柴油机的换气与增压节
第3章 柴油机的基本结构及部件
3.汽缸套外圆须精磨，汽缸体上的孔须珩磨。
缸套的润滑和冷却
润滑
飞溅润滑 注油润滑
冷却
闭式淡水循环冷却。冷却水由冷却水空间 的最低处进入，由最高处排出，以确保冷 却水充满冷却空间，避免形成气囊。
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气 缸 实例
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活 塞
作用
活塞的分类
活塞的结构 活塞的冷却
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作
用
和汽缸盖、汽缸一起形成燃烧室
曲柄的排列（1）
各缸发火间隔角应相等，以使柴油机动力输出均 匀。各缸发火间隔角应等于完成一个工作循环所 需要的曲轴转角度数除以气缸数目所得的商。因 此二冲程柴油机相邻发火的两个缸的曲柄夹角为 360o/i，四冲程柴油机为720o/i（i为柴油机气 缸数）。
应尽量避免相邻气缸连续发火，以减轻相邻气缸 间的主轴承负荷。
第三章 柴油机的基本结构及部件
第一节 机架、机座和贯穿螺栓
第二节 燃烧室部件 第三节 曲柄连杆机构 第四节 喷油设备 第五节 换气机构及增压
基本结构图1
基本结构图2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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第一节 机座、机架和贯穿螺栓
机座 bedplate
机架 frame
贯穿螺栓
机 座
作用:
承担全机重量 承受气体力、惯性力与安装预紧力 集中与贮存滑油并形成密闭空间 安放曲轴，并留有曲柄回转空间。对基座的 基本要求是要有足够的刚度。
将气体产生得推力传给连杆
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活塞的分类
十字头式活塞
适用于二冲程柴油机
车辆工程_换气过程
第三节 减少进气系统的阻力
局部阻力 管 道 摩 擦 阻 力
一、减小进气门处的流动损失
Δp = λ
ρv
2
2
2、进气马赫数 Ma
vm Ma = c
须限制进气马赫数。
3、气门直径和气门数
4、气门升程
气门流通截面积随气门升程的增大而增加。
5、减少气门处的流动损失
二、进气道和进气管
足够的流通截面和光滑壁面
三、影响充量系数的主要因素
配气定时
进气加热 流动损失
1、进气终了的压力 pa
影响因素：
¾ 管路的流动阻力 ¾ 管路的压力波动
克服进气系统流动阻力的压力降
pa = ps − Δpa
Δpa = λ
ρv
2
2
式中：λ为管道阻力系 数，ρ为进气状态下气体 密度（kg / m3 ），v为进 气平均流速（m / s）。
气门叠开期间，若排气管压力高于进气 管压力，可能会出现废气倒流现象，反而使 缸内残余废气量增多。
（1）汽油机的气门叠开角 回火
自然吸气汽油机的 气门叠开角最小。
（2）自然吸气柴油机
新鲜充量为空气。 自然吸气柴油机的气门叠开角较大。
（3）增压柴油机
增压柴油机的 气 门叠开角最大。
二、换气损失和泵气损失
理论循环与实际循环的换气功之差。
由排气损失和进气损失两部分组成。
1、排气损失
¾W：自由排气损失
转速对排气损失的影响
转速越高,排气损失越大。
随转速升高，最佳排气提前角增大。
2、进气损失
进气损失与排气损失相比较小， 但对发动机性能影响却很大。
¾Y：进气损失
3、换气损失和泵气损失
1换气过程
2021/4/9
10
⑵进气过程
指从进气阀开始开启到进气阀完全关 闭为止。也可分为三个阶段。
①准备阶段；②主要进气阶段；③补 充进气阶段
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三、二冲程柴油机的换气过程
二冲程柴油机的换气过程是指从排气 口（或排气阀）打开时起至排气口（或排 气阀）完全关闭时止，新鲜空气充入气缸 和废气排出气缸的过程。
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三、二冲程柴油机的换气过程
三个阶段： ⑴自由排气阶段 ⑵强制排气（扫气）阶段 ⑶过后排气（过后充气）阶段
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二冲程柴油机的换气过程
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四、换气过程的评定指标
换气过程的评定指标主要有：充气系 数、残余废气系数 、扫气效率 、扫气系 数 、扫气过量空气系数等。
充入气缸的新鲜空气量愈多愈好；消耗的功及
流失的空气量要少。
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第一节 柴油机换气过程
一、时面值与角面值 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、换气过程的评定指标 五、影响换气过程的主要因素
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3
一、时面图与时面值
f dt
若画出气阀或气口的开启面积f 随时间t
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一、时面图与时面值
时面值表征了气阀或气口的流通能力。 因此，保证柴油机的换气品质的关键之一 就是保证柴油机气阀或气口有足够的时面 值。
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二、四冲程柴油机的换气过程
⑴排气过程 ⑵进气过程
柴油机工作原理(简单版)PPT课件
Compression ratio
14.05.2020
1 Va VcVs
VS
Vc . Vc
VC
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ε 压缩比 (Compression ratio)
1.经济性： ε 经济性提高， ε﹥12 对经济性影响
柴油机动力装置 蒸0
螺旋桨
传.动轴系
5
功率： 70000KW L：25M H：13M B：7M
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.
6
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.
