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1、第五章第五章 换气机构与增气机构与增压第一第一节 柴油机的柴油机的换气气过程（四冲程机）程（四冲程机）第二第二节 柴油机的柴油机的换气机构（气气机构（气阀及气及气阀传动机构）机构）第三第三节 柴油机的增柴油机的增压（废气气涡轮增增压）第四第四节 增增压器的器的检修（修（大大纲不要求不要求）2021/6/41换气气过程的定程的定义从排气从排气过程、程、扫气气过程到程到进气气终止的整止的整个气体更个气体更换过程。程。2021/6/42换气的意气的意义换气气过程程质量直接影响柴油机的量直接影响柴油机的动力性、力性、经济性、可靠性及排气性、可靠性及排气污染，是柴油机染，是柴油机工作工作优劣的先决条件。
2、劣的先决条件。2021/6/43评定定换气气过程好坏的程好坏的标志志 废气排除是否干气排除是否干净 新新鲜空气充入量空气充入量 新新鲜空气消耗量空气消耗量2021/6/44二、四冲程柴油机的二、四冲程柴油机的换气气过程程四冲程柴油机的定时图四冲程柴油机的定时图2021/6/45二、四冲程柴油机的二、四冲程柴油机的换气气过程程换气气过程：程：1)1)自由排气自由排气阶段段2)2)强制排气制排气阶段段3)3)进气气阶段段4)4)气气阀叠开和燃叠开和燃烧室室扫气气四冲程柴油机的定时图四冲程柴油机的定时图2021/6/46自由排自由排气气阶段段I.排气排气阀在下止点前在下止点前3080打开，直到打开，
3、直到下止点后下止点后气缸气缸压力接近排力接近排气管气管压力力为止。由于止。由于废气的排出是在气的排出是在压差的作用下排出，故称差的作用下排出，故称为自由排气自由排气阶段。段。压差排气。差排气。在此在此阶段根据气缸内外段根据气缸内外压差是否超差是否超过临界界值，可分，可分为超超临界界阶段（排气管段（排气管压力与气缸力与气缸压力之比小于力之比小于临界界值（2/（k+1）k/（k-1）和）和亚临界界阶段。段。 II.排气排气阀开启提前角要大，以便使排气开启提前角要大，以便使排气阀在下止点的开度和下止点在下止点的开度和下止点前的前的时面面值足足够大。但也不能太大，大。但也不能太大，若太大将引起膨若太大
4、将引起膨胀功的功的损失失过多多。III.自由排气一般在自由排气一般在BDC后后1030A结束。束。结束愈晚，下一束愈晚，下一阶段活段活塞排气消耗的功愈大塞排气消耗的功愈大。IV.自由排气自由排气阶段段虽然占整个排气然占整个排气时间的比例不大，但由于的比例不大，但由于废气流速气流速很高，排出的很高，排出的废气量占可达气量占可达60%以上以上。2021/6/47强制排气制排气阶段段从自由排气从自由排气结束到排气束到排气阀关关闭这一一阶段段排气排气过程是由程是由活塞的推活塞的推挤造成的，故称造成的，故称为强制排气制排气阶段。段。 当活塞到达上止点后向下运行的初期，由于排气行当活塞到达上止点后向下运行
5、的初期，由于排气行程中形成的高速排气流的程中形成的高速排气流的惯性作用性作用下，下，废气气继续排排出气缸，故称出气缸，故称为惯性排气。性排气。 因此排气因此排气阀在上止点后滞后关在上止点后滞后关闭，一般排气，一般排气迟闭角角为1070(CA)。实现了了过后排气，延后排气，延长了排气了排气时间，增大了气增大了气阀的的时面面值，可使，可使废气排得干气排得干净，排气功，排气功减小，排气流的减小，排气流的惯性得到充分利用。但性得到充分利用。但过大的排气大的排气迟闭角会角会导致致废气倒流，最理想的关气倒流，最理想的关闭角是当角是当废气气从气缸流出的流从气缸流出的流动刚好停止好停止时。2021/6/48进
