831第四章 柴油机的换气与增压第三节
涡轮增压对比
第三节废气涡轮增压一、柴油机增压概述1．提高柴油机有效功率的途径Pe∝i・Ｄ2・s・m・n・pe式中：i,D,s ——柴油机的气缸数,气缸直径,活塞行程；n、m——柴油机的转速和每转工作冲程数。
提高柴油机的有效功率有下列途径： (1)改变柴油机的结构参数i、D、s、m。
(2)提高柴油机的转速 (3)提高平均有效压力pe。
增压中冷降低空气温度，提高空气密度。
降低柴油机的循环平均温度2. 增压的分类：1)根据驱动增压器能量的分类方法(图4-11)(1) 机械增压即增压器直接由柴油机驱动。
(2)废气涡轮增压即利用柴油机排出的废气吹动涡轮机，由涡轮机带动增压器。
(3)复合增压这种增压形式既采用涡轮增压，又采用机械增压。
2) 按照增压压力p k高低的分类增压比πb：πb＝p k／p0p k——增压压力；p0——环境条件下大气压力或增压器进口压力。
按照增压压力p k的高低,柴油机增压可分为：低增压p k≤0.15MPa；中增压p k＝0.15～0.25MPa；高增压p k＝0.25～0.35MPa;超高增压p k＞0.35MPa。
现代船用低速柴油机的增压压力在0.3MPa上下。
二、废气能量分析四冲程柴油机的废气能量二冲程柴油机的废气能量定压能和脉冲能脉冲能:是废气由压力p b膨胀到P T的膨胀能Ｅ1,是一种脉动的速度能，在排气管中以压力波的形式出现，定压能:是废气由压力p T膨胀到p0的膨胀能E2，p k越低，则E1所占的比例越大；p k越高，则E2越大。
三、废气涡轮增压的两种基本形式1 定压涡轮增压特点:是进入废气涡轮增压器的废气压力基本上是稳定状态。
结构:柴油机各缸的排气管连接到一根共用的容积足够大的排气总管上优点:涡轮工作稳定，效率高。
缺点：定压增压只利用了废气能量中的定压能E２，废气能量利用的就少柴油机在低负荷时或起动时，必需另设辅助风机。
2 脉冲涡轮增压特点：进入废气涡轮增压器的废气压力为脉动状态。
柴油机的换气和增压
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。
柴油机的换气与增压
四、换气机构的故障 1．气阀机构 1）阀面与阀座的磨损 2）阀面与阀座烧损 3）阀杆卡紧
4）阀杆和阀头断裂 5）气阀弹簧和弹簧盘断裂 6）阀壳产生裂纹 2. 气阀间隙测量与调整 3．气阀定时的检查 气阀定时的测量与调整只有在气阀间隙 符合要求时才能进行，气阀定时涡轮增压 采用增压技术是提高柴油机功率或平均有效压力的最有效途径。 一、柴油机增压概述 1．机械增压 增压器1由柴油机曲 轴通过齿轮2直接驱动的 增压方式称为机械增压。 2．废气涡轮增压 用柴油机排出的废气 驱动的涡轮d带动的增压 方式称为废气涡轮增压。
3．进气阶段
二、二冲程柴油机换气过程 1．自由排气阶段（B－R） 从排气口（阀）开启点 B 起到缸内压力与扫气压力 pk 相等的点 R 为止的这一阶段， 可分为超临界阶段和亚临界 阶段。 2．强制排气阶段（R－C） 从进气开始 R 点到活塞经 下止点再上行而在 C 点关闭 扫气口为止的阶段，靠新气 与缸内废气的压力差，利用 新气清扫废气。 3．过后排气阶段（C－E） 从扫气口关闭的C点到排气口关闭的B 点为止的阶段，是一个损失新气阶段， 越短越好。 影响因素：扫排气重叠角的大小、气阀 （口）开启的延续时间和气阀（口）的 流通面积的大小。
3．复合增压 既采用涡轮增压器， 又采用机械驱动式增压 器。
二、废气能量分析 g－ 0－ a－ h一 g：压气机消耗的 总能量； g－ 2－ 4－ i一 g：扫气空气对涡 轮所作的功； 4－ 2一 1－ 5－ 4：活塞推出废气 所作的功，由柴油机活塞给予； 5一 1－ f－ e一 5：从废气中取得 的部分能量； 5 － b － e － 5 ：脉冲动能能，或 叫变压能。 三、废气涡轮增压的两种基本方式 1．等压涡轮增压
