发动机的换气过程

表达方式： 配气相位图——相对 于上、下止点曲拐位 置的曲轴转角环形图
1、排气提前角 30o～80o：
从排气门打开到下止点这段曲轴转角。
作用：
①在活塞上行时排气门有足 够大的开启面积，减小排气 阻力；
②减小活塞上行时的阻力（ 强制排气损失－负功）；合 理匹配可以减小泵气损失。
③高温废气迅速排出可减小 发动机热负荷；
5、 气门重叠
气门重叠（气门叠开）
指换气过程中进、排气 门同时开启的现象。
气门重叠角 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，对增 压柴油发动机，因其进气压 力高，可达80º~ 160º。
气门重叠的作用
在气门重叠时期，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，达到：
2、排气迟闭角 10o～35o：
从上止点到排气门完全关闭这段曲轴转角。
作用：
1）增大排气门开启面积； 2）利用压力差和废气流惯
性尽可能排净出废气。
3、进气提前角 0 o～40 o： 从进气门打开到上止点这段曲轴转角。
作用： 1）在活塞下行时进 气门有足够大的开启 面积，新鲜工质可以 顺利流入气缸；
pa Ta
1
1
由充气效率v的表达式可知，单独 看压缩比 提高，则充气效率v 有所下 降；但压缩比 提高，残余废气系数
减小。
压缩比 对充气效率v 影响不大， 提高压缩比 ，充气效率v 略微提高。
6、环境温度Ts和环境压力Ps
环境温度Ts
随环境温度的增加，环境温度与缸壁等热部件的温 差减小，Ts/Ta↑，充气效率有所增加。
进气
从排气门开启进气门关闭的整个时期，约占 410º～480º 曲轴转角。

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。

的途径。
§3.1 四行程内燃机的换气过程
一. 换气过程: 指从排气门打开到进气门关闭的整个时
期，约占410-480ºCA。 根据气流运动的特点分四个阶段：
自由排气、强制排气、进气过程、气门叠开。
1.自由排气阶段:
指从排气门打开，到P缸=P排管，气体靠本身的压 力自行流出气缸。包括超临界排气和亚临界排气。
超临界排气: 当P缸>1.9P排管，废气以当地音速流 出，而且与压差无关。排气流量值取决于缸内气体
状态和排气门有效开启截面的大小。随排气进行，
排气门流通截面不断增大。
亚临界排气：当P缸<1.9P排管，废气流出速度取 决于气缸内和排气管内压差。此时气体流量与排气
门有效流通截面和压差有关。
持续时间：下止点后10-30ºCA结束。 废气排出量：虽然时开角可以大一点，以提高 扫气效率。
增压柴油机：80—160 ºCA。
进气管内压力高于大气压力，新气易串入排气管（燃烧室 扫气）。
附：增压柴油机：防止燃料损失及未燃氮氢排放增加，增压柴 油机热负荷严重，扫气冷却有助于降低受热零件（如排气门） 的温度以及增压涡轮器进口温度。
三. 换气损失
(2)自由排气阶段在排气管内产生的压力波在管内往 复反射衰减，造成强制排气时缸内P波动。
注：缸内气体状态受活塞的运动速度与位置， 气门有效流通截面的变化规律以及排气管内 气体状态共同决定。
排气门迟后关：
①接近上止点，排气门流通截面↓，节流↑，排 气消耗的功增加，残余废气增加。
②可利用排气管中气体的流动惯性，吸出废气。 降低推出功和缸内残余废气量。同时要防止 废气倒流。排气门要晚关10 º—35ºCA。
减小进气迟闭角，能防止低速倒喷，有利于提高

• 换气损失（W+Y+X） 理论循环换气功与实际循环换气功之差。 进气损失--X
自由排气损失--W
排气损失 强制排气损失--Y
• 泵气损失（X+Y-d）
如何使排气损失最小 ⑴?e`（排气门太早开启）
如果排气提前角↑，则w↑，y↓
⑵e``（排气门太晚开启）
排气提前角↓，则w↓，y↑
e’ e”
所以：最有利的排气提前角，必须是使（w+y） 最小。
换气过程
自由排气 强制排气 进气 气门叠开
用曲轴转角表示进排气门开启到关闭 的时候和持续的时间，称为配气相位（定 时）。
通常把配气相位用相当于上下止点曲 轴转角的环形图表示成为配气相位图。
进气提前角 进气迟闭角
排气迟闭角 排气提前角
1、自由排气阶段—-废气根据自身的压力自 行排出
从排气门打开到气 缸压力接近了排气管压 力的这个时期称为自由 排气阶段
则有m1=ma/（1+r）
影响充气效率因素的公式推导
进气终了时气缸内总容积va’（有效 进气容积）与气缸总容积va的比值为ξ〈１ （有效进气体积系数）
影响充气效率因素的公式推导
v
m1 ms
ma ms (1 r)
aVa '
Pa RaTa
•Va
(1 r)sVs
1 r
Ps R sTs
•Vs
影响充气效率因素的公式推导 因为ＰＶ＝ｍＲＴ 有Ｐ／ＲＴ＝ｍ／Ｖ＝ρ Va/Vc=ε Vs/Vc=(Va-Vc) /Vc=ε-1
发动机换气过 程
一、四冲程发动机的换气过程
内
容
介
二、四冲程发动机的换气损失
绍
三、四冲程发动机的充气效率