6、气气阶段段从从进气气阀开启到开启到进气气阀关关闭的的阶段（活塞的抽吸段（活塞的抽吸+进气气流的气气流的惯性）性）进气提前开启角气提前开启角(1040)和和进气延后关气延后关闭角的目的角的目的是是为了尽力吸入新了尽力吸入新鲜空气。空气。进气提前开启角气提前开启角过大会造成大会造成废气倒灌气倒灌进气提前开启角气提前开启角过小小则影响影响进气；气；进气延后关气延后关闭角角过小会影响空气流小会影响空气流动惯性而减小性而减小进气量，气量，进气延后关气延后关闭角角过大大则使新使新鲜空气倒流出气缸并使有效空气倒流出气缸并使有效压缩比减小。比减小。实际进气气时刻：是气缸内刻：是气缸内压力低于力低于进气管气管压
7、力力时才才真正真正进入气缸。非增入气缸。非增压柴油机的柴油机的实际进气气时刻在上刻在上止点后。止点后。2021/6/49气气阀叠开和叠开和燃燃烧室室扫气气气气阀重叠角的定重叠角的定义：在上止点前后，从：在上止点前后，从进气气阀开启到开启到排气排气阀关关闭这段段时间进气气阀和排气和排气阀同同时开启所开启所对应的曲的曲轴转角称角称为气气阀重叠角。一般非增重叠角。一般非增压机机为2050CA，增，增压机机为80140CA燃燃烧室室扫气：在气气：在气阀叠开期叠开期间新新鲜空气空气对燃燃烧室的清室的清扫称称为燃燃烧室室扫气（一般只有增气（一般只有增压四冲程柴油机才能四冲程柴油机才能实现燃燃烧室室扫气气
8、）意意义：I.新新鲜空气将燃空气将燃烧室中残存的室中残存的废气清气清扫到排气管到排气管II.新新鲜冷空气冷空气对燃燃烧室壁面室壁面进行冷却行冷却2021/6/410三、二冲程柴油机的三、二冲程柴油机的换气气过程程扫气气压力力pkpd-自由排气阶段自由排气阶段强制排气强制排气和扫气阶段和扫气阶段过后排气阶段过后排气阶段w二冲程柴油机换气的特点二冲程柴油机换气的特点以弯流扫气为例以弯流扫气为例2021/6/411二冲程柴油机二冲程柴油机换气的特点气的特点与四冲程机比与四冲程机比较：1)换气气时间少（少（120150A）2)换气依靠气依靠压差差进行，由于存在行，由于存在掺混、死角及短路，混、死角及短
9、路，换气气质量差量差3)扫气耗功气耗功较多多4)气缸容气缸容积利用率低（由于气缸下端开有气口）利用率低（由于气缸下端开有气口）I.失效行程失效行程h：活塞在下止点位置：活塞在下止点位置时的活塞上平面到气口上的活塞上平面到气口上边沿的距离。沿的距离。II.行程失效系数行程失效系数 s：失效行程：失效行程h与活塞行程与活塞行程S之比，即之比，即2021/6/412 自由排气自由排气阶段段（B-R） 从从排气口排气口(阀)开启点开启点B起到缸内起到缸内压力与力与扫气气压力力pk相等的点相等的点R（进气开始点）气开始点）为止的止的这一一阶段，叫做自由排气段，叫做自由排气阶段。段。在此在此阶段中段中废气
10、主要借缸内与排气管中气主要借缸内与排气管中的的压力差力差(p-pr)经排气口高速流入排气排气口高速流入排气管。在此管。在此阶段根据气缸内外段根据气缸内外压差是否超差是否超过临界界值，也可分，也可分为超超临界界阶段和段和亚临界界阶段。段。 2021/6/413强制排气和制排气和扫气气阶段段(R-C) 从从进气开始气开始R到活塞到活塞经下止点再上行而下止点再上行而在在C点点关关闭扫气口气口为止的止的阶段，叫做段，叫做强制排气和制排气和扫气气阶段。段。在此在此阶段主要靠新气与缸内段主要靠新气与缸内废气的气的压力力差，利用新气清差，利用新气清扫废气，把气，把废气从气缸气从气缸中中强制排出。制排出。显然
11、，在此然，在此阶段内新气与段内新气与废气气发生生掺混，并有部分新气混，并有部分新气经排气口排气口排出排出 2021/6/414过后排气后排气阶段段(C-E) 从从扫气口关气口关闭的的C点到排气口关点到排气口关闭的的E点（点（压缩开始点）开始点）为止的止的阶段，叫做段，叫做过后后排气排气阶段。段。在此在此阶段缸内的部分新气将段缸内的部分新气将经仍开启着的排气仍开启着的排气口排至排气管，因而口排至排气管，因而这是一个是一个损失新气失新气阶段。段。希望此希望此阶段越短越好。段越短越好。 若使它与若使它与进气口同气口同时关关闭或早于或早于进气口关气口关闭，则可避免可避免过后排气后排气损失或失或实现过后
