发动机原理教案8、改善换气过程的措施 - 图文

总第 8 次课

课 题 授课班级 授课日期 改善换气过程的措施 2013.10.10 1、掌握提高充气效率的措施 2、熟知各提高充气效率措施的内容 教学目标 3、熟知各提高充气效率措施的特点 4、了解进气马赫数及时面值 提高充气效率的措施 重点、难点 各提高充气效率措施的特点 教 具 多媒体图片及动画 教 学 过 程 一、组织教学： 师生问好，清点人数。 二、复习（提问）： 三、介绍本节课内容： 本节课主要讲述改善换气过程的措施等。 四、导入（接合提问）： 五、新课讲授（播放课件）： 改善换气过程的措施 从对影响充气效率的因素分析，可从多方面提高充气效率。 一、减少进气系统的阻力 进气系统组成：空气滤清器或加进气消声器、节气门、进气管、进气道和进气门等组成。 进气系统的流动阻力： （1）沿程阻力：实际为管道摩擦阻力 （2）局部阻力：由流通截面大小、形状、流动方向变化所引起。 主要损失：进气门座处、空气滤清器和流道转弯处 减少各段通道的阻力，增大其流通能力，是提高充气效率，改善发动机性能的主要途径。 （一）减少进气门座处的流动损失 进气门座处的流通截面，是截面最小、流速最高的地方。与阻力系数和流动速度有关。关键是：降低流速；改善气门座处的流动情况。 1、加大进气门直径，增大流通面积； 2、增加进气门数目，增大流通面积； （1）增大进气门开启时的时面值 气门开启断面与对应开启时间的乘积称为气门开启的时面值。它表示气体流过气门的通过能力。气门开启时间长，开启断面大，则气门开启时面值大，气流通过能力越强，阻力越小。 增大进气门头部直径，减小气门头部锥角，增大气门升程，延长气门开启时间，均可扩大气门开启时面值。 （2）合理控制进气马赫数Ma 进气马赫数Ma是进气门气流平均速度Vm与该处音速C之比，即Ma = Vm / C。 Ma是决定气流流动性质的重要参数； Ma值反映气体流动和气门结构尺寸的关系，对充气效率有重要的影响。 根据一系列的试验发现，在正常的配气定时条件下，当Ma超过一定数值时，大约在0.5左右，ηv便急剧下降。所以当内燃机转速增加时，n上升，（Cm =Sn/30），Cm 上升，所以Ma上升。故为了使Ma值不超过一定的数值，在高转速内燃机上必须考虑加大进气阀直径d。改善气门处的流动，使流量系数μm 增加。 （3）增大气门直径和气门数 进气门直径增大，扩大气流通路截面积增加，ηv提高。 双气门（一进一排）：进气门直径可达活塞直径的45%～50%，气门与活塞面积之比为0.2～0.25，进气门比排气门大15%～20%。 受结构限制，进一步增大比例已很困难。 四气门机与二气门机相比，功率可提高70%，扭矩可提高30%，且响应性比增压机好，故是汽车发动机高功率化的有力措施。 3、改善进气门处流体动力性能，减少气门处流动损失。 气门升程增加、改进凸轮型线、减小运动件质量、增加零件刚度，在惯性力允许条件下使气门开闭尽可能快，以增大时面值，提高充气效率。 最大气门升程与阀盘直径之比L/d取0.26～0.28。 4、采用较小的S/D（短行程） n一定→S/D↓→Cm↓→Ma↓； 另D↑→ηv↑ 5、采用可变进气系统技术 理想的配气系统应满足以下要求： （1）低速时，较小的叠开角和气门升程。 （2）高速时，最大的气门升程和进气门迟闭角。 （3）最佳的进气定时，进气门开启到关闭的持续期也应进行调整。 无凸轮的电磁气门驱动机构；可变凸轮机构（VCS） ；可变气门定时 （VVT） （二）减少整个进气管道的流动损失 （1）进气道和进气管：足够的流通截面，表面光滑，拐弯小减小阻力，多段连接对中，并能形成涡流； 汽油机：燃料的雾化、蒸发、分配、压力波的利用（保证较高流速和各缸均匀性。） 柴油机：形成进气涡流 高转速、大功率时，进气管宜短粗；中、低速，进气管宜细长。 （2）空气滤清器：选用阻力小的，注意清洗。 二、减少对进气充量的加热 影响因素大部分是运转因素 凡能降低活塞、气门等热区零件的温度和减小接触面的措施都有利于减小对新鲜充量的加热。 增压发动机燃烧室扫气、油冷活塞、进排气管分侧布置均有利。 三、降低排气系统的流动阻力 减小排气门座、排气道、排气管、消声器的阻力，对降低排气压力和减少废气残余系数有利。 四、合理选择配气定时 在进气门开关，排气门开关四个配气相位角中，进气门迟闭角的改变，对充气效率影响最大 （一）进气迟闭角 利用气流的过后充气现象来增加每循环气缸充量。转速低时，应减小迟闭角。 应注意进气门迟闭角对发动机不同转速下转矩特性的影响。 n↑→进气门迟关角↑ n↑→排气门迟关角↑ （二）进排气门重叠角 试验表明：40°下，基本无燃烧室扫气作用；有重叠角时充气效率提高（节流损失减少）。 增压发动机的气门重叠角大，可加强扫气，冷却热区零件，能提高充气效率，减少Nox 排放。 （三）排气提前角 保证在排气损失最小的前提下，尽量晚开排气门。转速增加，排气提前角增大。 （四）配气相位的选择 应根据发动机的高速性来决定，从以下方面评定： 1）充气效率高，保证发动机动力性能； 2）必要的燃烧室扫气（降低热负荷，使运行可靠）； 3）合适的排气温度； 4）充气效率随转速的变化特性良好，适应发动机的转矩特性； 5）较小的换气损失，保证经济性。 （五）可变配气相位控制系统 （1）本田公司VTEC （2）大众公司可变进气相位控制系统 （3）宝马公司VCC系统 （4）丰田公司VVTL-i控制系统 五、利用进、排气管的动态效应 发动机在换气过程中，由于间断进气而引起进气管内发生压力波动，这种现象称为进气管的动态效应。分析其原因，可归纳为惯性效应和波动效应两类。影响进气管动态效应的结构因素是进气管长度、直径和形状。 利用进、排气管中发生的气体惯性和压力波动，是提高ηv的最有效手段之一。 进气管的惯性效应定义：进气管内的压力波对本循环的进气过程有直接影响。这种影响称惯性效应。 进气管的波动效应定义：进气管内残存的压力波对下一循环进气过程的影响叫做波动效应。 进气管长，可使发动机中低速转区功率增大；进气管短，可使发动机高速区功率增大。 六、课堂总结（提问）： 七、布置作业： 八、下课： 作业自编题 计划 备注 编写教师 审阅意见 年 月 日

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