發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過(guò)程課件

第二章發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過(guò)程EngineGasExchangeProcess12021第二章發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過(guò)程EngineGasExch下止點(diǎn)上止點(diǎn)22021下止點(diǎn)上止點(diǎn)22021換氣過(guò)程排氣過(guò)程進(jìn)氣過(guò)程

研究的內(nèi)容換氣過(guò)程的進(jìn)行情況

分析影響充氣量的各種因素

提高充氣量

減少換氣損失方向與措施。找出換氣過(guò)程的任務(wù)

排除廢氣充入盡可能多的新鮮工質(zhì)功耗要少32021換氣過(guò)程排氣過(guò)程進(jìn)氣過(guò)程研究的內(nèi)容換氣過(guò)程的進(jìn)行情況分析主要內(nèi)容第一節(jié)四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過(guò)程第二節(jié)四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的充量系數(shù)第三節(jié)提高發(fā)動(dòng)機(jī)充量系數(shù)的措施作業(yè)及復(fù)習(xí)題42021主要內(nèi)容第一節(jié)四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過(guò)程42021第一節(jié)四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過(guò)程一、換氣過(guò)程：四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過(guò)程包括從排氣門開(kāi)啟到進(jìn)氣門關(guān)閉的整個(gè)時(shí)期。約占410o~480o曲軸轉(zhuǎn)角。p25換氣過(guò)程可分作自由排氣、強(qiáng)制排氣、進(jìn)氣和燃燒室掃氣四個(gè)階段。52021第一節(jié)四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過(guò)程一、換氣過(guò)程：52021四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)換氣過(guò)程的典型曲線62021四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)換氣過(guò)程的典型曲線620211、自由排氣階段：從排氣門開(kāi)啟到氣缸壓力接近于排氣管內(nèi)壓力的時(shí)期，稱為自由排氣階段。排氣提前角：從排氣門開(kāi)啟到活塞行至下止點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角稱為，一般為30o~80o曲軸轉(zhuǎn)角。720211、自由排氣階段：從排氣門開(kāi)啟到氣缸壓力接近于自由排氣階段超臨界狀態(tài)亞臨界狀態(tài)

（1）超臨界狀態(tài)排氣門開(kāi)啟時(shí)，氣缸內(nèi)廢氣壓力較高（0.2~0.5Mpa），缸內(nèi)壓力與排氣管壓力之比＞1.9，排氣流動(dòng)處于超臨界狀態(tài)，可利用廢氣自身的壓力自行排出。82021自由排氣階段超臨界狀態(tài)亞臨界狀態(tài)（1）超臨界狀態(tài)8202通過(guò)排氣門口廢氣的流速等于該狀態(tài)下的音速（m/s）式中K——絕熱指數(shù)；T——?dú)怏w的絕對(duì)溫度；R——?dú)怏w常數(shù)〔N?m/（kg·K）〕。

在超臨界排氣時(shí)期，廢氣流量與排氣管內(nèi)壓力pr、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)，只與氣缸內(nèi)的氣體狀態(tài)及氣門開(kāi)啟截面積有關(guān)。并且因排氣流速甚高，在排氣過(guò)程中伴有刺耳的噪聲，所以排氣系統(tǒng)必須裝有消聲器。92021通過(guò)排氣門口廢氣的流速等于該狀態(tài)下的音速（m/s）（2）亞臨界狀態(tài)缸內(nèi)壓力與排氣管內(nèi)壓力之比下降到1.9以下時(shí)，排氣流動(dòng)轉(zhuǎn)入亞臨界狀態(tài)，廢氣流速降低，產(chǎn)生的噪音較小。排出的廢氣量決定于氣缸內(nèi)及排氣管內(nèi)的壓力差。壓力差越大排出廢氣越多。當(dāng)?shù)侥骋粫r(shí)刻氣缸內(nèi)與排氣管內(nèi)壓力相等，自由排氣階段結(jié)束（一般下止點(diǎn)后10o~30o曲軸轉(zhuǎn)角）。此階段雖然歷程很短，但因排氣流速甚高，排出廢氣量達(dá)60%以上。102021（2）亞臨界狀態(tài)排出的廢氣量決定于氣缸內(nèi)及排

高速發(fā)動(dòng)機(jī)其排氣提前角要大一些：在自由排氣階段中，排出的廢氣量與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高時(shí)，在同樣的排氣時(shí)間（以秒計(jì)）所相當(dāng)?shù)那S轉(zhuǎn)角增大，因此，高速發(fā)動(dòng)機(jī)排氣提前角要大。但不宜過(guò)大，否則會(huì)使排氣損失加大。112021高速發(fā)動(dòng)機(jī)其排氣提前角要大一些：在自由一般排氣提前角為30o~80o曲軸轉(zhuǎn)角。隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的增加應(yīng)相應(yīng)增大排氣提前角。一般持續(xù)到下止點(diǎn)后10o~30o(CA)結(jié)束。自由排氣階段排出的廢氣量可達(dá)60%以上。122021一般排氣提前角為30o~80o曲軸轉(zhuǎn)角。1220212、強(qiáng)制排氣階段：

自由排氣階段結(jié)束后，氣缸內(nèi)的廢氣將被上行活塞強(qiáng)制推出，直到排氣門關(guān)閉．這一過(guò)程就是強(qiáng)制排氣階段。1320212、強(qiáng)制排氣階段：自由排氣階段結(jié)束后，氣缸內(nèi)的廢缸內(nèi)平均壓力要略高于排氣管內(nèi)的平均壓力?？朔艢忾T、排氣道處的阻力，一般高出10kpa左右。氣體的流速越高，此壓差越大，消耗的功越多。一般排氣門遲閉角為10o~35o(CA)。慣性排氣142021缸內(nèi)平均壓力要略高于排氣管內(nèi)的平均壓力?？朔艢忾T、排氣道3、進(jìn)氣過(guò)程：從進(jìn)氣門開(kāi)啟到關(guān)閉的全過(guò)程準(zhǔn)備進(jìn)氣：進(jìn)氣提前角一般為0o~40o(CA)。正常進(jìn)氣：新鮮氣體充入氣缸。慣性進(jìn)氣：進(jìn)氣遲閉角一般為40o~70o(CA)。1520213、進(jìn)氣過(guò)程：從進(jìn)氣門開(kāi)啟到關(guān)閉的全過(guò)程準(zhǔn)備進(jìn)氣：進(jìn)氣提前角盡管利用過(guò)后充氣可以有效地增加進(jìn)入氣缸的空氣量，但過(guò)大的進(jìn)氣遲閉角，會(huì)使得低速時(shí)發(fā)生缸內(nèi)氣流倒流進(jìn)入進(jìn)氣管的現(xiàn)象，也會(huì)影響有效壓縮比，從而影響壓縮終了溫度，使發(fā)動(dòng)機(jī)的冷起動(dòng)困難。因此，合理的進(jìn)氣定時(shí)是十分重要的。162021盡管利用過(guò)后充氣可以有效地增加進(jìn)入氣缸的空氣量，但過(guò)4、氣門重疊和燃燒室掃氣過(guò)程在排氣行程上止點(diǎn)附近出現(xiàn)進(jìn)、排氣門同時(shí)開(kāi)啟的特殊現(xiàn)象，稱為氣門重疊，相應(yīng)的角度是氣門重疊角，它是排氣遲閉角與進(jìn)氣提前角之和。一方面，有利于掃除缸內(nèi)殘余廢氣，增加進(jìn)氣量，特別是增壓發(fā)動(dòng)機(jī)，掃氣更明顯；另一方面，又可以降低燃燒室內(nèi)氣缸蓋、排氣門、活塞頂、缸套的溫度。作用：1720214、氣門重疊和燃燒室掃氣過(guò)程在排氣行程上止點(diǎn)附近出現(xiàn)氣門重疊角的選擇以新鮮充量不流入排氣管為原則。增壓柴油機(jī)都采用比非增壓柴油機(jī)大的氣門重疊角，一般為80o~160o(CA)；氣門重疊角過(guò)大，會(huì)使氣門與活塞發(fā)生相撞，一般非增壓柴油機(jī)的氣門疊開(kāi)角在20o~60o(CA)范圍內(nèi)。182021氣門重疊角的選擇以新鮮充量不流入排氣管為原則。182021換氣損失排氣損失進(jìn)氣損失192021換氣損失排氣損失進(jìn)氣損失192021二、排氣損失定義:從排氣門提前開(kāi)啟，直到進(jìn)氣行程開(kāi)始、缸內(nèi)壓力到達(dá)大氣壓力之前,所損失的循環(huán)功。構(gòu)成:a.自由排氣損失W：由于排氣門提前打開(kāi)而引起的膨脹功的減少。b.強(qiáng)制排氣損失Y：活塞上行強(qiáng)制推出廢氣所消耗的功。202021二、排氣損失定義:從排氣門提前開(kāi)啟，直到進(jìn)氣行程開(kāi)始、缸內(nèi)壓影響因素:(1)隨著排氣提前角的增大，膨脹損失增加，而推出損失功減小，因此，最有利的排氣提前角，應(yīng)當(dāng)是使兩者損大之和(W+Y)為最小。(2)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速增高時(shí)兩者之和在總體上呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)。降低排氣損失的主要方法:減小排氣系統(tǒng)的阻力和排氣門處的流動(dòng)損失。212021影響因素:降低排氣損失的主要方法:212021三、進(jìn)氣損失X進(jìn)氣損失主要是指進(jìn)氣過(guò)程中，因進(jìn)氣系統(tǒng)的阻力面引起的功的損失，與排氣損失相比進(jìn)氣損失較小。合理調(diào)整配氣定時(shí)，加大進(jìn)氣門的流通截面、正確設(shè)計(jì)進(jìn)氣管及進(jìn)氣道的流動(dòng)路徑以及降低活塞平均速度等，都會(huì)使進(jìn)氣損失減少。222021三、進(jìn)氣損失X進(jìn)氣損失主要是指進(jìn)氣過(guò)程中，因進(jìn)氣系統(tǒng)的阻力面排氣損失與進(jìn)氣損失之和稱為換氣損失(W十Y十X)。泵氣損失（X+Y-u）：在實(shí)際循環(huán)示功圖中把面積(x+y-u)相當(dāng)?shù)呢?fù)功稱為泵氣損失。這部分損失放在機(jī)械損失中加以考慮。232021排氣損失與進(jìn)氣損失之和稱為換氣損失(W十Y十X)。232一般而言，所有減少換氣損失的措施以及以后將要討論到的提高充量系數(shù)的途徑，對(duì)降低泵氣損失都是有利的。另外，由于二沖程內(nèi)燃機(jī)沒(méi)有單獨(dú)的進(jìn)、排氣活塞行程，所以泵氣功為零。