12、充气后充气。2021/6/415四、四、评定定换气气过程程质量的参数量的参数残余残余废气系数气系数 r定义定义 降低降低 r值的措施值的措施 充量系数充量系数(充气效率充气效率) v 定义定义 影响因素影响因素 扫气效率气效率 s 扫气过量空气系数扫气过量空气系数 k 扫气系数扫气系数 S 小小结G0-换气气结束后留在气缸内的新束后留在气缸内的新鲜空气量空气量；Gs-进气口气口环境条件下充境条件下充满气缸工作容气缸工作容积Vs的理的理论新新鲜空气量空气量；Gk-每一循每一循环流流过扫气口的新气口的新鲜空气量空气量；Gr-留在气缸内的残余留在气缸内的残余废气量气量作业作业2021/6/416定定
13、义 充气系数充气系数 v为换气气结束后留在气缸内的新束后留在气缸内的新鲜空气空气量量G0与在与在进气口气口环境条件境条件(对非增非增压四冲程柴油机四冲程柴油机为大气大气压力力p0，温度，温度T0；对于二冲程柴油机于二冲程柴油机为扫气箱气箱扫气气压力力ps，温度，温度Ts；对于增于增压柴油机柴油机则为中中间空气冷却器后的公共空气冷却器后的公共扫气箱气箱压力力pk，温度，温度Ts)下充下充满气缸工气缸工作容作容积Vs的理的理论新新鲜空气量空气量Gs之比之比值，即：，即：显然在大多情况下然在大多情况下G0Gs，因而，因而 vl，只有在某些增，只有在某些增压柴油机柴油机中，采用良好的增中，采用良好的增
14、压技技术达到达到G0Gs，则 vl。四冲程柴油机的四冲程柴油机的 v大于二冲程；四冲程增大于二冲程；四冲程增压柴油机的柴油机的 v大于非增大于非增压；二冲程柴油机中直流；二冲程柴油机中直流扫气的气的 v最大。最大。2021/6/417影响因素影响因素 1.柴油机构造：柴油机构造：1)主要有主要有进、排气通道的形状，表面状况，通流截面的大小：要使、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、排气通道畅通，流阻下降，排气背通，流阻下降，排气背压较低，残余低，残余废气减少，气减少，可使可使 v提高。提高。为此，此，应选择合理的气口形状和尽可能大的合理的气口形状和尽可能大的进、排、排气
15、气阀直径。直径。2)S/D是柴油机的一个重要是柴油机的一个重要结构参数。构参数。I.对不同机型的比不同机型的比较：若：若S/D=常数，常数，则随着随着S与与D的增加，气缸的相的增加，气缸的相对散散热面面积F/V下降，下降，则新气新气进入气缸后与缸壁的入气缸后与缸壁的热交交换减弱，温升减小，减弱，温升减小，有利于提高有利于提高 v，为此此中、大型柴油机的中、大型柴油机的 v较高高。II.当当Vs一定而一定而S/D增加增加时，相，相应地地S增加或增加或D减少，减少，则F/V增加、增加、热交交换强烈烈(传热路径加路径加长)，残余，残余废气增加，气增加，则 v下降，下降，对目前目前发展中的展中的长行程
16、行程柴油机不利柴油机不利。2.运运转条件：条件：I.转速速对 v(n2)影响极大，一般存在一个使影响极大，一般存在一个使 v 最大的最佳最大的最佳转速。速。II.柴油机柴油机负荷增加后，使缸壁温度升高，荷增加后，使缸壁温度升高，则 v下降。下降。III.气缸活塞的冷却条件改气缸活塞的冷却条件改变时，也将使，也将使 v变化。化。3.运运转管理管理质量：促使量：促使 v下降的原因下降的原因I. v /f2当当进、排气道及、排气道及设备污染、阻塞、染、阻塞、积炭炭严重，会使重，会使进气阻力气阻力系数系数增加，流通面增加，流通面积f下降下降II.进气温度上升气温度上升III.气气阀定定时的改的改变或或
