发动机原理(第二章进气道)共20页
发动机原理-第二章 发动机的换气过程
第二章 发动机的换气过程一。
五个角度：1.进气提前角α：从进气门打开到上止点这段曲轴转角(0～40 oCA)。
目的：活塞下行时有足够大的开启面积，新鲜工质可以顺利流入气缸。
2.进气门迟闭角β：从下止点到进气门关闭(40～70 oCA) 。
目的：利用高速气流的惯性，在下止点后继续充气，以增加进气量。
3.排气提前角γ：从排气门开启到活塞行至下止点所对应的曲轴转角称为，一般为30º~80ºCA。
目的：①在活塞上行时排气门有足够大的开启面积；②减小活塞上行时的阻力。
4.排气迟闭角δ：从上止点到排气门完全关闭这段曲轴转角（10～350CA ） 目的：利用高速气流的惯性排除废气。
.5.叠开角：进、排气门同时开启时对应的曲轴转角，一般为20º～80º曲轴转角。
在增压发动机可达80º~160º的曲轴转角。
因其进气压力高。
目的：由于进气管、气缸、排气管互相连通，可以利用气流的压差、惯性或进、排气管压力波的帮助，清除残余废气，增加进气量，降低高温零件的温度，但注意不应产生废气倒流现象。
二，换气过程：⑴自由排气阶段：排气门开启到气缸压力接近了排气管压力的这一时期 ⑵超临界状态： 排气门开启时，气缸内废气压力较高（0.2~0.5Mpa ）， 通过排气门口废气的流速等于该状态下的音速（m/s ）在超临界排气时期①废气流量与排气管内压力pr 无关，只与气缸内的气体状态及气门开启截面积有关②因排气流速甚高，在排气过程中伴有刺耳的噪声，所以排气系统必须装有消声器。
⑶亚临界状态：当时，排气流动转入亚临界状态，废气流速降低，产生的噪音较小。
特征：排出的废气量决定于气缸内及排气管内的压力差。
压力差越大排出废气越多。
当到某一时刻 ，自由排气阶段结束（一般下止点后10º~30º曲轴转角）。
此阶段虽然历程很短，但因排气流速甚高，排出废气量达60%以上。
⑷高速发动机：高速发动机其排气提前角要大一些：在自由排气阶段中，排出的废气量与发动机转速无关。
发动机的工作原理
发动机的工作原理引言概述：发动机是汽车的心脏，是汽车动力的来源，它通过内燃机的方式将燃料燃烧产生的能量转化为机械能，从而驱动汽车行驶。
发动机的工作原理是一个复杂而精密的过程，下面将详细介绍发动机的工作原理。
一、进气阶段1.1 空气进入发动机通过进气道将空气引入气缸内，空气中含有氧气，是燃料燃烧的必要条件。
1.2 汽缸内气流进入气缸内的空气经过气门控制进出，通过活塞的上下运动形成气缸内的气流。
1.3 汽缸内增压有些发动机会采用增压器来增加气缸内的进气密度，提高燃烧效率。
二、压缩阶段2.1 活塞压缩进气阀关闭后，活塞开始向上运动，将气缸内的空气压缩，使空气温度升高。
2.2 压缩比发动机的压缩比是指气缸内压缩先后容积的比值，影响着燃烧效率和动力输出。
2.3 燃油喷射在压缩阶段，燃油通过喷油嘴喷入气缸内，与压缩的空气混合形成可燃混合气。
三、爆燃阶段3.1 点火发动机点火系统会在适当的时机点燃混合气，引起爆燃，释放燃烧能量。
3.2 燃烧过程燃烧过程是一个快速的化学反应过程，燃料与氧气在高温高压下瞬间燃烧，产生高温高压气体。
3.3 活塞推动燃烧释放的能量推动活塞向下运动，转动曲轴，带动汽车的运动。
四、排气阶段4.1 排气门开启燃烧后的废气通过排气门排出气缸，准备进入排气系统。
4.2 排气系统排气系统包括排气管、消声器等部件，将废气排出车辆，减少噪音和排放。
4.3 回收能量有些高级发动机会采用涡轮增压器来回收排气的能量，提高燃烧效率。
