內(nèi)燃機構(gòu)造與原理(4)

1、張張 志志 強強內(nèi)燃機構(gòu)造與原理內(nèi)燃機構(gòu)造與原理Email:內(nèi)燃機構(gòu)造與原理內(nèi)燃機構(gòu)造與原理l第一章內(nèi)燃機概述第一章內(nèi)燃機概述l第二章內(nèi)燃機的工作原理第二章內(nèi)燃機的工作原理l第三章第三章 內(nèi)燃機的熱力循環(huán)內(nèi)燃機的熱力循環(huán)l第四章第四章 內(nèi)燃機的性能指標內(nèi)燃機的性能指標l第五章第五章 曲柄連桿機構(gòu)曲柄連桿機構(gòu)l第六章第六章 內(nèi)燃機換氣過程與配氣機構(gòu)內(nèi)燃機換氣過程與配氣機構(gòu)l第七章第七章 柴油機燃油系統(tǒng)柴油機燃油系統(tǒng)l第八章第八章 汽油機燃油系統(tǒng)和點火系統(tǒng)汽油機燃油系統(tǒng)和點火系統(tǒng)l第九章第九章 潤滑系統(tǒng)潤滑系統(tǒng)/冷卻系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)/起動裝置起動裝置曲柄連桿機構(gòu)曲柄連桿機構(gòu) 配氣機構(gòu)配氣機構(gòu)燃料供給系

2、燃料供給系點火系點火系 潤滑系潤滑系 冷卻系冷卻系起動系起動系 這些機構(gòu)和系統(tǒng)保證了內(nèi)這些機構(gòu)和系統(tǒng)保證了內(nèi)燃機連續(xù)不斷地正常工作。燃機連續(xù)不斷地正常工作。內(nèi)燃機的總體構(gòu)造內(nèi)燃機的總體構(gòu)造l內(nèi)燃機換氣過程包括排氣過程與進氣過程。換氣過程的任務是將氣缸內(nèi)的廢氣內(nèi)燃機換氣過程包括排氣過程與進氣過程。換氣過程的任務是將氣缸內(nèi)的廢氣排除干凈并在一定的進氣狀態(tài)下，在有限的氣缸容積內(nèi)，盡可能地充入更多的排除干凈并在一定的進氣狀態(tài)下，在有限的氣缸容積內(nèi)，盡可能地充入更多的充量充量空氣（柴油機）或混合氣（汽油機）?？諝猓ú裼蜋C）或混合氣（汽油機）。l要提高內(nèi)燃機的功率和轉(zhuǎn)矩，就需要燃料在氣缸內(nèi)燃燒釋放更多的能

3、量，這既要提高內(nèi)燃機的功率和轉(zhuǎn)矩，就需要燃料在氣缸內(nèi)燃燒釋放更多的能量，這既有賴于進入氣缸的燃料量，也有賴于進入氣缸的空氣量。對于內(nèi)燃機來說，液有賴于進入氣缸的燃料量，也有賴于進入氣缸的空氣量。對于內(nèi)燃機來說，液體燃料所占的體積極小，氣缸中燃燒所能放出熱量的多少，主要受限于進入氣體燃料所占的體積極小，氣缸中燃燒所能放出熱量的多少，主要受限于進入氣缸空氣量的多少。同時，為了使充量易于流入，還必須盡可能地將前一循環(huán)留缸空氣量的多少。同時，為了使充量易于流入，還必須盡可能地將前一循環(huán)留在氣缸內(nèi)的廢氣排除干凈。在氣缸內(nèi)的廢氣排除干凈。換氣過程進行的完善程度換氣過程進行的完善程度，是保證內(nèi)燃機動力性能，

4、是保證內(nèi)燃機動力性能的前提和關鍵。的前提和關鍵。l功用：功用：按照內(nèi)燃機各氣缸的工作次序和配氣相位完成換氣過程，并在壓縮行程按照內(nèi)燃機各氣缸的工作次序和配氣相位完成換氣過程，并在壓縮行程和膨脹行程時保證氣缸的密封性和膨脹行程時保證氣缸的密封性。第六章第六章 內(nèi)燃機換氣過程與配氣機構(gòu)內(nèi)燃機換氣過程與配氣機構(gòu)l換氣過程由換氣過程由配氣機構(gòu)配氣機構(gòu)實現(xiàn)。四沖程內(nèi)燃機均采用實現(xiàn)。四沖程內(nèi)燃機均采用氣門式氣門式配氣機構(gòu)，而二沖程內(nèi)配氣機構(gòu)，而二沖程內(nèi)燃機則采用燃機則采用氣口式氣口式或或氣口氣門式氣口氣門式配氣機構(gòu)。配氣機構(gòu)。l氣門式配氣機構(gòu)由氣門式配氣機構(gòu)由氣門組氣門組和和氣門傳動組氣門傳動組兩部分組成

5、。每組的零件組成則與兩部分組成。每組的零件組成則與氣門氣門的位置的位置、凸輪軸的位置凸輪軸的位置和和氣門驅(qū)動形式氣門驅(qū)動形式等有關?，F(xiàn)代內(nèi)燃機均采用頂置式氣門，等有關?，F(xiàn)代內(nèi)燃機均采用頂置式氣門，即進、排氣門置于氣缸蓋內(nèi)，倒掛在氣缸頂上。即進、排氣門置于氣缸蓋內(nèi)，倒掛在氣缸頂上。l凸輪軸置于氣缸蓋上的配氣機構(gòu)為凸輪軸置于氣缸蓋上的配氣機構(gòu)為凸輪軸頂置式配氣機構(gòu)凸輪軸頂置式配氣機構(gòu)，其優(yōu)點是往復運動，其優(yōu)點是往復運動件少，特別是完全取消了挺柱、推桿等零件，整個機構(gòu)剛度大，高速時由于往件少，特別是完全取消了挺柱、推桿等零件，整個機構(gòu)剛度大，高速時由于往復質(zhì)量慣性力引起的振動最小，廣泛用于復質(zhì)量慣性

6、力引起的振動最小，廣泛用于高速發(fā)動機高速發(fā)動機。但這種機構(gòu)由于曲軸和。但這種機構(gòu)由于曲軸和凸輪軸的距離較遠，兩者之間的傳動鏈長，常采用凸輪軸的距離較遠，兩者之間的傳動鏈長，常采用鏈條傳動鏈條傳動或或齒形帶傳動齒形帶傳動。第六章第六章 內(nèi)燃機換氣過程與配氣內(nèi)燃機換氣過程與配氣機構(gòu)機構(gòu) 四沖程內(nèi)燃機的換氣過程四沖程內(nèi)燃機的換氣過程第六章第六章 內(nèi)燃機換氣過程與配氣機構(gòu)內(nèi)燃機換氣過程與配氣機構(gòu)換氣過程換氣過程l四沖程內(nèi)燃機的換氣過程包括從四沖程內(nèi)燃機的換氣過程包括從排氣門開始開啟直到進氣門完全關閉排氣門開始開啟直到進氣門完全關閉的整個時期，約占的整個時期，約占380480CA（曲軸轉(zhuǎn)角）。根據(jù)氣體流

7、動的特點，可以把換氣過程分成自由排氣、強制排氣、進（曲軸轉(zhuǎn)角）。根據(jù)氣體流動的特點，可以把換氣過程分成自由排氣、強制排氣、進氣、氣門疊開及燃燒室掃氣四個階段。氣、氣門疊開及燃燒室掃氣四個階段。l自由排氣階段自由排氣階段：從排氣門開啟到氣缸內(nèi)壓力達到或接近于排氣管壓力的時期稱為自由排氣階段。由于：從排氣門開啟到氣缸內(nèi)壓力達到或接近于排氣管壓力的時期稱為自由排氣階段。由于氣門動作的初期只能逐漸增大其流通截面，如果排氣門剛好在活塞到達下止點時才開始開啟，則因氣氣門動作的初期只能逐漸增大其流通截面，如果排氣門剛好在活塞到達下止點時才開始開啟，則因氣門流通截面增大過慢，不僅使排氣阻力增加，不能迅速排除廢

