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pb比排气管中的压力pr高得多，pr/pb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pr/pb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Gr与充入气缸的新鲜空气量G0之比，即

Gr ?r? （8-5）

G0 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。显然，此数值越小，废气排得越干净，换气过程越完善。 一般在标定工况下，?r的数值如下：

四冲程非增压柴油机 ?r =0.03～0.06 四冲程增压柴油机 ?r =0.00～0.03 二冲程气口气阀直流扫气柴油机 ?r =0.06～0.08 二冲程回流扫气柴油机 ?r =0.05～0.15 二冲程简单横流扫气柴油机 ?r =0.25～0.40 从上述数值可以看出，四冲程柴油机的换气质量好于二冲程柴油机，二冲程柴油机中直流扫气效果最好，其次是回流扫气，横流扫气效果最差。?

4．2．2充量系数（充气系数）的概念和意义，影响充量系数主要因素

在进气过程结束时，由于存在流动阻力，气缸内压力低于进气管处压力。同时由于壁面对吸入空气的加热，进气与残留在气缸中废气的混合以及进气动能部分转变为热能等原因，气缸里进气温度比进气管处

空气温度高。因此如把吸进气缸内的新鲜空气体积换算成进气管状态的体积，此换算体积将小于气缸工作容积。

充气系数?v是在换气过程结束时充入气缸的实际空气量G0与在进气状态下充满气缸工作容积Vs的理论空气量Gs之比，即

G0V0?0V0 ?v??? （8-6）

GsVs?0Vs式中：?0——进气状态下的空气密度；

V0——进入气缸的实际空气量在进气状态下所占的体积。

所谓“进气状态”，对不同类型的柴油机来说是不同的。四冲程非增压柴油机，一般取大气状态p0、T0，二冲程柴油机一般取扫气箱内状态ps、Ts，增压柴油机取进气管状态pk、Tk。

换气过程结束时，气缸内除了有新鲜空气外，还残留有少量废气，即残余废气。气缸内混合气体的重量为：

Ga?G0?Gr?G0?1??r? （8-7） 根据气体状态方程，气缸中的实际空气量G0和在进气状态下充满气缸工作容积的理论空气量Gs可写成：