《內燃機的換氣過程》課件

內燃機的換氣過程本次演講將深入探討內燃機的換氣過程，這是影響發(fā)動機性能和效率的關鍵環(huán)節(jié)。我們將從基礎概念開始，逐步深入到復雜的技術細節(jié)。緒論換氣過程的定義內燃機中新鮮空氣與燃燒后廢氣交換的過程。重要性直接影響發(fā)動機的功率輸出和燃油經濟性。研究意義優(yōu)化換氣過程可提高發(fā)動機效率，減少排放。內燃機的工作過程1吸氣新鮮空氣或混合氣進入氣缸。2壓縮活塞上移，壓縮氣體。3做功燃料燃燒，推動活塞下移。4排氣廢氣排出氣缸。內燃機的主要組成部件活塞在氣缸內往復運動，實現(xiàn)壓縮和膨脹。曲軸將活塞的往復運動轉換為旋轉運動。氣缸活塞運動的空間，內部發(fā)生燃燒反應。氣門控制進氣和排氣的開閉。內燃機的分類按工作循環(huán)分類四沖程發(fā)動機二沖程發(fā)動機按燃料類型分類汽油機柴油機按氣缸排列方式分類直列式V型水平對置式汽油機的工作過程進氣行程活塞下降，吸入空氣和霧化汽油混合物。壓縮行程活塞上升，壓縮混合氣。做功行程火花塞點火，混合氣燃燒膨脹，推動活塞下降。排氣行程活塞上升，將燃燒后的廢氣排出。柴油機的工作過程進氣行程活塞下降，吸入純空氣。壓縮行程活塞上升，壓縮空氣至高溫高壓。做功行程噴油器噴入柴油，自燃膨脹，推動活塞下降。排氣行程活塞上升，排出燃燒后的廢氣。四沖程機的進氣過程1進氣門開啟在上止點前略微開啟，為進氣做準備。2活塞下降氣缸容積增大，形成負壓，吸入新鮮氣體。3充氣效率受進氣門開啟時間、氣門升程等因素影響。4進氣門關閉在下止點后略微關閉，利用氣體慣性增加充氣量。四沖程機的排氣過程1排氣門提前開啟在做功行程末期開啟，利用高壓廢氣自行排出。2活塞上升推動剩余廢氣排出氣缸。3排氣門延遲關閉利用廢氣慣性繼續(xù)排氣，同時幫助吸入新鮮氣體。兩沖程機的進氣過程掃氣口開啟活塞下降露出掃氣口，新鮮混合氣進入曲軸箱。預壓縮活塞上升，壓縮曲軸箱中的混合氣。進氣沖程活塞下降，壓縮的混合氣通過掃氣道進入氣缸。氣流導向掃氣道設計影響氣流方向，決定換氣效率。兩沖程機的排氣過程1排氣口開啟活塞下降露出排氣口，高壓廢氣開始排出。2掃氣過程新鮮混合氣進入，推動剩余廢氣排出。3排氣口關閉活塞上升覆蓋排氣口，完成排氣過程。兩沖程機的特點優(yōu)點結構簡單，重量輕每轉動一周完成一個工作循環(huán)功率密度高缺點燃油經濟性較差排放控制困難機械損耗大換氣過程的意義1提高發(fā)動機效率2增加功率輸出3降低燃油消耗4減少有害排放5延長發(fā)動機壽命換氣過程的優(yōu)化是提升內燃機性能的關鍵。良好的換氣可以顯著改善發(fā)動機的各項指標。換氣過程的影響因素氣門正時影響進排氣的時機和持續(xù)時間。進氣系統(tǒng)設計決定進氣阻力和氣流分布。排氣系統(tǒng)結構影響排氣背壓和廢氣清除效率?；钊\動特性影響氣體流動速度和方向。進氣系統(tǒng)的主要組成空氣濾清器過濾空氣中的灰塵和雜質，保護發(fā)動機。節(jié)氣門控制進入發(fā)動機的空氣量，調節(jié)發(fā)動機功率。進氣歧管將空氣均勻分配到各缸，影響充氣效率。增壓器（可選）提高進氣壓力，增加發(fā)動機功率。排氣系統(tǒng)的主要組成排氣歧管收集并導出各缸的廢氣，減小排氣阻力。催化轉化器轉化有害氣體，減少污染物排放。消音器降低排氣噪聲，提高舒適性。