7
燃气轮机工作原理
❖ gas turbine engine
14.05.2020
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蒸汽轮机工作原理
❖ Steam turbine engine
最近时的位置。 ❖ 5 冲程(Stroke)：又称行程。活塞在上、下止点间的运行距离。
它等于曲柄回转半径的两倍，即S＝2R。 ❖ 6 压缩室容积Vc：活塞位于上止点时，活塞顶与气缸盖底面之
间的气缸容积，又称燃烧室容积。 ❖ 7 气缸工作容积Vs：活塞从上止点到下止点所扫过的气缸容积。 ❖ 8 气缸总容积Va：活塞位于下止点时，活塞顶以上的全部气缸
D．存气容积
29期 1． 在内燃机中柴油机的本质特征是：
A ．用柴油做燃 B．外部混合 C．内部燃烧 30期 1.不同机型压缩比的大小,一般地说：
√D．压缩发火
A. 增压度越高,压缩比越大
B. 小型高速机的压缩比较低速机的小
√C. 现代新型低速柴油机的压缩比越来越大
D. 二冲程柴油机比四冲程机压缩比大
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1-2第二节 柴油机的基本工作原理
第二节 柴油机的基本工作原理柴油机是以柴油作燃料的压燃式内燃机。
工作时，空气在气缸内被压缩而产生高温，使喷入的柴油自行着火燃烧，产生高温、高压的燃气，燃气膨胀推动活塞作功，将热能转变为机械功。
柴油机的工作循环由进气、压缩、喷油着火燃烧、膨胀作功和排气等过程组成。
这些过程可以由四冲程柴油机来实现，也可由二冲程柴油机来实现。
一、四冲程柴油机（非增压）的工作原理图1-2-1所示是四冲程柴油机的基本结构图。
工作时活塞作往复直线运动，曲轴作旋转运动。
活塞改变运动方向瞬时的位置称止点（死点），止点处的活塞瞬时运动速度为零。
离曲轴中心最远时的止点称上止点（T.D.C.），最近时的止点称下止点（B.D.C.）。
曲柄销中心与主轴颈中心之间的距离称曲柄半径R 。
连杆大、小端中心间的距离称连杆长度L 。
上、下止点间的距离称活塞行程（冲程）S 。
活塞行程等于曲柄半径的两倍，即S =2R 。
活塞在上、下止点间移动所扫过的容积称气缸工作容积V S 。
S D V s ⋅=24π （1-2-1） 式中，D 为气缸直径（缸径）。
活塞位于上止点时活塞顶与气缸盖之间的气缸容积，称燃烧室容积（压缩室容积、余隙容积）V c 。
气缸总容积V a 与燃烧室容积之比称压缩比ε。
c s c c s c a V V V V VV V +=+==1ε （1-2-2） 显然压缩比是一个几何概念，它与柴油机的转速无关。
用四个行程（曲轴回转两转）完成一个工作循环的柴油机称四冲程柴油机。
图1-2-2是四冲程柴油机的工作原理简图。
图的上部表示四个行程中活塞、连杆、曲轴及气阀的相对位置。
图的下部表示相对应的气缸内气体压力随气缸容积的变化情况，称p-V 示功图。
1．进气行程活塞从上止点下行，进气阀打开。
由于活塞下行的抽吸作用，新鲜空气充入气缸。
为了能充入更多的空气，进气阀一般在上止点前提前开启（曲柄位于点1），在下止点后延迟关闭（曲柄位于点2），气阀开启的延续角（图中阴影线部分）约为220˚～250˚CA 。
柴油机的增压
柴油机的增压（一）增压的目的增压技术是提高柴油机功率最有效的措施之一，目前已广泛应用于船舶柴油机上。
pVnmi,eh根据： P, e60000可知，有效功率只与平均有效压力、气缸工作容积、柴油机转速、冲程系数及PpVnmeeh气缸数i等参数有关，故提高柴油机功率的措施，可以归纳为三个方面。
1．增加工作容积加大DiS、和，均能增加气缸工作容积，但这一措施会加大柴油机总重量和总尺寸，使造价增加，并给维修工作带来困难。
2．增加单位时间内的工作循环次数提高（或活塞平均速度）和采用二冲程柴油机（使=1），皆可增加单位时间内的工Cnmm作循环次数，但是，此措施会导致柴油机机械负荷和热负荷的增大，充气系数和机械效率,,vm的下降，使燃油燃烧恶化，影响柴油机工作可靠性和使用寿命。
3．提高平均有效压力P e由可知，要提高可通过提高机械效率或者提高平均指示压力来达到，P,P,,P,Peimemi但的变化范围很小，从减少机械损失来提高是有限的，所以的提高主要是依靠提高。
,,PPmmei由燃烧理论得知，增加每一工作循环的喷油量，能提高，但必须相应地增加气缸充气量，Pi以确保燃油完全燃烧。
在气缸容积不变的条件下，欲增加气缸充气量，必须增加进气密度，即先将空气进行压缩，然后使之进入气缸。
所谓增压，就是指通过提高柴油机进气压力来增加气缸的充气量。
这样，可以相应地增加喷入气缸的燃油量，提高柴油机平均有效压力，从而有效地提高柴油机功率。
（二）中冷的作用中冷即将经压缩的空气，在进入气缸前进行中间冷却，以降低进气温度，增大进气密度。
中冷配合增压，可进一步增大气缸充气量。
中冷器（即增压空气中间冷却器）往往以舷外水作为冷却介质。
提高进气压力的方法一般是用空气压缩机来完成。
通常把这一设备称为增压器，而把实现增压所设置的成套附件及管路系统称为增压系统。
根据驱动增压器不同的能量来源，增压系统通常可分为三类。
（一）机械增压系统增压器由柴油机直接驱动的增压系统称为机械增压系统。
柴油机工作基本知识(简单版)
蒸汽动力装置
主 柴 油 机
舵
2020年8月10日6时17分
螺旋桨
传动轴系
5
功率： 70000KW L：25M H：13M B：7M
2020年8月10日6时17分
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2020年8月10日6时17分
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燃气轮机工作原理
❖ gas turbine engine
2020年8月10日6时17分
32期 1.柴油机压缩比不能过低，其下限应能保证：
A ．压缩终了时气缸内空气温度应高于柴油的自燃点
√B．冷车起动可靠与低负荷运转稳定
C．最高爆发压力正常
D．燃烧室有足够的油气混合空间
34期 1. 通常,高速柴油机的压缩比一般比低速机的大些,其主要原因是
A. 经济性要求 √B. 起动性能要求 C. 结构特点 D. A+B
12－22
汽油机 汽油 混合气（油+气） 气缸外混合（雾化器） 电火花塞点燃 0.15－0.40 无喷油器 6－10
2020年8月10日6时17分
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二、柴油机的基本结构参数
❖ 1 气缸直径(Bore):汽缸内径，简称缸径D。 ❖ 2 曲柄半径(Crank Radius) ❖ 3 上止点(TDC)：活塞在气缸中运动到最上端，即离曲轴中心线
A、名义压缩比 B、几何压缩比 √C、有效压缩比 D、行程失效系数 45期 1.关于活塞行程的错误认识是_______.