8、氣，而且在活塞又向上止點運動時形成門流通截面增大過慢，不僅使排氣阻力增加，不能迅速排除廢氣，而且在活塞又向上止點運動時形成較大的反壓力，增加排氣行程中所消耗的功。因此排氣門在膨脹行程接近終了、活塞尚未到達下止點較大的反壓力，增加排氣行程中所消耗的功。因此排氣門在膨脹行程接近終了、活塞尚未到達下止點前就開始打開，這就是所謂前就開始打開，這就是所謂排氣提前排氣提前（排氣提前角一般為（排氣提前角一般為3080CA，會帶來排氣損失會帶來排氣損失）。）。l自由排氣階段中，廢氣的流動狀態(tài)分為超臨界狀態(tài)和亞臨界狀態(tài)兩自由排氣階段中，廢氣的流動狀態(tài)分為超臨界狀態(tài)和亞臨界狀態(tài)兩種（種（由氣缸壓力與排氣管壓力之比

9、大小決定，當大于臨界值由氣缸壓力與排氣管壓力之比大小決定，當大于臨界值1.9時為時為超臨界狀態(tài)超臨界狀態(tài)）。在超臨界排氣時期，廢氣流量與排氣管內(nèi)壓力無關，）。在超臨界排氣時期，廢氣流量與排氣管內(nèi)壓力無關，而只決定于氣缸內(nèi)的氣體狀態(tài)和氣門流通截面大小。在高速內(nèi)燃機而只決定于氣缸內(nèi)的氣體狀態(tài)和氣門流通截面大小。在高速內(nèi)燃機中，為使氣缸廢氣壓力及時下降，需加大排氣提前角（中，為使氣缸廢氣壓力及時下降，需加大排氣提前角（因為轉(zhuǎn)速越因為轉(zhuǎn)速越高，相對應的排氣時間越短高，相對應的排氣時間越短）。）。l當氣缸內(nèi)壓力下降到與排氣管內(nèi)壓力之比低于臨界值當氣缸內(nèi)壓力下降到與排氣管內(nèi)壓力之比低于臨界值1.9時，廢氣

10、的時，廢氣的流動狀態(tài)由超臨界而進入到亞臨界狀態(tài)。其排出流量除了與氣缸內(nèi)流動狀態(tài)由超臨界而進入到亞臨界狀態(tài)。其排出流量除了與氣缸內(nèi)的氣體狀態(tài)及氣門流通界面的大小有關外，還將取決于氣缸內(nèi)和排的氣體狀態(tài)及氣門流通界面的大小有關外，還將取決于氣缸內(nèi)和排氣管內(nèi)的壓力差。氣管內(nèi)的壓力差。l在自由排氣階段中，在自由排氣階段中，從氣缸內(nèi)排出的廢氣量與內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)速完全無從氣缸內(nèi)排出的廢氣量與內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)速完全無關關，因此隨著轉(zhuǎn)速的增加，自由排氣階段拖延到下止點以后的曲軸，因此隨著轉(zhuǎn)速的增加，自由排氣階段拖延到下止點以后的曲軸轉(zhuǎn)角度數(shù)也愈大（轉(zhuǎn)角度數(shù)也愈大（因此隨發(fā)動機轉(zhuǎn)速的增加應相應增大排氣提前因此隨發(fā)動機轉(zhuǎn)速的

11、增加應相應增大排氣提前角角），一般是在下止點后），一般是在下止點后1030CA才結(jié)束，而后轉(zhuǎn)入才結(jié)束，而后轉(zhuǎn)入強制排氣強制排氣階段階段。自由排氣階段雖然占整個排氣時間的比例不大，但由于排氣。自由排氣階段雖然占整個排氣時間的比例不大，但由于排氣流速很高，流速很高，排出的廢氣量可達排出的廢氣量可達60%以上以上。 四沖程內(nèi)燃機的換氣過程四沖程內(nèi)燃機的換氣過程第六章第六章 內(nèi)燃機換氣過程與配氣機構(gòu)內(nèi)燃機換氣過程與配氣機構(gòu)換氣過程換氣過程l強制排氣階段強制排氣階段：在這一階段，氣缸內(nèi)的廢氣被上行活塞強制推出。此時氣缸內(nèi)的平均壓力：在這一階段，氣缸內(nèi)的廢氣被上行活塞強制推出。此時氣缸內(nèi)的平均壓力要比排氣

12、管內(nèi)平均壓力略高一些，這壓力差主要是要比排氣管內(nèi)平均壓力略高一些，這壓力差主要是排氣門通道處節(jié)流排氣門通道處節(jié)流的結(jié)果。流速越高，的結(jié)果。流速越高，此差值越大。此差值越大。l在強制排氣階段接近終了時，如果排氣門開始關閉，會產(chǎn)生較大的節(jié)流作用，這時活塞還在向上運動，在強制排氣階段接近終了時，如果排氣門開始關閉，會產(chǎn)生較大的節(jié)流作用，這時活塞還在向上運動，使氣缸內(nèi)壓力上升，結(jié)果是增加了排氣消耗功和殘余廢氣量。因此，排氣門的完全關閉不能恰恰在活使氣缸內(nèi)壓力上升，結(jié)果是增加了排氣消耗功和殘余廢氣量。因此，排氣門的完全關閉不能恰恰在活塞到達上止點之時，而應在活塞過了上止點之后，這就是所謂的塞到達上止點之

13、時，而應在活塞過了上止點之后，這就是所謂的排氣遲閉排氣遲閉。此外，排氣門的延遲關閉，。此外，排氣門的延遲關閉，還可以利用排氣管中氣體的高速流動慣性把氣缸內(nèi)的廢氣繼續(xù)吸出，以降低殘余廢氣量和增加充量。還可以利用排氣管中氣體的高速流動慣性把氣缸內(nèi)的廢氣繼續(xù)吸出，以降低殘余廢氣量和增加充量。通常，內(nèi)燃機的排氣滯后角為上止點后通常，內(nèi)燃機的排氣滯后角為上止點后1035CA。l進氣提前角大約為上止點前進氣提前角大約為上止點前040CA。但是。但是充量真正開始吸入充量真正開始吸入要待氣缸內(nèi)殘余廢氣膨脹到低于進氣管內(nèi)進氣壓力之后要待氣缸內(nèi)殘余廢氣膨脹到低于進氣管內(nèi)進氣壓力之后。l進氣門也必須在活塞過了下止點

14、以后的某一時刻才能完全關閉，這進氣門也必須在活塞過了下止點以后的某一時刻才能完全關閉，這就是所謂的就是所謂的進氣遲閉進氣遲閉。以便利用進氣過程中高速氣流的慣性在下止。以便利用進氣過程中高速氣流的慣性在下止點后繼續(xù)充氣而增加氣缸充氣量（點后繼續(xù)充氣而增加氣缸充氣量（因此高速時進氣遲閉角應相對大因此高速時進氣遲閉角應相對大一些一些）。一般的進氣滯后角是在下止點后）。一般的進氣滯后角是在下止點后2060CA（過大的進過大的進氣滯后角會導致冷起動困難：起動時，轉(zhuǎn)速低，氣流慣性小，進氣氣滯后角會導致冷起動困難：起動時，轉(zhuǎn)速低，氣流慣性小，進氣不足，而且易發(fā)生氣流倒流進入進氣管的現(xiàn)象，影響有效壓縮比，不足

