发动机原理与汽车理论第2章发动机的换气过程.ppt
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第二章-发动机的换气过程PPT课件
Pr排气门 处 n2， 的 所 n 阻 以 Pr力 v
影响较小
（四）排气终了温度 Tr
Tr v （五）压缩比
v
2024/1/6
.
（六）配气定时 合理的配气定时也可增加充气效率
（七）进气状态 进气或大气压力高，pa也随之增加，新鲜 工质密度增加，进气量也增多。
2024/1/6
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三、提高充量系数的措施：
m am 1m r(1r)m 1
vm m s1h(1 m s r)h m a(1srV )hsa h V a
• v愈高，代表每循环进入一定气缸容积的新鲜工质量 多，则发动机功率和扭矩可增加，动力性好。
2024/1/6
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二、影响充量系数各种因素
（一） 进气终了压力 p a
vm m s1h(1 m s r)h m a(1srV )hsa h V a
排气门迟闭角为4= 10～70 °CA。
2024/1/6
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三、进气过程：从进气门开启到关闭，内燃机吸入的新鲜充量的
整个过程。
1.进气提前：
进气门一般在上止点前提前一定曲轴转角开启，以 保证活塞下行时有足够大的开启面积，减少进气节流损 失。进气门提前角一般为0～ 40ºCA。
进气真正开始时刻，要待气缸内残余废气膨胀至低于进 气管内进气压力才开始。由于该时进气管内气体加速需要压 力差，进气门开启截面积又小，因此新鲜充量不能及时吸入 气缸。进气门提前开启就是为了减少节流损失，增加气缸内 充气量。
特点：1.进气管、气缸、排气管三者相通，有利于扫气增加。 2.新鲜冲量的冷却有利于降低缸内温度。
2024/1/6
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气门叠开角的确定：
由于气流惯性，进气管、排气管虽然相通，在气门叠 开角适当时不应出现废气倒流现象。
影响较小
（四）排气终了温度 Tr
Tr v （五）压缩比
v
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（六）配气定时 合理的配气定时也可增加充气效率
（七）进气状态 进气或大气压力高，pa也随之增加，新鲜 工质密度增加，进气量也增多。
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三、提高充量系数的措施：
m am 1m r(1r)m 1
vm m s1h(1 m s r)h m a(1srV )hsa h V a
• v愈高，代表每循环进入一定气缸容积的新鲜工质量 多，则发动机功率和扭矩可增加，动力性好。
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二、影响充量系数各种因素
（一） 进气终了压力 p a
vm m s1h(1 m s r)h m a(1srV )hsa h V a
排气门迟闭角为4= 10～70 °CA。
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三、进气过程：从进气门开启到关闭，内燃机吸入的新鲜充量的
整个过程。
1.进气提前：
进气门一般在上止点前提前一定曲轴转角开启，以 保证活塞下行时有足够大的开启面积，减少进气节流损 失。进气门提前角一般为0～ 40ºCA。
进气真正开始时刻，要待气缸内残余废气膨胀至低于进 气管内进气压力才开始。由于该时进气管内气体加速需要压 力差，进气门开启截面积又小，因此新鲜充量不能及时吸入 气缸。进气门提前开启就是为了减少节流损失，增加气缸内 充气量。
特点：1.进气管、气缸、排气管三者相通，有利于扫气增加。 2.新鲜冲量的冷却有利于降低缸内温度。
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气门叠开角的确定：
由于气流惯性，进气管、排气管虽然相通，在气门叠 开角适当时不应出现废气倒流现象。
第2章 发动机的换气过程(2)
对柴油机，负荷调节方式为“质调节”，没 有节气门，负荷变化与节流损失关系不大， pa 基 本不变，在不考虑负荷增加引起Ta升高的前提下， 充气效率v 也不变。 但是，实际上，所有发动机都会因为负荷增 加使得Ta升高，导致充气效率v下降。
第二章 发动机的换气过程
—— 减少进、排气系统阻力
2.4
减少进、排气系统阻力
2.3
四行程发动机的充气效率 式中
Vc + Vs' Vc + Vs ;
2.3.2 充气效率v的表达式
mr vVs r s
进气门迟闭影响系数； 残余废气系数 压缩比
pa、 Ta 进气终了时气体压力和温度
ps 、 Ts 进气状态下气体压力和温度
第二章 发动机的换气过程
