汽车发动机原理与汽车理论第3章课件.ppt

1、第一节四冲程发动机的换气过程第二节四冲程发动机的充气效率第三节提高发动机充气效率的措施第四节二冲程发动机的换气过程第五节工程应用实例(文摘)第三章发动机的换气过程发动机的换气过程发动机的换气过程,包括排气过程和进气包括排气过程和进气过程过程,其任务是在尽可能小的换气损失的其任务是在尽可能小的换气损失的前提下前提下,排净缸内废气排净缸内废气,吸足新鲜充量。吸足新鲜充量。表征换气过程进行完善程度的表征换气过程进行完善程度的主要指标主要指标是是充气效率的高低和消耗于换气过程的泵吸充气效率的高低和消耗于换气过程的泵吸功的大小功的大小.本章重点介绍本章重点介绍:1)四冲程内燃机的充气效率及影响四冲程内燃

2、机的充气效率及影响充气效率的因素。充气效率的因素。2)提高充气效率的措施提高充气效率的措施减少进减少进气系统的阻力气系统的阻力,合理地选择配气定时。合理地选择配气定时。第三章发动机的换气过程第一节四冲程发动机的换气过程一、换气过程二、换气损失与泵气损失下止点上止点第一节第一节 四冲程发动机的换气过程四冲程发动机的换气过程一、一、换气过程换气过程：四冲程发动机的换气过程包括四冲程发动机的换气过程包括从排气门从排气门开启到进气门关闭开启到进气门关闭的整个时期。约占的整个时期。约占410 480曲轴转角。曲轴转角。换气过程可分作换气过程可分作自由排气自由排气、强制排气、强制排气、进气进气和和燃烧室扫

3、气燃烧室扫气四个阶段。四个阶段。图图3-1换气过程中气缸压力、排气管压力换气过程中气缸压力、排气管压力及进、排气门流通截面积的变化曲线及进、排气门流通截面积的变化曲线a)气缸压力气缸压力p、排气管、排气管压力压力pr随曲轴转角随曲轴转角的的变化曲线变化曲线b)进、排气门相对流进、排气门相对流通截面积随曲轴转角通截面积随曲轴转角的变化曲线的变化曲线c)气缸压力随气缸容气缸压力随气缸容积积V的变化曲线的变化曲线四冲程发动机换气过程中气缸压力、排气管四冲程发动机换气过程中气缸压力、排气管压力及进、排气门流通截面积的变化曲线压力及进、排气门流通截面积的变化曲线1、自由排气阶段、自由排气阶段 从排气门开

4、启到气缸压力接近于排气管内压力的从排气门开启到气缸压力接近于排气管内压力的时期，称为时期，称为排气阶排气阶。(1)超临界状态流动超临界状态流动:排气门开启是在活塞运动到下排气门开启是在活塞运动到下止点前止点前3080(CA),此时气缸内废气压力较高。此时气缸内废气压力较高。排气流动处于超临界状态排气流动处于超临界状态,此阶段此阶段,废气流量与排气废气流量与排气管内压力无关管内压力无关,只取决于气缸内的气体状态和气门最只取决于气缸内的气体状态和气门最小开启截面。小开启截面。(2)亚临界状态流动亚临界状态流动:着气体大量流出着气体大量流出,缸内压力迅速缸内压力迅速下降下降,气体流速小于声速气体流速

5、小于声速,转入亚临界状态转入亚临界状态,此时废气此时废气流量取决于气缸内和排气管内的压力差。自由排气流量取决于气缸内和排气管内的压力差。自由排气约在下止点后约在下止点后1030(CA)结束。结束。2 2、强制排气阶段、强制排气阶段 自由排气阶段结束后，气缸内的废气将被上自由排气阶段结束后，气缸内的废气将被上行活塞强制推出，这一过程就是行活塞强制推出，这一过程就是。排气提前角排气提前角：从上：从上止点止点到排气门完全关闭终了所到排气门完全关闭终了所对应的曲轴转角，一般为对应的曲轴转角，一般为1035曲轴转角。曲轴转角。3 3、进气过程、进气过程从进气门开启到关闭的全过程从进气门开启到关闭的全过程

6、准备进气准备进气：进气提前角一般为进气提前角一般为004040(CA)(CA)。正常进气正常进气：新鲜气体充入气缸。：新鲜气体充入气缸。惯性进气惯性进气：进气迟闭角一般为进气迟闭角一般为40407070(CA)(CA)。4.进、排气门早开、晚关进、排气门早开、晚关,气门重叠和燃烧室扫气气门重叠和燃烧室扫气(1)配气相位配气相位:进、排气门的实际开、闭时刻和持续进、排气门的实际开、闭时刻和持续时间时间,称为配气相位称为配气相位,通常用曲轴转角通常用曲轴转角(CA)表示。表示。进、排气门早开、迟闭进、排气门早开、迟闭的原因是气门开、闭都需的原因是气门开、闭都需要一定的时间要一定的时间,速度不能太速

