汽车发动机原理与汽车理论基本课件-第三章.ppt

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第一节四冲程发动机的换气过程第二节四冲程发动机的充气效率第三节提高发动机充气效率的措施第四节二冲程发动机的换气过程第五节工程应用实例（文摘）第三章发动机的换气过程第一节四冲程发动机的换气过程一、换气过程二、换气损失与泵气损失下止点上止点第一节第一节四冲程发动机的换气过程四冲程发动机的换气过程一、一、换气过程换气过程：

四冲程发动机的换气过程包括四冲程发动机的换气过程包括从排气门从排气门开启到进气门关闭开启到进气门关闭的整个时期。

约占的整个时期。

约占410480曲轴转角。

曲轴转角。

p25换气过程可分作换气过程可分作自由排气自由排气、强制排气、强制排气、进气进气和和燃烧室扫气燃烧室扫气四个阶段。

四个阶段。

1、自由排气阶段、自由排气阶段从排气门开启到气缸压力接近于排气管内压从排气门开启到气缸压力接近于排气管内压力的时期，称为力的时期，称为自由排气阶段自由排气阶段自由排气阶段自由排气阶段。

排气提前角排气提前角：

从排气门开启到活塞行至下止点：

从排气门开启到活塞行至下止点所对应的曲轴转角称为，一般为所对应的曲轴转角称为，一般为3080曲轴转角。

曲轴转角。

22、强制排气阶段、强制排气阶段自由排气阶段结束后，气缸内的废气将被上行自由排气阶段结束后，气缸内的废气将被上行活塞强制推出，这一过程就是活塞强制推出，这一过程就是强制排气阶段强制排气阶段强制排气阶段强制排气阶段。

排气提前角排气提前角：

从上：

从上止点止点到排气门完全关闭终了所到排气门完全关闭终了所对应的曲轴转角，一般为对应的曲轴转角，一般为1035曲轴转角。

曲轴转角。

33、进气过程、进气过程从进气门开启到关闭的全过程从进气门开启到关闭的全过程准备进气准备进气：

进气提前角进气提前角一般为一般为004040（CA）（CA）。

正常进气正常进气：

新鲜气体充入气缸。

：

新鲜气体充入气缸。

惯性进气惯性进气：

进气迟闭角一般为进气迟闭角一般为40407070（CA）（CA）。

44、气门重叠和燃烧室扫气过程、气门重叠和燃烧室扫气过程在排气行程上止点附近出现进、排气门同时开启在排气行程上止点附近出现进、排气门同时开启的特殊现象，称为的特殊现象，称为气门气门气门气门重重重重叠叠叠叠，相应的角度是气门重，相应的角度是气门重叠角，它是排气迟闭角与叠角，它是排气迟闭角与进气提前角之和。

进气提前角之和。

气气门门重重叠叠角角的的选选择择以以新新鲜鲜充量不流入排气管为原则充量不流入排气管为原则。

增增压压柴柴油油机机的的气气门门重重叠叠角角一般为一般为80160（CA）；非增压柴油机非增压柴油机的气门叠开的气门叠开角在角在2060（CA）范围内。

范围内。

一）、排气损失一）、排气损失定定义义:

从排气门提前开启，直到进气行程开始、缸内压力到达大气压力之前,所损失的循环功。

构成构成:

a.自自由由排排气气损损失失W：

由于排气门提前打开而引起的膨胀功的减少。

b.强强制制排排气气损损失失Y：

活塞上行强制推出废气所消耗的功。

二、换气损失与泵气损失二）、进气损失二）、进气损失X进气损失进气损失主要是指进气过程中，因进气系统的阻力面引起的功的损失，与排气损失相比进气损失较小小。

合理调整配气定时，加大进气门的流通截面、合理调整配气定时，加大进气门的流通截面、正确设计进气管及进气道的流动路径以及降正确设计进气管及进气道的流动路径以及降低活塞平均速度等低活塞平均速度等，都会使进气损失减少。

，都会使进气损失减少。

排气损失与进气损失排气损失与进气损失之和称为之和称为换气损失换气损失（W十十Y十十X）。

泵气损失泵气损失（X+Y-uX+Y-u）：

）：

在实际循环示功图中在实际循环示功图中把面积把面积（x+y-uu）相当相当的负功称为泵气损失。

的负功称为泵气损失。

这部分损失放在这部分损失放在机械机械损失损失中加以考虑。

中加以考虑。

第二节四冲程发动机的充气效率一、充气效率二、影响充气效率的因素及其分析一、充气效率一、充气效率充气效率（充气效率（）:

指发动机每一工作循环的实际充指发动机每一工作循环的实际充气量气量mm与理论充气量与理论充气量mm00（进气状态下充满汽缸工作容（进气状态下充满汽缸工作容积的新鲜气体数量积的新鲜气体数量）的比值的比值。

nn充气效率不受汽缸工作容积的影响。

当汽缸工作充气效率不受汽缸工作容积的影响。

当汽缸工作充气效率不受汽缸工作容积的影响。

当汽缸工作充气效率不受汽缸工作容积的影响。

当汽缸工作容积一定时，充气效率越高，说明进气越充分，容积一定时，充气效率越高，说明进气越充分，容积一定时，充气效率越高，说明进气越充分，容积一定时，充气效率越高，说明进气越充分，每循环的实际充量越多，发动机的动力性好。

每循环的实际充量越多，发动机的动力性好。

每循环的实际充量越多，发动机的动力性好。

每循环的实际充量越多，发动机的动力性好。

1进气终了时缸内压力进气终了时缸内压力PaPa对对cc有重要影响，有重要影响，Pa愈高，愈高，cc值愈大值愈大Pa=PsPa式中，pa为气体流动时，克服进气系统阻力而引起的压降（kPa）。

二、影响充气效率的因素及其分析一般可写成式中管道阻力系数；进气状态下气体的密度；V管道内气体的流速（m/s）。

可见，pa主要取决于各段管道的阻力系数和气体流速。

若大、V高时，pa增加，使pa下降。

管管道道阻阻力力系系数数、转转速速和和负负荷荷对对进进气气压压力力的的影响影响1）管道阻力系数）管道阻力系数管道阻力大，管道阻力系数大，管道阻力大，管道阻力系数大，pa大，大，Pa降低。

降低。

2）管道内气体的流速）管道内气体的流速负荷减小，发动机转速高，气体流速增负荷减小，发动机转速高，气体流速增加，加，pa大，引起大，引起Pa下降。

下降。

2进气终了的温度进气终了的温度TaTa高于进气状态温度，Ta越高，充入气缸的工质密度越小，c值愈低。

引起引起Ta升高的原因升高的原因是:

1）新鲜工质进入发动机与高温零件接触而被加热。

2）新鲜工质与高温残余废气混合而被加热。

转速和负荷对转速和负荷对Ta的影响的影响1）转速：

当负荷不变而转速增加时，由于新鲜工质与缸壁等接触时间短，传热量少，所以Ta稍有下降。

2）负荷：

当转速不变而增加发动机负荷时，缸壁等零件温度升高，Ta有所上升。

措施措施：

将高温排气管与进气管分置于气缸两侧，控制进气预热，适当加大气门叠开角等，降低Ta。

3.残余废气系数残余废气系数1）增加，增加，cc降低降低，燃烧恶化，油耗、排放增加，2）压缩比提高，残余废气系数减小。

3）排气压力高，废气多，充气效率降低。

4）排气系统阻力大，排气压力高，废气多。

4进排气相位角进排气相位角由于进气门迟闭而1,新鲜充量的容积减小,但Pa值却可能因有气流惯性而使进气有所增加,合适的配气定时应考虑Pa具有最大值。

5压缩比压缩比压缩比增加,压缩容积减小,残余废气量随之减小,因而cc有所增加。

6.进气状态进气状态进气温度升高，进气压力下降均会使进入气缸充量的密度减小，绝对进气量减少，对充量系数影响不大。

结论结论进气终了压力进气终了压力提高，充气效率提高。

提高，充气效率提高。

进气终了温度进气终了温度提高，充气效率下降。

提高，充气效率下降。

排气终了压力排气终了压力提高，充气效率下降。

提高，充气效率下降。

排气终了温度排气终了温度变化对充气效率影响不大。

变化对充气效率影响不大。

大气压力降低、大气温度大气压力降低、大气温度升高，充气效率提高。

升高，充气效率提高。

压缩比压缩比提高，充气效率提高。

提高，充气效率提高。

配气相位：

进、排气迟后角过大或过小，充气配气相位：

进、排气迟后角过大或过小，充气效率降低。

效率降低。

图-4不同节气门开度、不同转速时的进气终了气体压力图-5三种国产发动机充气效率随转速的变化关系1495型柴油机2CA-型越野汽车汽油机3CA-72型小客车汽油机第三节提高发动机充气效率的措施一、减少进气系统的流动损失二、减小对新鲜充量的加热三、减小排气系统的阻力四、合理地选择配气相位提高充量系数措施提高充量系数措施降低进气系统的阻力降低进气系统的阻力降低排气系统流通阻力降低排气系统流通阻力减少对进气充量的加热减少对进气充量的加热结构一定结构一定结构一定结构一定,即即即即cc一定一定一定一定合理选择进、排气相位角合理选择进、排气相位角谐振进气与可变进气支管谐振进气与可变进气支管提高发动机充量系数的措施提高发动机充量系数的措施一一、降低进气系统的流动阻力降低进气系统的流动阻力1降低进气门处的流动损失降低进气门处的流动损失进气马赫数：

