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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。
发动机原理发动机的换气过程发动机的换气过程是指在内燃机的工作循环中，利用活塞一上一下的往复运动，通过进气、压缩、燃烧和排气四个过程，完成混合气体的吸入、压缩和燃烧排出废气的过程。
下面我们将详细阐述发动机的换气过程，包括四个过程的具体操作：1. 进气过程（Induction Process）进气过程是指活塞内运动时，下行的活塞在气门开启的情况下，通过诱导系统将混合气体吸入燃烧室的过程。
进气过程中，活塞下行，曲轴带动气门运动机构打开进气气门（一般为吸气门），同时缸内压力降低，外界气体通过进气道和空气滤清器进入缸内，与燃油形成可燃混合物。
压缩过程是指活塞内运动时，上行的活塞在气门关闭的情况下，将混合气体压缩至高压的过程。
压缩过程中，活塞上行，压缩混合气体使其体积减小，从而增大混合气体的压力和密度。
这个过程中，活塞上方的火花塞会产生高压电火花，将压缩的混合气体点燃，形成爆震燃烧。
燃烧过程是指在压缩后的混合气体中，由于点燃火花的作用，混合气体发生爆炸燃烧所产生的高温高压气体。
燃烧过程中，经过压缩后的混合气体在火花塞的火花点燃下，迅速发生燃烧，产生高温和高压气体。
高温气体的体积膨胀迅速，推动活塞下行，同时驱动曲轴旋转，在连杆机构的作用下将活塞机械能转化为输出功。
4. 排气过程（Exhaust Process）排气过程是指活塞向上运动时，废气在气门开启的情况下，从燃烧室中排出的过程。
排气过程中，活塞上行，鞘管运动机构打开排气气门，废气被排出燃烧室，通过排气系统最终排出发动机。
总结：发动机的换气过程是通过进气、压缩、燃烧和排气过程，将可燃混合物吸入、压缩、燃烧、排出的过程。
进气过程中，混合气体通过进气道进入缸内；压缩过程中，混合气体被压缩至高压；燃烧过程中，可燃混合物被点燃形成高压气体；排气过程中，废气通过排气系统排出发动机。
通过这一连续的工作过程，发动机将化学能转化为机械能，推动车辆的运动。
发动机换气过程范文
1、进气：进气是发动机换气过程的第一个步骤，是将新鲜的空气从
空气滤清器抽入发动机的过程。
一般来说，发动机的进气量受到涡轮增压
和自然吸气的控制，进气的氧气浓度也将影响发动机的性能。
2、压缩混合气体：在压缩步骤中，活塞上移时，从气缸内部吸入的
新鲜空气受到活塞室的压缩，形成空气和燃料混合物，经调节器和温度调
节器的控制，并被灌入气缸筒。
3、点火：在发动机点火过程中，点火线圈将被电阻热到一定的温度，通过火花塞将电弧传递到活塞压缩的空气混合物里，造成燃烧，形成高压
热燃料气体。
4、排气：当活塞下移时，燃烧完毕的气体排出气缸，经过排气门、
排气枪和排气装置，将有害排放物新鲜空气排出发动机，从而将其排出机舱，完成排气过程。
5、吸气：当活塞上移时，活塞压缩的空气混合物也会被抽出气缸，
经过进气开关、定时器和进气装置，又将新鲜空气吸入气缸，从而将发动
机的换气完成。
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。
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，容易加入。
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 清除废气, 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。
Y是活塞作用在废气上的推出功, 称为强制排气损失功。
排气提前角↑→ W↑，Y↓。
综合效果, 要求（Y+W）↓, 故（W+Y）有一个最佳值（W+Y）min。
对应排气提前角亦有一个最佳值, n↑→（W+Y）min↑。
（二） 进气损失功X进气损失功小于排气损失功，即X < Y（三） 泵气损失功 （X+Y-D ）在实际示功图中, 把（W+d ） 归到指示功中考虑。
