发动机原理 第6章 换气过程与循环充量.ppt

汽车发动机原理汽车发动机原理第第6 6章章 换气过程与循环充量换气过程与循环充量 Hubei Automotive Industry Institute湖北汽车工业学院汽车工程系湖北汽车工业学院汽车工程系HuBeiHuBei Automotive Industries Institute Dep.of Automobile Automotive Industries Institute Dep.of Automobile第二篇第二篇 动力输出与能量利用动力输出与能量利用 汽车发动机原理汽车发动机原理第第6 6章章 换气过程与循环充量换气过程与循环充量 Hubei Automotive Industry Institute湖北汽车工业学院汽车工程系湖北汽车工业学院汽车工程系HuBeiHuBei Automotive Industries Institute Dep.of Automobile Automotive Industries Institute Dep.of Automobile第六章第六章 换气过程与循环充量换气过程与循环充量 6.1 四冲程发动机的换气过程四冲程发动机的换气过程 换气过程换气过程 图图6.1 6.1 换气过程中气缸压力、排气管内气体压换气过程中气缸压力、排气管内气体压力进排气门流通截面积的变化力进排气门流通截面积的变化汽车发动机原理汽车发动机原理第第6 6章章 换气过程与循环充量换气过程与循环充量 Hubei Automotive Industry Institute湖北汽车工业学院汽车工程系湖北汽车工业学院汽车工程系HuBeiHuBei Automotive Industries Institute Dep.of Automobile Automotive Industries Institute Dep.of Automobile换气过程分期换气过程分期1.1.排气阶段排气阶段 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）惯性排气阶段）惯性排气阶段 2.2.进气阶段进气阶段 1 1）准备进气阶段）准备进气阶段 2 2）正常进气阶段）正常进气阶段 3 3）惯性进气阶段）惯性进气阶段 汽车发动机原理汽车发动机原理第第6 6章章 换气过程与循环充量换气过程与循环充量 Hubei Automotive Industry Institute湖北汽车工业学院汽车工程系湖北汽车工业学院汽车工程系HuBeiHuBei Automotive Industries Institute Dep.of Automobile Automotive Industries Institute Dep.of Automobile3.3.气门重叠和燃烧室扫气气门重叠和燃烧室扫气 非增压发动机中，非增压发动机中，重叠角一般为重叠角一般为20206060曲轴曲轴转角转角。增压柴油机重叠增压柴油机重叠角一般为角一般为8080160160曲轴转角曲轴转角 汽车发动机原理汽车发动机原理第第6 6章章 换气过程与循环充量换气过程与循环充量 Hubei Automotive Industry Institute湖北汽车工业学院汽车工程系湖北汽车工业学院汽车工程系HuBeiHuBei Automotive Industries Institute Dep.of Automobile Automotive Industries Institute Dep.of Automobile换气损失换气损失 1.排气损失从排气门提前打开，直到进气行程开始，缸内压力到达大气压力前循环功的损失自由排气损失 强制排气损失 图图6.4 6.4 排气门提前角和排气损失排气门提前角和排气损失 a a最合适最合适 bb过早过早 cc过晚过晚 dd排气门面积过小排气门面积过小 汽车发动机原理汽车发动机原理第第6 6章章 换气过程与循环充量换气过程与循环充量 Hubei Automotive Industry Institute湖北汽车工业学院汽车工程系湖北汽车工业学院汽车工程系HuBeiHuBei Automotive Industries Institute Dep.of Automobile Automotive Industries Institute Dep.of Automobile2.2.进气损失进气损失 由于进气系统的阻力，进气过程的气缸压力低于进气管压由于进气系统的阻力，进气过程的气缸压力低于进气管压力（非增压发动机中一般设为大气压力），称为进气损失力（非增压发动机中一般设为大气压力），称为进气损失 自由排气损失自由排气损失 强制排气损失强制排气损失 进气损失进气损失 泵气损失泵气损失 汽车发动机原理汽车发动机原理第第6 6章章 换气过程与循环充量换气过程与循环充量 Hubei Automotive Industry Institute湖北汽车工业学院汽车工程系湖北汽车工业学院汽车工程系HuBeiHuBei Automotive Industries Institute Dep.of Automobile Automotive Industries Institute Dep.of Automobile6.2 四冲程发动机的充量系数四冲程发动机的充量系数 充量系数的概念充量系数的概念每缸每循环实际吸入气缸的新鲜空每缸每循环实际吸入气缸的新鲜空气质量与进气状态下理论计算充满气气质量与进气状态下理论计算充满气缸工作容积的空气质量比值缸工作容积的空气质量比值 