A.活塞在上下止点间的运行距离
B.等于曲柄半径的两倍
C.等于主轴颈中心线到曲柄销中心线距离的两倍
D√ .等于主轴颈中心线到曲柄销中心线间距离
2020年8月10日6时17分
第二节 柴油机工作原理
1 k 1
t
k1 1k 1
式中： ε——压缩比 λ——压力升高比 ρ——初期膨胀比 ｋ——工质绝热指数
2、柴油机实际循环
5
1 工质的影响
工质的成分变化；工质比热的变化； 工质的高温分解；工质分子数的变化
2 气缸壁的传热损失
3 换气损失
4 燃烧损失 5 泄漏损失
18
二冲程与四冲程柴油机的比较
优点：
• 二冲程柴油机的工作循环比四冲程机多一倍，热负荷高；
• 二台气缸尺寸与转速相同的柴油机，理论上二冲程机是四冲程机的两倍，
实际为1.6～1.8倍。
• 二冲程柴油机比四冲程机回转均匀，可使用较小的飞轮。
• 二冲程柴油机的换气机构较简单，便于维修保养。
缺点：
• 二冲程换气质量差，重叠角大约为80～ 100，四冲程约为25～ 60；热效
• 喷油提前角减小，因为增压后．燃油燃烧 滞燃期缩短。减小喷油提前角可防止柴油 机了作粗暴。
SUCCESS
THANK YOU
2020/2/10
存在漏气损失(FGEC)。
半回流式扫气系统
25
• 扫气口位于排气 口的下方及两侧。
• 介于回流与横流 这间的一种扫气 形式
• 各种弯流扫气中 效果最好的一种 型式
26
27
五、 柴油机的增压
• 用增加进气压力来提高功率的方法称为柴 油机的增压
28
柴油机的增压
二冲程柴油机增压的特点 二冲程废气涡轮增压柴油机增压空气是
三、二冲程柴油机工作原理 12
三、二冲程柴油机工作原理 13
?什么叫做二冲程柴油机 若柴油机工作循环的五个过程是通过二个 行程（曲轴转360度）来实现，这种柴油机 叫做二冲程柴油机
柴油机工作原理
（5）排气管内压力波振幅比进气管内大
2)强制排气阶段
（1）自由排气结束开始到排气阀关闭为止
（2）活塞推挤强制排气
（3）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
3)进气阶段
四、柴油机的换气过程
1四冲程柴油机的换气过程
1)自由排气阶段
（1）排气阀在下止点前打开开始至下止点 后（10－30。CA）气缸压力接近排气管压 力为止
（2）压差自由排气－缸内与排气管始终存 在较大的压差
（3）先后两个阶段：超临界－废气以当 地音速排出气缸；亚临界－排气管压 力与气缸压力之比大于临界值，小于音 速排出气体
的时刻。 b气阀正时圆图：用曲轴转角表示气阀正时的圆
图。 c进气提前角 d进气滞后角 e排气提前角 f排气滞后角
TDC
7
8ψ4
6
ψ1 1
2 ψ2
ψ3
5
BDC 1-Inlet valve opens 2-Inlet valve closes 5-Exhaust valve opens 6-Exhaust value closes 7-Injection commences 8-Fuel valve closed
第二节 柴油机工作原理
一、四冲程柴油机工作原理
1定义
1）柴油机工作过程：包括进气、压缩、燃烧、 膨胀、排气在内的全部热力循环过程
2）柴油机工作循环：包括进气、压缩、膨胀和 排气等过程的周而复始的循环
3）四冲程柴油机：用活塞的四个行程完成一个 工作循环的柴油机
4）二冲程柴油机：用活塞的两个行程完成一个 工作循环的柴油机
第二节 换气机构
第四章 柴油机的换气与增压
类型: 凸轮轴的结构有整体式和装配式两大类。 数量: 一根凸轮轴：结构简单 两根凸轮轴：控制方便, 有利于工作过程进行 工作条件: 摩擦、接触应力 要求: 耐磨、耐疲劳 材料: 碳素钢、合金钢和球墨铸铁,工作表面渗碳或表
面淬火
2 凸轮轴传动机构
四冲程柴油机: 齿轮传动 大型低速二冲程柴油机
带阀壳：修理时可不必拆卸气缸盖，只需拆下阀 壳进行维修。管理比较方便。（图 4-7）
3.气阀的阀面与阀座在座面的配合
全接触式
阀面与座面锥角相等； 全接触式接触面大、耐磨、传热好，但 易结炭，敲击产生麻点,阀线宽度一般为 1.5 mm～2.5mm
外接触式
阀面锥角小于座面锥角 0.5°～１°。 接触面小，密封性好，多用在强载中速 机中
工作原理:开阀靠液压传动器产生的油压， 关阀靠“空气弹簧”的气体压力来实现。
优点：尺寸小、重量轻、利于布置、气阀 不承受侧推力、噪音小、拆装方便
缺点: 调试困难与密封困难
4-2-4
第四章 柴油机的换气与增压
三、凸轮轴及传动机构
1 凸轮轴（图4-8）
