汽车发动机原理

随着排气提前角的 增大,膨胀损失增加, 增大,膨胀损失增加, 推出损失减小。 推出损失减小。 a--提前角适当； --提前角适当； 提前角适当 --提前角过大 提前角过大； b--提前角过大； --提前角过小 提前角过小； c--提前角过小； --排气阻力过大 排气阻力过大。 d--排气阻力过大。 适当的排气提前角 应使两者之和最小， 应使两者之和最小， W+X最小 最小。 即W+X最小。 图3-3 四行程发动机的换气损失
第二章
本章要求： 本章要求：
发动机的换气过程
了解： 了解：二冲程发动 机的换气过程。 机的换气过程。 理解：配气相位， 理解：配气相位， 充气效率和影 响因素。 响因素。 掌握： 掌握：四冲程发动 机的换气过程 和换气损失。
第一节 四行程发动机的换气过程
发动机的换气过程是排气过程和进气过程的通称;包括从排气门 发动机的换气过程是排气过程和进气过程的通称 包括从排气门 开启直到进气门关闭的整个时期;约占 ～480°曲轴转角。 约占410～ °曲轴转角。 开启直到进气门关闭的整个时期 约占 换气过程的任务： 换气过程的任务： 将缸内空气排出干净,并充入尽量多的新鲜充量 并充入尽量多的新鲜充量。 将缸内空气排出干净 并充入尽量多的新鲜充量。 换气过程进行的完善程度是提高发动机动力性的重要因素。 换气过程进行的完善程度是提高发动机动力性的重要因素。
在进气状态下（ 供入气缸的空气质量m 在进气状态下 （ Ps 、 Ts ） , 供入气缸的空气质量 s 与在进 封存在气缸内的空气质量 之比 气状态下（Ps、Ts）封存在气缸内的空气质量m’之比 气状态下（ k=ms/m’
五、扫气系数S 扫气系数
在进气状态下（ 供入气缸的空气质量m 在进气状态下 （ Ps 、 Ts ） , 供入气缸的空气质量 s 与封存 在气缸内的空气质量m 之比。 在气缸内的空气质量 a之比。 S=ms/ma
充气效率(充气系数 充气系数) 第二节 充气效率 充气系数
一、扫气效率ηsc 扫气效率
指封存在气缸内的空气质量m 指封存在气缸内的空气质量 ma 与封存在气缸内的总气 体质量(ma+mr)之比 r)=1/(1+r) 二、容积效率ηv 容积效率
(ηsc大则残余废气少) 大则残余废气少
第三节 影响充气量的因素
1、使用因素 、
（1）转速 ）转速n n↑进气流速↑ ↑ 进气流速↑ 流动阻力↑ 流动阻力↑ Pa↓ ηCH↓ Pa↓ n过低 惯性进气↓ 过低,惯性进气 过低 惯性进气↓ ηCH↓ 。
一定的进气系统， 一定的进气系统， 一定负荷下， 一定负荷下，有一 个转速对应的充量 系数最大。 系数最大。
2、结构因素 、
(1)进气系统 进气系统
一般包括进气门、进气管、空滤器、化油器、 一般包括进气门、进气管、空滤器、化油器、进 气道等部件。要尽量减少各部件的流动阻力， 气道等部件。要尽量减少各部件的流动阻力，以 增大进气终了的压力，提高充量系数。 增大进气终了的压力，提高充量系数。 试验证明， 试验证明，增大进气终了的压力比降低残余废气 系数对充量系数的影响大，所以设计成进气门直 系数对充量系数的影响大，所以设计成进气门直 径大于排气门直径，气门顶部的形状呈流线型。 径大于排气门直径，气门顶部的形状呈流线型。
三、充气效率ηCH 充气效率
指封存在气缸内的空气质量（混合气） 指封存在气缸内的空气质量（混合气）ma与在进气状态下 封存在气缸内的空气质量（混合气） （Ps、Ts）封存在气缸内的空气质量（混合气）m’之比
ηCH=ma/m’ =Vs/Vh 四、扫气比k 扫气比
ηCH= ηSC ηV
(由于进气阻力 、 气缸压力和温度的影响 ， ηCH<1： 汽 o.7~0.85;柴 由于进气阻力、 气缸压力和温度的影响， 由于进气阻力 ： 柴 0.75~0.9)
进气阶段： 进气阶段：
排气门关闭后，活塞继续下行， 排气门关闭后，活塞继续下行，新鲜气体 吸入气缸。 被吸入气缸。 由于进气系统有一定的阻力， 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， （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，其温度高于大气温度。 余废气的加热，其温度高于大气温度。
(m/s)
废气的６０％ ７０％ 废气的６０％～７０％排出 ６０ 排气门提前开，一般排气提前角设计为30 80°CA曲轴转角 30曲轴转角。 排气门提前开，一般排气提前角设计为30-80°CA曲轴转角。高速 机中，应加大排气提前角。 机中，应加大排气提前角。 CA6102， 3300r/min，排气提前角42 42° 如 CA6102，n＝3300r/min，排气提前角42°； 切诺基,n＝5600r/min，排气提前角56° 切诺基,n＝5600r/min，排气提前角56° ,n 56
一、换气过程
分五个阶段： 分五个阶段： 1、自由排气阶段 3、进排气重叠阶段 5、惯性进气阶段 2、强制排气阶段 4、进气阶段
