機械工程內(nèi)燃機精品課件04課件(第四章)

1、1 第四章 內(nèi)燃機的換氣過程 是內(nèi)燃機排出本循環(huán)的已燃氣體和為下一循環(huán)是內(nèi)燃機排出本循環(huán)的已燃氣體和為下一循環(huán)吸入新鮮充量的進排氣過程。吸入新鮮充量的進排氣過程。內(nèi)燃機的換氣過程內(nèi)燃機的換氣過程:二沖程汽油機二沖程汽油機2 第四章 內(nèi)燃機的換氣過程減少進排氣流動阻力損失；減少進排氣流動阻力損失；提高充量系數(shù)的措施及方法；提高充量系數(shù)的措施及方法；為燃燒提供一個合適的缸內(nèi)氣體流場為燃燒提供一個合適的缸內(nèi)氣體流場 換氣過程對內(nèi)燃機的性能有重大影響，進行換氣過程對內(nèi)燃機的性能有重大影響，進行的好，可以提高動力性和經(jīng)濟性。的好，可以提高動力性和經(jīng)濟性。研究目的：研究目的：3 第四章 內(nèi)燃機的換氣過程

2、4-1四沖程內(nèi)燃機的換氣過程四沖程內(nèi)燃機的換氣過程 分為三個階段：排氣階段、氣門疊開、進氣階段分為三個階段：排氣階段、氣門疊開、進氣階段 4 4-1四沖程內(nèi)燃機的換氣過程5 4-1四沖程內(nèi)燃機的換氣過程6 一、排氣過程： 排氣門開啟到完全關(guān)閉的全過程 排氣過程分類：、按燃氣對活塞做功的性質(zhì)分：）自由排氣）強制排氣 、按排氣流動的性質(zhì)分： ）超臨界排氣）亞臨界排氣4-1四沖程內(nèi)燃機的換氣過程7 、排氣提前角：內(nèi)燃機的排氣門在膨脹行程到達下止點前的某一曲軸轉(zhuǎn)角位置提前開啟的角度。(從排氣門開啟到下止點曲軸轉(zhuǎn)過的角度稱作排氣提前角)4-1四沖程內(nèi)燃機的換氣過程 排氣門提前開啟的原因： a. 利用此時

3、氣缸內(nèi)的高壓在極短的時間內(nèi)排除大量的廢氣。 b .氣門開啟流通截面積是逐漸增大的，開啟的速度有限，不能瞬間達到最大。為了減小活塞回程時有效功的消耗。 3=30-80CA8 、排氣遲閉角：排氣門在上止點后關(guān)閉的角度。 (從上止點到排氣門關(guān)閉曲軸轉(zhuǎn)過的角度稱作排氣遲閉角)4-1四沖程內(nèi)燃機的換氣過程 排氣遲閉的原因： 一方面可以避免因排氣流動截面積過早減小而造成的排氣阻力的增加，使活塞強制排氣所消耗的推出功與缸內(nèi)的殘余廢氣量增加； 另一方面還可以利用排氣管內(nèi)氣體流動的慣性在遲閉角內(nèi)繼續(xù)從氣缸內(nèi)排出一部分廢氣，以減少缸內(nèi)的殘余廢氣量。 排氣門遲閉角為4= 1070 CA。9 二、進氣過程：進氣門開啟

4、到完全關(guān)閉的全過程 4-1四沖程內(nèi)燃機的換氣過程 1.進氣提前：為了使得在進氣過程開始時，流通截面增大，以減少進氣過程的阻力，增加進入氣缸的新鮮充量，減少進氣功的消耗。進氣門一般也在上止點前提前開啟，稱為進氣提前。 進氣提前角1= 1040 CA 。10 2.進氣遲閉：可以避免因進氣流動截面積過早減小而造成的進氣阻力的增加，使活塞強制進氣所消耗的功增加；同時，也為了利用在吸氣過程中形成的進氣管內(nèi)氣流的流動慣性，實現(xiàn)氣缸的過量充氣，進氣門需要遲閉。 遲閉角2=20-60 CA 4-1四沖程內(nèi)燃機的換氣過程11 三、氣門疊開和燃燒室掃氣過程 在上止點附近進、排氣門同時開啟，這一現(xiàn)象稱為氣門疊開，相

5、應(yīng)的角度是氣門疊開角，它是排氣遲閉角與進氣提前角之和1 + 4 。 4-1四沖程內(nèi)燃機的換氣過程 特點： 1.進氣管、氣缸、排氣管三者相通，有利于掃氣，增加充量。 2.新鮮沖量的冷卻有利于降低缸內(nèi)溫度。 12 氣門疊開角的確定： 1.點燃式內(nèi)燃機：靠節(jié)氣門來調(diào)節(jié)功率，進氣管內(nèi)壓力總是小于大氣壓，疊開角過大時高溫廢氣有可能倒流進入進氣管，引起進氣管回火，故這種發(fā)動機采用氣門疊開角比較小的。 4-1四沖程內(nèi)燃機的換氣過程 3.增壓柴油機：p進p，新鮮充量進氣管通過燃燒室后流入排氣管中，以達到掃除殘余氣體的目的，還有助于降低受熱零件表面的溫度?？刹捎幂^大的疊開角，一般為80140CA。 2.自然吸氣

