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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。
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。
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换气过程：排气过程、扫气过程到进气终止的整个气体更换过程作用：将已燃气体排除，吸入新鲜空气，为下一个循环提供条件。
换气过程的影响：动力性，经济性，排气污染，可靠性。
换气过程的评价：废气排除干净与否，新鲜空气充入量，新鲜空气的消耗量评定参数：充量系数、扫气效率等一、四冲程柴油机的换气过程1．自由排气阶段2．强制排气阶段 3．进气阶段4．气阀重叠和燃烧室扫气气阀重叠角：上止点附近进、排气阀同时开启相应的曲轴转角，它是排气迟闭角与进气提前角之和。
燃烧室扫气：在气阀重叠期间新鲜空气对燃烧室的清扫。
二、二冲程柴油机的换气过程1．二冲程柴油机的换气过程（图4-2）1）自由排气阶段（B—R）2）强制排气和扫气阶段（R—C）3）过后排气阶段（C—E）2．二冲程柴油机换气的特点（1）换气时间大大小于四冲程柴油机（2）主要是依靠压差换气，换气质量差（3）空气耗量大，耗功多。
（4）气缸容积不能充分利用。
三、评定换气过程质量的参数1．残余废气系数残余废气系数：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γr ＝G r ／G 0残余废气系数的作用：评价换气过程结束后废气排除的干净程度残余废气系数γr 是的影响因素：燃烧室扫气、扫气形式及扫气的完善程度2．充量系数(充气效率) φc充量系数：每一工作循环进入气缸的实际充气量G 0与在进气状态p 0、Ｔ0（二冲程机为p s 、T s ，增压机为p k 、T k ）下能充满气缸工作容积V s 的理论充气量G s 的比值，即φc ＝G 0／G s 充量系数是用来表征柴油机换气过程完善程度的一个极为重要的参数。
经整理：r a c a c T T p p γεεφ+⋅⋅⋅−=1110影响充量系数φc 的因素：转速、负荷、增压程度、冷却情况、换气系统的清洁程度等ε是由于充量系数的定义而出现的，并不影响换气过程的好坏。
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（）。
A．缸内压力等于扫气压力到扫气口关闭B．缸内出现最低压力到扫气口关闭C．活塞将扫气口打开到扫气口关闭D．开始进入新鲜空气到扫气口关闭B7. 换气过程的自由排气阶段中，废气的排出主要靠（）。
A．气体流动惯性B．气缸内外压力差C．活塞上行的推挤作用D．新鲜空气驱赶A8. 由二冲程柴油机换气过程可知，当扫气口打开瞬时缸内压力（）。
A．略高于扫气压力B．等于扫气压力C．略低于扫气压力D．A和B都可能C9. 二冲程柴油机的换气过程是从（）。
A．扫气口开到扫气口关的过程B．扫气口开到排气口（阀）关的过程C．排气口（阀）开到排气口（阀）关的过程D．排气口（阀）开到扫气口关的过程D10. 二冲程直流扫气式柴油机在缸套扫气口上有纵横两个方向的倾斜角度，其目的是（）。
A．增加缸套强度B．提高扫气速度C．有利于气缸冷却D．形成气垫，改善扫气效果B11. 二冲程气口-气阀式直流扫气柴油机，其气口、气阀的面值形态曲线分布状态是（）。
A．气口、气阀均对称于下止点分布B．气口对称下止点，气阀不对称下止点C．气阀对称下止点，气口不对称下止点D．气口、气阀均不对称于下止点B12. 二冲程柴油机的扫气阶段，缸内废气的排出主要依靠（）。
