第2章內(nèi)燃機(jī)的充量更換

第二章內(nèi)燃機(jī)的充量更換第一節(jié)四沖程內(nèi)燃機(jī)的換氣過程第二節(jié)四沖程內(nèi)燃機(jī)的換氣損失第三節(jié)提高內(nèi)燃機(jī)充量系數(shù)的措施第四節(jié)二沖程內(nèi)燃機(jī)的換氣第五節(jié)進(jìn)、排氣管內(nèi)動(dòng)力效應(yīng)的應(yīng)用第二章內(nèi)燃機(jī)的充量更換

第二章內(nèi)燃機(jī)的充量更換第二章內(nèi)燃機(jī)的充量更換第一節(jié)四沖程內(nèi)燃機(jī)的換氣過程一、排氣階段（一）按排氣的主要?jiǎng)右蚍治?、自由排氣階段：廢氣靠自身壓力自行排出氣缸。排氣門開到排氣下止點(diǎn)缸內(nèi)氣體壓力高于排氣管內(nèi)的排氣背壓，缸內(nèi)氣體可以自由地排出缸外（另一種劃分方法：排氣門開到缸內(nèi)壓力接近排氣管內(nèi)壓力）。為降低排氣消耗功，排氣門提前開，排氣門提前角30—80°第一節(jié)四沖程內(nèi)燃機(jī)的換氣過程

第一節(jié)四沖程內(nèi)燃機(jī)的換氣過程

第一節(jié)四沖程內(nèi)燃機(jī)的換氣過程

第一節(jié)四沖程內(nèi)燃機(jī)的換氣過程

第一節(jié)四沖程內(nèi)燃機(jī)的換氣過程三、氣門疊開和燃燒室掃氣過程排氣門晚關(guān)，進(jìn)氣門早開，存在同時(shí)開啟現(xiàn)象，稱為氣門疊開。氣門疊開把進(jìn)氣系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)和燃燒室三者溝通起來。利用壓差、慣性或進(jìn)、排氣壓力波，進(jìn)行掃氣，提高充氣系數(shù)、降低燃燒室溫度及殘余廢氣量。重疊角大，排氣倒流。汽油機(jī)：進(jìn)氣是可燃混合氣，且進(jìn)氣管內(nèi)壓力低于P0

，高溫廢氣易竄入進(jìn)氣管，引起回火，疊開角小，20—30°。非增壓柴油機(jī)：進(jìn)氣管壓力接近P0

，允許適當(dāng)采用較大氣門重疊角，以提高常用轉(zhuǎn)速內(nèi)的充量，一般在20—80°。增壓柴油機(jī)：進(jìn)氣壓力大于排氣壓力，一部分新氣通過燃燒室進(jìn)入排氣管，掃除燃燒室內(nèi)的殘余廢氣，稱掃氣，使高溫零件溫度降低，發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)新鮮充量增加，故采用較大的重疊角，一般80—140°。第二節(jié)四沖程內(nèi)燃機(jī)的換氣損失換氣損失：理論換氣功與實(shí)際換氣功之差，由排氣損失和進(jìn)氣損失兩部分組成。一、排氣損失1）自由排氣損失W—膨脹功減少2）強(qiáng)制排氣損失X—推出損失功排氣提前角增大—W增大—X小，最佳排氣提前角，W+X最小二、進(jìn)氣損失進(jìn)氣過程消耗功，克服進(jìn)氣阻力，加速氣體，Y換氣損失：W+X+Y第二節(jié)四沖程內(nèi)燃機(jī)的換氣損失三、泵氣功與泵氣損失1、泵氣損失X+Y-u，在機(jī)械損失中考慮。2、影響因素（1）負(fù)荷下降汽油機(jī)：節(jié)流，進(jìn)氣管壓力下降泵氣功增加自由排氣量下降，推出功增加柴油機(jī)：基本不變或略有增加。（2）發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n增加，殘余廢氣增加，進(jìn)氣終了缸內(nèi)壓力下降，泵損失增加第三節(jié)提高充量系數(shù)的措施

