柴油机的换气过程

=
G0 ＝V0γ0 Gs Vsγ0
= V0 Vs
Ga
= G0
+ Gr
= G0
1+ γr
1 paVa
( ) = Ga
1+ γr Gs
=
1 + γr RTa psVs
= Va Vs
pa Ts 1 = ε pa Ts 1 ps Ta 1 + γr ε - 1 ps Ta 1 + γr
RTs
➢ 显然在大多情况下G0＜Gs，因而v＜l，只有在某些增压柴油机 中，采用良好的增压技术达到G0＞Gs，则v＞l。
强制排气阶段
➢ 从自由排气结束到排气阀关闭这一阶段
① 排气过程是由活塞的推挤造成的，故称为强制排气 阶段。
② 当活塞到达上止点后向下运行的初期，由于排气行 程中形成的高速排气流的惯性作用下，废气继续排 出气缸，故称为惯性排气。
③ 因此排气阀在上止点后滞后关闭，一般排气迟闭角 为10~70°(CA)。实现了过后排气，延长了排气时间， 增大了气阀的时面值，可使废气排得干净，排气功 减小，排气流的惯性得到充分利用。但过大的排气 迟闭角会导致废气倒流，最理想的关闭角是当废气 从气缸流出的流动刚好停止时。
缩比减பைடு நூலகம்。
③ 实际进气时刻：是气缸内压力低于进气管压力时才 真正进入气缸。非增压柴油机的实际进气时刻在上 止点后。
气阀叠开和 燃烧室扫气
① 气阀重叠角的定义：在上止点前后，从进气阀开启到 排气阀关闭这段时间进气阀和排气阀同时开启所对应 的曲轴转角称为气阀重叠角。一般非增压机为 20°~50°CA，增压机为80°~140°CA
II. 进气温度上升
III. 气阀定时的改变或调整不当时也将影响v
定义
残余废气系数r 为换气结束后留在气缸内的
残余废气量Gr与换气结束后留在气缸内的新
鲜空气量G0之比值，即：
γr
=
Gr G0
四冲程柴油机决定r的主要因素是燃烧室扫气
过程，扫气过程进行得越好，废气清除得越
干净，则r 越小。 通常增压柴油机的r值在0~0.15之间。四冲程
评定换气过程好坏的标志
➢ 废气排除是否干净 ➢ 新鲜空气充入量 ➢ 新鲜空气消耗量
二、四冲程柴油机的换气过程
四冲程柴油机的定时图
二、四冲程柴油机的换气过程
四冲程柴油机的定时图
换气过程：
1) 自由排气阶段 2) 强制排气阶段 3) 进气阶段 4) 气阀叠开和燃
烧室扫气
自由排 气阶段
I. 排气阀在下止点前30°~80°打开，直到下止点后气缸压力接近排 气管压力为止。由于废气的排出是在压差的作用下排出，故称为 自由排气阶段。压差排气。在此阶段根据气缸内外压差是否超过 临界值，可分为超临界阶段（排气管压力与气缸压力之比小于临 界值（2/（k+1））k/（k-1））和亚临界阶段。
增压柴油机的r值最小，甚至为0，二冲程回 流扫气r值较大。
降低r值的措施
➢ 改善气道形状 ➢ 改变扫气形式 ➢ 清洁扫、排气口及其通道，降低排气背压
使排气通畅 ➢ 加大进、排气阀重叠角，采用燃烧室扫气
(此时有新气流失)。 ➢ 提前打开排气阀(有膨胀功损失)
扫气效率s
➢
扫气效率s是指扫气结束后留在气缸中的新鲜空气量G0与气缸内全部
强制排气和扫 气阶段(R-C)
➢ 从进气开始R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
过后排气阶段 (C-E)
2. 四冲程柴油机的换气过程是怎样进行的? 3. 按缸内压力变化,二冲程柴油机的换气
过程可分为哪几个阶段?各阶段有什么 特点?