第四节 废气涡轮增压器 一、废气涡轮 把柴油机的废气能量转变成推动增压器转子 旋转的机械功。有轴流式和径流式两种废气涡轮。 喷嘴环由铸铁铸成的喷嘴内、外环和耐热钢 制成的喷嘴叶片组成，外环上铣有数道通槽，外 环与涡壳之间也留有一定的间隙，喷嘴叶片形成 的通道从进口到出口呈收缩状。 工作原理： （1）具有一定压力p0和温度T0的气缸排气以速度C0流 入喷嘴。在喷嘴收缩形流道中膨胀加速，部分 压力能转换成速度能。 （2）喷嘴出来的燃气压力和温度下降至p1、T1而流速 增高到 C1 ，再进入叶轮叶片间的流道时，气流 被迫转弯。 （ 3 ）离心力作用，迫使气流压向叶片凹面而企图离 开叶片凸面，使叶片凹、凸面间产生压力差。 作用在所有叶片上压力差的合力 pu 对转轴产生 冲击力矩，使叶轮沿该力矩的作用方向旋转。 （ 4 ）叶轮叶片的通道收缩，燃气继续膨胀。当气流 在旋转的叶轮中流动时， 因膨胀加速而给涡轮
第四章柴油机换气、机构、增压(3-7节)
4、提高柴油机的转速n
5、提高平均有效压力pe 平均有效压力pe=pi·ηm 要求增加进入气缸的空气量
增压的实际意义就是用提高进气压力的方法增加气缸 的充气量，以保证燃烧更多的燃油，从而提高柴油机的功 率。
根据驱动增压器所用能量来源的不同，增压方法基本 可分为三种型式，即：机械增压、废气涡轮增压和复合增 压。
4）起动和低负荷运转性能差，所以，必须增设电动鼓风 机以便在低负荷和起动时使用。
2、压器供气显著下 降，而辅助增压泵 的供气量远远不足， 故柴油机在低负荷 时的工作性能差。 必须附设电动鼓风 机以便在起动和低 负荷时使用。
近代船用低速柴油机增压系统 的基本趋势是：采用定压单独增压 系统，附设电动鼓风机以备起动与 低负荷时使用。
2．脉冲涡轮增压 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。
脉冲涡轮增压的特点是各缸的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： 扫排气延续时间为120°曲轴转角 处在同一组的最多允许缸数i＝360°／120°=3 四冲程柴油机： 排气延续时间约为240°曲轴转角 处于同一组的最多允许缸数I=720°／240°＝3 二冲程六缸柴油机，发火顺序为1－6－2－4一3－5； 四冲程六缸柴油机，发火顺序为1－5－3－6一2－4；
1．机械增压
只适于增压压力pk ＜（0.15～0. 17） MPa的低增压柴油 机。
2．废气涡轮增压
3．复合增压
两级增压两级中冷
总的增压 压力达到0.4～ 0.5MPa
二、 废 气 能 量 分 析
三、废气涡轮增压的两种基本方式
1．等压涡轮增压系统
4 柴油机的换气与增压
4 柴油机的换气与增压（10％）4．1二冲程柴油机的换气过程二冲程柴油机换气过程各阶段的特点图4-2示出二冲程柴油机换气过程曲线图。
根据缸内气体压力变化的特点，可把换气过程分成三个主要阶段。
第一阶段：自由排气阶段（B→R)在膨胀冲程的末尾，下行的活塞把排气口打开（B 点），此时气缸内的压力p b比排气管中的压力p r高得多，p r/p b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p r/p b之比值等于临界值的K点。
此后废气以亚临界速度自由排出气缸。
当气缸内压力约等于扫气箱空气压力时（即R点），自由排气阶段的结束。
如图所示，扫气口刚打开时（D 点），气缸压力仍略高于扫气压力。
但因压差不大而时间很短，倒流可忽略。
如果排气不畅、排气阀开启正时偏迟，废气倒冲就会变严重，甚至可能引起扫气箱着火。
第二阶段：强制排气和扫气阶段（R→C）此阶段开始时，由于扫气口开度小，排气口已开得很大，气缸中废气正以很高流速流入排气管，气缸内压力继续迅速降低。
由于废气流的惯性作用，气缸内压力进一步降低。
然后，随着扫气口开度的增加，扫气大量进入，气缸中压力逐渐升高。
在扫气口关闭而结束此阶段前，气缸内压力趋于稳定。
在本阶段中，主要是利用扫气空气进入气缸把气缸内的废气排挤出去，故称为强制排气及扫气阶段。
