發(fā)動機(jī)的換氣過程3

1、發(fā)動機(jī)的換氣(hun q)過程3第一頁，共43頁。第二章發(fā)動機(jī)的換氣(hun q)過程第二頁，共43頁。第二章 發(fā)動機(jī)的換氣(hun q)過程 配氣系統(tǒng)可變技術(shù)2.7 配氣系統(tǒng)(xtng)可變技術(shù) 配氣系統(tǒng)可變技術(shù)是發(fā)動機(jī)可變技術(shù)的重要組成局部(jb)，是指配氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)可變的技術(shù)。 配氣系統(tǒng)可變技術(shù)幾乎可改變所有的結(jié)構(gòu)參數(shù)，如進(jìn)氣管長度和流動截面、配氣相位、氣門升程規(guī)律和進(jìn)氣渦流強(qiáng)度等等。第三頁，共43頁。第二章 發(fā)動機(jī)的換氣(hun q)過程 配氣系統(tǒng)可變技術(shù)2.7 配氣系統(tǒng)(xtng)可變技術(shù)2.7.1 可變進(jìn)氣管技術(shù)(jsh)對進(jìn)氣管的要求是： 在高速、大功率時，應(yīng)配裝粗短的進(jìn)氣管；

2、 在中低速，最大扭矩時，應(yīng)配裝細(xì)長的進(jìn)氣管。第四頁，共43頁。第二章 發(fā)動機(jī)的換氣(hun q)過程 配氣系統(tǒng)可變技術(shù)2.7 配氣系統(tǒng)(xtng)可變技術(shù)2.7.1 可變進(jìn)氣管技術(shù)(jsh)發(fā)動機(jī)在中、低速時，關(guān)閉閥發(fā)動機(jī)在中、低速時，關(guān)閉閥8 8，使用長進(jìn)管。在閥使用長進(jìn)管。在閥8 8關(guān)關(guān)閉的情況下，利用長閉的情況下，利用長管反射和傳播壓力波管反射和傳播壓力波. .高速工作時，翻開閥高速工作時，翻開閥8 8，同時使，同時使用長短兩進(jìn)氣管。利用長短兩進(jìn)氣管。利用短管進(jìn)行反射壓力用短管進(jìn)行反射壓力波的傳播和反射。波的傳播和反射。第五頁，共43頁。第二章 發(fā)動機(jī)的換氣(hun q)過程 配氣系統(tǒng)可

3、變技術(shù)2.7 配氣系統(tǒng)(xtng)可變技術(shù)2.7.1 可變進(jìn)氣管技術(shù)(jsh)可旋轉(zhuǎn)件第六頁，共43頁。第二章 發(fā)動機(jī)的換氣過程 配氣系統(tǒng)(xtng)可變技術(shù)2.7 配氣系統(tǒng)(xtng)可變技術(shù)2.7.1 可變進(jìn)氣管技術(shù)(jsh)第七頁，共43頁。第二章 發(fā)動機(jī)的換氣過程 配氣系統(tǒng)(xtng)可變技術(shù)2.7 配氣系統(tǒng)(xtng)可變技術(shù)2.7.2 可變配氣機(jī)構(gòu)(jgu) 可變氣門定時四行程發(fā)動機(jī)對氣門定時的要求是：進(jìn)四行程發(fā)動機(jī)對氣門定時的要求是：進(jìn)氣遲閉角與排氣提前角應(yīng)隨轉(zhuǎn)氣遲閉角與排氣提前角應(yīng)隨轉(zhuǎn)速的提高而加大，即低轉(zhuǎn)速時，速的提高而加大，即低轉(zhuǎn)速時，進(jìn)、排氣門應(yīng)接近下止點(diǎn)關(guān)閉進(jìn)、排氣門應(yīng)