第三節(jié)提高充量系數(shù)的措施（二）充氣系數(shù)Vs大，m1大，Vs小，m1小，評(píng)價(jià)換氣過程的完善程度，所用指標(biāo)應(yīng)不受Vs大小的影響，為此引入充量系數(shù)。自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)、增壓發(fā)動(dòng)機(jī)、增壓中冷發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣狀態(tài)分別為當(dāng)?shù)丨h(huán)境的大氣狀態(tài)、增壓器出口的空氣狀態(tài)和冷卻器出口的空氣狀態(tài)。第三節(jié)提高充量系數(shù)的措施

第三節(jié)提高充量系數(shù)的措施

第三節(jié)提高充量系數(shù)的措施

第三節(jié)提高充量系數(shù)的措施

第三節(jié)提高充量系數(shù)的措施

第三節(jié)提高充量系數(shù)的措施

第三節(jié)提高充量系數(shù)的措施（一）降低進(jìn)氣系統(tǒng)的阻力減小進(jìn)氣管與進(jìn)氣系統(tǒng)附件的流動(dòng)阻力增大流通面積、減少彎曲及截面突變、盡可能縮短進(jìn)氣管和進(jìn)氣道的長度。降低空濾器、節(jié)氣門等阻力。

第三節(jié)提高充量系數(shù)的措施（二）降低排氣系統(tǒng)的阻力排氣系統(tǒng)包括：排氣門、排氣道、排氣管和消聲器。改善排氣門及排氣門處的幾何形狀排氣道作成擴(kuò)壓形，使通過的氣體的部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓能，使氣缸內(nèi)的殘氣壓力下降，殘余廢氣量下降，充量系數(shù)增加。多氣門結(jié)構(gòu)可變技術(shù)合理設(shè)計(jì)排氣管路降低后處理系統(tǒng)和消聲器的阻力損失第三節(jié)提高充量系數(shù)的措施（三）減少對(duì)進(jìn)氣充量的加熱。柴油機(jī)進(jìn)排氣管兩側(cè)分開布置汽油機(jī)，為利用廢氣加熱進(jìn)氣，進(jìn)排氣管同側(cè)布置，但予熱量在保證蒸發(fā)條件下，控制在最小。有些汽油機(jī)中，為提高充量系數(shù)，進(jìn)排氣管兩側(cè)分開布置。第三節(jié)提高充量系數(shù)的措施（四）合理選擇配氣定時(shí)配氣正時(shí)對(duì)充量系數(shù)有重要影響，合理的配氣正時(shí)，可以達(dá)到最佳充氣效果得到符合使用要求的扭矩曲線。配氣相位中進(jìn)氣遲關(guān)角對(duì)充量系數(shù)影響最大，因?yàn)檫M(jìn)氣遲關(guān)期間是利用氣流慣性進(jìn)行過后充氣的時(shí)間。第三節(jié)提高充量系數(shù)的措施轉(zhuǎn)速一定時(shí)，進(jìn)氣遲關(guān)角對(duì)充量系數(shù)的影響在某一進(jìn)氣遲關(guān)角，充量系數(shù)有最大值，稱此遲關(guān)角為該轉(zhuǎn)速下的最佳遲關(guān)角。發(fā)動(dòng)機(jī)n一定，氣流慣性一定，最佳遲關(guān)角一定，動(dòng)能完全利用。進(jìn)氣壓力+慣性壓力=缸壓。當(dāng)進(jìn)氣遲關(guān)角小于最佳遲關(guān)角時(shí)，進(jìn)氣壓力+慣性壓力〉缸壓力，氣體的動(dòng)能還很大，可以進(jìn)行慣性充氣，但進(jìn)氣門關(guān)了，沒有充分利用，充量系數(shù)下降。當(dāng)時(shí)進(jìn)氣遲關(guān)角大于最佳遲關(guān)角時(shí)，缸壓力〉進(jìn)氣壓力+慣性壓力，進(jìn)入氣缸的氣體被推出氣缸（進(jìn)氣倒流），充量系數(shù)下降。高速發(fā)動(dòng)機(jī)氣流慣性大，最佳遲關(guān)角大，低速發(fā)動(dòng)機(jī)氣流慣性小，最佳遲關(guān)角小。第三節(jié)提高充量系數(shù)的措施當(dāng)進(jìn)氣遲關(guān)角一定時(shí)，n對(duì)充量系數(shù)的影響某n下，充量系數(shù)最大，氣流慣性利用最好，進(jìn)氣壓力+慣性壓力=缸壓當(dāng)n增加時(shí)，氣流慣性大，但氣門關(guān)閉了，沒有充分利用，同時(shí)，進(jìn)氣壓力降增大，缸內(nèi)壓力下降。進(jìn)氣壓力+慣性壓力〉缸壓力當(dāng)n下降時(shí)，氣流慣性下降，缸壓力〉進(jìn)氣壓力+慣性壓力，進(jìn)氣倒流，充量系數(shù)下降。第三節(jié)提高充量系數(shù)的措施

