柴油机的换气与增压

关于柴油机的换气与增压第1页，讲稿共39页，2023年5月2日，星期三§4-1柴油机的换气过程

换气过程——每完成一个工作循环，把废气排出气缸，并把新鲜空气吸入气缸的工质更换的过程。

要求：①排气——干净——进气多 ②进气——多——烧的油多、作功能力大；燃烧完全，经济性好，排放性好；热负荷低。③空气消耗量小，耗功少。

每循环的最大供油量，完全取决于各循环的充气量。第2页，讲稿共39页，2023年5月2日，星期三§4-1柴油机的换气过程一、四冲程柴油机的换气过程第3页，讲稿共39页，2023年5月2日，星期三§4-1柴油机的换气过程1、排气过程自由排气——压差强制排气——推动功过后排气——惯性2、进气过程准备进气阶段——创造压差、开度条件主要进气阶段——压差补充进气阶段——惯性循环进气量对应于气缸工作容积Vs第4页，讲稿共39页，2023年5月2日，星期三§4-1柴油机的换气过程3、气阀重叠和燃烧室扫气

气阀重叠角——进排气上止点前后，进排气阀同时开启的现象。排气滞后角与进气提前角之和。

扫气作用： 1）使排气更干净；

2）降低热负荷。重叠角高速机大于低速机，增压机大于非增压机。第5页，讲稿共39页，2023年5月2日，星期三§4-1柴油机的换气过程二、二冲程柴油机的换气过程

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；

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。第6页，讲稿共39页，2023年5月2日，星期三§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。

3）半回流扫气：扫气口在排气口下方及两侧。特点：扫气流动路线长（2S）、新气与废气易掺混、死角、气流短路，换气质量差；气缸下部受热不均易变形；结构简单、管理方便。第7页，讲稿共39页，2023年5月2日，星期三§4-1柴油机的换气过程2、直流扫气气口－气阀式、气口－气口式特点：气流流动路线短、不易掺混，质量好；气缸下部受热均匀；机构复杂，管理不便；易于长行程（S/D＞2.5）和超长行程（S/D＞3）柴油机。柴油机的气口沿水平和垂直方向均有倾斜角以控制气流方向。第8页，讲稿共39页，2023年5月2日，星期三§4-1柴油机的换气过程四、时面图和时面值

设通路流通面积为，则在时间微元内，流过通路的气体数量为：

dG=ωfdt

结构不变，n↑→时面值↓→换气质量↓第9页，讲稿共39页，2023年5月2日，星期三§4-1柴油机的换气过程五、评定换气过程质量的参数1、残余废气系数

——换气过程结束时，气缸内残存的废气量与充入气缸的新鲜空气量之比。γr=Gr/G02、充量系数——每以循环进入气缸的实际充气量与在进气状态下充满气缸工作容积的理论空气量之比。ηV=G0/Gs＜1第10页，讲稿共39页，2023年5月2日，星期三§4-1柴油机的换气过程3、影响充量系数（换气质量）的因素1）进排气道流动阻力的影响2）柴油机转速的影响

n↑→流速↑→流动阻力↑→pa↓，pr↑→Φc↓n↑→时面值↓→G↓3）柴油机负荷的影响

Pe↑→气缸温度上升→Ta↑→Φc↓4）气阀间隙的影响——时面值5）气阀定时的影响——时面值、工作紊乱第11页，讲稿共39页，2023年5月2日，星期三§4-1柴油机的换气过程4、扫气效率、扫气系数和给气比

扫气效率ηs——换气过程结束后，气缸内的新鲜空气量与气缸内总气量之比。

扫气系数Φs——在一个循环中通过扫气口的全部扫气空气量与换气过程结束后留在气缸内的新鲜空气量之比。

给气比β——每循环通过扫气口的新鲜空气量与在进气状态下充满气缸工作容积的理论空气量之比。第12页，讲稿共39页，2023年5月2日，星期三§4-2换气机构

换气机构——保证柴油机按规定顺序和时刻完成柴油机的进、排气过程的机构。

型式：

气阀式换气机构气口式换气机构气口－气阀式换气机构气阀式换气机构：气阀机构气阀传动机构凸轮及凸轮轴凸轮轴传动机构第13页，讲稿共39页，2023年5月2日，星期三§4-2换气机构一、气阀机构1、型式带阀壳式不带阀壳式2、组成（阀壳）、气阀、阀座、导管、气阀弹簧、弹簧衬盘、卡块、卡簧和转阀机构。实船第14页，讲稿共39页，2023年5月2日，星期三§4-2换气机构