4、接近下止點(diǎn)關(guān)閉和翻開；高轉(zhuǎn)速時，進(jìn)、排氣和翻開；高轉(zhuǎn)速時，進(jìn)、排氣門應(yīng)遠(yuǎn)離下止點(diǎn)關(guān)閉和翻開。門應(yīng)遠(yuǎn)離下止點(diǎn)關(guān)閉和翻開。怠速時，氣門疊開角要小，隨怠速時，氣門疊開角要小，隨著轉(zhuǎn)速上升，氣門疊開角應(yīng)加著轉(zhuǎn)速上升，氣門疊開角應(yīng)加大。大。第八頁，共43頁。第二章 發(fā)動機(jī)的換氣(hun q)過程 配氣系統(tǒng)可變技術(shù)2.7 配氣系統(tǒng)(xtng)可變技術(shù)2.7.2 可變配氣機(jī)構(gòu)(jgu)第九頁，共43頁。第二章 發(fā)動機(jī)的換氣(hun q)過程 配氣系統(tǒng)可變技術(shù)2.7 配氣系統(tǒng)(xtng)可變技術(shù)2.7.2 可變配氣機(jī)構(gòu)(jgu)第十頁，共43頁。第二章 發(fā)動機(jī)的換氣過程(guchng) 配氣系統(tǒng)可變技術(shù)2.7

5、 配氣系統(tǒng)(xtng)可變技術(shù)2.7.2 可變配氣機(jī)構(gòu)(jgu)第十一頁，共43頁。第二章 發(fā)動機(jī)的換氣(hun q)過程 配氣系統(tǒng)可變技術(shù)2.7 配氣系統(tǒng)(xtng)可變技術(shù)2.7.2 可變配氣機(jī)構(gòu)(jgu)第十二頁，共43頁。第二章 發(fā)動機(jī)的換氣過程 配氣系統(tǒng)(xtng)可變技術(shù)2.7 配氣系統(tǒng)(xtng)可變技術(shù)2.7.3 可變排氣管可變排氣管第十三頁，共43頁。第二章 發(fā)動機(jī)的換氣過程(guchng) 配氣系統(tǒng)內(nèi)動態(tài)效應(yīng)的利用2.8 配氣系統(tǒng)內(nèi)動態(tài)(dngti)效應(yīng)的利用 進(jìn)氣管結(jié)構(gòu)參數(shù)變化導(dǎo)致充氣(chn q)效率改變。第十四頁，共43頁。第二章 發(fā)動機(jī)的換氣(hun q)過程 配氣

6、系統(tǒng)內(nèi)動態(tài)效應(yīng)的利用2.8 配氣系統(tǒng)內(nèi)動態(tài)效應(yīng)(xioyng)的利用 分析： 在進(jìn)氣過程中，活塞的下行運(yùn)動可導(dǎo)致進(jìn)氣管內(nèi)產(chǎn)生膨脹波，該膨脹波將在進(jìn)氣管的開口端反射(fnsh)，然后產(chǎn)生正向壓力波向氣缸傳播。在適宜的條件下(如轉(zhuǎn)速、進(jìn)氣管長度等)，這個正向壓力波可以使得進(jìn)氣過程結(jié)束時，進(jìn)氣門處的壓力高于正常的進(jìn)氣壓力。這樣發(fā)動機(jī)就可以多進(jìn)氣，從而使充氣效率得到提高，這是上圖出現(xiàn)充氣效率變化的原因，即動態(tài)效應(yīng)引起充氣效率變化。第十五頁，共43頁。第二章 發(fā)動機(jī)的換氣過程 配氣系統(tǒng)內(nèi)動態(tài)(dngti)效應(yīng)的利用2.8 配氣系統(tǒng)(xtng)內(nèi)動態(tài)效應(yīng)的利用 圖表示一個帶有閥門(f mn)的管道系統(tǒng)。當(dāng)