作用：控制柴油机中需要定时的设备，使它们按照 一定的工作顺序准确地工作。
线不正 (4)阀杆和阀头断裂：频繁撞击引起金属疲劳 (5)气阀弹簧断裂。气阀弹簧断裂多是因为振动造成
的， (6)阀壳产生裂纹。阀壳裂纹通常是由于安装时将固
定螺栓拧得太紧造成的
2.气阀间隙测量和调整，气阀定时的检查
(1)气阀间隙测量和调整 气阀间隙过小，则气阀受热后会关闭不严； 间隙过大，影响气阀定时外(晚开、早关)，撞 击严重，造成大的噪声和磨损。
一种是凸轮轴布置在机架中部，采用齿轮传动； 一种是凸轮轴布置在气缸体中部，采用链传动。 1)齿轮传动（图 4-9） 柴油机采用齿轮传动轮系，称之为定时齿轮， 主动轮、从动轮和中间齿轮 凸轮轴传动机构都安装在飞轮端。 主、从动齿轮的传动速比 四冲程为 2∶1 二冲程为 1∶1 啮合记号 2)链传动机构（图 4-10）
第五章柴油机的换气与增压11
第五章柴油机的换气与增压第一节换气过程四冲程柴油机换气过程1、由四冲程增压柴油机的换气过程特性可知，在进气阀打开瞬时，气缸内压力（B ）。
A．低于进气压力B．高于进气压力C．等于进气压力D．忽高忽低2、柴油机排气阀在下止点前打开，其主要目的是（A ）。
A．排尽废气多进新气B．减少排气冲程耗功C．减少新气废气掺混D．增加涡轮废气能量3、在四冲程柴油机中，使膨胀损失增大的原因是（C ）。
A．进气阀提前开启角太大B．进气阀提前开启角太小C．排气阀提前开启角太大D．排气阀提前开启角太小4、关于进气阀定时的错误认识是（B ）。
A．进气阀开得过早将产生废气倒灌B．进气阀应在活塞位于上止点时打开C．进气阀关得太晚，新气将从进气阀排出D．气阀间隙调节不当将影响其定时5、在四冲程柴油机中，排至废气管中的废气又重新被吸入气缸，其原因是（D ）。
A．进气阀提前开启角太小B．进气阀提前开启角太大C．排气阀延后关闭角太小D．排气阀延后关闭角太大6、在四冲程柴油机中，发生缸内废气倒灌进气管的原因是（B ）。
A．进气阀提前开启角太小B．进气阀提前开启角太大C．排气阀提前开启角太小D．排气阀提前开启角太大7、在四冲程柴油机中，压缩终点的压力和温度下降的原因是（D ）。
A．排气阀提前开启角太小B．排气阀提前开启角太大C．进气阀延后关闭角太小D．进气阀延后关闭角太大8、关于排气阀定时的错误认识是（D）。
A．排气阀开启过早将损失部分膨胀功B．排气阀在活塞位于下止点前打开C．排气阀关闭过迟废气将被吸入气缸D．排气阀关闭过迟气阀重叠角会减小9、排气阀提前开启角增大，则膨胀功（C ），排气功（）。
A．增大，减小B．增大；增大C．减小；减小D．减小；增大10、排气阀提前开启角减小，给柴油机工作带来的主要不利因素是（D ）。
A．排气温度增高B．排气耗功增加C．新气进气量减小D．B＋C11、气阀定时测量与调整工作应在（C ）。
A．喷油定时调整好以后进行B．喷油定时调整好之前进行C．气阀间隙调整好以后进行D．气阀间隙调整好之前进行12、气缸进气阀开启瞬时的曲轴位置与上止点之间的曲轴夹角称为（A ）。
柴油机基本原理
柴油机工作原理柴油发动机是一种压燃式发动机,压燃式发动机吸入气缸的是纯净的空气,并被压缩到很高的温度,柴油经喷射装臵以高压喷入气缸并与高温空气混合着火燃烧,对外作功，从而将化学能转变为机械能。
柴油发动机的优点是：燃油消耗低，较低的有害废气排放。
柴油发动机有四冲程也有二冲程的，汽车使用的柴油机多为四冲程。
柴油机工作循环（四冲程）第一冲程活塞由上死点向下运动，将空气经打开的进气门吸入气缸，故而称之为进气冲程。
第二冲程活塞由下死点向上运动，进、排气门关闭，气缸内的空气以14:1-24:1的压缩比被压缩，空气升温至800℃，在压缩行程结束时，喷油器以接近1500巴的压力将柴油喷入气缸。
该冲程称之为压缩冲程。
第三冲程在一定的发火延迟后，雾化的燃油与空气混合自行发火燃烧，气缸内空气压力迅速升高，推动活塞下行对外作功。
该冲程称之为作功冲程。
第四冲程活塞向上运动，排气门打开，燃烧的废气被排出气缸。
该冲程称之为排气冲程。
然后，新鲜的空气再次被吸入，一个新的工作循环由开始了。
发动机的总体构造柴油机由许多机构和装臵组成,其机构型式很多,不同机型每一种机构的机构不一定相同,但这些机构的共同的目的是使发动机能很好的进行工作循环,将燃烧产生的热能转变为机械能,保证发动机长期正常工作。
发动机油下列机构和系统组成：1．机体机体构成发动机的骨架，所有的运动件都装在它上面，而且其本身的许多部分又分别为曲柄连杆机构、配气机构、供给系、冷却系、润滑系的组成部分。
汽缸盖和汽缸壁共同组成燃烧室的一部分，是承受高温与高压的机件。