第三節(jié)提高充量系數(shù)的措施4、選擇氣門定時(shí)考慮的因素（1）提高充量系數(shù)（2）必要的掃氣（3）合適的排溫（4）合適的φc—n曲線（5）減小換氣損失（五）合理利用進(jìn)氣諧振第四節(jié)二沖程內(nèi)燃機(jī)的換氣

一、二沖程內(nèi)燃機(jī)的換氣過程及示功圖（1）自由排氣（先期排氣）自由排氣，廢氣以音速流出，超臨界流動(dòng)，排氣口開到掃氣口開。排氣量與排氣管內(nèi)的氣體狀態(tài)無關(guān)，只取決于缸內(nèi)的狀態(tài)和排氣口流通截面的大小。排出氣體約為70—80%。（2）掃氣與強(qiáng)制排氣階段用新氣強(qiáng)制排出廢氣，掃氣口開到掃氣口關(guān)。流出部分新氣。（3）過后排氣或過后充氣階段掃氣口關(guān)到排氣口關(guān)。第四節(jié)二沖程內(nèi)燃機(jī)的換氣

有效工作容積：Vs=Vs'

-Ve=Vs'（1-ψ

）式中：Vs'—活塞行程容積Ve—損失容積Vs—有效工作容積ψ—行程損失百分比，ψ=Ve/Vs'實(shí)際壓縮比：

ε=(Vc+Vs)/Vc

幾何壓縮比：ε‘=(Vc+Vs')/Vc

ε‘=(ε-ψ)/（1-ψ

）

第四節(jié)二沖程內(nèi)燃機(jī)的換氣

二、二沖程內(nèi)燃機(jī)換氣過程的特點(diǎn)新鮮充量均需要由專門的泵（掃氣泵），提高其壓力，再充入氣缸，稱掃氣，掃氣是二沖程內(nèi)燃機(jī)的換氣特點(diǎn)。掃氣機(jī)構(gòu)有三種，曲軸箱掃氣，單獨(dú)掃氣泵與廢氣渦輪增壓。（1）換氣時(shí)間短（2）進(jìn)排氣過程同時(shí)進(jìn)行（3）掃氣消耗功大（4）HC排放高第四節(jié)二沖程內(nèi)燃機(jī)的換氣

三、換氣品質(zhì)的評(píng)價(jià)掃氣系數(shù)：換氣過程結(jié)束后，留在氣缸內(nèi)的新鮮充量m1與缸內(nèi)氣體總質(zhì)量m0的比值。

Φs=m1/m0=m1/(m1+mr)式中：mr—?dú)堄鄰U氣質(zhì)量。評(píng)價(jià)掃氣效果優(yōu)劣的重要參數(shù)，越大，掃敢效果越好，極限情況是1，則mr為0，意味著完全掃氣，殘余廢氣系數(shù)是0。第四節(jié)二沖程內(nèi)燃機(jī)的換氣