—— 四行程发动机的充气效率
2.3
四行程发动机的充气效率 1、进气系统阻力△ pa 进气终了压力pa为 pa = ps — △ pa
2.3.2 充气效率v的影响因素
△ pa 为进气系统气体流动阻力 由充气效率v的表达式可知， △ pa 越低， pa 越高，充气效率v越高。
第二章 发动机的换气过程
—— 四行程发动机的充气效率
第二章 发动机的换气过程
—— 四行程发动机的充气效率
2.3
四行程发动机的充气效率 5、压缩比
2.3.2 充气效率v的影响因素
由充气效率v的表达式可知，单独看压缩 比 提高，则充气效率v 有所下降；但压缩比 提高，残余废气系数 减小。 压缩比 对充气效率v 影响不大，提高压 缩比 ，充气效率v 略微提高。
2.4
减少进、排气系统阻力
2.4.1 减小气门处的流动损失 进气马赫数 Ma 反映气体流动和气门结构 尺寸的关系，对充气效率有重要的影响。 根据一系列试验可知，在正常的配气定时 条件下，当超过一定数值时，大约在0.5左右， 充气效率急剧下降。因此在最高转速时应控制 Ma不超过一定数值。
第二章 发动机的换气过程
—— 减少进、排气系统阻力
2.4
减少进、排气系统阻力
2.3
四行程发动机的充气效率 式中
Vc + Vs' Vc + Vs ;
2.3.2 充气效率v的表达式
mr vVs r s
进气门迟闭影响系数； 残余废气系数 压缩比
pa、 Ta 进气终了时气体压力和温度
ps 、 Ts 进气状态下气体压力和温度
第二章 发动机的换气过程
—— 四行程发动机的充气效率
2.3
四行程发动机的充气效率 1、进气系统阻力△ pa 进气终了压力pa为 pa = ps — △ pa
2.3.2 充气效率v的影响因素
△ pa 为进气系统气体流动阻力 由充气效率v的表达式可知， △ pa 越低， pa 越高，充气效率v越高。
第二章 发动机的换气过程
—— 四行程发动机的充气效率
第二章 发动机的换气过程
—— 四行程发动机的充气效率
2.3
四行程发动机的充气效率 5、压缩比
2.3.2 充气效率v的影响因素
由充气效率v的表达式可知，单独看压缩 比 提高，则充气效率v 有所下降；但压缩比 提高，残余废气系数 减小。 压缩比 对充气效率v 影响不大，提高压 缩比 ，充气效率v 略微提高。
2.4
减少进、排气系统阻力
2.4.1 减小气门处的流动损失 进气马赫数 Ma 反映气体流动和气门结构 尺寸的关系，对充气效率有重要的影响。 根据一系列试验可知，在正常的配气定时 条件下，当超过一定数值时，大约在0.5左右， 充气效率急剧下降。因此在最高转速时应控制 Ma不超过一定数值。
发动机原理——第二章-发动机的换气过程
第二章发动机的换气过程燃烧是做功之本。
燃烧需要空气与燃料。
重量比容积比燃料 1 1 液态空气15 1000 气态燃料受机械控制，容易参加。
而汽缸容积就那么大，要想多加空气就要困难得多。
因此，对发动机换气过程的研究就显得尤为重要了。
§2-1 四冲程发动机的换气过程一配气定时与工程热力学中介绍的不同, 进排气门的开启、关闭也需要时间, 故在下止点前排气－排气提前角40︒～80︒在上止点后关闭－排气迟闭角10︒～35︒在上止点前吸气－进气提前角0︒～40︒在下止点后关闭－进气迟闭角40︒～80︒进气提前角+排气迟闭角－气门叠开角二换气过程〔一〕排气过程1 自由排气阶段A排开p >>p’ →p = p’靠缸内压力将气体挤出气缸，其中p－缸内压力, p’－排气管内压力。
2 强制排气阶段Bp = p’ → p ≤p’靠活塞上行将废气挤出气缸。
3 超临界排气C排开→p = 1.9 p’=m/s。
其流量与压差〔p - p’〕在气阀最小截面处, 气体流速等于该地音速a kRT无关, 只决定于排气阀开启面积和气体状态。
4 亚临界排气Dp = 1.9 p’ →排闭。
其流量取决于压差〔p - p’〕。
〔二〕进气过程和气门叠开角-〕使新鲜介质进入缸内。
由于节流作用, 缸内产生负压；〔p p气阀叠开角：非增压：20︒～60︒ CA。
太大〔引起〕→废气回流进气道。
太小→扫气作用不明显。
增压：110︒～140︒ CA。
进气管p↑, 扫气明显, 气阀叠开角可以增大很多。
如6135型高柴：非增压：40︒, 增压：124︒。
扫气的作用：1 去除废气, 增加气缸内的新鲜充量。
2 降低排气温度。
3 降低热负荷最严重处〔如气阀、活塞等〕的温度。
三换气损失理论循环换气功与实际循环换气功之差。
如图：换气损失功－X+〔Y+W〕, 其中〔W+Y〕为排气损失功，X为进气损失功。
〔一〕排气损失功YW是因排气门提前开启而损失的膨胀功,称为自由排气损失。
第二章 发动机的换气过程
2. 高速时应具有最大的气门升 程和进气门迟闭角，减小流 动阻力，提高充量系数，满 足发动机高速时的要求。
3. 进气门从开启到关闭的进 气持续角也进行相应的调整。
第二章 发动机的换气过程
可变气门正时（VVT ）
Pe
Tτq
优点：根据实现机构的不同，采用VVT技术可以使得发动机的 低速转矩得到大幅度的提高。
第二章 发动机的换气过程
膨胀损失
从排气门提前开启到下止点这一时期，由于提前 排气造成了缸内压力下降，使膨胀功减少.
