柴油机换气过程..ppt

第四章 换气机构与增压 第一节 换气过程及换气质量评定参数 第二节 换气机构 第三节 废气涡轮增压 第四节 废气涡轮增压器 第五节 增压器故障与维护管理 第一节 柴油机的换气过程及 换气质量评定参数 一、气阀与气口的角面值和时面值 二、四冲程柴油机的换气过程 三、二冲程柴油机的换气过程 四、评定换气过程质量的参数 一、气阀与气口的角面值和 时面值 u 换气过程的定义 u 换气的意义 u 评定换气过程好坏的标志 气阀与气口的角面值和时面值 u 四冲程柴油机气阀开启的流通面积 u 二冲程柴油机气阀开启的流通面积 u 角面值、时面值 u 进、排气气流的流通能力 换气过程的定义 从排气过程、扫气过程到进气终止的整 个气体更换过程 换气的意义 换气过程质量直接影响柴油机的动力性 、经济性、可靠性及排气污染，是柴油 机工作优劣的先决条件 评定换气过程好坏的标志 废气排除是否干净 新鲜空气充入量 新鲜空气消耗量 四冲程柴油机气阀开启的流通 面积 w在换气过程 中，气阀的 开度是由配 气凸轮形线 控制而变化 ，其流通面 积fv是变化 的 二冲程柴油机气阀开启的流通 面积 w 在换气过程中，气阀的开 度是由配气凸轮形线控制而 变化，气口的流通面积由活 塞运动决定，他们的流通面 积fv或fp也是变化的。

角面值和时面值 w角面值：气阀或气口流通面积f 的曲线与横坐标 的所 围的面积（流通面积曲线对曲柄转角的积分值），称为 角面值 w时面值的定义：流通面积f与时间t所围的面积 w当转速n不变时，即有 w角面值不随柴油机转速的变化，而时面值则会相应的变化（如 转速升高，时面值减小） 进排气气流的流通能力（流 量） w当流道前后的压力差为定值时 ，即流速c为常数时，时面值 越大，流量越大； w当流量为定值时，时面值越大 ，所需流速越小，即流道压力 差越小 w结论：时面值表示了气阀与气 口的流通能力 n注意：柴油机在工作时，气口、 气阀结炭，脏污，开度不足都会 引起时面值减小，柴油机工作性 能变差 二、四冲程柴油机的换气过 程 •换气过程： •自由排气阶段 •强制排气阶段 •进气阶段 •气阀叠开和燃 烧室扫气 四冲程柴油机的定时图 自由 排气 阶段 l排气阀在下止点前30~80打开，直到下止点后气缸压力接近排 气管压力为止由于废气的排出是在压差的作用下排出，故称为 自由排气阶段压差排气在此阶段根据气缸内外压差是否超过 临界值，可分为超临界阶段（排气管压力与气缸压力之比小于临 界值（2/（k+1））k/（k-1））和亚临界阶段。

l排气阀开启提前角要大，以便使排气阀在下止点的开度和下止点 前的时面值足够大但也不能太大，若太大将引起膨胀功的损失 过多 l自由排气一般在BDC后10~30℃A结束结束愈晚，下一阶段活 塞排气消耗的功愈大 l自由排气阶段虽然占整个排气时间的比例不大，但由于废气流速 很高，排出的废气量占可达60%以上 强制排气 阶段 从自由排气结束到排气阀关闭这一阶段 n排气过程是由活塞的推挤造成的，故称为强制排气 阶段 n当活塞到达上止点后向下运行的初期，由于排气行 程中形成的高速排气流的惯性作用下，废气继续排 出气缸，故称为惯性排气 n因此排气阀在上止点后滞后关闭，一般排气迟闭角 为10~70(CA)实现了过后排气，延长了排气时间 ，增大了气阀的时面值，可使废气排得干净，排气 功减小，排气流的惯性得到充分利用但过大的排 气迟闭角会导致废气倒流，最理想的关闭角是当废 气从气缸流出的流动刚好停止时 进气阶段 w从进气阀开启到进气阀关闭的阶段（活塞的抽吸+进 气气流的惯性） w进气提前开启角(10~40)和进气延后关闭角的目的 是为了尽力吸入新鲜空气 进气提前开启角过大会造成废气倒灌 进气提前开启角过小则影响进气； 进气延后关闭角过小会影响空气流动惯性而减小进气量， 进气延后关闭角过大则使新鲜空气倒流出气缸并使有效压 缩比减小。

