门开启到进气门关闭的整个时期，约占曲轴转角380°～490°。根据气体流动特点和进排气门运

3、动规律，换气过程可分为自由排气、强制排气、惯性排气、准备进气、正常进气和惯性进气六个阶段，如图所示。胡水福5进排气门流通截面积的变化(a)气缸压力、排气管压力随曲轴转角θ的变化曲线(b)进排气门相对流通截面积随曲轴转角θ的变化曲线(c)四行程发动机进、排气门开闭时间胡水福61、自由排气阶段从排气门打开到气缸内压力接近排气压力，利用燃气压力排气。在排气门刚开启时，一般在排气下止点前30°-80°曲轴转角，缸内压力与排气管压力之比＞1.9，排气流动处于超临界状态，可利用废气自身的压力自行排出，此时通过气门的气体速度等于燃气的音

4、速。当T=600～900℃时，音速可达500～600m/s。胡水福7排出的废气量决定于气缸内及排气管内的压力差。压力差越大排出废气越多。当到某一时刻气缸内与排气管内压力相等，自由排气阶段结束（一般下止点后10º~30º曲轴转角）。此阶段虽然历程很短，但因排气流速甚高，排出废气量达60%以上。亚临界状态缸内压力与排气管内压力之比下降到1.9以下时，排气流动转入亚临界状态，废气流速降低，产生的噪音较小。胡水福82、强制排气阶段：自由排气阶段结束后，气缸内的废气将被上行活塞强制推出，直到排气门关闭．这一过程就是强制排气阶段。活塞

5、上行强制推出废气。惯性排气10°-35°胡水福9从进气门开启到关闭的全过程准备进气：进气提前角，一般为0º~40º(CA)。正常进气：活塞下行残余废气膨胀，新鲜气体充入气缸。惯性进气：进气迟闭角一般为40º~70º(CA)。二、进气过程：胡水福104、准备进气阶段为了增加进气量，进气门必须在上止点前，排气尚未结束时就开始开启，以保证活塞下行进气开始时，就有较大的进气通道截面，为进气作好准备，从进气门开始开启到活塞行至上止点这个时期称为准备进气阶段。该阶段曲轴转过的角度称为进气提前角，一般为10°～30°转角。由于进气提前角

6、较小，进气门通道截面也小，再加气缸内残余废气压力高于大气压力，所以在此阶段中新鲜气体一般不能进入气缸。胡水福115、正常进气阶段准备进气阶段后，活塞由上止点开始下行，初期由于气缸内残余废气压力pr仍高于大气压力p0，新鲜气体不能冲入气缸，只有将残余废气由r点膨胀到r‘点，使压力由pr下降到pr’后，新鲜气体才能冲入气缸。由于进气门早开，此时进气门通道截面已开启较大，所以保证了大量新气进入气缸内，但因进气系统有阻力，所以在活塞移到下止点时，气缸内压力pα仍低于大气压力。胡水福126、惯性进气阶段从活塞由下止点向上行至进气门关

7、闭这个时期称为惯性进气阶段。该阶段中曲轴转过的角度称为进气迟闭角，一般为40°～80°曲轴转角。　　在进气过程活塞到下止点的瞬间，进气门口仍有一定的流速，进气门迟闭就可以利用新鲜气体流动惯性和气缸内外压力差，继续进气，所以进气门都在下止点之后才关闭，使冲气量增加。胡水福13由于排气门迟闭和进气门早开，因此在上止点附近将出现进、排气门同时开启的状态，称为气门重叠或气门叠开，气门叠开时曲轴转过的角度称为气门叠开角或重叠角，一般为20°～80°曲轴转角。由于气门重叠角小，进气门升起高度不大，且废气又具有一定惯性，所以废气不会倒

8、流入气管中，为此在气门叠开期间因进气管、气缸、排气管连通在一起，可以利用气流的压差和惯性清除残余废气，增加进气量。在换气过程中，由于活塞移动速度不均匀，气门通道截面也时时变化，使气流速度的变化很复杂。同时气缸内压力变化是波动的，进而引起进、排气管内压力变化也是波动的。因此，利用进气管的动态效应可以提高进