1、第二章第二章 發動機的換氣過程發動機的換氣過程本章要求：本章要求：了解：了解：二沖程發動二沖程發動機的換氣過程。機的換氣過程。理解：理解：配氣相位，配氣相位，充氣效率和影充氣效率和影響因素。響因素。掌握：掌握：四沖程發動四沖程發動機的換氣過程機的換氣過程和換氣損失和換氣損失。 1第一節第一節 四行程發動機的換氣過程四行程發動機的換氣過程一、換氣過程一、換氣過程 分五個階段：分五個階段：1 1、自由排氣階段自由排氣階段 2 2、強制排氣階段強制排氣階段3 3、進排氣重疊階段進排氣重疊階段 4 4、進氣階段進氣階段5 5、慣性進氣階段慣性進氣階段發動機的換氣過程是排氣過程和進氣過程的通稱發動機的換

2、氣過程是排氣過程和進氣過程的通稱;包括從排氣門包括從排氣門開啟直到進氣門關閉的整個時期開啟直到進氣門關閉的整個時期;約占約占410480曲軸轉角。曲軸轉角。換氣過程的任務：換氣過程的任務： 將缸內空氣排出干凈將缸內空氣排出干凈,并充入盡量多的新鮮充量。并充入盡量多的新鮮充量。 換氣過程進行的完善程度是提高發動機動力性的重要因素。換氣過程進行的完善程度是提高發動機動力性的重要因素。2圖圖3-1 3-1 氣缸內壓力和排氣管內壓力以氣缸內壓力和排氣管內壓力以及進、排氣流通截面積隨曲軸轉角的變及進、排氣流通截面積隨曲軸轉角的變化關系化關系3自由排氣階段：自由排氣階段： 從排氣門打開到氣缸壓力接近于排氣

3、管壓力的這個時期從排氣門打開到氣缸壓力接近于排氣管壓力的這個時期, ,稱為稱為自由自由排氣階段排氣階段。 缸內壓力與排氣管壓力之比大于臨界值，排氣流動出于超臨界狀缸內壓力與排氣管壓力之比大于臨界值，排氣流動出于超臨界狀態，廢氣以當地音速態，廢氣以當地音速a a排出，流量與排氣管壓力無關。排出，流量與排氣管壓力無關。 臨界值臨界值: :( (/(K+1)/(K+1)(K/(K-1)(K/(K-1), a = (KRT), a = (KRT)1/21/2 ( (m/sm/s) ) （當（當T=7001100KT=7001100K時。時。A A可達可達500700m/s)500700m/s)。 廢氣

4、的排出廢氣的排出 排氣門提前開，一般排氣提前角設計為排氣門提前開，一般排氣提前角設計為30-8030-80 CACA曲軸轉角。曲軸轉角。高速高速機中，應加大排氣提前角。機中，應加大排氣提前角。 如如 CA6102CA6102，n n3300r/min3300r/min，排氣提前角排氣提前角4242 ； 切諾基切諾基,n,n5600r/min5600r/min，排氣提前角排氣提前角5656 4強制排氣階段：強制排氣階段： 氣缸內壓力下降到接近排氣管內壓力氣缸內壓力下降到接近排氣管內壓力時（下止點后時（下止點后1030 CACA ），壓力差很小，），壓力差很小，廢氣需依靠活塞上行被廢氣需依靠活塞上

5、行被強制推出強制推出。 此階段在整個排氣過程中持續的時間此階段在整個排氣過程中持續的時間最長，但排出的廢氣量少于自由排氣階最長，但排出的廢氣量少于自由排氣階段排出的廢氣量。段排出的廢氣量。5進排氣重疊階段：進排氣重疊階段： 由于排氣門遲后關閉，進氣門提前開啟，因此存在由于排氣門遲后關閉，進氣門提前開啟，因此存在進排氣門同時打開進排氣門同時打開的現象，的現象，稱為稱為氣門疊開，也稱掃氣氣門疊開，也稱掃氣階段，階段，清除殘余廢氣，增加進氣清除殘余廢氣，增加進氣。 排氣滯后角一般為排氣滯后角一般為10103535CACA，進氣提前角一般為進氣提前角一般為10104040CACA。 非增壓進排氣門重疊

