第二章發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過程(自)教程.ppt

1、第二章 發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過程,四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過程 四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的充氣效率 影響充氣效率的各種因素 提高充氣效率的措施 進(jìn)氣管內(nèi)的動(dòng)態(tài)效應(yīng),一 配氣定時(shí),排氣提前角4080 排氣遲閉角1035 進(jìn)氣提前角 040 進(jìn)氣遲閉角4080 氣門疊開角 = 進(jìn)氣提前角+排氣遲閉角,二 換氣過程,自由排氣 強(qiáng)制排氣 氣門疊開 進(jìn)氣,自由排氣階段 A ：靠缸內(nèi)壓力將氣體擠出氣缸 強(qiáng)制排氣階段 B ：靠活塞上行將廢氣擠出氣缸 超臨界排氣 C ： 亞臨界排氣 D ：,自由排氣階段中排出的廢氣量與內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速無關(guān)，但在高速時(shí)，同樣的排氣時(shí)間對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角將大為增加。為使氣缸壓力及時(shí)下降，必須加大排氣提前角，否則將

2、使自由排氣階段(以曲軸轉(zhuǎn)角計(jì))延長、排氣消耗功增加。所以，隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的增加應(yīng)相應(yīng)增大排氣提前角。 自由排氣階段雖然占整個(gè)排氣時(shí)間的比例不大，但由于排氣流速很高，排出的廢氣量可達(dá)60%以上，一般持續(xù)到下止點(diǎn)后1030(CA)結(jié)束。,進(jìn)氣過程和氣門疊開角 氣閥疊開角 ：非增壓：2060 CA 增壓：110140 CA 掃氣的作用： （1）清除廢氣。 （2）降低排氣溫度。 （3）降低熱負(fù)荷最嚴(yán)重處（如氣閥、活塞等）的溫度。,三 換氣損失,理論循環(huán)換氣功與實(shí)際循環(huán)換氣功之差 換氣損失功 = X+（Y+W ） 排氣損失功Y+W 進(jìn)氣損失功X 泵氣損失功（X+Y-d）,對(duì)于增壓內(nèi)燃機(jī)而言，理論的換氣過程

3、是經(jīng)過壓縮的新鮮充量以增壓壓力pb等壓地流人氣缸，而排氣則以pT等壓地排出，進(jìn)氣與排氣壓力值均高于大氣壓力，且pbpT。這樣，換氣過程所獲得的功(其值為正)為圖中的矩形面積所示；而實(shí)際的換氣過程中，換氣過程所獲得的功卻是圖中的封閉曲線面積，小于理論循環(huán)值，兩者之差就是換氣損失，其大小可由圖中的陰影面積來表示。 由于換氣過程主要是由進(jìn)氣過程和排氣過程所組成，因而其損失也是由進(jìn)氣損失和排氣損失兩部分組成。,排氣損失,自由排氣損失（排氣門提前打開損失） 強(qiáng)制排氣損失 隨著排氣提前角的增大，自由排氣損失增加，而強(qiáng)制排氣損失減小，最有利的排氣提前角，應(yīng)當(dāng)是使兩者損失之和為最小。,進(jìn)氣損失,合理調(diào)整配氣定

4、時(shí)，加大進(jìn)氣門的流通截面、正確設(shè)計(jì)進(jìn)氣管及進(jìn)氣道的流動(dòng)路徑以及降低活塞平均速度等，都會(huì)使進(jìn)氣損失減少,2-2 四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)充氣效率,一 充氣效率 實(shí)際測(cè)量:,柴油機(jī)：0.750.90，汽油機(jī)：0.700.85。,二 充氣效率的分析式,下標(biāo)0:大氣狀態(tài) 下標(biāo)a:進(jìn)氣終了時(shí)缸內(nèi)狀態(tài) 下標(biāo)r:排氣終了時(shí)殘余廢氣狀態(tài),2-3 影響充氣效率的因素,進(jìn)氣終了壓力 進(jìn)氣終了溫度 排氣終了壓力 排氣終了溫度 壓縮比 配氣定時(shí) 進(jìn)氣狀態(tài),一 進(jìn)氣終了壓力 進(jìn)氣阻力 轉(zhuǎn)速 ：n 負(fù)荷： 汽油機(jī)：負(fù)荷節(jié)氣門開度（量調(diào)節(jié)） ； 柴油機(jī)：負(fù)荷循環(huán)供油量（質(zhì)調(diào)節(jié)） 基本不變,二 進(jìn)氣終了溫度 轉(zhuǎn)速， 負(fù)荷， 柴油機(jī)：進(jìn)、