7、閥門(f mn)突然翻開時，管道內(nèi)前端氣體向前運(yùn)動，在前端極短的一段內(nèi)，出現(xiàn)一個微小壓降 p，即負(fù)壓波膨脹波。2.8.1 管內(nèi)動態(tài)效應(yīng)管內(nèi)動態(tài)效應(yīng) 可以用簡單的管道氣體流動模型來說明動態(tài)效應(yīng)。第十六頁，共43頁。第二章 發(fā)動機(jī)的換氣過程 配氣系統(tǒng)內(nèi)動態(tài)(dngti)效應(yīng)的利用2.8 配氣系統(tǒng)內(nèi)動態(tài)效應(yīng)(xioyng)的利用 負(fù)壓波以聲速 a 向入口傳播。其絕對速度為Cf a 。情況(qngkung)，與突然翻開時相反。負(fù)壓波到達(dá)入口后，變?yōu)檎龎翰▔嚎s波向出口反射，使管內(nèi)壓力升高。 閥門突然關(guān)閉時管道內(nèi)壓力波傳播與反射與翻開時相反。2.8.1 管內(nèi)動態(tài)效應(yīng)管內(nèi)動態(tài)效應(yīng)第十七頁，共43頁。第二章

8、發(fā)動機(jī)的換氣過程 配氣系統(tǒng)內(nèi)動態(tài)(dngti)效應(yīng)的利用2.8 配氣系統(tǒng)(xtng)內(nèi)動態(tài)效應(yīng)的利用 除了閥門的突然開閉，還有許多原因可能導(dǎo)致壓力波傳播與反射，如管道內(nèi)存在突起和急劇轉(zhuǎn)彎。由于存在各種阻力，管道內(nèi)壓力波在反復(fù)傳播時會不斷衰減(shui jin)，經(jīng)過一定的時間之后，管內(nèi)流動趨于平衡穩(wěn)定流動。2.8.1 管內(nèi)動態(tài)效應(yīng)管內(nèi)動態(tài)效應(yīng)第十八頁，共43頁。第二章 發(fā)動機(jī)的換氣過程(guchng) 配氣系統(tǒng)內(nèi)動態(tài)效應(yīng)的利用2.8 配氣系統(tǒng)內(nèi)動態(tài)(dngti)效應(yīng)的利用 反射壓力波的類型(lixng)取決于管端的邊界條件。有兩種邊界，開口邊界和閉口邊界。上例的入口為開口邊界，出口在閥門關(guān)閉時

9、為閉口邊界。開口邊界的反射波和入射波相反，壓縮波反射時變?yōu)榕蛎洸?，膨脹波反射時變?yōu)閴嚎s波；閉口邊界的反射波和入射波相同，即壓縮波仍為壓縮波，膨脹波仍為膨脹波。2.8.1 管內(nèi)動態(tài)效應(yīng)管內(nèi)動態(tài)效應(yīng)第十九頁，共43頁。第二章 發(fā)動機(jī)的換氣過程 配氣系統(tǒng)內(nèi)動態(tài)效應(yīng)(xioyng)的利用2.8 配氣系統(tǒng)內(nèi)動態(tài)(dngti)效應(yīng)的利用2.8.1 管內(nèi)(un ni)動態(tài)效應(yīng)第二十頁，共43頁。第二章 發(fā)動機(jī)的換氣過程 配氣系統(tǒng)(xtng)內(nèi)動態(tài)效應(yīng)的利用2.8 配氣系統(tǒng)內(nèi)動態(tài)效應(yīng)(xioyng)的利用2.8.1 管內(nèi)(un ni)動態(tài)效應(yīng) 管內(nèi)非穩(wěn)定流動中壓力波的傳播反射就是管道內(nèi)的動態(tài)效應(yīng)。壓力波的傳播