242021一般而言，所有減少換氣損失的措施以及以后將要討論到的提高充量第二節(jié)四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的充量系數(shù)換氣的目的是盡量排凈廢氣，最大限度充入新氣，以完善燃燒，提高效率。評(píng)價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣質(zhì)量，可用充量系數(shù)(充量效率、容積效率)、殘余廢氣系數(shù)來(lái)衡量。252021第二節(jié)四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的充量系數(shù)換氣的目的是盡量排凈廢氣，一、充量系數(shù)φc定義：內(nèi)燃機(jī)每缸每循環(huán)實(shí)際進(jìn)入氣缸的新鮮空氣質(zhì)量與進(jìn)氣狀態(tài)下理論計(jì)算充滿氣缸工作容積的空氣質(zhì)量比值。進(jìn)氣狀態(tài)：指空氣濾清器后進(jìn)氣管內(nèi)的氣體狀態(tài)，即進(jìn)人氣缸前氣體的熱力學(xué)狀態(tài)，如溫度與壓力等。非增壓：通常取為當(dāng)?shù)氐拇髿鉅顟B(tài)。增壓：增壓器出口狀態(tài)。262021一、充量系數(shù)φc定義：內(nèi)燃機(jī)每缸每循環(huán)實(shí)際進(jìn)入氣缸的新鮮空氣式中：ma實(shí)際進(jìn)入氣缸的新鮮空氣質(zhì)量V1實(shí)際進(jìn)入氣缸的新鮮空氣在進(jìn)氣狀態(tài)下的體積ms進(jìn)氣狀態(tài)下理論計(jì)算充滿氣缸工作容積的空氣質(zhì)量Vs氣缸工作容積＜1272021式中：＜1272021一般非增壓發(fā)動(dòng)機(jī)在全負(fù)荷時(shí)的φc汽油機(jī)頂置氣門：0.75~0.85側(cè)置氣門：0.70~0.80柴油機(jī)0.75~0.90282021一般非增壓發(fā)動(dòng)機(jī)在全負(fù)荷時(shí)的φc汽油機(jī)頂置氣門：0.75~0二、影響充量系數(shù)的因素1）進(jìn)氣門關(guān)閉時(shí)，缸內(nèi)工質(zhì)的總質(zhì)量ma′：

進(jìn)氣門關(guān)閉時(shí)氣缸容積：（Vs’+Vc），則式中：進(jìn)氣門關(guān)閉時(shí)氣缸工質(zhì)的密度292021二、影響充量系數(shù)的因素1）進(jìn)氣門關(guān)閉時(shí)，缸內(nèi)工質(zhì)的總質(zhì)量ma2）排氣門關(guān)閉時(shí)缸內(nèi)工質(zhì)的質(zhì)量mr′排氣門關(guān)閉時(shí)缸內(nèi)體積為Vr′，則式中：排氣門關(guān)閉時(shí)氣缸工質(zhì)的密度3）每循環(huán)充入氣缸新鮮充量的質(zhì)量m1為殘余廢氣3020212）排氣門關(guān)閉時(shí)缸內(nèi)工質(zhì)的質(zhì)量mr′式中：4)進(jìn)入氣缸的混合氣量：式中：循環(huán)燃料量又，則：令：混合氣的空氣量比例系數(shù)3120214)進(jìn)入氣缸的混合氣量：式中：循環(huán)燃料令式中：p、T的下標(biāo)s、a’、r’分別代表大氣和進(jìn)、排氣門管比時(shí)缸內(nèi)壓力和溫度的狀態(tài)。322021令式中：p、T的下標(biāo)s、a’、r’分別代表大氣和進(jìn)、排3殘余廢氣系數(shù)：進(jìn)氣過(guò)程結(jié)束時(shí)氣缸內(nèi)殘余廢氣量與進(jìn)入氣缸內(nèi)的新鮮空氣的比值。影響充量系數(shù)的因素有進(jìn)氣的狀態(tài)、進(jìn)氣終了的汽缸壓力和溫度、殘余廢氣系數(shù)、壓縮比及進(jìn)排氣相位角等。332021殘余廢氣系數(shù)：進(jìn)氣過(guò)程結(jié)束時(shí)氣缸內(nèi)殘余廢氣量與進(jìn)入氣缸內(nèi)的（二）影響充氣效率的因素1．進(jìn)氣終了時(shí)的壓力Pa’

Pa’對(duì)φc有重要影響，Pa’愈高，φc值愈大

Pa’=Ps－△Pa式中，△pa為氣體流動(dòng)時(shí)，克服進(jìn)氣系統(tǒng)阻力而引起的壓降(kPa)。342021（二）影響充氣效率的因素1．進(jìn)氣終了時(shí)的壓力Pa’34202一般可寫成

式中——管道阻力系數(shù)；——進(jìn)氣狀態(tài)下氣體的密度；V——管道內(nèi)氣體的流速（m/s）。可見(jiàn)，△pa主要取決于各段管道的阻力系數(shù)和氣體流速。若大、V高時(shí)，△pa增加，使pa’下降。352021一般可寫成可見(jiàn)，△pa主要取決于各段管道的阻轉(zhuǎn)速和負(fù)荷對(duì)進(jìn)氣壓力的影響1）轉(zhuǎn)速當(dāng)節(jié)氣門位置一定時(shí)，n增加，Pa’降低。2）負(fù)荷汽油機(jī)：當(dāng)節(jié)氣門關(guān)小時(shí)，節(jié)流損失增加，引起Pa’下降。

且Pa’隨轉(zhuǎn)速的增加而下降的愈快，即曲線變化愈陡。柴油機(jī)：負(fù)荷調(diào)節(jié)為“質(zhì)調(diào)節(jié)”，負(fù)荷減小時(shí)Pa’變化很小。362021轉(zhuǎn)速和負(fù)荷對(duì)進(jìn)氣壓力的影響1）轉(zhuǎn)速2）負(fù)荷362021