五、循环重复5.1 运转稳定发动机的工作原理是一个连续循环的过程，进气、压缩、爆燃、排气四个阶段不断重复，保持发动机运转稳定。
5.2 燃油控制现代汽车发动机会通过电脑控制燃油喷射和点火时机，以实现燃油经济性和动力性的平衡。
5.3 故障排查发动机故障时，需要通过诊断仪等工具进行故障排查，找出问题所在并进行维修。
总结：发动机的工作原理是一个复杂而精密的过程，需要各个部件协同工作才干正常运转。
涡轮发动机结构之进气道—进气道的功用和分类
超音速进气道
小 结 进气道的功用和类型
B737飞机装备的进气道
一 进气道功用 • 进气道可位于飞机头部、飞机两侧或机翼下方
F22飞机装备的进气道
歼7飞机装备的进气道
一 进气道功用
进气道
功 用 ① 以尽可能小的流动损失，为发动机供应 适量的 空气
一 进气道功用
气流在进气道内减速
进气道进口马赫数
<
进气道出口马赫数（即 发动机进口速度）
一 进气道功用
V
P
0截面
1截面
当压气机进口处的气流马赫数小于飞行马赫数时, 通过冲压压缩，提高空气的压力
一 进气道功用
功 用 ①以尽可能小的流动损失，为发动机供应适量的空气 ②高速飞行时，完成气流的冲压压缩
一
进气道功用
二
进气道的分类
二 进气道类型
进气道
亚
超
音
音
速
速
进
进
气
气
道
道
二 进气道类型 亚音速进气道
进气道的功用
01 在各种状态下, 将足够量的空气, 以最小的流动损失,
顺利地引入压气机并在压气机进口形成均匀的 流场以避免压气机叶片的振动和压气机失速;
02 当压气机进口处的气流马赫数小于飞行马赫数时,
通过冲压压缩空气, 提高空气的压力。
冲压压缩的作用
➢ 冲压作用（进气道的功能） 当压气机进口处的气流马赫数小于飞行马赫数时, 通过冲压压缩空气, 提高空气的压力。
内压式 外压式 混合式
进气道的功用和分类
回顾：涡轮喷气发动机基本组成
进气道
进气道
压气机
燃烧室
涡轮 喷管
目标
发动机原理第2章
2、进气终了温度Ta
＞ Ta
T0
⊿ Ta = Ta –Ts: （1）进气予热（汽油机），分配均匀
（2）接触高温机件
（3）残余废气加热
（4）液体燃料蒸发吸热（汽油机）
▪
⊿侧T。a增加，则ρa下降， φc下降，柴油机进排气管分在两
▪
影响因素
➢
n 增加—⊿ Ta下降（接触时间短）
➢
负荷增加—⊿ Ta增加（残余气体温度增加，零件温度增加）
▪
排气门开到排气下止点缸内气体压力高于排气管内
的排气背压，缸内气体可以自由地排出缸外（另一
种划分方法：排气门开到缸内压力接近排气管内压
力）。
▪
为降低排气消耗功，排气门提前开，排气门提前角
30—80°
第一节 四冲程内燃机的换气过程
（二）强制排气阶段
▪
下止点到上止点，活塞推出缸内气体，强制排出缸
外。
▪
特点：流速高，压差大，排气损失增大。
▪
为降低排气功和降低φr，排气门迟关，惯性排气，
10—70°
第一节 四冲程内燃机的换气过程
1、超临界排气
▪
排气门打开初期：
k
pII
2
k1
pI k 1
▪
缸内压力在0.2—0.5MPa之间，处于超临界流动，废
气以当地音速流出。
第一节 四冲程内燃机的换气过程
Байду номын сангаас
30°。
▪
非气增门压重柴叠油角机，： 以进 提气 高管 常压 用力 转接 速内近的P0充，量允，许一适般当在采2用0—较大
80°。
▪
增压柴油机：进气压力大于排气压力，一部分新气通过
发动机的工作原理