A．活塞的推挤B．进气的清扫C．废气压力D．废气的惯性A13. 二冲程柴油机在换气过程中，当活塞将排气口（或阀）打开到缸内压力等于扫气压力，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A14. 由二冲程柴油机换气过程可知，当扫气口打开瞬时缸内压力（）。
A．略高于扫气压力B．等于扫气压力C．略低于扫气压力D．A和B都可能C15. 在超临界自由排气阶段废气排出的流速为（）。
A．超临界速度B．超音速C．音速D．亚音速C16. 当活塞将扫、排气口全部遮住时的气缸总容积与压缩室容积之比称为（）。
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D17. 二冲程柴油机失效容积与几何工作容积之比，称为（）。
A．几何压缩比B．有效压缩比C．名义压缩比D．行程失效系数D18. 二冲程柴油机扫气口打开时，允许缸内压力稍高于或等于扫气压力的主要出发点是（）。
A．减小气口高度，使行程失效系数减小，提高气缸利用率B．增加膨胀功C．防止缸内废气倒冲D．A＋BD19. 二冲程柴油机换气过程能否进行完善与下列因素有关（）。
A．气阀（口）通流面积的大小B．气阀（口）开启的延续时间C．扫排气重叠角的大小D．A＋B＋CB20. 柴油机当扫、排气口关闭瞬时的气缸容积与压缩室容积之比，称为（）。
A．几何压缩比B．有效压缩比C．容积效率D．行程失效系数D21. 由二冲程柴油机的换气过程可知，换气全过程的特点有（）。
Ⅰ.换气时间长Ⅱ.换气质量不如四冲程Ⅲ.进气压力可低于大气压力Ⅳ.新鲜空气耗量较大Ⅴ.直流换气比弯流好Ⅵ.扫气口打开新鲜空气立即进入气缸A．Ⅰ＋Ⅲ＋ⅤB．Ⅱ＋Ⅳ＋ⅥC．Ⅰ＋Ⅲ＋ⅥD．Ⅱ＋Ⅳ＋Ⅴ考点2：换气过程评定指标28题1．充气（量）系数ηv充气系数ηv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下充满气缸工作容积V s的理论新鲜空气量G s之比值。
显然在大多情况下G0＜G s，因而ηv＜1，只有在某些增压柴油机中，由于采用了良好的增压技术，而达到G0＞G s，则ηv＞1。
四冲程柴油机的ηv大于二冲程；四冲程中增压柴油机的ηv大于非增压；二冲程柴油机中直流扫气的ηv最大。
2．残余废气系数γr（1）定义残余废气系数γr为换气结束后留在气缸内的残余废气量G r与换气结束后留在气缸内的新鲜空气量G0之比值。
四冲程柴油机决定γr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γr越小。
通常增压柴油机的γr值在0～0.15之间。
四冲程增压柴油机的γr值最小，甚至为0，二冲程回流扫气γr值较大。
（2）降低γr值的措施为了降低柴油机的γr值，可以采用改善气道形状，加大进、排气阀重叠角、采用燃烧室扫气（此时有新气流失）。
也可以来用提前打开排气阀（有膨胀功损失），清洁扫、排气口及其通道，降低排气背压使排气通畅，以及改变扫气形式等。
3．扫气效率ηs扫气效率ηs是指扫气结束后留在气缸中的新鲜空气量G0与气缸内全部气体量G a之比。
由于G a ＝G0＋G r，则很容易求出扫气效率ηs与残余废气系数γr的关系。
扫气效率ηs是衡量扫气效果好环的重要志，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。
ηs越大，扫气效果越好。
一般情况下ηs小于1，在理想情况下，当γr＝0时，ηs＝1。
ηs值最大为1。