2．進(jìn)氣終了的溫度Ta’Ta’高于進(jìn)氣狀態(tài)溫度，Ta’越高，充入氣缸的工質(zhì)密度越小，φc值愈低。引起Ta’升高的原因是:1）新鮮工質(zhì)進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)與高溫零件接觸而被加熱。2）新鮮工質(zhì)與高溫殘余廢氣混合而被加熱。3720212．進(jìn)氣終了的溫度Ta’引起Ta’升轉(zhuǎn)速和負(fù)荷對(duì)Ta’的影響1）轉(zhuǎn)速：當(dāng)負(fù)荷不變而轉(zhuǎn)速增加時(shí)，由于新鮮工質(zhì)與缸壁等接觸時(shí)間短，傳熱量少，所以Ta’稍有下降。2）負(fù)荷：當(dāng)轉(zhuǎn)速不變而增加發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷時(shí)，缸壁等零件溫度升高，Ta’有所上升。措施：將高溫排氣管與進(jìn)氣管分置于氣缸兩側(cè)，控制進(jìn)氣預(yù)熱，適當(dāng)加大氣門疊開(kāi)角等，均有利于降低Ta’。382021轉(zhuǎn)速和負(fù)荷對(duì)Ta’的影響措施：將高溫排氣管與進(jìn)氣管分置于氣缸3.殘余廢氣系數(shù)1）增加，φc降低，燃燒惡化，油耗、排放增加，2）壓縮比提高，殘余廢氣系數(shù)減小。3）排氣壓力高，廢氣多，充氣效率降低。4）排氣系統(tǒng)阻力大，排氣壓力高，廢氣多。3920213.殘余廢氣系數(shù)3920214．配氣定時(shí)由于進(jìn)氣門遲閉而＜1,新鮮充量的容積減小,但Pa’值卻可能因有氣流慣性而使進(jìn)氣有所增加,合適的配氣定時(shí)應(yīng)考慮ξPa’具有最大值。5．壓縮比壓縮比增加,壓縮容積減小,殘余廢氣量隨之減小,因而φc有所增加。6.進(jìn)氣狀態(tài)4020214．配氣定時(shí)6.進(jìn)氣狀態(tài)402021第三節(jié)提高發(fā)動(dòng)機(jī)充量系數(shù)的措施進(jìn)氣系統(tǒng)：空氣濾清器或加進(jìn)氣消聲器、化油器或噴油器、節(jié)氣門、進(jìn)氣管、進(jìn)氣道和進(jìn)氣門等組成。減少各段通道的阻力，增大其流通能力，是提高充氣效率，改善發(fā)動(dòng)機(jī)性能的主要途徑。412021第三節(jié)提高發(fā)動(dòng)機(jī)充量系數(shù)的措施進(jìn)氣系統(tǒng)：空氣濾清器或加提高充量系數(shù)措施降低進(jìn)氣系統(tǒng)的阻力損失，提高氣缸內(nèi)進(jìn)氣終了時(shí)的壓力pa降低排氣系統(tǒng)的阻力損失，以減小缸內(nèi)的殘余廢氣系數(shù)φr減少高溫零件在進(jìn)氣系統(tǒng)中對(duì)新鮮充量的加熱，以降低進(jìn)氣終了時(shí)的充量溫度Ta重要結(jié)構(gòu)一定,即εc一定合理選擇相位角諧振進(jìn)氣與可變進(jìn)氣支管422021提高充量系數(shù)措施降低進(jìn)氣系統(tǒng)的阻力損失，提降低排氣系統(tǒng)的阻力進(jìn)氣阻力沿程阻力局部阻力管道摩擦阻力管長(zhǎng)和管內(nèi)流動(dòng)面上的表面質(zhì)量有關(guān)它是由于流通截面大小、形狀以及流動(dòng)方向變化，在局部產(chǎn)生渦流損失所引起的(一)降低進(jìn)氣系統(tǒng)的流動(dòng)阻力432021進(jìn)氣阻力沿程阻力局部阻力管道摩擦阻力管長(zhǎng)和管內(nèi)流動(dòng)面上的表面進(jìn)氣系統(tǒng)的構(gòu)成442021進(jìn)氣系統(tǒng)的構(gòu)成442021沿程阻力局部阻力進(jìn)氣阻力沿程阻力并不大管道較短，壁面比較光滑流道中的主要損失它由一系列的局部阻力疊加而成進(jìn)氣門座處空氣濾清器流道轉(zhuǎn)彎處452021沿程阻力局部阻力進(jìn)氣阻力沿程阻力并不大管道較短，流道中的主要降低進(jìn)氣系統(tǒng)的流動(dòng)阻力的措施1、降低進(jìn)氣門處的流動(dòng)損失2、減少進(jìn)氣道、進(jìn)氣管、空氣濾清器的阻力462021降低進(jìn)氣系統(tǒng)的1、降低進(jìn)2、減少進(jìn)氣道、4620211．降低進(jìn)氣門處的流動(dòng)損失4720211．降低進(jìn)氣門處的流動(dòng)損失472021進(jìn)氣門座處局部阻力最大阻力系數(shù)ξ有關(guān)與該處的流動(dòng)速度vs的平方成正比降低進(jìn)氣門處的流動(dòng)損失，可以從降低氣門座處的流速和改善氣門座處的流動(dòng)情況以提高流量系數(shù)入手解決forward482021進(jìn)氣門座處阻力系數(shù)與該處的降低進(jìn)氣門處的流動(dòng)損失，可以從降低return補(bǔ)充492021return補(bǔ)充492021過(guò)高的氣體流速，還會(huì)發(fā)生氣體阻塞現(xiàn)象?？疾鞖忾T座處的流動(dòng)情況，并定義平均進(jìn)氣馬赫數(shù)M。p30進(jìn)氣平均馬赫數(shù)Ma綜合了進(jìn)氣門大小、形狀、升程規(guī)律以及活塞速度等因素，并且其大小與發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速成正比。研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于小型四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，當(dāng)M超過(guò)0.5后，充量系數(shù)急劇下降(參見(jiàn)圖)。502021過(guò)高的氣體流速，還會(huì)發(fā)生氣體阻塞現(xiàn)象。考察氣門座處的流動(dòng)情況512021512021減小進(jìn)氣門流通截面處

流動(dòng)損失的具體措施加大進(jìn)氣門直徑增加進(jìn)氣門數(shù)目合理設(shè)計(jì)進(jìn)氣道及氣門的結(jié)構(gòu)522021減小進(jìn)氣門流通截面處

流動(dòng)損失的具體措施加大進(jìn)增加進(jìn)合理設(shè)計(jì)由于進(jìn)氣過(guò)程的重要性，一般應(yīng)盡可能布置較大尺寸的進(jìn)氣門，以降低流經(jīng)進(jìn)氣門截面時(shí)的氣體流速，從而降低局部流動(dòng)阻力。在現(xiàn)代高速內(nèi)燃機(jī)2氣門結(jié)構(gòu)中，進(jìn)氣門直徑d與缸徑D的比值可達(dá)45%~50%。面積比為0.2~0.25，這樣排氣門不得不縮小，但過(guò)小的排氣門又會(huì)導(dǎo)致排氣阻力的增大。因此，通過(guò)加大進(jìn)氣門直徑的方式來(lái)提高充量系數(shù)，是受到限制的。(1)加大進(jìn)氣門直徑532021由于進(jìn)氣過(guò)程的重要性，一般應(yīng)盡可能布置較大尺寸的進(jìn)氣門，增加進(jìn)氣門數(shù)，可以取得與加大進(jìn)氣門直徑同樣的效果，即增大了進(jìn)氣門的有效流通截面積。高速柴油機(jī)以往僅在缸徑大于120mm時(shí)才考慮采用兩進(jìn)（進(jìn)氣門)、兩排(排氣門)即4氣門的可能性；現(xiàn)在對(duì)于D=80~90mm的柴油機(jī)，也認(rèn)為采用4氣門利大于弊。除了換氣損失小、充量系數(shù)高以外，噴油器的垂直中置對(duì)混合氣形成極為有利。

4氣門柴油機(jī)對(duì)具有進(jìn)氣中冷的高增壓系統(tǒng)也非常合適對(duì)于汽油機(jī)來(lái)說(shuō)．其效果也是相當(dāng)好的(表4—1)。