15、，而且易發(fā)生氣流倒流進入進氣管的現(xiàn)象，影響有效壓縮比，使壓縮終了溫度、壓力降低，起動困難使壓縮終了溫度、壓力降低，起動困難）。）。氣缸中活塞對充量的真氣缸中活塞對充量的真正壓縮是在進氣門關閉之后正壓縮是在進氣門關閉之后。l進氣過程進氣過程：在活塞到達上止點之前，進氣門已經(jīng)開始開啟，：在活塞到達上止點之前，進氣門已經(jīng)開始開啟，以便使活塞下行時進氣門具有一定的通道面積，減小進氣以便使活塞下行時進氣門具有一定的通道面積，減小進氣阻力。阻力。 四沖程內(nèi)燃機的換氣過程四沖程內(nèi)燃機的換氣過程第六章第六章 內(nèi)燃機換氣過程與配氣機構(gòu)內(nèi)燃機換氣過程與配氣機構(gòu)換氣過程換氣過程l氣門疊開及燃燒室掃氣過程氣門疊開及燃

16、燒室掃氣過程：由于在實際的內(nèi)燃機配氣過程中存在著：由于在實際的內(nèi)燃機配氣過程中存在著進氣提前進氣提前和和排氣滯后排氣滯后。這樣，在排氣（進氣）行程上止點的一段時間內(nèi)出現(xiàn)了進、排氣門同時開啟的現(xiàn)象，稱為這樣，在排氣（進氣）行程上止點的一段時間內(nèi)出現(xiàn)了進、排氣門同時開啟的現(xiàn)象，稱為氣門疊開氣門疊開。氣門疊開的結(jié)果是把。氣門疊開的結(jié)果是把進氣系統(tǒng)、燃燒室和排氣系統(tǒng)進氣系統(tǒng)、燃燒室和排氣系統(tǒng)三者在這一時期內(nèi)溝通起來。三者在這一時期內(nèi)溝通起來。l汽油機中，進氣總管中節(jié)流閥開度用于調(diào)節(jié)發(fā)動機功率。當節(jié)流閥開度較小而轉(zhuǎn)速較低時，汽油機中，進氣總管中節(jié)流閥開度用于調(diào)節(jié)發(fā)動機功率。當節(jié)流閥開度較小而轉(zhuǎn)速較低時，

17、進氣管內(nèi)進氣管內(nèi)壓力低壓力低，進氣門過早開啟會促使高溫廢氣倒流到進氣管中，既減少了氣缸的充量，又容易引起進氣管，進氣門過早開啟會促使高溫廢氣倒流到進氣管中，既減少了氣缸的充量，又容易引起進氣管中的中的回火現(xiàn)象回火現(xiàn)象。因此，汽油機的進排氣重疊角一般都比較小，約為。因此，汽油機的進排氣重疊角一般都比較小，約為2050CA。l在非增壓柴油機中，其進氣管內(nèi)壓力始終接近于大氣壓力（在非增壓柴油機中，其進氣管內(nèi)壓力始終接近于大氣壓力（并并且不存在回火現(xiàn)象且不存在回火現(xiàn)象）。為了更好地發(fā)揮進氣提前和排氣滯后的）。為了更好地發(fā)揮進氣提前和排氣滯后的有利作用，已達到提高在常用轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)氣缸充量的目的，可有利作

18、用，已達到提高在常用轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)氣缸充量的目的，可以 允 許 采 用 較 大 的 進 排 氣 重 疊 角 ， 其 數(shù) 值 通 常 在以 允 許 采 用 較 大 的 進 排 氣 重 疊 角 ， 其 數(shù) 值 通 常 在2070CA范圍內(nèi)。范圍內(nèi)。l在增壓柴油機中，一般都要利用進、排氣管壓差組織燃燒室掃在增壓柴油機中，一般都要利用進、排氣管壓差組織燃燒室掃氣過程，即促使充量以一定的數(shù)量掃過燃燒室而直接流入排氣氣過程，即促使充量以一定的數(shù)量掃過燃燒室而直接流入排氣管內(nèi)，這管內(nèi)，這不僅可以更多地清除燃燒室中的殘余廢氣不僅可以更多地清除燃燒室中的殘余廢氣，增加氣缸，增加氣缸內(nèi)的充量，還可借掃氣期間通過的低溫

19、充量內(nèi)的充量，還可借掃氣期間通過的低溫充量冷卻氣缸內(nèi)的高溫冷卻氣缸內(nèi)的高溫零件零件，降低其熱負荷，此外也降低了，降低其熱負荷，此外也降低了排氣溫度，這對改善增壓排氣溫度，這對改善增壓器中渦輪葉片的工作條件具有很大的意義器中渦輪葉片的工作條件具有很大的意義。因此，在增壓柴油。因此，在增壓柴油機中一般采用比非增壓柴油機大得多的進排氣重疊角，其數(shù)值機中一般采用比非增壓柴油機大得多的進排氣重疊角，其數(shù)值約在約在100140CA范圍內(nèi)。范圍內(nèi)。 四沖程內(nèi)燃機的換氣過程四沖程內(nèi)燃機的換氣過程第六章第六章 內(nèi)燃機換氣過程與配氣機構(gòu)內(nèi)燃機換氣過程與配氣機構(gòu)換氣損失換氣損失l換氣損失換氣損失：內(nèi)燃機理論循環(huán)的換

20、氣功與實際循環(huán)的換氣功：內(nèi)燃機理論循環(huán)的換氣功與實際循環(huán)的換氣功之差。之差。在進排氣過程線之間所包圍的面積即代表了活塞在在進排氣過程線之間所包圍的面積即代表了活塞在換氣過程中所消耗的換氣功換氣過程中所消耗的換氣功。l換氣損失由換氣損失由排氣損失排氣損失和和進氣損失進氣損失兩部分相加而成。兩部分相加而成。l排氣損失排氣損失：從排氣門提前打開，直到進氣行程開始，氣缸：從排氣門提前打開，直到進氣行程開始，氣缸內(nèi)壓力達到大氣壓力時，在這段時期內(nèi)所損失的功為排氣內(nèi)壓力達到大氣壓力時，在這段時期內(nèi)所損失的功為排氣損失。排氣損失又可分為損失。排氣損失又可分為膨脹損失膨脹損失w和和推出損失推出損失x（即氣（即

21、氣缸內(nèi)氣壓高于大氣壓力的部分）兩部分。缸內(nèi)氣壓高于大氣壓力的部分）兩部分。四沖程非增壓內(nèi)燃機換氣過程示功圖四沖程非增壓內(nèi)燃機換氣過程示功圖l膨脹損失膨脹損失：因排氣門提前開啟而引起的膨脹功的：因排氣門提前開啟而引起的膨脹功的減少。減少。推出損失推出損失：活塞把廢氣推出所消耗的功。：活塞把廢氣推出所消耗的功。l隨著排氣提前角的加大，膨脹損失將隨之增大，隨著排氣提前角的加大，膨脹損失將隨之增大，而推出損失則相應減小（而推出損失則相應減?。ㄇ€曲線b）。排氣提前角）。排氣提前角減小，推出損失增大（減小，推出損失增大（曲線曲線c）。應選擇最有利的）。應選擇最有利的排氣提前角，以使膨脹損失與推出損失之和

22、最小。排氣提前角，以使膨脹損失與推出損失之和最小。l流動損失與氣流的速度成正比。當內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)速流動損失與氣流的速度成正比。當內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)速升高時，排氣損失也隨之增大（升高時，排氣損失也隨之增大（發(fā)動機膨脹損失發(fā)動機膨脹損失增大幅度遠遠小于推出損失增大幅度遠遠小于推出損失）。）。l因此，因此，高速內(nèi)燃機為了使氣缸內(nèi)的壓力及時下降，高速內(nèi)燃機為了使氣缸內(nèi)的壓力及時下降，減少排氣損失，應選用較大的排氣提前角減少排氣損失，應選用較大的排氣提前角。 四沖程內(nèi)燃機的換氣過程四沖程內(nèi)燃機的換氣過程第六章第六章 內(nèi)燃機換氣過程與配氣機構(gòu)內(nèi)燃機換氣過程與配氣機構(gòu)換氣損失換氣損失l進氣損失進氣損失：進氣壓力線位于大

