当前课程知识点：汽车发动机原理 > 第四章：换气过程与进气充量 > 4.4 进气阻力对充量系数的影响 > Video
同学们好
这节课我们学习进气阻力
产生的原因
以及进气阻力
是如何影响充量系数的
上一节我们推导了
充量系数的综合表达式
该综合表达式中包含了
进气系统因流动阻力
造成的压力损失△pa这一项
进气压力损失
是影响充量系数最主要的原因
本节我们将讨论
影响进气压力损失的各个因素
为了简化问题
先假定进气过程
是准稳定流动过程
也就是不考虑动态效应
压力波的影响
在此基础上探讨
影响进气流动损失的本质因素
进气流动损失
主要来自两个方面
一方面是由于气流与管壁
存在摩擦
造成的沿程流动损失
另一方面是由于
管道截面突变形成涡流
造成的局部流动损失
由于发动机进气管道较短
壁面比较光滑
所以它的沿程阻力并不大
而空滤器 节气门 进气道
进气门等造成的
局部流动损失
则是主要的进气流动损失
注意对化油器汽油机
尽管化油器喉口截面收缩
造成压力下降
但由于喉口是逐渐收缩
再逐渐扩大
进气压力会恢复
所以它的局部流动损失并不大
事实上汽油机节气门
在部分开启时
造成的节流损失
也就是局部流动损失是非常大的
是汽油机部分负荷
泵气损失的主要来源
下面我们讨论进气涡流
与进气流动损失之间的相关性
为了加速缸内油气混合
或者提高火焰传播速度
柴油机或汽油机
往往会通过进气道排列布置
和形状设计
组织形成一定的进气涡流或滚流
一般而言进气涡流或滚流越强
进气流动损失越大
图所示是常见的切向气道
螺旋气道和滚流气道简图
切向气道形状平直
进气前强烈收缩
利用进气气流
对气缸中心的动量矩
产生绕气缸纵轴旋转的
进气涡流
螺旋气道是将气道内腔
做成螺旋形状
进气时主气流
出现绕气门中心线的旋转运动
而另一部分
则具有切向气流作用
滚流进气道近似直立
产生旋转中心线
与气缸中心线垂直的纵向
滚动气流
主要用于组织稀燃缸内
直喷汽油机的分层混合气
不论何种气道
要增强涡流
必然与降低流动阻力有矛盾
图所示给出了几种常见的
四气门或两气门布置的
进气涡流比
与进气道流通系数之间的关系
其中涡流比定义为
涡流旋转速度
与发动机转速之比
流通系数定义为气道实际流率
与理论流率
也就是没有气门阻隔
无摩擦时的理论值之比
从图中可以看出
进气涡流强度与流通阻力之间
存在着此消彼涨的关系
在设计进气道时
应在满足进气涡流要求的前提下
尽可能降低气道阻力
下面重点讨论进气门
气口处的流动损失
进气口是进气道中
截面最小流速最高的地方
而且截面随气门升程急剧变化
所以流动损失严重
对充量系数的影响也最大
由于流动损失与气流速度
成平方关系
因此降低气门口流速
是降低流动损失
最直接有效的途径
此外气门口流速的下降
还可以避免高速气流壅塞的
不利影响
有利于提高发动机
标定工况的转速
气门口平均进气马赫数
是表征气门口流速的指标
定义为气流平均速度
与当地音速之比
如式所示
通过一系列推导
平均马赫数可以表示为式4-10所示
式中k为比例常数
n为发动机转速
s为冲程
a为当地音速
D和ds分别为活塞直径
与气门盘直径
从式中可以看出
发动机的转速越高
气门口平均进气马赫数越大
大量实验表明
对于小型四冲程发动机
平均马赫数大于0.5以后
充量系数会加速下降，如图所示
这是因为依据气体动力学
孔口流动理论
当孔口上游滞止压力不变
孔口流速达到音速后
无论孔口下游的压力降到多低
孔口的流量都保持不变
这就是气流的壅塞现象
平均马赫数是不同气门升程
即不同气门口流通截面条件下
马赫数的平均值
当平均马赫数达到0.5左右时
虽然总体上未达到音速
但某些小升程段的气流
已接近壅塞
充量系数加速下降
根据气门口平均进气马赫数的
计算公式
降低马赫数最有效的措施
是加大进气门盘直径ds
也就是增大气门口的
有效流通面积
由于受到结构布置的限制
传统两气门结构的进气门盘
面积最多可占
活塞顶面积20%到25%
排气门占15%到20%
采用三到五个气门的
多气门方案
一般进气门两到三个
可使得进气门盘总面积显著增大
四气门与五气门方案相比
后者进气面积更大
因为它是三个进气门
两个排气门
气门机构惯量也小
高速动力性能有所提高
如图所示
但气门越多配气机构越复杂
除了增加气口当量流通直径外
增大气门升程
选择合适的气门锥角
以及合理设计凸轮形线
以提高气门升降速度等措施
可以减少比例常数k
缸径不变
减少发动机冲程
也可以减小气门口
平均进气马赫数
这是短冲程发动机
如赛车发动机
可适当提高转速的理论依据
关于进气阻力产生的原因
以及对充量系数的影响
就介绍到这里
同学们，再见
-0.1 总论
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-0.2 车用发动机的种类
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-1.1 示功图及其测取
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-1.2 四冲程发动机示功图分析
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-1.3 二冲程发动机示功图分析
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-1.4 性能指标分类与循环指示功
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-1.5 动力、经济性能指标与测定换算
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-1.6 影响动力、经济性能指标的环节和因素
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-第一章习题(计入课程成绩)--作业
-2.0 导论
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-2.1 燃料的分类
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-2.2 汽油、柴油的炼制
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-2.3 汽油的理化特性
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-2.4 柴油的理化特性
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-2.5 燃料构成与理化特性
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-2.6 汽油、柴油质量标准
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-2.7 燃料与发动机工作模式
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-2.8 工质主要热力参数
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-2.9 燃烧热化学
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-第二章习题(计入课程成绩)--作业
-3.0 导论
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-3.1 热力过程与热机循环的简化
--Video
-3.2 理论循环分类及循环热效率
--Video
-3.3 理论循环热力参数对热效率的影响
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-3.4 工质对循环热效率的影响
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-3.5 真实循环对热效率的影响
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-3.6 机械损失的构成
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-3.7 机械损失的测量方法
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-3.8 机械效率的影响因素
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-3.9 发动机的能量分配与转化效率
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-3.10 发动机的节能途径与技术
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-第三章：工作循环与能量利用--第三章习题(计入课程成绩)
-4.0 导论
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-4.1 四冲程发动机换气系统及换气过程
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-4.2 配气相位对发动机性能的影响
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-4.3 充量系数的解析式
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-4.4 进气阻力对充量系数的影响
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-4.5 其他因素对充量系数的影响