10、與反射還有疊加效果，使得管內(nèi)壓力波動加劇。工程上可以利用動態(tài)效應(yīng)來增加氣缸吸入的新鮮充量，提高充氣效率。第二十一頁，共43頁。第二章 發(fā)動機(jī)的換氣過程 配氣系統(tǒng)(xtng)內(nèi)動態(tài)效應(yīng)的利用2.8 配氣系統(tǒng)(xtng)內(nèi)動態(tài)效應(yīng)的利用2.8.2 進(jìn)氣管內(nèi)的動態(tài)(dngti)效應(yīng)第二十二頁，共43頁。第二章 發(fā)動機(jī)的換氣(hun q)過程 二沖程內(nèi)燃機(jī)的換氣(hun q)過程2.9 二沖程內(nèi)燃機(jī)的換氣(hun q)過程2.9.1 二沖程內(nèi)燃機(jī)的換氣(hun q)過程 二沖程內(nèi)燃機(jī)同樣具有進(jìn)氣、壓縮、燃燒、膨脹和排氣過程，這些過程只用兩個活塞行程來完成，其中差異最大的是換氣過程。在膨脹行程的末期，活

11、塞下行首先翻開排氣口，開始排氣，而后掃氣口開啟，具有一定壓力的新鮮充量由掃氣口流人氣缸，并強(qiáng)迫廢氣由排氣口流出，進(jìn)行充量更換，然后，活塞到達(dá)下止點(diǎn)后又上行，在壓縮行程的開始，依次將掃氣口和排氣口關(guān)閉，換氣過程結(jié)束。新鮮充量由掃氣泵提供，掃氣泵的作用是對新鮮充量進(jìn)行壓縮，使其壓力提高后，再進(jìn)入氣缸。 二沖程內(nèi)燃機(jī)的換氣過程分為三個階段，自由排氣階段、掃氣階段以及額外排氣階段。第二十三頁，共43頁。第二十四頁，共43頁。第二十五頁，共43頁。第二十六頁，共43頁。第二章 發(fā)動機(jī)的換氣(hun q)過程 二沖程內(nèi)燃機(jī)的換氣(hun q)過程2.9 二沖程內(nèi)燃機(jī)的換氣(hun q)過程2.9.1 二沖

12、程內(nèi)燃機(jī)的換氣(hun q)過程第二十七頁，共43頁。第二章 發(fā)動機(jī)的換氣(hun q)過程 二沖程內(nèi)燃機(jī)的換氣(hun q)過程2.9 二沖程內(nèi)燃機(jī)的換氣(hun q)過程2.9.2 二沖程內(nèi)燃機(jī)換氣過程(guchng)的階段劃分 1. 1. 自由排氣階段自由排氣階段 排氣口開啟到新鮮充量進(jìn)入氣缸，為自由排氣階段自由排氣階段。排氣口一般在下止點(diǎn)前 60 75(CA )開啟，排氣口剛開啟時，氣缸壓力較高，約為300 600 kPa，壓力比p/pr超過，是超臨界排氣。在該階段，排氣流量與排氣管內(nèi)的氣體狀態(tài)無關(guān)，只取決于缸內(nèi)氣體的狀態(tài)和排氣口流通截面的大小。自由排氣階段是二沖程內(nèi)燃機(jī)換氣過程的最重

13、要階段，也包括超臨界排氣和亞臨界排氣，排出大約70% 80%的廢氣。第二十八頁，共43頁。第二章 發(fā)動機(jī)的換氣(hun q)過程 二沖程內(nèi)燃機(jī)的換氣(hun q)過程2.9 二沖程內(nèi)燃機(jī)的換氣(hun q)過程2.9.2 二沖程內(nèi)燃機(jī)換氣(hun q)過程的階段劃分 掃氣口開啟到活塞下行經(jīng)過下止點(diǎn)再上行將掃氣口關(guān)閉，為掃氣階段掃氣階段。當(dāng)掃氣口開啟時，氣缸壓力下降到稍低于掃氣壓力ps，新鮮充量進(jìn)入氣缸。在這階段，利用新鮮充量強(qiáng)制將廢氣排出氣缸外，即同時完成強(qiáng)制排氣和氣缸充氣。 掃氣階段初期，掃氣口開度小，排氣口開度大，主要的流動阻力在掃氣口。第二十九頁，共43頁。第二章 發(fā)動機(jī)的換氣(hun