6、柴油機： p進p允許采用較大的氣門疊開角，增強掃氣效果，提高充量質(zhì)量，提高性能。氣門疊開角 2050CA。 13 4-四沖程內(nèi)燃機的換氣損失換氣損失：定義為換氣損失：定義為理論循環(huán)換氣功理論循環(huán)換氣功與與實際循環(huán)換氣功實際循環(huán)換氣功之差之差 。包括:排氣門早開所造成的膨脹功損失（W）、活塞強制排氣的推出功損失（X）、缸內(nèi)負壓造成的吸氣功損失（Y）三部分。14 4-四沖程內(nèi)燃機的換氣損失15 4-四沖程內(nèi)燃機的換氣損失 一、排氣損失一、排氣損失 膨脹損失膨脹損失 ：從排氣門提前開啟到下止點這一時：從排氣門提前開啟到下止點這一時期，由于提前排氣造成了缸內(nèi)壓力下降，使膨脹功期，由于提前排氣造成了缸內(nèi)

7、壓力下降，使膨脹功減少。減少。 推出損失：活塞由下止點向上止點的強制排氣推出損失：活塞由下止點向上止點的強制排氣行程所消耗的功。行程所消耗的功。 排氣損失：膨脹損失與推出損失之和排氣損失：膨脹損失與推出損失之和。16 4-2 四沖程內(nèi)燃機的換氣損失 發(fā)動機轉(zhuǎn)速一定時，排氣提前角較小時，膨脹損失功W小，但活塞排氣推出功X將會增加，反之亦然！所以存在最佳排氣提前角使排氣損失最??！ 發(fā)動機排氣提前角一定時，隨發(fā)動機轉(zhuǎn)速的提高，排氣時間變短，膨脹損失功W減少，排氣推出功X變大，總的排氣損失呈增加的趨勢！所以轉(zhuǎn)速提高排氣提前角應(yīng)增大，或采用雙氣門排氣。17 4-2四沖程內(nèi)燃機的換氣損失二、進氣損失：二、

8、進氣損失：與理論循環(huán)相比，內(nèi)燃機在進氣過程中所造與理論循環(huán)相比，內(nèi)燃機在進氣過程中所造成的功的減少成的功的減少 。 平均進氣損失明顯小于排氣損失，但進氣損失除了影響發(fā)動機的有用功，更重要的是影響發(fā)動機的充量系數(shù)，對發(fā)動機的性能有顯著的影響。所以，應(yīng)采取措施（如加大進氣門流通面積、正確設(shè)計進氣管路徑、適當降低活塞速度），減少進氣損失，提高發(fā)動機充量系數(shù)，改善發(fā)動機的性能。18 4-2四沖程內(nèi)燃機的換氣損失 三、泵氣功與泵氣損失三、泵氣功與泵氣損失泵氣損失：是指缸內(nèi)氣體對活塞在強制排氣行程和吸氣行泵氣損失：是指缸內(nèi)氣體對活塞在強制排氣行程和吸氣行程所做的功，面積十所表示的功損失。程所做的功，面積十

9、所表示的功損失。 泵氣功泵氣功: :自然吸氣發(fā)動機自然吸氣發(fā)動機 W Wp p=(=(十十)Lp)Lp LpLp比例系數(shù)比例系數(shù) 增壓發(fā)動機增壓發(fā)動機 W Wp p=(p=(pb b-p-pT T)V)Vs s-(-(十十)Lp)Lp 19 一、四沖程內(nèi)燃機的充量系數(shù)一、四沖程內(nèi)燃機的充量系數(shù)4-3 提高內(nèi)燃機充量系數(shù)的措施 充量系數(shù)：定義每循環(huán)實際進入氣缸的新鮮充充量系數(shù)：定義每循環(huán)實際進入氣缸的新鮮充量量m1與以進氣管內(nèi)狀態(tài)充滿氣缸的工作容積的理論與以進氣管內(nèi)狀態(tài)充滿氣缸的工作容積的理論充量充量msh之比。之比。 當發(fā)動機的結(jié)構(gòu)等參數(shù)確定后，發(fā)動機的理論進氣當發(fā)動機的結(jié)構(gòu)等參數(shù)確定后，發(fā)動