(2)增加進(jìn)氣門數(shù)目

542021增加進(jìn)氣門數(shù)，可以取得與加大進(jìn)氣門直徑同樣的效果，即增大采用兩進(jìn)、兩排的氣門結(jié)構(gòu)后，進(jìn)氣門面積之和可以達(dá)到氣缸面積的30%，幾乎比2氣門提高30%~50%。表4—l列出了采用雙頂置凸輪軸(DOHC，DoubleOverheadCamshaft)4氣門發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)、缺點(diǎn)，總的結(jié)論是優(yōu)點(diǎn)大于缺點(diǎn)。近年來(lái)，幾乎所有強(qiáng)化程度高的車用發(fā)動(dòng)機(jī)均采用了這一技術(shù)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速可達(dá)6000r／min或更高，平均有效壓力達(dá)1.0MPa以上。最小的4氣門發(fā)動(dòng)機(jī)，其缸徑僅為80mm。552021采用兩進(jìn)、兩排的氣門結(jié)構(gòu)后，進(jìn)氣門面積之和可以達(dá)到氣缸面562021562021圖4—6是一個(gè)2L排量的4氣門發(fā)動(dòng)機(jī)與同排量2氣門發(fā)動(dòng)機(jī)的性能比較，顯然，采用頂置凸輪軸4氣門技術(shù),可以便發(fā)動(dòng)機(jī)的功率提高約15%~30%，轉(zhuǎn)矩增大約5%~10%。經(jīng)濟(jì)性能也得到改善。572021圖4—6是一個(gè)2L排量的4氣門發(fā)動(dòng)機(jī)與同排量2氣門發(fā)動(dòng)機(jī)單頂置凸輪軸四氣門結(jié)構(gòu)582021單頂置凸輪軸四氣門結(jié)構(gòu)582021雙頂置凸輪軸四氣門592021雙頂置凸輪軸四氣門592021對(duì)于D＜80mm的點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)，若采用兩進(jìn)、兩排的4氣門結(jié)構(gòu)在氣缸蓋缸中間部位往往難以布置即便是最小尺寸的火花塞，這時(shí)只好適當(dāng)縮小進(jìn)氣門直徑。若采用三進(jìn)二排的氣門結(jié)構(gòu)，既能充分利用氣缸外圍尺寸，又能利用氣缸中心布置火花塞。

圖4—7是采用5氣門(三個(gè)進(jìn)氣門，兩個(gè)排氣門)的發(fā)動(dòng)機(jī)與4氣門發(fā)動(dòng)機(jī)的比較情況，可見(jiàn)其高速性能進(jìn)一步改善。對(duì)于排量較小(1.5L以下)的4缸小型轎車用汽油機(jī)來(lái)說(shuō)，也有采用2進(jìn)、1排的3氣門結(jié)構(gòu)，這樣既能發(fā)揮多氣門的優(yōu)越性，結(jié)構(gòu)又相對(duì)簡(jiǎn)單。602021對(duì)于D＜80mm的點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)，若采用兩進(jìn)、兩排的4氣門612021612021五氣門布置622021五氣門布置622021單頂置凸輪軸三氣門632021單頂置凸輪軸三氣門632021進(jìn)氣道以及氣門頭部的結(jié)構(gòu)，也有助于降低局部阻力，提高氣門流通截面的流量系數(shù)。一般在高速內(nèi)燃機(jī)中，均利用氣道使進(jìn)氣在其中發(fā)生彎曲和旋轉(zhuǎn)，以便在氣缸中形成定向的空氣運(yùn)動(dòng)，以利于燃燒的進(jìn)行。但這勢(shì)必影響氣門的流量系數(shù)，增大流動(dòng)損失，因此，在設(shè)計(jì)及制造中，應(yīng)盡可能保證氣道內(nèi)壁面的過(guò)渡圓滑、平穩(wěn)，避免氣流急轉(zhuǎn)彎現(xiàn)象。在進(jìn)氣門頭部以及氣門座面處設(shè)計(jì)合理的形狀，對(duì)改善氣流的流動(dòng)阻力也有十分顯著的效果。(3)合理設(shè)計(jì)進(jìn)氣道及氣門的結(jié)構(gòu)642021進(jìn)氣道以及氣門頭部的結(jié)構(gòu)，也有助于降低局部阻力，提高氣門流通改善配氣機(jī)構(gòu)的新措施（補(bǔ)充）652021改善配氣機(jī)構(gòu)的新措施（補(bǔ)充）652021662021662021理想的配氣系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)要滿足以下要求：1)低速時(shí)，采用較小的氣門疊開(kāi)角以及較小的氣門升程，防止出現(xiàn)缸內(nèi)新鮮充量向進(jìn)氣系統(tǒng)的倒流，以便增加轉(zhuǎn)矩，提高燃油經(jīng)濟(jì)性。2)高速時(shí)應(yīng)具有最大的氣門升程和進(jìn)氣門遲閉角，以最大限度地減小流動(dòng)阻力，充分利用過(guò)后充氣，提高充量系數(shù)，以滿足動(dòng)力性要求。2．采用可變進(jìn)氣系統(tǒng)技術(shù)672021理想的配氣系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)要滿足以下要求：2．采用可變進(jìn)氣系統(tǒng)技術(shù)63)配合以上變化，對(duì)進(jìn)氣門從開(kāi)啟到關(guān)閉的持續(xù)期(又稱作用角)也應(yīng)進(jìn)行調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)最佳的進(jìn)氣定時(shí)。理想的氣門定時(shí)應(yīng)當(dāng)是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作情況及時(shí)作出調(diào)整，應(yīng)具有一定程度的靈活性。顯然，對(duì)于傳統(tǒng)的凸輪挺桿氣門機(jī)構(gòu)，由于在工作中無(wú)法作出相應(yīng)的調(diào)控，也就難于達(dá)到上述要求，因而限制了發(fā)動(dòng)機(jī)性能的進(jìn)一步提高6820213)配合以上變化，對(duì)進(jìn)氣門從開(kāi)啟到關(guān)閉的持續(xù)期(又稱作用角)實(shí)際上，完全滿足上述各項(xiàng)要求的機(jī)構(gòu)是相當(dāng)復(fù)雜的，目前還僅僅處于研究階段．如(GM汽車公司推出的無(wú)凸輪的電磁氣門驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)以及Ford汽車公司的液壓氣門驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。由于制造成本和可靠性等原因，若將這種全電控的技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)中氣門要時(shí)間。目前較為常見(jiàn)的商品化系統(tǒng)可以分成兩大類，即可變凸輪機(jī)構(gòu)(VCS，VariableCamshaftSystem)和可變氣門定時(shí)(VVT，VariableValveTiming)。除此之外，也有可變氣門升程、可變氣門作用角等其他形式，其原理基本相近，只是實(shí)現(xiàn)方式不同而已。692021實(shí)際上，完全滿足上述各項(xiàng)要求的機(jī)構(gòu)是相當(dāng)復(fù)雜的，目前還僅(1)可變凸輪機(jī)構(gòu)

可變凸輪機(jī)構(gòu)技術(shù)一般都是通過(guò)兩套凸輪或搖臂來(lái)實(shí)現(xiàn)的，即在高速時(shí)采用高速凸輪，其升程與作用角都較大；而在低速時(shí)切換到低速凸輪，升程與作用角均較小，如圖4—8a所示。圖4—8b是采用可變凸輪機(jī)構(gòu)后，發(fā)動(dòng)機(jī)的性能與傳統(tǒng)配氣機(jī)構(gòu)的性能比較，顯然低速轉(zhuǎn)矩和高速動(dòng)力性能都得到了改善。702021(1)可變凸輪機(jī)構(gòu)702021可凸輪機(jī)構(gòu)（補(bǔ)充）712021可凸輪機(jī)構(gòu)（補(bǔ)充）712021(2)可變氣門定時(shí)

相對(duì)于可變凸輪機(jī)構(gòu)，可變氣門定時(shí)技術(shù)的應(yīng)用較多一些：對(duì)于DOHC系統(tǒng)而言，由于進(jìn)、排氣門是分別通過(guò)兩根凸輪軸單獨(dú)驅(qū)動(dòng)的，可以通過(guò)一套特殊的機(jī)構(gòu)將進(jìn)氣凸輪軸按要求轉(zhuǎn)過(guò)一定的角度，從而達(dá)到改變進(jìn)氣相位的目的。根據(jù)實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的不向，這種改變又可以分成分級(jí)可變與連續(xù)可變兩類，調(diào)節(jié)范圍最高可達(dá)60o(CA)。由于技術(shù)上相對(duì)成熟，很多高性能的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)均采用了這一技術(shù)。從圖4—9可以看出采用VVT技術(shù)可以使得發(fā)功機(jī)的低速轉(zhuǎn)矩性能得到大幅度的改善。某3L排量的6缸車用發(fā)動(dòng)機(jī)上運(yùn)用這一技術(shù)，油耗最大降低了4.5%，HC及NO2排放下降幅度分別達(dá)到10%和4%。722021(2)可變氣門定時(shí)722021732021732021可變定時(shí)機(jī)構(gòu)（補(bǔ)充）742021可變定時(shí)機(jī)構(gòu)（補(bǔ)充）742021進(jìn)氣管的截面和通道流線，對(duì)進(jìn)氣過(guò)程影響也很大。其設(shè)計(jì)原則是：空氣濾清器的阻力低；各氣缸間的新鮮充量分配均勻；對(duì)于汽油機(jī)而言，還要求適當(dāng)加熱進(jìn)氣以提高燃油的霧化質(zhì)量；對(duì)于采用EGR以及進(jìn)氣道燃油噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)而言，還要滿足專門機(jī)構(gòu)的持殊要求。合理利用進(jìn)氣調(diào)諧圖4—10a和圖4—10b分別是進(jìn)氣管的長(zhǎng)度與管徑的大小對(duì)充量系數(shù)的影響。出圖可見(jiàn)，隨著進(jìn)氣管長(zhǎng)度的增大以及管徑的減小，充量系數(shù)的峰值向低速一側(cè)移動(dòng)。這就是調(diào)諧現(xiàn)象的結(jié)果