第三阶段：过后排气阶段（C→E)活塞上行先关闭扫气口（C点）。
此时，气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（阀）继续排入排气管，直至排气口（阀）于E点关闭。
在E点之后，气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˚曲轴转角，而四冲程柴油机实现换气过程所占的时间则相当于400˚～500˚曲轴转角。
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的大约1/3。
因此二冲程柴油机进行完善的换气较困难，高、中速柴油机尤其困难。
4．2换气过程评定指标4．2．1残余废气系数的概念和意义残余废气系数是指换气过程结束时，缸内残存的废气量G r 与充入气缸的新鲜空气量G 0之比，即G G r r =γ （8-5） 残余废气系数是换气过程结束后废气排除的干净程度来表示换气过程的完善程度。
柴油机的换气与增压课件
02
数据处理
对收集到的数据进行处理，包 括去噪、滤波、计算等，以得
到准确的工况数据。
03
数据分析
根据处理后的数据，分析换气 和增压对柴油机性能的影响， 以及换气和增压设备的效率等
。
结果展示与讨论
结果展示
通过图表和表格展示实验结果，包括换气和增压对柴油机性能的影响，以及换 气和增压设备的效率等。
喷油器
将燃料喷入气缸内，与压缩空气混 合燃烧，产生动力。
增压技术在实际中的应用案例
车辆动力提升
通过增压技术提高发动机的进气 密度和喷油量，增加发动机的动 力输出，提高车辆的加速性能和
载重能力。
工程机械
利用增压技术提高发动机的性能 ，为工程机械提供更大的动力和
可靠性。
船舶动力
在船舶动力系统中采用增压技术 ，提高发动机的效率和可靠性， 为船舶提供稳定、可靠的动力输
实验步骤
首先安装换气设备，然后将柴油机启动并逐渐增加负载，同时记录各个工况下的数据，包括转速、扭矩、排放等。接 着安装增压设备，重复上述步骤。
实施细节
在实验过程中，需要注意保持柴油机的稳定运转，避免突然的负载变化，同时要保证数据的准确性和可 靠性。
数据收集与分析的方法
01
数据收集
通过数据采集系统收集实验过 程中的各项数据，包括转速、
涡轮增压器
通过涡轮将空气压缩并送入气缸，提高 柴油机的功率和效率。
换气过程中的问题与解决方案
01
02
03
空气流量不足
进气门磨损
排气不畅
由于空气滤清器堵塞、进气管漏气等原因 导致空气流量不足，影响燃烧效果。解决 方法是定期清洗空气滤清器和检查进气管 是否漏气。
柴油机的换气
第四章柴油机的换气、换气机构与增压第一节柴油机的换气过程及换气质量评定参数在柴油机的工作过程中，每完成一个工作循环都必需排除废气和充入新气。
从排气过程、扫气过程到进气终止的整个气体更换过程称为换气过程。
它的作用是将已燃气体排除并为下一循环吸入新鲜空气，为下一个循环的工作提供必要的条件。
换气过程的完善程度对柴油机的性能有重大影响。
如果换气过程进行的完善，压缩过程开始时气缸内残留的废气量少，新鲜空气量多，这就为燃油的完全、及时燃烧创造了条件。
燃油完全而及时的燃烧不但可使柴油机发出更大的功率，提高其动力性，使柴油机有高的热效率，提高经济性，而且，完全的燃烧还意味着结炭减少，减少排气污染。
另外，及时的燃烧还意味着较低的循环平均温度，从而提高柴油机的可靠性。
因此，换气过程的质量直接影响柴油机的动力性、经济性、可靠性及排放特性，是柴油机工作优劣的先决条件。
换气过程进行得好坏是以废气排除干净与否及新鲜空气充入量多少和新鲜空气的消耗量为标志。
它可以用充量系数、扫气效率等参数来评价。
一、四冲程柴油机的换气过程图4—1是四冲程柴油机在换气过程中，气缸压力、排气管中的压力随曲轴转角的变化情况以及相应的低压示功图（p—V图），从图中可以看出，排气阀开启后，废气从气缸急速流入排气管，气缸压力很快下降，直到排气上止点后的某一位置排气阀关闭为止。
