二、影响充量系数的因素
（一）充量系数 c的表达式
1）进气门关闭时缸内气体的总质量ma 假定进气门关闭时气缸容积为（Vs’ +Vc），此时缸内气
体压力、温度、密度为Pa’、Ta’、ρa’，则缸内气体的总质量 为
ma vc vs' a
在超临界排气时期，废气流量与排气管内压力pr 无关，只与气缸内的气体状态及气门开启截面积有 关。并且因排气流速甚高，在排气过程中伴有刺耳 的噪声，所以排气系统必须装有消声器。
（2）亚临界状态
缸内压力与排气管内压力之比下降到1.9以下时，排气流 动转入亚临界状态，废气流速降低，产生的噪音较小。
排出的废气量决定于气缸内及排气管内的压力差。压力差 越大排出废气越多。
配气相位图
二、换气损失
从排气门提前开启到进气门迟后关闭为止，活塞消耗 在换气上的功。
换气损失由排气损失和进气损失两部分组成。
1、排气损失
排气损失是从排气门提 前打开，直到进气行程开始， 气缸内压力到达大气压力之 前，循环功的损失。
（1）自由排气损失（图中 面积W），是由于排气门提 前打开而引起的膨胀功的减 少。
第二章 发动机的换气过程
换气过程 排气过程 进气过程 排除废气
换气过程的任务 充入尽可能多的新鲜工质, 同时功耗要少。
换气过程的进行情况
研究的内容
分析影响充气量的各种因素 找出 提高充气量 方向与措施
减少换气损失
第一节 四行程发动机的换气过程 第二节 四行程发动机的充量系数 第三节 提高充量系数的措施
一、充量系数 (又叫充量效率、容积效率）
充量效率是每缸每循环实际进入气缸的新鲜空气质量与进气状 态下理论计算充满气缸工作容积的新鲜空气的质量的比值。它是衡 量发动机动力性能和进气过程完善程度的重要指标。
c
ma ms
v1 vs
式中:
ma 、V1—实际进入气缸的新鲜工质的质量、体积（进气状 态）；
ms 、Vs— 进气状态下充满工作容积的新鲜工质的质量、气 缸工作容积。
第一节 四行程发动机的换气过程
一、换气过程
四冲程发动机的换气过程包括从排气门 开启到进气门关闭的整个时期，约占 410º~480º曲轴转角。
自由排气 换气过程 强制排气
进气 气门叠开（燃 烧室扫气)
1、自由排气阶段
排气门开启到气缸压力接近排气管压力的这一 时期，称为自由排气阶段。
排气提前角：从排气门开启到活塞行至下止点 所对应的曲轴转角，一般为30º~80º曲轴转角。
减少排气损失的措施有： 1、减小排气系统阻力和排气门处的流动损失； 2、合理设计排气消声系统结构和正确布置其
形式，以降低排气管内排气背压； 3、增大排气门直径，但受到一定结构限制； 4、采用双排气门结构可取得积极效果； 5、采用最佳排气提前角。 其中1和5是主要措施。
2、进气损失
进气损失：因进气系统的阻力而引起的功的损失。与 排气损失相比，相对较小。
2、强制排气阶段：活塞上行强制推出废气。
缸内平均压力ห้องสมุดไป่ตู้高于排气管平均压力，一般高出 10kpa左右：克服排气门、排气道处的阻力。气体的流 速越高，此压差越大，消耗的功越多。
惯性排气：排气迟闭角，一般为10º~35º曲轴转角。
3、进气过程
为了保证活塞下行时，进气门开启面积足够大，使新鲜 充量顺利流入气缸，进气门在上止点前就打开。 进气提前角：一般为在上止点前0º-40º曲轴转角
正常进气 ：活塞下行残余废气膨胀，新鲜气体充入气缸。
惯性进气：为了充分利用高速气流的动能，进气门须 在下止点后关闭，从而实现在下止点后继续充气，增 加进气量。
进气迟闭角：一般为在下止点后40º～70º曲轴转角。
4、气门叠开和燃烧室扫气：进、排气门同时开启。
叠开角：进、排气门同时开启时对应的曲轴转角，一般为 20º～60º曲轴转角。在增压发动机可达80º～ 160º的曲轴转角， 因其进气压力高，扫气优点很多。
作用：由于进气管、气缸、排气管互相连通，可以利用气流 的压差、惯性或进、排气管压力波的帮助，清除残余废气，增加 进气量，降低高温零件的温度，但注意不应产生废气倒流现象。 特别是增压发动机，其进气压力高，有一定数量的新鲜充量直接 扫过燃烧室，帮助清除废气进入排气管，扫气效果更明显。
因为汽油机新鲜充量是可燃混合气，扫气会造成燃料的损失， 所以气门重叠角以新鲜充量不流入排气管为原则。柴油机没有燃 料损失问题，但气门重叠角过大，会发生气门与活塞相碰的问题。
当到某一时刻气缸内与排气管内压力相等，自由排气阶段 结束（一般下止点后10º~30º曲轴转角）。自由排气阶段虽然历 程很短，但因排气流速甚高，排出废气量达60%以上。
高速发动机其排气提前角要大一些： 在自由排气阶段中，排出的废气量与发 动机转速无关。发动机转速高时，在同 样的排气时间（以秒计）所相当的曲轴 转角增大，因此，高速发动机排气提前 角要大。但不宜过大，否则会使排气损 失加大。
自由排气阶段 超临界状态 亚临界状态
（1）超临界状态
排气门开启时，气缸内废气压力较高(0.2-0.5Mpa)， 缸内压力与排气管压力之比＞1.9，排气流动处于超临 界状态，可利用废气自身的压力自行排出。
通过排气门口废气的流速等于该状态下的音速（m/s）
c KRT
式中 K——绝热指数； T——气体的绝对温度； R——气体常数〔N•m/（kg·K）〕。
排气损失与进气损失 之和称换气损失，即图中 面积(W+X+Y)。在实际循环 示功图中把面积(x+y-d)相 当的负功称为泵气损失。 这部分损失放在机械损失 中加以考虑。
减少进气损失的措施有： 1、合理调整配气定时； 2、加大进气门的流通截面； 3、准确设计进气管流道； 4、降低活塞平均速度。
第二节 四行程发动机的充量系数
（2）强制排气损失（图中 面积Y），是活塞上行强制 推出废气所消耗的功。
随着排气提前角增大， 自由排气损失面积增加，强 制排气损失面积减小，如图 中b曲线，如排气提前角减 少则强制排气损失面积增加， 如图中c曲线。所以最有利 的排气提前角应使面积 （W+Y）之和最小。
在排气提前角相同情 况下，排气损失随转速上 升而增大，因此随转速上 升排气提前角要增大。