四柴油机的换气与增压.ppt

第四章 •柴油机的换气与增压 4-1 柴油机的换气过程 • 换气过程——每完成一个工作循环，把废气 排出气缸，并把新鲜空气吸入气缸的工质更换的过 程 • 要求：①排气——干净——进气多 • ②进气——多——烧的油多、作功能力大 ；燃烧完全，经济性好，排放性好；热负荷低 • ③空气消耗量小，耗功少 • 每循环的最大供油量，完全取决于各 循环的充气量 4-1 柴油机的换气过程 •一、四冲程柴油机的换气过程 4-1 柴油机的换气过程 •1、排气过程 • 自由排气——压差 • 强制排气——推动功 • 过后排气——惯性 •2、进气过程 • 准备进气阶段——创造压差、开度条件 • 主要进气阶段——压差 • 补充进气阶段——惯性 • 循环进气量对应于气缸工作容积Vs 4-1 柴油机的换气过程 •3、 气阀重叠和燃烧室扫气 • 气阀重叠角——进排气上止点前后，进排气阀同时 开启的现象排气滞后角与进气提前角之和 • 扫气作用：1）使排气更干净； • 2）降低热负荷 • 重叠角高速机大于低速机，增压机大于非增压机 4-1 柴油机的换气过程 •二、二冲程柴油机的换气 过程 • 1、换气过程 • 1）自由排气阶段 • 2）扫气阶段 • 3）过后排气阶段 • 2、特点 • 1）时间短； • 2）掺混严重； • 3）新鲜空气消耗量大，耗功多 ； • 4）气缸容积不能充分利用，存 在有效压缩比。

4-1 柴油机的换气过程 •三、二冲程柴油机的换气形式 •1、弯流扫气 • 1）横流扫气：扫气口与排气口位于气缸中心线 的两侧 • 2）回流扫气：扫气口与排气口位于气缸下部同 一侧且排气口在扫气口上方 • 3）半回流扫气：扫气口在排气口下方及两侧 • 特点：扫气流动路线长（2S）、新气与废气易 掺混、死角、气流短路，换气质量差；气缸下部受 热不均易变形；结构简单、管理方便 4-1 柴油机的换气过程 •2、直流扫气 • 气口－气阀式、气口－气口式 • 特点：气流流动路线短、不易掺混，质量好；气缸下 部受热均匀；机构复杂，管理不便；易于长行程（S/D＞2.5 ）和超长行程（S/D＞3）柴油机 • 柴油机的气口沿水平和垂直方向均有倾斜角以 控制气流方向 4-1 柴油机的换气过程 •四、时面图和时面值 • 设通路流通面积为，则在时间微元内，流 过通路的气体数量为： • dG=ωfdt • 结构不变，n↑→时面值↓→换气质量↓ 4-1 柴油机的换气过程 •五、评定换气过程质量的参数 •1、残余废气系数 • ——换气过程结束时，气缸内残存的废气量与充入气 缸的新鲜空气量之比。

•γr=Gr/G0 •2、充量系数 •——每以循环进入气缸的实际充气量与在进气状态下 充满气缸工作容积的理论空气量之比 •ηV=G0/Gs＜1 4-1 柴油机的换气过程 •3、影响充量系数（换气质量）的因素 •1）进排气道流动阻力的影响 •2）柴油机转速的影响 • n↑→流速↑→流动阻力↑→pa↓，pr↑→ Φc↓ • n↑→时面值↓ →G ↓ •3）柴油机负荷的影响 • Pe↑→气缸温度上升→Ta↑→ Φc↓ •4）气阀间隙的影响——时面值 •5）气阀定时的影响——时面值、工作紊乱 4-1 柴油机的换气过程 •4、扫气效率、扫气系数和给气比 • 扫气效率ηs——换气过程结束后，气缸内的新鲜空气 量与气缸内总气量之比 • 扫气系数Φs——在一个循环中通过扫气口的全部扫气 空气量与换气过程结束后留在气缸内的新鲜空气量之比 • 给气比β——每循环通过扫气口的新鲜空气量与在进 气状态下充满气缸工作容积的理论空气量之比 4-2 换气机构 • 换气机构——保证柴油机按规定顺序和时刻 完成柴油机的进、排气过程的机构 • 型式： 气阀式换气机构 • 气口式换气机构 • 气口－气阀式换气机构 • 气阀式换气机构： • 气阀机构 • 气阀传动机构 • 凸轮及凸轮轴 • 凸轮轴传动机构 4-2 换气机构 •一、气阀机构 •1、型式 •带阀壳式 不带阀壳式 •2、组成 • （阀壳）、气阀、 •阀座、导管、气阀 •弹簧、弹簧衬盘、 •卡块、卡簧和转阀 •机构。

•实船 4-2 换气机构 • 阀面锥角——气阀锥面与底面的夹角锥角大，对中 好，密封好，但磨损严重；反之亦反 • 阀线——气阀阀盘与阀座相接触的很窄的一圈接触线 阀线宽度应适当，过窄则密封虽好，但磨损严重，连续且位 置正确连续、宽度、位置 4-2 换气机构 •气阀旋转机构 • 旋转帽式旋阀器 • 推进器式旋阀器 4-2 换气机构 •二、气阀传动机构 •1、型式 • 机械式和液压式 •2、机械式传动机构 • 组成：顶头、顶杆和摇臂 • 气阀间隙——柴油机冷态下， 气阀关闭时阀杆顶端与摇臂之间的 间隙目的是留有气阀受热膨胀空 间 • 间隙↓→早开迟关，关闭不严 • 间隙↑→迟开早关，开度不足 ，撞击严重 4-2 换气机构 •3、液压式传动机构 • 开阀靠油压，关阀靠空气 弹簧 •实船 4-2 换气机构 •三、凸轮轴及传动机构 •1、凸轮轴 •2、凸轮轴的传动机构 • 1）齿轮传动机构 • 2）链传动机构 4-2 换气机构 •四、换气机构的常见故障和管理 •1、气阀机构的常见故障 • 1）阀面与阀座的磨损和腐蚀：撞击、高温腐蚀 • 2）阀面与阀座的烧损：密封不好串气。