7、度不能太快快(2)气门重叠和燃烧室扫气气门重叠和燃烧室扫气:由于排气门晚关和进气门由于排气门晚关和进气门提前打开提前打开,因而存在进、排因而存在进、排气门同时开启的现象气门同时开启的现象,称为称为气门重叠气门重叠.图图3-2四冲程内燃机配气相位四冲程内燃机配气相位 (外圈表示增压机型外圈表示增压机型)4.进、排气门早开、晚关进、排气门早开、晚关,气门重叠和燃烧室扫气气门重叠和燃烧室扫气 特别是增压发动机特别是增压发动机,由于进气压力高和较长的气由于进气压力高和较长的气门重叠时间门重叠时间,可以更好地利用新鲜充量来帮助清可以更好地利用新鲜充量来帮助清除废气和降低燃烧室热区零件的温度除废气和降低燃

8、烧室热区零件的温度,称为称为燃烧燃烧室扫气室扫气.增压柴油机增压柴油机的气门重叠角一般为的气门重叠角一般为80160(CA)；非增压柴油机非增压柴油机的气门叠开角在的气门叠开角在2060(CA)范围范围内。内。在气门重叠开启期内在气门重叠开启期内,可利用气流压差和惯可利用气流压差和惯性清除残余废气性清除残余废气,增加新鲜充量增加新鲜充量.1 1、排气损失、排气损失从排气门提前开启，直到进气行程开始、缸内压力到达大气压力之前,所损失的循环功。a.自由排气损失自由排气损失W：由于排气门提前打开而引起的膨胀功的减少。b.强制排气损失强制排气损失Y：活塞上行强制推出废气所消耗的功。二、换气损失与泵气损

9、失图图3-3四冲程发动机换气损失四冲程发动机换气损失a)非增压发动机非增压发动机b)增压发动机增压发动机注注:w自由排气损失自由排气损失x强迫排气损失强迫排气损失y进气损失进气损失 x+y+w换气损失换气损失x+y泵气损失泵气损失2、进气损失、进气损失X 进气损失进气损失是由于进气系统阻力的存在,使进气过程气缸压力低于进气管压力造成的损失,进气损失比排气损失要小小。合理调整配气定时，加大进气门的流通截面、合理调整配气定时，加大进气门的流通截面、正确设计进气管及进气道的流动路径以及降正确设计进气管及进气道的流动路径以及降低活塞平均速度等低活塞平均速度等，都会使进气损失减少。，都会使进气损失减少。

10、图图3-3四冲程发动机换气损失四冲程发动机换气损失 排气损失与进气损失之和称为排气损失与进气损失之和称为换气损失换气损失(W十十Y十十X)。泵气损失泵气损失（X+Y-uX+Y-u）：）：又称为泵气过程功又称为泵气过程功,是四冲程发动机在进、排气两个行程中是四冲程发动机在进、排气两个行程中,活活塞因排气和进气所付出或获得的功塞因排气和进气所付出或获得的功,此功可此功可为正或负。为正或负。在实际换气过程中在实际换气过程中,由于工质流动时节流、由于工质流动时节流、摩擦等因素的存在摩擦等因素的存在,产生的能量损失称为产生的能量损失称为泵泵气损失气损失.3.泵气损失泵气损失 四冲程非增压发动机的泵气损失

11、是图四冲程非增压发动机的泵气损失是图3-3a中中(x+y)所示面积代表的负功所示面积代表的负功 四冲程增压发动机的泵气损失是图四冲程增压发动机的泵气损失是图3-3b中中剖面线剖面线(x+y)所示面积代表的功所示面积代表的功 二冲程发动机因无单独的进、排气行程二冲程发动机因无单独的进、排气行程,所所以泵气功为零以泵气功为零3.泵气损失泵气损失第二节四冲程发动机的充气效率一、充气效率二、影响充气效率的因素及其分析一、充气效率一、充气效率 充气效率（充气效率（）:是实际进入气缸的新鲜充量与进是实际进入气缸的新鲜充量与进气状态下充满气缸工作容积的新鲜充量之比。气状态下充满气缸工作容积的新鲜充量之比。一

