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1、 发发动动机机的的换换气气过过程程是是排排气气过过程程和和进进气气过过程程的的通通称称;包包括括从从排排气气门门开开启启直直到到进进气气门门关关闭闭的的整整个时期个时期;约占约占410410480480曲轴转角。曲轴转角。换气过程的任务：换气过程的任务：将将缸缸内内空空气气排排出出干干净净,并并充充入入尽尽量量多多的的新新鲜鲜充充量。量。换换气气过过程程进进行行的的完完善善程程度度是是提提高高发发动动机机动动力力性的重要因素。性的重要因素。第三章第三章 内燃机的换气过程内燃机的换气过程1本章重点：本章重点：1 1、四冲程发动机换气过程的进行情况；、四冲程发动机换气过程的进行情况；2 2、换气过
2、程中的能量损失、换气过程中的能量损失-换气损失。换气损失。3 3、评价换气过程好坏的指标、评价换气过程好坏的指标充量系数；充量系数；4 4、影响指标的因素（主要是使用因素）。、影响指标的因素（主要是使用因素）。2第一节第一节 四行程发动机的换气过程四行程发动机的换气过程一、换气过程一、换气过程 分五个阶段：分五个阶段：1 1、自由排气阶段自由排气阶段2 2、强制排气阶段强制排气阶段3 3、进排气重叠阶段进排气重叠阶段4 4、进气阶段进气阶段5 5、惯性进气阶段惯性进气阶段3二、换气损失二、换气损失排气损失排气损失图图3-2 3-2 四行程发动机的换气损失四行程发动机的换气损失w:w:膨胀损失膨
3、胀损失；x:x:推出损失推出损失；进气损失进气损失y:y:进气损失进气损失；换气损失：换气损失：x+y+wx+y+w泵气损失：泵气损失：x+y-ux+y-u （负功部分）（负功部分）4 随着排气提前角的随着排气提前角的增大增大,膨胀损失增加膨胀损失增加,推出损失减小。推出损失减小。图图3-3 3-3 四行程发动机的换气损失四行程发动机的换气损失a-a-提前角适当；提前角适当；b-b-提前角过大；提前角过大；c-c-提前角过小；提前角过小；d-d-排气阻力过大。排气阻力过大。适当的排气提前角适当的排气提前角应使两者之和最小，应使两者之和最小，即即W+XW+X最小最小。5第二节第二节 四冲程发动机
4、的充气效率四冲程发动机的充气效率一、充气效率一、充气效率CH（v）指每循环实际封存在气缸内的新鲜充量指每循环实际封存在气缸内的新鲜充量m ma a与在与在进气状态下进气状态下（P Ps s、T Ts s）充满气缸工作容积的理论充量）充满气缸工作容积的理论充量m m之比。之比。CH=ma/m=Vs/Vh Vs实际进入气缸新鲜充量体积（进气状态）实际进入气缸新鲜充量体积（进气状态）Vh气缸工作容积气缸工作容积 实际上，实际上，CH)=0 0=m=ma a=发动机功率发动机功率。进气系统阻力系数进气系统阻力系数9（4）残余废气系数）残余废气系数r r=mr/ma mr残余废气质量残余废气质量 汽油机
5、低负荷时，汽油机低负荷时，r r；排气压力高，排气压力高，r rr r的一般范围：汽油机的一般范围：汽油机 0.05-0.160.05-0.16 柴油机柴油机 0.03-0.060.03-0.06 增压柴油机增压柴油机 0-0.030-0.03 r r CHCH ，而且燃烧恶化，而且燃烧恶化10(1)进气系统进气系统 进气系统部件？进气系统部件？减小进气系统阻力减小进气系统阻力进气终了压力进气终了压力 CHCH进气门直径大于排气门直径，气门顶部的形状呈流线型。进气门直径大于排气门直径，气门顶部的形状呈流线型。（2）压缩比）压缩比 Vc，r r CHCH。2、结构因素、结构因素11（3 3）配气