23、氣壓力線之下，：進氣壓力線位于大氣壓力線之下，可用圖中相當?shù)拿娣e可用圖中相當?shù)拿娣ey大小表示進氣損失。大小表示進氣損失。l與排氣損失相比，與排氣損失相比，進氣損失相對較小進氣損失相對較小。就進氣。就進氣過程的組織而言，希望獲得較高的充量系數(shù)，過程的組織而言，希望獲得較高的充量系數(shù)，而而進氣損失本身通常對內(nèi)燃機的功率和熱效率進氣損失本身通常對內(nèi)燃機的功率和熱效率只有微小的影響只有微小的影響。但進氣損失的大小卻反映進。但進氣損失的大小卻反映進氣過程完善程度的重要參數(shù)氣過程完善程度的重要參數(shù)充量系數(shù)充量系數(shù)。l為了提高充量系數(shù)，必須設法減小進氣損失為了提高充量系數(shù)，必須設法減小進氣損失。加大進氣門流

24、通截面，正確設計進氣流道，降加大進氣門流通截面，正確設計進氣流道，降低活塞平均速度以及合理地調(diào)整配氣相位等，低活塞平均速度以及合理地調(diào)整配氣相位等，都可以減少進氣損失。都可以減少進氣損失。四沖程非增壓內(nèi)燃機換氣過程示功圖四沖程非增壓內(nèi)燃機換氣過程示功圖換氣損失隨內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速的變化換氣損失隨內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速的變化l以活塞的上、下止點為基準計算的進、排以活塞的上、下止點為基準計算的進、排氣門開閉時間，用曲軸轉(zhuǎn)角表示，即稱為氣門開閉時間，用曲軸轉(zhuǎn)角表示，即稱為配氣相位配氣相位（或稱（或稱配氣正時配氣正時）。用配氣相位）。用配氣相位圖可知內(nèi)燃機的進氣提前角圖可知內(nèi)燃機的進氣提前角、進氣滯后角、進氣滯后角、進氣

25、持續(xù)角（、進氣持續(xù)角（180+ + ）、排氣提前）、排氣提前角角、排氣滯后角、排氣滯后角、排氣持續(xù)角（、排氣持續(xù)角（ 180+ + ）和進排氣門重疊角（）和進排氣門重疊角（ + ）等。）等。l不同的內(nèi)燃機其配氣相位是不一樣的。對不同的內(nèi)燃機其配氣相位是不一樣的。對同一臺內(nèi)燃機來說，最佳配氣相位也是隨同一臺內(nèi)燃機來說，最佳配氣相位也是隨轉(zhuǎn)速和負荷的改變而變化的。近年來，在轉(zhuǎn)速和負荷的改變而變化的。近年來，在高性能車用內(nèi)燃機上采用高性能車用內(nèi)燃機上采用可變氣門正時機可變氣門正時機構(gòu)構(gòu)，可以滿足轉(zhuǎn)速變化對配氣正時的不同，可以滿足轉(zhuǎn)速變化對配氣正時的不同要求，以保證車輛高、低速都獲得良好的要求，以保證

26、車輛高、低速都獲得良好的性能。但是對于一般內(nèi)燃機來說，其運轉(zhuǎn)性能。但是對于一般內(nèi)燃機來說，其運轉(zhuǎn)時配氣相位是不能隨時調(diào)整的。因此，通時配氣相位是不能隨時調(diào)整的。因此，通常所說的某種內(nèi)燃機的配氣相位，都是指常所說的某種內(nèi)燃機的配氣相位，都是指在標定工況或最大扭矩工況下配氣相位的在標定工況或最大扭矩工況下配氣相位的最佳值，是經(jīng)過反復試驗選定的（表最佳值，是經(jīng)過反復試驗選定的（表5-1） 。第六章第六章 內(nèi)燃機換氣過程與配氣機構(gòu)內(nèi)燃機換氣過程與配氣機構(gòu) 四沖程內(nèi)燃機的換氣過程四沖程內(nèi)燃機的換氣過程配氣相位配氣相位 內(nèi)燃機的充量系數(shù)及其影響因素內(nèi)燃機的充量系數(shù)及其影響因素第六章第六章 內(nèi)燃機換氣過程與

27、配氣機構(gòu)內(nèi)燃機換氣過程與配氣機構(gòu)充量系數(shù)的分析式充量系數(shù)的分析式l充量系數(shù)充量系數(shù)是衡量內(nèi)燃機換氣過程完善程度的一個重要參數(shù)。提高充量系數(shù)使氣缸進入更多是衡量內(nèi)燃機換氣過程完善程度的一個重要參數(shù)。提高充量系數(shù)使氣缸進入更多的充量而增強內(nèi)燃機的動力性，是換氣過程研究的主要問題之一。的充量而增強內(nèi)燃機的動力性，是換氣過程研究的主要問題之一。l為簡化討論，假定進氣過程在活塞到達下止點時結(jié)束，并同時開始壓縮。則進氣終點的氣為簡化討論，假定進氣過程在活塞到達下止點時結(jié)束，并同時開始壓縮。則進氣終點的氣體狀態(tài)方程為體狀態(tài)方程為ar1aa)(8314TMMVp 式中：式中： 、 、 分別為進氣終點的壓力、溫

28、度、以及氣缸內(nèi)氣體所占的體積；分別為進氣終點的壓力、溫度、以及氣缸內(nèi)氣體所占的體積； 為每循環(huán)的殘余廢氣量。為每循環(huán)的殘余廢氣量。apaVaTrM每循環(huán)實際進入氣缸的充量為每循環(huán)實際進入氣缸的充量為araa1)8314(1TVpM 式中：式中： 稱為殘余廢氣系數(shù)，也是衡量換稱為殘余廢氣系數(shù)，也是衡量換氣干凈程度的標志之一。氣干凈程度的標志之一。1rrMM 在大氣狀態(tài)參數(shù)下可能充滿氣缸工作容積的充量狀態(tài)方程為在大氣狀態(tài)參數(shù)下可能充滿氣缸工作容積的充量狀態(tài)方程為0shs08314TMVp 由此由此0ca00s0sh8314)(8314TVVpTVpM 代入代入（3-21）充量系數(shù)表達式）充量系數(shù)表

29、達式可得：可得：r00ac111 aTTpp 內(nèi)燃機的充量系數(shù)及其影響因素內(nèi)燃機的充量系數(shù)及其影響因素第六章第六章 內(nèi)燃機換氣過程與配氣機構(gòu)內(nèi)燃機換氣過程與配氣機構(gòu)充量系數(shù)的分析式充量系數(shù)的分析式l由公式可知，充量系數(shù)由公式可知，充量系數(shù)c與進氣終點的壓力與進氣終點的壓力pa成正比（成正比（最為重要的影響因素最為重要的影響因素），與進氣終），與進氣終點的溫度點的溫度Ta成反比，并與內(nèi)燃機的壓縮比及殘余廢氣系數(shù)有關。成反比，并與內(nèi)燃機的壓縮比及殘余廢氣系數(shù)有關。l由于在進氣過程中有流動損失；并且充量進入氣缸后要從高溫的燃燒室壁面吸收熱量，氣由于在進氣過程中有流動損失；并且充量進入氣缸后要從高溫的

30、燃燒室壁面吸收熱量，氣缸內(nèi)的殘余廢氣與充量混合后也將使充量的溫度進一步升高，這些因素的影響都使充量的缸內(nèi)的殘余廢氣與充量混合后也將使充量的溫度進一步升高，這些因素的影響都使充量的密度下降，從而使實際進入氣缸的充量要小于理論上能夠充滿氣缸工作容積的充量，即在密度下降，從而使實際進入氣缸的充量要小于理論上能夠充滿氣缸工作容積的充量，即在一般情況下，一般情況下，內(nèi)燃機的充量系數(shù)內(nèi)燃機的充量系數(shù)c總是小于總是小于1的的（由式（由式3-21可知）?？芍?。r00ac111 aTTppc的大致范圍是：的大致范圍是：四沖程非增壓柴油機四沖程非增壓柴油機 0.750.9四沖程增壓柴油機四沖程增壓柴油機 0.9