。3．減少進(jìn)氣管的阻力752021進(jìn)氣管的截面和通道流線，對(duì)進(jìn)氣過(guò)程影響也很大。其設(shè)計(jì)原762021762021其它可變進(jìn)氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式（補(bǔ)充）772021其它可變進(jìn)氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式（補(bǔ)充）772021空氣濾清器是進(jìn)氣系統(tǒng)阻力的主要來(lái)源之一，應(yīng)當(dāng)在保證濾潔效果的前提下盡可能減少空氣濾清器的流動(dòng)阻力，同時(shí)，定時(shí)對(duì)空濾器進(jìn)行清理與保養(yǎng)也是減小進(jìn)氣流動(dòng)阻力的一個(gè)重要措施。782021空氣濾清器是進(jìn)氣系統(tǒng)阻力的主要來(lái)源之一，應(yīng)當(dāng)在保證濾潔效降低排氣系統(tǒng)阻力，可以使氣缸內(nèi)的殘余廢氣壓力下降，這樣不僅可以減少殘余廢氣系數(shù)，有利于提高充量系數(shù)，而且可以減少泵氣損失，提高指示效率。排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是：降低排氣背壓，減小排氣噪聲。與進(jìn)氣系統(tǒng)一樣，排氣流通截面最小處是排氣門座處，此處的流速最高、壓降最大，故在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證氣門及其座面的良好結(jié)構(gòu)。排氣道應(yīng)當(dāng)是漸擴(kuò)型，以保證排出氣體的充分膨脹，從而降低氣缸與排氣管內(nèi)的壓力差，使得氣缸內(nèi)的廢氣壓力得以迅速下降，達(dá)到提高充量系數(shù)和降低泵氣損失的目的。

(二)降低排氣系統(tǒng)的流動(dòng)阻力792021降低排氣系統(tǒng)阻力，可以使氣缸內(nèi)的殘余廢氣壓力下降，這樣不僅可現(xiàn)代轎車排氣系統(tǒng)構(gòu)成802021現(xiàn)代轎車排氣系統(tǒng)構(gòu)成802021在進(jìn)氣的過(guò)程中，進(jìn)入氣缸的新鮮充量將會(huì)被各種高溫表面所加熱而溫度升高。從而導(dǎo)致進(jìn)氣密度下降，充量系數(shù)減小，還可能促使發(fā)功機(jī)整體熱負(fù)荷提高和不正常燃燒的發(fā)生。進(jìn)氣溫升受到各種結(jié)構(gòu)與運(yùn)行參數(shù)的影響，如進(jìn)氣管結(jié)構(gòu)、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、負(fù)荷、冷卻水溫度。(三)減少對(duì)進(jìn)氣充量的加熱812021(三)減少對(duì)進(jìn)氣充量的加熱812021對(duì)于化油器式汽油機(jī)來(lái)說(shuō)，由于需要進(jìn)氣加熱來(lái)保證部分液態(tài)燃料在進(jìn)氣管中的蒸發(fā)。所以進(jìn)氣管與排氣管布置在同一側(cè)。對(duì)于進(jìn)氣道噴射的汽油機(jī)以及柴油機(jī)，均采用進(jìn)、排氣管兩側(cè)布置的方案，以提高充量系數(shù)。對(duì)于高速內(nèi)燃機(jī)，有時(shí)也采用進(jìn)氣冷卻技術(shù)，以降低進(jìn)氣溫度。增壓內(nèi)燃機(jī)則將進(jìn)氣中冷技術(shù)作為進(jìn)一步提高增壓壓力、降低熱負(fù)荷的重要途徑之一。822021對(duì)于化油器式汽油機(jī)來(lái)說(shuō)，由于需要進(jìn)氣加熱來(lái)保證部分液態(tài)燃料在作業(yè)P35充量系數(shù)?832021作業(yè)P35832021第二章發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過(guò)程EngineGasExchangeProcess842021第二章發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過(guò)程EngineGasExch下止點(diǎn)上止點(diǎn)852021下止點(diǎn)上止點(diǎn)22021換氣過(guò)程排氣過(guò)程進(jìn)氣過(guò)程

研究的內(nèi)容換氣過(guò)程的進(jìn)行情況

分析影響充氣量的各種因素

提高充氣量

減少換氣損失方向與措施。找出換氣過(guò)程的任務(wù)

排除廢氣充入盡可能多的新鮮工質(zhì)功耗要少862021換氣過(guò)程排氣過(guò)程進(jìn)氣過(guò)程研究的內(nèi)容換氣過(guò)程的進(jìn)行情況分析主要內(nèi)容第一節(jié)四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過(guò)程第二節(jié)四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的充量系數(shù)第三節(jié)提高發(fā)動(dòng)機(jī)充量系數(shù)的措施作業(yè)及復(fù)習(xí)題872021主要內(nèi)容第一節(jié)四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過(guò)程42021第一節(jié)四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過(guò)程一、換氣過(guò)程：四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過(guò)程包括從排氣門開(kāi)啟到進(jìn)氣門關(guān)閉的整個(gè)時(shí)期。約占410o~480o曲軸轉(zhuǎn)角。p25換氣過(guò)程可分作自由排氣、強(qiáng)制排氣、進(jìn)氣和燃燒室掃氣四個(gè)階段。882021第一節(jié)四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過(guò)程一、換氣過(guò)程：52021四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)換氣過(guò)程的典型曲線892021四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)換氣過(guò)程的典型曲線620211、自由排氣階段：從排氣門開(kāi)啟到氣缸壓力接近于排氣管內(nèi)壓力的時(shí)期，稱為自由排氣階段。排氣提前角：從排氣門開(kāi)啟到活塞行至下止點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角稱為，一般為30o~80o曲軸轉(zhuǎn)角。9020211、自由排氣階段：從排氣門開(kāi)啟到氣缸壓力接近于自由排氣階段超臨界狀態(tài)亞臨界狀態(tài)

（1）超臨界狀態(tài)排氣門開(kāi)啟時(shí)，氣缸內(nèi)廢氣壓力較高（0.2~0.5Mpa），缸內(nèi)壓力與排氣管壓力之比＞1.9，排氣流動(dòng)處于超臨界狀態(tài)，可利用廢氣自身的壓力自行排出。912021自由排氣階段超臨界狀態(tài)亞臨界狀態(tài)（1）超臨界狀態(tài)8202通過(guò)排氣門口廢氣的流速等于該狀態(tài)下的音速（m/s）式中K——絕熱指數(shù)；T——?dú)怏w的絕對(duì)溫度；R——?dú)怏w常數(shù)〔N?m/（kg·K）〕。

在超臨界排氣時(shí)期，廢氣流量與排氣管內(nèi)壓力pr、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)，只與氣缸內(nèi)的氣體狀態(tài)及氣門開(kāi)啟截面積有關(guān)。并且因排氣流速甚高，在排氣過(guò)程中伴有刺耳的噪聲，所以排氣系統(tǒng)必須裝有消聲器。922021通過(guò)排氣門口廢氣的流速等于該狀態(tài)下的音速（m/s）（2）亞臨界狀態(tài)缸內(nèi)壓力與排氣管內(nèi)壓力之比下降到1.9以下時(shí)，排氣流動(dòng)轉(zhuǎn)入亞臨界狀態(tài)，廢氣流速降低，產(chǎn)生的噪音較小。排出的廢氣量決定于氣缸內(nèi)及排氣管內(nèi)的壓力差。壓力差越大排出廢氣越多。當(dāng)?shù)侥骋粫r(shí)刻氣缸內(nèi)與排氣管內(nèi)壓力相等，自由排氣階段結(jié)束（一般下止點(diǎn)后10o~30o曲軸轉(zhuǎn)角）。此階段雖然歷程很短，但因排氣流速甚高，排出廢氣量達(dá)60%以上。932021（2）亞臨界狀態(tài)排出的廢氣量決定于氣缸內(nèi)及排

高速發(fā)動(dòng)機(jī)其排氣提前角要大一些：在自由排氣階段中，排出的廢氣量與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高時(shí)，在同樣的排氣時(shí)間（以秒計(jì)）所相當(dāng)?shù)那S轉(zhuǎn)角增大，因此，高速發(fā)動(dòng)機(jī)排氣提前角要大。但不宜過(guò)大，否則會(huì)使排氣損失加大。942021高速發(fā)動(dòng)機(jī)其排氣提前角要大一些：在自由一般排氣提前角為30o~80o曲軸轉(zhuǎn)角。隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的增加應(yīng)相應(yīng)增大排氣提前角。一般持續(xù)到下止點(diǎn)后10o~30o(CA)結(jié)束。自由排氣階段排出的廢氣量可達(dá)60%以上。952021一般排氣提前角為30o~80o曲軸轉(zhuǎn)角。1220212、強(qiáng)制排氣階段：