12、、充气效率一、充气效率 1.充气效率充气效率v的表达式的表达式1)进气门关闭时缸内气体的总质量为进气门关闭时缸内气体的总质量为2)在排气门关闭时缸内残余废气的质量为在排气门关闭时缸内残余废气的质量为二、影响充气效率的因素及其分析1.充气效率充气效率v的表达式的表达式3)充入气缸新鲜充量的质量为充入气缸新鲜充量的质量为经变换推导得经变换推导得二、影响充气效率的因素及其分析 2.影响充气效率的因素影响充气效率的因素影响充气效率的因素有进气状态和进气终了影响充气效率的因素有进气状态和进气终了状态的状态的气缸压力、温度、残余废气系数、压气缸压力、温度、残余废气系数、压缩比及配气相位缩比及配气相位.(1

13、)进气终了状态压力进气终了状态压力pa的影响的影响pa对对v影响较大影响较大,pa值越大值越大,v值越大值越大 pa=ps-papa为大气流动时为大气流动时,克服进气系统阻力而引起克服进气系统阻力而引起的压力损失的压力损失,一般可写成一般可写成pa主要取决于进气系统各管道阻力系数主要取决于进气系统各管道阻力系数和和气体流速气体流速v。若。若、v高时高时,pa增大增大,使得使得pa下降。下降。图图3-4不同节气门开度、不同转速时不同节气门开度、不同转速时 的进气终了气体压力的进气终了气体压力图图3-5三种国产发动机充气三种国产发动机充气效率随转速的变化关系效率随转速的变化关系1495Q型柴油机型

14、柴油机2CA-30型型越野越野汽车汽油机汽车汽油机3CA-72型小客车型小客车汽油机汽油机(1)进气终了状态压力进气终了状态压力pa的影响的影响 1)当节气门位置一定时当节气门位置一定时,n增加增加,pa降低。降低。2)节气门开度减小时节气门开度减小时,pa降低。节气门开度降低。节气门开度越小越小,pa随随n提高而下降得越快提高而下降得越快。(2)进气终了温度进气终了温度Ta的影响的影响 Ta越高越高,充入气缸的工质密度越小充入气缸的工质密度越小,v越低。越低。(2)进气终了温度进气终了温度Ta的影响的影响引起引起Ta升高的原因有升高的原因有:高温零件加热工质高温零件加热工质;新鲜新鲜工质与残

15、余废气混合工质与残余废气混合;对汽油机来说对汽油机来说,为了便于为了便于液体燃料蒸发、混合液体燃料蒸发、混合,常利用排气歧管或冷却常利用排气歧管或冷却液的热量加热新鲜充量液的热量加热新鲜充量,故进气终了温度升高。故进气终了温度升高。对于柴油机而言对于柴油机而言,将它的进、排气道和进、排将它的进、排气道和进、排气歧管置于气缸盖两侧气歧管置于气缸盖两侧,控制进气预热控制进气预热,适当加适当加大气门重叠角大气门重叠角,都有利于进气终了温度的降低。都有利于进气终了温度的降低。转速转速n和负荷都对和负荷都对Ta有影响有影响,在负荷不变时在负荷不变时,转速转速n越高越高,工质被加热的时间缩短工质被加热的时

16、间缩短,Ta降低。在转速降低。在转速n不变时不变时,负荷加大负荷加大,缸壁温度升高缸壁温度升高,Ta提高。提高。(3)残余废气系数残余废气系数气缸中残余废气增加气缸中残余废气增加,使使v降低降低,燃烧恶化燃烧恶化,燃油燃油消耗率升高消耗率升高,排放变差。排气系统阻力大排放变差。排气系统阻力大,废气流废气流动困难动困难,使得排气压力提高使得排气压力提高,残余废气增加残余废气增加,充气充气效率降低。效率降低。(4)配气相位的影响配气相位的影响配气相位的影响主要是进气门迟闭角的变化配气相位的影响主要是进气门迟闭角的变化,迟迟闭角增加闭角增加,新鲜充气量容积减小新鲜充气量容积减小,pa却可能增加。却可

17、能增加。应该选择合适的配气定时应该选择合适的配气定时,使使pa具有最大值。具有最大值。(5)压缩比的影响压缩比的影响提高压缩比提高压缩比,使气缸余隙减小使气缸余隙减小,残余废气量减少残余废气量减少,从而提高从而提高v。结论结论 进气终了压力进气终了压力提高，充气效率提高。提高，充气效率提高。进气终了温度进气终了温度提高，充气效率下降。提高，充气效率下降。排气终了压力排气终了压力提高，充气效率下降。提高，充气效率下降。排气终了温度排气终了温度变化对充气效率影响不大。变化对充气效率影响不大。大气压力降低、大气温度大气压力降低、大气温度升高，充气效率提高升高，充气效率提高。压缩比提高，充气效率提高。