阀面锥角——气阀锥面与底面的夹角。锥角大，对中好，密封好，但磨损严重；反之亦反。

阀线——气阀阀盘与阀座相接触的很窄的一圈接触线。阀线宽度应适当，过窄则密封虽好，但磨损严重，连续且位置正确。连续、宽度、位置。第15页，讲稿共39页，2023年5月2日，星期三§4-2换气机构气阀旋转机构旋转帽式旋阀器推进器式旋阀器第16页，讲稿共39页，2023年5月2日，星期三§4-2换气机构二、气阀传动机构1、型式机械式和液压式2、机械式传动机构组成：顶头、顶杆和摇臂

气阀间隙——柴油机冷态下，气阀关闭时阀杆顶端与摇臂之间的间隙。目的是留有气阀受热膨胀空间。间隙↓→早开迟关，关闭不严间隙↑→迟开早关，开度不足，撞击严重第17页，讲稿共39页，2023年5月2日，星期三§4-2换气机构3、液压式传动机构开阀靠油压，关阀靠空气弹簧实船第18页，讲稿共39页，2023年5月2日，星期三§4-2换气机构三、凸轮轴及传动机构1、凸轮轴2、凸轮轴的传动机构

1）齿轮传动机构

2）链传动机构第19页，讲稿共39页，2023年5月2日，星期三§4-2换气机构四、换气机构的常见故障和管理1、气阀机构的常见故障

1）阀面与阀座的磨损和腐蚀：撞击、高温腐蚀。

2）阀面与阀座的烧损：密封不好串气。

3）阀杆卡紧：气阀导管间隙过大、过小；对中、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。第20页，讲稿共39页，2023年5月2日，星期三§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第21页，讲稿共39页，2023年5月2日，星期三§4-3废气涡轮增压一、柴油机增压概述1、柴油机增压的目的Pe∝iD2smnpe

柴油机的增压：通过提高进气压力，来增大循环充气量，以使更多燃油能充分燃烧，提高平均指示压力和平均有效压力，进而提高柴油机功率的一种方法。第22页，讲稿共39页，2023年5月2日，星期三§4-3废气涡轮增压

增压度——增压后与增压前柴油机功率之比。

中冷——增压器与柴油机进气管之间对增压空气进行冷却，降低温度，提高空气目的的方法。2、增压方式机械增压废气涡轮增压复合增压第23页，讲稿共39页，2023年5月2日，星期三§4-3废气涡轮增压二、废气能量分析废气能量E=脉冲能E1+定压能E2E=E1+E2第24页，讲稿共39页，2023年5月2日，星期三§4-3废气涡轮增压三、废气涡轮增压的两种基本形式

1、定压增压

2、脉冲增压第25页，讲稿共39页，2023年5月2日，星期三§4-3废气涡轮增压3、两种增压方式比较定压增压脉冲增压废气能量利用E2+E’1E2+E1涡轮机效率高低增压系统布置排气管大，简单排气管小，分支管理上的要求涡轮机叶片易损坏涡轮机叶片不易损坏加速性和低负荷性能差好第26页，讲稿共39页，2023年5月2日，星期三§4-4废气涡轮增压器与增压系统一、废气涡轮增压器的构造涡轮机——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：平衡室第27页，讲稿共39页，2023年5月2日，星期三第28页，讲稿共39页，2023年5月2日，星期三第29页，讲稿共39页，2023年5月2日，星期三§4-4废气涡轮增压器与增压系统二、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第30页，讲稿共39页，2023年5月2日，星期三§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第31页，讲稿共39页，2023年5月2日，星期三§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Gk2）增压比πk3）压气机转速nk4）压气机绝热效率ηk2、压气机的通流特性与特性曲线第32页，讲稿共39页，2023年5月2日，星期三§4-4废气涡轮增压器与增压系统（二）压气机的喘振

喘振——在某一转速下，当压气机流量下降到一定程度时，压气机工作开始不稳定，排出压力波动，并伴随强烈振动和噪音的现象。喘振的机理：低流量、高背压工作叶轮第33页，讲稿共39页，2023年5月2日，星期三§4-4废气涡轮增压器与增压系统带叶片式扩压器第34页，讲稿共39页，2023年5月2日，星期三§4-4废气涡轮增压器与增压系统（三）增压器与柴油机的配合

标定工况、低负荷工况、全工况。第35页，讲稿共39页，2023年5月2日，星期三§4-4废气涡轮增压器与增压系统（四）产生增压器喘振的几种工况

1、气道阻塞

2、环境温度过高

3、突增或突卸负荷

4、主机超负荷运转

5、脉冲增压柴油机一缸熄火或各缸负荷严重不均

6、气阀关闭不严使工作线左移，则低负荷时喘振第36页，讲稿共39页，2023年5月2日，星期三§4-5增压系统的维护和管理一、增压系统的维护管理二、增压系统的故障与应急处理1、轴承烧损：润滑质量2、增压器强烈振动：动平衡、碰擦、轴承损坏3、增压压力下降：

转速下降：废