2．曲柄连杆机构曲柄连杆机构是发动机的主要运动件，它们的作用是将活塞在气缸中往复运动转变为曲轴的旋转运动，在膨胀行程中气缸内气体对活塞顶的压力通过曲柄连杆机构的传递变成扭矩输出，因此它是往复式发动机传递动力的机构。
3．配气机构配气机构的作用是使新鲜空气及时冲入气缸并从气缸及时排出废气。
4．供给系柴油机供给系的作用是把经过过滤的柴油在规定的时间内以一定的压力喷入气缸。
第二节 柴油机热力循环和工作原理
生变形。 z 结构简单，维修较方便 z 在行程缸径比 S/D＜2.2 的船用大型柴油机中
曾经得到普遍使用。 2）直流扫气： z 气流在缸内流动路线短，新气与废气不易掺混，
换气质量较好。 z 缸套下方受热均匀 z 结构复杂，维修较困难 z 在长行程和超长行程柴油机中普遍使用。是膨胀混合加热循环 2、柴油机实际循环 两者之间的差异：
1) 工质的影响 2) 气缸壁的传热损失 3) 换气损失 4) 燃烧损失
1-2-1
第一章 柴油机基本知识
5) 泄漏损失 6) 其他损失 由于上述各项损失的存在，使实际循环的热效率明显 下降。 二、四冲程柴油机工作原理 1. 四冲程柴油机工作原理(图１-6)
第一章 柴油机基本知识
第二节 柴油机热力循环和工作原理
柴油机的工作过程 进气、压缩、燃烧、膨胀与排气 五个过程。
柴油机的工作循环 包括进气、压缩、膨胀和排气等 过程的周而复始的循环。
Ұɺ 柴油机理论循环和实际循环 1．柴油机的理论循环
η = 1 − λρ k −1
t
ε k −1[(λ −1)+kλ (ρ −1)]
第一行程——进气行程，空气进入气缸时相应的活塞 行程。
第二行程——压缩行程，工质在气缸内被压缩时相应 的活塞行程。
第三行程——燃烧和膨胀行程，工质在气缸内燃烧膨 胀时相应的活塞行程。
1-2-2
第一章 柴油机基本知识
第四行程——排气行程，废气从气缸内排出时相应的 活塞行程。
2．气阀定时与气阀重叠角
图１－7 气阀正时圆图 气阀定时：进、排气阀在上、下止点前后启闭的时刻
行程失效系数：φs＝气口高度/行程 有效压缩比：进或排气阀(口)全部关闭瞬时的气
热力发动机原理-换气过程
4.无泵气损失， 4.无泵气损失，但机械效率较低 无泵气损失 二冲程内燃机因无单独的进排气行程，泵气损失为零。 但空气耗量大，扫气泵耗功多，其机械效率一般比四冲程内 燃机的低，燃料消耗率较高，但增压后，二冲程内燃机的燃 料消耗率可接近或略高于四冲程内燃机的燃料消耗率。 5.采用纯燃气涡轮增压较困难 5.采用纯燃气涡轮增压较困难 由于二冲程内燃机的扫气空气耗量较大，新鲜充量部分渗 入燃气，使涡轮增压器前的排气温度降低，排气可用能下降， 所以涡轮增压二冲程内燃机的排气能量平衡问题比四冲程内 燃机更难解决，特别在启动、低负荷时这一矛盾更为突出。 二冲程内燃机一般采用辅助扫气泵、活塞底泵或机械增压器 与燃气涡轮增压器联合供气的办法来解决这一矛盾。
一般大功率四程机的空气耗量为6.8～7.6kg/(kW·h)，二程 柴油机则为10.2～11.5kg/(kW·h)。在 功率大体相同时，二冲程 内燃机匹配的涡轮增压器比四冲程内燃机的大。 2. 换气质量较差，残余燃气系数较大，排气压力波动强烈 换气质量较差，残余燃气系数较大， 四冲程内燃机的进、排气过程在两个不同的活塞行程内进 行，新鲜空气与燃气掺混的机会较少。二冲程内燃机换气时活 塞在下止点附近，进、排气过程同时进行，新鲜空气与燃气易 于掺混，换气质量较差，残余燃气系数比较大。二冲程内燃机 气口开闭由活塞控制，启闭速度比气门快，排气开始时缸内压 力比四冲程内燃机的高，因此，排气压力波动现象较四冲程内 燃机强烈，进排气系统对换气的影响较四冲程内燃机的大。
气口气门直流扫气
气口气口直流扫气
1）气口气门直流扫气 ） 如图所示，它的优点是：扫、排气相互混合较少，故扫气 效率高；由于它是非对称扫气，故可进行补充充气；扫气口可 布置在缸套的全周上，这可使气口高度减小，减少失效行程。 这种扫气方式是最好的，低速、中速、高速内燃机上均有采用。 由于扫气效果好，气缸新鲜充量多，便于增压，目前，广泛应 用于加长行程的低速机型上。缺点是结构较复杂，四冲程内燃 机中气门机构基本保留，尚需加扫气泵，排气门尺寸大，这对 高速化不利，解决的办法是采用多个排气门减小排气门尺寸， 但这会使气门机构变复杂。 2） 气口气口直流扫气 一般在对顶活塞式内燃机中采用气口气口直流扫气方式， 每个气缸有上下两个相对运动的活塞，扫气口的启闭由下活塞 控制，排气口的启闭由上活塞控制。扫排气口各占气缸一端，
模块四柴油机换气、换气机构.