进气阀在上止点前开启，新鲜空气流入气缸，直到进气下止点后的某一位置关闭为止。
在排气上止点附近，进、排气阀同时开启。
四冲程柴油机的换气过程可分为自由排气、强制排气、气阀重叠、进气四个阶段。
图4-1四冲程柴油机换气过程有关参数的变化a）气缸压力及排气管压力随曲轴转角的变化b）进排气阀流通截面比随曲轴转角的变化c）低压示功图第四章柴油机的换气、换气机构与增压119 1．自由排气阶段由于受配气机构的结构限制，气阀在开启过程中只能逐渐加大其流通截面。
如果排气阀刚好在膨胀行程下止点时开启，则排气阀流通截面增加过缓，活塞在向上止点回行时造成较大的反压力，增加排气行程所消耗的功。
换气与增压
3)进气阶段 （1）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 压力时开始（非增压机上止点后） （2）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 （3）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 空气倒流并减小有效压缩比
2.气阀叠开与燃烧室扫气 1）燃烧室扫气：气阀叠开期间新鲜空气对 燃烧室的清扫 2）四冲程机换气质量较高 3）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 前角减小
（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 （4）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 增大，膨胀功减小，排气功减小 （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
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 油机最大
第四章 柴油机的换气与增压
第一节 柴油机的换气过程
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 影响：柴油机的动力性、经济性、可靠性及排 气污染
一、二冲程柴油机的换气过程
1.换气过程 1）自由排气阶段 （1）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 压力高于扫气压力） （2）借助于缸内与排气管中的压差自由排气 2）强制排气与扫气阶段 （1）自缸内压力与扫气压力相等至扫气口关闭止 （2）依靠扫气与缸内压差和缸内与排气管压差强制 排气
船舶柴油机换气与增压系统
进气冲程
亚临界
2.气阀叠开和 燃烧室扫气
2
气缸压力 1 排气管内的压力 下止点 上止点
气阀重叠
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。
• 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。
• 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。
四、其它增压形式
• 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
1 Vb
ƒ
ƒ
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。
第04章柴油机的换气与增压
•柴油机的换气过程分析
•柴油机换气机构的操作与 管理 •柴油机增压系统和设备的 操作与管理
任务4.1 柴油机的换气过程分析
【项目介绍】
介绍二、四冲程柴油换气过程的基本规 律、评价柴油机换气质量好坏的基本指标。
任务4.1 柴油机的换气过程分析
知识目标
• 掌握二、四冲程 柴油机换气过程 的基本规律； • 理解评价柴油机 换过质量好坏的 指标的内涵。