14、q)過程 二沖程內(nèi)燃機(jī)的換氣(hun q)過程2.9 二沖程內(nèi)燃機(jī)的換氣(hun q)過程2.9.2 二沖程內(nèi)燃機(jī)換氣(hun q)過程的階段劃分 隨著活塞下行及廢氣迅速外流，缸內(nèi)氣體壓力驟降，可形成較高的真空，此時掃氣口開度也已加大，使新鮮充量急速流入氣缸。隨后，掃氣口與排氣口開度均較大，掃氣氣流經(jīng)過掃氣口進(jìn)入氣缸，將缸內(nèi)廢氣從排氣口壓向排氣管，實(shí)現(xiàn)掃氣。 發(fā)動機(jī)的后燃、缸內(nèi)換熱以及排氣管內(nèi)壓力波動等，都會給掃氣和強(qiáng)制排氣帶來影響。第三十頁，共43頁。第二章 發(fā)動機(jī)的換氣(hun q)過程 二沖程內(nèi)燃機(jī)的換氣(hun q)過程2.9 二沖程內(nèi)燃機(jī)的換氣(hun q)過程2.9.2 二沖程內(nèi)燃

15、機(jī)換氣(hun q)過程的階段劃分 掃氣口關(guān)閉到排氣口關(guān)閉，為額外排氣階段。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)原因，二沖程發(fā)動機(jī)掃氣口關(guān)閉時刻早于排氣口。在這一階段，由于活塞上行的排擠和排氣氣流的慣性作用，局部廢氣與新鮮充量的混合氣繼續(xù)排出，直到排氣口關(guān)閉為止。對于掃氣口關(guān)閉時刻晚于排氣口的發(fā)動機(jī)而言，由于可以獲得新鮮充量的額外參加，故這一階段被稱為過后充氣階段。第三十一頁，共43頁。第二章 發(fā)動機(jī)的換氣(hun q)過程 二沖程內(nèi)燃機(jī)的換氣(hun q)過程2.9 二沖程內(nèi)燃機(jī)的換氣(hun q)過程2.9.2 二沖程內(nèi)燃機(jī)換氣(hun q)過程的階段劃分 該階段所持續(xù)的時間較短。由于活塞已經(jīng)開始上行，缸內(nèi)氣體受到壓

16、縮而壓力提高，有利于額外排氣而不利于過后充氣，要到達(dá)過后充氣的目的就必須提高掃氣泵的掃氣壓力，相應(yīng)地增加掃氣泵消耗的機(jī)械功。第三十二頁，共43頁。第二章 發(fā)動機(jī)的換氣(hun q)過程 二沖程內(nèi)燃機(jī)的換氣(hun q)過程2.9 二沖程內(nèi)燃機(jī)的換氣(hun q)過程2.9.3 二沖程內(nèi)燃機(jī)的掃氣泵(qbng) 二沖程發(fā)動機(jī)換氣過程的特點(diǎn)是進(jìn)、排氣過程根本同時進(jìn)行，并利用新鮮充量掃除廢氣，所以，新鮮充量會與廢氣混合，廢氣排出不徹底，容易損失新鮮充量。如按曲軸轉(zhuǎn)角計算，二沖程發(fā)動機(jī)換氣過程很短，為130150曲軸轉(zhuǎn)角，大約是四沖程發(fā)動機(jī)換氣過程的1/3左右。因此，二沖程發(fā)動機(jī)換氣過程的組織比較困難