船舶柴油机（轮机）--模块四柴油机的换气机构与增压--黄步松主讲福建交通职业技术学院船政学院课程：船舶柴油机学年第_ _学期第周月日教学内容备注模块四柴油机的换气机构与增压重点：二冲程、四冲程柴油机的换气过程，各类换气机构（气阀机构和气阀传动机构）的工作原理、作用、工作条件、结构特点、常见故障及其原因，气阀与阀座的研磨及更换方法，气阀间隙、气阀定时的检查与调整及不正常的危害，废气涡轮增压器的工作原理、组成结构、清洗、日常管理、故障分析及处理。
难点：各类换气机构的结构特点，时面值、角面值的理解，定压增压、脉冲增压的特点及理解，增压器的喘振。
单元一柴油机的换气过程及换气质量评定参数换气过程：从排气、扫气到进气终止的整个更换过程一、气阀与气口的角面值和时面值二、四冲程机的换气过程1．换气过程：从排气阀开到进气阀关约占3800CA-4500CA超临界排气阶段（以音速排出）（1）自由排气阶段亚临界排气阶段（以亚音速排出）从排气阀开启大缸内压力在某一时刻接近或达到排气管的压力。
一般在下止点后10-300CA结束。
此阶段不能过长，否则会增加排气损失。
四冲程机的进、排气阀是由凸轮驱动的，气阀只能逐渐打开的，若爬气阀正好在下止点开启，则时面值很小，缸内压力下降太慢，活塞向上行时将受到很大的压力，增加排气消耗功，且排气不干净。
一般β1=30-600CA，n增加，则β1增加。
（2）强制排气阶段从自由排气结束到排气阀关闭的阶段。
此阶段缸内废气是由上行活塞强制推挤出去，在末期可利用排气阀晚关和排气惯性实现惯性排气。
n增加，则β2增加。
（3）进气过程（非增压机实际进气是在上止点后开始）从进气阀开启到进气阀关闭的阶段。
进气阀一般在上止点前10-300CA开启，刚开启时缸内压力高于进气压力，但不会存在废气倒流。
原因①气阀开度很小②排气阀存在惯性。
进气阀一般在上止点后α2=20-600CA关闭，α2不能太大，否则压缩行程过短，使P C、T C过低，造成起动困难，燃烧不良。
二冲程柴油机的换气过程可分为哪几个阶段
一、二冲程柴油机的换气过程可分为哪几个阶段？各阶段有何特点？答：（1）自由排气阶段（2）强制排气和扫气阶段（3）过后排气阶段，对某些直流扫气二冲程柴油机，还有（4）额外进气阶段二、分析比较脉冲增压和定压增压。
答：1）废气可用能的传递效率ηE。
脉冲增压排气可用能传递效率ηE在低增压时明显高于等压增压，但随着增压度的提高，等压增压的ηE与脉冲增压的ηE差别不断减小。
在高增压时，二者的差别就消失了。
2）涡轮增压器的综合效率ηTk。
脉冲涡轮增压器的综合效率ηTk也就比等压增压的ηTk低。
3）涡轮增压系统的有效性指标K。
当柴油机发展到高增压时，脉冲增压的ηE高于等压增压不多，由于其ηTk较低，就使得等压增压系统的K 较脉冲增压大。
低速机因此均改为等压增压。
4）部分负荷时的K值。
在部分负荷工况运转时，脉冲增压方式比等压增压方式有效。
这是一些增压度相当高的中速机仍采用脉冲增压的原因。
5)扫气性能。
柴油机在满负荷工况下运转时，两种增压方式均能很好地扫气。
在低负荷时，脉冲增压系统扫气质量仍然很好。
等压增压系统扫气质量迅速恶化，甚至出现废气倒流的现象。
因此在部分负荷工况下，等压增压方式的扫气质量比脉冲增压方式的差。
6)加载性能。
等压增压加载性能较脉冲增压差。
7)其它方面。
脉冲涡轮由于间歇进气、部分进气，其叶轮叶片容易发生较强的振动，在叶片根部产生较大的附加应力。
等压涡轮叶片振动则小得多。
为了有效地利用废气的脉冲动能，系统的布置、构造和加工等都有较严格的要求。
如要求排气管尽量短而细、光滑且弯头少。
因此脉冲增压对气口、管道的清洁程度较敏感。
脉冲增压的涡轮离排气阀（口）很近，燃气中的燃烧产物较容易污损涡轮。
所以其维护管理工作量较大。
三、新型船用柴油机为什么会采用定压涡轮增压？答：在低、中增压时，采用脉冲增压，可以更多地利用废气中的能量。
虽然在结构、管理、涡轮机效率等方面有缺点，但与其优点相比尚属次要。
而随着增压压力的提高，废气中的定压能所占比例逐渐增大，脉冲增压在废气能量利用方面的优势不复存在，而在结构、布置、涡轮机效率等方面的不足显得尤为突出。
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第三节柴油机的增压204题考点1：柴油机废气能量分析及其在涡轮增压器中的利用情况31题等压涡轮前废气的状态参数以e′表示，面积g－2－4－i－g为扫气空气对涡轮所作的功；面积4－2－1－5－4是活塞推出废气所做的功，由柴油机活塞所给予；面积5－1－f－e－5是从废气中取得的部分能量；而废气能量的其余部分损失掉了，损失部分以面积5－b－e－5表示，这部分能量称为脉冲动能，或叫变压能，用E1表示；面积e－f－f′－e′－e表示损失掉的废气能量中的一小部分转变为热能，加热废气，使涡轮得到的附加功，即复热回收部分。
