發(fā)動機(jī)原理——第二章 發(fā)動機(jī)的換氣過程

1、第二章 發(fā)動機(jī)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(jī)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(jī)換氣過程的研究就顯得尤為重要了。2-1 四沖程發(fā)動機(jī)的換氣過程一 配氣定時 與工程熱力學(xué)中介紹的不同, 進(jìn)排氣門的開啟、關(guān)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(guān)閉排氣遲閉角 1035在上止點前吸氣進(jìn)氣提前角 040在下止點后關(guān)閉進(jìn)氣遲閉角 4080進(jìn)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 p p p = p

2、靠缸內(nèi)壓力將氣體擠出氣缸，其中p缸內(nèi)壓力, p排氣管內(nèi)壓力。2 強(qiáng)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(guān), 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(jìn)氣過程和氣門疊開角 由于節(jié)流作用, 缸內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓；（）使新鮮介質(zhì)進(jìn)入缸內(nèi)。pp0氣閥疊開角：非增壓：2060 CA。 太大（引起） 廢氣回流進(jìn)氣道。 太小 掃氣作用不明顯。 增壓：110140 CA。 進(jìn)氣管

3、 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(nèi)的新鮮充量。2 降低排氣溫度。 3 降低熱負(fù)荷最嚴(yán)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(jìn)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(qiáng)制排氣損失功。 排氣提前角排氣提前角 W ，Y 。 綜合效果, 要求（Y+W）, 故（W+Y）有一個最佳值（W+Y）mi

4、n 。對應(yīng)排氣提前角亦有一個最佳值, n （W+Y）min 。（二） 進(jìn)氣損失功 X 進(jìn)氣損失功小于排氣損失功，即 X d進(jìn)d排2 四氣門 流通面積 40%左右。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價較高。f1 （可達(dá) 30%）， f1vNege3 氣門升程 h h，時面值 v4 閥頂過渡圓角 R R f1v R 流動阻力 v R 應(yīng)適中。（二） 進(jìn)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 v2 轉(zhuǎn)彎和節(jié)流阻力 轉(zhuǎn)彎半徑 R，截面突變 v3 截面形狀 考慮汽油機(jī)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

5、機(jī)不存在底部蒸發(fā)問題，故多采用流動阻力小的圓形進(jìn)氣管。（三） 進(jìn)氣道 轉(zhuǎn)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(shè)計時還要考慮組織進(jìn)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(jìn)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(jī)的動力性能。2 合適的充氣效率以適應(yīng)發(fā)動機(jī)的扭矩特性。3 較小的換氣損失以適應(yīng)發(fā)動機(jī)的經(jīng)濟(jì)性能。4 必要的燃燒室掃氣以保證高溫零件的熱負(fù)荷得以適當(dāng)降低，達(dá)到可靠運行。5 合適的排

6、氣溫度。 調(diào)整：1，2進(jìn)氣遲閉角；3排氣提前角；4，5氣門疊開角（二） 進(jìn)氣遲閉角i1 轉(zhuǎn)速 n 一定時，總有一個進(jìn)氣遲閉角使得充氣效率為最大。iv2 n 氣流慣性 缸內(nèi)氣體易倒流進(jìn)氣管 v n 一部分氣體來不及進(jìn)入汽缸 v3 對應(yīng)的 niv,max 所以，高速發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速大，要獲得好的充氣效率和動力性，進(jìn)氣遲閉角應(yīng)大 一些。4 n i,最佳 （三） 排氣提前角o ， 其中后期膨脹比。ovVV14 考慮經(jīng)濟(jì)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 o, 缸內(nèi)氣體易倒流進(jìn)氣管； ， i o,i o,prTav 增壓發(fā)動機(jī)氣門疊開角應(yīng)大一些。2-5 進(jìn)氣管內(nèi)的動態(tài)效應(yīng)一

7、現(xiàn) 象195 柴油機(jī)：進(jìn)氣管長度 L = 300 mm L = 1140 mm 氣體在進(jìn)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(jìn)氣門開閉時： pa piv 排氣門開閉時： pr pov 動態(tài)效應(yīng)與進(jìn)排氣管的長度和直徑有關(guān)。二 波的動態(tài)機(jī)理 閉口端：進(jìn)：壓縮波 反射: 壓縮波 同型波 進(jìn)：膨脹波 反射: 膨脹波 同型波 開口端：進(jìn)：壓縮波 反射: 膨脹波 異型波 進(jìn)：膨脹波 反射: 壓縮波 異型波三 進(jìn)氣動態(tài)效應(yīng)（一） 慣性效應(yīng) 階段：進(jìn)氣門開 進(jìn)氣門閉 膨脹波 壓縮波 （進(jìn)氣門閉）（二） 波動效應(yīng) 階段：進(jìn)氣門閉 下一循環(huán)進(jìn)氣門開 壓縮波 膨脹波 膨脹波 壓縮波

8、 （進(jìn)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(jìn)氣管內(nèi)聲速。faL14 發(fā)動機(jī)吸氣頻率： 1/s fnn2602120 令：qffanL1230 當(dāng) q = 1，2，3 時，進(jìn)氣門開，則 pa 。v 當(dāng) q = 時，進(jìn)氣門開，則 pa 。112212312,v四 結(jié) 論1 慣性效應(yīng) （本循環(huán)），振幅大，衰減小。 波動效應(yīng) （兩循環(huán)），振幅小，衰減大。2 高速發(fā)動機(jī)，進(jìn)氣管短；低速發(fā)動機(jī)，進(jìn)氣管長。3 進(jìn)氣管直徑 流動阻力 壓力波強(qiáng)度 進(jìn)氣管直徑 壓力波振幅 壓力波強(qiáng)度4 多缸機(jī)上，進(jìn)氣管應(yīng)分支，且等長。5 避免急轉(zhuǎn)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 v2-6 單位時間充氣量與循環(huán)充氣量 單位時間充氣量 G