1
3
图
自由排气阶段： 自由排气阶段：
从排气门打开到气缸压力接近于排气管压力的这个时期,称为自由 从排气门打开到气缸压力接近于排气管压力的这个时期,称为自由 排气阶段。 排气阶段。 缸内压力与排气管压力之比大于临界值， 缸内压力与排气管压力之比大于临界值，排气流动出于超临界状 废气以当地音速a排出，流量与排气管压力无关。 态，废气以当地音速a排出，流量与排气管压力无关。 临界值: 临界值:(２/(K+1))(K/(K-1)), a = (KRT)1/2 /(K+1 (K/(K（当T=700~1100K时。A可达500~700m/s)。 T=700~1100K 700 可达500~700m/s)。 500 m/s)
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 时（下止点后10~30 °CA ），压力差很小， 下止点后 ），压力差很小， 压力差很小 废气需依靠活塞上行被强制推出。 废气需依靠活塞上行被强制推出。 强制推出 此阶段在整个排气过程中持续的时间 最长， 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。
二、换气损失
排气损失
w:膨胀损失； w:膨胀损失； 膨胀损失 x:推出损失 推出损失； x:推出损失；
进气损失
y:进气损失； y:进气损失； 进气损失 换气损失： 换气损失：x+y+w 泵气损失：x+y泵气损失：x+y-u
图3-2 四行程发动机的换气损失
1、排气损失
由于排气门提前开启，造成循环功的损失w 膨胀损失或自由排气损失） （ 膨胀损失或自由排气损失 ） ； 和活塞将废气推 出的损失x 推出损失或强制排气损失） 出的损失x（推出损失或强制排气损失）。
①增大进气门直径 ③增加进气门升程 ②增加进气门数目 ④改善气门头与杆的过渡形状
2、减小排气系统的阻力 、 使用清除积炭、安装正确、保持畅通。 3、合理进气予热 、 柴油机进、排气管分两侧布置 4、合理配气相位 、合理配气相位——进气迟闭角 进气迟闭角 5、可变进气系统 、 可变配气相位 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 可变进气管道 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 可变进气门（ 可变进气门（VVT） ） 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。 这一过程由凸轮轴控制进气道的转换阀来实现。
进排气重叠阶段： 进排气重叠阶段：
由于排气门迟后关闭， 进气门提前开启， 由于排气门迟后关闭 ， 进气门提前开启 ， 因此存在 进排气门同时打开的现象 称为气门叠开 的现象， 气门叠开， 进排气门同时打开 的现象 ， 称为 气门叠开 ， 也称扫气 阶段，清除残余废气，增加进气。 阶段，清除残余废气，增加进气。 排气滞后角一般为10 ～ 35°CA ， 进气提前角一般为 排气滞后角一般为 10～ 35°CA， 10 10～40°CA。 10～40°CA。 非增压进排气门重叠角一般为20-60° 增压柴油机， 非增压进排气门重叠角一般为20-60°，增压柴油机， 20 因其进气压力高， 需较大的气门重叠角，一般为80 80因其进气压力高，故需较大的气门重叠角，一般为80160° 160°。
2、进气损失
由于进气系统存在阻力,造成循环功的损失。 由于进气系统存在阻力,造成循环功的损失。 实际示功图中,把图3-2中的（x+y-u）部分称为 实际示功图中,把图3 中的（x+y泵气损失,归入机械损失中；而把图3 中的w 泵气损失,归入机械损失中；而把图3-2中的w、u 部分归到指示效率中考虑。 部分归到指示效率中考虑。 归到指示效率中考虑
图3-7 汽油机的充量系数随 负荷的变化关系 1-全负荷 2、3、4、5、部分负荷 全负荷 、 、 、 、
（3）大气状态 ）
大气压力P 大气压力P0： Pa↓ 基本不变， 不变。 P0↓Pa↓，但Pa/P0基本不变，故ηCH不变。 大气温度To： 大气温度To： To To变化，Ta也变化，To/Ta基本不变， To变化，Ta也变化，To/Ta基本不变，故ηCH不变 变化 也变化 基本不变 ↓=>发动机功率 发动机功率↓ 但P0↓(To↑)=>ρ0↓=>ma↓=>发动机功率↓。
mr—残余废气质量；r=mr/ma 残余废气系数 残余废气质量； 残余废气质量 指封存在气缸内的总气体质量与在进气状态下（ 指封存在气缸内的总气体质量与在进气状态下 （ Ps、 Ts）封存在气缸内的空气质量m’之比
ηv=(ma+mr)/m’
对非增压发动机，进气状态指空气滤清器后进气管内的气体状态。 对非增压发动机，进气状态指空气滤清器后进气管内的气体状态。 对增压发动机，指压气机后进气管内的气体状态。 对增压发动机，指压气机后进气管内的气体状态。