10、機的理論進氣量量msh是一定量，提高充量系數(shù)的措施主要應(yīng)使上式是一定量，提高充量系數(shù)的措施主要應(yīng)使上式中的中的 的積最大和的積最大和 最小。所以可通過以下措施最小。所以可通過以下措施來提高發(fā)動機的充量系數(shù)。來提高發(fā)動機的充量系數(shù)。20 4-3 提高內(nèi)燃機沖量系數(shù)的措施 二、提高沖量系數(shù)的技術(shù)措施：二、提高沖量系數(shù)的技術(shù)措施：（一）降低進氣系統(tǒng)（一）降低進氣系統(tǒng)流動阻力流動阻力(主要影響因素主要影響因素)： 進氣系統(tǒng)的流動阻力分為兩類：進氣系統(tǒng)的流動阻力分為兩類： 沿程阻力沿程阻力管道摩擦阻力。管道摩擦阻力。 局部阻力局部阻力由流通截面大小、形狀以及流動方向變化，由流通截面大小、形狀以及流動方向

11、變化，在局部產(chǎn)生渦流損失所引起的，這是流動阻力產(chǎn)生的主要部在局部產(chǎn)生渦流損失所引起的，這是流動阻力產(chǎn)生的主要部分。分。 主要發(fā)生在空氣濾清器、流道轉(zhuǎn)彎、進氣門座圈等處。主要發(fā)生在空氣濾清器、流道轉(zhuǎn)彎、進氣門座圈等處。 降低進氣系統(tǒng)的流動阻力措施：降低進氣系統(tǒng)的流動阻力措施： （1）增大進氣門流通面積）增大進氣門流通面積增大進氣門直徑；增加氣門數(shù)增大進氣門直徑；增加氣門數(shù)目目 （2）合理設(shè)計進氣道及氣門的結(jié)構(gòu)）合理設(shè)計進氣道及氣門的結(jié)構(gòu) （3）減少空氣濾清器的阻力）減少空氣濾清器的阻力 21 4-3 提高內(nèi)燃機沖量系數(shù)的措施22 4-3 提高內(nèi)燃機沖量系數(shù)的措施 采用4氣門或5氣門進排氣方案的優(yōu)

12、點：a.增加了進排氣的流動面積，減少了流動阻力損失。b.對于汽油機，此時可將火花塞布置在中央，縮短火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x，提高發(fā)動機的抗爆性，從而可提高發(fā)動機的壓縮比，提高燃油經(jīng)濟性；對于柴油機來說，可以將直噴式噴油器布置在中央，有利于混合氣的形成及空氣的利用。因此現(xiàn)代小型高速發(fā)動機越來越多地才采用多氣門方案。 右邊下圖右邊下圖2L排量的排量的4氣門發(fā)動機與同排量氣門發(fā)動機與同排量2氣門發(fā)動機性能比較：氣門發(fā)動機性能比較：功率提高了功率提高了1530%，轉(zhuǎn)矩提高了，轉(zhuǎn)矩提高了5%10%，經(jīng)濟性也有改善。，經(jīng)濟性也有改善。23 4-3 提高內(nèi)燃機沖量系數(shù)的措施 （二）采用可變配氣系統(tǒng)技術(shù)（二）采用可變配氣

13、系統(tǒng)技術(shù) 配氣相位和發(fā)動機轉(zhuǎn)速對充量系數(shù)有較大的影響。配氣相位和發(fā)動機轉(zhuǎn)速對充量系數(shù)有較大的影響?？勺兣錃庀到y(tǒng)按照驅(qū)動方式可分為：機械式和電子控制無凸輪機構(gòu)兩類。后一類可完全滿足可變要求，但目前還處于研究階段，如GM和FEV公司推出的無凸輪電磁氣門驅(qū)動機構(gòu)以及Ford公司的液壓氣門驅(qū)動機構(gòu)。前一類已經(jīng)商業(yè)化了，可分為可變凸輪機構(gòu)（VCS）和可變氣門正時（VVT）及其組合，統(tǒng)稱為Variable valve Actuation。其基本可實現(xiàn)可變氣門正時、可變氣門升程和可變氣門持續(xù)角等功能。24 4-3 提高內(nèi)燃機沖量系數(shù)的措施 .可變凸輪機構(gòu)可變凸輪機構(gòu)（Variable Camshaft Sy

14、stem） 通過兩套凸輪或搖臂來實現(xiàn)氣門升程與持續(xù)角的變化，即通過兩套凸輪或搖臂來實現(xiàn)氣門升程與持續(xù)角的變化，即在高速時采用高速凸輪，氣門升程與持續(xù)角都較大，而在低速在高速時采用高速凸輪，氣門升程與持續(xù)角都較大，而在低速時切換到低速凸輪，升程與持續(xù)角均較小。時切換到低速凸輪，升程與持續(xù)角均較小。 25 4-3 提高內(nèi)燃機沖量系數(shù)的措施 .可變氣門正時可變氣門正時（Variable Valve Timing） 進排氣門通過兩根凸輪軸單獨驅(qū)動的，通過一套特殊的機進排氣門通過兩根凸輪軸單獨驅(qū)動的，通過一套特殊的機構(gòu)根據(jù)發(fā)動機的工況將進氣凸輪軸轉(zhuǎn)過一定的角度，從而達到構(gòu)根據(jù)發(fā)動機的工況將進氣凸輪軸轉(zhuǎn)過

