汽车发动机原理第4章换气过程与循环充量

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1、第4章换气过程与循环充量换气过程—排出废气和充入新气的全过程◎周期性、非稳态流动过程（不同于其它热机）◎从“量”的方面影响动力性和经济性Hp1+φl2inusa0P=ηGH=ηηη()φV()()()eetmumctmcs1+φlRTφlτa0ssa0Hp2inus=ηηη()φV()()ctmcsφlRTτa0ss发动机构造图对换气过程的要求：1.最大限度地吸入新鲜充量——φc是核心问题；2.最小的换气损失；3.各缸进气均匀性；4.在缸内形成合理的流场，以控制混合气形成和燃烧。4.1四冲程发动机的换气过程4.1.1换气过程与换气系统1.如图4-1，换气过程从膨胀冲程末期排气门开启（a

2、’点）时算起，直到进气门关闭（b’点）时为止，大约为410ºCA~480ºCA；2.换气系统包括：气缸加上进气和排气系统，组成的以大气为边界的流动的开式热力系统；（增压机和有排气后处理装置时更复杂）图4-1四冲程机的换气系统和换气过程4.1.2换气过程及其分期换气过程=排气阶段+进气阶段+气门重叠阶段(展开图表示更明确)1.排气过程=自由排气+强制排气1)自由排气阶段排气门开启初期，缸内压力p远大于排气管压力（p=0.2MPa~0.5MPa）,在此压差下废气流出，因此称为自由排气阶段。根据气体力学孔口节流的规律，当排气阀两端压力之比大于1.83时，喉口处出现音速流动，也称为超临界状态（

3、排气门开启时，缸内压力p=0.2MPa￣0.5MPa,而p=0.11MPa￣0.12MPa，所以一般发动机都要经历超临界排气e阶段）。超临界排气时，气门喉口（最小截面）始终保持当地音速状态，a=（kRT）0.5，即排气流量只与缸内状态和流通截面积有关,而与压差无关。(排气初期T=700K￣1100K，则a=500￣700m/s，形成发动机排气噪声的主要来源）随汽缸压力下降，当排气阀两端压力之比小于1.83时，喉口流速低于音速，进入亚临界自由排气阶段，流量大小取决于压差和流通截面，但仍保持高的排气速度。自由排气阶段大约到下止点后10ºCA~30ºCA结束（一般排气提前角为30ºCA~80

4、ºCA）。占总排气时间的1/3左右，但排气量达60%以上。所以这一时期也是排气阻力、噪声最大的时期。2)强制排气阶段自由排气结束后，缸内压力大大降低，必须依靠活塞上行强制排气。这一阶段中，缸内与排气管的平均压差约为0.01~0.02MPa，时间占总排气时期的2/3。排气后期到上止点时，压力略有上升（图4-1）,这是气门流通截面减小排气不畅的缘故。排气上止点时，气流仍有向外流动的惯性，所以一般排气门晚关10ºCA~35ºCA2．进气过程缸内进气压力线呈中凹形。初期压力较大下降，是活塞下行加速度加大，使真空度加大的结果；后期压力上升，则是高速流入气缸的充量，其动能转变为势能（压力）的结果。

5、进气过程的核心问题是充量系数φ的问题（本c章后面要重点分析）。3.气门重叠过程图4-1d-r′段是气门重叠期（！展开图），气门重叠期=排气门晚关角+进气门早开角（后面要进一步讨论这一问题）。Residualgascontrol(Gasexchangeof4-strokeengineatTDC)pEpILimit:W/ovalveoverlapWithvalveoverlappporhighspeedIE(Dynamic)TDCVK2E5975换气损失=泵气损失功+膨胀损失功或：换气损失=排气损失功+进气损失功=(75￣80

6、)%+(20￣25)%Gasexchangelossesof4-strokeengine3p2EVO4IVC1¢IVOp1uEVCTDCBDCVVK1,VK2E20244.1.3进排气相位角及其对性能的影响1、相位角及其功用进、排气门相对于上、下止点早开、晚关的四个角度叫做进、排气相位角。它们的取值关系到增大进气充量、减小换气损失和阻力等性能的优化。1）排气早开角◎排气早开角的必要性；◎主要影响换气损失，对充量系数影响较小；◎存在一个使换气损失为最小的最佳排气早开角（如图4-3）；◎不同转速时要求的最佳排气早开角不同。4.1.3进排气相位角及其对性能的影响2）排气晚关角◎排气晚关角的必

7、要性——利用气流惯性；◎主要影响充量系数和换气质量；◎存在最佳排气晚关角，过小，惯性利用不足，过大，废气倒流3）进气早开角◎排气早开角的必要性——减小进气节流；◎对泵气损失和充量系数均有影响；◎存在一个使换气损失为最小的最佳进气早开角，过小，进气节流大，过大，易回火。4）进气晚关角◎排气早开角的必要性——利用气流惯性；◎主要影响充量系数；◎存在最佳进气晚关角，过小，惯性利用不足，过小，回流。5）共性问题◎随转速升高，最佳相位角应增大；◎四个相位