自然吸气
增压
第二章 发动机的换气过程
推出功损失
活塞由下止点向上止点的强制排气行程所消耗的功。
自然吸气
增压
第二章 发动机的换气过程
排气损失
膨胀损失和推出损失二者之和。
第二章 发动机的换气过程
所以 n pr c （影响较小）
4、排气终了温度 Tr
Tr c
，是粗略的。还有许多因 素未予考虑。如：压力升高比，绝热指数k，热传输和过 量空气系数等。
第二章 发动机的换气过程
第三节 提高发动机充量系数的措施
排气提前角
定义
排气门在膨胀冲程到达下止 点前的某一曲轴转角位置提前 开启的角度。
作用
排气阀升程
增加排气流通面积（时面值or角面值）， 减少排气冲程所消耗的活塞推出功。
第二章 发动机的换气过程
排气门迟闭角 定义 排气门在上止点后关闭的角度。 作用
1,避免因排气流动截面积过早减小而造成的排气阻力的 增加，使缸内的残余废气量增加。
（2）负荷 汽油机：负荷 节气门开度 （质调节）
pa pa c
柴油机：负荷 循环供油量 （量调节）（与 pa
3. 进气门从开启到关闭的进 气持续角也进行相应的调整。
第二章 发动机的换气过程
可变气门正时（VVT ）
Pe
Tτq
优点：根据实现机构的不同，采用VVT技术可以使得发动机的 低速转矩得到大幅度的提高。
第二章 发动机的换气过程
膨胀损失
从排气门提前开启到下止点这一时期，由于提前 排气造成了缸内压力下降，使膨胀功减少.
自然吸气
增压
第二章 发动机的换气过程
推出功损失
活塞由下止点向上止点的强制排气行程所消耗的功。
自然吸气
增压
第二章 发动机的换气过程
排气损失
膨胀损失和推出损失二者之和。
第二章 发动机的换气过程
所以 n pr c （影响较小）
4、排气终了温度 Tr
Tr c
，是粗略的。还有许多因 素未予考虑。如：压力升高比，绝热指数k，热传输和过 量空气系数等。
第二章 发动机的换气过程
第三节 提高发动机充量系数的措施
排气提前角
定义
排气门在膨胀冲程到达下止 点前的某一曲轴转角位置提前 开启的角度。
作用
排气阀升程
增加排气流通面积（时面值or角面值）， 减少排气冲程所消耗的活塞推出功。
第二章 发动机的换气过程
排气门迟闭角 定义 排气门在上止点后关闭的角度。 作用
1,避免因排气流动截面积过早减小而造成的排气阻力的 增加，使缸内的残余废气量增加。
（2）负荷 汽油机：负荷 节气门开度 （质调节）
pa pa c
柴油机：负荷 循环供油量 （量调节）（与 pa
汽车发动机原理第二章 发动机的换气过程
３.换气损失和泵气损失
换气损失等于进气损失与排气损失之和，如图2-3、
图2-4中面积(W+Y+X)，而在实际示功图计算中，已 经用丰满系数ϕi修圆理论示功图的棱角，所以ϕi中已包 括部分换气损失(面积W+U)，故泵气损失为换气损失 的一部分，即图2-3、图2-4中面积(Y+X-U)。
第一节结束
一、充量系数
沿ar线进行，进气沿ar线进行，进、排气压力相等，泵气
功为零，增压发动机的理想换气过程如图2-4ａ)所示，由 于进气压力Ps大于排气压力Pr ，所以排气沿a′r′线进行，进 气沿r″a″线进行，面积a″a′r′r″a″表示泵气功，为正功。
１.换气损失