6、角一般為非增壓進排氣門重疊角一般為20-6020-60，增壓柴油機增壓柴油機，因其進氣壓力高，故因其進氣壓力高，故需較大的氣門重疊角需較大的氣門重疊角，一般為，一般為80-80-160160。6進氣階段：進氣階段： 排氣門關閉后，活塞繼續下行，新鮮氣體排氣門關閉后，活塞繼續下行，新鮮氣體被被吸入氣缸吸入氣缸。 由于進氣系統有一定的阻力，因此進氣階段由于進氣系統有一定的阻力，因此進氣階段氣缸內的壓力低于大氣壓力。氣缸內的壓力低于大氣壓力。 新鮮氣體在進氣管中，受到排氣管的加熱新鮮氣體在進氣管中，受到排氣管的加熱（汽油機中），流入氣缸內的氣體受到缸內殘（汽油機中），流入氣缸內的氣體受到缸內殘余廢氣

7、的加熱，余廢氣的加熱，其溫度高于大氣溫度。其溫度高于大氣溫度。7慣性進氣階段：慣性進氣階段： 利用氣流的利用氣流的慣性進氣慣性進氣，進氣門滯后關。轉，進氣門滯后關。轉速越高，活塞平均速度和進氣流速越大，速越高，活塞平均速度和進氣流速越大，進氣氣流動能越大，故高速內燃機進氣滯進氣氣流動能越大，故高速內燃機進氣滯后角較大。后角較大。 從活塞行至下止點到進氣門完全關閉時的從活塞行至下止點到進氣門完全關閉時的曲軸轉角，稱為曲軸轉角，稱為進氣滯后角進氣滯后角，一般為，一般為40407070CA.CA.8二、換氣損失二、換氣損失排氣損失排氣損失圖圖3-2 3-2 四行程發動機的換氣損失四行程發動機的換氣損

8、失w:w:膨脹損失膨脹損失；x:x:推出損失推出損失；進氣損失進氣損失y:y:進氣損失進氣損失； 換氣損失：換氣損失：x+y+wx+y+w泵氣損失：泵氣損失：x+y-ux+y-u91 1、排氣損失、排氣損失 由于排氣門提前開啟，造成循環功的損失由于排氣門提前開啟，造成循環功的損失w（膨脹損失或自由排氣損失）膨脹損失或自由排氣損失）；和活塞將廢氣推；和活塞將廢氣推出的損失出的損失x x（推出損失或強制排氣損失）。推出損失或強制排氣損失）。2 2、進氣損失、進氣損失 由于進氣系統存在阻力由于進氣系統存在阻力, ,造成循環功的損失。造成循環功的損失。 實際示功圖中實際示功圖中, ,把圖把圖3-23-

9、2中的中的（x+y-ux+y-u）部分稱為部分稱為泵氣損失泵氣損失, ,歸入機械損失中歸入機械損失中；而把圖；而把圖3-23-2中的中的w w、u u部分部分歸到指示效率中歸到指示效率中考慮。考慮。10 隨著排氣提前角的隨著排氣提前角的增大增大, ,膨脹損失增加膨脹損失增加, ,推出損失減小。推出損失減小。圖圖3-3 3-3 四行程發動機的換氣損失四行程發動機的換氣損失a-a-提前角適當；提前角適當；b-b-提前角過大；提前角過大；c-c-提前角過小；提前角過小；d-d-排氣阻力過大。排氣阻力過大。適當的排氣提前角適當的排氣提前角應使兩者之和最小，應使兩者之和最小，即即W+XW+X最小最小。1

10、1第二節第二節 充氣效率充氣效率(充氣系數充氣系數)一、掃氣效率一、掃氣效率sc 指封存在氣缸內的空氣質量指封存在氣缸內的空氣質量m ma a與封存在氣缸內的總氣與封存在氣缸內的總氣體質量體質量( (m ma a+m+mr r) )之比之比 sc=ma/(ma+mr)=1/(1+r) (sc大則殘余廢氣少大則殘余廢氣少) mr殘余廢氣質量；殘余廢氣質量；r=mr/ma 殘余廢氣系數殘余廢氣系數 二、容積效率二、容積效率v 指封存在氣缸內的總氣體質量與在進氣狀態下（指封存在氣缸內的總氣體質量與在進氣狀態下（P Ps s、T Ts s）封存在氣缸內的空氣質量）封存在氣缸內的空氣質量m之比之比 v=