過量掃氣系數(shù)（給氣比）：每循環(huán)流過掃氣口的充量質(zhì)量mk與掃氣狀態(tài)Ps、Ts下氣缸工作容積的充量質(zhì)量ms之比。

Φk=mk/ms掃氣總量占進(jìn)氣量的比值，掃氣系統(tǒng)越完善，能達(dá)到同樣換氣效果的Φk越小，消耗于驅(qū)動(dòng)掃氣泵的功率也越小。理想換氣系統(tǒng)，在盡可能小的過量掃氣系數(shù)前提下，獲得盡可能高的掃氣系數(shù)，降低殘余廢氣系數(shù)。第四節(jié)二沖程內(nèi)燃機(jī)的換氣

四、各種換氣方案比較1、橫流掃氣(Crossscavenge)：特點(diǎn)：掃氣口與排氣口布置在對(duì)面，掃氣口，縱、橫方向有傾角，控制方向，掃氣定時(shí)對(duì)稱，有額外排氣。缺點(diǎn)：下部區(qū)域易殘留廢氣，上部區(qū)域易短路換氣效果差；活塞氣缸受熱不均勻，排氣口側(cè)受熱嚴(yán)重，掃氣口側(cè)溫度較低；由于掃氣壓力作用，活塞組單邊摩損。第四節(jié)二沖程內(nèi)燃機(jī)的換氣

2、回流掃氣(Loopscavenge)：掃氣口與排氣口位于氣缸同側(cè)，掃氣口在縱橫向上有傾角，使氣流沿活塞頂氣缸壁向上形成回流克服橫流掃氣易路缺點(diǎn)，掃氣效果好，結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，應(yīng)用廣泛。第四節(jié)二沖程內(nèi)燃機(jī)的換氣

3、直流掃氣(Uniflowscanvenge)：掃氣流沿氣缸軸線運(yùn)動(dòng)，換氣品質(zhì)最好，掃氣口沿切線方向排列，使掃氣流旋轉(zhuǎn)形成氣墊，避免與廢氣相混，并將廢氣推出氣缸。由于是氣閥氣口式，可以實(shí)現(xiàn)不對(duì)稱換氣，使排氣閥關(guān)閉早，實(shí)現(xiàn)過后充氣。活塞受掃氣空氣冷卻作用，工作條件較好。沖程損失系數(shù)小，掃氣口沿整個(gè)圓周布置，孔高可以縮短。第五節(jié)進(jìn)、排氣管內(nèi)動(dòng)力效應(yīng)的應(yīng)用由間斷進(jìn)氣引起的進(jìn)氣壓力波對(duì)內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣量影響很大，進(jìn)氣管長度、直徑等進(jìn)氣系統(tǒng)參數(shù)會(huì)改變進(jìn)氣壓力波，因而適當(dāng)調(diào)整這些參數(shù)可以利用進(jìn)氣管的壓力波以增加充氣效率，改善扭矩。進(jìn)氣管的慣性效應(yīng)（本循環(huán)波動(dòng)效應(yīng)）進(jìn)氣管波動(dòng)效應(yīng)（前一循環(huán)的波動(dòng)效應(yīng)）壓力波的固有頻率：f1=C/（4L*）式中：L*—進(jìn)氣管當(dāng)量長度

C—音速進(jìn)氣頻率：

f2=n/120波動(dòng)次數(shù)：

q2=f1/f2=30C/（nL*）第五節(jié)進(jìn)、排氣管內(nèi)動(dòng)力效應(yīng)的應(yīng)用q2=f1/f2=30C/（nL*）即在進(jìn)氣周期內(nèi)壓力波的波動(dòng)次數(shù)，表示壓力波頻率與內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣頻率之間的配合關(guān)系。當(dāng)q2=1.5、2.5……時(shí)，下一次氣門開啟，正好與正的壓力波相重合，充量系數(shù)增加；而當(dāng)：q2=1、2……時(shí)，下次氣門開啟時(shí)，與負(fù)壓力波重合，充量系數(shù)下降.q2越小，需要進(jìn)氣管越長，q2大，由摩