进气门处气流平均速度进气马赫数：

进气门处气流平均速度与该处声速之比与该处声速之比进气马赫数反映气体流动对充量系数进气马赫数反映气体流动对充量系数的影响。

的影响。

当当M超超过一定数一定数值时，大，大约在在0.5左右，左右，充量系数充量系数急剧下降。

急剧下降。

减小气门减小气门流动损失的具体措施流动损失的具体措施加大进加大进加大进加大进气门直径气门直径气门直径气门直径增加增加增加增加进气门进气门进气门进气门数目数目数目数目改改改改进进进进配气配气配气配气凸轮凸轮凸轮凸轮型线型线型线型线改善改善气门处气门处流体流体动力性能动力性能减少进气道的阻力：

减少进气道的阻力：

气气道道通通路路断断面面应应有有足足够够的的面面积积，各各断断面面要要避避免免突突变变。

进气道内部过渡圆角半径应大一些，避免急剧转弯等。

进气道内部过渡圆角半径应大一些，避免急剧转弯等。

减少进气管的阻力：

减少进气管的阻力：

进进气气管管必必须须保保证证足足够够的的流流通通截截面面积积，管管道道表表面面光光洁洁，避避免免急急转转弯弯及及流流通通截截面面突突变变，以以减减少少阻阻力力。

为为保保证证各各气气缸缸进进气气均均匀匀，各各缸缸进进气气管管独独立立，长长度度尽尽可可能能一一致致。

进进气气管管的的整整体体走走势势和和内内壁壁断断面面形形状状要要满满足足使使新新鲜鲜充充量量在在气气缸缸中中形形成成涡流的要求。

涡流的要求。

减少空气滤清器的阻力：

减少空气滤清器的阻力：

加大通过断面，改进滤清性能，创制低阻高效滤清器加大通过断面，改进滤清性能，创制低阻高效滤清器等。

在使用中要经常清洗滤清器，特别要避免纸芯的油污等。

在使用中要经常清洗滤清器，特别要避免纸芯的油污堵塞，及时更换滤芯等。

堵塞，及时更换滤芯等。

减少进气道、进气管和空气滤清器的阻力减少进气道、进气管和空气滤清器的阻力图-6充气效率与平均进气马赫数的关系）发动机、缸（）发动机、1缸、.（）L1，L2、及S1，S2为不同进气门角度、面积值图-7气门数对平均有效压力的影响二、减小排气阻力1.减小排气门处的阻力：

采用加大排气门升程或多排气门结构。

2.减小排气管道的阻力：

应采用渐扩型，保证排出的气体充分膨胀，降低汽缸与排气管内的压力差，使汽缸压力迅速下降。

三、降低进气温度1.在结构布置上，减小进气管受热；2.加强对冷却系统的维护，防止发动机过热；3.热空气供给装置。

四、合理选择配气相位1.对配气相位角度的要求u

（1）进气迟后角一定，在某一转速下充气效率最高。

u

（2）发动机转速变化时，在较低的转速范围内，采用较小的进气门迟后关闭角，可获得较高的充气效率和有效功率。

u（3）改变进气门迟后关闭角度，可改变v和Pe随转速的变化关系，从而改变发动机的速度特性。

2可变配气相位控制系统

（1）本田公司VTEC。

a）低速小负荷时；b）高速大负荷时1-主凸轮；2-次凸轮；3-次摇臂；4-复位弹簧；5-阻挡活塞；6-同步活塞B；7-同步活塞A；8-正时活塞；9-主摇臂；10-中间摇臂；11-油液

（2）大众公司可变进气相位控制系统。

1-正时电磁阀；2-液压缸；3-排气凸轮轴；4-进气凸轮轴；5-正时调节器（3）宝马公司VCC系统。

1-凸轮；2-气门摇臂；3-挺杆；4-气门；5-气门弹簧；6-齿扇；7-偏心轴；8-中置摇臂轴；9-中置摇臂（4）丰田公司VVTL-i控制系统。

丰田公司VVTL-i控制机构丰田公司进气门升程控制机构1-进气门；2-摇臂；3-滚轮；4-低速凸轮；5-高速凸轮；6-油道；7-滑销；8-滑块