以上除损失掉的脉冲动能E1外，其余四项之和即为等压涡轮的总能量，用E2表示，称为等压能，即四冲程柴油机采用废气涡轮增压。
涡轮所利用的废气能量有：自由排气时的废气能量、燃烧室扫气时的增压空气能量及活塞推挤废气所作的机械功等。
能量E1与E2的比值随增压压力p s的不同而不同。
p s越高，其比值越低。
B1.柴油机增压的主要目的是（）。
A．增加空气量，使燃烧完全B．提高柴油机功率C．改善柴油机结构D．增加过量空气系数，降低热负荷B2.柴油机增压的目的是（）。
A．提高爆压B．提高柴油机的平均有效压力和功率C．充分利用排气废热D．提高柴油机热效率D3.提高柴油机功率的最有效措施是（）。
A．增加冲程长度B．加强润滑，提高机械效率C．减少每循环的冲程数D．提高平均指示压力D4.关于柴油机增压的不正确说法是（）。
A．增压就是提高进气压力B．增压是提高柴油机功率的主要途径C．通过废气涡轮增压器达到增压目的的称为废气涡轮增压D．各种增压方式都不消耗柴油机功率A5.当前，限制废气涡轮增压柴油机提高增压度的主要因素是（）。
A．机械负荷与热负荷B．增压器与柴油机的匹配C．增压器效率D．增压器制造B6.四冲程柴油机一般所采用的增压方式是（）。
A．机械增压B．废气涡轮增压C．复合增压D．上述三种形式都有A7.根据增压压力的高低，属低增压的增压压力一般不大于（）。
A．0.15 MPaB．0.2 MPaC．0.22 MPaD．0.25 MPaD8.根据增压压力的高低，中增压压力范围在（）。
A．0.30～0.275 MPaB．0.275～0.25 MPaC．0.25～0.20 MPaD．0.25～0.15 MPaB9.根据增压压力的高低，高增压的增压压力范围是（）。
A．0.23～0.3 MPaB．0.25～0.35 MPaC．0.275～0.35 MPaD．0.30～0.4 MPaB10.超高增压的增压压力一般认为要大于（）。
A．0.30 MPaB．0.35.MPaC．0.40 MPaD．0.50 MPaD11.柴油机采用废气涡轮增压后能（）。
A．提高柴油机功率B．降低柴油机油耗率C．提高柴油机压缩比D．A和BC12.提高柴油机功率的最有效方法是（）。
A．增大气缸直径B．增大活塞行程C．增加进气量多喷油D．提高柴油机转速D13.柴油机采用废气涡轮增压后，给柴油机带来的不利因素有（）。
A．单位功率重量增加B．单位功率耗油量增加C．柴油机工作粗暴D．机械负荷增加A14.柴油机采用废气涡轮增压后，给柴油机带来的不利因素有（）。
A．柴油机热负荷增加B．单位功率重量增加C．单位功率耗油量增加D．上述三点都是D15.有关柴油机增压理论中的一种不正确说法是（）。
A．增压就是提高进气压力B．增压是提高柴油机功率的主要途径C．通过废气涡轮增压器达到增压目的D．各种增压都不会消耗柴油机功率D16.下列关于柴油机增压的说法中，错误的是（）。
A．增压是提高进气压力B．增压是提高柴油机功率的方法C．增压是增加气缸充气量D．增压是提高喷油压力D17.下列关于柴油机增压的主要目的中，不确切的是（）。
A．增压能提高气缸的空气密度B．增压能提高气缸内平均指示压力C．增压是提高柴油机功率的主要途径D．增压是充分利用废热C18.增压柴油机的增压度是指（）。
A．增压后的标定功率与增压前的标定功率之比B．增压后的标定功率与增压前的标定功率之差C．增压后的标定功率与增压前的标定功率的差值与增压前的标定功率之比D．增压后的平均有效压力与增压前的平均有效压力之比B19.提高柴油机单缸功率的途径之一是（）。
A．提高压缩比B．采用增压技术C．提高进气温度D．提高燃油质量D20.近代柴油机提高功率主要是通过（）途径。
A．增加缸径B．增加转速C．增加缸数D．提高增压度C21.理论研究并经实践证实，提高柴油机功率的最有效途径是（）。
A．增加缸数和增大缸径B．提高转速C．提高进气压力D．提高充量系数A22.提高柴油机功率的途径有（）。
Ⅰ.增大气缸直径Ⅱ.增大活塞行程Ⅲ.降低冲程系数Ⅳ.提高进气压力Ⅴ.降低转速Ⅵ.增大过量空气系数A．Ⅰ＋Ⅱ＋ⅣB．Ⅰ＋Ⅳ＋ⅤC．Ⅱ＋Ⅳ＋ⅥD．Ⅳ＋Ⅴ＋ⅥA23.柴油机采用废气涡轮增压后（）。
Ⅰ.可提高经济性Ⅱ.提高柴油机功率Ⅲ.降低单位功率重量Ⅳ.降低热负荷Ⅴ.增大机械负荷Ⅵ.增大油耗率A．Ⅰ＋Ⅱ＋Ⅲ＋ⅤB．Ⅰ＋Ⅲ＋Ⅳ＋ⅤC．Ⅱ＋Ⅲ＋Ⅳ＋ⅥD．Ⅲ＋Ⅳ＋Ⅴ＋ⅥC24.目前船用柴油机尚在采用的增压方式有（）。
Ⅰ.机械增压Ⅱ.单独废气涡轮增压Ⅲ.串联增压Ⅳ.并联增压Ⅴ.电动鼓风机增压Ⅵ.串联旁通增压A．Ⅰ＋Ⅱ＋Ⅲ＋ⅤB．Ⅰ＋Ⅲ＋Ⅳ＋ⅤC．Ⅱ＋Ⅲ＋Ⅳ＋ⅥD．Ⅲ＋Ⅳ＋Ⅴ＋ⅥC25.废气涡轮增压器是利用柴油机排气中的（）做功。
A．脉冲动能B．势能C．定压能和脉冲动能D．热能B26.废气中脉冲动能与定压能的比值，随着增压压力p k的（）。
A．提高而提高B．提高而降低C．提高而不变D．提高或提高或降低A27.二冲程柴油机与四冲程柴油机的废气可用能量相比（）。