15、一定的角度，從而達到改變進氣相位的目的。改變進氣相位的目的。 26 4-3 提高內(nèi)燃機沖量系數(shù)的措施 （三）、合理利用進氣諧振（三）、合理利用進氣諧振 進氣管長度的增加或管徑的減小，可使充量系數(shù)的峰值向發(fā)動機低速一側(cè)移動，反之則向高速移動，這一現(xiàn)象稱為進氣諧振的結(jié)果。27 4-3 提高內(nèi)燃機沖量系數(shù)的措施 為了追求最佳的充量系數(shù)值，采用可變進氣系統(tǒng)（為了追求最佳的充量系數(shù)值，采用可變進氣系統(tǒng)（VIS），以），以充分利用進氣諧振作用，使發(fā)動機的高速與低速性能都達到最優(yōu)。比充分利用進氣諧振作用，使發(fā)動機的高速與低速性能都達到最優(yōu)。比較常見的可變進氣系統(tǒng)是通過改變進氣管長度或流通截面的方式來實較常見

16、的可變進氣系統(tǒng)是通過改變進氣管長度或流通截面的方式來實現(xiàn)。下圖是采用改變流通截面積來實現(xiàn)可變進氣的，低速時關(guān)閉控制現(xiàn)。下圖是采用改變流通截面積來實現(xiàn)可變進氣的，低速時關(guān)閉控制閥，氣體從主進氣道流入發(fā)動機；高速時則打開。閥，氣體從主進氣道流入發(fā)動機；高速時則打開。28 4-3 提高內(nèi)燃機沖量系數(shù)的措施 （四）降低排氣系統(tǒng)的流動阻力：（四）降低排氣系統(tǒng)的流動阻力： 降低排氣系統(tǒng)阻力的目的：降低排氣系統(tǒng)阻力的目的：可以使氣缸內(nèi)的殘余廢氣壓力下降，這樣不僅可以使氣缸內(nèi)的殘余廢氣壓力下降，這樣不僅減小了殘余廢氣系數(shù)，提高充量系數(shù)，而且可以減減小了殘余廢氣系數(shù)，提高充量系數(shù)，而且可以減小泵氣損失，提高發(fā)動

17、機的熱效率。小泵氣損失，提高發(fā)動機的熱效率。排氣系統(tǒng)的設(shè)計原則：排氣系統(tǒng)的設(shè)計原則：是降低排氣背壓，減小排氣噪聲。是降低排氣背壓，減小排氣噪聲。對于高速多缸發(fā)動機，為避免排氣壓力波的相互干對于高速多缸發(fā)動機，為避免排氣壓力波的相互干涉，用多枝型排氣管或多排氣管結(jié)構(gòu)來代替單排氣涉，用多枝型排氣管或多排氣管結(jié)構(gòu)來代替單排氣管，這樣可以獲得較好的低速轉(zhuǎn)矩和充量系數(shù)。管，這樣可以獲得較好的低速轉(zhuǎn)矩和充量系數(shù)。29 4-3 提高內(nèi)燃機沖量系數(shù)的措施（五）減少對進氣充量的加熱（五）減少對進氣充量的加熱 為了避免或減少高溫進氣的加熱，為了避免或減少高溫進氣的加熱，發(fā)動機機發(fā)動機機均采用進、排氣管在氣缸蓋兩側(cè)

18、布置的方案。均采用進、排氣管在氣缸蓋兩側(cè)布置的方案。高高速內(nèi)燃機采用增壓及中冷技術(shù)進一步提高增壓壓速內(nèi)燃機采用增壓及中冷技術(shù)進一步提高增壓壓力、降低熱負荷，可提高內(nèi)燃機的動力性、經(jīng)濟力、降低熱負荷，可提高內(nèi)燃機的動力性、經(jīng)濟性和排放特性。性和排放特性。 在進氣過程中，進入氣缸的新鮮充量不可避免在進氣過程中，進入氣缸的新鮮充量不可避免地被各種高溫表面加熱，從而導致溫度升高，缸地被各種高溫表面加熱，從而導致溫度升高，缸內(nèi)進氣密度下降，充量系數(shù)減少。內(nèi)進氣密度下降，充量系數(shù)減少。 應(yīng)該指出，前面談到的提高內(nèi)燃機充量系數(shù)，應(yīng)該指出，前面談到的提高內(nèi)燃機充量系數(shù)，主要是針對發(fā)動機全負荷工況而言。主要是針