而把泵气损失功 （X+Y-d ） 归到机械损失中考虑。
§2-2 四冲程发动机的充气效率一 充气效率（一） 定义为比较不同大小、不同类型发动机的充气品质和换气过程的完善程度, 不受气缸工作容积V h 的影响, 引入充气效率ηv 的概念。
由于有进气阻力等因素的影响, 实际进入气缸中的新鲜充量必然小于理论上进气状态下充满工作容积的新鲜充量。
二者之比称为充气效率ηv , 即ηv =实际进入汽缸的新鲜充量进气状态下充满汽缸工作容积的新鲜充量ηv hG G m m V V ==≈∆∆∆∆001 其中：∆∆G m V ,,1－实际充量的重量，质量和体积； ∆∆G m V 001,,－理论充量的重量，质量和体积； 进气状态：非增压：空气滤清器后进气管内的气体状态, 通常取为当地的大气状态。
增 压：增压器出口状态。
严格地说，充气效率应为ηv =实际进入汽缸的新鲜充量以标准大气状态充满汽缸工作容积的新鲜充量更合理。
这样，在后面将要讲到的大气修正中，不同的压力和温度下进气量的比值就等于其充气效率之比。
否则，按照前头的定义式，大气温度越高，充气效率反而会越高，讲起来似乎无法接受。
而且也不具备可比性。
（二） 实际测量ηv h V V =1''理论流量实际流量= 其中：V 1'－实际测量 [ m 3/h ]V V L i n V i n m h h h h '[].[/]=⋅⋅⋅=10002600033 充气效率是衡量换气过程进行得完善程度的重要指标。
柴油机 0.75～0.90汽油机 0.70～0.85二 充气效率的分析式充入汽缸的新鲜充量 = 缸内气体的总质量－缸内残余废气质量（一） 进气门关闭时缸内气体的总质量m V V a c h a =+()'ρ其中V c －余隙容积；V h '－进气门关闭时缸内工作容积； ρa －进气终了缸内气体密度。
（二） 排气门关闭时缸内残余废气的质量m V r r r =ρ其中V r －排气门关闭时缸内容积；ρr －排气门关闭时缸内残余废气密度。
（三） 充入汽缸的新鲜充量ηρρρv h c h a r r V V V V 0=+-()'其中ρ0－大气状态下气体密度。
（四） 充气效率的分析式ηv m m =∆∆0=+-()'V V V V c h a r r h ρρρ0 =+-V V V V V V V c h c a r c r h c'ρρρ0 其中1+=V V h cε－压缩比；1+=<V V h c e 'εε－有效压缩比；V V r c ≈。
一般εe =(.08～09.)ε。
若假设εεe =，有 ηερρερv a r =--()10带入理想气体状态方程式，得ηεεv a a r r T p p T p T =--⎛⎝ ⎫⎭⎪1100 其中p T 00,－大气压力和温度；p T a a ,－进气终了时缸内的压力和温度；p T r r ,－排气终了时残余废气的压力和温度。
p T a a v ↑↓→↑,η；p T r r v ↓↑→↑,η。
ηv 的分析式为定性分析ηv 的影响因素提供了依据。
§2-3 影响充气效率的各种因素一 进气终了压力p a（一） 进气阻力∆p ap p p a a =-0∆∆p a ↑ → p a ↓ →ηv ↓ ∆p a 对p a 的影响最大。
进气系统的沿程阻力和局部阻力均会使∆p a 增大。
（二） 转速n ↑ → ∆p a ↑↑ → p a ↓ → ηv ↓（三） 负荷汽油机：负荷 ↑ → 节气们开度 ↑（质调节） → ∆p a ↓ → p a ↑ → ηv ↑柴油机：负荷 ↑ → 循环供油量 ↑ （量调节）（与∆p a 无关） →热负荷 ↑ →T a ↑ → ηv ↓ （不大）二 进气终了温度T aT a a v ↑→↓→↓ρη（一） 转速负荷一定：n ↑ →T a v ↓→↑η综合p a 、T a 的影响， n ↑ → ηv ↓。
（二） 负荷 转速一定：负荷 ↑ → 热负荷 ↑ →T a ↑ →ηv ↓ 柴油机：进、排气管分置。