A．二冲程小于四冲程B．二冲程大于四冲程C．随增压压力而异D．两者相等D28.在废气涡轮中可以利用的能量形式的正确说法是（）。
A．脉冲能B．定压能C．热能D．A＋BB29.根据废气能量的分析，定压涡轮增压所利用的废气能量主要有（）。
A．脉冲动能B．压力能C．脉冲动能＋压力能D．机械能B30.关于定压增压利用的废气能量的正确概念是（）。
A．主要利用废气的动能B．主要利用废气的势能C．主要利用废气的脉冲动能D．主要利用废气的惯性能B31.四冲程柴油机采用废气涡轮增压，涡轮机所利用的废气能量有（）。
Ⅰ.自由排气时的废气能量Ⅱ.过后排气的废气能量Ⅲ.新气驱赶废气时的废气能量Ⅳ.活塞推挤废气所作的机械功Ⅴ.燃烧室扫气时的增压空气能量Ⅵ.后燃产生的废气能量A．Ⅰ＋Ⅱ＋ⅢB．Ⅰ＋Ⅳ＋ⅤC．Ⅱ＋Ⅲ＋ⅣD．Ⅳ＋Ⅴ＋Ⅵ考点2：定压增压与脉冲增压的工作特点30题1．等压涡轮增压等压涡轮增压的特点是把柴油机的所有气缸的排气管都接到一根容量很大的总管上，总管能起稳压箱的作用，尽管各气缸轮流排气，但进入涡轮时气体压力的波动不大，基本上保持一恒定值，故又称恒压涡轮增压或定压涡轮增压。
等压增压只利用了废气在涡轮中由压力p T膨胀到压力p0的定压能E2。
脉冲动能E1除极少部分外，绝大多数都因为节流和膨胀、旋涡等而损失掉了，废气能量利用较差，尤其当柴油机在低负荷或启动时，因排气管中的压力低，废气的定压能量少，使得涡轮得到的功率满足不了压气机所需要的功率，二者功率不能平衡。
但是随着增压压力的提高，脉冲动能所占的比例越来越小，而且因为涡轮前废气压力恒等，涡轮的效率较高，因而等压增压在增压压力较高的柴油机中得到广泛应用。
2．脉冲涡轮增压脉冲涡轮增压的特点是把涡轮增压器尽量靠近气缸，排气管短而细并进行分组，排气管中（涡轮前）的压力是波动的。
这种结构安排，可以使涡轮除了利用废气中的定压能E2外，还可以部分地利用脉冲动能E1（可利用E1的40％～50％）。
实际脉冲增压的关键在于如何有效地利用废气的脉冲动能。
脉冲动能的利用与排气过程及排气管的容积等因素有关。
在增压压力较低时，脉冲动能E1所占比例增大，此时采用脉冲增压可使废气能量可得到更充分的利用。
3．排气管分组脉冲涡轮增压柴油机为避免各缸扫排气的互相干扰，排气管必须进行分组。
分组的原则是：同组排气管所连各缸的扫排气时期不相重叠（或重叠较小）。
二冲程柴油机曲轴每转一转（360°）各缸均完成一次工作循环，它们的扫排气延续时间可近似认为是120°曲轴转角。
所以，欲使一个循环内处于同一组的各缸扫排气过程不相重叠，就必须保证同一组的各缸排气间隔（即发火间隔）角互相错开120°曲轴转角。
因此处在同一组的最多允许缸数i＝360°/120°＝3。
对于四冲程柴池机，曲轴每转两转（720°）各缸均完成一次工作循环。
其排气延续时间约为240°曲轴转角。
所以处于同一组的最多允许缸数i＝720°/240°＝3。
如某轮主机为二冲程六缸柴油机，发火顺序为1－6－2－4一3－5；各缸发火间隔角为360°/6＝60°，各缸排气延续时间为120°。
根据这些特点，按上述原则分组就得到：1－2－3缸为一组，4－5－6缸为一组。
B1.定压涡轮增压的主要特点是（）。
A．只利用废气中的脉冲动能，而不利用废气中的定压能B．主要利用废气的定压能，而不考虑废气脉冲动能的利用C．既利用废气的定压能，也利用废气的脉冲动能D．只利用扫气的压力和温度C2.定压涡轮增压器的主要特点是（）。
A．利用废气的脉冲动能，定压能利用较少B．利用废气的定压能，脉冲动能利用较少C．只利用废气的定压能D．只利用废气的脉冲动能A3.定压涡轮增压的特点有（）。
A．进入涡轮的废气压力基本不变B．排气管要分组C．涡轮效率较低D．增压系统布置较困难B4.定压涡轮增压系统的特点有（）。
A．废气涡轮既能利用废气势能，又能有效利用脉冲能B．涡轮机的效率较高C．增压系统的布置较困难D．对排气管要求较高D5.定压涡轮增压的优点有（）。
A．涡轮效率较高B．涡轮机转速稳定C．增压系统布置方便D．上述三点都是B6.定压涡轮增压的主要缺点是（）。
A．涡轮机转速不稳定B．低负荷性能差C．对排气管要求很高D．涡轮效率低C7.关于定压涡轮增压特点的不正确说法是（）。
A．各缸排气支管都接在大容量的总管上B．涡轮效率较高C．所能利用的废气能量随增压压力的提高而减小D．系统的布置较为简单C8.关于定压涡轮增压的不正确说法是（）。
A．进入涡轮的废气压力较稳定B．有一根容积足够大的排气总管C．效率较低D．涡轮机转速较稳定C9.在高增压柴油机中，一般均采用定压涡轮增压，其主要原因是（）。
A．脉冲增压排气管分组困难B．对排气管要求太高C．脉冲能所占比例下降D．系统布置困难C10.现代高增压柴油机涡轮增压向定压涡轮增压发展的关键因素在于（）。
A．增压系统布置方便B．增压器效率高C．脉冲动能所占比例下降D．低负荷运转性能好C11.脉冲涡轮增压对废气能量的利用情况是（）。