汽车发动机原理汽车发动机原理第第6 6章章 换气过程与循环充量换气过程与循环充量 Hubei Automotive Industry Institute湖北汽车工业学院汽车工程系湖北汽车工业学院汽车工程系HuBeiHuBei Automotive Industries Institute Dep.of Automobile Automotive Industries Institute Dep.of Automobile充量系数表达式的推导充量系数表达式的推导进气门关闭时气缸容积为进气门关闭时气缸容积为 排气门关闭时缸内工质的质量排气门关闭时缸内工质的质量 此时缸内工质的质量此时缸内工质的质量 假定气缸排气门关闭时关闭点体积为假定气缸排气门关闭时关闭点体积为 汽车发动机原理汽车发动机原理第第6 6章章 换气过程与循环充量换气过程与循环充量 Hubei Automotive Industry Institute湖北汽车工业学院汽车工程系湖北汽车工业学院汽车工程系HuBeiHuBei Automotive Industries Institute Dep.of Automobile Automotive Industries Institute Dep.of Automobile每循环充入气缸的新鲜混合气质量每循环充入气缸的新鲜混合气质量 由空燃比的关系得由空燃比的关系得 进入气缸的混合气进入气缸的混合气质量质量 令则则 汽车发动机原理汽车发动机原理第第6 6章章 换气过程与循环充量换气过程与循环充量 Hubei Automotive Industry Institute湖北汽车工业学院汽车工程系湖北汽车工业学院汽车工程系HuBeiHuBei Automotive Industries Institute Dep.of Automobile Automotive Industries Institute Dep.of Automobile考虑到进、排气门迟闭考虑到进、排气门迟闭，令，令 则则假定残余废气与新鲜充量的气体常数近似相等，假定残余废气与新鲜充量的气体常数近似相等，应用气体状态方程式应用气体状态方程式 ，代入上式，得代入上式，得汽车发动机原理汽车发动机原理第第6 6章章 换气过程与循环充量换气过程与循环充量 Hubei Automotive Industry Institute湖北汽车工业学院汽车工程系湖北汽车工业学院汽车工程系HuBeiHuBei Automotive Industries Institute Dep.of Automobile Automotive Industries Institute Dep.of Automobile充量系数与发动机功率、扭矩的关系充量系数与发动机功率、扭矩的关系 将发动机的进气过程采用当时的大气状态，其理论充量为将发动机的进气过程采用当时的大气状态，其理论充量为 则每循环的实际充量为则每循环的实际充量为 1 1kgkg燃油实际供给的空气量为燃油实际供给的空气量为 实际充量为实际充量为 时供给的循环供油量为时供给的循环供油量为汽车发动机原理汽车发动机原理第第6 6章章 换气过程与循环充量换气过程与循环充量 Hubei Automotive Industry Institute湖北汽车工业学院汽车工程系湖北汽车工业学院汽车工程系HuBeiHuBei Automotive Industries Institute Dep.of Automobile Automotive Industries Institute Dep.of Automobile则每循环燃油燃烧放出的热量为则每循环燃油燃烧放出的热量为 每循环的指示功为每循环的指示功为平均指示压力为平均指示压力为 平均有效压力平均有效压力 汽车发动机原理汽车发动机原理第第6 6章章 换气过程与循环充量换气过程与循环充量 Hubei Automotive Industry Institute湖北汽车工业学院汽车工程系湖北汽车工业学院汽车工程系HuBeiHuBei Automotive Industries Institute Dep.of Automobile Automotive Industries Institute Dep.of Automobile大大气气压压力力下下，视视为为常常数数，、仅仅与与燃燃烧烧有有关关，通通常常石石油油中中 、近乎不变，因此平均有效压力可表示为近乎不变，因此平均有效压力可表示为发动机的有效功率为发动机的有效功率为汽车发动机原理汽车发动机原理第第6 6章章 换气过程与循环充量换气过程与循环充量 Hubei Automotive Industry Institute湖北汽车工业学院汽车工程系湖北汽车工业学院汽车工程系HuBeiHuBei Automotive Industries Institute Dep.of Automobile Automotive Industries Institute Dep.of Automobile发动机扭矩可表示为发动机扭矩可表示为 汽车发动机原理汽车发动机原理第第6 6章章 换气过程与循环充量换气过程与循环充量 Hubei Automotive Industry Institute湖北汽车工业学院汽车工程系湖北汽车工业学院汽车工程系HuBeiHuBei Automotive Industries Institute Dep.of Automobile Automotive Industries Institute Dep.of Automobile影响影响充量系数充量系数的因素的因素 1.1.