如图2-3ｂ)和图2-4ｂ)所示，排气门提前开启时，排气 压力线从点ｂ′开始偏离膨胀线，面积过小与理想循环相比， 损失的功相当于Ｗ所表示的面积，称为自由排气损失，在 活塞将燃气推出汽缸时，由于沿途有流动阻力，所以汽缸 内的气体压力高于排气管内压力(非增压发动机排气管内压 力假定为大气压力)，损失的功相当于Ｘ所表示的面积(Ｘ
最佳排气提前角也应当越机中，由于进气系统的阻力，进气
过程汽缸内的压力低于大气压力，而活塞背面曲轴箱 内的压力稍大于大气压力，因此，进气过程活塞要消 耗功，如图2-3中面积Ｙ所示，在增压发动机中，进 气压力高于大气压力，故活塞顶面压力高于活塞背面 压力，活塞在进气过程得到正功。
所表示的面积包含了Ｕ所表示的面积)，称为强制排气损失，
自由排气损失与强制排气损失之和即为排气损失。
排气提前角的选择会影响自由排气损失和强制排气
损失的分配，如图2-5所示，排气提前角越大(曲线ｂ)，
排气门开启越早，自由排气损失就越大，但此时缸内压 力在下止点前已降得足够低，所以强制排气损失减少， 反之，排气提前角减小(曲线ｃ)，强制排气损失会增加， 而自由排气损失则会减少。因此，从减少排气损失角度 看，最佳排气提前角应使两者之和为最小(曲线ａ)。
第二章 发动机的换气过程
第二章发动机的换气过程本章重点：换气过程的特点及其评价指标；提高换气效果的措施。
本章难点：充气效率的定义；可变技术发动机排出废气、充入新鲜空气或可燃混合气的全过程叫做换气过程。
没有换气过程，发动机无法持续运转。
每循环进入气缸的空气量或可燃混合气量是决定发动机动力输出大小的因素。
所以，换气过程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性、经济性的重要环节。
合理组织换气过程，保证吸入尽可能多的新鲜充量，以获得尽可能高的输出功率和扭矩；尽量减少换气损失，以降低机械损失，提高发动机经济性；保证进气后在缸内所形成的气体运动，能满足组织快速燃烧的要求，以提高热效率。
η是评价发动机换气过程完善程度和决定发动机性能的重要指标。
充气效率ν2.1 四冲程发动机的换气过程1.换气过程四冲程发动机的换气过程包括从排气门开启直到进气门关闭的整个时期，大约占410~480℃A（曲轴转角）。
一般将换气过程分为自由排气、强制排气、进气和气门重叠四个阶段。
图1-2-1为四冲程发动机换气过程的p-V图。
1）自由排气阶段图1-2-1中从排气门早开点b′到晚关点r′，约240~260℃A的b′bdrr′段为排气过程。
排气门开启初期，缸内压力p远大于排气管压力p r，此时，图1-2-1 四冲程发动机的换气过程p-V图尽管活塞还在下行，缸内压力也在不断下降，但是压差(p-p r)已足以使废气自由留出，而不必依靠活塞推出。
这一阶段为自由排气阶段。
自由排气阶段大约在下止点后10~30℃A结束。
自由排气阶段虽然时间不长，且气门开启流通面积也较小，但因流速很高，排出废气量达60%以上。
2）强制排气阶段自由排气阶段结束后，缸内压力大大降低，必须依靠上行活塞强制推出。
因为气门流通面积减小，排气不畅，在排气后期到上止点，缸内压力略有上升。
3）进气过程图1-2-1中从排气门早开点d到晚关点a′，约220~265℃A的drr′aa′段为进气过程。
发动机原理与汽车理论第2章 发动机的换气过程(动画2个)
1. 进气终了压力 随进气终了压力提高，充量效率提高。 进气时的压力降 Δp可用下式表示:
∴进气系统的阻力主要取决于 1）进气系统阻力系数 2）进气流速，如图2-4.