31、1.05汽油機汽油機 0.70.85 內(nèi)燃機的充量系數(shù)及其影響因素內(nèi)燃機的充量系數(shù)及其影響因素第六章第六章 內(nèi)燃機換氣過程與配氣機構(gòu)內(nèi)燃機換氣過程與配氣機構(gòu)影響充量系數(shù)的主要因素影響充量系數(shù)的主要因素進氣終點壓力進氣終點壓力paa0appp 式中：式中：pa氣體流動時，由于進氣系統(tǒng)阻力引起的壓降。氣體流動時，由于進氣系統(tǒng)阻力引起的壓降。gvp220a 式中：式中：管道阻力系數(shù)；管道阻力系數(shù)；0大氣的容重；大氣的容重；v管道內(nèi)氣體流速。由此可知管道內(nèi)氣體流速。由此可知pa大小主要取決于大小主要取決于值和氣體流速值和氣體流速v。 整個進氣系統(tǒng)可視為若干不同管道的組合，整個進氣系統(tǒng)可視為若干不同管道

32、的組合， pa是氣體流過各段管道時所產(chǎn)生是氣體流過各段管道時所產(chǎn)生壓力降的總和。其中進氣門處流通截面最小，氣體流速最大，是產(chǎn)生進氣阻力的主要壓力降的總和。其中進氣門處流通截面最小，氣體流速最大，是產(chǎn)生進氣阻力的主要部位。為了便于分析，可近似地將進氣過程看作是一個穩(wěn)定流動過程，則進氣門處氣部位。為了便于分析，可近似地將進氣過程看作是一個穩(wěn)定流動過程，則進氣門處氣體的連續(xù)流量方程為體的連續(xù)流量方程為mFvfv 111 m1211m111vdDvfFv 式中：式中：1流過進氣門處的平均流量系數(shù)；流過進氣門處的平均流量系數(shù)；v1進進氣門處的平均流速；氣門處的平均流速；vm活塞平均速度；活塞平均速度；f

33、1、F分別為進氣門和活塞頂面積；分別為進氣門和活塞頂面積；d1、D分別為進氣分別為進氣門和活塞頂直徑。門和活塞頂直徑。局部流動阻力損失的一般公式局部流動阻力損失的一般公式 內(nèi)燃機的充量系數(shù)及其影響因素內(nèi)燃機的充量系數(shù)及其影響因素第六章第六章 內(nèi)燃機換氣過程與配氣機構(gòu)內(nèi)燃機換氣過程與配氣機構(gòu)影響充量系數(shù)的主要因素影響充量系數(shù)的主要因素進氣終點壓力進氣終點壓力pam1211m111vdDvfFv 由此可知，進氣門處的平均流速決定于氣門直徑由此可知，進氣門處的平均流速決定于氣門直徑d1、氣門處的結(jié)構(gòu)情況（氣門處的結(jié)構(gòu)情況（1）以及活塞平均速度）以及活塞平均速度vm（或（或內(nèi)燃機內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速n）。）

34、。2121221012nKgvdDpm 式中：式中： 進氣門處阻力系數(shù)；進氣門處阻力系數(shù)；n內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速；內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速；K比比例常數(shù)。例常數(shù)。1 進氣阻力損失與進氣系統(tǒng)的阻力系數(shù)成正比，與進氣阻力損失與進氣系統(tǒng)的阻力系數(shù)成正比，與內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速的平方成正比內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速的平方成正比。當內(nèi)燃機的負荷不變，而轉(zhuǎn)。當內(nèi)燃機的負荷不變，而轉(zhuǎn)速升高時，進氣阻力損失將顯著增加（平方關系），使速升高時，進氣阻力損失將顯著增加（平方關系），使進氣終點壓力進氣終點壓力pa迅速下降。迅速下降。汽油機不同節(jié)氣門開度、不同轉(zhuǎn)速時的進氣壓力汽油機不同節(jié)氣門開度、不同轉(zhuǎn)速時的進氣壓力 內(nèi)燃機的充量系數(shù)及其影響因素內(nèi)燃機的充量系數(shù)及其

35、影響因素第六章第六章 內(nèi)燃機換氣過程與配氣機構(gòu)內(nèi)燃機換氣過程與配氣機構(gòu)影響充量系數(shù)的主要因素影響充量系數(shù)的主要因素進氣終點壓力進氣終點壓力pa 當內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速一定當內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速一定，而負荷變化時，由于柴油機和汽油機，而負荷變化時，由于柴油機和汽油機負荷調(diào)節(jié)的方法不同，因而負荷調(diào)節(jié)的方法不同，因而pa隨負荷的變化也不一樣：隨負荷的變化也不一樣： 在柴油機中，進入氣缸的空氣量基本不變，調(diào)節(jié)功率的方在柴油機中，進入氣缸的空氣量基本不變，調(diào)節(jié)功率的方法是改變進入氣缸的燃料量，即改變混合氣的濃度，稱為法是改變進入氣缸的燃料量，即改變混合氣的濃度，稱為“質(zhì)質(zhì)調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)”。由于轉(zhuǎn)速不變，進氣系統(tǒng)又無節(jié)流裝置，故流

36、動阻力。由于轉(zhuǎn)速不變，進氣系統(tǒng)又無節(jié)流裝置，故流動阻力基本不變，進氣終點壓力基本不變，進氣終點壓力pa值也基本不變或隨負荷的上升而稍值也基本不變或隨負荷的上升而稍有下降（這是由于缸壁和熱零件溫度有所上升而引起的）。有下降（這是由于缸壁和熱零件溫度有所上升而引起的）。 在汽油機中，進入氣缸的是混合氣。調(diào)節(jié)功率的方法是通在汽油機中，進入氣缸的是混合氣。調(diào)節(jié)功率的方法是通過改變節(jié)氣門開度來調(diào)節(jié)進入氣缸混合氣數(shù)量的多少，稱之為過改變節(jié)氣門開度來調(diào)節(jié)進入氣缸混合氣數(shù)量的多少，稱之為“量調(diào)節(jié)量調(diào)節(jié)”。當轉(zhuǎn)速不變而減小負荷時（即減小節(jié)氣門開度），。當轉(zhuǎn)速不變而減小負荷時（即減小節(jié)氣門開度），由于進氣的節(jié)流損

37、失增加，引起由于進氣的節(jié)流損失增加，引起pa下降。下降。 由圖可知：（由圖可知：（1）當節(jié)氣門開度一定時，轉(zhuǎn)速增加，當節(jié)氣門開度一定時，轉(zhuǎn)速增加，pa下下降降；（；（2）當轉(zhuǎn)速一定而節(jié)氣門開度逐漸減小時，當轉(zhuǎn)速一定而節(jié)氣門開度逐漸減小時，pa迅速下降迅速下降；（3）節(jié)氣門保持的開度愈小，節(jié)氣門保持的開度愈小，pa隨轉(zhuǎn)速的增加下降得愈快，即隨轉(zhuǎn)速的增加下降得愈快，即曲線變化越陡曲線變化越陡。 由此可見，負荷變化時，柴油機和汽油機由此可見，負荷變化時，柴油機和汽油機pa的變化不同：的變化不同：柴油機柴油機pa基本不隨負荷而變化，而汽油機基本不隨負荷而變化，而汽油機pa隨負荷變化顯著隨負荷變化顯著。

