1、第第6章章 换气过程换气过程 第第1节节 四冲程发动机换气过程及评价四冲程发动机换气过程及评价 第第2节节 改善换气过程的主要措施改善换气过程的主要措施 第第1节节 四冲程发动机换气过程及评价四冲程发动机换气过程及评价 一、换气过程概述一、换气过程概述基本功能基本功能：工质的更换：工质的更换 自由排气自由排气换气过程换气过程：强制排气强制排气 排气排气 气门叠开气门叠开 进气进气评价评价：充气效率：充气效率 换气损失换气损失 +合适的缸内工质运动合适的缸内工质运动+合适的残余废气量合适的残余废气量图图6-1二、充气效率及其影响因素二、充气效率及其影响因素影响因素分析：影响因素分析：流动阻力、缸
2、内残余废气量、工质加热程度流动阻力、缸内残余废气量、工质加热程度 残余废气系数：残余废气系数：s1s1vVVmm作容积的新鲜工质量进气状态下充满气缸工质量实际进入气缸的新鲜工saassasssaaas1vVVTTppTVpTVpmm工质量气缸内的新鲜气量余废进气结束时气缸内的残 图图6-3三、充气效率随发动机工况的变化规律三、充气效率随发动机工况的变化规律 1 发动机转速发动机转速 2 发动机负荷发动机负荷 （柴油机汽油机的差异）（柴油机汽油机的差异）四、换气损失四、换气损失 定义：发动机理论循环中换气过程耗功与实际循环中换气过定义：发动机理论循环中换气过程耗功与实际循环中换气过程耗功的差值程
3、耗功的差值。自由排气损失自由排气损失组成：组成：强制排气损失强制排气损失 进气损失进气损失 增压发动机的特点增压发动机的特点图图6-5图图6-4第第2节节 改善换气过程的主要措施改善换气过程的主要措施一、减小进、排气系统的阻力一、减小进、排气系统的阻力 1 进、排气门进、排气门 2 进、排气道进、排气道 图图6-10 3 配气机构配气机构 4 其他其他 二、合理确定配气定时二、合理确定配气定时 1 进气迟闭角进气迟闭角 2 排气提前角排气提前角 3 进气提前角和排气迟闭角进气提前角和排气迟闭角三、动态效应的利用三、动态效应的利用 基本原理：波在管内传播，对于一个基本原理：波在管内传播，对于一个
4、开口端开口端，管外压力不，管外压力不变时，反射波的性质与入射波相反，即一个正压波传播到开变时，反射波的性质与入射波相反，即一个正压波传播到开口端后，会反射回一个负压波；对于一个口端后，会反射回一个负压波；对于一个闭口端闭口端，反射波的，反射波的性质与入射波相同，即一个正压波传播到闭口端后，会反射性质与入射波相同，即一个正压波传播到闭口端后，会反射回一个正压波。回一个正压波。例：进气系统内的本循环波动效应与上循环波动效应例：进气系统内的本循环波动效应与上循环波动效应 图图6-15四、可变技术四、可变技术 可变配气机构可变配气机构 插入插入 可变进气管可变进气管 图图6-25 其他其他 工质运动强
5、度的调节工质运动强度的调节 图图 增压可用废气能量的调节增压可用废气能量的调节 废气再循环的调节废气再循环的调节 思考题：思考题：1.1.换气过程应如何评价？说明评价参数的定义。换气过程应如何评价？说明评价参数的定义。2.2.分析充气效率随汽油机工况（转速、负荷）变化而变化的规律并分析充气效率随汽油机工况（转速、负荷）变化而变化的规律并画图说明。在采用可变技术时，说明当转速变化时应如何相应地画图说明。在采用可变技术时，说明当转速变化时应如何相应地调整进气迟闭角、排气提前角的大小并简述理由。调整进气迟闭角、排气提前角的大小并简述理由。3.3.换气损失和泵气损失分别是如何定义的？换气损失和泵气损失
