04第四章 换气过程与进气充量

由于pmik＞pmi0，上式最 终的结果是大于1的 – 增压后充气系数略有提高
ηmk ηm0
p mmk 1 p mik p mm0 1 p mi0
将pmmk≈pmm0以及定义式 pmm0=pmi0(1-ηm0)代入后
φck Tb 0.25 φc0 T0

2、增压内燃机性能的估算
– 降低进气门处的流动损失，

1. 降低进气门处的流动损失 – 进气门座处的流通截面， 是进气流道中截面最小、 流速最高的地方，该处的 局部阻力最大，与阻力系 数ξ有关和该处的流动速 度vs的平方成正比，即
可以从降低气门座处的流 速和改善气门座处的流动 情况以提高流量系数入手 解决。过高的气体流速， 会发生气体阻塞现象。 – 定义平均进气马赫数Ma 2 D Cm vs Ma d μ c cs s sm s
排气提前角 90 75 P/MPa 40 P/MPa 60 n = 3400rpm 3200 2800 2400 2000
上止点Βιβλιοθήκη 下止点活塞行程活塞行程
平均排气损失压力
平均进气损失压力 n

六、充量系数分析式
– 进气门关闭时（以下标a表
七、提高充量系数的措施
– 在发动机的结构确定的前
示）缸内气体的总质量为 ma ＝ m1 + mr ＝(1 + φr)m1
– 经济性能指标（有效燃油
的过量空气系数保持不变的情 况下，有
消耗率）
1 be ηit ηm
Pek ρsk ηitk φck ηmk Pe0 ρs0 ηit0 φc0 ηm0 b ek ηit0 ηm0 b e0 ηitk ηmk
下表“0”和“k”分别表示增压前 后的参数

§2-1 四冲程发动机的换气过程一、 换气过程 （一） 排气过程如图2-1为换气过程气缸压力和排气管压力随曲轴转角的变化关系。

1.自由排气阶段排开 p >> p r → p = p r 靠缸内压力将气体挤出气缸，其中 p －缸内压力, p r －排气管内压力。

（1）超临界状态排开 → p = 1.9 p r在气阀最小截面处, 气体流速等于该地声速 T R k C = m/s 。

其流量与压差 （p - p’）无关, 只决定于排气阀开启面积和气体状态。

（2）亚临界排气 Dp ≤ 1.9 p r → 排闭。

其流量取决于压差 （p - p r ）。

2. 强制排气阶段p = p r → p ≤ p r靠活塞上行将废气挤出气缸。

（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。

二、换气损失理论循环换气功与实际循环换气功之差。

如图2-2：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WW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。

图2-2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。

进气阶段
① ②

从进气阀开启到进气阀关闭的阶段（活塞的抽吸+进 气气流的惯性） 进气提前开启角(10°~40°)和进气延后关闭角的目 的是为了尽力吸入新鲜空气。
进气提前开启角过大会造成废气倒灌 进气提前开启角过小则影响进气； 进气延后关闭角过小会影响空气流动惯性而减小进气量， 进气延后关闭角过大则使新鲜空气倒流出气缸并使有效压 缩比减小。
③
实际进气时刻：是气缸内压力低于进气管压力时才 真正进入气缸。非增压柴油机的实际进气时刻在上 止点后。
气阀叠开和 燃烧室扫气
① 气阀重叠角的定义：在上止点前后，从进气阀开启到 排气阀关闭这段时间进气阀和排气阀同时开启所对应 的曲轴转角称为气阀重叠角。一般非增压机为 20°~50°CA，增压机为80°~140°CA 燃烧室扫气：在气阀叠开期间新鲜空气对燃烧室的清 扫称为燃烧室扫气（一般只有增压四冲程柴油机才能 实现燃烧室扫气 ）
强制排气阶段

①
从自由排气结束到排气阀关闭这一阶段
②
③ 排气过程是由活塞的推挤造成的，故称为强制排气 阶段。 当活塞到达上止点后向下运行的初期，由于排气行 程中形成的高速排气流的惯性作用下，废气继续排 出气缸，故称为惯性排气。 因此排气阀在上止点后滞后关闭，一般排气迟闭角 为10~70°(CA)。实现了过后排气，延长了排气时间， 增大了气阀的时面值，可使废气排得干净，排气功 减小，排气流的惯性得到充分利用。但过大的排气 迟闭角会导致废气倒流，最理想的关闭角是当废气 从气缸流出的流动刚好停止时。
扫气系数S =1.4~2.0。视换气形式和增压程 度的不同而不同。 说明扫气空气消耗的相对量

小结
换气质量愈高，扫气效率s愈高，残余废气系数 r 愈小，扫气过量空气系数k 愈小，扫气系数 S 愈小。换气质量越完善。 四冲程柴油机用充气(量)系数v和残余废气系数 r 衡量换气过程进行的完善程度 二冲程柴油机用充气(量)系数v、扫气效率s和 残余废气系数r衡量换气过程进行的完善程度。 扫气过量空气系数k主要是评定扫气过程所消耗 的新鲜空气量的多少。

①自由排气阶段；②强制排气阶段； ③惯性排气阶段
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⑵进气过程
指从进气阀开始开启到进气阀完全关 闭为止。也可分为三个阶段。
①准备阶段；②主要进气阶段；③补 充进气阶段
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三、二冲程柴油机的换气过程
二冲程柴油机的换气过程是指从排气 口（或排气阀）打开时起至排气口（或排 气阀）完全关闭时止，新鲜空气充入气缸 和废气排出气缸的过程。
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三、二冲程柴油机的换气过程
三个阶段： ⑴自由排气阶段 ⑵强制排气（扫气）阶段 ⑶过后排气（过后充气）阶段
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二冲程柴油机的换气过程
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四、换气过程的评定指标
换气过程的评定指标主要有：充气系 数、残余废气系数 、扫气效率 、扫气系 数 、扫气过量空气系数等。
充入气缸的新鲜空气量愈多愈好；消耗的功及
流失的空气量要少。
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第一节 柴油机换气过程
一、时面值与角面值 二、四冲程柴油机的换气过程 三、二冲程柴油机的换气过程 四、换气过程的评定指标 五、影响换气过程的主要因素
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一、时面图与时面值
f dt
若画出气阀或气口的开启面积f 随时间t
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一、时面图与时面值
时面值表征了气阀或气口的流通能力。 因此，保证柴油机的换气品质的关键之一 就是保证柴油机气阀或气口有足够的时面 值。
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二、四冲程柴油机的换气过程
⑴排气过程 ⑵进气过程