19、對發(fā)動機全負荷工況而言。30 4-內(nèi)燃機的增壓 4-內(nèi)燃機的增壓 增壓技術(shù)：增加進氣密度，以增加進入的空氣質(zhì)量，得到最大的增壓技術(shù)：增加進氣密度，以增加進入的空氣質(zhì)量，得到最大的輸出升功率。輸出升功率。 一、概述一、概述 增壓技術(shù)萌生于19世紀末！在20世紀初得到初步應(yīng)用和發(fā)展！20世紀中葉，柴油機的渦輪增壓技術(shù)開始大規(guī)模地應(yīng)用，并逐漸推廣到汽油機！目前絕大部分的大功率柴油機，半數(shù)以上的車用柴油機以及相當比例的高性能汽油機均采用了增壓技術(shù)。增壓后功率一般可提高40%-60%甚至更多，經(jīng)濟性也有所提高1.內(nèi)燃機的增壓方式 按照空氣被壓縮方式不同，可分為機械增壓、排氣渦輪增壓、氣波增壓、復合增壓4

20、種。31 4-內(nèi)燃機的增壓Mechanical super chargingExhaust turbo charging with inter coolingTurbo-compound system32 4-內(nèi)燃機的增壓 33 4-內(nèi)燃機的增壓 廢氣增壓34 4-內(nèi)燃機的增壓 35 4-內(nèi)燃機的增壓36 4-內(nèi)燃機的增壓 37 4-內(nèi)燃機的增壓 38 氣波增壓器（Comprex super charging）4-內(nèi)燃機的增壓39 . . 增壓對內(nèi)燃機動力性與經(jīng)濟性的影增壓對內(nèi)燃機動力性與經(jīng)濟性的影響響 由升功率及燃油消耗率表達式可知，性能指標可知：由升功率及燃油消耗率表達式可知，性能指標可知

21、： 4-內(nèi)燃機的增壓 增壓后，發(fā)動機的升功率有所增加，燃油消耗率有所降低，但發(fā)動機增壓的目的主要不在于提發(fā)動機增壓的目的主要不在于提高經(jīng)濟性，而在于提高它的動力性，并降低排放。高經(jīng)濟性，而在于提高它的動力性，并降低排放。 40 40 3 3、發(fā)動機增壓技術(shù)的優(yōu)勢與代價、發(fā)動機增壓技術(shù)的優(yōu)勢與代價優(yōu)點：除了提高發(fā)動機動力性和經(jīng)濟性外，還表現(xiàn)在：優(yōu)點：除了提高發(fā)動機動力性和經(jīng)濟性外，還表現(xiàn)在： 1)1)增壓器的質(zhì)量與尺寸相對發(fā)動機而言都很小，增壓可增壓器的質(zhì)量與尺寸相對發(fā)動機而言都很小，增壓可以使發(fā)動機在總質(zhì)量和體積基本不變的條件下，以使發(fā)動機在總質(zhì)量和體積基本不變的條件下，輸出輸出功率得到大幅度

22、的提高，升功率、比質(zhì)量功率和比體功率得到大幅度的提高，升功率、比質(zhì)量功率和比體積功率都有較大增加，積功率都有較大增加，因而可以降低單位功率的造價，因而可以降低單位功率的造價，提高材料的利用率，對于大型柴油機而言，經(jīng)濟效益提高材料的利用率，對于大型柴油機而言，經(jīng)濟效益更加突出。更加突出。2)2)與自然吸氣內(nèi)燃機相比，排氣可以在渦輪中得到進一與自然吸氣內(nèi)燃機相比，排氣可以在渦輪中得到進一步膨脹，排氣噪聲有所降低。步膨脹，排氣噪聲有所降低。4-內(nèi)燃機的增壓內(nèi)燃機的增壓41 41 3)3)內(nèi)燃機增壓后有利于高原稀薄空氣條件下恢復功率，內(nèi)燃機增壓后有利于高原稀薄空氣條件下恢復功率，使之達到或接近平原性能

23、。使之達到或接近平原性能。4)4)柴油機增壓后，缸內(nèi)溫度和壓力水平提高，可以使滯柴油機增壓后，缸內(nèi)溫度和壓力水平提高，可以使滯燃期縮短，有利于降低壓力升高率和燃燒噪聲。燃期縮短，有利于降低壓力升高率和燃燒噪聲。5)5)增壓柴油機一般采用較大的過量空氣系數(shù)，增壓柴油機一般采用較大的過量空氣系數(shù)，HCHC、COCO和和碳煙排放降低。碳煙排放降低。6)6)技術(shù)適用性廣，高低速的二沖程和四沖程的各種缸徑技術(shù)適用性廣，高低速的二沖程和四沖程的各種缸徑的發(fā)動機均可增壓強化。的發(fā)動機均可增壓強化。4-內(nèi)燃機的增壓42 缺點缺點 取得上述優(yōu)勢外也需要花費一定的代價，如取得上述優(yōu)勢外也需要花費一定的代價，如:

24、:1)1)增壓后缸內(nèi)工作壓力和溫度明顯提高，機械負荷及熱負荷增壓后缸內(nèi)工作壓力和溫度明顯提高，機械負荷及熱負荷加大，內(nèi)燃機的可靠性和耐久性受到考驗。加大，內(nèi)燃機的可靠性和耐久性受到考驗。2)2)低速時由于排氣能量不足，可能會使發(fā)動機的低速轉(zhuǎn)矩受低速時由于排氣能量不足，可能會使發(fā)動機的低速轉(zhuǎn)矩受到一定影響，對工程機械和車用造成不利影響。到一定影響，對工程機械和車用造成不利影響。3)3)在渦輪增壓器中，從排氣能量的變化到新的進氣壓力的建在渦輪增壓器中，從排氣能量的變化到新的進氣壓力的建立需要一定的時間，所以渦輪增壓內(nèi)燃機的加速響應(yīng)性立需要一定的時間，所以渦輪增壓內(nèi)燃機的加速響應(yīng)性能較自然吸氣機型差

25、。能較自然吸氣機型差。4)4)增壓發(fā)動機性能的進一步優(yōu)化，受到增壓器及中冷器的限增壓發(fā)動機性能的進一步優(yōu)化，受到增壓器及中冷器的限制，其中增壓器的問題集中在材料的機械強度、耐熱性制，其中增壓器的問題集中在材料的機械強度、耐熱性能、潤滑、效率等方面，而對中冷器的要求是體積小，能、潤滑、效率等方面，而對中冷器的要求是體積小，質(zhì)量輕、效率高。質(zhì)量輕、效率高。4-內(nèi)燃機的增壓43 4-內(nèi)燃機的增壓 增壓概念增壓概念-增壓壓力、增壓比增壓壓力、增壓比 增壓壓力增壓壓力-壓氣機出口壓力稱為增壓壓力，用壓氣機出口壓力稱為增壓壓力，用pb表表示。它與壓氣機結(jié)構(gòu)、尺寸、轉(zhuǎn)速及效率等因素有示。它與壓氣機結(jié)構(gòu)、尺寸

26、、轉(zhuǎn)速及效率等因素有關(guān)。關(guān)。 通常：通常： pb0.17MPa 低增壓；低增壓； 0.17MPa pb 0.25MPa 中增壓；中增壓； 0.25MPa 0.35MPa 超高增壓超高增壓 增壓比增壓比-壓氣機出口壓力壓氣機出口壓力pb與進口壓力與進口壓力pa之比，稱之比，稱為增壓比，為增壓比，k pb /pa 44 4-內(nèi)燃機的增壓 二、渦輪增壓器的工作特性二、渦輪增壓器的工作特性 分為兩類：徑流式渦輪增壓器分為兩類：徑流式渦輪增壓器高轉(zhuǎn)速高響應(yīng)，車高轉(zhuǎn)速高響應(yīng)，車用發(fā)動機采用。用發(fā)動機采用。 軸流式渦輪增壓器軸流式渦輪增壓器大流量大功率，大型柴油機大流量大功率，大型柴油機采用采用 45 4-

27、內(nèi)燃機的增壓內(nèi)燃機的增壓 三、排氣三、排氣渦輪增壓系統(tǒng)簡介：分定壓渦輪增壓和脈沖渦輪增壓兩種基渦輪增壓系統(tǒng)簡介：分定壓渦輪增壓和脈沖渦輪增壓兩種基本系統(tǒng)。本系統(tǒng)。 定壓渦輪增壓：把各氣缸的排氣通過一個體積較大的排氣管收集在一定壓渦輪增壓：把各氣缸的排氣通過一個體積較大的排氣管收集在一起，再引向渦輪的整個噴嘴環(huán)，由于集氣箱的穩(wěn)壓作用，排氣總管內(nèi)的壓起，再引向渦輪的整個噴嘴環(huán)，由于集氣箱的穩(wěn)壓作用，排氣總管內(nèi)的壓力振蕩較小，進入渦輪前的壓力基本不變，所以被稱為定壓增壓系統(tǒng)。力振蕩較小，進入渦輪前的壓力基本不變，所以被稱為定壓增壓系統(tǒng)。 優(yōu)點：渦輪可以全周進氣，效率高，氣流引起的震蕩小，不會引起葉片