进气门关闭时缸内压力进气门关闭时缸内压力 2 2进气门关闭时缸内气体温度进气门关闭时缸内气体温度3.3.残余废气系数残余废气系数 4.4.配气相位配气相位 5.5.压缩比压缩比 6.6.进气状态进气状态 汽车发动机原理汽车发动机原理第第6 6章章 换气过程与循环充量换气过程与循环充量 Hubei Automotive Industry Institute湖北汽车工业学院汽车工程系湖北汽车工业学院汽车工程系HuBeiHuBei Automotive Industries Institute Dep.of Automobile Automotive Industries Institute Dep.of Automobile提高发动机充量系数措施提高发动机充量系数措施 1.降低进气系统的阻力 1)1)减少进气门处的流动损失减少进气门处的流动损失 进气马赫数是进气门处气流平均速度与该处声速之比进气马赫数是进气门处气流平均速度与该处声速之比 进气门处气流平均速度进气门处气流平均速度 定义为实际进入气缸的新鲜空气定义为实际进入气缸的新鲜空气与进气门有效时间截面值与进气门有效时间截面值F F(t)(t)之比之比 汽车发动机原理汽车发动机原理第第6 6章章 换气过程与循环充量换气过程与循环充量 Hubei Automotive Industry Institute湖北汽车工业学院汽车工程系湖北汽车工业学院汽车工程系HuBeiHuBei Automotive Industries Institute Dep.of Automobile Automotive Industries Institute Dep.of Automobile有效时间截面值有效时间截面值F F(t)(t)汽车发动机原理汽车发动机原理第第6 6章章 换气过程与循环充量换气过程与循环充量 Hubei Automotive Industry Institute湖北汽车工业学院汽车工程系湖北汽车工业学院汽车工程系HuBeiHuBei Automotive Industries Institute Dep.of Automobile Automotive Industries Institute Dep.of Automobile小结小结增增大大气气门门相相对对通通过过面面积积，提提高高气气门门处处流流量量系系数数以以及及合合理理的的配配气气相相位位是是限限制制M值值，是是提提高高充量系数充量系数的主要方法。的主要方法。增加气门的数目增加气门的数目 改进配气凸轮型线改进配气凸轮型线 改改善善气气门门处处的的流流体体动动力力性性能能，可可以以降降低低流流动阻力动阻力 汽车发动机原理汽车发动机原理第第6 6章章 换气过程与循环充量换气过程与循环充量 Hubei Automotive Industry Institute湖北汽车工业学院汽车工程系湖北汽车工业学院汽车工程系HuBeiHuBei Automotive Industries Institute Dep.of Automobile Automotive Industries Institute Dep.of Automobile2减少进气道、进气管和空气滤清器的阻力 3.减少对进气充量的加热 4.降低排气系统流通阻力 5.合理选择进排气相位角 6.谐振进气与可变进气歧管 汽车发动机原理汽车发动机原理第第6 6章章 换气过程与循环充量换气过程与循环充量 Hubei Automotive Industry Institute湖北汽车工业学院汽车工程系湖北汽车工业学院汽车工程系HuBeiHuBei Automotive Industries Institute Dep.of Automobile Automotive Industries Institute Dep.of Automobile利用进气管的动态效应来提高利用进气管的动态效应来提高充量系数充量系数 压力波动的固有频率压力波动的固有频率 进气频率进气频率用用q q来表示波动次数，则有来表示波动次数，则有 汽车发动机原理汽车发动机原理第第6 6章章 换气过程与循环充量换气过程与循环充量 Hubei Automotive Industry Institute湖北汽车工业学院汽车工程系湖北汽车工业学院汽车工程系HuBeiHuBei Automotive Industries Institute Dep.of Automobile Automotive Industries Institute Dep.of Automobile当当q=1q=1，2 2，时，进气频率与压力波动频率合拍，下一次时，进气频率与压力波动频率合拍，下一次气门开启期间与负的压力波重合，使充气量减少。气门开启期间与负的压力波重合，使充气量减少。