two-stroke cycle diesel
四冲程柴油机 four-stroke cycle diesel
2) S/D是柴油机的一个重要结构参数。
I. 对不同机型的比较：若S/D=常数，则随着S与D的增加，气缸的相对散 热面积F/V下降，则新气进入气缸后与缸壁的热交换减弱，温升减小， 有利于提高v，为此中、大型柴油机的v较高。
II. 当Vs一定而S/D增加时，相应地S增加或D减少，则F/V增加、热交换强 烈柴(油传机热不路利径。加长)，残余废气增加，则v下降，对目前发展中的长行程
气体量Ga之比。
➢
扫气效率s 与残余废气系数r的关系，由于Ga= G0+Gr
ηs
=
G0 Ga
=
1 1+ γr
➢ 扫气效率s 是衡量扫气效果好坏的重要标志，也表示换气结束时气缸 内新鲜空气的浓度(或干净程度)，主要用于二冲程柴油机。 s 越大， 扫气效果越好。一般情况下s 小于1，在理想情况下，当r =0时， s =1。 s 值最大为1。
II. 行程失效系数s：失效行程h与活塞行程S之比，即
ψs = hs
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（进气开始点） 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-pr)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，也可分为超临界阶段和亚临 界阶段。
扫气压力pk
二冲程柴油机换气的特点
二冲程柴油机换气的特点
➢ 与四冲程机比较：
1) 换气时间少（120~150℃A） 2) 换气依靠压差进行，由于存在掺混、死角及短路，
换气质量差 3) 扫气耗功较多 4) 气缸容积利用率低（由于气缸下端开有气口）
I. 失效行程h：活塞在下止点位置时的活塞上平面到气口上 边沿的距离。
1. 残余废气系数r
1) 定义
2) 降低r值的措施
2. 充量系数(充气效率) v
1) 定义
2) 影响因素
3. 扫气效率s 4. 扫气过量空气系数k 5. 扫气系数S
6. 小结
•作业
G0-换气结束后留在气缸内的新鲜空气量； Gs-进气口环境条件下充满气缸工作容积Vs 的理论新鲜空气量； Gk-每一循环流过扫气口的新鲜空气量； Gr-留在气缸内的残余废气量
扫气过量空气系数k又称给气比
➢ 扫气过量空气系数k 表示每一循环流
过扫气口的新鲜空气量Gk(kg)与在进气 状态下充满气缸工作容积的理论空气量
Gs(kg)之比。即：
k
Gk Gs
➢ 显然，扫气过量空气系数k一般大于1
➢ 说明扫气空气消耗的绝对量
扫气系数S
➢ 扫气系数S 是指整个循环中流过扫气口的新
II. 排气阀开启提前角要大，以便使排气阀在下止点的开度和下止点 前的时面值足够大。但也不能太大，若太大将引起膨胀功的损失 过多。
III. 自由排气一般在BDC后10°~30℃A结束。结束愈晚，下一阶段活 塞排气消耗的功愈大。
IV. 自由排气阶段虽然占整个排气时间的比例不大，但由于废气流速 很高，排出的废气量占可达60%以上。
进气阶段
① 从进气阀开启到进气阀关闭的阶段（活塞的抽吸+进 气气流的惯性）
② 进气提前开启角(10°~40°)和进气延后关闭角的目的 是为了尽力吸入新鲜空气。
✓ 进气提前开启角过大会造成废气倒灌 ✓ 进气提前开启角过小则影响进气； ✓ 进气延后关闭角过小会影响空气流动惯性而减小进气量， ✓ 进气延后关闭角过大则使新鲜空气倒流出气缸并使有效压
定义
➢ 充气系数v为换气结束后留在气缸内的新鲜空气
量G0与在进气口环境条件(对非增压四冲程柴油机为大气压力p0，
温度T0；对于二冲程柴油机为扫气箱扫气压力ps，温度Ts；对于增压柴油机则
为中间空气冷却器后的公共扫气箱压力pk，温度Ts)下充满气缸工作
容积Vs的理论新鲜空气量Gs之比值，即：
( ) ηv
第五章 换气机构与增压
第一节 柴油机的换气过程（四冲程机） 第二节 柴油机的换气机构（气阀及气 阀传动机构） 第三节 柴油机的增压（废气涡轮增压） 第四节 增压器的检修（大纲不要求）
换气过程的定义
➢ 从排气过程、扫气过程到进气终止的整 个气体更换过程。
换气的意义
➢ 换气过程质量直接影响柴油机的动力性、 经济性、可靠性及排气污染，是柴油机 工作优劣的先决条件。
② 燃烧室扫气：在气阀叠开期间新鲜空气对燃烧室的清 扫称为燃烧室扫气（一般只有增压四冲程柴油机才能 实现燃烧室扫气 ）
➢ 意义：
I. 新鲜空气将燃烧室中残存的废气清扫到排气管 II. 新鲜冷空气对燃烧室壁面进行冷却
三、二冲程柴油机的换气过程
以弯流扫气为例
Ⅰ自由排气阶段
pd---------
Ⅱ强制排气 Ⅲ过后排气阶段 和扫气阶段
鲜空气量Gk(kg)与换气过程结束后，留在气
缸中的新鲜空气量G0之比。即：
s
Gk G0
➢ 扫气系数S =1.4~2.0。视换气形式和增压程
度的不同而不同。
➢ 说明扫气空气消耗的相对量
小结
➢ 换气质量愈高，扫气效率s愈高，残余废气系数 r 愈小，扫气过量空气系数k 愈小，扫气系数 S 愈小。换气质量越完善。
2. 运转条件：
I. 转速对v(∝n2)影响极大，一般存在一个使v 最大的最佳转速。
II. 柴油机负荷增加后，使缸壁温度升高，则v下降。
III. 气缸活塞的冷却条件改变时，也将使v变化。
3. 运转管理质量：促使v下降的原因
I.
力v系∝数ξ/ξf2增加当，进流、通排面气积道f下及降设备污染、阻塞、积炭严重，会使进气阻
➢ 从扫气口关闭的C点到排气口关闭的E点（压缩 开始点）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。
➢ 若使它与进气口同时关闭或早于进气口关闭， 则可避免过后排气损失或实现过后充气。
四、评定换气过程质量的参数
➢ 四冲程柴油机用充气(量)系数v和残余废气系数 r 衡量换气过程进行的完善程度
➢ 二冲程柴油机用充气(量)系数v、扫气效率s和 残余废气系数r衡量换气过程进行的完善程度。
➢ 扫气过量空气系数k主要是评定扫气过程所消耗
的新鲜空气量的多少。
作业
1. 如果柴油机的排气口部分堵塞对柴油机 换气过程有什么不良影响?
➢ 四冲程柴油机的v大于二冲程；四冲程增压柴油机的v 大于非增压；二冲程柴油机中直流扫气的v最大。
影响因素
1. 柴油机构造：
1) 主要有进、排气通道的形状，表面状况，通流截面的大小：要使 进、排气通道畅通，流阻下降，排气背压较低，残余废气减少，
可 气使阀直v提径高。。为此，应选择合理的气口形状和尽可能大的进、排