2.进气终了温度 随进气终了温度的提高，充气效率下降。 3. 排气终了压力和温度 随排气终了压力提高ꎬ充气效率下降。 4. 大气压力和温度 从充气效率公式可以得出，随大气压力降低、温度 升高，充气效率提高。 5.压缩比 压缩比增加，燃烧室容积相对减小，使残余废气量 相对下降，所以充气效率提高。 6.配气相位 最佳的进、排气门迟后关闭角应根据进、排气流惯 性来确定，而气流惯性取决于发动机的转速。
3.减小进气管道的阻力系数 为减小进气管道的阻力系数，在保证各缸充气量分 配、混合气形成及进气涡流形成等要求的前提下，应尽 可能采用圆形截面，增大进气道尺寸，减少弯道和流通 截面的变化。
二、减小排气阻力
减小排气阻力主要是在结构上采取措施，减小排气 系统各段的阻力系数，包括排气门、排气管道、排气消 声器等。 注意:由于进气系统阻力对发动机性能的影响比排 气系统阻力大，所以当减小进气阻力与减小排气阻力的 要求发生矛盾时，应适当照顾减小进气阻力的要求，如 进、排气门直径和数量的选择。
二、换气损失
１. 排气损失 1）提前排气损失 排气门提前开启，导致膨胀功减少而引起的损失，在图 2-2中面积Ⅰ即表示提前排气损失。 2）强制排气损失 活塞上行强制排出废气所 消耗的功，在图2-2中面积 Ⅱ＋Ⅳ即表示强制排气损失。 ２. 进气损失 进气过程中克服进气系统 阻力所消耗的功，图 2-2中 面积Ⅲ即代表进气损失。
二、影响残余废气系数的因素
1. 进气终了的压力和温度 随进气终了压力提高和温度降低，实际充气量增多， 残余废气量相对减小，残余废气系数减小，使充气效率 提高。
∴进气系统的阻力主要取决于 1）进气系统阻力系数 2）进气流速，如图2-4.
2.进气终了温度 随进气终了温度的提高，充气效率下降。 3. 排气终了压力和温度 随排气终了压力提高ꎬ充气效率下降。 4. 大气压力和温度 从充气效率公式可以得出，随大气压力降低、温度 升高，充气效率提高。 5.压缩比 压缩比增加，燃烧室容积相对减小，使残余废气量 相对下降，所以充气效率提高。 6.配气相位 最佳的进、排气门迟后关闭角应根据进、排气流惯 性来确定，而气流惯性取决于发动机的转速。
3.减小进气管道的阻力系数 为减小进气管道的阻力系数，在保证各缸充气量分 配、混合气形成及进气涡流形成等要求的前提下，应尽 可能采用圆形截面，增大进气道尺寸，减少弯道和流通 截面的变化。
二、减小排气阻力
减小排气阻力主要是在结构上采取措施，减小排气 系统各段的阻力系数，包括排气门、排气管道、排气消 声器等。 注意:由于进气系统阻力对发动机性能的影响比排 气系统阻力大，所以当减小进气阻力与减小排气阻力的 要求发生矛盾时，应适当照顾减小进气阻力的要求，如 进、排气门直径和数量的选择。
二、换气损失
１. 排气损失 1）提前排气损失 排气门提前开启，导致膨胀功减少而引起的损失，在图 2-2中面积Ⅰ即表示提前排气损失。 2）强制排气损失 活塞上行强制排出废气所 消耗的功，在图2-2中面积 Ⅱ＋Ⅳ即表示强制排气损失。 ２. 进气损失 进气过程中克服进气系统 阻力所消耗的功，图 2-2中 面积Ⅲ即代表进气损失。
二、影响残余废气系数的因素
1. 进气终了的压力和温度 随进气终了压力提高和温度降低，实际充气量增多， 残余废气量相对减小，残余废气系数减小，使充气效率 提高。
发动机的换气过程PPT课件
22
排气损失与进气损失 之和称为换气损失 (W十Y十X) 。
泵气损失（X+Yu）：在实际循环示 功图中把面积(x+yu)相当的负功称为泵 气损失。这部分损失 放在机械损失中加以 考虑。
23
• 一般而言，所有减少换气损失的措施 以及以后将要讨论到的提高充量系数 的途径，对降低泵气损失都是有利的。
17
气门重叠角的选择以 新鲜充量不流入排气 管为原则。
增压柴油机都采用比 非增压柴油机大的气 门重叠角，一般为 80º~160º(CA)；
气门重叠角过大，会 使气门与活塞发生相 撞，一般非增压柴油 机的气门叠开角在 20º~60º(CA)范围内。
18
•换气损失
排气损失 进气损失
19
二、排气损失
'
Vr' r'
ma
Ka[(Vc
V s
'
)a'
V r
'
r
'
]
影响充量系数的因素有进气的状态、 进气终了的汽缸压力和温度、残余废气系数、 压缩比及进排气相位角等。
33
（二）影响充气效率的因素
1．进气终了时的压力Pa’ Pa’对φc有重要影响，Pa’愈高，φc值
愈大 Pa’=Ps－△Pa
式中，△pa为气体流动时，克服进气系统阻力 而引起的压降(kPa)。
51
52
