《发动机原理》课程教学课件（PPT讲稿）第三章 发动机的换气过程

第三章发动机的换气过程概述换气过程：包括排气过程和进气过程作用：排除缸内废气并充入尽可能多的新鲜工质主要影响Φ。，进而影响发动机的动力性能经济性能及排放指标。对换气过程的要求：排气要彻底，进气要充分。表征换气过程完善程度的主要指标是：充量系数和泵气功目的：分析影响充量系数的因素，寻找改善换气过程的途径

第三章 发动机的换气过程 概述 换气过程: 包括排气过程和进气过程。 作用：排除缸内废气并充入尽可能多的新鲜工质。 主要影响 ，进而影响发动机的动力性能、 经济性能及排放指标。 对换气过程的要求：排气要彻底，进气要充分。 表征换气过程完善程度的主要指标是： 充量系数和泵气功 目的：分析影响充量系数的因素，寻找改善换气过程 的途径。 c

83.1四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410-480°CA。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

§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

进排排开进关开炎D.排气冲程进气冲程强制自由排气排气0.3&eaw/d超临界亚临界气阀叠开0.2F气缸压力P0.排气管图压势下止点上止点下止点0'CA0806b)排气0.进气4Φ/CA图3-1换气过程中，气缸内压力p和排气管内压力p。，以及进排气门流通载面积随曲轴转角的变化

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10-30CA结束废气排出量：虽然时间短，但排出量达60%

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：虽然时间短，但排出量达60%

排气门提前开（30°~80°CA）：尽可能减少残留在气缸内的废气成分。注：自由排气时，排气量与发动机转速无关。高速时，相同的时间对应的曲轴转角个，必须加大排气提前角。2.强制排气阶段：活塞上行，强行推出废气，至排气门关闭。(1)由于排气门通道的节流作用，缸内平均压力略高于P排管(10kPa左右)。压力差越大，气体流速越高(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

排气门提前开(30 °~80°CA)：尽可能减少残 留在气缸内的废气成分。 注：自由排气时，排气量与发动机转速无关 排气量与发动机转速无关。高速 时，相同的时间对应的曲轴转角↑，必须加大排气 提前角。 2.强制排气阶段: 活塞上行，强行推出废气，至排气门关闭。 (1)由于排气门通道的节流作用，缸内平均压力略高 于P排管(10kPa左右)。压力差越大，气体流速越高。 (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1，节流个，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°一35CA

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

3.进气过程从进气门开启到关闭的过程。进气门提前开（上止点前0°~40°CA）：准备进气断面，降低进气阻力。实际上：新气充入是在气缸内残余废气膨胀至低于进气管内压力P缸<P进管开始的。进气门迟后关（下止点后40°～70°CA）：利用气流惯性，进行过后充气。合理选择进气定时：防止出现进气倒流

3. 进气过程 从进气门开启到关闭的过程。 进气门提前开（上止点前0 ° ~40°CA）：准 备 进气断面，降低进气阻力。 实际上：新气充入是在气缸内残余废气膨胀至低 于进气管内压力P缸<P进管开始的。 进气门迟后关（下止点后40 ° ~70°CA） ：利 用气流惯性，进行过后充气。 合理选择进气定时：防止出现进气倒流

主气门叠开（燃烧室扫气）1.气门叠开：进气门早开，排气门晚关。在上止点附近一定曲轴转角范围内，存在一个进、排气门的同时开启阶段。2.意义：（1）利用进气将气缸内废气推入排气管，清除缸内残余废气，增加气缸内新鲜充气量，实现扫气，（2）冷却高温零件、降低排气温度。1燃烧室内气缸盖、排气门、活塞顶、缸套的温度

二.气门叠开（燃烧室扫气） 1.气门叠开： 进气门早开，排气门晚关。在上止点附近一定 曲轴转角范围内，存在一个进、排气门的同时开启 阶段。 2.意义： （1）利用进气将气缸内废气推入排气管，清除缸 内残余废气，增加气缸内新鲜充气量，实现扫气。 （2）冷却高温零件、降低排气温度。↓燃烧室内 气缸盖、排气门、活塞顶、缸套的温度

气门叠开55°~65°70°~8000°~40°10°~35°进气门开排气门开80°20030°~60045°~550300~450图3.2四冲程发动机进、排气相位图（外圈表示增压）

 图3.2 四冲程发动机进、排气相位图（外圈表示增压）

3.选取：汽油机：20—30°CA。P进<P进气管内压力值低（尤其在急速和部分负荷，真空度高），为防止高温废气直接从燃烧室窜入进气管，或从排气管流回燃烧室，引起回火，要求叠开角小。P进<P。（小负荷时）。非增压柴油机：2080CA。进气管内压力接近大气压力，叠开角可以大一点，以提高扫气效率。增压柴油机：80一160°CA。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

3.选取： 汽油机：20 —30ºCA。P进<P0 进气管内压力值低(尤其在怠速和部分负荷，真空度高)， 为防止高温废气直接从燃烧室窜入进气管，或从排气管流回 燃烧室，引起回火，要求叠开角小。P进<P0 (小负荷时）。 非增压柴油机：20—80ºCA。 进气管内压力接近大气压力，叠开角可以大一点，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 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 油机热负荷严重，扫气冷却有助于降低受热零件 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