38、汽油機不同節(jié)氣門開度、不同轉(zhuǎn)速時的進氣壓力汽油機不同節(jié)氣門開度、不同轉(zhuǎn)速時的進氣壓力 內(nèi)燃機的充量系數(shù)及其影響因素內(nèi)燃機的充量系數(shù)及其影響因素第六章第六章 內(nèi)燃機換氣過程與配氣機構(gòu)內(nèi)燃機換氣過程與配氣機構(gòu)影響充量系數(shù)的主要因素影響充量系數(shù)的主要因素進氣終點溫度進氣終點溫度Ta 進氣終點溫度越高，則進入氣缸的充量的密度越小，因而使充量系數(shù)下降。進氣終點溫度越高，則進入氣缸的充量的密度越小，因而使充量系數(shù)下降。 進氣終點溫度的大小受到進氣溫度、燃燒室高溫壁面對充量的加熱以及充量與高進氣終點溫度的大小受到進氣溫度、燃燒室高溫壁面對充量的加熱以及充量與高溫殘余廢氣混合而被加熱等因素的影響，其中主要決定

39、于溫殘余廢氣混合而被加熱等因素的影響，其中主要決定于在進氣過程中燃燒室壁面和在進氣過程中燃燒室壁面和充量之間的熱傳導充量之間的熱傳導。 當當內(nèi)燃機負荷不變而轉(zhuǎn)速升高內(nèi)燃機負荷不變而轉(zhuǎn)速升高時，單位時間內(nèi)的循環(huán)次數(shù)增加，燃燒室壁面的溫時，單位時間內(nèi)的循環(huán)次數(shù)增加，燃燒室壁面的溫度有所提高，加強了向充量的傳熱；而從另一方面看，隨著轉(zhuǎn)速的升高、充量與高溫度有所提高，加強了向充量的傳熱；而從另一方面看，隨著轉(zhuǎn)速的升高、充量與高溫零件的接觸時間相對縮短，故傳熱又趨減弱。由于后者影響較大，所以隨著轉(zhuǎn)速的升零件的接觸時間相對縮短，故傳熱又趨減弱。由于后者影響較大，所以隨著轉(zhuǎn)速的升高，進氣終點溫度稍有下降。高

40、，進氣終點溫度稍有下降。 當當內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速一定而負荷增加內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速一定而負荷增加（即（即增加進入氣缸內(nèi)的混合氣或燃油增加進入氣缸內(nèi)的混合氣或燃油）時，燃燒室）時，燃燒室壁面溫度被提高，使進氣終點溫度有所上升。此外，冷卻強度減弱時，進氣終點溫度壁面溫度被提高，使進氣終點溫度有所上升。此外，冷卻強度減弱時，進氣終點溫度也會升高。也會升高。在柴油機和汽油噴射式汽油機中，進氣管和排氣管一般都布置在機體的兩側(cè)，在柴油機和汽油噴射式汽油機中，進氣管和排氣管一般都布置在機體的兩側(cè)，為什么？而傳統(tǒng)的化油器式汽油機中，進、排氣管常連接成一個部件，為什為什么？而傳統(tǒng)的化油器式汽油機中，進、排氣管常連接成一個部件，為

41、什么？么？ 內(nèi)燃機的充量系數(shù)及其影響因素內(nèi)燃機的充量系數(shù)及其影響因素第六章第六章 內(nèi)燃機換氣過程與配氣機構(gòu)內(nèi)燃機換氣過程與配氣機構(gòu)影響充量系數(shù)的主要因素影響充量系數(shù)的主要因素殘余廢氣系數(shù)殘余廢氣系數(shù)r 殘余廢氣系數(shù)減小，則充量系數(shù)就會增加（即殘余廢氣系數(shù)減小，則充量系數(shù)就會增加（即氣缸內(nèi)上一循環(huán)留下的廢氣量愈少，氣缸內(nèi)上一循環(huán)留下的廢氣量愈少，則可能吸入的充量將會愈多則可能吸入的充量將會愈多）。）。 氣缸中殘余廢氣增多，不僅使殘余廢氣系數(shù)下降，而且使燃燒惡化。特別是氣缸中殘余廢氣增多，不僅使殘余廢氣系數(shù)下降，而且使燃燒惡化。特別是汽油汽油機低負荷運轉(zhuǎn)機低負荷運轉(zhuǎn)時，因節(jié)氣門關小，新鮮充量減少，

42、殘余廢氣系數(shù)增加，稀釋混合氣，時，因節(jié)氣門關小，新鮮充量減少，殘余廢氣系數(shù)增加，稀釋混合氣，使燃燒過程緩慢，從而造成汽油機低負荷工作不穩(wěn)定，經(jīng)濟性和排放性能變差。使燃燒過程緩慢，從而造成汽油機低負荷工作不穩(wěn)定，經(jīng)濟性和排放性能變差。 在在增壓柴油機增壓柴油機中，由于進排氣重疊角較大，燃燒室有較強烈的掃氣作用，其殘余中，由于進排氣重疊角較大，燃燒室有較強烈的掃氣作用，其殘余廢氣系數(shù)很小，甚至可忽略不計。此外，由于燃燒室的掃氣作用，還使燃燒室壁面得廢氣系數(shù)很小，甚至可忽略不計。此外，由于燃燒室的掃氣作用，還使燃燒室壁面得到較充分的冷卻，充量受到燃燒室壁面及殘余廢氣的加熱減少，使進氣終點溫度較小。到

43、較充分的冷卻，充量受到燃燒室壁面及殘余廢氣的加熱減少，使進氣終點溫度較小。故增壓柴油機的充量系數(shù)相對較小，并故增壓柴油機的充量系數(shù)相對較小，并有可能出現(xiàn)大于有可能出現(xiàn)大于1的值的值。 提高充量系數(shù)的措施提高充量系數(shù)的措施第六章第六章 內(nèi)燃機換氣過程與配氣機構(gòu)內(nèi)燃機換氣過程與配氣機構(gòu)減少進氣門處的流動損失減少進氣門處的流動損失增大進氣門直徑增大進氣門直徑 進氣門處的流動損失與氣體流速的平方成正比，即氣體流速的大小是決定流動損失的進氣門處的流動損失與氣體流速的平方成正比，即氣體流速的大小是決定流動損失的主要因素。增大進氣門直徑不但可以主要因素。增大進氣門直徑不但可以降低該處的氣流速度降低該處的氣流

44、速度，而且可以，而且可以降低該處的阻力系數(shù)降低該處的阻力系數(shù)，這對減少進氣門處的流動損失、提高充量系數(shù)具有顯著的效果。目前在雙氣門（一排、一這對減少進氣門處的流動損失、提高充量系數(shù)具有顯著的效果。目前在雙氣門（一排、一進）結(jié)構(gòu)中，進）結(jié)構(gòu)中，進氣門直徑可達活塞直徑的進氣門直徑可達活塞直徑的45%50%，氣門直徑與活塞面積之比為，氣門直徑與活塞面積之比為0.20.25。增大進氣門對充量系數(shù)的效益大大超過由于排氣門縮小而使排氣壓力增加所帶來的充量系增大進氣門對充量系數(shù)的效益大大超過由于排氣門縮小而使排氣壓力增加所帶來的充量系數(shù)減小的損失，數(shù)減小的損失，進氣門比排氣門一般大進氣門比排氣門一般大15%

45、20%。但。但排氣門直徑也不能過分縮小，以免造排氣門直徑也不能過分縮小，以免造成較大的排氣損失和殘余廢氣量成較大的排氣損失和殘余廢氣量。因此，通過增大進氣門直徑的方式來提高充量系數(shù)，。因此，通過增大進氣門直徑的方式來提高充量系數(shù)，是是受到限制的受到限制的。 在整個進氣系統(tǒng)中，進氣門處的流通截面最小而且截面變化很大，因而進氣的流動損在整個進氣系統(tǒng)中，進氣門處的流通截面最小而且截面變化很大，因而進氣的流動損失大部分發(fā)生在該處，應首先給予考慮。失大部分發(fā)生在該處，應首先給予考慮。 提高充量系數(shù)的措施提高充量系數(shù)的措施第六章第六章 內(nèi)燃機換氣過程與配氣機構(gòu)內(nèi)燃機換氣過程與配氣機構(gòu)減少進氣門處的流動損失

