第四章换气与增压换气过程：从排气过程、扫气过程到进气终止换气过程：从排气过程、扫气过程到进气终止的整个气体更换过程的整个气体更换过程影响：柴油机的动力性、经济性、可靠性及排影响：柴油机的动力性、经济性、可靠性及排气污染气污染角面值：气阀、气口流通面积随曲轴转角而变角面值：气阀、气口流通面积随曲轴转角而变化的曲线与横坐标轴化的曲线与横坐标轴 所包围的面积。既定柴所包围的面积。既定柴油机为定值油机为定值时面值：气阀、气口流通面积随曲轴转角而变时面值：气阀、气口流通面积随曲轴转角而变化的曲线与横坐标轴化的曲线与横坐标轴t t所包围的面积。随转速所包围的面积。随转速升高而减小升高而减小第一节 换气过程与换气质量的评定一、四冲程柴油机的换气过程一、四冲程柴油机的换气过程1 1换气过程换气过程1)1)自由排气阶段自由排气阶段free exhaustfree exhaust（1 1）排气阀在下止点前打开开始至下止点后）排气阀在下止点前打开开始至下止点后（10103030。CACA）气缸压力接近排气管压力为）气缸压力接近排气管压力为止止（2 2）压差自由排气缸内与排气管始终存在）压差自由排气缸内与排气管始终存在较大的压差较大的压差（3 3）先后两个阶段：）先后两个阶段：超临界废气以当超临界废气以当地音速排出气缸；地音速排出气缸；亚临界排气管压亚临界排气管压力与气缸压力之比大于临界值，小于音力与气缸压力之比大于临界值，小于音速排出气体速排出气体（4 4）排气阀开启提前角要足够大以排尽废）排气阀开启提前角要足够大以排尽废气多进新气，但如太大会使膨胀功损失气多进新气，但如太大会使膨胀功损失增大，膨胀功减小，排气功减小增大，膨胀功减小，排气功减小（5 5）排气管内压力波振幅比进气管内大）排气管内压力波振幅比进气管内大2)2)强制排气阶段强制排气阶段compulsive exhaustcompulsive exhaust（1 1）自由排气结束开始到排气阀关闭为止）自由排气结束开始到排气阀关闭为止（2 2）活塞推挤强制排气）活塞推挤强制排气（3 3）排气阀在上止点后滞后关闭，如延后关）排气阀在上止点后滞后关闭，如延后关闭角太大会使排烟管中废气又被吸入气缸闭角太大会使排烟管中废气又被吸入气缸 3)3)进气阶段进气阶段scavenge or intakescavenge or intake（1 1）理论上自进气阀开启点开始到进气阀）理论上自进气阀开启点开始到进气阀关闭为止，实际自缸内压力低于进气管关闭为止，实际自缸内压力低于进气管压力时开始（非增压机上止点后）压力时开始（非增压机上止点后）（2 2）进气阀开启时刻对排气惯性有影响；）进气阀开启时刻对排气惯性有影响；关闭时刻对进气惯性作用有影响关闭时刻对进气惯性作用有影响（3 3）进气阀开启提前角太大易产生废气倒）进气阀开启提前角太大易产生废气倒灌；进气阀关闭滞后角太大易产生新鲜灌；进气阀关闭滞后角太大易产生新鲜空气倒流并减小有效压缩比空气倒流并减小有效压缩比2 2气阀叠开与燃烧室扫气气阀叠开与燃烧室扫气1 1）燃烧室扫气：气阀叠开期间新鲜空气对燃烧）燃烧室扫气：气阀叠开期间新鲜空气对燃烧室的清扫室的清扫2 2）四冲程机换气质量较高）四冲程机换气质量较高3 3）高增压机定时变化：排气阀提前角增大，滞）高增压机定时变化：排气阀提前角增大，滞后角增大，气阀重叠角增大，喷油提前角减后角增大，气阀重叠角增大，喷油提前角减小小二、二冲程柴油机的换气过程二、二冲程柴油机的换气过程1 1换气过程换气过程1 1）自由排气阶段）自由排气阶段（1 1）排气口（阀）开启到开始进气点（缸内压力与）排气口（阀）开启到开始进气点（缸内压力与扫气压力相等）止，并非到扫气口开止（此时缸内扫气压力相等）止，并非到扫气口开止（此时缸内压力高于扫气压力）压力高于扫气压力）（2 2）借助于缸内与排气管中的压差自由排气）借助于缸内与排气管中的压差自由排气2 2）强制排气与扫气阶段）强制排气与扫气阶段（1 1）自缸内压力与扫气压力相等至扫气口关闭止）自缸内压力与扫气压力相等至扫气口关闭止（2 2）依靠扫气与缸内压差和缸内与排气管压差强制）依靠扫气与缸内压差和缸内与排气管压差强制排气排气3 3）过后排气阶段）过后排气阶段（1 1）扫气口关闭到排气口（阀）关闭止）扫气口关闭到排气口（阀）关闭止（2 2）越短越好）越短越好（3 3）排气口（阀）与扫气口同时关闭或提）排气口（阀）与扫气口同时关闭或提前关闭可避免过后排气或实现过后充气前关闭可避免过后排气或实现过后充气2 2换气特点换气特点1 1）换气时间短）换气时间短2 