18、压缩比提高，充气效率提高。配气相位：进、排气迟后角过大或过小，充气配气相位：进、排气迟后角过大或过小，充气效率降低。效率降低。第三节提高发动机充气效率的措施一、减少进气系统的流动损失二、减小对新鲜充量的加热三、减小排气系统的阻力四、合理地选择配气相位提高充量系数措施提高充量系数措施降低进气系统的阻力降低进气系统的阻力降低排气系统流通阻力降低排气系统流通阻力减少对进气充量的加热减少对进气充量的加热合理选择进、排气相位角合理选择进、排气相位角谐振进气与可变进气支管谐振进气与可变进气支管提高发动机充量系数的措施提高发动机充量系数的措施一一、减少、减少进气系统的流动阻力进气系统的流动阻力 1降低进气门

19、处的流动损失降低进气门处的流动损失进气马赫数：进气门处气流平均速度进气马赫数：进气门处气流平均速度与该处声速之比与该处声速之比mV进气马赫数反映气体流动对充量系数进气马赫数反映气体流动对充量系数的影响。的影响。当当M超过一定数值时，大约在超过一定数值时，大约在0.5左右，左右，充量系数急剧下降。充量系数急剧下降。改善改善气门处气门处流体流体动力性能动力性能 采取较小采取较小的的S/D值值(短行程短行程)图图-6-6充气效率与平均进气马赫数的关系充气效率与平均进气马赫数的关系)发动机、缸发动机、缸()发动机、发动机、1 1缸、缸、.()L1L1，L2L2、及及S1S1，S2S2为不同进气门角度、

20、面积值为不同进气门角度、面积值图图3-7气门数对平均有效压力的影响气门数对平均有效压力的影响图图3-8S/D对对v的影响的影响减少减少进气道进气道的阻力：的阻力：气道通路断面应有足够的面积，各断面要避免突变。气道通路断面应有足够的面积，各断面要避免突变。进气道内部过渡圆角半径应大一些，避免急剧转弯等。进气道内部过渡圆角半径应大一些，避免急剧转弯等。减少减少进气管进气管的阻力：的阻力：进气管必须保证足够的流通截面积，管道表面光洁，进气管必须保证足够的流通截面积，管道表面光洁，避免急转弯及流通截面突变，以减少阻力。为保证各气缸避免急转弯及流通截面突变，以减少阻力。为保证各气缸进气均匀，各缸进气管独

21、立，长度尽可能一致。进气管的进气均匀，各缸进气管独立，长度尽可能一致。进气管的整体走势和内壁断面形状要满足使新鲜充量在气缸中形成整体走势和内壁断面形状要满足使新鲜充量在气缸中形成涡流的要求。涡流的要求。减少减少空气滤清器空气滤清器的阻力：的阻力：加大通过断面，改进滤清性能，创制低阻高效滤清器加大通过断面，改进滤清性能，创制低阻高效滤清器等。在使用中要经常清洗滤清器，特别要避免纸芯的油污等。在使用中要经常清洗滤清器，特别要避免纸芯的油污堵塞，及时更换滤芯等。堵塞，及时更换滤芯等。2.减小整个进气管道的流动阻力减小整个进气管道的流动阻力二、减小对新鲜充量的加热 凡能降低活塞、气门等热区零件的凡能降

22、低活塞、气门等热区零件的温度和减小接触面积的措施都有利温度和减小接触面积的措施都有利于减小对新鲜充量的加热。于减小对新鲜充量的加热。增压发动机的燃烧室扫气、油冷活增压发动机的燃烧室扫气、油冷活塞以及柴油机进、排气管分别置于塞以及柴油机进、排气管分别置于缸盖两侧缸盖两侧,都是有利措施。都是有利措施。三、减小排气系统的阻力减小排气系统中排气门座、排气减小排气系统中排气门座、排气道、排气管、消音器的阻力道、排气管、消音器的阻力,对降对降低排气压力低排气压力pr、减少残余废气系数、减少残余废气系数均有利。均有利。减少排气系统的阻力虽然效果减少排气系统的阻力虽然效果不如减小进气系统阻力那么有效不如减小进

23、气系统阻力那么有效,但设计中仍需给予注意。但设计中仍需给予注意。四、合理选择配气相位 1.1.进气门迟闭角进气门迟闭角u进气门迟闭角是利用气进气门迟闭角是利用气流的过后充气现象来增流的过后充气现象来增加每循环气缸充量的。加每循环气缸充量的。u一般发动机在使用过程一般发动机在使用过程中中,配气定时是不能改变配气定时是不能改变的的,充气效率充气效率v在某一转在某一转速下达到最大值。发动速下达到最大值。发动机只有在这个转速下工机只有在这个转速下工作作,才能充分利用气流惯才能充分利用气流惯性充气性充气。图图3-9进气门迟闭角对进气门迟闭角对v和和Pe的影响的影响 2.进、排气门重叠角进、排气门重叠角