发动机的工作原理发动机是一种能够把燃料的化学能转化为机械能的设备，是现代交通工具中不可或缺的动力装置。
发动机的工作原理可以分为四个基本步骤：进气、压缩、燃烧和排气。
首先，进气阶段：发动机通过气门控制进气门的开闭，利用气缸的负压，将大量的空气吸入到气缸中。
一般情况下，空气通过空气过滤器进入气缸，进气道的长度和形状也会影响气缸内的气流。
接下来，压缩阶段：气缸的活塞向上运动，将吸入的空气压缩。
这个过程会增加气体分子之间的碰撞，使气体分子的平均速度和压强增加，同时也增加了气体的温度。
压缩比越大，发动机的效率也就越高。
第三个阶段是燃烧阶段：在活塞接近顶死点的时候，燃料以雾状或者喷雾的形式通过喷油嘴喷入气缸中。
燃料与高温高压的空气混合后，由于活塞的挤压作用，燃料的温度升高，燃烧形成的高温高压气体推动活塞向下运动。
这个过程在燃烧室中同时进行。
最后，排气阶段：活塞再次向上运动，将燃烧后的废气通过排气门排出。
这个过程中需要利用排气门的开闭和活塞的运动，将废气推出气缸，并通过排气管排到大气中。
上述四个阶段是内燃机的基本工作原理，但具体的发动机类型和结构会有所不同。
根据燃料的不同，发动机可以分为汽油发动机和柴油发动机。
汽油发动机使用混合燃料，是通过汽油的蒸发产生燃烧所释放的热能推动活塞运动。
柴油发动机使用柴油作为燃料，是通过高压喷射形成的高温高压燃烧气体推动活塞运动。
此外，发动机的结构也会因车型和设计目标的不同而有所差异。
一般来说，一个发动机由气缸体、活塞、连杆、曲轴、气门等几个部分组成。
气缸体是一个密闭的容器，用于容纳活塞和构成燃烧室。
活塞通过连杆与曲轴相连，活塞的上下运动由曲轴转化为旋转运动，并输出动力。
气门则通过气门机构控制进出气缸的气体流动。
总结起来，发动机通过气缸的吸入、压缩、燃烧和排气四个阶段，将化学能转化为机械能。
不同类型的发动机和结构会有所不同，但基本的工作原理是相通的。
发动机作为交通工具的核心部件，不断的技术创新和研究将使得发动机更加高效、环保和可靠。
发动机系统工作原理
发动机系统工作原理发动机是现代交通工具中的重要组成部分，它是为车辆提供推动力的关键设备。
了解发动机系统的工作原理对于维护和了解汽车性能非常重要。
本文将介绍发动机系统的基本工作原理，包括点燃混合气体、气缸压缩和爆炸推动等过程。
1. 燃油供给系统发动机的燃油供给系统主要由燃油箱、燃油泵、燃油滤清器和喷油器等组成。
燃油从燃油箱通过燃油泵被抽送到发动机中，并经过滤清器过滤杂质。
喷油器将燃油以合适的喷雾形式喷入气缸，与空气混合形成可燃混合气体。
2. 空气供给系统发动机的空气供给系统主要由进气道、空气滤清器和节气门等组成。
空气通过空气滤清器进入进气道，节气门控制空气流量。
进入气缸的空气需要与喷入的燃油混合，在发动机工作中发挥作用。
3. 点燃系统点燃系统是发动机中点燃混合气体的关键部分。
它主要由点火线圈、火花塞和点火控制模块等组成。
点火线圈提供高压电流，通过火花塞产生高压火花，点燃气缸中的混合气体。
点火控制模块控制点火的时机和参数，确保点火过程的准确性。
4. 气缸压缩和爆炸推动气缸是发动机中完成燃烧过程的关键部分。
气缸内的活塞上下运动，通过连杆和曲轴将线性运动转化为旋转运动，并扭转输出动力。
在活塞上升的过程中，气缸内的混合气体被压缩，从而提高其温度和压力。
当活塞达到顶点时，点火系统引发火花，混合气体发生爆炸燃烧，并推动活塞向下运动。
这种连续的爆炸和推动过程使发动机产生动力。
5. 冷却系统发动机工作时会产生大量热量，为了保证发动机的正常运行，需要通过冷却系统来控制温度。