5、排氣管分置兩側(cè)，避免排氣管對(duì)進(jìn)氣管加熱 化油器式汽油機(jī)：進(jìn)、排氣管同置一側(cè)，改善混合氣形成,三 排氣終了壓力,pr殘余廢氣量v nprv （影響較小）,四 排氣終了溫度 Tr v 五 壓縮比 v 六 配氣定時(shí) 七 進(jìn)氣狀態(tài) 進(jìn)氣溫度，加熱量 ， v 進(jìn)氣壓力，pa/po不變 ， v基本不變,思考題,汽車由平原行駛高原地區(qū)，發(fā)動(dòng)機(jī)的功率 下降是不是由于充氣效率下降所致？為什 么？,2-4 提高充氣效率的措施,減小流動(dòng)阻力 合理選擇配氣定時(shí) 減小對(duì)新鮮空氣的熱傳導(dǎo) 減小排氣阻力,一 減小流動(dòng)阻力 1、進(jìn)氣門：進(jìn)氣門直徑 、四氣門、氣門升程 閥頂過渡圓角 Rf1v ； R流動(dòng)阻力v ，R應(yīng) 適中,進(jìn)

6、氣馬赫數(shù)M： 進(jìn)氣門處氣流的平均速度與該處音速的比值。 進(jìn)氣平均馬赫數(shù)M綜合了進(jìn)氣門大小、形狀、升程規(guī)律以及活塞速度等因素，并且其大小與發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速成正比。研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于小型四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，當(dāng)Ma超過0.5后，充氣效率急劇下降。,(1)增大進(jìn)氣門直徑.,(2)增加進(jìn)氣門數(shù)目,采用兩進(jìn)、兩排的氣門結(jié)構(gòu)后，進(jìn)氣門面積之和可以達(dá)到氣缸面積的30%，幾乎比2氣門提高30%50%。 雙頂置凸輪軸；DOHC， Double Overhead Camshaft)4氣門發(fā)動(dòng)機(jī),雙頂置凸輪軸四氣門,Exhaust camshaft,Exhaust Valve,Inlet camshaft,Inlet Valve,

7、R,單頂置凸輪軸四氣門結(jié)構(gòu),Exhaust valve,Inlet valve,Inlet rock arm,Exhaust rock arm,Camshaft,圖46是一個(gè)2L排量的4氣門發(fā)動(dòng)機(jī)與同排量2氣門發(fā)動(dòng)機(jī)的性能比較，顯然，采用頂置凸輪軸4氣門技術(shù),可以便發(fā)動(dòng)機(jī)的功率提高約15%30%，轉(zhuǎn)矩增大約5%10%。經(jīng)濟(jì)性能也得到改善。,兩進(jìn)、兩排的4氣門結(jié)構(gòu)在氣缸蓋缸中間部位往往難以布置即便是最小尺寸的火花塞， 3氣門結(jié)構(gòu)，這樣既能發(fā)揮多氣門的優(yōu)越性，結(jié)構(gòu)又相對(duì)簡(jiǎn)單。 5氣門(三個(gè)進(jìn)氣門，兩個(gè)排氣門),五氣門布置,R,單頂置凸輪軸三氣門,2 進(jìn)氣管： 表面光潔度和流通面積 轉(zhuǎn)彎和節(jié)流阻力

8、截面形狀：管壁面積沉積蒸發(fā)混合氣分配不均勻 截面形狀 圓形 矩形 D形 流動(dòng)阻力 小 大 中 底部蒸發(fā) 小 中 大,3 進(jìn)氣道 ： 轉(zhuǎn)彎半徑R，表面光潔度 ， v 4 空氣濾清器 通道面積，除塵效果，阻力 ， v 5 化油器 喉口截面積，流動(dòng)阻力， v ，但霧化效果,二 合理選擇配氣定時(shí),1 進(jìn)氣遲閉角 轉(zhuǎn)速n一定時(shí)，總有一個(gè)進(jìn)氣遲閉角使得充 氣效率為最大 ； n，最佳進(jìn)氣遲閉角。,2 氣門疊開角 ，進(jìn)氣終了溫度， v 增壓發(fā)動(dòng)機(jī)氣門疊開角應(yīng)大一些 。,三 減小對(duì)新鮮空氣的熱傳導(dǎo),對(duì)于化油器式汽油機(jī)來說，由于需要進(jìn)氣加熱來保證部分液態(tài)燃料在進(jìn)氣管中的蒸發(fā)。所以進(jìn)氣管與排氣管布置在同一側(cè)。 對(duì)于