24、高速非增压柴油机进、排气门重叠角一高速非增压柴油机进、排气门重叠角一般在般在 有重叠角比无重叠角时充气效率有重叠角比无重叠角时充气效率v高高,这这是由于进气门早开是由于进气门早开,排气门迟闭排气门迟闭,使进气初使进气初期和排气后期的节流损失减小的缘故。期和排气后期的节流损失减小的缘故。2060范围内。范围内。增压发动机的进、排气门重叠角大增压发动机的进、排气门重叠角大,可达可达110140 3.排气提前角排气提前角 合理的排气提前角合理的排气提前角,应当在保证排气损失应当在保证排气损失最小的前提下最小的前提下,尽量晚开排气门尽量晚开排气门,以加大膨以加大膨胀比胀比,提高热效率。提高热效率。4.

25、配气相位的选择配气相位的选择 配气相位是否合理应根据发动机的高速性来配气相位是否合理应根据发动机的高速性来决定决定,主要从以下几个方面综合评定主要从以下几个方面综合评定:1)充气效率高充气效率高,以保证发动机的动力性能。以保证发动机的动力性能。2)必要的燃烧室扫气必要的燃烧室扫气,以保证降低高温零件的以保证降低高温零件的热负荷热负荷,使发动机运行可靠。使发动机运行可靠。3)合适的排气温度。合适的排气温度。4)良好的充气效率特性良好的充气效率特性v=f(n),以适应转矩特以适应转矩特性的要求。性的要求。5)较小的换气损失较小的换气损失,以保证发动机的经济性。以保证发动机的经济性。第四节可变配气机

26、构与可变进气管第四节可变配气机构与可变进气管一、可变配气机构二、可变进气管第四节可变配气机构与可变进气管第四节可变配气机构与可变进气管为了获得最大的充气效率为了获得最大的充气效率,减少泵气损失减少泵气损失,较理想的进气系统应较理想的进气系统应满足以下要求满足以下要求:1)发动机在低转速时发动机在低转速时,应采用较小的气门重叠角和较小的气应采用较小的气门重叠角和较小的气门升程门升程,防止缸内新鲜充量倒流入进气系统防止缸内新鲜充量倒流入进气系统,以增加低速转以增加低速转矩并提高经济性。矩并提高经济性。2)发动机在高转速时发动机在高转速时,应具有较大的气门升程和进气门迟闭应具有较大的气门升程和进气门

27、迟闭角角,以减小进气阻力以减小进气阻力,充分利用过后充气提高充气效率充分利用过后充气提高充气效率,满足满足发动机高速时动力性的要求。发动机高速时动力性的要求。3)为配合以上变化为配合以上变化,进气门的进气持续角也需进行相应调整进气门的进气持续角也需进行相应调整,以实现不同工况下最佳的气门定时以实现不同工况下最佳的气门定时,将泵气损失降到最低。将泵气损失降到最低。一、可变配气机构一、可变配气机构1.可变配气相位对发动机性能的影响可变配气相位对发动机性能的影响图图3-10进气门关闭角对平均有进气门关闭角对平均有效压力的影响效压力的影响35(CA)基准相位基准相位50(CA)图图3-112L发动机等

28、值相对燃油发动机等值相对燃油消耗率消耗率b曲线曲线2000r/min低负荷2000r/min中负荷一、可变配气机构一、可变配气机构1.可变配气相位对发动机性能的影响可变配气相位对发动机性能的影响通过改变配气相位通过改变配气相位,可改变发动机的低速转矩可改变发动机的低速转矩,即可使用较即可使用较低的发动机转速低的发动机转速,相应地摩擦损失降低相应地摩擦损失降低,发动机的经济性得发动机的经济性得到进一步提高。到进一步提高。采用可变配气相位机构后采用可变配气相位机构后,发动机的进气门关闭角在低速时发动机的进气门关闭角在低速时自动减小自动减小,可消除上述现象可消除上述现象,改善低速和怠速性能。改善低速

