内燃机的换气过程

注： 过大的排气迟闭会导致废气倒流。
当废气从气缸流出的流动过程刚刚停止时，就是理想的排气
门关闭时刻，排气门迟闭角为10º~70º(CA)。
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第一节 四冲程内燃机的换气过程
三 进气过程
1、定义 从进气门提前开启 到进气门迟后关闭 的全过程。
2.进气门早开晚关
为了使得在进气过程开始时，进气门有一定的流通截面，以减少进气过程 的阻力，增加进入气缸的新鲜充量，进气门一般也在上止点前提前开启， 称为进气提前，进气提前角为10º~40º(CA)。
一、自由排气阶段 3、自由排气特点：
(1)在自由排气阶段的初期，由于排气门刚刚开启，缸内压力 较高，排气管压力与气缸压力之比往往小于临界值，流动呈现 超临界状态，缸内气体以当地声速流过排气门。
(2)排气质量流量只取决于缸内气体状态和排气门有效开启截 面的大小，与排气管内的气体状态无关。
(3)当流通截面不够大时，自由排气会拖到整个排气阶段。
机的换气过程可分为自由排气、强制排气、气门叠 开、进气等阶段
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第一节 四冲程内燃机的换气过程
一、自由排气阶段
1、定义 从排气门提前开启到气缸压力接近排气管内压力的时期，
称为自由排气阶段。
2、排气门为什么要提前开启？
(1)由于受配气机构的结构限制，气门在开启过程中只能逐渐加大其流通 截面。早开启为了增大流通截面积。
c PL
目前中小功率向高速发展 n 进气阻力 C i ,
要使n 又使C ，必须研究换气过程
四冲程内燃机的换气过程 （占380～430曲轴转角）
从排气门提前开启 至进气门推后关闭 的整个进排气阶段。
分为以下几个过程：
排气过程 气门叠开
自由排气 强制排气
进气过程
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第一节 四冲程内燃机的换气过程
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第一节 四冲程内燃机的换气过程
二、强制排气阶段
3.排气门为什么要迟关？
（1）随着活塞的上行，排气门流通截面开始逐渐减小，气体流经气门 的节流作用加强，因而在上止点附近，气缸压力再次升高，其直接后 果是，排气所消耗的功与缸内的残余废气量都增加了，这对于换气与 燃烧过程都不利。 （2）排气迟闭期间，可以利用缸内气体流动惯性从气缸内抽吸部分废 气，多排气。
自由排气阶段虽然占整个排气时间的比例不大， 但由于排气流速很高，排出的废气量可达60% 以上，一般持续到下止点后10º~30º(CA)结束。
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第一节 四冲程内燃机的换气过程
二、强制排气阶段
1、定义 活塞强行将废气推出阶段。
2、特点
X
(1) 消耗功，循环中x面积。
(2)由于气体在流动过程中要克服排气门、排气道以及消声器 等处的流动阻力，缸内的气体压力要略高于排气管内的平均压 力，而且气体流速越高，压力差也就越大。存在压力波动。
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第一节 四冲程内燃机的换气过程
一、自由排气阶段
4、流出的废气量确定：
在气门开启时间内，流经气门的气体 质量与气门前后的状态关系式为:
dm 1 A d 6n
p11
式中，下标I表示上游流动参数(相
应地，II表示下游的流动参数)；
μ与A分别为气门处的流量系数与
流通截面积，可分别根据试验结
果和气门的几何参数确定；Ψ为流
图4-1是四冲程内燃机在换气过程中，气缸压 力、排气管中的压力随曲轴转角的变化情况以及相 应的低速示功图(p-V图)、从图中可以看出，排气 门开启后，燃气从气缸急速流入排气管，气缸压力 很快下降，直到排气下止点后的某一位置排气门关 闭为止。进气门在上止点前开启，新鲜充量流人气 缸，直到进气下止点后的某一位置关闭为止。在排 气上止点附近，进、排气门同时开启。四冲程内燃
充量更换的目的：
将已燃气体排出并为下一循环吸入新鲜充量。
判断充量更换过程是否完善的指标：
已燃气体是否排尽 以及进入气缸的新鲜充量是否充分。与充
量更换过程有关的各种附属系统的设计是否合理、有效，而且 也与发动机的运行状态有关。
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第一节 四冲程内燃机的换气过程
研究目的：
PL
K1
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cm s n
第四章 内燃机的换气过程
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第四章 内燃机的换气损失 提高内燃机充量系数的措施 内燃机的增压（专题） 二冲程内燃机的换气
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内燃机的换气过程
内燃机的充量更换过程
四冲程发动机 从排气门开启 至进气门关闭 的整个进排气阶段。
二冲程发动机 从排气口开启 至排气口关闭 的整个扫气过程。
高速时气流流动的惯性大，进气迟闭角应相应大一些。
但过大的进气迟闭角，使发动机的冷起动困难。 因为：
1.当转速降低时（起动时），气流惯性小，进气不足。 2.低速时，发生缸内气流倒流进入进气管的现象，会影 响有效压缩比，从而使压缩终了温度、压力降低，影响 起动。 因此，合理的进气定时是十分重要的。
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(2)如果排气门刚好在膨胀行程下止点时开启，则排气门流通截面增加过缓， 气缸压力下降迟缓，活塞在向上止点回行时将造成较大的反压力，增加排 气行程所消耗的功。
注： 排气提前角过大时，膨胀功损失过大。排气提前角需通过实验确
定最佳值。排气提前角的范围为30º~80º(CA)。
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第一节 四冲程内燃机的换气过程
函数，与上、下游的流动状态有
流动呈现超临界状态
关，其计算式为
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由此可见，自由排气阶段中排出的废气量与内 燃机的转速无关，但在高速时，同样的排气时 间对应的曲轴转角将大为增加。为使气缸压力 及时下降，必须加大排气提前角，否则将使自 由排气阶段(以曲轴转角计)延长、排气消耗功 增加。所以，随发动机转速的增加应相应增大 排气提前角。
第一节 四冲程内燃机的换气过程
四、气门叠开和燃烧室扫气过程
1、气门叠开
进、排气门同时开 启，进排气门和燃 烧室三者联通
气门叠开角
排气迟闭角与进气 提前角之和。
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第一节 四冲程内燃机的换气过程
四、气门叠开和燃烧室扫气过程
1、气门叠开 气门叠开将导致：
为了利用在吸气过程中形成的进气管内气流的流动惯性，实现气缸的过 后充气，进气门不在下止点关闭，而是在下止点过后的一定角度时延迟 关闭，即进气迟闭。这样．有可能使得进气过程终了时，缸内压力等于 或略高于进气管压力。进气迟闭角一般为20º~60º(CA)。
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第一节 四冲程内燃机的换气过程
三 进气过程