减小进气门流通截面处 流动损失的具体措施
加大进 气门直径
增加进 气门数目
合理设计 进气道 及气门的 结构
53
(1)加大进气门直径
由于进气过程的重要性，一般应尽可能布置较 大尺寸的进气门，以降低流经进气门截面时 的气体流速，从而降低局部流动阻力。
排气损失与进气损失 之和称为换气损失 (W十Y十X) 。
泵气损失（X+Yu）：在实际循环示 功图中把面积(x+yu)相当的负功称为泵 气损失。这部分损失 放在机械损失中加以 考虑。
23
• 一般而言，所有减少换气损失的措施 以及以后将要讨论到的提高充量系数 的途径，对降低泵气损失都是有利的。
17
气门重叠角的选择以 新鲜充量不流入排气 管为原则。
增压柴油机都采用比 非增压柴油机大的气 门重叠角，一般为 80º~160º(CA)；
气门重叠角过大，会 使气门与活塞发生相 撞，一般非增压柴油 机的气门叠开角在 20º~60º(CA)范围内。
18
•换气损失
排气损失 进气损失
19
二、排气损失
'
Vr' r'
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'
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]
影响充量系数的因素有进气的状态、 进气终了的汽缸压力和温度、残余废气系数、 压缩比及进排气相位角等。
33
（二）影响充气效率的因素
1．进气终了时的压力Pa’ Pa’对φc有重要影响，Pa’愈高，φc值
愈大 Pa’=Ps－△Pa
式中，△pa为气体流动时，克服进气系统阻力 而引起的压降(kPa)。
51
52
减小进气门流通截面处 流动损失的具体措施
加大进 气门直径
增加进 气门数目
合理设计 进气道 及气门的 结构
53
(1)加大进气门直径
由于进气过程的重要性，一般应尽可能布置较 大尺寸的进气门，以降低流经进气门截面时 的气体流速，从而降低局部流动阻力。
发动机的换气过程课件
燃烧反应 燃烧是燃料与氧气之间的高温化学反应，释放出 能量。
燃烧过程 包括进气、压缩、点火、燃烧和排气五个阶段。
化学反应式 以汽油为例，其化学反应式为 CnHm + (n+m/4) O2 → nCO2 + m/2 H2O。
燃烧室的设计
01
02
03
形状设计
为了促进混合气均匀分布 和火焰传播，燃烧室通常 设计成涡流形状。
压缩比
压缩比的高低对混合气的压缩程度和点火性能有 直接影响，进而影响燃烧效率。
PART 05
发动机的排气过程
排气门开启与关闭时刻
排气门开启时刻
随着活塞到达上止点，气缸内的压力 达到最高点，此时排气门开启，废气 开始排出。
排气门关闭时刻
随着活塞下行，气缸内压力降低，当 压力低于排气门内外压力差时，排气 门关闭。
提高压缩效率的措施
优化活塞和气缸壁设计
减少摩擦和泄露，提高压缩效率。
使用高压缩比活塞材料
提高压缩比，增加燃烧效率。
定期检查和调整气门间隙
确保气门关闭严密，减少气体泄露。
提高燃烧效率的措施
使用高性能燃油喷射系统 精确控制燃油喷射量和时间，提高燃油与空气混合效果。
优化点火系统 提高点火能量和火花塞性能，促进充分燃烧。
进气歧管的流量控制
空气滤清器
过滤进入进气歧管的空气，减少杂质和灰尘对发动机的损害。
流量计
测量进入进气歧管的空气流量，为发动机控制系统提供重要参数。
PART 03
发动机的压缩过程
压缩过程的原理
压缩过程是指将空气或混合气压缩，使其体积减小，压力和温度升高的过程。 在四冲程发动机中，压缩过程通常在活塞从下止点向上止点运动的过程中完成。
发动机与汽车理论 发动机的换气过程
１. 减小进气系统的流动损失 ● 减小进气系统的流动损失 ● 减少空气滤清器的阻力
２. 减少对新鲜充量的热传导 ３. 减少排气系统对气流的阻力
４. 合理选择配气相位 ５. 利用进、排气管内的动态效应
发动机与汽车理论
单元三 发动机的换气过程
发动机与汽车理论
课题二 发动机进气增压技术
所谓发动机增压，是利用增压器压缩进入发动机进气管的充量，增加其 密度，提高发动机动力性，改善燃料经济性和排放性能。
● 排气过程
(１) 自由排气阶段
(2) 强制排气阶段
● 进气过程
● 扫气过程
单元三 发动机的换气过程
课题一 发动机换气过程和充气效率 一、发动机的换气过程及换气损失
2. 换气损失 ● 排气损失：从排气门 开启到进气行程开始后汽缸 内压力达到大气压力时循环 指示功的损失称为排气损失。
● 进气损失：进气损失 主要是指进气过程中克服进 气系统阻力所消耗的功。