自由排氣階段結(jié)束后，氣缸內(nèi)的廢氣將被上行活塞強(qiáng)制推出，直到排氣門關(guān)閉．這一過(guò)程就是強(qiáng)制排氣階段。9620212、強(qiáng)制排氣階段：自由排氣階段結(jié)束后，氣缸內(nèi)的廢缸內(nèi)平均壓力要略高于排氣管內(nèi)的平均壓力?？朔艢忾T、排氣道處的阻力，一般高出10kpa左右。氣體的流速越高，此壓差越大，消耗的功越多。一般排氣門遲閉角為10o~35o(CA)。慣性排氣972021缸內(nèi)平均壓力要略高于排氣管內(nèi)的平均壓力?？朔艢忾T、排氣道3、進(jìn)氣過(guò)程：從進(jìn)氣門開(kāi)啟到關(guān)閉的全過(guò)程準(zhǔn)備進(jìn)氣：進(jìn)氣提前角一般為0o~40o(CA)。正常進(jìn)氣：新鮮氣體充入氣缸。慣性進(jìn)氣：進(jìn)氣遲閉角一般為40o~70o(CA)。9820213、進(jìn)氣過(guò)程：從進(jìn)氣門開(kāi)啟到關(guān)閉的全過(guò)程準(zhǔn)備進(jìn)氣：進(jìn)氣提前角盡管利用過(guò)后充氣可以有效地增加進(jìn)入氣缸的空氣量，但過(guò)大的進(jìn)氣遲閉角，會(huì)使得低速時(shí)發(fā)生缸內(nèi)氣流倒流進(jìn)入進(jìn)氣管的現(xiàn)象，也會(huì)影響有效壓縮比，從而影響壓縮終了溫度，使發(fā)動(dòng)機(jī)的冷起動(dòng)困難。因此，合理的進(jìn)氣定時(shí)是十分重要的。992021盡管利用過(guò)后充氣可以有效地增加進(jìn)入氣缸的空氣量，但過(guò)4、氣門重疊和燃燒室掃氣過(guò)程在排氣行程上止點(diǎn)附近出現(xiàn)進(jìn)、排氣門同時(shí)開(kāi)啟的特殊現(xiàn)象，稱為氣門重疊，相應(yīng)的角度是氣門重疊角，它是排氣遲閉角與進(jìn)氣提前角之和。一方面，有利于掃除缸內(nèi)殘余廢氣，增加進(jìn)氣量，特別是增壓發(fā)動(dòng)機(jī)，掃氣更明顯；另一方面，又可以降低燃燒室內(nèi)氣缸蓋、排氣門、活塞頂、缸套的溫度。作用：10020214、氣門重疊和燃燒室掃氣過(guò)程在排氣行程上止點(diǎn)附近出現(xiàn)氣門重疊角的選擇以新鮮充量不流入排氣管為原則。增壓柴油機(jī)都采用比非增壓柴油機(jī)大的氣門重疊角，一般為80o~160o(CA)；氣門重疊角過(guò)大，會(huì)使氣門與活塞發(fā)生相撞，一般非增壓柴油機(jī)的氣門疊開(kāi)角在20o~60o(CA)范圍內(nèi)。1012021氣門重疊角的選擇以新鮮充量不流入排氣管為原則。182021換氣損失排氣損失進(jìn)氣損失1022021換氣損失排氣損失進(jìn)氣損失192021二、排氣損失定義:從排氣門提前開(kāi)啟，直到進(jìn)氣行程開(kāi)始、缸內(nèi)壓力到達(dá)大氣壓力之前,所損失的循環(huán)功。構(gòu)成:a.自由排氣損失W：由于排氣門提前打開(kāi)而引起的膨脹功的減少。b.強(qiáng)制排氣損失Y：活塞上行強(qiáng)制推出廢氣所消耗的功。1032021二、排氣損失定義:從排氣門提前開(kāi)啟，直到進(jìn)氣行程開(kāi)始、缸內(nèi)壓影響因素:(1)隨著排氣提前角的增大，膨脹損失增加，而推出損失功減小，因此，最有利的排氣提前角，應(yīng)當(dāng)是使兩者損大之和(W+Y)為最小。(2)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速增高時(shí)兩者之和在總體上呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)。降低排氣損失的主要方法:減小排氣系統(tǒng)的阻力和排氣門處的流動(dòng)損失。1042021影響因素:降低排氣損失的主要方法:212021三、進(jìn)氣損失X進(jìn)氣損失主要是指進(jìn)氣過(guò)程中，因進(jìn)氣系統(tǒng)的阻力面引起的功的損失，與排氣損失相比進(jìn)氣損失較小。合理調(diào)整配氣定時(shí)，加大進(jìn)氣門的流通截面、正確設(shè)計(jì)進(jìn)氣管及進(jìn)氣道的流動(dòng)路徑以及降低活塞平均速度等，都會(huì)使進(jìn)氣損失減少。1052021三、進(jìn)氣損失X進(jìn)氣損失主要是指進(jìn)氣過(guò)程中，因進(jìn)氣系統(tǒng)的阻力面排氣損失與進(jìn)氣損失之和稱為換氣損失(W十Y十X)。泵氣損失（X+Y-u）：在實(shí)際循環(huán)示功圖中把面積(x+y-u)相當(dāng)?shù)呢?fù)功稱為泵氣損失。這部分損失放在機(jī)械損失中加以考慮。1062021排氣損失與進(jìn)氣損失之和稱為換氣損失(W十Y十X)。232一般而言，所有減少換氣損失的措施以及以后將要討論到的提高充量系數(shù)的途徑，對(duì)降低泵氣損失都是有利的。另外，由于二沖程內(nèi)燃機(jī)沒(méi)有單獨(dú)的進(jìn)、排氣活塞行程，所以泵氣功為零。

1072021一般而言，所有減少換氣損失的措施以及以后將要討論到的提高充量第二節(jié)四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的充量系數(shù)換氣的目的是盡量排凈廢氣，最大限度充入新氣，以完善燃燒，提高效率。評(píng)價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣質(zhì)量，可用充量系數(shù)(充量效率、容積效率)、殘余廢氣系數(shù)來(lái)衡量。1082021第二節(jié)四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的充量系數(shù)換氣的目的是盡量排凈廢氣，一、充量系數(shù)φc定義：內(nèi)燃機(jī)每缸每循環(huán)實(shí)際進(jìn)入氣缸的新鮮空氣質(zhì)量與進(jìn)氣狀態(tài)下理論計(jì)算充滿氣缸工作容積的空氣質(zhì)量比值。進(jìn)氣狀態(tài)：指空氣濾清器后進(jìn)氣管內(nèi)的氣體狀態(tài)，即進(jìn)人氣缸前氣體的熱力學(xué)狀態(tài)，如溫度與壓力等。非增壓：通常取為當(dāng)?shù)氐拇髿鉅顟B(tài)。增壓：增壓器出口狀態(tài)。1092021一、充量系數(shù)φc定義：內(nèi)燃機(jī)每缸每循環(huán)實(shí)際進(jìn)入氣缸的新鮮空氣式中：ma實(shí)際進(jìn)入氣缸的新鮮空氣質(zhì)量V1實(shí)際進(jìn)入氣缸的新鮮空氣在進(jìn)氣狀態(tài)下的體積ms進(jìn)氣狀態(tài)下理論計(jì)算充滿氣缸工作容積的空氣質(zhì)量Vs氣缸工作容積＜11102021式中：＜1272021一般非增壓發(fā)動(dòng)機(jī)在全負(fù)荷時(shí)的φc汽油機(jī)頂置氣門：0.75~0.85側(cè)置氣門：0.70~0.80柴油機(jī)0.75~0.901112021一般非增壓發(fā)動(dòng)機(jī)在全負(fù)荷時(shí)的φc汽油機(jī)頂置氣門：0.75~0二、影響充量系數(shù)的因素1）進(jìn)氣門關(guān)閉時(shí)，缸內(nèi)工質(zhì)的總質(zhì)量ma′：