6、相位配气相位配气相位是进排气门启闭角与曲轴转角的关系。配气相位是进排气门启闭角与曲轴转角的关系。适当的配气相位，可获得适当的配气相位，可获得较高的充气效率。较高的充气效率。进气滞后角对进气滞后角对CH的影响的影响最大。最大。转速转速 进气滞后角进气滞后角 改变进气滞后角可以改变改变进气滞后角可以改变CH、扭矩和功率扭矩和功率随转速变化的趋向。随转速变化的趋向。图图3-8配气相位是靠？控制的配气相位是靠？控制的12三、提高充气系数的措施三、提高充气系数的措施1、减小进气系统的阻力、减小进气系统的阻力（1）减小空滤器的阻力）减小空滤器的阻力 采用低阻、高效滤清器，经常保养清洁等。采用低阻、高效滤清
7、器，经常保养清洁等。（2）减小进气管、道的阻力）减小进气管、道的阻力设计合理选择断面，弯少避免突变。使用清除积炭、安设计合理选择断面，弯少避免突变。使用清除积炭、安装正确、保持畅通。采用直线型进气系统。装正确、保持畅通。采用直线型进气系统。选择进气管要综合考虑动力性、经济性和排放性要求。选择进气管要综合考虑动力性、经济性和排放性要求。（3）减小进气门的阻力）减小进气门的阻力增大进气门直径增大进气门直径增加进气门数目增加进气门数目增加进气门升程增加进气门升程改善气门头与杆的过渡形状改善气门头与杆的过渡形状132、减小排气系统的阻力、减小排气系统的阻力 使用清除积炭、安装正确、保持畅通。使用清除积
8、炭、安装正确、保持畅通。3、合理进气予热、合理进气予热4、合理配气相位、合理配气相位进气迟闭角进气迟闭角5、采用可变进气系统、采用可变进气系统可变配气相位可变配气相位 低速，进气滞后角小防止新气倒流低速，进气滞后角小防止新气倒流 高速，进气滞后角大充分利用气体流动惯性高速，进气滞后角大充分利用气体流动惯性可变进气管道可变进气管道 低速与小负荷进气管道细而长低速与小负荷进气管道细而长 高速与大负荷进气管道粗而短高速与大负荷进气管道粗而短可变进气门可变进气门 低速与小负荷仅开一个主进气门低速与小负荷仅开一个主进气门 高速与大负荷时开几个进气门。高速与大负荷时开几个进气门。14四冲程发动机的充量系数
9、四冲程发动机的充量系数图图3-5 CHCH随随n n的变化关系的变化关系 图图3-6 四行程发动机四行程发动机 充量系数的范围充量系数的范围15 在实际使用中，在实际使用中，如果如果进气门间隙过进气门间隙过大大，不仅使气门的，不仅使气门的时间时间-断面值减少，断面值减少，还使还使进气滞后角减进气滞后角减小小，改变充量系数，改变充量系数随转速的变化趋向，随转速的变化趋向，影响车辆的使用。影响车辆的使用。图图3-8 进气滞后角对充量系数、进气滞后角对充量系数、扭矩、功率的影响扭矩、功率的影响16自由排气阶段自由排气阶段 从从排排气气门门打打开开到到气气缸缸压压力力接接近近于于排排气气管管压压力力的
10、的这这个个时时期期,称称为为自自由由排气阶段排气阶段。缸缸内内压压力力与与排排气气管管压压力力之之比比大大于于临临界界值值（1.91.9），排排气气流流动动出出于于超临界状态，废气以当地音速超临界状态，废气以当地音速a a排出，流量与排气管压力无关。排出，流量与排气管压力无关。临界值临界值:(/(K+1)/(K+1)(K/(K-1)(K/(K-1),a=(KRT),a=(KRT)1/21/2 (m/sm/s)（当（当T=7001100KT=7001100K时，时，a a可达可达500700m/s)500700m/s)。废气的排出废气的排出 排排气气门门提提前前开开，一一般般排排气气提提前前角角