发动机的换气过程包括排气过程和进气过程。 其任务是排除汽 缸内的废气，并吸入新鲜空气或可燃混合气。 对发动机换气过程的要求 是：排气彻底，进气充分，换气损失小。
单元三 发动机的换气过程
发动机与汽车理论
课题一 发动机换气过程和充气效率
一、发动机的换气过程及换气损失
１. 换气过程 四冲程发动机的换气过程是指从排气门开始开启到进气门完全关闭的整个过 程。四冲程发动机的换气过程约占４１０° ~４９０°曲轴转角。
课题二 发动机进气增压技术 二、谐波进气增压系统
１. 发动机进气管的动态效应 ２. 谐波进气增压系统的工作原理
发动机与汽车理论
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一、废气涡轮增压系统
１. 工作原理
２. 废气涡轮增压的主要特点 (１)利用废气能量进行增压，有利于改善
２. 减少对新鲜充量的热传导 ３. 减少排气系统对气流的阻力
４. 合理选择配气相位 ５. 利用进、排气管内的动态效应
发动机与汽车理论
单元三 发动机的换气过程
发动机与汽车理论
课题二 发动机进气增压技术
所谓发动机增压，是利用增压器压缩进入发动机进气管的充量，增加其 密度，提高发动机动力性，改善燃料经济性和排放性能。
● 排气过程
(１) 自由排气阶段
(2) 强制排气阶段
● 进气过程
● 扫气过程
单元三 发动机的换气过程
课题一 发动机换气过程和充气效率 一、发动机的换气过程及换气损失
2. 换气损失 ● 排气损失：从排气门 开启到进气行程开始后汽缸 内压力达到大气压力时循环 指示功的损失称为排气损失。
● 进气损失：进气损失 主要是指进气过程中克服进 气系统阻力所消耗的功。
发动机的换气过程包括排气过程和进气过程。 其任务是排除汽 缸内的废气，并吸入新鲜空气或可燃混合气。 对发动机换气过程的要求 是：排气彻底，进气充分，换气损失小。
单元三 发动机的换气过程
发动机与汽车理论
课题一 发动机换气过程和充气效率
一、发动机的换气过程及换气损失
１. 换气过程 四冲程发动机的换气过程是指从排气门开始开启到进气门完全关闭的整个过 程。四冲程发动机的换气过程约占４１０° ~４９０°曲轴转角。
课题二 发动机进气增压技术 二、谐波进气增压系统
１. 发动机进气管的动态效应 ２. 谐波进气增压系统的工作原理
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一、废气涡轮增压系统
１. 工作原理
２. 废气涡轮增压的主要特点 (１)利用废气能量进行增压，有利于改善
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结论
结论
进气终了压力提高，充气效率提高。 进气终了温度提高，充气效率下降。 排气终了压力提高，充气效率下降。 排气终了温度变化对充气效率影响不大。 大气压力降低、大气温度升高，充气效率提
高。 压缩比提高，充气效率提高。 配气相位：进、排气迟后角过大或过小，充
气效率降低。
二、残余废气系数的影响因素
容积一定时，充气效率越高，说明进气越充分，
每循环的实际充量越多，发动机的动力性好。
第二节 影响换气过程的因素
一、影响充气效率的因素 二、影响残余废气系数的因素
一、影响充气效率的因素
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ma mr m0
1 T0
1 p0
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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1.进气终了的压力和温度 2.排气终了的压力和温度 3.大气压力和温度 4.压缩比 5.配气相位
一、换气过程
四冲程发动机的换气过程是指上一循环排气 门开启到下一循环进气门完全关闭的整个过 程。
换气过程分为自由排气、强制排气和进气过 程三个阶段 。
自由排气 强制排气 进气、扫气
换气过程
自由排气
自由排气阶段：从排气门开启，到汽缸内压力接近排气管 内压力这段时间 。
1.超临界状态 排气量只取决于排气门的开度、气体状态等，与排气门
前后的压力差无关。 2.亚临界状态 排气量只取决于排气门的开度和排气门前后的压力差。
排出的废气量可达排气总量的60%以上。 排气门应该在活塞到达下止点前提前开启（减小排气阻 力）。
强制排气
强制排气阶段：自由排气阶段结束后，汽缸内的 废气被上行的活塞强制推出，直到排气门关闭。 废气的流动状态仍处于亚临界状态。 排气门应该在活塞到达上止点后不久才关闭（减 少残余废气量和减小排气阻力）。