2、特点 1）时间短；2）掺混严重； 3）新鲜空气消耗量大，耗功多； 4）气缸容积不能充分利用，存在有效压缩比。
背景知识——换气过程 三、评定换气过程质量的参数 1．残余废气系数：表示换气过程的完善程度γ r=Gr/GO （1）理想情况下为零； （2）增压机小于非增压机（增压机进气压力大，进气量大） （3）四冲程机小于二冲程机（四冲程机换气完善过程长） （4）直流扫气机小于弯流扫气机； （5）其取决于换气完善程度。 ※四冲程机与燃烧扫气有关，二冲程机与换气形式、增压度有关。 2．充量系数（充气效率）φ C φ C= GO/GS=εPaTO/(ε-1)POTa(1+γ r) ＜1 影响充气系数因素： 气缸进气终了时的参数（pa、Ta）； 残余废气系数； 排气系统的结构参数以及柴油机运行时的转速、负荷、增压程 度、冷却情况、换气系统的清洁程度。
项目四 柴油机的换气与增压
【项目描述】
通过二、四冲程柴油机换气过程分析、柴油 机换气机构组成及工作原理、柴油增压的基 本原理、增压方式及系统、增压设备结构原 理等知识学习与技能训练，达到STCW78/95 公约中有关柴油机换气与增压系统与设备的 操作与维护管理方面的适任要求。
项目四 柴油机的换气与增压
背景知识——气阀机构 1．气阀 ： 分进气阀和排气阀， 一般进气阀阀盘直径大于排气阀，目的是 为了提高充气量。 （1）气阀的结构：由阀头、阀杆组成，采用大圆弧过度，以降 低机械应力。 阀头座合面是锥面，锥面角有30°和45°两种： 30°锥面角：阀口流通面积大，进气阻力小，单位承压面积小，阀 面与阀座磨损小，进气阀采用。 45°锥面角：自动居中性能好，座合面单位面积压力大，密封性能 好，一般排气阀采用。 阀杆：上部开有环形槽，用于安装锥形锁块。
831第四章 柴油机的换气与增压第三节
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（）。
船舶柴油机主推进动力装置832 第四章 柴油机的换气与增压 371题
第四章柴油机的换气与增压371题第一节柴油机的换气过程49题考点1：二冲程柴油机的换气过程21题1．自由排气阶段（B－R）从排气口（阀）开启点B起到缸内压力与扫气压力p k相等的点R为止的这一阶段，叫做自由排气阶段。
在此阶段中废气主要借缸内与排气管中的压力差（P-p k）经排气口高速流入排气管。
在此阶段根据气缸内外压差是否超过临界值，同样也可分为超临界阶段和亚临界阶段。
2．强制排气和扫气阶段（R－C）从进气开始R点到活塞经下止点再上行而在C点关闭扫气口为止的阶段，叫做强制排气和扫气阶段。
在此阶段主要靠新气与缸内废气的压力差，利用新气清扫废气，把废气从气缸中强制排出。
显然，在此阶段内新气与废气发生掺混，并有部分新气经排气口排出。
3．过后排气阶段（C－E）从扫气口关闭的C点到排气口关闭的E点为止的阶段，叫做过后排气阶段。
在此阶段缸内的部分新气将经仍开启着的排气口排至排气管，因而这是一个损失新气阶段。
希望此阶段越短越好。
D1. 柴油机换气过程是指（）。
A．排气行程B．进气行程C．进、排气行程D．进、排气过程B2. 二冲程柴油机换气过程中，当活塞将扫气口关闭到排气口关闭，这一阶段时间称为（）。
A．自由排气阶段B．过后排气阶段C．强制排气与扫气阶段D．超临界排气阶段C3. 二冲程柴油机在换气过程中，活塞将扫气口打开到扫气口关闭，这一阶段称为（）。
A．自由排气阶段B．过后排气阶段C．强制排气与扫气阶段D．超临界排气阶段A4. 从提高换气质量要求，应力求缩短的换气阶段是（）。
A．过后排气阶段B．自由排气阶段C．扫气阶段D．强制排气阶段C5. 二冲程柴油机换气过程第I阶段是自由排气阶段，它是从（）。
A．排气口（阀）打开到扫气口打开B．排气口（阀）打开到缸内压力等于临界压力C．排气口（阀）打开到缸内压力等于扫气压力D．排气口（阀）打开到缸内开始进新气A6. 二冲程柴油机换气过程第Ⅱ阶段是强制排气与扫气阶段，它是从（）。
第四章柴油机的换气与增压
• 涡轮机——废气涡轮：轴流式、径流式 • 压气机——离心式压气机：低、中、高、超高
