04第四章 内燃机的充量更换2009.ppt

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1、第四章内燃机的换气过程内燃机的换气过程是内燃机排出本循环已燃气体和为下一循环吸入新鲜充量的进排气过程，指的是从排气门或排气口开启(对二冲程内燃机而言)至进气门或排气口关闭的整个阶段，亦即为四冲程发动机的进排气过程或二冲程发动机的扫气过程。在内燃机的换气过程中，有时为了控制内燃机NOx的排放，有时还需要进行内燃机的排气再循环（分内部EGR和外部EGR）。内燃机采用增压技术可以提高进气密度，从而提高发动机的功率，并改善经济性和排放。内燃机的性能很大程度上依赖于换气过程的完善程度，为提高动力性和经济性指标，需要研究

2、减少进排气流动阻力、提高充量系数和各缸均匀性的措施及方法。主要内容第一节四冲程内燃机的换气过程第二节四冲程内燃机的换气损失第三节提高内燃机充充量系数的措施第四节内燃机的增压第五节二冲程内燃机的换气第一节四冲程内燃机的换气过程排气重叠进气四冲程内燃机换气过程三个阶段配气相位与低压p-V图气门升程与低压p-φ图四冲程内燃机的换气过程进气过程排气提前开启的必要性分析排气过程分类：按照燃气对活塞的作用分为自由排气和强制排气；按照其它流动的性质分为超临界排气和亚临界排气；自由排气、强制排气过程分析：排气门打开到BDC，

3、缸内压力高于排气管压力，缸内气体哟便对活塞做功，一遍可以自由的排除缸外，称为自由排气阶段；活塞有BDC向TDC运动，活塞推动缸内气体，强制排除缸外，称为强制排气阶段，该过程需要消耗发动机的有效功。超临界、亚临界排气过程分析排气门迟后关闭分析一、排气过程由于受配气机构及其运动规律的限制，排气门不可能瞬时打开，气门开启的最初阶段，升程小，流通面积小，废气排出流量小。如果排气门刚好在膨胀行程下止点时开启，则排气门流通截面增加过缓，气缸压力下降迟缓，活塞在向上止点回行时将造成较大的反压力，增加排气行程所消耗的功。所以

4、，内燃机的排气门往往都在膨胀行程到达末期前，即活塞到达下止点前的某一位置提前开启，这一角度称为排气提前角，一般范围：排气提前角为30º~80º(CA)。与发动机的工作方式、转速、增压与否而定，一般汽油机的排气提前角小、柴油机大些、增压柴油机的更大一些。排气提前开启分析在自由排气阶段的初期，由于排气门刚刚开启，缸内压力较高，排气管压力与气缸压力之比往往小于临界值，流动呈现超临界状态，缸内气体以当地声速流过排气门。此时,排气质量流量只取决于缸内气体状态和排气门有效开启截面的大小，与排气管内的气体状态无关。随着排气

5、的进行，排气门流通截面不断增大，排气管压力与气缸压力之比超过临界值之后，气体流动逐渐进入亚临界状态；直到某一时刻气缸压力与排气管内的气体压力接近相等，自由排气阶段结束。在该阶段中流出的气体质量，不仅与排气门的有效流通截面有关，还与缸内和排气管内的压力差有关。曲轴转角少数处于超临界，其余绝大多数曲轴转角处于亚临界。超临界排出气体量与转速无关，所以高转速时，超临界占曲轴转角增加，为保证缸内压力及时下降，需要加大排气提前角。超临界排气流速高，排出废气量可以达到60%以上，持续到BDC后10-30°（CA）。超临界、

6、亚临界排气过程分析随着活塞的上行，排气门流通截面开始逐渐减小，气体流经气门的节流作用加强，因而在上止点附近，气缸压力再次升高，其直接后果是，排气所消耗的功与缸内的残余废气量都增加了，这对于换气与燃烧过程都不利。因此，排气门不允许刚好在活塞到达上止点时关闭，而应当在上止点后一定角度时关闭，这就是排气迟闭。排气迟闭期间，可以利用缸内气体流动惯性从气缸内抽吸部分废气，实现过后排气，但由于到达上止点后活塞已开始下行，气缸容积不断增加，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

7、关闭时刻，排气门迟闭角为10º~70º(CA)，与发动机类型有关。排气门迟后关闭分析从进气门开启到关闭的全过程都是进气过程。为了使得在进气过程开始时，进气门有一定的流通截面，以减少进气过程的阻力，增加进入气缸的新鲜无量，进气门一般也在上止点前提前开启，称为进气提前，进气提前角为10º~40º(CA)。刚开始时，由于活塞的下行运动造成缸内体积的膨胀，加上进气门开启还不充分，缸内的压力有一段短时间迅速降低，这为新鲜充量的顺利流人创造了条件。随着进气门流通截面积的加大，进入气缸的新鲜充量不断增加，加上已进入气缸的新

8、鲜充量被温度较高的燃烧室表面和残余废气所加热，气缸压力逐渐升高。到进气终了，一部分充量的动能转变为压力能。二进气过程另—部分动能由于涡流和湍流而转变为热能，从而加热进气，于是新鲜充量的温度与压力都有所提高。为了利用在吸气过程中形成的进气管内气流的流动惯性，实现气缸的过后充气，进气门不在下止点关闭，而是在下止点过后的一定角度时延迟关闭，即进气迟闭。这样．有可能使得进气过程终了时，缸内压力等于或略高于进