29、和怠速性能。2.可变配气相位机构可变配气相位机构图图3-12MIVEC机构机构2.可变配气相位机构可变配气相位机构三菱公司开发的可变配气相位机构三菱公司开发的可变配气相位机构,称为称为“MIVEC”机构机构它安装在双顶置凸轮轴、每缸它安装在双顶置凸轮轴、每缸4气门的缸盖上气门的缸盖上,并具有根据并具有根据发动机工作条件由发动机电控单元发动机工作条件由发动机电控单元(ECU)自动进行选择高自动进行选择高速、低速和可变排量三种工作方式。速、低速和可变排量三种工作方式。它由具有低速型面和高速型面的它由具有低速型面和高速型面的2个不同的凸轮、个不同的凸轮、2个带个带滚子式挺杆的摇臂、滚子式挺杆的摇臂、

30、1个操纵气门的带轴的个操纵气门的带轴的T形杆和装在形杆和装在该轴内的该轴内的2个液压活塞组成。个液压活塞组成。二、可变进气管二、可变进气管图图3-13可变进气谐振增压系统的结构原理可变进气谐振增压系统的结构原理1转换阀转换阀2短共振管短共振管3长共振管长共振管4双节气门双节气门5惯性增压惯性增压日本马自达公司的可变进气谐振增压系统日本马自达公司的可变进气谐振增压系统二、可变进气管二、可变进气管它是利用由谐振箱容积、谐振管的长度与直径所决定的共它是利用由谐振箱容积、谐振管的长度与直径所决定的共振频率来控制的。振频率来控制的。当与发动机的气缸工作频率一致时当与发动机的气缸工作频率一致时,在谐振箱产

31、生共振或在谐振箱产生共振或谐振谐振,使压力达到最大值使压力达到最大值,恰好这时关闭进气门恰好这时关闭进气门,从而使进气从而使进气充量最大充量最大,以获得最大转矩。以获得最大转矩。二、可变进气管二、可变进气管图图3-14可变谐振系统模型可变谐振系统模型a)高速高速b)低速低速二、可变进气管二、可变进气管高速时高速时,转换阀开启转换阀开启,空气首先进入总气室空气首先进入总气室A,经过谐振经过谐振管而到达管而到达B、C室室,然后经过各缸支管到各缸。因转换然后经过各缸支管到各缸。因转换阀开启阀开启,B、C两室被连为一室两室被连为一室(见图见图3-14a),这时这时B、C室受到室受到6个气缸的共同作用个

32、气缸的共同作用,压力基本保持不变而相当压力基本保持不变而相当于稳压箱于稳压箱,进气脉动仅发生在与气缸相连的进气支管中。进气脉动仅发生在与气缸相连的进气支管中。由于进气支管较短由于进气支管较短,共振转速较高共振转速较高,可以改善高速充气可以改善高速充气(JF型发动机为型发动机为35004000r/min)。低速工作时低速工作时,转换阀关闭转换阀关闭,谐振室谐振室B、C被隔为两个室被隔为两个室这时这时B室室(或或C室室)分别仅由分别仅由3个气缸加振个气缸加振,而而A室则分室则分别由别由B室和室和C室边室边6个气缸共同加振个气缸共同加振,故故A室压力保持基室压力保持基本不变本不变,谐振管路增长谐振管

33、路增长,共振转速移向低速共振转速移向低速(JF型发动机型发动机为为20002500r/min),从而改善了低、中速转矩。从而改善了低、中速转矩。第五节二冲程发动机的换气过程一、换气过程和示功图二、二冲程发动机换气系统的基本类型三、换气质量的评价四、二冲程发动机主要换气系数的选择一、换气过程和示功图(1)曲轴箱扫气用曲轴箱扫气在活塞下行时，其反面压缩新鲜充量，起扫气泵的作用，扫气压力可达。(2)采用单独的扫气泵这种方法大多数采用转子泵或离心泵，由发动机驱动。(3)利用废气涡轮增压这种方式的扫气压力为，甚至更高些。图图3-15二冲程发动机工作循环的示功图二冲程发动机工作循环的示功图一、换气过程和示

34、功图从排气口开启到关闭整个时期从排气口开启到关闭整个时期,活塞不做功活塞不做功,这部分气缸容这部分气缸容积也不能容纳新鲜充量积也不能容纳新鲜充量,称为损失容积称为损失容积V0。一、换气过程和示功图二冲程发动机与四冲程发动机换气过程的区别在于二冲程发动机与四冲程发动机换气过程的区别在于:1)二冲程发动机换气过程经历二冲程发动机换气过程经历130150(CA),仅为四冲仅为四冲程发动机换气过程时间的程发动机换气过程时间的1/3左右左右。换气时间短。换气时间短,换气质量换气质量差差,新鲜充量损失多新鲜充量损失多,新鲜充量与废气掺混多新鲜充量与废气掺混多,残余废气系数残余废气系数大。大。2)扫气消耗功