w实际进气时刻：是气缸内压力低于进气管压力时才 真正进入气缸非增压柴油机的实际进气时刻在上 止点后 气阀叠 开和燃 烧室扫 气 w气阀重叠角的定义：在上止点前后，从进气阀开启到 排气阀关闭这段时间进气阀和排气阀同时开启所对应 的曲轴转角称为气阀重叠角一般非增压机为 20~50CA，增压机为80~140CA w燃烧室扫气：在气阀叠开期间新鲜空气对燃烧室的清 扫称为燃烧室扫气（一般只有增压四冲程柴油机才能 实现燃烧室扫气 ） 意义： n新鲜空气将燃烧室中残存的废气清扫到排气管 n新鲜冷空气对燃烧室壁面进行冷却 三、二冲程柴油机的换气过程 扫气压力pk pd--------- Ⅰ自由排气阶段 Ⅱ强制排气 和扫气阶段 Ⅲ过后排气阶段 w二冲程柴油机换气的特点 以弯流扫气为例 二冲程柴油机换气的特点 与四冲程机比较： n换气时间少（120~150℃A） n换气依靠压差进行，由于存在掺混、死角及短路 ，换气质量差 n扫气耗功较多 n气缸容积利用率低（由于气缸下端开有气口） l失效行程h：活塞在下止点位置时的活塞上平面到气口上 边沿的距离 l行程失效系数s：失效行程h与活塞行程S之比，即 自由排气阶 段（B-R） 从排气口(阀)开启点B起到缸内压力与 扫气压力pk相等的点R（进气开始点） 为止的这一阶段，叫做自由排气阶段。

在此阶段中废气主要借缸内与排气管中 的压力差(p-pr)经排气口高速流入排气 管在此阶段根据气缸内外压差是否超 过临界值，也可分为超临界阶段和亚临 界阶段 强制排气和 扫气阶段(R -C) 从进气开始R到活塞经下止点再上行而 在C点关闭扫气口为止的阶段，叫做强 制排气和扫气阶段 在此阶段主要靠新气与缸内废气的压力 差，利用新气清扫废气，把废气从气缸 中强制排出显然，在此阶段内新气与 废气发生掺混，并有部分新气经排气口 排出 过后排气阶 段(C-E) 从扫气口关闭的C点到排气口关闭的E点（压缩 开始点）为止的阶段，叫做过后排气阶段 在此阶段缸内的部分新气将经仍开启着的排气 口排至排气管，因而这是一个损失新气阶段 希望此阶段越短越好 若使它与进气口同时关闭或早于进气口关闭， 则可避免过后排气损失或实现过后充气 四、评定换气过程质量的参数 w残余废气系数r n定义 n降低r值的措施 w充量系数(充气效率) v n定义 n影响因素 w扫气效率s w扫气过量空气系数k w扫气系数S w小结 G0-换气结束后留在气缸内的新鲜空气量； Gs-进气口环境条件下充满气缸工作容积Vs 的理论新鲜空气量； Gk-每一循环流过扫气口的新鲜空气量； Gr-留在气缸内的残余废气量 •作业 定义 充气系数v为换气结束后留在气缸内的新鲜空气 量G0与在进气口环境条件(对非增压四冲程柴油机为大气压力p0 ，温度T0；对于二冲程柴油机为扫气箱扫气压力ps，温度Ts；对于增压柴油机 则为中间空气冷却器后的公共扫气箱压力pk，温度Ts)下充满气缸工 作容积Vs的理论新鲜空气量Gs之比值，即： 显然在大多情况下G0＜Gs，因而v＜l，只有在某些增压柴油机 中，采用良好的增压技术达到G0＞Gs，则v＞l。