28、優(yōu)點：渦輪可以全周進氣，效率高，氣流引起的震蕩小，不會引起葉片折斷，排氣系統(tǒng)簡單成本低，易于布置與維護。折斷，排氣系統(tǒng)簡單成本低，易于布置與維護。 缺點：脈沖能量利用率低，柴油機的低速轉(zhuǎn)矩特性和加速性能較差。缺點：脈沖能量利用率低，柴油機的低速轉(zhuǎn)矩特性和加速性能較差。46 4-內(nèi)燃機的增壓 脈沖渦輪增壓：將缸內(nèi)的排氣直接送入渦輪機中，利用脈沖渦輪增壓：將缸內(nèi)的排氣直接送入渦輪機中，利用排氣管周期的脈動效應(yīng)，提高增壓壓力排氣管周期的脈動效應(yīng)，提高增壓壓力pb的渦輪。的渦輪。 二者的比較：二者的比較： a能量利用效果，脈沖增壓好于定壓增壓能量利用效果，脈沖增壓好于定壓增壓 b對缸內(nèi)的掃氣作用，脈沖

29、增壓可以保證掃氣壓差，定壓對缸內(nèi)的掃氣作用，脈沖增壓可以保證掃氣壓差，定壓增壓不能增壓不能 c發(fā)動機加速響應(yīng)，定壓增壓不如脈沖增壓好發(fā)動機加速響應(yīng)，定壓增壓不如脈沖增壓好 d增壓效率與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，增壓效率與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)， 定定 脈脈 脈動增壓結(jié)構(gòu)復雜尺脈動增壓結(jié)構(gòu)復雜尺寸較大寸較大總之：低增壓采用脈沖增壓較好，高增壓二者各有所長，總之：低增壓采用脈沖增壓較好，高增壓二者各有所長，需綜合考慮。需綜合考慮。47 4-內(nèi)燃機的增壓 五、汽油機的增壓技術(shù)的限制：五、汽油機的增壓技術(shù)的限制： 汽油機增壓主要障礙是爆燃、熱負荷和汽油機增壓主要障礙是爆燃、熱負荷和增壓器的特殊要求等方面增壓器的特殊要求等方面 爆燃

30、爆燃 增壓后，增壓后，必須采用降低壓縮比、推遲必須采用降低壓縮比、推遲點火時刻、采用進氣中冷等技術(shù)措施，但相點火時刻、采用進氣中冷等技術(shù)措施，但相應(yīng)會帶來熱效率下降、排溫過高、成本增加應(yīng)會帶來熱效率下降、排溫過高、成本增加等不利影響。汽油機的增壓比一般比柴油機等不利影響。汽油機的增壓比一般比柴油機低得多，一般不超過低得多，一般不超過2，這樣，功率最高增加，這樣，功率最高增加幅度約為幅度約為4050，而燃油經(jīng)濟性則不一，而燃油經(jīng)濟性則不一定有所改善。定有所改善。 48 4-內(nèi)燃機的增壓 熱負荷熱負荷 由于過量空氣系數(shù)小，燃燒溫度由于過量空氣系數(shù)小，燃燒溫度高，熱負荷大。高，熱負荷大。 特殊要求特

31、殊要求 要求增壓器體積小、耐高溫、轉(zhuǎn)要求增壓器體積小、耐高溫、轉(zhuǎn)動慣量小，效率高，具有一定的調(diào)節(jié)作用動慣量小，效率高，具有一定的調(diào)節(jié)作用49 4-內(nèi)燃機的增壓六、機械增壓六、機械增壓與渦輪增壓相比，機械增壓歷史更為悠久，且發(fā)動機具與渦輪增壓相比，機械增壓歷史更為悠久，且發(fā)動機具有有較好的低速轉(zhuǎn)矩和加速響應(yīng)性能較好的低速轉(zhuǎn)矩和加速響應(yīng)性能，但由于，但由于高速時的增壓器噪高速時的增壓器噪聲和使用壽命問題聲和使用壽命問題影響了它在發(fā)動機上的實際使用。影響了它在發(fā)動機上的實際使用。近年來，機械增壓重新得到了重視與發(fā)展：近年來，機械增壓重新得到了重視與發(fā)展： 1)制造工藝水平和材料科學的進步，使現(xiàn)代機械

32、增壓器的體制造工藝水平和材料科學的進步，使現(xiàn)代機械增壓器的體積與噪聲大幅度降低，效率和使用壽命有很大的提高。積與噪聲大幅度降低，效率和使用壽命有很大的提高。2)小排量發(fā)動機采用渦輪增壓難度很大，難于找到合適的渦小排量發(fā)動機采用渦輪增壓難度很大，難于找到合適的渦輪增壓器，而采用機械增壓，則可以獲得比渦輪增壓有更好的輪增壓器，而采用機械增壓，則可以獲得比渦輪增壓有更好的動力、轉(zhuǎn)矩甚至經(jīng)濟性能。動力、轉(zhuǎn)矩甚至經(jīng)濟性能。3)對于排氣管中安裝有催化轉(zhuǎn)化器或微粒捕集器等后處理裝對于排氣管中安裝有催化轉(zhuǎn)化器或微粒捕集器等后處理裝置的發(fā)動機，機械增壓系統(tǒng)對排氣系統(tǒng)不作任何改動，也更有置的發(fā)動機，機械增壓系統(tǒng)對

