柴油机的换气和增压.doc

柴油机的换气和增压 柴油机从开始排气、扫气到进气结束的整个气体更换过程称为换气过程。换气过程进行的完善，压缩过程开始时残留的废气量就少，寸留在汽缸中的新鲜空气就多，就为燃油的完全、及时燃烧创造了良好的条件。燃油完全、及时的燃烧，不但使柴油机发出更大的功率从而提高其动力性，使柴油机有较高的热效率，提高其经济性，而且完全的燃烧还意味着结碳减少，改善排气的污染，及时的燃烧还以为着较低的循环平均温度，从而提高柴油机的可靠性。因此，换气质量的好坏是柴油机工作优劣的先决条件。 一．四冲程柴油机的换气过程 因为汽缸压力及排气管内压力随曲轴转角的变化而变化；进、排气阀的通流截面积也随曲轴转角的变化而变化，因此，根据气体流动的特点，将换气过程分为几个阶段： ***自由排气阶段： 当排气阀开启时，汽缸压力远远高于排气管压力，排气管压力与汽缸压力之比小于临界值，气体流动为超临界流动，汽缸内废气以音速流过排气阀最小截面处。汽缸压力迅速下降，排气管压力升高。当排气管压力与汽缸压力之比大于临界压比时，气体流动转入亚音速流动阶段。到某一时刻，汽缸压力接近于排气管压力时，自由排气阶段即告结束。 ***强制排气阶段： 活塞上行将汽缸内的废气强制推挤入排气管的阶段，即为强制排气阶段。由于排气阀延迟关闭，此阶段的末尾可利用排气管中废气的流动惯性把汽缸内的废气继续吸出。 ***进气过程： 进气阀提前开启，汽缸中的废气压力低于进气压力时开始进气。进气流具有一定的惯性。进气阀滞后关闭可使气体的动能转化为压力能，使进气终了时汽缸压力接近或略高于进气管压力。 ***气阀叠开和燃烧室扫气过程： 在气阀叠开期间，进气管、燃烧室和排气管连通起来，当进气管中压力比排气管压力高时，新鲜空气进入汽缸并驱赶残留在燃烧室的废气一并进入排气管。这样，既有利于清扫残余废气、增加新鲜空气量，又有利于降低燃烧室部件冷却液难以冷却到的高温壁面的温度。但是，应该指出：气阀叠开角并不是大的就好，因为进气阀开启过早会造成废气倒冲入进气管；排气阀关闭过迟，过量的扫气空气会降低涡轮前排气温度，减少增压器涡轮获得的可用能。***在换气过程中，新鲜空气与废气是不相掺混的。因此，四冲程柴油机的换气质量高。 而。二冲程柴油机的换气过程 根据二冲程柴油机汽缸内气体变化的特点，可将换气过程分为三个主要阶段。 ***第一阶段（自由排气阶段）： 在膨胀冲程的末尾，下行的活塞把排气口打开，此时汽缸内的压力比排气管中的压力高得多，汽缸内压力与排气管压力之比值小于临界值，废气以临界速度流出排气口进入排气管。超临界流动持续到该比值等于临界值。此后废气以亚临界速度自由排出汽缸。当汽缸内压力约等于扫气箱空气压力时，自由排气阶段结束。注意：扫气口刚打开时，汽缸压力仍略高于扫气压力，但因压差不大而时间又很短，因此，倒流可以忽略。如果排气不畅、排气阀开启正时偏迟，废气倒冲就会很严重，甚至可能引起扫气箱着火。 ***第二阶段（强制排气和扫气阶段）： 该阶段开始时，由于扫气口开度小，排气口已开得很大，汽缸中的废气正以很高的速度进入排气管，汽缸内的压力继续迅速降低。由于废气流的惯性作用，汽缸内压力进一步降低。然后，随着扫气口开度的增加，新鲜空气大量进入，汽缸中压力逐渐升高。在扫气口关闭而结束此阶段前，汽缸内压力趋于稳定。在本阶段中，主要是利用扫气空气进入汽缸把汽缸内的废气排挤出去，因此称为强制排气及扫气阶段。 ***第三阶段（过后排气阶段）： 活塞上行先关闭扫气口。此时，汽缸中的残余废气掺混部分新鲜空气经由仍然开启的排气口继续进入排气管，直到排气口（或阀）关闭，汽缸内开始进行压缩过程。 ******二冲程柴油机换气的持续时间约为120~150度曲柄转角。四冲程柴油机实现换气过程所占时间则相当于400~500度曲柄转角。如果转速相同，则二冲程柴油机的换气时间只有四冲程柴油机换气时间的1/3。因此，讹传齿唇音机进行比较完善的换气比较困难，高、中速柴油机尤其困难。 三。时面值、角面值 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来衡量的。它不仅考虑了气口或气阀开启面积的大小，同时还考虑了开启时间的长短。 角面值表示气口或气阀的通流能力。对于给定的柴油机它是一个定值，它的大小与柴油机的转速无关。 注：关于时面值、角面值的详细资料及相关的计算公式、符号均在《船舶柴油机》教材P61。 四。充七系数 在进气过程结束后，由于存在流动阻力，汽缸内压力低于进气管处压力，同时由于壁面对吸入空气的加热，进气与残留在汽缸中废气的混合以及进气动能部分转变为热能等原因，汽缸内进气温度比进气管处空气的温度高。因此，如果把吸进汽缸内的新鲜空气体积换算成进气管状态的体积，该换算体积将