17、，其關(guān)鍵環(huán)節(jié)是掃氣泵和掃氣形式。 為了利用新鮮充量掃除廢氣，二沖程發(fā)動機(jī)必須設(shè)置掃氣泵，使新鮮充量壓力高于氣缸內(nèi)廢氣壓力。 掃氣泵的類型有以下幾種：第三十三頁，共43頁。第二章 發(fā)動機(jī)的換氣(hun q)過程 二沖程內(nèi)燃機(jī)的換氣(hun q)過程2.9 二沖程內(nèi)燃機(jī)的換氣(hun q)過程2.9.3 二沖程內(nèi)燃機(jī)的掃氣泵(qbng) 1曲軸箱作掃氣泵 將曲軸箱封閉，利用活塞運(yùn)動實(shí)現(xiàn)曲軸箱進(jìn)氣過程，并壓縮曲軸箱內(nèi)氣體，提高其壓力，起到掃氣泵作用。 曲軸箱內(nèi)最高壓力與曲軸箱壓縮比有關(guān)。曲軸箱容積大，故壓縮比低 e k = 1.3 1.55 ，這種掃氣泵的充氣效率低，掃氣壓力pk低，約為108 k

18、Pa 。第三十四頁，共43頁。第二章 發(fā)動機(jī)的換氣(hun q)過程 二沖程內(nèi)燃機(jī)的換氣(hun q)過程2.9 二沖程內(nèi)燃機(jī)的換氣(hun q)過程2.9.3 二沖程內(nèi)燃機(jī)的掃氣泵(qbng) 2設(shè)置專門的掃氣泵 這種結(jié)構(gòu)二沖程發(fā)動機(jī)的掃氣壓力pk適中，pk = 109 150 k Pa ，因?yàn)椴幌Ｍ妮^多的功率驅(qū)動掃氣泵，所以不采取較高掃氣壓力。 3利用廢氣渦輪增壓作掃氣泵 這種結(jié)構(gòu)二沖程發(fā)動機(jī)驅(qū)動掃氣泵時不消耗額外功率，并和廢氣渦輪增壓技術(shù)相結(jié)合，故掃氣壓力較高，pk = 140200 k Pa，根據(jù)需要，還可以提高掃氣壓力。第三十五頁，共43頁。第二章 發(fā)動機(jī)的換氣(hun q)過程

19、 二沖程內(nèi)燃機(jī)的換氣(hun q)過程2.9 二沖程內(nèi)燃機(jī)的換氣(hun q)過程2.9.4 二沖程內(nèi)燃機(jī)的掃氣形式(xngsh) 廢氣和新鮮充量在氣缸中的流動方式稱為掃氣形式，也對換氣過程的效果起著重要作用。 掃氣形式有以下幾種根本類型：第三十六頁，共43頁。第二章 發(fā)動機(jī)的換氣(hun q)過程 二沖程內(nèi)燃機(jī)的換氣(hun q)過程2.9 二沖程內(nèi)燃機(jī)的換氣(hun q)過程2.9.4 二沖程內(nèi)燃機(jī)的掃氣形式(xngsh) 掃氣口和排氣口沿著氣缸圓周布置，各在相對的一側(cè)，掃氣口沿圓周和氣缸中心線都有傾斜角，控制氣流方向，以提高換氣質(zhì)量。1橫流掃氣第三十七頁，共43頁。第二章 發(fā)動機(jī)的換氣(hun q)過程 二沖程內(nèi)燃機(jī)的換氣(hun q)過程2.9 二沖程內(nèi)燃機(jī)的換氣(hun q)過程2.9.4 二沖程內(nèi)燃機(jī)的掃氣形式(xngsh) 排氣、掃氣定時關(guān)于下止點(diǎn)對稱，掃氣口比排氣口先關(guān)，有額外排氣階段。在氣缸死角圖中A區(qū)域容易積存廢氣，容易出現(xiàn)新鮮充量短路，即新鮮充量直接從掃氣口流向排氣口，如圖中B路線。1橫流掃氣第三十八頁，共43頁。第二章 發(fā)動機(jī)的換氣(hun q)過程 二沖程內(nèi)燃機(jī)的換氣(hun q)過程2.9 二沖程內(nèi)燃機(jī)的換氣(hun q)過