進(jìn)氣門關(guān)閉時(shí)氣缸容積：（Vs’+Vc），則式中：進(jìn)氣門關(guān)閉時(shí)氣缸工質(zhì)的密度1122021二、影響充量系數(shù)的因素1）進(jìn)氣門關(guān)閉時(shí)，缸內(nèi)工質(zhì)的總質(zhì)量ma2）排氣門關(guān)閉時(shí)缸內(nèi)工質(zhì)的質(zhì)量mr′排氣門關(guān)閉時(shí)缸內(nèi)體積為Vr′，則式中：排氣門關(guān)閉時(shí)氣缸工質(zhì)的密度3）每循環(huán)充入氣缸新鮮充量的質(zhì)量m1為殘余廢氣11320212）排氣門關(guān)閉時(shí)缸內(nèi)工質(zhì)的質(zhì)量mr′式中：4)進(jìn)入氣缸的混合氣量：式中：循環(huán)燃料量又，則：令：混合氣的空氣量比例系數(shù)11420214)進(jìn)入氣缸的混合氣量：式中：循環(huán)燃料令式中：p、T的下標(biāo)s、a’、r’分別代表大氣和進(jìn)、排氣門管比時(shí)缸內(nèi)壓力和溫度的狀態(tài)。1152021令式中：p、T的下標(biāo)s、a’、r’分別代表大氣和進(jìn)、排3殘余廢氣系數(shù)：進(jìn)氣過(guò)程結(jié)束時(shí)氣缸內(nèi)殘余廢氣量與進(jìn)入氣缸內(nèi)的新鮮空氣的比值。影響充量系數(shù)的因素有進(jìn)氣的狀態(tài)、進(jìn)氣終了的汽缸壓力和溫度、殘余廢氣系數(shù)、壓縮比及進(jìn)排氣相位角等。1162021殘余廢氣系數(shù)：進(jìn)氣過(guò)程結(jié)束時(shí)氣缸內(nèi)殘余廢氣量與進(jìn)入氣缸內(nèi)的（二）影響充氣效率的因素1．進(jìn)氣終了時(shí)的壓力Pa’

Pa’對(duì)φc有重要影響，Pa’愈高，φc值愈大

Pa’=Ps－△Pa式中，△pa為氣體流動(dòng)時(shí)，克服進(jìn)氣系統(tǒng)阻力而引起的壓降(kPa)。1172021（二）影響充氣效率的因素1．進(jìn)氣終了時(shí)的壓力Pa’34202一般可寫成

式中——管道阻力系數(shù)；——進(jìn)氣狀態(tài)下氣體的密度；V——管道內(nèi)氣體的流速（m/s）?？梢?jiàn)，△pa主要取決于各段管道的阻力系數(shù)和氣體流速。若大、V高時(shí)，△pa增加，使pa’下降。1182021一般可寫成可見(jiàn)，△pa主要取決于各段管道的阻轉(zhuǎn)速和負(fù)荷對(duì)進(jìn)氣壓力的影響1）轉(zhuǎn)速當(dāng)節(jié)氣門位置一定時(shí)，n增加，Pa’降低。2）負(fù)荷汽油機(jī)：當(dāng)節(jié)氣門關(guān)小時(shí)，節(jié)流損失增加，引起Pa’下降。

且Pa’隨轉(zhuǎn)速的增加而下降的愈快，即曲線變化愈陡。柴油機(jī)：負(fù)荷調(diào)節(jié)為“質(zhì)調(diào)節(jié)”，負(fù)荷減小時(shí)Pa’變化很小。1192021轉(zhuǎn)速和負(fù)荷對(duì)進(jìn)氣壓力的影響1）轉(zhuǎn)速2）負(fù)荷362021

2．進(jìn)氣終了的溫度Ta’Ta’高于進(jìn)氣狀態(tài)溫度，Ta’越高，充入氣缸的工質(zhì)密度越小，φc值愈低。引起Ta’升高的原因是:1）新鮮工質(zhì)進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)與高溫零件接觸而被加熱。2）新鮮工質(zhì)與高溫殘余廢氣混合而被加熱。12020212．進(jìn)氣終了的溫度Ta’引起Ta’升轉(zhuǎn)速和負(fù)荷對(duì)Ta’的影響1）轉(zhuǎn)速：當(dāng)負(fù)荷不變而轉(zhuǎn)速增加時(shí)，由于新鮮工質(zhì)與缸壁等接觸時(shí)間短，傳熱量少，所以Ta’稍有下降。2）負(fù)荷：當(dāng)轉(zhuǎn)速不變而增加發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷時(shí)，缸壁等零件溫度升高，Ta’有所上升。措施：將高溫排氣管與進(jìn)氣管分置于氣缸兩側(cè)，控制進(jìn)氣預(yù)熱，適當(dāng)加大氣門疊開(kāi)角等，均有利于降低Ta’。1212021轉(zhuǎn)速和負(fù)荷對(duì)Ta’的影響措施：將高溫排氣管與進(jìn)氣管分置于氣缸3.殘余廢氣系數(shù)1）增加，φc降低，燃燒惡化，油耗、排放增加，2）壓縮比提高，殘余廢氣系數(shù)減小。3）排氣壓力高，廢氣多，充氣效率降低。4）排氣系統(tǒng)阻力大，排氣壓力高，廢氣多。12220213.殘余廢氣系數(shù)3920214．配氣定時(shí)由于進(jìn)氣門遲閉而＜1,新鮮充量的容積減小,但Pa’值卻可能因有氣流慣性而使進(jìn)氣有所增加,合適的配氣定時(shí)應(yīng)考慮ξPa’具有最大值。5．壓縮比壓縮比增加,壓縮容積減小,殘余廢氣量隨之減小,因而φc有所增加。6.進(jìn)氣狀態(tài)12320214．配氣定時(shí)6.進(jìn)氣狀態(tài)402021第三節(jié)提高發(fā)動(dòng)機(jī)充量系數(shù)的措施進(jìn)氣系統(tǒng)：空氣濾清器或加進(jìn)氣消聲器、化油器或噴油器、節(jié)氣門、進(jìn)氣管、進(jìn)氣道和進(jìn)氣門等組成。減少各段通道的阻力，增大其流通能力，是提高充氣效率，改善發(fā)動(dòng)機(jī)性能的主要途徑。1242021第三節(jié)提高發(fā)動(dòng)機(jī)充量系數(shù)的措施進(jìn)氣系統(tǒng)：空氣濾清器或加提高充量系數(shù)措施降低進(jìn)氣系統(tǒng)的阻力損失，提高氣缸內(nèi)進(jìn)氣終了時(shí)的壓力pa降低排氣系統(tǒng)的阻力損失，以減小缸內(nèi)的殘余廢氣系數(shù)φr減少高溫零件在進(jìn)氣系統(tǒng)中對(duì)新鮮充量的加熱，以降低進(jìn)氣終了時(shí)的充量溫度Ta重要結(jié)構(gòu)一定,即εc一定合理選擇相位角諧振進(jìn)氣與可變進(jìn)氣支管1252021提高充量系數(shù)措施降低進(jìn)氣系統(tǒng)的阻力損失，提降低排氣系統(tǒng)的阻力進(jìn)氣阻力沿程阻力局部阻力管道摩擦阻力管長(zhǎng)和管內(nèi)流動(dòng)面上的表面質(zhì)量有關(guān)它是由于流通截面大小、形狀以及流動(dòng)方向變化，在局部產(chǎn)生渦流損失所引起的(一)降低進(jìn)氣系統(tǒng)的流動(dòng)阻力1262021進(jìn)氣阻力沿程阻力局部阻力管道摩擦阻力管長(zhǎng)和管內(nèi)流動(dòng)面上的表面進(jìn)氣系統(tǒng)的構(gòu)成1272021進(jìn)氣系統(tǒng)的構(gòu)成442021沿程阻力局部阻力進(jìn)氣阻力沿程阻力并不大管道較短，壁面比較光滑流道中的主要損失它由一系列的局部阻力疊加而成進(jìn)氣門座處空氣濾清器流道轉(zhuǎn)彎處1282021沿程阻力局部阻力進(jìn)氣阻力沿程阻力并不大管道較短，流道中的主要降低進(jìn)氣系統(tǒng)的流動(dòng)阻力的措施1、降低進(jìn)氣門處的流動(dòng)損失2、減少進(jìn)氣道、進(jìn)氣管、空氣濾清器的阻力1292021降低進(jìn)氣系統(tǒng)的1、降低進(jìn)2、減少進(jìn)氣道、4620211．降低進(jìn)氣門處的流動(dòng)損失13020211．降低進(jìn)氣門處的流動(dòng)損失472021進(jìn)氣門座處局部阻力最大阻力系數(shù)ξ有關(guān)與該處的流動(dòng)速度vs的平方成正比降低進(jìn)氣門處的流動(dòng)損失，可以從降低氣門座處的流速和改善氣門座處的流動(dòng)情況以提高流量系數(shù)入手解決forward1312021進(jìn)氣門座處阻力系數(shù)與該處的降低進(jìn)氣門處的流動(dòng)損失，可以從降低return補(bǔ)充1322021return補(bǔ)充492021過(guò)高的氣體流速，還會(huì)發(fā)生氣體阻塞現(xiàn)象?？疾鞖忾T座處的流動(dòng)情況，并定義平均進(jìn)氣馬赫數(shù)M。p30進(jìn)氣平均馬赫數(shù)Ma綜合了進(jìn)氣門大小、形狀、升程規(guī)律以及活塞速度等因素，并且其大小與發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速成正比。研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于小型四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，當(dāng)M超過(guò)0.5后，充量系數(shù)急劇下降(參見(jiàn)圖)。1332021過(guò)高的氣體流速，還會(huì)發(fā)生氣體阻塞現(xiàn)象?？疾鞖忾T座處的流動(dòng)情況1342021512021減小進(jìn)氣門流通截面處