当当q=q=，时时，下下一一次次气气门门开开启启期期间间正正好好与与正正的的压压力力波波相重合，使充量系数增加相重合，使充量系数增加汽车发动机原理汽车发动机原理第第6 6章章 换气过程与循环充量换气过程与循环充量 Hubei Automotive Industry Institute湖北汽车工业学院汽车工程系湖北汽车工业学院汽车工程系HuBeiHuBei Automotive Industries Institute Dep.of Automobile Automotive Industries Institute Dep.of Automobile结论：高速用短管；低速用长管结论：高速用短管；低速用长管汽车发动机原理汽车发动机原理第第6 6章章 换气过程与循环充量换气过程与循环充量 Hubei Automotive Industry Institute湖北汽车工业学院汽车工程系湖北汽车工业学院汽车工程系HuBeiHuBei Automotive Industries Institute Dep.of Automobile Automotive Industries Institute Dep.of Automobile汽车发动机原理汽车发动机原理第第6 6章章 换气过程与循环充量换气过程与循环充量 Hubei Automotive Industry Institute湖北汽车工业学院汽车工程系湖北汽车工业学院汽车工程系HuBeiHuBei Automotive Industries Institute Dep.of Automobile Automotive Industries Institute Dep.of Automobile6.3 6.3 二冲程发动机的换气过程二冲程发动机的换气过程 1.自由排气阶段自由排气阶段 2.2.扫气阶段扫气阶段 3.3.过后排气或过后充过后排气或过后充气阶段气阶段 特点：特点：1 1）换气时间短）换气时间短 2 2）进排气过程同时进行）进排气过程同时进行 3 3）扫气消耗功大）扫气消耗功大 4 4）HCHC排放高排放高 汽车发动机原理汽车发动机原理第第6 6章章 换气过程与循环充量换气过程与循环充量 Hubei Automotive Industry Institute湖北汽车工业学院汽车工程系湖北汽车工业学院汽车工程系HuBeiHuBei Automotive Industries Institute Dep.of Automobile Automotive Industries Institute Dep.of Automobile二冲程发动机的扫气方案 二冲程发动机的扫气方案二冲程发动机的扫气方案(a)a)横流扫气横流扫气 (b)b)回流扫气回流扫气 (c)c)直流扫气直流扫气 汽车发动机原理汽车发动机原理第第6 6章章 换气过程与循环充量换气过程与循环充量 Hubei Automotive Industry Institute湖北汽车工业学院汽车工程系湖北汽车工业学院汽车工程系HuBeiHuBei Automotive Industries Institute Dep.of Automobile Automotive Industries Institute Dep.of Automobile换气效果的评价（1 1）扫气效率）扫气效率 （2 2）过量扫气系数）过量扫气系数 汽车发动机原理汽车发动机原理第第6 6章章 换气过程与循环充量换气过程与循环充量 Hubei Automotive Industry Institute湖北汽车工业学院汽车工程系湖北汽车工业学院汽车工程系HuBeiHuBei Automotive Industries Institute Dep.of Automobile Automotive Industries Institute Dep.of Automobile 各种扫气形式的扫气效率各种扫气形式的扫气效率1 1完全扫气完全扫气 2 2直流式扫气直流式扫气 3 3回流式回流式扫气扫气 4 4横流式扫气横流式扫气汽车发动机原理汽车发动机原理第第6 6章章 换气过程与循环充量换气过程与循环充量 Hubei Automotive Industry Institute湖北汽车工业学院汽车工程系湖北汽车工业学院汽车工程系HuBeiHuBei Automotive Industries Institute Dep.of Automobile Automotive Industries Institute Dep.of Automobile影响扫气效率的因素 1 1）扫气方式）扫气方式 2 2）扫气压力）扫气压力 3 3）行程缸径比）行程缸径比4 4）转速）转速5 5）扫气排气系统）扫气排气系统 汽车发动机原理汽车发动机原理第第6 6章章 换气过程与循环充量换气过程与循环充量 Hubei Automotive Industry Institute湖北汽车工业学院汽车工程系湖北汽车工业学院汽车工程系HuBeiHuBei Automotive Industries Institute Dep.of Automobile Automotive Industries Institute Dep.of Automobile本章小结本章小结增大每循环或单位时间输入发动机的充气增大每循环或单位时间输入发动机的充气量是提高整机输出功率的直接而有效的方量是提高整机输出功率的直接而有效的方法法充量系数及其影响因素是发动机进、排气充量系数及其影响因素是发动机进、排气换气过程的基本原理和规律换气过程的基本原理和规律 多气门进气系统结构和多气门进气系统结构和“可变可变”技术是目技术是目前较成熟的技术并在不断发展中前较成熟的技术并在不断发展中汽车发动机原理汽车发动机原理第第6 6章章 换气过程与循环充量换气过程与循环充量 Hubei Automotive Industry Institute湖北汽车工业学院汽车工程系湖北汽车工业学院汽车工程系HuBeiHuBei Automotive Industries Institute Dep.of Automobile Automotive Industries Institute Dep.of Automobile