35、大。扫气消耗功大。虽然二冲程发动机无泵气损失虽然二冲程发动机无泵气损失,但消耗的但消耗的空气多空气多,扫气泵耗功大扫气泵耗功大,使得其指示热效率低使得其指示热效率低,因此燃油消耗因此燃油消耗率高。率高。3)二冲程汽油机的二冲程汽油机的HC排放高。排放高。这是因为二冲程发动机在这是因为二冲程发动机在扫气期间有较多新鲜充量直接流出气缸的缘故。扫气期间有较多新鲜充量直接流出气缸的缘故。二、二冲程发动机换气系统的基本类型(1)横流扫气如图-6所示，这种类型的扫气口和排气口布置在气缸圆周的两对面。(2)回流扫气如图-7所示，此类型的扫气口与排气口位于气缸同侧。(3)直流扫气如图-8所示，这种气口气门的换

36、气方式，其特点是扫气气流沿气缸轴线运动，换气品质最好。图图3-16横流扫气横流扫气图图3-17回流扫气回流扫气图图3-18直流扫气直流扫气三、换气质量的评价扫气效率 换气后留在气缸内新鲜充量之质量换气后留在气缸内气体总质量 是衡量扫气效果优劣的主要指标。越大，扫气效果越好，极限情况是，此时，意味着完全扫气，没有残余废气。三、换气质量的评价扫气效率过量扫气系数0图图3-19各种扫气形成的扫气效率各种扫气形成的扫气效率1完全扫气完全扫气2直流扫气直流扫气3回流扫气回流扫气4横流扫气横流扫气四、二冲程发动机主要换气系数的选择1.扫气空气压力提高扫气压力，会提高压缩始点压力，平均指示压力也会增加。同时

37、，可以降低扫气口的高度，减少行程损失。在直流扫气方案中存在一个最佳值。不同类型柴油机的大致范围如下：大功率低速船用机为.，高转速运输式或机车、船用中、高速机为.，特殊用途柴油机为2.54.0，陆用、船用高速柴油机为1.53.0，汽车、拖拉机柴油机为1.32.0。2.过量扫气系数为了不使下降太多且减轻活塞的热负荷，不能过小；因此，应在以下统计范围内选取为宜：高速轻型运输式发动机.25.50；大功率低速船用非增压发动机1.51.25；机车、船用中、高速非增压柴油机1.251.303.扫气效率扫气效率的取值范围如下：直流扫气0.850.95；回流扫气0.80.9；曲轴箱扫气0.0.。改善换气效果，最

38、有效的方法是进行换气实验，从中找出最佳的结构方案。第六节工程应用实例第六节工程应用实例(文摘文摘)文摘一文摘一12V160型柴油机性能改进的试验研究型柴油机性能改进的试验研究1.问题的提出问题的提出2.曲线曲线3.改变配气相位改变配气相位4.改变配气凸轮型线改变配气凸轮型线5.多缸机试验多缸机试验1.问题的提出图图3-20单缸机性能改进前单缸机性能改进前vn曲线曲线2.曲线曲线是在一台，的单缸试验机上，采用圆柱喷嘴作为节流元件，单缸机通过弹性连轴器与的电力测功器连接，用冷拖法测定的。配气系统的结构和参数为：气缸盖上采用四气门结构，进气道为无涡流的并联直气道，进排气凸轮型线均由三圆弧组成，升程为

39、。3.改变配气相位1)不改变排气凸轮相位，用电力测功器冷拖单缸试验机，测得三种不同进气相位时的曲线，如图-所示。2)测定热车倒拖时曲线。3)在单缸试验机上，保持柴油机的负荷和进气相位在上述试验数值的条件下，测定排气相位对之影响。4)两种进气相位下的负荷特性对比试验。图图3-21排气相位不变时排气相位不变时,冷拖冷拖vn曲线曲线图图3-22冷拖与热拖冷拖与热拖vn曲线曲线进 气 相 位指示功率Pi/kW指示比油耗bi/g/(kWh)充气效率v(%)开:上止点前18(CA)66.721176.7关:下止点后42(CA)开:上止点前10(CA)70.119679.8关:下止点后50(CA)表表3-1

40、进气门开关时间对柴油机性能的影响进气门开关时间对柴油机性能的影响图图3-23多项动力凸轮与圆弧凸轮的充量系数多项动力凸轮与圆弧凸轮的充量系数图图3-24C型凸轮与圆弧凸轮型凸轮与圆弧凸轮 2000r/min负荷特性曲线负荷特性曲线图图3-25性能改进前后的性能改进前后的12V160型柴型柴 油机外特性曲线油机外特性曲线4.改变配气凸轮型线 前面的试验说明，进气门适当的早开和晚关可以提高，但是尚未满足改进的要求，为此还必须从改变凸轮设计型线来进一步提高。根据工作段包角和升程、缓冲段的包角和升程以及气门落座速度，设计了A、B、C、D四种多项动力凸轮。5.多缸机试验多缸机试验将单缸机的试验结果移植到

