内燃机原理第4章.ppt

内 燃 机 原 理 沈阳航空工业学院 动力与能源工程学院 徐让书 第4章 内燃机的换气过程 第1节 四冲程内燃机的换气过程 第2节 四冲程内燃机的换气损失 第3节 提高内燃机充量系数的措施 第4节 二冲程内燃机的换气 第1节 四冲程内燃机的换气过程 一、自由排气阶段 由于受配气机构的结构限制，气门在开启过程中只能逐渐加大其流通截面。如果排气门刚好在膨胀行程下止点时开启，则排气门流通截面增加过缓，气缸压力下降迟缓，活塞在向上止点回行时将造成较大的反压力，增加排气行程消耗的功。 内燃机的排气门在活塞到达下止点前提前开启，称为排气提前。排气提前角为30o~80o(CA)。 把从排气门开启到气缸压力达到排气背压（排气管内压力）的时期，称为自由排气阶段。 在自由排气阶段初期 排气管压力与气缸压力之比小于临界值，流动呈现超临界状态，缸内气体以当地声速流过排气门。 此时，排气质量流量只取决于缸内气体状态和排气门有效开启截面的大小，与排气管内的气体状态无关。 在自由排气阶段后期 排气管压力与气缸压力之比超过临界值，气体流动逐渐进入亚临界状态； 直到气缸压力与排气管内的气体压力接近相等，自由排气阶段结束。 在该阶段中流出的气体质量，不仅与排气门的有效流通截面有关，还与缸内和排气管内的压力差有关。 第1节 四冲程内燃机的换气过程 自由排气阶段中排出的废气量 与内燃机的转速无关， 在高速时，同样的排气时间对应的曲轴转角将大为增加。为使气缸压力及时下降，必须加大排气提前角，否则将使气消耗功增加。 二、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活塞强制推出，直到排气门关闭，这一过程就是强制排气阶段。 缸内的气体压力略高于排气管内的平均压力，而且气体流速越高，压力差也就越大。 由于气体在排气管内的压力波动，有可能形成压力逆差，即气缸压力低于排气管内的压力。 排气门流通截面开始逐渐减小，气体流经气门的节流作用加强，因而在上止点附近，气缸压力再次升高。 排气门应当在上止点后一定角度时关闭，这就是排气迟闭。 排气迟闭期间，可以利用缸内气体流动惯性从气缸内抽吸部分废气，实现过后排气， 但由于到达上止点后活塞已开始下行，气缸容积不断增加，过大的排气迟闭会导致废气倒流。 当废气从气缸流出的流动过程刚刚停止时，就是理想的排气门关闭时刻，排气门迟闭角为10o~70o(CA)。 第1节 四冲程内燃机的换气过程 三、进气过程 进气门一般也在上止点前提前开启，称为进气提前，进气提前角为10o~40o(CA)。 为了利用在吸气过程中形成的进气管内气流的流动惯性，实现气缸的过后充气，进气门不在下止点关闭，而是在下止点过后的一定角度时延迟关闭，即进气迟闭。进气迟闭角一般为20o~60o(CA)。高速时气流流动的惯性大，进气迟闭角应相应大一些。 过大的进气迟闭角，会使得低速时发生缸内气流倒流进入进气管的现象，也会影响有效压缩比，从而影响压缩终了温度，使发动机的冷起动困难。 合理的进气定时是十分重要的。 四、气门叠开和燃烧室扫气 在排气行程上止点附近进、排气门同时开启，通常称为气门叠开。 在气门叠开期间，如果进气管压力大于排气管压力，新鲜充量压力差的作用下流入气缸，与缸内残余废气进行混合后，部分可以直接排入排气管中。 有利于扫除缸内的残余废气，增加气缸充量，达到扫气目的； 可以降低燃烧室内气缸盖、排气门、活塞顶、缸套的温度，对于受热严重且冷却困难的关键零件，效果是显著的。 汽油机气门叠开角比较小。非增压柴油机中采用较大的气门叠开角，一般在20o~50o(CA)范围内。增压柴油机采用比较大的气门叠开角，一般为80o~140o(CA)。 第1节 四冲程内燃机的换气过程 第4章 内燃机的换气过程 第1节 四冲程内燃机的换气过程 第2节 四冲程内燃机的换气损失 第3节 提高内燃机充量系数的措施 第4节 二冲程内燃机的换气 第2节 四冲程内燃机的换气损失 换气损失定义为理论循环换气功与实际循环换气功之差。 一、排气损失 膨胀损失——随着排气提前角的增大而增加，随转速增高而增加。 推出损失——随着排气提前角的增大而减小，随转速增高而较为明显增加。 最有利的排气提前角应当使两者之和为最小。 减小排气损失的方法：合理的排气正时、增大排气门流通面积。 二、进气损失 进气过程对内燃机性能的影响不仅体现在进气损失功上，更重要的是体现在所吸入新鲜充量的多少上。 三、泵气功与泵气损失 非增压内燃机的泵气损失是由p－V图中换气过程封闭曲线面积所代表的负功来表示的，以Wp表示泵气损失，有 Wp ＝(x + y － u)Lp Lp为示功图的比例系数。 增压内燃机的泵气损失是由增压压力和涡轮排气压力所围成的矩形面积与实际换气过程所围成的封闭曲线面积之差： Wp ＝ [(pb － pT)Vs －