• 废气涡轮增压器实例：
• 涡轮机：喷嘴环、工作叶轮 • 压气机：导风轮、工作叶轮、扩压器、蜗壳 • 转子与转子轴：止推轴承 • 密封与润滑、冷却装置：平衡室
§4-4 废气涡轮增压器与增压系统
• 1、换气过程
• 1）自由排气阶段 • 2）扫气阶段 • 3）过后排气阶段
• 2、特点
• 1）时间短； • 2）掺混严重；
§4-1 柴油机的换气过程
•三、二冲程柴油机的换气形式
•1、弯流扫气 • 1）横流扫气：扫气口与排气口位于气缸中心线
的两侧。
• 2）回流扫气：扫气口与排气口位于气缸下部同
一侧且排气口在扫气口上方。
• 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
§4-4 废气涡轮增压器与增压系统
• 2、单级式涡轮机的工作原理
§4-4 废气涡轮增压器与增压系统
• 三、离心式压气机的工作特性及喘振
机理
• （一）离心式压气机的工作特性 • 1、压气机的主要参数 • 1）空气流量Gk
• 2）增压比πk • 3）压气机转速nk • 4）压气机绝热效率ηk
变形。
• 4）阀杆和阀头断裂：撞击、热应力过大。 • 5）气阀弹簧断裂：共振、材料缺陷。 • 6）阀壳裂纹：安装应力。
§4-2 换气机构
• 2、气阀间隙检查与调整： • 气阀关闭（滚轮在基圆上） • 3、气阀定时的检查与调整： • 气阀间隙正确或为零 • 4、气阀与阀座的修铰与研磨
§4-3 废气涡轮增压
§4-2 换气机构
• 换气机构——保证柴油机按规定顺序和时刻完
第三节 柴油机的换
•
柴油机的排气温度还很高(约为400～500℃)，约含燃油燃烧所发出热量的1/3，而且该 能量品质较高。如果把废气能量充分利用起来，使之用于涡轮增压器，则涡轮增压器 既可使柴油机的功率增加，又可提高柴油机的经济性。
•Байду номын сангаас
将柴油机排出的废气送入涡轮机中，使涡轮机高速回转带动离心式压气机工作，
从而提高进气压力以实现增压，该方式称之为废气涡轮增压。废气涡轮机和压气机同
引起增压器的喘振的原因
• • •
增压系统与柴油机配合失调 柴油机在低速高负荷下运行 脉冲增压系统一缸熄火或各缸负荷严重不均
•
•
运行中的暂时失配
环境温度的变化
•
(4)直流扫气：如图2-6(d)，气缸下部均布一圈进气口，在气缸口有一圈排气阀(1～6
个)。空气从气缸下部进气口进入气缸，沿气缸中心线上行驱赶废气从气缸盖上的排气
阀排出气缸。该扫气型式使空气与废气不易掺混，扫气效果较好。同时排气阀的启闭 由排气凸轮控制，不受活塞运动的限制，所以排气阀可以与进气阀同时关闭。在船用 柴油机中B＆W、UEC等机型是传统的排气阀——扫气口直流扫气式柴油机。现代船用超 长行程柴油机MAN／B＆W MC／MCE、sulzer RTA机型也是排气阀——扫气口直流扫气式 柴油机。
•
(2)回流式扫气：如图2-6(b)所示，进排气口在气缸下部同一侧且进气口在排气口的上
方，进气沿活塞顶面向对侧的缸壁流动，到气缸盖再转向下流动，把废气从排气口清 扫出气缸。在船用大型柴油机中，MAN、KZ型柴油机为回流式扫气。(3)半回流扫气： 如图2-6(c)，进气口布置在排气口的下方及两侧，气流在缸内的流动特征兼有横流与 回流的特点。某些早期的半回流扫气形式，在排气管中装有回流控制阀。在船用大型 柴油机中sulzerRD，RND，RLA，RLB等型柴油机均为半回流扫气形式。
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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，绝大多数都由于节流和膨胀、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，而且由于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（）。