第二章发动机的换气过程课程.ppt

第二章 发动机的换气过程;主要内容;第一节 四冲程内燃机的换气过程;一、换气过程： 发动机排出废气和充入新气（空气或可燃混合气）的全过程。 目的：向缸内更换工质，为热功转换做物质准备。 单位时间进入的充气量是决定发动机输出功率的“量”的因素。所以换气过程即是发动机工作过程不可缺少的组成部分，也是决定发动机动力、经济性能极为重要的环节。;合理组织换气过程应达到的目的： 1、保证标定工况和全负荷条件下，吸入尽可能多的充量，以获得更高的输出功率和转矩，这就是提高充量系数Φc的问题，也是换气过程的中心问题。这个问题，除涉及稳态特性的分析外，还与整个系统的动态效应——不稳定流动时介质中的压力波传播紧密相关。 2、保证多缸机各缸的循环进气量的差异不超出应有的范围，以免对整机性能产生不利影响。;3、应尽量减小不可避免的换气损失，特别是占最大比例的排气损失。 4、进气后在缸内所建立的流场（旋流场与湍流场），应能满足快速合理燃烧的要求。 自然吸气和增压发动机、四冲程和二冲程发动机最主要的差别，就在于换气过程有各自不同的特点。增压发动机是利用各种方法，提高进入缸内的新鲜充量的压力，增大循环充气量来提高输出功率；二冲程发动机则是利用扫气方式完成换气过程，以达到减少不做功的冲程数，提高输出功率的目的。;四冲程发动机的换气过程包括从排气门开启到进气门关闭的整个时期。约占410o~ 480o曲轴转角。 换气过程可分作自由排气、强制排气、进气和燃烧室扫气四个阶段。 换气过程中，至少有一个气门开起，出现了气流的流动，进、排气系统与气缸组成以大气为边界的开式热力系统。在进排气门关闭的动力过程中，进、排气管道中仍有气体波动，对换气过程有一定影响。;下止点;缸压与进排气道压力;1、自由排气阶段;2、强制排气阶段;按燃气对活塞的作用： 自由排气和强制排气(Blowdown and displacement) 按排气流动的性质： 超临界流动和亚临界流动 (Critical and subcritical flow) 超临界状态排气的流量只取决于缸内气体状态和排气门有效流通面积的大小。 亚临界流动阶段排气的流量不仅与排气门的有效流动截面有关，还与缸内和排气管内气体的压差有关。; 缸内排气压力 与排气门气门端压力 只要满足 就会在排气阀喉口出现音速 流动（ ）。在自由排气阶段初期，排气门 前后压差约0.2~0.5MPa，而排气背压略大0.1MPa， 所以一般发动机都要经历超临界排气。初期音速 500~700m/s，常伴有刺耳的噪声，是发动机排气噪 声的主要来源。其后是亚临界排气，气门口流速低 于声速，但仍远高于强制排气的速度。 自由排气阶段只占总排气时间的1/3左右，同时 气阀开启流通面积也较小，但因流速高，排气量可达 总排气量的60%以上，也是排气阻力、噪声最大的时期。; 自由排气阶段结束后，缸内压力大大降低，必须依靠活塞上行强制排气。只一阶段中，缸内与大气或增压涡轮机入口处的平均压差约为0.01~0.02MPa，时间占到总排气时间的2/3左右。;排气提前角 (EXHAUST ADVANCING);排气门在上止点后关闭的角度。;3、进气过程; 由于进气工质克服流动阻力和吸热升温等影响，缸内进气压力要低于环境或压气机后压力，由此使实际充量低于理论值。缸内压力呈凹形，初期压力较大是由于活塞下行加速度加大，是真空度加大的结果；后期压力上升，则是高速流入气缸的充量速度滞止，压力局部恢复的缘故，但恢复的只是小部分，大部分动能变为摩擦热。; 理论上，进气门早开时排气尚未结束，缸内压力要高于缸外背压，这样会造成废气倒流入进气管（汽油机回火）。但事实上，进气门开启初期流通截面窄小，以及废气倒流也有一定惯性的影响，提前角不大时，倒流现象一般不会出现，更何况排气气流的引流作用，一定程度上也会降低缸内进气门附近的静压力。;进气提前角(INTAKE ADVANCING); 利用在进气过程中形成的气流惯性，实现向气缸的过后充气，增加缸内充量。;4、气门重叠和燃烧室扫气过程;气门重叠角的选择以新鲜充量不流入排气管为原则，特别是汽油机的新鲜充量是混合燃气。 自然吸气汽油机进气管为负压，有回火危险，所以气门重叠角不能过大（主要是对进气提前角敏感），这是汽油机对气门重叠的另一个限制条件，一般气门重叠角均小于40o(CA)。 自然吸气柴油机可以采用相对较大的气门重叠角，但过大会造成气门和活塞运动的干涉，一般气门重叠角在20o~60o(CA)。 增压柴油