二、换气损失
1.排气损失：从排气门提前打开到进气过程开始后，汽缸压力 接近或达到大气压力之前所产生的损失功。它包括提前排气损 失和强制排气损失 (两者受排气提前角影响，最佳的排气提前 角是排气损失最小）。 最佳排气提前角随转速提高而增大。 2.进气损失： 进气损失一方面使进气过程 消耗了功；另一方面影响到 进气过程中吸入新鲜充量的 多少，这对发动机的性能影 响很大。 3.泵气损失:
稀混合气； 浓混合气； 理论（标准）混合气。
三大效率与发动机功率和转矩的关
Pe
n
K1 at
系
v i m
Me
9550
Pe n
K2
1
at
v i m
式中：K1、K2——对一定的发动机为比例常数 。 且K2=9550 K1 。
影响发动机动力性指标（Pe和Me）的参数主要有：
过量空气系数、充气效率、指示热效率和机械效 率。 提高充气效率是提高发动机动力性的重要
三、换气过程的评定指标
一般用残余废气系数和充气效率来评定。
残余废气系数（r)：发动机每循环进气终了时，汽缸 内的残余废气量与实际充气量的比值 。
r mr Vr mV
r mr 1 ma mr ma 1
1
paTr 1
mr
prTa
残余废气系数主要用来比较排量不同的发动 机残余废气量的多少，评定发动机换气过程 进行的好坏。
一、理论空气量和过量空气系数 二、三大效率与发动机功率和转
矩的关系
理论空气量和过量空气系 数
1．理论空气量：指1kg的燃料完全燃烧时 所需的最低空气量。(汽油：14.7；柴 油:14.5 )
2给．的过空量气空量气Lat系与数理LL0：论指空燃气烧量1Lk0的g燃比料值实。际供
φat＞1 φat＜1 φat =1
维护、适时更换。 3．减小进气管道的阻力系数：尽可能
采用圆形截面、增大进气道尺寸、减小 弯道和流通截面变化、采用进气控制系
二、减小排气阻力
1.减小排气门处的阻力：采用加大排气 门升程或多排气门结构。
2.减小排气管道的阻力：应采用渐扩型， 保证排出的气体充分膨胀，降低汽缸与 排气管内的压力差，使汽缸压力迅速下 降。
三、降低进气温度
1.在结构布置上，减小进气管受热； 2.加强对冷却系统的维护，防止发
动机过热； 3.热空气供给装置。
四、合理选择配气相位
1.对配气相位角度的要求 (1)进气迟后角一定，在某一转速下充
第四节 改善换气过程的措 施
一、减小进气阻力 二、减小排气阻力 三、降低进气温度 四、合理选择配气相位
一、减小进气阻力
1．减小进气门处的阻力系数： 加大进气门直径: 采用多气门结构: 适当增加进气门升程:改进配气凸轮线
型； 适当降低活塞运行速度:减小活塞行程。 2．减小空气滤清器的阻力系数：定期
充气效率
充气效率（ην）:指发动机每一工作循环的实际充 气量m与理论充气量m0 （进气状态下充满汽缸工作容
积的新鲜气体数量)的比值 。
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m m0
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充气效率不受汽缸工作容积的影响。当汽缸工作
进气、扫气
进气过程：指活塞到达上止点前，进气门开始开启到进气门 完全关闭的这段时间。 进气提前角(减小进气阻力）、进气迟后角 （增加进气量和 减小进气阻力） 进气门关闭时，汽缸内的压力接近或略高于大气压。 气门叠开：在排气行程上止点附近存在着进、排气门同时开 启的现象。 扫气过程：利用新鲜空气或
混合气进一步扫除缸内废气。 同时降低了燃烧室内热区零件 的温度。 叠开角过大、过小都不好。
r mr 1 ma mr ma 1
1
paTr 1
mr
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进气终了压力提高和温度降低，残余废气系数减小 。 排气终了的压力提高和温度降低，残余废气系数增大 。 压缩比提高，残余废气系数减小 。 合适的配气相位，残余废气系数减小 。
第三节 换气过程对发动机性能影响
充气效率、指示热效率、机械效率三 者并称为发动机的三大效率。
第二章 发动机的换气过程
第一节 四冲程发动机的换气过程 第二节 影响换气过程的因素 第三节 换气过程对发动机性能 的影响 第四节 改善换气过程的措施 第五节 发动机的进气控制 第六节 发动机的进气增压
第一节 四冲程发动机的换气过程
一、换气过程 二、换气损失 三、换气过程的评定指标