发动机换气过程

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1. 排气损失

排气损失是从排气门提前打开,直到进气行程开始,气缸内压力到达大气压

力之前,循环功的损失。它可分为:

1) 自由排气损失(图3-2中面积w),是由排气门提前打开而引起的膨胀功的减少。

2) 强制排气损失(图中面积y),是活塞上行强制推出废气所消耗的功。

随着排气提前角增大,自由排气损失面积w增加,强制排气损失面积y减小,如排气提前角减少则强制排气损失面积增加。所以最有利的排气提前应使面积(w+y)之和最小。

减少排气损失的主要措施是:减小排气系统阻力和排气门处的流动损失。 2. 进气损失

进气损失主要是进气过程中,因进气系统的阻力而引起的功的损失。如图中面积x所示。它与排气损失相比相对较小。排气损失与进气损失之和称换气损失,即图中面积(w+y+x)。在实际循环示功图中把面积(x+y-d)相当的负功,称为泵气损失。这部分损失放在机械损失中加以考虑。

3.2 充量与充量系数

换气过程常用的评价指标是:循环充量、充量系数和单位时间充量。

一、充量

充量即充气量,它表示充入发动机气缸内新鲜气体的质量,常用每循环充量和单位时间充量来表示。

1. 每循环充量

每循环充量是指发动机在每一个循环的进气过程中,实际进入气缸的新鲜气体(空气或可燃混合气)的质量,即循环实际充量,用ΔG 表示。

前已分析,由于排起系统存在阻力,当排气门关闭时,气缸内尚有一部分残余废气存在,所占气缸容积为 vr ,压力为 pr ,温度为 Tr ,则其质量为:

(kg)

式中: δr —残余废气密度。

在准备进气阶段,由于气门开度很小,气缸内残余废气压力又高于大气压力,新鲜气体不能立即进入气缸。只有到正常进气阶段新鲜气体才能进入气缸,直到活塞达下止点后进气门关闭为止,此阶段进入气缸的新鲜气量即为循环充量。 在进气门关闭进气终了时,气缸内既有新鲜气体,又有残余气体,所占容量为 vα 、压力为 pcα 、温度为 Tcα ,气缸内气体的总质量为:

(kg)

则充入气缸的新鲜气体质量为:

(3-1)

为了衡量残余废气量的多少,引如残余废气系数的概念。残余废气系数是指每循环残留在气缸内的废气质量 与新鲜气体质量 之比,用 表示,即:

于是气缸内气体总质量可表示为:

(kg)

则气缸内新鲜气体的质量又可表示为:

(kg) (3-2)

2.单位时间充量

单位时间充量指每小时进入气缸的新鲜气体的质量,用Δ Gh 表示,即

(kg/h) (3-3)

式中: n — 发动机转速,r/min;

i — 气缸数。

循环充量增大,则每循环燃烧的燃料便可增多,因此直接影响发动机的平均有效压力和扭矩。而单位时间充量,它决定发电机单位时间燃烧的燃烧量,因而直接影响发动机的功率。

循环充量ΔG 与单位时间充量Δ Gh 随发动机转速变化的趋势是不同的,如图3-4所示。

由图可见,如果循环充量ΔG 保持不变,则转速增高时,单位时间充量将成直线的增加(图中虚线),发动机功率也不会增加。但是,实际上由于进气系统阻力的影响,当转速增高时,循环充量显著减少,而单位时间充量的增加也逐渐变缓。当转速增到某一数值后,循环充量达到最大值,而且在此转速后单位时间充量基本保持一定。这是因为通过气门口的气体流速达到音速时,单位时间充量达到极限的缘故。

3.2 充量与充量系数

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