汽车发动机原理 教学课件 作者 吴明 第三章发动机换气过程.ppt

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1、《汽车发动机原理》课件第三章发动机的换气过程目录第一节四冲程发动机的换气过程第二节四冲程发动机的充量系数第三节提高发动机的充量系数的措施第四节二冲程发动机的换气过程第一节四冲程发动机的换气过程一、换气过程四冲程发动机的换气过程包括从排气门开启到进气门关闭的整个时期。换气过程由排气过程和进气过程组成，但这两个过程不完全独立而是有一段时间是重叠的。1．排气过程从排气门早开点到晚关的曲轴转角为排气过程。这一阶段又可以细分为两个阶段。（1）自由排气阶段从排气门打开到气缸压力接近于排气管压力的这个时期称为自由排气阶

2、段。图3-1换气过程中气缸压力、排气管内气体压力进排气门流通截面积的变化图（2）强制排气阶段这个阶段废气是由活塞上行强制推出。2．进气过程由图3-1中气缸压力线上看到，在进气行程初期，由于气门开启面积很小，活塞也开始向下运动，同时又要克服气流的惯性，因此，缸内产生很大的负压，新鲜充量流入气缸。随着气门开启，进入缸内气体量增加，气缸压力和温度逐渐上升，到进气终了时，由于进气动能部分转变为压能，缸内气体压力提高接近或略高于进气管内压力。3．气门重叠和燃烧室扫气二、排气损失从排气门提前打开，直到进气行程开始，缸

3、内压力到达大气压力前循环功的损失称为排气损失。它可分为自由排气损失和强制排气损失。图3-2进、排气相位图自由排气损失（图中面积W）是因排气门提前打开，排气压力线从点开始偏离理想循环膨胀线，引起膨胀功的减少。强制排气损失（图中面积Y）是活塞将废气推出所消耗的功。图3-3四冲程发动机换气损失W—自由排气损失Y—强制排气损失X—近期损失Y+X-u—泵气损失随着排气提前角的增大，自由排气损失面积形增加，而此时强制排气损失面积Y应减小。因而最有利的排气提前角应使面积（W+Y）之和为最小。当排气门截面小，发动机转速高

4、时，按曲轴转角计算的实际超临界排气时期延长，为减少排气损失，应适当加大排气提前角。图3-4排气门提前角和排气损失a—最适合b—过早c—过晚d—排气门面积过小三、进气损失由于进气系统的阻力，进气过程的气缸压力低于进气管压力（非增压发动机中一般设为大气压力），损失的功相当于图X所表示的面积，称为进气损失。第二节四冲程发动机的充量系数一、充量系数充量系数是衡量不同发动机换气过程完善程度的重要指标，又叫充量效率或容积效率。它定义为每缸每循环实际吸入气缸的新鲜空气质量与进气状态下充满气缸工作容积的理论空气质量比值。

5、式中，是实际进入气缸的新鲜空气的质量；是实际进入气缸的新鲜空气在进气状态下的体积；是进气状态下理论计算充满气缸工作容积的空气质量；是气缸工作容积。进气门关闭时气缸容积为，此时缸内工质的质量，为(3-1)式中，为进气门关闭时气缸工质的密度。假定气缸排气门关闭时关闭点体积为，排气门关闭时缸内工质的质量为(3-2)式中，为排气门关闭时气缸工质的密度。由此可得每循环充入气缸的新鲜混合气质量为进入气缸的混合气量为式中，为循环燃料量。由第四章空燃比的关系得式中，为过量空气系数；为单位质量的燃料燃烧理论供给空气量。令称

6、为混合气的空气量比例系数，所以有式中，为进气时大气密度。考虑到进、排气门迟闭，令,则有假定残余废气与新鲜充量的气体常数近似相等，应用气体状态方程式代入上式，则（3-3）为了比较不同发动机残余废气量的多少，引入残余废气系数的概念。残余废气系数是进气过程结束时气缸内残余废气量与进入气缸中新鲜空气的比值。(3-4)二、充量系数与发动机功率、转矩的关系充量系数与发动机功率、转矩的关系，可通过下列公式进一步看出，随着充量系数值的提高，发动机的功率和转矩都提高。如果将发动机的进气过程采用当时的大气状态，其理论充量为:

7、每循环的实际充量：1kg燃油实际供给的空气量为，实际充量为时应供给的循环供油量为：式中：过量空气系数；为1kg燃料完全燃烧所需的理论空气量。每循环燃油燃烧放出的热量为：式中：为燃料的低热值（KJ/kg）每循环的指示功为：平均指示压力：（2-5）式中为气体密度平均有效压力：若在一般大气状态下，视为常数，、仅与燃烧有关，通常石油中、近乎不变，因此平均有效压力可表示为下式：（2-6）式中：为比例常数，对每种发动机均有一定的数值。发动机的有效功率为（3-7）式中令，对每种发动机为一常数。发动机转矩可表示为下式：（

8、3-8）式中令，对每种发动机也是常数。三、影响充量系数的因素由式(3-7)、（3-8）及(3-6)可见，影响充量系数的因素有进气（或大气）的状态、进气终了的气缸压力和温度、残余废气系数、压缩比及进排气相位角等。三、影响充量系数的因素影响充量系数的因素有进气（或大气）的状态、进气终了的气缸压力和温度、残余废气系数、压缩比及进排气相位角等。1．进气门关闭时缸内压力进气门关闭时缸内压力对充量系数的影响较大，进气门关闭时缸内压力值愈高