换气及增压P59.doc

第四章换气和增压第一节柴油机换气过程柴油机从开始排气、扫气到进气结束的整个气体改换过程称为换气过程换气过程进行完美，压缩过程开始时残留废肚量少，存留在气缸中的新鲜空肚量多，就为燃油的完整、实时焚烧创建了优秀条件燃油的完整而实时的焚烧，不只使柴油机发出更大功率，提升其动力性；使柴油机有高的热效率，提升其经济性；并且，完整而实时的焚烧还意味着减少结炭和较低的循环均匀温度，从而提升其靠谱性减少排气污染也一定有好的换气质量所以，换气质量的利害是柴油机工作好坏的先决条件一、四冲程柴油机的换气过程图4-1为一台四冲程柴油机换气过程的实测曲线a)图为气缸压力及排气管内压力随曲轴转角变化的状况b)图为进排气阀通流截面积随曲轴转角变化的状况依据气体流动的特点，可把换气过程分为几个阶段来议论自由排气阶段当排气阀开启时，气缸压力远高于排气管压力，排气管压力与气缸压力2kk1之比小于临界值（k1），气体流动为超临界流动，气缸内废气在超临界压比作用下以当地音速流过排气阀最小截面处气缸压力快速降落，排气管压力上涨当排气管压力与气缸压力比大于临界压比时，气体流动转入亚音速流动阶段到某一时刻，气缸压力接近于排气管压力，自由排气阶段即告结束。

强迫排气阶段活塞上行将气缸内的废气强迫推挤入排气管的阶段，即为强迫排气阶段因为排气阀延缓封闭，此阶段末端可利用排气管中废气的流动惯性把气缸内的废气连续吸出进气过程进气阀提早开启，气缸中废气压力低于进气管进气压力时开始进气进气流拥有必定惯性进气阀滞后封闭可负气柱的动能转变为压力能，使进气终了时气缸压力凑近或略高于进气管压力气阀叠开和焚烧室扫气过程在气阀叠开时期，进气管、焚烧室和排气管连通起来，当进气管中压力比排气管内压力高时，新鲜空气进入气缸，驱逐残留在焚烧室中的废气并一同进入排气管这既有益于打扫节余废气，增添新鲜空气充量，也有益于降低焚烧室零件冷却液难以冷却到的高温壁面的温度可是应当指出，气阀叠开角其实不是大的就好，因为进气阀开启过早，会造成废气倒冲入进气管；排气阀封闭过迟，过度的扫气空气【会增添增压空气的耗费，】会降低涡轮前的排气温度，减少增压器涡轮获取的可用能，【使柴油机的油耗率增加】在换气过程中，新鲜空气与废气是不相掺混的所以，四冲程柴油机的换气质量较高二、二冲程柴油机的换气过程图4-2示出二冲程柴油机换气过程曲线图依据缸内气体压力变化的特色，可把换气过程分红三个主要阶段第一阶段：自由排气阶段（B→R)在膨胀冲程的末端，下行的活塞把排气口翻开（B点），此时气缸内的压力pb比排气管中的压力pr高得多，pr/pb之比值小于临界值，废气以临界速度流出排气口进入排气管。

超临界流动连续到pr/pb之比值等于临界值的K点今后废气以亚临界速度自由排出气缸当气缸内压力约等于扫气箱空气压力时（即R点），自由排气阶段的结束以下图，扫气口刚翻开时（D点），气缸压力仍略高于扫气压力但因压差不大而时间很短，倒流可忽视假如排气不畅、排气阀开启正时偏迟，废气倒冲就会变严重，甚至可能惹起扫气箱着火第二阶段：强迫排气和扫气阶段（R→C）此阶段开始时，因为扫气口开度小，排气口已开得很大，气缸中废气正以很高流速流入排气管，气缸内压力连续快速降低因为废气流的惯性作用，气缸内压力进一步降低而后，跟着扫气口开度的增添，扫气大批进入，气缸中压力逐渐高升在扫气口封闭而结束此阶段前，气缸内压力趋于稳固在本阶段中，主假如利用扫气空气进入气缸把气缸内的废气排斥出去，故称为强迫排气及扫气阶段第三阶段：事后排气阶段（C→E)活塞上行先封闭扫气口（C点）此时，气缸中的节余废气掺混部分新鲜空气经由仍旧开启的排气口（阀）连续排入排气管，直至排气口（阀）于E点封闭在E点以后，气缸内开始进行压缩过程二冲程柴油机换气的连续时间约为120?～150?曲轴转角，而四冲程柴油机实现换气过程所占的时间则相当于400?～500?曲轴转角。

假如转速相同，则二冲程柴油机的换气时间只有四冲程柴油机的大概1/3所以二冲程柴油机进行完美的换气较困难，高、中速柴油机特别困难三、时面值、角面值t2fdtt在一次换气过程中各个阶段气口或气阀的通流能力是以它们所拥有的时面值1来权衡的（f为气口或气阀刹时通流面积，t1与t2为各个阶段开始与终了时刻）它不单考虑了气口或气阀开启面积的大小，还同时考虑了开启时间的长短因为d360n6ndtt212f()ddt,t1fdt6n6011与2为与t1和t2相对应的曲柄转角，f()为气口或气阀的几何通流面积随曲柄转角变化的规律2 f()d1称角面值它表示气口或气阀的通流能力关于既定的柴油机它是一个定值，它的大小与转速没关四、充气效率ηv在进气过程结束时，因为存在流动阻力，气缸内压力低于进气管处压力同时因为壁面对吸入空气的加热，进气与残留在气缸中废气的混杂以及进气动能部分转变为热能等原由，气缸里进气温度比进气管处空气温度高所以如把吸进气缸内的新鲜空气体积换算成进气管状态的体积，此换算体积将小于气缸工作容积插入第八章P203】充气效率ηv定义为实际吸入气缸的新鲜空肚量ma与进气管状态下充满气缸工作容积Vh的空肚量ms之比值，即vmaVaaVamsVhsVhηv的由各样影响因四冲程柴油机依据进气过程的能量均衡关系，能够获取素构成的表达式（略），并从而估量出各影响要素对ηv的影响程度。