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-4.6 充量系数的速度特性
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-4.7 压力波及其传播特性
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-4.8 单缸机的进排气动态效应
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-4.9 多缸机的进排气动态效应与进气不均匀性
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-4.10 四冲程发动机增压系统及性能
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-4.11 二冲程发动机的换气过程与换气质量
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-第四章习题(计入课程成绩)--作业
-5.0 导论
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-5.1 发动机运行工况
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-5.2 发动机特性曲线分类
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-5.3 发动机速度特性
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-5.4 发动机负荷特性
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-5.5 发动机全特性
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-5.6 发动机外特性与整车动力性
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-5.7 发动机全特性与整车经济性
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-5.8 混合动力专用发动机及其运行特性
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-第五章习题(计入课程成绩)--作业
-期中考试（只有一次答题机会！）--期中测试题（占30%总分）
-6.0 导论
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-6.1 燃烧现象及其分类
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-6.2 可燃混合气的着火与着火理论
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-6.3 湍流及其在燃烧中的作用
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-6.4 均质混合气中的火焰传播
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-6.5 液体燃料的雾化
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-6.6 油滴的蒸发与燃烧
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-6.7 示功图与燃烧放热率
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-第六章习题(计入课程成绩)--作业
-7.1 柴油机燃烧过程分析
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-7.2 柴油机燃烧放热规律
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-7.3 柴油机燃油喷射系统
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-7.4 柴油机喷油过程
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-7.5 柴油机缸内气流运动
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-7.6 柴油机燃烧室的分类及其特性
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-7.7 柴油机混合气形成方式
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-7.8 柴油机粗暴燃烧与燃烧噪声
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-第七章习题(计入课程成绩)--作业
-8.1 汽油机燃烧过程分析
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-8.2 汽油机的不正常燃烧：爆燃和表面点火
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-8.3 汽油机的不规则燃烧：循环波动和各缸不均匀性
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-8.4 汽油机燃油喷射系统及其演变
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-8.5 非直喷汽油机燃烧室及其特性
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-8.6 汽油机进气道喷射与混合气形成
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-8.7 汽油机缸内直喷与混合气形成
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-第八章习题(计入课程成绩)--作业
-9.1 有害排放物种类及其危害
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-9.2.1 NO的生成机理
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-9.2.2 CO和HC的生成机理
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-9.2.3 PM和Soot的生成机理
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-9.3 有害排放物生成的影响因素
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-9.4 汽油机机内净化技术
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-9.5 柴油机机内净化技术
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-9.6 汽油机后处理技术
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-9.7 柴油机后处理技术
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-第九章习题(计入课程成绩)--作业
-10.1 燃烧模式及其分类
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-10.2 汽油机均质混合气压燃（HCCI）模式
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-10.3 柴油机均质混合气压燃（HCCI）模式
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-10.4 内燃机部分预混压燃（PCCI）模式
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-10.5 均质混合气引燃（HCII）模式
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-10.6 天然气发动机
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-10.7 氢燃料发动机
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-10.8 二甲醚发动机
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-10.9 甲醇发动机
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-10.10 乙醇发动机
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-10.11 生物柴油发动机
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-第十章习题(计入课程成绩)--作业
-期末考试--期末测试题（占30%总分）