流動(dòng)損失的具體措施加大進(jìn)氣門直徑增加進(jìn)氣門數(shù)目合理設(shè)計(jì)進(jìn)氣道及氣門的結(jié)構(gòu)1352021減小進(jìn)氣門流通截面處

流動(dòng)損失的具體措施加大進(jìn)增加進(jìn)合理設(shè)計(jì)由于進(jìn)氣過(guò)程的重要性，一般應(yīng)盡可能布置較大尺寸的進(jìn)氣門，以降低流經(jīng)進(jìn)氣門截面時(shí)的氣體流速，從而降低局部流動(dòng)阻力。在現(xiàn)代高速內(nèi)燃機(jī)2氣門結(jié)構(gòu)中，進(jìn)氣門直徑d與缸徑D的比值可達(dá)45%~50%。面積比為0.2~0.25，這樣排氣門不得不縮小，但過(guò)小的排氣門又會(huì)導(dǎo)致排氣阻力的增大。因此，通過(guò)加大進(jìn)氣門直徑的方式來(lái)提高充量系數(shù)，是受到限制的。(1)加大進(jìn)氣門直徑1362021由于進(jìn)氣過(guò)程的重要性，一般應(yīng)盡可能布置較大尺寸的進(jìn)氣門，增加進(jìn)氣門數(shù)，可以取得與加大進(jìn)氣門直徑同樣的效果，即增大了進(jìn)氣門的有效流通截面積。高速柴油機(jī)以往僅在缸徑大于120mm時(shí)才考慮采用兩進(jìn)（進(jìn)氣門)、兩排(排氣門)即4氣門的可能性；現(xiàn)在對(duì)于D=80~90mm的柴油機(jī)，也認(rèn)為采用4氣門利大于弊。除了換氣損失小、充量系數(shù)高以外，噴油器的垂直中置對(duì)混合氣形成極為有利。

4氣門柴油機(jī)對(duì)具有進(jìn)氣中冷的高增壓系統(tǒng)也非常合適對(duì)于汽油機(jī)來(lái)說(shuō)．其效果也是相當(dāng)好的(表4—1)。

(2)增加進(jìn)氣門數(shù)目

1372021增加進(jìn)氣門數(shù)，可以取得與加大進(jìn)氣門直徑同樣的效果，即增大采用兩進(jìn)、兩排的氣門結(jié)構(gòu)后，進(jìn)氣門面積之和可以達(dá)到氣缸面積的30%，幾乎比2氣門提高30%~50%。表4—l列出了采用雙頂置凸輪軸(DOHC，DoubleOverheadCamshaft)4氣門發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)、缺點(diǎn)，總的結(jié)論是優(yōu)點(diǎn)大于缺點(diǎn)。近年來(lái)，幾乎所有強(qiáng)化程度高的車用發(fā)動(dòng)機(jī)均采用了這一技術(shù)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速可達(dá)6000r／min或更高，平均有效壓力達(dá)1.0MPa以上。最小的4氣門發(fā)動(dòng)機(jī)，其缸徑僅為80mm。1382021采用兩進(jìn)、兩排的氣門結(jié)構(gòu)后，進(jìn)氣門面積之和可以達(dá)到氣缸面1392021562021圖4—6是一個(gè)2L排量的4氣門發(fā)動(dòng)機(jī)與同排量2氣門發(fā)動(dòng)機(jī)的性能比較，顯然，采用頂置凸輪軸4氣門技術(shù),可以便發(fā)動(dòng)機(jī)的功率提高約15%~30%，轉(zhuǎn)矩增大約5%~10%。經(jīng)濟(jì)性能也得到改善。1402021圖4—6是一個(gè)2L排量的4氣門發(fā)動(dòng)機(jī)與同排量2氣門發(fā)動(dòng)機(jī)單頂置凸輪軸四氣門結(jié)構(gòu)1412021單頂置凸輪軸四氣門結(jié)構(gòu)582021雙頂置凸輪軸四氣門1422021雙頂置凸輪軸四氣門592021對(duì)于D＜80mm的點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)，若采用兩進(jìn)、兩排的4氣門結(jié)構(gòu)在氣缸蓋缸中間部位往往難以布置即便是最小尺寸的火花塞，這時(shí)只好適當(dāng)縮小進(jìn)氣門直徑。若采用三進(jìn)二排的氣門結(jié)構(gòu)，既能充分利用氣缸外圍尺寸，又能利用氣缸中心布置火花塞。

圖4—7是采用5氣門(三個(gè)進(jìn)氣門，兩個(gè)排氣門)的發(fā)動(dòng)機(jī)與4氣門發(fā)動(dòng)機(jī)的比較情況，可見(jiàn)其高速性能進(jìn)一步改善。對(duì)于排量較小(1.5L以下)的4缸小型轎車用汽油機(jī)來(lái)說(shuō)，也有采用2進(jìn)、1排的3氣門結(jié)構(gòu)，這樣既能發(fā)揮多氣門的優(yōu)越性，結(jié)構(gòu)又相對(duì)簡(jiǎn)單。1432021對(duì)于D＜80mm的點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)，若采用兩進(jìn)、兩排的4氣門1442021612021五氣門布置1452021五氣門布置622021單頂置凸輪軸三氣門1462021單頂置凸輪軸三氣門632021進(jìn)氣道以及氣門頭部的結(jié)構(gòu)，也有助于降低局部阻力，提高氣門流通截面的流量系數(shù)。一般在高速內(nèi)燃機(jī)中，均利用氣道使進(jìn)氣在其中發(fā)生彎曲和旋轉(zhuǎn)，以便在氣缸中形成定向的空氣運(yùn)動(dòng)，以利于燃燒的進(jìn)行。但這勢(shì)必影響氣門的流量系數(shù)，增大流動(dòng)損失，因此，在設(shè)計(jì)及制造中，應(yīng)盡可能保證氣道內(nèi)壁面的過(guò)渡圓滑、平穩(wěn)，避免氣流急轉(zhuǎn)彎現(xiàn)象。在進(jìn)氣門頭部以及氣門座面處設(shè)計(jì)合理的形狀，對(duì)改善氣流的流動(dòng)阻力也有十分顯著的效果。(3)合理設(shè)計(jì)進(jìn)氣道及氣門的結(jié)構(gòu)1472021進(jìn)氣道以及氣門頭部的結(jié)構(gòu)，也有助于降低局部阻力，提高氣門流通改善配氣機(jī)構(gòu)的新措施（補(bǔ)充）1482021改善配氣機(jī)構(gòu)的新措施（補(bǔ)充）6520211492021662021理想的配氣系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)要滿足以下要求：1)低速時(shí)，采用較小的氣門疊開(kāi)角以及較小的氣門升程，防止出現(xiàn)缸內(nèi)新鮮充量向進(jìn)氣系統(tǒng)的倒流，以便增加轉(zhuǎn)矩，提高燃油經(jīng)濟(jì)性。2)高速時(shí)應(yīng)具有最大的氣門升程和進(jìn)氣門遲閉角，以最大限度地減小流動(dòng)阻力，充分利用過(guò)后充氣，提高充量系數(shù)，以滿足動(dòng)力性要求。2．采用可變進(jìn)氣系統(tǒng)技術(shù)1502021理想的配氣系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)要滿足以下要求：2．采用可變進(jìn)氣系統(tǒng)技術(shù)63)配合以上變化，對(duì)進(jìn)氣門從開(kāi)啟到關(guān)閉的持續(xù)期(又稱作用角)也應(yīng)進(jìn)行調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)最佳的進(jìn)氣定時(shí)。理想的氣門定時(shí)應(yīng)當(dāng)是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作情況及時(shí)作出調(diào)整，應(yīng)具有一定程度的靈活性。顯然，對(duì)