估量结果如图4-3所示直线1表示一设想的没有流动阻力、没有进气加热的理想换气过程曲线4表示实质的换气过程曲线3〖表示〗【可当作】没有吸入空气加热的换气过程曲线2表示仅有进气流动阻力的换气过程依据此图可认识影响充气效率的相关因素：1)进气流动阻力的影响【pa】：因为进气流道存在流动阻力，产生压降pa，所以进气结束时缸内压力pa=p0-papKn2af2从流体力学得悉：式中：n柴油机转速；f进气阀通道截面积；K比率系数pa，要求尽可能增大进气通道截面积f所以，中、大型可见，要提升ηv，一定减小四冲程柴油机广泛采纳多（2甚至3）个进气阀结构并且因为降低进气流动阻力比降低排气流动阻力对提升ηv更为有效，柴油机常常尽可能增大进阀直径，使进气阀直径大于排气阀直径，以达到提升ηv的目的图4-3中曲线2与曲线1之间的差距就是单单因为进气流动阻力以致的ηv降落跟着转速的高升，pa增大，ηv降落图还表示，除非在很低的转速下，由进气流动阻力造成的ηv降落据有主要的份额它是影响ηv的主要要素所以，运行管理应注意常常保持进气系统的洁净，以减少流动阻力2)进气过程结束时气缸内气体温度的影响【Ta】：在进气过程中，因为壁面对空气的加热、与残留废气的混杂以及进气动能部分转变为热能等原由，使吸入新鲜空气温度高升，导致ηv的降落。

当柴油机负荷增大，喷油量增添，循环的均匀温度高升，气缸壁温高升，ηv有所降落当柴油机转速增添时，进气与壁面接触时间减少，壁面传给进气的热量减少图4-3曲线3与曲线4之间的差距就是纯粹因为壁面传给进气热量以致的ηv降落进气过程结束时气缸内气体温度有所高升对ηv的影响较小，是影响ηv的次要要素3)剩馀废气系数γr的影响：当换气终了时气缸内的剩馀废气系数γr（即换气结束时气缸里节余废肚量与新鲜空肚量之比值）增添，则吸入气缸的新鲜空气减少，从而使ηv降落如排气背压增添，将使γr增添，从而使ηv降落但因为四冲程柴油机的γr很小且【正常工作时】变化范围也很小，故实质影响很小4)柴油机气阀正时的影响：(1) 排气阀提早开：排气阀开启早期其通道截面积很小，流动阻力很大假如排气阀太凑近下止点时才开启，提早开启的角度太小，废气排出不畅，会造成活塞上行推出废气耗费的功增大节余废肚量增添，充气效率ηv降落但排气阀提早开启角也不可以太大，不然会负气体膨胀功损失过大图4-4表示不同的排气提早角的影响a--最适合，b--过早开启，c--过晚开启2)排气阀滞后关：排气阀的滞后关一方面使活塞抵达上止点时，排气阀仍有足够通道截面，有益于废气的排出；另一方面，因为利用了排气流的惯性，可使废气排得更洁净。

3)进气阀提早开：进气阀提早开除了使进气冲程开始时有较大的通道截面，以减少进气阻力，提升ηv外，还可形成进排气阀叠开，对焚烧室进行扫气，减少节余废肚量，提升η v4) 进气阀滞后关：进气阀延缓在下止点后封闭，一方面使活塞在下止点邻近时进气阀仍有足够开度，不致因开度不足而使pa增大另一方面还可充分利用进气流的惯性而吸入更多空气图4-3中曲线3与曲线2之间的差距，可以为是所选定的气阀正时，主假如进气阀封闭正时的影响此中在某一转速邻近时，这个损失最小高于这个转速时，进气阀封闭过早，未能充分利用进气惯性；低于这个转速时，进气阀封闭过迟，则造成进气倒流不同转速下，存在不同的最正确正时所以要使柴油机的性能达到最正确，运行于不同的转速时，其正时应当是不同的但惯例的气阀启闭控制机构做不到这一点所以，变速使用的船舶主柴油机，说明书所规定的气阀正时，不过在常用的高转速下才能获得最正确的ηv二冲程柴油机中，进气流动阻力、进气过程结束时气缸内气体温度、剩馀废气系数γr等要素对ηv的影响与四冲程柴油机相像柴油机排气阀扫气口正时影响到排气阀扫气口的通流能力和扫气气流在气缸中的流向，对ηv有很大的影响为了达到在耗资新气尽可能少的条件下把尽可能多的废气排出缸外，排气阀扫气口正时应切合说明书的规定值，应按期洁净扫气口，以保证扫气气流在气缸中的流向，并减少流动阻力。

第二节换气机构换气机构的功能－－实现对柴油机换气过程的。