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第四章 换气与增压 第一节:柴油机的换气过程 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:柴油机废气涡轮增压系统 第六节:增压系统的维护管理及故障排除 第一节 柴油机的换气过程 一、气阀与气口的角面值和时面值 d = dt 衡量一次换气过程中各个阶段气口或气阀的 流通能力是看它们的时面值。 角面值:它表示气口或气阀的流通能力,是 个定值,大小与转速无关 一节 n 30 角面值时面值 二、四冲程柴油机换气过程 (三个阶段) 1)自由排气阶段 2)强制排气阶段 3)进气阶段 2.气阀叠开和 燃烧室扫气 排气冲程进气冲程 自由排气 强制排气 亚临界超临界 气阀重叠 气缸压力 排气阀开 排气阀关 排气管内的压力 下止点 上止点 1 2 3 4 下止点 三、二冲程柴油机换气过程 1.二冲程机换气特点: (1)用于换气的时间远少于四冲程机。 (2)是依靠进、排气口之间的压差,用新鲜 空气驱赶废气的方式,进、排同时进行。 (3)扫气所需气体压差较大,所消耗的功及 空气耗量较大。 (4)气缸容积不能充分利用。 2.二冲程柴油机的换气过程: 第一阶段: 自由排气(B-R) 第二阶段: 强制排气和扫气 (R-C) 第三阶段: 过后排气阶段(C-E) p B D R P C E 排气口开 扫气口开 下死点 扫气口关 排气口 压缩 膨胀 四、评定换气过程质量的参数 1.残余废气系数:rr 换气过程结束时,缸内残余废气量与新鲜空 气的比值。 2.充气系数(效率)v 换气过程结束时充入气缸的实际空气量G0与 在进气状态下充满气缸工作容积Vh的理论空 气量Gh之比值。 3.扫气效率、扫气系数、扫气过量空气 系数 凸轮轴正 时齿轮 一、 气阀机构 气阀机构工作条件恶劣 ,图为排气阀的烧损 气阀与阀座面的配合:三种 全接触式外接触式内接触式 中速大功率柴油机排气阀 不带阀壳式带阀壳式 二、气阀传动机构 机械式气阀传动机构液压式气阀传动机构 液压式气阀驱动机构 三、凸轮轴及传动机构 1.凸轮轴: 大功率四冲程柴油机凸轮轴 2.凸轮轴传动机构: 齿轮转动机构 链传动机构 凸轮轴链轮 曲轴链轮张紧轮 四、换气机构的故障和管理 1.气阀机构的故障。 (1)阀面与阀座磨损和腐蚀。 (2)阀面与阀座烧损。 (3)阀杆卡紧。 (4)阀杆和阀头断裂。 (5)气阀弹簧断裂。 (6)阀壳产生裂纹。 套管 气阀 弹簧 阀座 2.气阀间隙测量和调整、 气阀间隙的作用 是使柴油机在运 转时气阀机构受 热后有膨胀的余 地。 气阀正时的检查: 一、柴油机增压概述 增压:即提高气缸进气压力,使进入气缸的空气 密度增加,从而可以增加喷入气缸的燃油量,以 提高柴油机的功率。 增压的三种形式: (1)机械增压:增压器由柴油机直接驱动。 (2)废气涡轮增压:利用柴油机排出的废气吹 动涡轮机,由涡轮机带动增压器。(高) (3)复合增压:既涡轮、机械增压同时使用。 (低) 二、废气能量分析 :为废气总的可用能,也可看成有 以下两部分E1和E2组成。 E1废气由压力Pb膨胀到PT 所发出的能,称为脉冲能。 即:(b-4-e-b) E2废气由压力PT 膨胀到P0的能,称为 ,定压能, (g-e-f-i-g) 1 2 34 b e e 5 Vb i Po PT g E2 E1 b-e-i-g-4-b 四冲程等压涡轮柴油机废气能量 三、废气涡轮增压的两种形式 1.定压涡轮增压: 特点:排气支管连接到一根总管上,涡轮前 排气管压力基本上是恒定的,只利用了废气 的定压能,而脉冲能基本都损失掉了。 2.脉冲涡轮增压: 特点:排气管经过分组直接与涡轮相连,排 气管细而短,涡轮前的压力是波动的,它利 用了脉冲能并能较好的利用定压能。 分组原则: 3.两种增压方式的比较 (1)废气能量的利用。 (2)涡轮的工作性能。 (3)增压系统的布置。 (4)管理上的要求。 (5)柴油机的加速性能及低负荷性 能。 1.脉冲转换增压: 排气支管和废气涡轮之间设脉冲转换器,即有 效的利用脉冲能,又能使涡轮的进气压力稳定 和流量连续,可提高涡轮效率。 2.多脉冲增压: 是将多根排气支管连接到一个多进口的多脉冲 转换器上。 3.单脉冲增压: 与定压增压相似,但气管细且带有引射喷管。 四、其它增压形式 一、废气涡轮增压器的构造 它是由废气涡轮和压气机两部分组成: 涡轮增压器实体解剖图 工作叶轮及安装 叶片扩压器叶轮组 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 2.单级轴流式涡轮机的基本 工作原理: 三、离心式压气机的工作特性及 喘振机理 当压气机工况变化时,在不同转速下压 气机的排出压力和效率随空气流量的变 化规律被称为离心式压气机的特性。表 示这种特性的曲线叫压气机的特性曲线 。 喘振:是由于流量小于设计值很多时叶轮 进口和扩压器叶片内产生强烈的气流分 离引起的震动。 空气在工作论叶片前缘附近的流动情况 一、单独增压系统 此增压系统只是 依靠柴油机排气所 提供的能量来工作 而不设其它辅助增 压设备。 电动应急 鼓风机 二、复合增压系统 1.串联增压器: 2.串联旁通增压: 3.并联增压系统: 一、增压系统的维护管理 废气涡轮增压器工作的主要特点是: 转子转速高,气流流速高,涡轮工作温度高 1.增压器的日常管理: (1)运行中应测量和记录各主要运行参数。 (2)倾听有无异常声响,运转是否平稳。(3 )注意转子轴承润滑。 (4)停用时间较长时,应转动转子轴,放弯曲 (5)拆装时,应注意间隙及相对位置。 2.废气涡轮增压器的清洗: 二、增压系统故障及排除 1.轴承烧损。 2.增压器强烈震动。 3.增压压力下降。 4.增压压力升高。 5.轴承箱中滑油很快变黑和漏失。
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