换气过程与循环充量

（以2课时为单元）课序：07授课日期：09.20授课班次： 授课教师 批准人：课题：第三章 发动机的换气过程 第1节 四冲程发动机的换气过程第2节 四冲程发动机的充量系数目的要求：重点：难点：教学方法手段： 课件教学步骤：复习提问：作业题目：预习内容： 无课时分配：第三章发动机的换气过程新课导入内燃机的换气过程是内燃机排出本循环的已燃气体和为下一循环吸入新鲜充量（空气或可燃混合气）的进排气过程，它是工作循环得以周而复始不断进行的保证。

内燃机的性能很大程度上依赖其换气过程。

为提高动力性和经济性指标，需要研究减少进排气流动阻力损失和提高充量系数的措施及方法，以及如何为燃烧提供一个合适的缸内气体流场，并保证多缸机的各缸均匀性。

在内燃机执行换气过程中，有时为了控制内燃机的NO x有害排放，还需要进行排气再循环（可分为外部EGR和内部EGR）。

内燃机采用增压技术可以提高进气密度，从而提高发动机的功率，并改善经济性和排放。

§2.1 四冲程发动机的换气过程一、换气过程四冲程发动机的换气过程是指从排气门开启到进气门关闭的整个过程。

约410°CA ~480°CA.1、排气过程按燃气对活塞的作用，排气过程可分为自由排气和强制排气两个阶段；按排气流动的性质，排气过程又可分为超临界排气和亚临界排气两个阶段。

（1）自由排气阶段从排气门打开到活塞运行到排气下止点这段曲轴转角内的排气过程称为自由排气阶段。

1）自由排气阶段的特点①缸内气体一边对活塞做功，一边自动排出缸外；②缸内压力与排气管压力之比大于临界压力，气体流动处于超临界状态；排起的流量进取决于缸内气体状态和排气门流通面积，而与排气管压力无关。

③时间虽短，但排出的气量较大。

２）排气提前角从排气门开始打开到活塞运行到排气下止点时曲轴所转过的角度，称为排气提前角。

排气提前角的范围为30°CA～80°CA。

排气提前角过小，膨胀功损失小，但推出功增大；排气提前角过大，推出功减小，但膨胀功损失大；因此存在一个合适的排气提前角使得膨胀损失与推出损失之和最小。

清华大学汽车工程系车辆工程专业（本科）《汽车发动机原理》教学大纲第一部分大纲说明一、课程的性质和任务《汽车发动机原理》是车辆工程专业本科生的专业必修课。

通过对热力机械的共性问题，如动力如何获取和输出，能量如何消耗和利用；两种典型内燃机（点燃式汽油机和压燃式柴油机）的燃料供给、混合气形成、着火、燃烧；车用内燃机运行特性与性能的调节与控制等发动机基本理论的教学，使学生对发动机的工作过程有深入的了解，能熟知发动机相关参数的运行范围，能掌握基本的发动机性能分析方法。

为今后从事发动机和汽车开发、研究、生产提供必备的专业理论知识和技术基础。

二、本课程与相关课程的关系《汽车发动机原理》是车辆工程专业本科生的两门核心专业课之一（另一门是《汽车理论》），安排在大三春季学期上课。

在这之前有《汽车构造1》和《汽车发动机拆装》，这两门课是专业平台课，是学习《汽车发动机原理》必修的基础专业课。

同时，《汽车发动机原理》又是学习其他专业课，如《发动机设计》、《内燃机增压与增压技术》和《内燃机燃料供给》等的必修课。

三、课程的教学基本要求本课程要求学生对汽车发动机（汽油机和柴油机）的结构有基本的了解，并且具备必要的工程热力学、流体力学和传热学等方面的基础知识。

要求学生上课作笔记，认真听讲，积极思考，参加课堂讨论，按时完成布置的作业。

四、教学方法和教学形式建议本课程涉及的知识面较宽。

以课堂讲授为生，辅以一定量的课堂讨论和自学。

第二部分教学时数、教材、考试一、学时分配总学时48：授课学时44，讨论课学时4教学内容授课学时1、性能指标与影响因素 42、燃料与工质 43、循环分析与能量利用 44、换气过程与循环充量 45、燃烧基础知识 46、燃烧过程及混合气形成 47、特殊燃烧问题的机理与对策 48、有害物排放的生成与控制 49、燃烧室与调节参数的优化 610、汽车发动机运行特性 411、柴油机调速特性 2合计44二、教材与参考书目教材：刘铮, 王建昕.《汽车发动机原理教程》.北京: 清华大学出版社, 2001年参考书：（1）周龙保等.《内燃机学》.北京:机械工业出版社,1999年（2）董敬等.《汽车拖拉机发动机》（第3版）.北京:机械工业出版社,1997年（3）唐开元等.《内燃机原理》.译自“Internal Combustion Engine Fundamental”, J.B.Heywood 三、考试两次考试：期中考试；期末考试。

内燃机的换气过程内燃机的换气过程是内燃机排出本循环的已燃气体和为下一循环吸入新鲜充量(空气或可燃混合气)的进排气过程,它是工作循环得以周而复始不断进行的保证。

对四冲程内燃机而言，换气过程是指从排气门开启到进气门关闭的整个过程。

对大部分二冲程内燃机而言，换气过程即为从排气口打开到关闭的整个过程。

在内燃机换气过程中，有时为了控制内燃机的NO x有害排放，还需要进行排气再循环(可分为外部ECR和内部EGR)。

内燃机采用增压技术可以提高进气密度，从而提高发动机的功率，并改善经济性和排放［1］。

内燃机的性能很大程度上依赖其换气过程,为提高动力性和经济性指标，需要研究减少进排气流动阻力损失和提高充量系数的措施及方法，以及如何为燃烧提供一个合适的缸内气体流场，并保证多缸机的各缸均匀性等.第一节四冲程内燃机的换气过程图4—1所示是四冲程内燃机换气过程的示意图,其中图4—1a为内燃机的配气相位与换气过程p—V 示功图。

排气门在下止点前1点开启，由于缸内压力高，燃气快速流出，缸内压力随即迅速下降。

在进排气上止点前，进气门在3点打开，此时，排气门尚未关闭，出现一段时间的气门叠开期，排气门在上止点后2点关闭。

进气门打开初期，由于进气道与缸内压差小，进气流量小，随着活塞运动的加快，造成了缸内较大的真空度，使得中后期的进气速度提高，最后进气门在下止点后4点关闭。

进排气门迟闭角的设计，同它们提前开启一样,是为了增加进排气过程的时面值或角面值,利用气体流动的惯性，增加进气充量或废气的排出量。

四冲程内燃机的换气过程可分为排气、气门叠开、进气三个阶段，图4—1b表示了进排气门的升程和气缸压力随曲轴转角的变化情况。

图4-1 四冲程内燃机换气过程的示意图a)配气相位与低压p—V示功图b)气门升程与p— 示功图IVO一进气门开启角IVC一进气门关闭角EVO一排气门开启角EVC一排气门关闭年V c一余隙容积V s一气缸工作容积一、排气过程由于受配气机构及其运动规律的限制，排气门不可能瞬时完全打开，气门开启有一个过程，其流通截面只能逐渐增加到最大；在排气门开启的最初一段时间内，排气流通截面积很小，废气排出的流量小。