11、设设计计为为30-8030-80 CACA曲曲轴轴转转角角。高高速速机中，应加大排气提前角。机中，应加大排气提前角。自由排气在下止点后自由排气在下止点后10-3010-30 CACA结束。结束。如如 CA6102CA6102，n n3300r/min3300r/min，排气提前角排气提前角4242；切诺基切诺基,n,n5600r/min5600r/min，排气提前角排气提前角5656 17强制排气阶段强制排气阶段 气缸内压力下降到接近排气管内压力气缸内压力下降到接近排气管内压力时（下止点后时（下止点后1030 CACA），压力差很小，），压力差很小，废气需依靠活塞上行被废气需依靠活塞上行被强制
12、推出强制推出。此阶段在整个排气过程中持续的时间此阶段在整个排气过程中持续的时间最长，但排出的废气量少于自由排气阶最长，但排出的废气量少于自由排气阶段排出的废气量。段排出的废气量。18进排气重叠阶段进排气重叠阶段 由由于于排排气气门门迟迟后后关关闭闭，进进气气门门提提前前开开启启，因因此此存存在在进进排排气气门门同同时时打打开开的的现现象象，称称为为气气门门叠叠开开，也也称称扫扫气气阶段，阶段，清除残余废气，增加进气清除残余废气，增加进气。排排气气滞滞后后角角一一般般为为101035CA35CA，进进气气提提前前角角一一般般为为101040CA40CA。非增压进排气门重叠角一般为非增压进排气门重
13、叠角一般为20-6020-60，增压柴油机增压柴油机，因其进气压力高，故因其进气压力高，故需较大的气门重叠角需较大的气门重叠角，一般为，一般为80-80-160160。19进气阶段进气阶段 排气门关闭后，活塞继续下行，新鲜气体排气门关闭后，活塞继续下行，新鲜气体被被吸入气缸吸入气缸。由于进气系统有一定的阻力，因此进气阶段由于进气系统有一定的阻力，因此进气阶段气缸内的压力低于大气压力。气缸内的压力低于大气压力。新鲜气体在进气管中，受到排气管的加热新鲜气体在进气管中，受到排气管的加热（汽油机中），流入气缸内的气体受到缸内残（汽油机中），流入气缸内的气体受到缸内残余废气的加热，余废气的加热，其温度高
14、于大气温度。其温度高于大气温度。20惯性进气阶段惯性进气阶段 利利用用气气流流的的惯惯性性进进气气，进进气气门门滞滞后后关关。转转速速越越高高，活活塞塞平平均均速速度度和和进进气气流流速速越越大大，进进气气气气流流动动能能越越大大，故故高高速速内内燃燃机机进进气气滞滞后角较大。后角较大。从从活活塞塞行行至至下下止止点点到到进进气气门门完完全全关关闭闭时时的的曲曲轴轴转转角角，称称为为进进气气滞滞后后角角，一一般般为为404070CA.70CA.21图图3 3-1 1 气气缸缸内内压压力力和和排排气气管管内内压压力力以以及及进进、排排气气流流通通截截面面积积随随曲曲轴轴转转角角的的变变化化关关系
15、系221 1、排气损失、排气损失 由由于于排排气气门门提提前前开开启启，造造成成循循环环功功的的损损失失w（膨膨胀胀损损失失或或自自由由排排气气损损失失）；和和活活塞塞将将废废气气推推出出的的损损失失x x（推出损失或强制排气损失）。推出损失或强制排气损失）。2 2、进气损失、进气损失 由于进气系统存在阻力由于进气系统存在阻力,造成循环功的损失。造成循环功的损失。实际示功图中实际示功图中,把图把图3-23-2中的中的（x+y-ux+y-u）部分称为部分称为泵气损失泵气损失,归入机械损失中归入机械损失中；而把图；而把图3-23-2中的中的w w、u u部部分分归到指示效率中归到指示效率中考虑。考虑。23复习思考题复习思考题 1、换气过程分为哪几个阶段？、换气过程分为哪几个阶段？2、换气损失包括哪些？排气提前角对换气损、换气损失包括哪些？排气提前角对换气损失有何影响？失有何影响？31、什么是充气系数？当发动机的转速、负、什么是充气系数？当发动机的转速、负荷、大气压力变化时，荷、大气压力变化时，CH怎样变化？怎样变化？4、在配气相位中对、在配气相位中对v影响最大的是什么？当影响最大的是什么？当其变化时其变化时CHmax对应的对应的n有何变化？有何变化？24