冷却系统由水泵、散热器和冷却液等组成。
冷却液通过水泵循环流动，带走热量并通过散热器散发到空气中，从而保持发动机温度在合适范围内。
总结：发动机系统的工作原理包括燃油供给、空气供给、点燃、气缸压缩和爆炸推动等多个方面。
各个部件有效地协作，保证发动机的正常运转。
了解发动机系统的工作原理有助于我们更好地理解汽车的性能，并在维护和保养中做出正确的决策。
第二章 发动机的换气过程
原理。
件（如排气门）热负荷低。
重叠角过大，气门易碰活塞， 使得活塞上气门凹坑过深，破坏
了进气涡流和燃烧，同时加重增
压器的负担。
排气迟闭
排气提前
四冲程发动机配气相位
一般柴油机为20～50 °CA，增压柴油机为80 °～50 °CA 。
3）重叠角对汽油机的影响： 大多数汽油机吸入的新鲜工质是可燃混合气，过大重叠
塞下行时气门具有较大的流通截
面积（一般提前角为10°～
40°CA）。 2）进气门迟闭： 充分利用气
进气门开
流惯性继续充气（一般迟闭角为
40°～ 70°CA）。
迟闭角
进气门提前与迟闭
3）迟闭角的选择： （1）转速升高，气流惯性大， 迟闭角也应增大；
进气提前
排气迟闭
（2）迟闭角不宜过大，否则
低速时部分新鲜工质会被压出气 缸，不仅影响发动机动力性，柴 油机还会因此起动困难。
门升程，实现快速开与闭。
4）改善气道动力性：光滑壁面、圆弧过度、并使气门 升起后远离壁面。 5）高速柴油机采用较小的S/D。
2、进气终了气体温度 Ta ： Ta 越大，气体密度越小，
充量系数也越小（增压发动机进气中冷）。
3、残余废气系数γ： 残余废气越多，充量系数也就越小； 同时，废气越多，还会使燃烧恶化，降低发动机的经济性和 排放性。 排气系统阻力越大、排气终了压力也越大，残余废气 量也就越多。但是，适当量的残余废气可以改善发动机的 排放性能。 4、压缩比 c： 压缩比大，余隙相对容积减少，废气残余 量就减少，充量增大。 5、合适的配气相位
二、废气残余系数γ：
定义： 进气过程结束时气缸内残余废气质量与进入气缸 的新鲜空气质量之比。
航空发动机原理构造
航空发动机原理构造第一章、燃气涡轮发动机的工作原理1、燃气涡轮喷气发动机：将燃油燃烧释放的热能转化为机械能的装置。
它既是热机（将燃油化学能转化为热能），又是推进器（将热能转化为机械能）。
冲压式2、发动机涡喷涡轮式涡扇（包含桨扇）涡轴涡桨3、发动机分类依据：氧化剂来源；氧化剂形态；有无压气机4、燃气涡轮喷气发动机（Turbojet Engine）：以空气作为工质。
与航空活塞发动机相比这种发动机具有结构简单、重量轻、推力大、推进效率高，而且在很大的飞行速度范围内，发动机的推力随飞行速度的增加而增加。
5、涡轮螺旋桨发动机（Advanced Turbojet-propeller Engine）：组成：燃气轮机、螺旋桨、减速器工作原理：空气通过进气道进入压气机；压气机以高速旋转的叶片对空气做功压缩空气，提高空气的压力；高压空气在燃烧室内和燃油混合，燃烧，将化学能转化为热能，形成高温高压的燃气；高温高压的燃气在涡轮内膨胀，推动涡轮旋转输出功去带动压气机和螺旋桨，大量的空气流过旋转的螺旋桨，其速度有一定的增加，使螺旋桨产生相当大的压力；气体流过发动机，产生反作用推力。
优点：综合了涡喷和涡桨的优点，而且在较低的飞行速度下，具有较高的推 进效率，所以它在低压音速飞行时具有较好的经济性。
6、涡轮风扇发动机（Turbofan Engine ）:组成：进气道、风扇、低压压气机、高压压气机、燃烧室、高压涡轮、低压 涡轮、喷管工作原理：工作情况与涡喷发动机相同。