廢氣渦輪（增壓發(fā)動機）利用廢氣能量驅動壓氣機，提高進氣壓力。節(jié)氣門的作用和原理作用控制進氣量調節(jié)發(fā)動機功率影響燃油經濟性原理通過改變開度來控制進入發(fā)動機的空氣流量。開度越大，進氣量越多，發(fā)動機功率越大。渦輪增壓器的原理廢氣驅動高溫高速廢氣推動渦輪轉動。壓縮空氣渦輪帶動壓氣機，壓縮進氣。增加進氣量壓縮空氣進入氣缸，提高充氣效率。提升功率更多空氣參與燃燒，增加發(fā)動機輸出。增壓技術對內燃機性能的影響提高功率密度同等排量下，增壓發(fā)動機功率更大。改善燃油經濟性可使用小排量發(fā)動機獲得大排量性能，降低油耗。減少排放優(yōu)化燃燒過程，減少有害氣體排放。提高高海拔性能補償高海拔地區(qū)空氣稀薄的影響。發(fā)動機供氣系統(tǒng)的排放控制EGR系統(tǒng)降低燃燒溫度，減少氮氧化物排放。催化轉化器轉化CO、HC和NOx為無害氣體。顆粒捕集器過濾柴油機排氣中的顆粒物。氧傳感器監(jiān)測排氣成分，優(yōu)化空燃比。發(fā)動機供氣系統(tǒng)的噪聲控制進氣消音器降低進氣系統(tǒng)產生的噪聲。排氣消音器減少排氣噪聲，通常采用多腔體設計。共振腔吸收特定頻率的聲波，降低整體噪聲。隔音材料在關鍵部位使用隔音材料，阻隔噪聲傳播。供氣系統(tǒng)的優(yōu)化設計1計算機模擬使用CFD軟件模擬氣流動態(tài)，優(yōu)化管道設計。2實驗驗證在發(fā)動機試驗臺上測試不同設計方案的效果。3材料選擇選用輕量化、耐熱材料，提高系統(tǒng)效率。4集成設計將各子系統(tǒng)有機結合，優(yōu)化整體性能。燃燒室的設計要求高效燃燒形狀設計應促進充分混合和快速燃燒。熱損失最小化優(yōu)化表面積與體積比，減少熱量損失?？贡鹦阅鼙苊饩植扛邷攸c，防止異常燃燒。易于加工考慮制造工藝，確保質量一致性。氣門的設計要求進氣門大直徑，提高充氣效率良好的導流性能耐腐蝕性能好排氣門耐高溫、高壓抗氧化性能強導熱性能好氣門正時的選擇1進氣門提前開啟利用廢氣慣性吸入新鮮氣體。2進氣門延遲關閉利用氣流慣性增加充氣量。3排氣門提前開啟利用高壓廢氣自行排出，減少泵氣損失。4排氣門延遲關閉利用排氣慣性繼續(xù)清除廢氣。進排氣道的設計要求流動阻力小減少壓力損失，提高換氣效率。良好的渦流特性促進燃料與空氣混合，提高燃燒效率。合理的熱管理控制進氣溫度，提高充氣效率。均勻分配確保各缸進氣量一致，提高發(fā)動機平衡性。進排氣門的選擇進氣門較大直徑，提高充氣系數(shù)輕量化設計，減少慣性損失耐磨性好，適應頻繁開閉排氣門耐高溫材料，如鎳基合金填充鈉，提高散熱性能表面硬化處理，提高耐磨性排氣歧管的設計等長原則各缸排氣管長度相等，平衡排氣阻力。合理布局避免急彎，減少流動損失。材料選擇使用耐高溫、輕量化材料，如不銹鋼或鑄鐵。隔熱設計減少熱量損失，保持排氣溫度，有利于后處理系統(tǒng)工作。渦輪增壓器的選擇匹配發(fā)動機特性根據(jù)發(fā)動機排量和工作特性選擇合適的渦輪增壓器。響應性能考慮渦輪慣性，選擇快速響應的增壓器。增壓壓比選擇合適的增壓壓比，平衡功率和可靠性。耐久性考慮軸承設計和材料選擇，確保長期可靠運行。供氣系統(tǒng)設計要點總結1整體協(xié)調2流動優(yōu)化3熱管理4材料選擇5可靠性設計供氣系統(tǒng)設計需要