46、減少進氣門處的流動損失采用四氣門（二進、二排）或五氣門（三進、二排）結(jié)構(gòu)采用四氣門（二進、二排）或五氣門（三進、二排）結(jié)構(gòu) 通過多氣門結(jié)構(gòu)，可大大增加進氣門的流通面積，同時也增加了排氣通過多氣門結(jié)構(gòu)，可大大增加進氣門的流通面積，同時也增加了排氣流通截面，對提高充量系數(shù)十分有利。流通截面，對提高充量系數(shù)十分有利。4氣門技術相比氣門技術相比2氣門而言，氣門而言，進排氣進排氣面積大，充量系數(shù)提高，泵氣損失小，動力性能提高，且燃油消耗率下降。面積大，充量系數(shù)提高，泵氣損失小，動力性能提高，且燃油消耗率下降。但結(jié)構(gòu)復雜，造價較高，但結(jié)構(gòu)復雜，造價較高，多用于轉(zhuǎn)速較高的車用汽油機上多用于轉(zhuǎn)速較高的車用汽油

47、機上。采用。采用5氣門技氣門技術，其術，其高速性能進一步改善高速性能進一步改善。4氣門發(fā)動機與氣門發(fā)動機與2氣門發(fā)動機性能比較氣門發(fā)動機性能比較4氣門發(fā)動機與氣門發(fā)動機與5氣門發(fā)動機扭矩比較氣門發(fā)動機扭矩比較 提高充量系數(shù)的措施提高充量系數(shù)的措施第六章第六章 內(nèi)燃機換氣過程與配氣機構(gòu)內(nèi)燃機換氣過程與配氣機構(gòu)減少進氣門處的流動損失減少進氣門處的流動損失采用四氣門（二進、二排）或五氣門（三進、二排）結(jié)構(gòu)采用四氣門（二進、二排）或五氣門（三進、二排）結(jié)構(gòu)二氣門機構(gòu)，進氣門頭部直徑比排氣二氣門機構(gòu)，進氣門頭部直徑比排氣門大門大15%30%（由于排氣阻力對發(fā)動由于排氣阻力對發(fā)動機性能的影響比進氣阻力小機

48、性能的影響比進氣阻力小）排量較?。ㄅ帕枯^?。?.5L以下）的車用汽油機也有采用以下）的車用汽油機也有采用三氣門機三氣門機構(gòu)構(gòu)，兩個進氣門，一個排氣門，排氣門直徑比進氣門大，兩個進氣門，一個排氣門，排氣門直徑比進氣門大，可增大充量系數(shù)，但火花塞較難布置在燃燒室中央可增大充量系數(shù)，但火花塞較難布置在燃燒室中央四氣門機構(gòu)四氣門機構(gòu)，進排氣充分，進氣量增加，發(fā)動機轉(zhuǎn)矩和功率提高；每個氣，進排氣充分，進氣量增加，發(fā)動機轉(zhuǎn)矩和功率提高；每個氣門直徑減小，質(zhì)量減輕，慣性力減小，有利于提高發(fā)動機轉(zhuǎn)速；多采用蓬門直徑減小，質(zhì)量減輕，慣性力減小，有利于提高發(fā)動機轉(zhuǎn)速；多采用蓬形燃燒室（形燃燒室（多球形燃燒室多球形

49、燃燒室），火花塞布置在燃燒室中央，有利于燃燒），火花塞布置在燃燒室中央，有利于燃燒五氣門機構(gòu)，三個進氣門，兩個排氣五氣門機構(gòu)，三個進氣門，兩個排氣門，明顯增加充量系數(shù)，但機構(gòu)更加門，明顯增加充量系數(shù)，但機構(gòu)更加復雜復雜u HEMI燃燒室燃燒室第六章第六章 內(nèi)燃機換氣過程與配氣機構(gòu)內(nèi)燃機換氣過程與配氣機構(gòu)Hemispherical combustion chambers（半球形燃燒室）（半球形燃燒室） 平頂缸蓋結(jié)構(gòu)平頂缸蓋結(jié)構(gòu)HEMI半球形缸蓋結(jié)構(gòu)半球形缸蓋結(jié)構(gòu) 美國汽車工業(yè)黃金美國汽車工業(yè)黃金20年中（上世紀年中（上世紀50年代到年代到70年代），年代），克萊斯勒克萊斯勒的的HEMI發(fā)動機一直

50、是性能最強勁、最受消費者歡迎的發(fā)動機代表作。發(fā)動機一直是性能最強勁、最受消費者歡迎的發(fā)動機代表作。 平頂缸蓋（平頂缸蓋（已消失已消失）受制于配氣機構(gòu)的物理結(jié)構(gòu)，氣門大小一直有限。）受制于配氣機構(gòu)的物理結(jié)構(gòu)，氣門大小一直有限。HEMI發(fā)動機的半球形設計，可以將氣門置于頂蓋之中，并且氣門面積做大，發(fā)動機的半球形設計，可以將氣門置于頂蓋之中，并且氣門面積做大，可大幅提升進排氣效率，這也是四氣門技術大量應用之前，最為高效的兩可大幅提升進排氣效率，這也是四氣門技術大量應用之前，最為高效的兩氣門技術之一。氣門技術之一。 為了實現(xiàn)單缸四氣門結(jié)構(gòu)，為了實現(xiàn)單缸四氣門結(jié)構(gòu)，HEMI對半球形燃燒室進行改造，變成棱

51、頂對半球形燃燒室進行改造，變成棱頂型燃燒室。型燃燒室。HEMI大尺寸進氣門大尺寸進氣門HEMI棱頂型缸蓋結(jié)構(gòu)棱頂型缸蓋結(jié)構(gòu) 提高充量系數(shù)的措施提高充量系數(shù)的措施第六章第六章 內(nèi)燃機換氣過程與配氣機構(gòu)內(nèi)燃機換氣過程與配氣機構(gòu)減少進氣門處的流動損失減少進氣門處的流動損失改善進氣門和氣門座處的流體動力性能改善進氣門和氣門座處的流體動力性能 氣門和氣門座的結(jié)構(gòu)型式影響氣流流經(jīng)時的流動特性，從而對流動氣門和氣門座的結(jié)構(gòu)型式影響氣流流經(jīng)時的流動特性，從而對流動損失也有一定的影響。損失也有一定的影響。 氣門升程較小時，氣門升程較小時，氣門座合面錐角氣門座合面錐角對氣門流通截面積的影響較大對氣門流通截面積的影

52、響較大，若采用較小的錐角可以加大流通截面積，減小氣流流動損失。但是錐角若采用較小的錐角可以加大流通截面積，減小氣流流動損失。但是錐角過小，會增加流經(jīng)氣門時氣流的轉(zhuǎn)折，從而使渦流損失增大；此外，隨過小，會增加流經(jīng)氣門時氣流的轉(zhuǎn)折，從而使渦流損失增大；此外，隨著錐角的減小，還會減小氣門盤的剛度和增加氣門座合面的壓力。目前著錐角的減小，還會減小氣門盤的剛度和增加氣門座合面的壓力。目前內(nèi)燃機的氣門座合面錐角大都采用內(nèi)燃機的氣門座合面錐角大都采用30或或45。 根據(jù)進氣流通的型線，適當根據(jù)進氣流通的型線，適當加大氣門桿到氣門盤處的過渡圓弧半徑加大氣門桿到氣門盤處的過渡圓弧半徑R，也可以減少流通阻力。，也