17、调整不当整不当时也将影响也将影响 v 2021/6/418定定义 w残余残余废气系数气系数 r 为换气气结束后留在气缸内的残束后留在气缸内的残余余废气量气量Gr与与换气气结束后留在气缸内的新束后留在气缸内的新鲜空气量空气量G0之比之比值，即：，即：w四冲程柴油机决定四冲程柴油机决定 r的主要因素是燃的主要因素是燃烧室室扫气气过程，程，扫气气过程程进行得越好，行得越好，废气清除得越气清除得越干干净，则 r 越小。越小。w通常增通常增压柴油机的柴油机的 r值在在00.15之之间。四冲程。四冲程增增压柴油机的柴油机的 r值最小，甚至最小，甚至为0，二冲程回，二冲程回流流扫气气 r值较大。大。2021
18、/6/419降低降低 r值的措施的措施 改善气道形状改善气道形状改改变扫气形式气形式清清洁扫、排气口及其通道，降低排气背、排气口及其通道，降低排气背压使排气通使排气通畅加大加大进、排气、排气阀重叠角，采用燃重叠角，采用燃烧室室扫气气(此此时有新气流失有新气流失)。提前打开排气提前打开排气阀(有膨有膨胀功功损失失)2021/6/420扫气效率气效率 s 扫气效率气效率 s是指是指扫气气结束后留在气缸中的新束后留在气缸中的新鲜空气量空气量G0与气缸内全部与气缸内全部气体量气体量Ga之比。之比。扫气效率气效率 s 与残余与残余废气系数气系数 r的关系，由于的关系，由于Ga= G0+Gr扫气效率气效率
19、 s 是衡量是衡量扫气效果好坏的重要气效果好坏的重要标志，也表示志，也表示换气气结束束时气缸气缸内新内新鲜空气的空气的浓度度(或干或干净程度程度)，主要用于二冲程柴油机。，主要用于二冲程柴油机。 s 越大，越大，扫气效果越好。一般情况下气效果越好。一般情况下 s 小于小于1，在理想情况下，当在理想情况下，当 r =0时， s =1。 s 值最大最大为1。 2021/6/421扫气气过量空气系数量空气系数 k又称又称给气比气比扫气气过量空气系数量空气系数 k 表示每一循表示每一循环流流过扫气口的新气口的新鲜空气量空气量Gk(kg)与在与在进气气状状态下充下充满气缸工作容气缸工作容积的理的理论空气
20、量空气量Gs(kg)之比。即：之比。即：显然，然，扫气气过量空气系数量空气系数 k一般大于一般大于1说明明扫气空气消耗的气空气消耗的绝对量量2021/6/422扫气系数气系数 S扫气系数气系数 S 是指整个循是指整个循环中流中流过扫气口的新气口的新鲜空气量空气量Gk(kg)与与换气气过程程结束后，留在气束后，留在气缸中的新缸中的新鲜空气量空气量G0之比。即：之比。即：扫气系数气系数 S =1.42.0。视换气形式和增气形式和增压程程度的不同而不同。度的不同而不同。说明明扫气空气消耗的相气空气消耗的相对量量2021/6/423小小结换气气质量愈高，量愈高，扫气效率气效率 s愈高，残余愈高，残余废
21、气系数气系数 r 愈小，愈小，扫气气过量空气系数量空气系数 k 愈小，愈小，扫气系数气系数 S 愈小。愈小。换气气质量越完善。量越完善。四冲程柴油机用充气四冲程柴油机用充气(量量)系数系数 v和残余和残余废气系数气系数 r 衡量衡量换气气过程程进行的完善程度行的完善程度二冲程柴油机用充气二冲程柴油机用充气(量量)系数系数 v、扫气效率气效率 s和和残余残余废气系数气系数 r衡量衡量换气气过程程进行的完善程度。行的完善程度。扫气气过量空气系数量空气系数 k主要是主要是评定定扫气气过程所消耗程所消耗的新的新鲜空气量的多少。空气量的多少。 2021/6/424作作业1.如果柴油机的排气口部分堵塞如果柴油机的排气口部分堵塞对柴油机柴油机换气气过程有什么不良影响程有什么不良影响?2.四冲程柴油机的四冲程柴油机的换气气过程是怎程是怎样进行的行的?3.按缸内按缸内压力力变化化,二冲程柴油机的二冲程柴油机的换气气过程可分程可分为哪几个哪几个阶段段?各各阶段有什么段有什么特点特点?2021/6/425two-stroke cycle diesel2021/6/426四冲程柴油机四冲程柴油机four-stroke cycle diesel2021/6/4272021/6/428部分资料从网络收集整理而来，供大家参考，感谢您的关注！