推力来源是风扇和内涵道推力。
涡 轮、燃烧室、尾喷管与涡喷发动机相同，压气机还可以提高发动 机性能。
优点：与涡喷发动机相比，涡扇发动机具有推力大，推进效率高，噪音低等 特点。
7、涡扇发动机有内外连个涵道。
8、涵道比：外涵流量与内涵流量的比值，用符号B 表示。
q q m m 21/B 。
9、涵道比越大，推力越大。
10、直升机主要使用涡轮轴发动机；涡轮风扇发动机主要用于民机；涡轮喷气发 动机主要用于军机。
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外阻较大。
混压式超音进气道
超音亚音：介乎于 前两者之间； 外罩平直，外阻小； 结尾正激波可自动调 节，工作稳定； 起动较容易。
4、超音速进气道特性
（1）斜波系角度变化 交点不再位于唇口 低超音速飞行，激 波交点前移，超音 溢流阻力加大。 高超音速飞行，激 波交点后移，激波 损失加大。
dAA(Ma2
1)
dV V
三种类型 混压式 外压式 内压式
内压式超音进气道
➢ 超音亚音：全部在口内完成； ➢ 理想状况：总压损失小 ➢ 因起动问题，较少实用。
外压式超音进气道
超音气流经过2道斜 激波后，气流速度减 小，压力提高，再经 过一道位于进口处的 正激波降为亚音流， 在口内的扩张通道内 进一步减速增压；
二、亚音进气道
1、结构形式 皮托管式
2、流动模型
K p0*A0q(0) K p0*1A01q(01)
T0*
T0*1
流量系数
大小决定于飞行M数
A0 q(01)
和发动机工作状态
A01 q(0)
0 <<
为适应 的变化，减少分离，具有钝圆形唇口。
V0
三、 超音速进气道
激波
产生：超音速气流受到压缩产生的强压 缩波
4、超音速进气道特性
（2）结尾正激波位于 喉道(临界状态)
（3)结尾正激波被吸向 后移(超临界状态) 总压损失加大 嗡鸣
（4)结尾正激波被推出 口外(亚临界状态) 亚音溢流阻力加大 喘振
4、超音速进气道特性
5、调节
轴对称
移动中心锥体
二元
调节楔角板角度 外罩角度 放气门 辅助进气门
楔板角1＝2044 正激波
楔板角1＝1036 楔板角2＝1239 结尾正激波
1.16 0.868 1.617 1.12 0.8965
0.87 0.866 0.996 0.98 0.926 0.947 0.9982
F15 超音速进气道
2、基本类型
轴对称
二元（矩形）
3、工作原理
Ma>1Ma<1 收敛—扩张
内凹壁面 楔形物和锥形物 流向高压区 分类：正激波、斜激波、弓形波
激波的性质
共性
强压缩波：经激波后静参数突变，总压下降 波前M数越高，激波越强，参数变化越剧烈
个性
经正激波，波后M<1；经斜激波，波后一般仍为M>1。 对相同超音速来流，经正激波的总压损失大于斜激波 来流M1＝1.5 正激波：s=0.92 M2=0.7 斜激波： (楔形物＝108’,=57), s=0.986，M2=1.107 对于斜激波，越大， 越大，激波越强，损失越大 经正激波，气流方向不变；经斜激波气流向波面转折 相交与反射
三、超音速进气道
1、气动设计原理 利用激波的性质，设计为多波系结构， 即先利用损失小的斜激波，逐步将高超 音流滞止为低超音流，再利用一道弱的 正激波将超音流滞止为亚音流。 减小因激波引起的总压损失 波系结构
来流M数＝2.0
正激波
激波波系
波后M数
0.577
0.72 0.72
一道斜激波 正激波
二道斜激波 正激波