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时间:2019-05-11
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1、第4章换气过程与循环充量换气过程—排出废气和充入新气的全过程◎周期性、非稳态流动过程(不同于其它热机)◎从“量”的方面影响动力性和经济性Hp1+φl2inusa0P=ηGH=ηηη()φV()()()eetmumctmcs1+φlRTφlτa0ssa0Hp2inus=ηηη()φV()()ctmcsφlRTτa0ss发动机构造图对换气过程的要求:1.最大限度地吸入新鲜充量——φc是核心问题;2.最小的换气损失;3.各缸进气均匀性;4.在缸内形成合理的流场,以控制混合气形成和燃烧。4.1四冲程发动机的换气过程4.1.1换气过程与换气系统1.如图4-1,换气过程从膨胀冲程末期排气门开启(a
2、’点)时算起,直到进气门关闭(b’点)时为止,大约为410ºCA~480ºCA;2.换气系统包括:气缸加上进气和排气系统,组成的以大气为边界的流动的开式热力系统;(增压机和有排气后处理装置时更复杂)图4-1四冲程机的换气系统和换气过程4.1.2换气过程及其分期换气过程=排气阶段+进气阶段+气门重叠阶段(展开图表示更明确)1.排气过程=自由排气+强制排气1)自由排气阶段排气门开启初期,缸内压力p远大于排气管压力(p=0.2MPa~0.5MPa),在此压差下废气流出,因此称为自由排气阶段。根据气体力学孔口节流的规律,当排气阀两端压力之比大于1.83时,喉口处出现音速流动,也称为超临界状态(
3、排气门开启时,缸内压力p=0.2MPa ̄0.5MPa,而p=0.11MPa ̄0.12MPa,所以一般发动机都要经历超临界排气e阶段)。超临界排气时,气门喉口(最小截面)始终保持当地音速状态,a=(kRT)0.5,即排气流量只与缸内状态和流通截面积有关,而与压差无关。(排气初期T=700K ̄1100K,则a=500 ̄700m/s,形成发动机排气噪声的主要来源)随汽缸压力下降,当排气阀两端压力之比小于1.83时,喉口流速低于音速,进入亚临界自由排气阶段,流量大小取决于压差和流通截面,但仍保持高的排气速度。自由排气阶段大约到下止点后10ºCA~30ºCA结束(一般排气提前角为30ºCA~80
4、ºCA)。占总排气时间的1/3左右,但排气量达60%以上。所以这一时期也是排气阻力、噪声最大的时期。2)强制排气阶段自由排气结束后,缸内压力大大降低,必须依靠活塞上行强制排气。这一阶段中,缸内与排气管的平均压差约为0.01~0.02MPa,时间占总排气时期的2/3。排气后期到上止点时,压力略有上升(图4-1),这是气门流通截面减小排气不畅的缘故。排气上止点时,气流仍有向外流动的惯性,所以一般排气门晚关10ºCA~35ºCA2.进气过程缸内进气压力线呈中凹形。初期压力较大下降,是活塞下行加速度加大,使真空度加大的结果;后期压力上升,则是高速流入气缸的充量,其动能转变为势能(压力)的结果。
5、进气过程的核心问题是充量系数φ的问题(本c章后面要重点分析)。3.气门重叠过程图4-1d-r′段是气门重叠期(!展开图),气门重叠期=排气门晚关角+进气门早开角(后面要进一步讨论这一问题)。Residualgascontrol(Gasexchangeof4-strokeengineatTDC)pEpILimit:W/ovalveoverlapWithvalveoverlapp
porhighspeedIE(Dynamic)TDCVK2E5975换气损失=泵气损失功+膨胀损失功或:换气损失=排气损失功+进气损失功=(75 ̄80
6、)%+(20 ̄25)%Gasexchangelossesof4-strokeengine3p2EVO4IVC1¢IVOp1uEVCTDCBDCVVK1,VK2E20244.1.3进排气相位角及其对性能的影响1、相位角及其功用进、排气门相对于上、下止点早开、晚关的四个角度叫做进、排气相位角。它们的取值关系到增大进气充量、减小换气损失和阻力等性能的优化。1)排气早开角◎排气早开角的必要性;◎主要影响换气损失,对充量系数影响较小;◎存在一个使换气损失为最小的最佳排气早开角(如图4-3);◎不同转速时要求的最佳排气早开角不同。4.1.3进排气相位角及其对性能的影响2)排气晚关角◎排气晚关角的必
7、要性——利用气流惯性;◎主要影响充量系数和换气质量;◎存在最佳排气晚关角,过小,惯性利用不足,过大,废气倒流3)进气早开角◎排气早开角的必要性——减小进气节流;◎对泵气损失和充量系数均有影响;◎存在一个使换气损失为最小的最佳进气早开角,过小,进气节流大,过大,易回火。4)进气晚关角◎排气早开角的必要性——利用气流惯性;◎主要影响充量系数;◎存在最佳进气晚关角,过小,惯性利用不足,过小,回流。5)共性问题◎随转速升高,最佳相位角应增大;◎四个相位
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