2）进气与排气同时进行且易掺混，换气结）进气与排气同时进行且易掺混，换气结束残留废气较多束残留废气较多3 3）换气过程中所消耗的功、空气量较多）换气过程中所消耗的功、空气量较多4 4）存在失效行程）存在失效行程（1 1）有效压缩比）有效压缩比 e e：活塞上行扫排气口：活塞上行扫排气口全部遮住或进气阀完全关闭时的全部遮住或进气阀完全关闭时的V Va a与与V Vc c之之比比（2 2）二冲程机）二冲程机 e e =1+(1-=1+(1- s s)V)Vs sV Vc c s s = =气口高度气口高度行程行程, ,称为行程失效系数，气称为行程失效系数，气口高度为活塞在下止点时其上平面到气口高度为活塞在下止点时其上平面到气口上边沿的距离，二冲程弯流扫气柴油口上边沿的距离，二冲程弯流扫气柴油机最大机最大三、评定换气质量的参数1 1、残余废气系数、残余废气系数1 1）定义：换气过程结束时，缸内残存的废）定义：换气过程结束时，缸内残存的废气量气量GrGr与充入气缸的新鲜空气量与充入气缸的新鲜空气量G G0 0之比，之比，即即r rr r2 2）意义：越小说明换气越彻底，因此越小）意义：越小说明换气越彻底，因此越小越好，理想为零越好，理想为零2.2.充量系数充量系数( (充气效率充气效率) ) c c1 1）定义：每一工作循环进入气缸的实际充）定义：每一工作循环进入气缸的实际充气量气量G G0 0与在进气状态与在进气状态p p0 0、T T0 0( (二冲程机为扫二冲程机为扫气压力气压力p ps s、扫气温度、扫气温度T Ts s，增压机为，增压机为p pk k、T Tk k）下能充满气缸工作容积）下能充满气缸工作容积V Vs s的理论充气量的理论充气量G Gs s的比值，的比值，即即 c cG G0 0/G/Gs s2 2）意义：表征换气过程完善程度的指标。）意义：表征换气过程完善程度的指标。通常均小于通常均小于1 1，在理想状态下可能大于，在理想状态下可能大于1 1，二冲程直流扫气机相对大二冲程直流扫气机相对大3 3）影响充量系数）影响充量系数 c c的因素的因素（1 1）影响因素：进气终点压力、温度、）影响因素：进气终点压力、温度、 r r（压缩比无实际意义）（压缩比无实际意义）（2 2）影响）影响气阀流通面积不足、进气系统脏污时，气阀流通面积不足、进气系统脏污时，因进气压力降增大而使充量系数显著降低因进气压力降增大而使充量系数显著降低转速升高、负荷增大、气缸过热、冷却转速升高、负荷增大、气缸过热、冷却不良及残余废气过多时，会导致进气温度不良及残余废气过多时，会导致进气温度升高、密度下降、进气量减少，充量系数升高、密度下降、进气量减少，充量系数降低降低4 4）提高措施：提高增压压力、增大进气阀）提高措施：提高增压压力、增大进气阀（口）流道面积、增大排气阀开启提前（口）流道面积、增大排气阀开启提前角、增大气缸尺寸角、增大气缸尺寸3 3扫气效率扫气效率ss、扫气系数、扫气系数ss、给气比、给气比(扫气扫气过量空气系数过量空气系数) )1 1）评价二冲程柴油机换气质量的指标）评价二冲程柴油机换气质量的指标2 2） s s（1 1）定义：换气过程结束后，气缸内的新鲜空气）定义：换气过程结束后，气缸内的新鲜空气量量G G0 0与气缸内全部气体量与气缸内全部气体量G Ga a之比之比（2 2）意义：衡量扫气干净程度的指标；）意义：衡量扫气干净程度的指标；ss愈大，愈大，标志着扫气愈干净。标志着扫气愈干净。ss的极限值是的极限值是1 13 3）ss（1 1）定义：在一个循环中通过扫气）定义：在一个循环中通过扫气口的全部扫气空气量口的全部扫气空气量G Gk k与换气过程与换气过程结束后留在气缸中的新鲜空气量结束后留在气缸中的新鲜空气量G G0 0之比，即之比，即ssk k/ /（2 2）意义：说明扫气空气消耗的相）意义：说明扫气空气消耗的相对量对量4 4）给气比）给气比（1 1）定义：每循环通过扫气口的新鲜空气）定义：每循环通过扫气口的新鲜空气量量G Gk k与在进气状态下与在进气状态下(p(ps s、T Ts s) )充满气缸工充满气缸工作容积作容积V Vs s的理论空气量的理论空气量G Gs s之比，即之比，即G Gk k/G/Gs s（2 2）意义：说明扫气空气消耗的绝对量）意义：说明扫气空气消耗的绝对量5 5）s s愈高，愈高， s s和和愈小，扫气质量愈高，愈小，扫气质量愈高，换气系统愈完善。一般换气系统愈完善。一般 s s 1.41.42.02.0， 1.01.01.31.3