四冲程柴油机的v大于二冲程；四冲程增压柴油机的v 大于非增压；二冲程柴油机中直流扫气的v最大 影响因素 w柴油机构造： n主要有进、排气通道的形状，表面状况，通流截面的大小：要使 进、排气通道畅通，流阻下降，排气背压较低，残余废气减少， 可使v提高为此，应选择合理的气口形状和尽可能大的进、排 气阀直径 nS/D是柴油机的一个重要结构参数 l对不同机型的比较：若S/D=常数，则随着S与D的增加，气缸的相对散 热面积F/V下降，则新气进入气缸后与缸壁的热交换减弱，温升减小， 有利于提高v，为此中、大型柴油机的v较高 l当Vs一定而S/D增加时，相应地S增加或D减少，则F/V增加、热交换强 烈(传热路径加长)，残余废气增加，则v下降，对目前发展中的长行程 柴油机不利 w运转条件： l转速对v(∝n2)影响极大，一般存在一个使v 最大的最佳转速 l柴油机负荷增加后，使缸壁温度升高，则v下降 l气缸活塞的冷却条件改变时，也将使v变化 w运转管理质量：促使v下降的原因 wv ∝ξ/f2 当进、排气道及设备污染、阻塞、积炭严重，会使进气阻 力系数ξ增加，流通面积f下降 w进气温度上升 w气阀定时的改变或调整不当时也将影响v 定义 w残余废气系数r 为换气结束后留在气缸内的 残余废气量Gr与换气结束后留在气缸内的新 鲜空气量G0之比值，即： w四冲程柴油机决定r的主要因素是燃烧室扫气 过程，扫气过程进行得越好，废气清除得越 干净，则r 越小。

w通常增压柴油机的r值在0~0.15之间四冲程 增压柴油机的r值最小，甚至为0，二冲程回 流扫气r值较大 降低r值的措施 改善气道形状 改变扫气形式 清洁扫、排气口及其通道，降低排气背压 使排气通畅 加大进、排气阀重叠角，采用燃烧室扫气( 此时有新气流失) 提前打开排气阀(有膨胀功损失) 扫气效率s 扫气效率s是指扫气结束后留在气缸中的新鲜空气量G0与气缸内全部 气体量Ga之比 扫气效率s 与残余废气系数r的关系，由于Ga= G0+Gr 扫气效率s 是衡量扫气效果好坏的重要标志，也表示换气结束时气缸 内新鲜空气的浓度(或干净程度)，主要用于二冲程柴油机 s 越大， 扫气效果越好一般情况下s 小于1，在理想情况下，当r =0时， s =1 s 值最大为1 扫气过量空气系数k又称给气 比 扫气过量空气系数k 表示每一循环流 过扫气口的新鲜空气量Gk(kg)与在进气 状态下充满气缸工作容积的理论空气量 Gs(kg)之比即： 显然，扫气过量空气系数k一般大于1 说明扫气空气消耗的绝对量 扫气系数S 扫气系数S 是指整个循环中流过扫气口的新 鲜空气量Gk(kg)与换气过程结束后，留在气 缸中的新鲜空气量G0之比。

即： 扫气系数S =1.4~2.0视换气形式和增压程 度的不同而不同 说明扫气空气消耗的相对量 小结 换气质量愈高，扫气效率s愈高，残余废气系数 r 愈小，扫气过量空气系数k 愈小，扫气系数 S 愈小换气质量越完善 四冲程柴油机用充气(量)系数v和残余废气系数 r 衡量换气过程进行的完善程度 二冲程柴油机用充气(量)系数v、扫气效率s和 残余废气系数r衡量换气过程进行的完善程度 扫气过量空气系数k主要是评定扫气过程所消耗 的新鲜空气量的多少 作业 w如果柴油机的排气口部分堵塞对柴油机 换气过程有什么不良影响? w四冲程柴油机的换气过程是怎样进行的 ? w按缸内压力变化,二冲程柴油机的换气 过程可分为哪几个阶段?各阶段有什么 特点? two-stroke cycle diesel 四冲程柴油 机four- stroke cycle diesel 。