避免排气管对进气管加热，使T a ↓ → ηv ↑汽油机：进、排气管同置。
虽然T a ↑ →ηv ↓，但燃油受热增发快，可以改善混合气形成。
三 排气终了压力p rp r ↑ → 残余废气量↑ →ηv ↓p r ∝ 排气门处的阻力 ∝ n 2，所以n ↑ → p r ↑ → ηv ↓ （影响较小）四 排气终了温度T rT r ↑ → ηv ↑五 压缩比εε↑ →ηv ↑ηv 公式仅为定性分析用的，是粗略的。
还有许多因素未予考虑。
如：压力升高比λ，绝热指数k ，进气马赫数Ma ，热传输和过量空气系数α等。
§2-4 提高充气效率的措施减小进气系统阻力。
沿程阻力，局部阻力（节流阻力）。
汽油机：空气滤清器→化油器→进气管→进气道→进气门柴油机：空气滤清器→进气管→进气道→进气门一减小流动阻力（一）进气门1 进气门直径d进一般: 进气门流通面积活塞顶面积=0.20～0.25d进↑→p a↑→ηv↑（影响大）d排↑→p r↓→ηv↑（影响小）一般：d进> d排2 四气门流通面积f1↑ 40%左右。
但结构复杂，造价较高。
f1↑↑→ηv↑↑→N e↑↑（可达30%），g e↓↓3 气门升程hh↑，时面值↑→ηv↑4 阀顶过渡圆角RR↑↑→f1↓→ηv↓R↓↓→流动阻力↑→ηv↓R应适中。
（二）进气管1 表面光洁度和流通面积表面光洁度↑，流通面积↑→沿程阻力↓→ηv↑2 转弯和节流阻力转弯半径R↑，截面突变↓→ηv↑3 截面形状考虑汽油机的雾化，蒸发，则管壁面积↑→沉积↑→蒸发↓→混合气分配不均匀截面形状圆形矩形D形流动阻力小大中底部蒸发小中大柴油机不存在底部蒸发问题，故多采用流动阻力小的圆形进气管。
（三）进气道转弯半径R↑，表面光洁度↑，各管口与垫片孔口对中→流动阻力↓→ηv↑设计时还要考虑组织进气涡流。
（四）空气滤清器通道面积↑，除尘效果↑→流动阻力↓→ηv↑经常清洗，更换纸芯。
（五）化油器喉口截面积↓→流动阻力↑→ηv↓，但雾化效果↑。
解决这对矛盾，采用双喉口。
小喉口：雾化；大喉口：进气。
二合理选择配气定时（一）配气定时的综合评定1 良好的充气效率以保证发动机的动力性能。
2 合适的充气效率以适应发动机的扭矩特性。
3 较小的换气损失以适应发动机的经济性能。
4 必要的燃烧室扫气以保证高温零件的热负荷得以适当降低，达到可靠运行。
5 合适的排气温度。
调整：1，2－进气迟闭角；3－排气提前角；4，5－气门叠开角（二）进气迟闭角ϕi1 转速n一定时，总有一个进气迟闭角ϕi使得充气效率ηv为最大。
2 n↓↓→气流惯性↓→缸内气体易倒流进气管→ηv↓n↑↑→一部分气体来不及进入汽缸→ηv↓3 ϕi↑→对应ηv,max的n↑所以，高速发动机转速大，要获得好的充气效率和动力性，进气迟闭角应大一些。
4 n↑→ϕi,最佳↑（三）排气提前角ϕoϕo↓→δ↑→ηv↑，δερ==VV14其中δ－后期膨胀比。
考虑经济性，在排气损失最小的前提下，尽量减小排气提前角。
（四）气门叠开角ϕi o,ϕi o,↑↑→缸内气体易倒流进气管；ϕi o,↓↓→pr↑，T a↑→ηv↓增压发动机气门叠开角应大一些。
§2-5 进气管内的动态效应一现象195柴油机：进气管长度L = 300 mm L = 1140 mm 气体在进排气管中有压力波动现象，有效组织、利用压力波动，可以提高充气效率。
进气门开闭时：p i'↑→ p a↑→ηv↑排气门开闭时：p o'↓→ p r↓→ηv↑动态效应与进排气管的长度和直径有关。
二波的动态机理闭口端：进：压缩波→反射: 压缩波－同型波进：膨胀波→反射: 膨胀波－同型波开口端：进：压缩波→反射: 膨胀波－异型波进：膨胀波→反射: 压缩波－异型波三进气动态效应（一）惯性效应阶段：进气门开→进气门闭←膨胀波→压缩波（进气门闭）（二）波动效应阶段：进气门闭→下一循环进气门开←压缩波→膨胀波←膨胀波→压缩波（进气门开）压力波动是周期性的。
压力波固有频率：faL14=[ 1/s ] 其中a－进气管内声速。
