换气过程的性能指标

3.2　换气过程的性能指标

换气过程的品质可用充量系数φ_c和残余废气系数φ_r来说明，其中φ_c表示进气是否充足，φ_r表示排气是否干净。现对四行程发动机做出分析。

3.2.1　充量系数φ_c

由于种种原因，换气过程的实际充气量一般总是小于理论充气量，即发动机每循环实际充气量m₁总是小于按进气状态(对于非增压发动机即空气滤清器后进气管内的气体状态)理论上充满同一气缸工作容积V _s的充气量m _sh;两者之比值称为充气系数，充气量也可以用kmol数M来表示，即:

对于一般的非增压发动机，因空气滤清器中的压力和温度变化较小，进气状态接近大气状态，因此也常用大气状态来定义充气系数，即充气系数为每循环实际充气量m _r与按大气状态充满同一气缸工作容积V _h的充气量m₀之比，

本章在分析非增压发动机换气过程时采用后一种定义方法。

进气受其所接触的高温零件加温，使其温度升高，并且与残余废气混合，因此在进气终点缸内工质的内能等于新鲜充量内能与残余废气内能之和，即

式中，M _r为残余废气的kmol数;T _a、T'_r、T _d、ΔT为外界、废气、进气温度和进气被高温机件加温温升，K;C _v、C'_v、C″_v为新鲜充量、混合气和废气的比热，kJ/kmol。

当M _r/M₁不大时，可认为C _v=C'_v=C″_v则

由气体状态方程可以得出:

式中，p₀为大气压力;M _d为进气终点缸内工质kmol数;V _a为气缸总工作容积;V _r、p _r为残余废气容积和压力。

将(b)、(c)、(d)式代入(3－7)，简化得

近似认为V _r等于燃烧室容积V _r，且V _r= V _c(ε－1)，由上式可得

令Δp _a、Δp _r分别代表进、排气过程的压力损失，即

并代入(3－9)，得

对于柴油机，φ_c= 0.8～0.9;汽油机，φ_c=0.75～0.85

应指出，公式(3－9)、(3－12)是在某些假定和简化情况下得出来的，它不能精确地反映影响φ_c的所有参数。例如，推导中略去了惯性进气和排气，就不能反映出配气相应的影响。

3.2.2　残余废气系数φ_r

排气终了时残留在气缸内的废气量M _r与新鲜充量M₁之比称为余气系数，即

将式(b)、(c)和(3－9)代入上式，并整理，可得

对于柴油机，φ_r= 0.03～0.06;对于汽油机，φ_r= 0.06～0.10。

残余废气系数表示缸内废气被消除的程度，φ_r愈小，说明排气愈干净，有利于燃烧完全。从上式看出，减小残余废气压力p _r，可使φ_r降低。