二、四冲程发动机进气过程
为了保证活塞达到上止点时向下运行之前进气门有一定的开启面积,进气门一般在上止点前20°~45°开启,以减少进气阻力,增加充气量,从进气门开启到上止点这段曲轴转角称为进气提前角。
进气提前与排气提前有很大的实质区别。排气提前角内,因压差大、流速高废气排出量很大。而进气提前角内,由于开启面积小,节流严重,再加上气缸内压力平均高于进气,因此这段即使进入新气,也是靠排气惯性流动而产生的局部负压进入。其量甚微。至于排气是否会排到进气管,一般由于排气气流的惯性和进气门开启面积小而产生的节流阻力,如果提前开启角适当,是可以避免的。因此,进气提前角主要是为活塞下行的进气时已有一定的开启面积,以利于进气。
随着活塞的下行和进气门开启面积的增加,新鲜混合气流入气缸,同时被废气和高温零件加热,气缸内压力逐渐回升,到进气终了时,一般气缸压力略低于大气压力。
为了充分利用进气惯性充气,一般进气门要在下止点后40°~75°才关闭。从下止点到进气门关闭这段曲轴转角称为进气迟闭角θil。高速发动机进气气流惯性大,应增加迟闭角,低速应选取小的迟闭角。
由于排气门迟闭和进气门提前开启,从而出现了一段进、排气门同时开启的角度称作气门重叠角,一般为30°~80°曲轴转角。
不同用途和型式的发动机其值是不同的。它直接影响整车的使用和匹配性能,选取时要根据常用工况。
换气过程的损失分排气损失和进气损失两部分。
排气损失由自由排气损失和强制排气损失组成。自由排气损失是由于提前排气引起的膨胀功的减少;强制排气损失则是把废气推出气缸所消耗的功。在相同的通过面积下,自由排气损失越大则强制排气损失就越小。因此,应选择最合适的排气提前角,以使两项损失之和最小。如果排气提前角过大,虽然由于压力很快下降而使强制排气消耗功减小,但这时引起的膨胀损失太大,总和也是不利的。如果排气提前开启角太晚,由于没有提前排气,使强制排气时气缸压力过高而大大增加强制排气消耗功,也是不利的。由于排气门通过面积过小而使排气阻力增加,虽然它的排气提前角与自由排气损失相同,但由于阻力增加,压力下降缓慢,强制排气消耗功过大,结果也不利。
发动机转速增加时,应适当增加排气提前角以减少强制排气段的损失。注意,千万不要过早排气,因为过早排气会引起排气门过热,进气的损失主要由于进气系统中气体摩擦和气流加速所消耗的功。同时,与进气系统中各种阻力和气道壁面阻力有关。与排气损失相比,它的值较小。
排气损失与进气损失之和称为换气损失。换气损失是进排气系统中的负功,它与进排气系统的面积有关,通常把这种负功称为泵气损失,而这一泵气的有效压力为15~30kPa。从数值上来看虽然不大,但对充气量系数增加是很重要的。
对于化油器式发动机,在小负荷工作时,利用节气门进行控制(减小)节流,进气量大大减小,故排气消耗的功也减少。但由于进气管压力很低,进气损失则大大增加。