發(fā)動機原理——第二章 發(fā)動機的換氣過程

1、第二章 發(fā)動機的換氣過程 燃燒是做功之本。 燃燒需要空氣與燃料。 重量比 容積比 燃料 1 1 液態(tài) 空氣 15 1000 氣態(tài) 燃料受機械控制，容易加入。而汽缸容積就那么大，要想多加空氣就要困難得多。因 此，對發(fā)動機換氣過程的研究就顯得尤為重要了。 2-1 四沖程發(fā)動機的換氣過程 一 配氣定時 與工程熱力學中介紹的不同, 進排 氣門的開啟、關閉也需要時間, 故 在下止點前排氣排氣提前角 4080 在上止點后關閉排氣遲閉角 1035 在上止點前吸氣進氣提前角 040 在下止點后關閉進氣遲閉角 4080 進氣提前角+排氣遲閉角氣門疊開角 二 換氣過程 （一） 排氣過程 1 自由排氣階段 A 排開

2、 p p p = p 靠缸內壓力將氣體擠出氣缸，其中 p缸內壓力, p排氣管內壓力。 2 強制排氣階段 B p = p p p 靠活塞上行將廢氣擠出氣缸。 3 超臨界排氣 C 排開 p = 1.9 p 在氣閥最小截面處, 氣體流速等于該地音速 m/s。其流量與壓差 （p - p）akRT 無關, 只決定于排氣閥開啟面積和氣體狀態(tài)。 4 亞臨界排氣 D p = 1.9 p 排閉。 其流量取決于壓差 （p - p） 。 （二） 進氣過程和氣門疊開角 由于節(jié)流作用, 缸內產(chǎn)生負壓；（）使新鮮介質進入缸內。pp 0 氣閥疊開角：非增壓：2060 CA。 太大（引起） 廢氣回流進氣道。 太小 掃氣作用不

3、明顯。 增壓：110140 CA。 進氣管 p, 掃氣明顯, 氣閥疊開角可以增大很多。如 6135 型高柴：非增壓：40, 增壓：124。 掃氣的作用： 1 清除廢氣, 增加氣缸內的新鮮充量。 2 降低排氣溫度。 3 降低熱負荷最嚴重處（如氣閥、活塞等）的溫度。 三 換氣損失 理論循環(huán)換氣功與實際循環(huán)換氣 功之差。 如圖：換氣損失功換氣損失功X+（Y+W）, 其中 （W+Y） 為排氣損失功，X 為進氣損失功。 （一） 排氣損失功 Y W 是因排氣門提前開啟而損失的膨脹功, 稱為自由排氣損失。Y 是活塞作用在廢氣上的推出功, 稱為強制排氣損失功。 排氣提前角排氣提前角 W ，Y 。 綜合效果,

4、要求（Y+W）, 故（W+Y）有一個最佳值（W+Y）min 。對應排氣提前角 亦有一個最佳值, n （W+Y）min 。 （二） 進氣損失功 X 進氣損失功小于排氣損失功，即 X d進d排 2 四氣門 流通面積 40%左右。但結構復雜，造價較高。f1 （可達 30%）， f1vNege 3 氣門升程 h h，時面值 v 4 閥頂過渡圓角 R R f1v R 流動阻力 v R 應適中。 （二） 進氣管 1 表面光潔度和流通面積 表面光潔度，流通面積 沿程阻力 v 2 轉彎和節(jié)流阻力 轉彎半徑 R，截面突變 v 3 截面形狀 考慮汽油機的霧化，蒸發(fā)，則 管壁面積 沉積 蒸發(fā) 混合氣分配不均勻 截面

5、形狀 圓形 矩形 D 形 流動阻力 小 大 中 底部蒸發(fā) 小 中 大 柴油機不存在底部蒸發(fā)問題，故多采用流動阻力小的圓形進氣管。 （三） 進氣道 轉彎半徑 R，表面光潔度，各管口與墊片孔口對中 流動 阻力 v 設計時還要考慮組織進氣渦流。 （四） 空氣濾清器 通道面積，除塵效果 流動阻力 v 經(jīng)常清洗，更換紙芯。 （五） 化油器 喉口截面積 流動阻力 ，但霧化效果 。v 解決這對矛盾，采用雙喉口。小喉口：霧化；大喉口：進氣。 二 合理選擇配氣定時 （一） 配氣定時的綜合評定 1 良好的充氣效率以保證發(fā)動機的動力性能。 2 合適的充氣效率以適應發(fā)動機的扭矩特性。 3 較小的換氣損失以適應發(fā)動機的

6、經(jīng)濟性能。 4 必要的燃燒室掃氣以保證高溫零件的熱負荷得以適當降低，達到 可靠運行。 5 合適的排氣溫度。 調整：1，2進氣遲閉角；3排氣提前角；4，5氣門疊開角 （二） 進氣遲閉角i 1 轉速 n 一定時，總有一個進氣遲閉角使得充氣效率為最大。iv 2 n 氣流慣性 缸內氣體易倒流進氣管 v n 一部分氣體來不及進入汽缸 v 3 對應的 niv,max 所以，高速發(fā)動機轉速大，要獲得好的充氣效率和動力性，進氣遲閉角應大 一些。 4 n i,最佳 （三） 排氣提前角 o ， 其中后期膨脹比。 o v V V 1 4 考慮經(jīng)濟性，在排氣損失最小的前提下，盡量減小排氣提前角。 （四） 氣門疊開角i

7、 o , 缸內氣體易倒流進氣管； ， i o , i o , prTa v 增壓發(fā)動機氣門疊開角應大一些。 2-5 進氣管內的動態(tài)效應 一 現(xiàn) 象 195 柴油機：進氣管長度 L = 300 mm L = 1140 mm 氣體在進排氣管中有壓力波動現(xiàn)象，有效組織、利用壓力波動，可以提高充 氣效率。 進氣門開閉時： pa pi v 排氣門開閉時： pr po v 動態(tài)效應與進排氣管的長度和直徑有關。 二 波的動態(tài)機理 閉口端：進：壓縮波 反射: 壓縮波 同型波 進：膨脹波 反射: 膨脹波 同型波 開口端：進：壓縮波 反射: 膨脹波 異型波 進：膨脹波 反射: 壓縮波 異型波 三 進氣動態(tài)效應 （

8、一） 慣性效應 階段：進氣門開 進氣門閉 膨脹波 壓縮波 （進氣門閉） （二） 波動效應 階段：進氣門閉 下一循環(huán)進氣門開 壓縮波 膨脹波 膨脹波 壓縮波 （進氣門開） 壓力波動是周期性的。 壓力波固有頻率： 1/s 其中 a進氣管內聲速。f a L 1 4 發(fā)動機吸氣頻率： 1/s f nn 2 602120 令：q f f a nL 1 2 30 當 q = 1，2，3 時，進氣門開，則 pa 。v 當 q = 時，進氣門開，則 pa 。1 1 2 2 1 2 3 1 2 ,v 四 結 論 1 慣性效應 （本循環(huán)），振幅大，衰減小。 波動效應 （兩循環(huán)），振幅小，衰減大。 2 高速發(fā)動機，進氣管短；低速發(fā)動機，進氣管長。 3 進氣管直徑 流動阻力 壓力波強度 進氣管直徑 壓力波振幅 壓力波強度 4 多缸機上，進氣管應分支，且等長。 5 避免急轉彎，則壓力波振幅不會衰減太大。 6 排氣管需要膨脹波，則 pr 掃氣作用 v 2-6 單位時間充氣量與循環(huán)充氣量 單位時間充氣量 G