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 > 4.11 二冲程发动机的换气过程与换气质量 > Video
同学们好
这节课我们学习
二冲程发动机的换气过程
及换气质量评价指标
首先介绍二冲程发动机的
换气过程和它的特点
图所示
是曲轴箱扫气二冲程发动机的
换气阶段的结构示意图与相位图
气缸中的换气过程
由活塞下行排气孔打开起
到活塞返回上行
排气孔关闭时为止
大约在130-150度曲轴转角内完成
此过程可分为三个阶段
一、自由排气阶段
自由排气阶段从排气孔开启的OE起
大约到扫气孔开启的OS止
排气孔刚打开时缸内压力约 3-6 bar
燃气以音速流出
稍后变为亚音速自由排气
到扫气孔打开时
压力已降低 1.1-1.3 bar
再逐步过渡到强制排气状态
自由排气阶段时间很短
却排出燃气总量的70%-80%
二、强制扫排气即新鲜气冲入阶段
该阶段从扫气孔开启的OS开始
到扫气孔关闭的OD止
此扫气阶段将剩余的
20%-30%的废气强制排出缸外
同时也通过扫气孔将曲轴箱中
被活塞下行所压缩的新鲜充量
充入气缸完成向气缸的充气过程
这就是说缸内的扫气
与进气基本上是同步进行的
三、排气或进气的补充阶段
对于图所示曲轴箱
扫气二冲程发动机
从扫气孔关闭的OD起
到排气孔关闭的OC止
还要补充部分排气
此外可以充分利用扫气的惯性
来补充进气以提高充量系数
从以上对二冲程发动机
换气过程的描述可知
二冲程发动机与四冲程发动机
有以下不同的性能特点
(1) 二冲程发动机进
排气重叠期也就是扫气期
可占换气期的70%-80%
而换气过程总持续角
又比四冲程发动机小得多
以上两点表明
二冲程发动机换气时间短
新鲜充量与废气又长时间掺混
所以换气质量不高
残余废气系数较大
并且有大量新鲜充量流失
(2) 二冲程发动机由于下止点前
65-75度曲轴转角就开始排气
所以膨胀做功到此基本结束
这一点相当于有效做功行程减少
再加上扫气要消耗较多的能量
所以其热效率
明显低于四冲程发动机
燃油消耗率较高
(3) 二冲程发动机变工况运行时
换气过程变化较大
容易偏离优化匹配状态
所以二冲程发动机
变工况运行时的性能较差
(4) 二冲程汽油机由于扫气时
新鲜混合气的溢出
不仅使经济性变差
也使未燃的碳氢排放量增多
以上分析表明二冲程发动机
虽然单位时间的做功次数
比四冲程发动机多了一倍
但是它的动力性能
只增加了大约50%-70%
一般的二冲程低速柴油机
较多用于大型船舶和电站机组
而在比功率要求高
而结构又要求
紧凑的摩托车摩托艇
以及小型通用动力机械上
二冲程汽油机使用的更多
下面我们介绍二冲程
发动机的扫气形式如图所示
二冲程发动机主要有三种
不同形式的扫气形式，从左到右
分别为横流扫气
回流扫气及直流扫气
横流扫气的扫气孔及排气孔
分别布置在气缸的两侧
结构最简单
但是换气效果并不佳
回流扫气的扫、排气孔
均布置在气缸同侧
扫气孔的倾斜角使得
扫气气流不仅纵向朝气缸顶流动
横向也沿缸壁转弯而形成回流
回流扫气效果
要比横流扫气好得多
同时又保留了结构简单的优点
直流扫气的主要特点是在缸盖上
设置排气门以替代排气孔
使扫气气流沿气缸轴线运动
大大改善了换气品质
扫气孔沿切向排列
使得进入缸内的
新鲜充量高速旋转
形成所谓的气垫活塞
既避免新鲜充量
与废气的过多掺混
又向上加速推出废气
进一步改善换气质量
此外还可以选择合适的排气相位
使排气门早于扫气孔关闭
以获得补充进气的效果
直流扫气由于增设了气门机构
使得换气系统复杂
发动机高度增加
所以主要用于低速大功率
二冲程柴油机
接下来我们介绍
二冲程发动机的换气质量指标
及其影响因素
二冲程发动机常用下述
三个指标来评定换气效果
第一个指标称为扫气系数
扫气系数φs定义为
换气结束后留在气缸内
新鲜充量的质量
与缸内工质总质量之比
其计算式如式4-13所示
式中mr、φr分别为
残余废气量与残余废气系数
这一指标直接反映了
废气被清扫干净的程度
即扫气质量的好坏
第二个指标称为过量扫气系数
过量扫气系数φb定义为
每循环由扫气孔
流出新鲜充量的质量mk
与按气缸排量计算的
理论充量的质量ms′的比值
ms′可按大气压力
或扫气压力来计算
两种ms′的质量是不一样的
换算时应加以注意
这一指标反映了
每循环消耗新鲜充量的多少
φb过大
表示消耗气量多
压气机消耗功率多
对二冲程汽油机
也意味着经济性下降
但是φb过小
必然影响扫气系数
也是不合理的
第三个指标是充量系数
充量系数φc的定义
与四冲程发动机相同
主要反映了整个
进气过程组织的好坏
理想的二冲程发动机
换气过程应该使扫气系数φs
充量系数φc尽可能大
而使过量扫气系数φb适中
扫气系数φs
既与扫气形式紧密相关
也与过量扫气系数
也称之为给气比φb关系密切
图所示是不同扫气形式下
扫气系数φs
随给气比φb的变化关系曲线
从图中可以看出
直流扫气的效果最佳
而横流扫气的效果最差
目前车用二冲程发动机
主要参数的大致范围是
扫气压力pk在1.25-1.96bar之间
过量扫气系数也就是
给气比φb在1.25-1.5之间
曲轴箱换气时为0.5-0.9
扫气系数φs的范围是
对直流扫气0.8-0.95
回流扫气0.8-0.9
横流扫气0.72-0.8
关于二冲程换气过程
及换气质量评价指标就介绍到这里
同学们再见
-0.1 总论
--Video
-0.2 车用发动机的种类
--Video
-1.1 示功图及其测取
--Video
-1.2 四冲程发动机示功图分析
--Video
-1.3 二冲程发动机示功图分析
--Video
-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
--Video
-1.6 影响动力、经济性能指标的环节和因素
--Video
-第一章习题(计入课程成绩)--作业
-2.0 导论
--Video
-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
--Video
-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
--Video
-3.4 工质对循环热效率的影响
--Video
-3.5 真实循环对热效率的影响
--Video
-3.6 机械损失的构成
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-3.7 机械损失的测量方法
--Video
-3.8 机械效率的影响因素
--Video
-3.9 发动机的能量分配与转化效率
--Video
-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
--Video
-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
--Video
-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）