6、分别是如何定义的？4.4.试分析发动机机进、排气门提前开启和迟后关闭的原因。其数值试分析发动机机进、排气门提前开启和迟后关闭的原因。其数值的大小与哪些因素有关？的大小与哪些因素有关？5.5.分析从分析从“将废气尽可能地清除干净将废气尽可能地清除干净”到到“废气再循环废气再循环”的原因的原因。6 6构思应用电磁驱动配气机构提高发动机性能的方案。构思应用电磁驱动配气机构提高发动机性能的方案。1.废气涡轮增压的工作原理废气涡轮增压的工作原理 2.压气机特性（工作范围及匹配应用）压气机特性（工作范围及匹配应用）3.增压系统中废气能量的调节原理及技术措施增压系统中废气能量的调节原理及技术措施 4.换气过
7、程的评价准则换气过程的评价准则 5.充气效率的影响因素及变化规律充气效率的影响因素及变化规律 6.换气过程的改善（配气定时、动态效应、可变技术的应用）换气过程的改善（配气定时、动态效应、可变技术的应用）图图6-1 换气过程换气过程图图6-3 汽油机进气过程终了时的缸内压力随工况的变化汽油机进气过程终了时的缸内压力随工况的变化图图6-4 四冲程自然吸气发动机的换气损失四冲程自然吸气发动机的换气损失图图6-5 四冲程增压发动机的换气损失四冲程增压发动机的换气损失（a）理论循环）理论循环（b）实际循环）实际循环 图图6-10 进气道的三维计算机模型进气道的三维计算机模型图图6-15 进气系统内的本循
8、环波动效应进气系统内的本循环波动效应 进气门进气门关闭关闭排气门排气门开启开启气门气门重叠角重叠角气门升程气门升程发动机发动机高速高速推迟推迟提早提早加大加大加大加大发动机发动机低速低速提早提早推迟推迟减小减小减小减小例例:发动机转速变化与可变配气机构发动机转速变化与可变配气机构提高进气充量提高进气充量合适的缸内工质运动合适的缸内工质运动合适的残余废气量合适的残余废气量减小换气损失减小换气损失 关于配气机构 不同工况-不同最优值可变配气机构技术可变配气机构技术“基于凸轮的技术基于凸轮的技术”“无凸轮发动机无凸轮发动机”(Cam-less Engine)(Cam-less Engine)可变气门
9、升程可变气门升程(VVL)(VVL)可变气门正时可变气门正时(VVT)(VVT)电控电驱电控电驱电控液驱电控液驱可变气门正时及升程可变气门正时及升程分段调节分段调节连续可变连续可变(平移平移)VVT-i 的调节原理的调节原理:配气相位的配气相位的“平移平移”提前提前:推迟推迟:动画工况工况调节目标调节目标原理原理效果效果怠速工况怠速工况低负荷工况低负荷工况扫气重叠角极小化，防扫气重叠角极小化，防止废气倒流入进气侧止废气倒流入进气侧提高怠速稳定性提高怠速稳定性改善燃油经济性改善燃油经济性中等负荷工况中等负荷工况增大扫气重叠角，增加增大扫气重叠角，增加内部废气再循环，降低内部废气再循环，降低泵气损
10、失泵气损失改善燃油经济性改善燃油经济性降低氮氧化合物排降低氮氧化合物排放放中低转速、高中低转速、高负荷负荷进气阀早关防止进气倒进气阀早关防止进气倒流，提高充气效率流，提高充气效率提高转矩输出提高转矩输出高转速、高负高转速、高负荷荷进气阀迟闭充分利用气进气阀迟闭充分利用气流惯性，提高充气效率流惯性，提高充气效率提高转矩输出提高转矩输出启动后暖机启动后暖机停机前停机前扫气重叠角极小化，防扫气重叠角极小化，防止废气倒流入进气侧止废气倒流入进气侧提高快怠速稳定性提高快怠速稳定性改善燃油经济性改善燃油经济性VVT-i 的调节效果的调节效果:发动机输出功率、转矩和经济性分别提高了发动机输出功率、转矩和经济性分别提高了10、15和和10 Fiat1.4L涡轮增压涡轮增压汽油机汽油机 MultiAirMultiAir“无凸轮无凸轮”发动机的负荷调节与泵气损失的减少发动机的负荷调节与泵气损失的减少图图6-23 电控电驱的气门电控电驱的气门图图 电控液驱的气门电控液驱的气门图图6-25 可变进气系统可变进气系统 的示例的示例