41、将单缸机的试验结果移植到12缸机上缸机上,同样取得了满意同样取得了满意的结果的结果(见图见图3-25),标定功率从标定功率从478kW大幅度提高到大幅度提高到551.5kW,平均有效压力从平均有效压力从647kPa提高到提高到746kPa。改进后。改进后的的12V160型柴油机在型柴油机在551.5kW/2000r/min的标定工况的标定工况下下be为为213g/(kWh),排气温度为排气温度为889K,烟度为烟度为2.7波许波许单位单位,外特性曲线的常用转速点外特性曲线的常用转速点be=222g/(kWh)。文摘二文摘二195柴油机进气系统的改进柴油机进气系统的改进1.进气道的改进进气道的改

42、进2.空气滤清器改进空气滤清器改进3.进气管改进试验进气管改进试验图图3-26沂峰沂峰195型柴油机改进前型柴油机改进前后的负荷特性后的负荷特性(n=2000r/min)利用进气动态效应并对利用进气动态效应并对涡流燃烧室及其镶块和涡流燃烧室及其镶块和喷油泵改进后喷油泵改进后,获得了满获得了满意的结果意的结果,标定工况标定工况(8.83kW/2000r/min)下下be降低了降低了20g/(kWh)(见见图图3-26)1.进气道的改进进气道的改进1)进气道形状的改进。进气道形状的改进。2)将进气门和进气门座的尖角改圆将进气门和进气门座的尖角改圆,减少局部流减少局部流 阻阻,提高充气效率。提高充气

43、效率。3)进行进气道改进后的综合试验进行进气道改进后的综合试验图图3-27进气道简图进气道简图改进后的气道改进后的气道(见图见图3-27中虚线中虚线)降低了降低了转弯处气流流速转弯处气流流速,减减少了流动损失少了流动损失,并且并且有较多气体沿弯道有较多气体沿弯道外侧流入气缸外侧流入气缸,提高提高了进气门口流通截了进气门口流通截面的利用率。面的利用率。改进后标定工况下改进后标定工况下be下降下降5g/(kWh),排气温度降低了排气温度降低了20。超负荷工作时效果。超负荷工作时效果更明显更明显;110%负荷工况负荷工况(9.71kW/2000r/min),be下下降降11g/(kWh)。可以认为。

44、可以认为进气道改进后进气道改进后,由于由于v增大增大,改善了燃烧改善了燃烧,提高了提高了i,同时同时也减少了换气损失也减少了换气损失,提高了提高了机械效率。机械效率。图图3-28进气道改进前后的负荷进气道改进前后的负荷特性特性(2000r/min)2.空气滤清器改进空气滤清器改进山东山东195型柴油机多配用型柴油机多配用1112空气滤清器空气滤清器,对其曾进对其曾进行专项试验行专项试验,装上这种空气滤清器后装上这种空气滤清器后,燃油消耗率燃油消耗率be上升上升23g/(kWh)。在气道试验台上测定空气滤清。在气道试验台上测定空气滤清器多部位的流动阻力表明器多部位的流动阻力表明,由于通道截面设计

45、不合由于通道截面设计不合理理,造成空气滤清器阻力过大。经过改进后试制成造成空气滤清器阻力过大。经过改进后试制成新的空气滤清器新的空气滤清器,其进气阻力比未改进前下降其进气阻力比未改进前下降33%,be比原空气滤清器降低比原空气滤清器降低23g/(kWh)。3.进气管改进试验进气管改进试验图图3-29进气管长度进气管长度L对充气量系数的影响对充气量系数的影响3.进气管改进试验进气管改进试验取取195型柴油机配用不同长度型柴油机配用不同长度L的进气管在不同的进气管在不同转速下的转速下的v试验表明试验表明,当进气管长度当进气管长度L在在1m以内和转速高于以内和转速高于1400r/min时时,柴油机的柴油机的v随随L加长而波浪形上升加长而波浪形上升,转速越高转速越高,上升幅度越大。考虑到空气滤清器内上升幅度越大。考虑到空气滤清器内还存在一段管道还存在一段管道,长度取长度取L=400500mm,标定工标定工况下况下be下降下降23g/(kWh),而而110%负荷下负荷下be下降下降6g/(kWh)左右。左右。