11、(ma+mr)/m4對非增壓發動機，進氣狀態指空氣濾清器后進氣管內的氣體狀態。對非增壓發動機，進氣狀態指空氣濾清器后進氣管內的氣體狀態。對增壓發動機，指壓氣機后進氣管內的氣體狀態。對增壓發動機，指壓氣機后進氣管內的氣體狀態。12三、充氣效率三、充氣效率CH指封存在氣缸內的空氣質量（混合氣）指封存在氣缸內的空氣質量（混合氣）m ma a與在進氣狀態下與在進氣狀態下（P Ps s、T Ts s）封存在氣缸內的空氣質量（混合氣）封存在氣缸內的空氣質量（混合氣）m之比之比 CH=ma/m =Vs/Vh CH= SC V (由于進氣阻力、氣缸壓力和溫度的影響，由于進氣阻力、氣缸壓力和溫度的影響，CH(T

12、o)=0 0=m=ma a=發動機功率發動機功率 。16 (1)進氣系統進氣系統 一般包括進氣門、進氣管、空濾器、化油器、進一般包括進氣門、進氣管、空濾器、化油器、進氣道等部件。氣道等部件。要盡量減少各部件的流動阻力，以要盡量減少各部件的流動阻力，以增大進氣終了的壓力，提高充量系數增大進氣終了的壓力，提高充量系數。 試驗證明，增大進氣終了的壓力比降低殘余廢氣試驗證明，增大進氣終了的壓力比降低殘余廢氣系數對充量系數的影響大，所以設計成系數對充量系數的影響大，所以設計成進氣門直進氣門直徑大于排氣門直徑徑大于排氣門直徑，氣門頂部的形狀呈流線型氣門頂部的形狀呈流線型。（2）壓縮比）壓縮比 ，Vc，r

13、r，CHCH。2、結構因素、結構因素17（3 3）配氣相位配氣相位配氣相位是進排氣門啟閉角與曲軸轉角的關系。配氣相位是進排氣門啟閉角與曲軸轉角的關系。 配氣相位中，進氣滯后角配氣相位中，進氣滯后角對對CH的影響最大。改變進的影響最大。改變進氣滯后角可以改變氣滯后角可以改變CH隨轉隨轉速變化的趨向，用以速變化的趨向，用以調整發動機的扭矩和有效調整發動機的扭矩和有效功率。功率。 （圖圖3-8） 高速發動機進氣滯后角高速發動機進氣滯后角較大，以提高高速下的充較大，以提高高速下的充量系數。量系數。配氣相位是靠選定的凸輪配氣相位是靠選定的凸輪型線來進行控制的。型線來進行控制的。18四、提高充氣系數的措施

14、四、提高充氣系數的措施1、減小進氣系統的阻力、減小進氣系統的阻力 Pa CH（1）減小空濾器的阻力）減小空濾器的阻力設計低阻高效，使用保養清潔。（2）減小化油器的阻力）減小化油器的阻力化油器喉管的阻力，取消化油器，采用汽油噴射（3）減小進氣管、道的阻力）減小進氣管、道的阻力汽油機歧管矩形斷面小流速快汽化好阻力大柴油機歧管圓形斷面大流速慢汽化差阻力小設計合理選擇斷面，彎少避免突變。使用清除積炭、安裝正確、保持暢通。（4）減小進氣門的阻力）減小進氣門的阻力增大進氣門直徑增加進氣門數目增大進氣門直徑增加進氣門數目增加進氣門升程改善氣門頭與桿的過渡形狀增加進氣門升程改善氣門頭與桿的過渡形狀192、減小排氣系統的阻力、減小排氣系統的阻力使用清除積炭、安裝正確、保持暢通。3、合理進氣予熱、合理進氣予熱 柴油機進、排氣管分兩側布置4、合理配氣相位、合理配氣相位進氣遲閉角進氣遲閉角5、可變進氣系統、可變進氣系統可變配氣相位可變配氣相位 低速，進氣滯后角小防止新氣倒流 高速，進氣滯后角大充分利用氣體流動慣性可變進氣管道可變進氣管道低速與小負荷進氣管道細而長高速與大負荷進氣管道粗而短可變進氣門（可變進氣門（VVT） 低速與小負荷僅開一個主進氣門 高速與大負荷時開幾個進氣門。 這一過程由凸輪軸控制進氣道的轉換閥來實現。20四沖程發動機的充量系數四沖程發動機的充量系數圖圖3-