9、進(jìn)氣道噴射的汽油機(jī)以及柴油機(jī)，均采用進(jìn)、排氣管兩側(cè)布置的方案，以提高充量系數(shù)。 對(duì)于高速內(nèi)燃機(jī)，有時(shí)也采用進(jìn)氣冷卻技術(shù)，以降低進(jìn)氣溫度。 增壓內(nèi)燃機(jī)則將進(jìn)氣中冷技術(shù)作為進(jìn)一步提高增壓壓力、降低熱負(fù)荷的重要途徑之一。,四 減小排氣阻力,降低排氣系統(tǒng)阻力，有利于提高充量系數(shù)，而且可以減少泵氣損失，提高指示效率。排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是：降低排氣背壓，減小排氣噪聲。 排氣流通截面最小處是排氣門座處，此處的流速最高、壓降最大，故在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證氣門及其座面的良好結(jié)構(gòu)。,與進(jìn)氣管一樣，排氣管也存在調(diào)諧現(xiàn)象 在排氣管中往往還有消聲器和排氣后處理器（催化轉(zhuǎn)化器），設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該保證足夠的消聲與降污效果的前提下，盡可能

10、降低流動(dòng)阻力。,2-5 進(jìn)氣管內(nèi)的動(dòng)態(tài)效應(yīng),一 現(xiàn)象,氣體在進(jìn)排氣管中有壓力波動(dòng)現(xiàn)象，有效組織、利用壓力波動(dòng)，可以提高充氣效率。,二 波的動(dòng)態(tài)機(jī)理,閉口端：反射同型波 進(jìn)入：壓縮波反射：壓縮波 同型波 開口端：反射異型波 進(jìn)入：壓縮波反射：膨脹波 異型波,三 進(jìn)氣動(dòng)態(tài)效應(yīng),慣性效應(yīng) 波動(dòng)效應(yīng),1 慣性效應(yīng) 階段：進(jìn)氣門開進(jìn)氣門閉,2 波動(dòng)效應(yīng),波的動(dòng)態(tài)機(jī)理: 閉口端：反射同型波 進(jìn)入：壓縮波反射：壓縮波 同型波 開口端：反射異型波 進(jìn)入：壓縮波反射：膨脹波 異型波,2 波動(dòng)效應(yīng) 本次循環(huán)波動(dòng):進(jìn)氣門開進(jìn)氣門閉 上一循環(huán)波動(dòng)：進(jìn)氣門閉下一循環(huán)進(jìn)氣門開 壓縮波 膨脹波 膨脹波 壓縮波（進(jìn)氣門開）,壓力波固有頻率： 發(fā)動(dòng)機(jī)吸氣頻率： 當(dāng)q= 時(shí)，進(jìn)氣門開，則 pa v ,四 結(jié)論,1 本循環(huán)波動(dòng)，振幅大，衰減小； 上一循環(huán)波動(dòng)，振幅小，衰減大。 2 高速發(fā)動(dòng)機(jī)，進(jìn)氣管短；低速發(fā)動(dòng)機(jī)，進(jìn)氣管 長。 3 進(jìn)氣管直徑流動(dòng)阻力壓力波強(qiáng)度； 進(jìn)氣管直徑壓力波振幅壓力波強(qiáng)度。 4 多缸機(jī)上，進(jìn)氣管應(yīng)分支，且等長。 5 避免急轉(zhuǎn)彎，則壓力波振幅不會(huì)衰減太大。 6 排氣管需要膨脹波，則pr掃氣作用 v 。,進(jìn)氣動(dòng)態(tài)效應(yīng)的應(yīng)用,慣性效應(yīng)： 轉(zhuǎn)速升高，氣流慣性增大，進(jìn)氣遲閉角應(yīng)增大。 -可變氣門正時(shí)技術(shù)（VVT-i,VTEC) 波動(dòng)效應(yīng)： 轉(zhuǎn)速升高，