53、可以減少流通阻力。改進凸輪廓線設計和進氣門的升程規(guī)律改進凸輪廓線設計和進氣門的升程規(guī)律 流通截面盡量大（流通截面盡量大（氣門開足和全閉氣門開足和全閉）；）；氣門開啟和關閉迅速氣門開啟和關閉迅速，提高充氣效率。，提高充氣效率。采用較小的采用較小的S/D值值 在內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速不變的條件下，行程在內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速不變的條件下，行程S減小，減小，活塞的平均速度減小活塞的平均速度減?。粴忾T直徑可因氣缸直徑；氣門直徑可因氣缸直徑D的加大而有的加大而有所增大，從而使所增大，從而使進氣流動損失減小進氣流動損失減小，提高充量系數(shù)。，提高充量系數(shù)。 提高充量系數(shù)的措施提高充量系數(shù)的措施第六章第六章 內(nèi)燃機換氣過程與配氣機構(gòu)

54、內(nèi)燃機換氣過程與配氣機構(gòu)合理選擇配氣相位合理選擇配氣相位內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)速不同，相應的最佳配氣相位也不同內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)速不同，相應的最佳配氣相位也不同，這主要是由于氣流的速度及氣缸和進、排氣管中壓，這主要是由于氣流的速度及氣缸和進、排氣管中壓力波的變化規(guī)律與內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)速相關。力波的變化規(guī)律與內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)速相關。在內(nèi)燃機的配氣相位中，在內(nèi)燃機的配氣相位中，進氣滯后角進氣滯后角對充量系數(shù)的影響最大，對充量系數(shù)的影響最大，進排氣重疊角進排氣重疊角次之，而其他則在一般情次之，而其他則在一般情況下對充量系數(shù)無重大影響。況下對充量系數(shù)無重大影響。進氣滯后角對充量系數(shù)和功率的影響進氣滯后角對充量系數(shù)和功率的影響 （1）

55、在某一轉(zhuǎn)速下充量系數(shù)達到最大值，說明在這個轉(zhuǎn)速下工在某一轉(zhuǎn)速下充量系數(shù)達到最大值，說明在這個轉(zhuǎn)速下工作能最好的利用氣流慣性充氣作能最好的利用氣流慣性充氣。當轉(zhuǎn)速高于此轉(zhuǎn)速時，氣流慣性增加，。當轉(zhuǎn)速高于此轉(zhuǎn)速時，氣流慣性增加，但由于進氣滯后角不變，就使一部分本來可以利用氣流慣性進入氣缸但由于進氣滯后角不變，就使一部分本來可以利用氣流慣性進入氣缸的氣體被關在氣缸之外，另外轉(zhuǎn)速升高，流動阻力增加，所以使充量的氣體被關在氣缸之外，另外轉(zhuǎn)速升高，流動阻力增加，所以使充量系數(shù)下降；當轉(zhuǎn)速低于此轉(zhuǎn)速時，氣流慣性減小，又可能使一部分氣系數(shù)下降；當轉(zhuǎn)速低于此轉(zhuǎn)速時，氣流慣性減小，又可能使一部分氣體被推回進氣管，

56、充量系數(shù)也下降。體被推回進氣管，充量系數(shù)也下降。 （2）不同的進氣滯后角，充量系數(shù)最大值對應的轉(zhuǎn)速不同不同的進氣滯后角，充量系數(shù)最大值對應的轉(zhuǎn)速不同，進進氣滯后角增大，充量系數(shù)最大值對應的轉(zhuǎn)速則增加氣滯后角增大，充量系數(shù)最大值對應的轉(zhuǎn)速則增加。 一般高速內(nèi)燃機的進氣滯后角較大，以增加高速下的充量系數(shù)一般高速內(nèi)燃機的進氣滯后角較大，以增加高速下的充量系數(shù)（最大限度減小流動阻力最大限度減小流動阻力），有利于提高最大功率，但對低速性能則），有利于提高最大功率，但對低速性能則不利（不利（新鮮充量向進氣系統(tǒng)倒流新鮮充量向進氣系統(tǒng)倒流）；反之，減小進氣滯后角，雖然有）；反之，減小進氣滯后角，雖然有利于利于

57、提高最大轉(zhuǎn)矩（對應于充量系數(shù)最大的速度點）提高最大轉(zhuǎn)矩（對應于充量系數(shù)最大的速度點），但降低了最大，但降低了最大功率。近年來，利用功率。近年來，利用可變氣門正時可變氣門正時技術可以調(diào)整高、低速時的進氣滯技術可以調(diào)整高、低速時的進氣滯后角。后角。 （3）高速非增壓內(nèi)燃機高速非增壓內(nèi)燃機的進排氣重疊角一般在的進排氣重疊角一般在2070CA范圍內(nèi)。范圍內(nèi)。進排氣重疊角在進排氣重疊角在40CA以下時，以下時，基本上不存在燃燒室的掃氣作用基本上不存在燃燒室的掃氣作用。車用汽油機的使用轉(zhuǎn)速范圍廣，當發(fā)動機在低速、小負荷時，進氣管真空度。車用汽油機的使用轉(zhuǎn)速范圍廣，當發(fā)動機在低速、小負荷時，進氣管真空度大，

58、且同樣的疊開角對應的時間長，會產(chǎn)生廢氣倒流，故為改善低速性能及怠速穩(wěn)定性，要求氣門疊開角小。大，且同樣的疊開角對應的時間長，會產(chǎn)生廢氣倒流，故為改善低速性能及怠速穩(wěn)定性，要求氣門疊開角小。在車用增壓汽油機中，為保證低速性能，氣門疊開角也通?？刂圃谂c非增壓機同等的程度。增壓柴油機的疊開在車用增壓汽油機中，為保證低速性能，氣門疊開角也通?？刂圃谂c非增壓機同等的程度。增壓柴油機的疊開角可達角可達100140CA。由于強烈的掃氣作用，殘余廢氣掃除干凈，且燃燒室壁面溫度下降，減少了對充量。由于強烈的掃氣作用，殘余廢氣掃除干凈，且燃燒室壁面溫度下降，減少了對充量的熱傳導，因此充量系數(shù)相對增大。的熱傳導，因

59、此充量系數(shù)相對增大。 提高充量系數(shù)的措施提高充量系數(shù)的措施第六章第六章 內(nèi)燃機換氣過程與配氣機內(nèi)燃機換氣過程與配氣機構(gòu)構(gòu)合理利用進氣諧振合理利用進氣諧振進氣管內(nèi)的進氣管內(nèi)的負壓波負壓波：在進氣行程前半期，由于活塞下行的吸入作用，氣缸內(nèi)產(chǎn)生負壓，新鮮工質(zhì)從進氣：在進氣行程前半期，由于活塞下行的吸入作用，氣缸內(nèi)產(chǎn)生負壓，新鮮工質(zhì)從進氣管流入，同時傳出管流入，同時傳出負壓波負壓波（由于（由于慣性效應慣性效應而產(chǎn)生），經(jīng)氣門、氣道沿進氣管向外傳播，傳播速度為聲速。而產(chǎn)生），經(jīng)氣門、氣道沿進氣管向外傳播，傳播速度為聲速。負壓與負壓與進氣管直徑進氣管直徑相關（相關（由流體力學原理可知，管道截面積越大，流體

60、壓力越??；管道截面積越小，流由流體力學原理可知，管道截面積越大，流體壓力越小；管道截面積越小，流體壓力越大體壓力越大），因此在），因此在發(fā)動機低速發(fā)動機低速時，如果使用截面積較小的進氣歧管，可以增加進氣的氣流速度和氣時，如果使用截面積較小的進氣歧管，可以增加進氣的氣流速度和氣壓強度，提高充量系數(shù)；壓強度，提高充量系數(shù)；發(fā)動機高速發(fā)動機高速時需要大量氣體，進氣歧管如果截面積較大，可以吸入更多的氣體，時需要大量氣體，進氣歧管如果截面積較大，可以吸入更多的氣體，同樣可提高充量系數(shù)。同樣可提高充量系數(shù)。進氣管的進氣管的波動效應波動效應：進氣門關閉時，進氣管內(nèi)流動的空氣因急速停止而受到壓縮，即當氣門關閉