33、排氣系統(tǒng)不作任何改動，也更有利于有害排放物的消除。利于有害排放物的消除。50 4-內(nèi)燃機的增壓 4- 二沖程內(nèi)燃機的換氣二沖程內(nèi)燃機的換氣 二沖程汽油機二沖程汽油機51 4-內(nèi)燃機的增壓 4- 二沖程內(nèi)燃機的換氣二沖程內(nèi)燃機的換氣 二沖程柴油機二沖程柴油機52 第四章 內(nèi)燃機的換氣過程 4- 二沖程內(nèi)燃機的換氣二沖程內(nèi)燃機的換氣 一、二沖程內(nèi)燃機的換氣過程一、二沖程內(nèi)燃機的換氣過程 二沖程內(nèi)燃機進氣、壓縮、燃燒、膨脹和排氣過二沖程內(nèi)燃機進氣、壓縮、燃燒、膨脹和排氣過程是用兩個活塞行程來完成的，其換氣過程的工程是用兩個活塞行程來完成的，其換氣過程的工作順序是：作順序是：在膨脹行程的末期，活塞下行

34、，在膨脹行程的末期，活塞下行，首先打開排首先打開排氣口，開始排氣，而后掃氣口開啟，具有一定壓氣口，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入氣缸，并強迫廢氣由力的新鮮充量由掃氣口流入氣缸，并強迫廢氣由排氣口流出，進行充量更換，然后，活塞到達下排氣口流出，進行充量更換，然后，活塞到達下止點后又上行，依次將掃氣口和排氣口關(guān)閉，換止點后又上行，依次將掃氣口和排氣口關(guān)閉，換氣過程結(jié)束。氣過程結(jié)束。新鮮充量由掃氣泵提供，掃氣泵的新鮮充量由掃氣泵提供，掃氣泵的作用是對新鮮充量進行壓縮，使其壓力提高后，作用是對新鮮充量進行壓縮，使其壓力提高后，再進入氣缸。再進入氣缸。 53 換氣過程分為三

35、個階段，自由排氣階段、掃氣換氣過程分為三個階段，自由排氣階段、掃氣階段和過后排氣或過后充氣階段。階段和過后排氣或過后充氣階段。 1.自由排氣階段自由排氣階段從排氣口開啟直到新鮮充量進入從排氣口開啟直到新鮮充量進入氣缸為止。氣缸為止。 特點特點 ： （1）下止點前）下止點前6075（CA）開啟，氣缸內(nèi)）開啟，氣缸內(nèi)壓力較高，約為壓力較高，約為300600kPa，氣缸內(nèi)的燃氣以，氣缸內(nèi)的燃氣以聲速流出。聲速流出。 （2）排氣流量與排氣管內(nèi)的氣體狀態(tài)無關(guān)，只）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。取決于缸內(nèi)氣體的狀態(tài)和排氣口流通截面的大小。 （3）缸內(nèi)燃氣可

36、以流出大約）缸內(nèi)燃氣可以流出大約 7080。 4-5 二沖程內(nèi)燃機的換氣54 2. 掃氣階段掃氣階段掃氣口開啟，新鮮充量進入氣缸，直到掃氣口開啟，新鮮充量進入氣缸，直到活塞下行到下止點后再上行將掃氣口關(guān)閉為止。活塞下行到下止點后再上行將掃氣口關(guān)閉為止。 特點：利用掃氣氣體強制將廢氣排出氣缸外，還要特點：利用掃氣氣體強制將廢氣排出氣缸外，還要充入新鮮充量。充入新鮮充量。 3.過后排氣過后排氣從掃氣口關(guān)閉到排氣口關(guān)閉期間。從掃氣口關(guān)閉到排氣口關(guān)閉期間。過后充氣階段過后充氣階段從排氣口關(guān)閉到掃氣口關(guān)閉期間。從排氣口關(guān)閉到掃氣口關(guān)閉期間。 特點：該階段所持續(xù)的時間較短。由于活塞已經(jīng)開特點：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)氣體壓力提高，對過后排氣是有利的而始上行，缸內(nèi)氣體壓力提高，對過后排氣是有利的而不利于過后充氣。要達到過后充氣的目的，就必須提不利于過后充氣。要達到過后充氣的目的，就必須提高掃氣泵的掃氣壓力，相應(yīng)