• 3）阀杆卡紧：气阀导管间隙过大、过小；对中 、变形 • 4）阀杆和阀头断裂：撞击、热应力过大 • 5）气阀弹簧断裂：共振、材料缺陷 • 6）阀壳裂纹：安装应力 4-2 换气机构 •2、气阀间隙检查与调整： •气阀关闭（滚轮在基圆上） •3、气阀定时的检查与调整： •气阀间隙正确或为零 •4、气阀与阀座的修铰与研磨 4-3 废气涡轮增压 •一、柴油机增压概述 •1、柴油机增压的目的 •Pe∝iD2smnpe • 柴油机的增压：通过提高进气压力，来增大循 环充气量，以使更多燃油能充分燃烧，提高平均指 示压力和平均有效压力，进而提高柴油机功率的一 种方法 4-3 废气涡轮增压 • 增压度——增压后与增压前柴油机功率之比 • 中冷——增压器与柴油机进气管之间对增压空气进行 冷却，降低温度，提高空气目的的方法 •2、增压方式 • 机械增压 • 废气涡轮增压 • 复合增压 4-3 废气涡轮增压 •二、废气能量分析 • 废气能量E= •脉冲能E1 +定压能E2 • E= E1 + E2 4-3 废气涡轮增压 •三、废气涡轮增压的两种基本形式 • 1、定压增压2、脉冲增压 4-3 废气涡轮增压 •3、两种增压方式比较 定压压增压压脉冲增压压 废废气能量利用E2+E’1E2+E1 涡轮涡轮 机效率高低 增压压系统统布置排气管大，简单简单排气管小，分支 管理上的要求 涡轮涡轮 机叶片易损损 坏 涡轮涡轮 机叶片不易损损坏 加速性和低负负荷 性能 差好 4-4 废气涡轮增压器与增压系统 •一、废气涡轮增压器的构造 • 涡轮机——废气涡轮：轴流式、径流式 • 压气机——离心式压气机：低、中、高、超高 •废气涡轮增压器实例： • 涡轮机：喷嘴环、工作叶轮 • 压气机：导风轮、工作叶轮、扩压器、蜗壳 • 转子与转子轴：止推轴承 • 密封与润滑、冷却装置：平衡室 4-4 废气涡轮增压器与增压系统 •二、废气涡轮增压器的工作原理 •1、离心式压气机的基本工作原理 4-4 废气涡轮增压器与增压系统 •2、单级式涡轮机的工作原理 4-4 废气涡轮增压器与增压系统 •三、离心式压气机的工作特性及喘振 机理 •（一）离心式压气机的工作特性 •1、压气机的主要参数 • 1）空气流量Gk • 2）增压比πk • 3）压气机转速nk • 4）压气机绝热效率ηk •2、压气机的通流特性与特性曲线 4-4 废气涡轮增压器与增压系统 •（二）压气机的喘振 • 喘振——在某一转速下，当压气机流量下降到一定 程度时，压气机工作开始不稳定，排出压力波动，并伴 随强烈振动和噪音的现象。

• 喘振的机理：低流量、高背压 工作叶轮 4-4 废气涡轮增压器与增压系统 带叶片式扩压器 4-4 废气涡轮增压器与增压系统 •（三）增压器与柴油机的 配合 • 标定工况、低负荷工况、全 工况 4-4 废气涡轮增压器与增压系统 •（四）产生增压器喘振的几种 工况 • 1、气道阻塞 • 2、环境温度过高 • 3、突增或突卸负荷 • 4、主机超负荷运转 • 5、脉冲增压柴油机一缸熄火 或各缸负荷严重不均 • 6、气阀关闭不严 •使工作线左移，则低负荷时喘 振 4-5 增压系统的维护和管理 •一、增压系统的维护管理 •二、增压系统的故障与应急处理 •1、轴承烧损：润滑质量 •2、增压器强烈振动：动平衡、碰擦、轴承 损坏 •3、增压压力下降： • 转速下降：废气能量不足 • 转速不变：进气道阻塞、漏气 •4、增压压力升高：废气能量升高 •5、滑油变质：漏气 4-5 增压系统的维护和管理 •三、废气涡轮增压器检查与调校 •1、惰转性能检查 •2、K值检查与调整 • K值——转子轴前端面与内蜗壳 前端面的轴向距离 • K↑→L↑、M↓ • K↓→L↓、M↑ 4-5 增压系统的维护和管理 • K值的调整 第四章 小结 • 一、柴油机换气过程、要求和评定参数及 其影响换气过程的主要因素。

• 二、气阀式换气机构的组成与结构特点， 气阀重叠角、气阀锥角、阀线、气阀间隙的 概念与意义 • 三、增压的目的，废气能量分析、柴油机 增压的两种基本型式及其特点，增压器的结 构特点 • 四、增压器的通流特性与压气机的喘振的 机理 • 五、增压器的常见故障、检查调校。