4．扫气过量空气系数Φk扫气过量空气系数Φk表示每一循环流过扫气口的新鲜空气量G k（kg）与在进气状态下充满气缸工作容积的理论空气量G s（kg）之比。
显然，扫气过量空气系数Φk一般大于1。
5．扫气系数Φs扫气系数Φs是指整个循环中流过扫气口的新鲜空气量G k（kg）与换气过程结束后，留在气缸中的新鲜空气量G0之比。
扫气系数Φs＝1.4～2.0。
视换气形式和增压程度的不同而不同。
换气质量越高，扫气效率ηs 越高，残余废气系数γr越小，扫气过量空气系数Φk越小，扫气系数Φs越小。
B1. 柴油机的充量系数是指（）。
Ⅰ.换气过程结束后留在气缸内的新鲜空气量Ⅱ.换气过程结束后整个气缸内总的气体量Ⅲ.在进气状态下充满气缸工作容积的新鲜空气量A．Ⅰ与Ⅱ之比B．Ⅰ与Ⅲ之比C．Ⅲ与Ⅱ之比D．Ⅱ与Ⅲ之比B2. 柴油机在实际循环中，充量系数的数值范围（）。
A．总是大于1B．总是小于1C．总是等于1D．随机型而定C3. 下述哪种柴油机的充量系数最大（）。
A．二冲程横流扫气柴油机B．二冲程回流扫气柴油机C．二冲程直流扫气柴油机D．二冲程弯流扫气柴油机D4. 评价柴油机换气过程进行得完善与否的主要指标是（）。
A．气缸压缩压力B．残余废气系数C．充量系数D．B＋CA5. 四冲程和二冲程柴油机的换气质量好坏是用（）参数衡量。
A．充量系数B．充气量C．进气温度D．进气压力B6. 当柴油机转速增加时，其充量系数的变化是（）。
A．增加B．下降C．不变D．影响可以忽略B7. 柴油机进气终点缸内新气温度（），充量系数（）。
A．越高；越高B．越高；越低C．越低；越低D．高低随机型而异C8. 柴油机的充量系数随着（）。
A．柴油机转速增加而增加B．气阀开度的不足而增加C．进气系统脏污严重而降低D．增压压力的提高而降低C9. 在下列影响充量系数φc的因素中，无实际意义的是（）。
A．进气阻力B．柴油机转速与负荷C．压缩比D．残余废气系数D10. 表征二冲程柴油机换气过程完善程度的参数是（）。
A．扫气系数ϕsB．残余废气系数C．充量系数φcD．A＋B＋CC11. 对四冲程柴油机决定残余废气系数γr的主要因素是（）。
A．自由排气过程B．强制排气过程C．燃烧室扫气过程D．进气过程A12. 柴油机进气终了时，缸内压力（）充量系数（）。
A．越高/越高B．越高/越低C．越低/越高D．大小与/无关D13. 下列因素由于引起进气终了时温度的变化，影响充量系数的说法不正确的是（）。
A．柴油机负荷增大，壁温升高，则充量系数下降B．气缸冷却水温度升高，壁温升高，则充量系数下降C．气缸尺寸增大，进气温度降低则充量系数升高D．残余废气系数增大，进气温度降低，则充量系数升高C14. 影响柴油机充量系数的不正确说法是（）。
A．φc随残余废气系数的降低而增加B．φc随进气终了温度的降低而增加C．φc随进气终了压力的增加而降低D．φc随柴油机转速的提高而降低D15. 影响柴油机充量系数的错误说法是（）。
A．φc随柴油机负荷的增大而降低B．φc随缸壁冷却水温度的升高而降低C．φc随残余废气系数的减小而升高D．φc随气缸尺寸的增大而降低A16. 在二冲程柴油机扫气效率论述中，错误的说法是（）。
A．扫气系数越大，扫气效率越低B．高速发动机的扫气效率比低速机低C．横流扫气行程与缸径之比越大，扫气效率越低D．求扫气效率时，在压缩始点缸内新气之中，不包含前一循环的过量空气A17. 扫气效率ηs是指（）。
Ⅰ.扫气完毕留在气缸内的新鲜空气量Ⅱ.整个气缸内总的气体量Ⅲ.在进气状态下充满气缸工作容积的新鲜空气量A．Ⅰ与Ⅱ之比B．Ⅰ与Ⅲ之和C．Ⅲ与Ⅱ之比D．Ⅱ与Ⅲ之和B18. 表征二冲程柴油机扫气完毕后气缸内新气干净程度的参数是（）。
A．充量系数φcB．扫气效率ηsC．扫气系数φsD．残余废气系数γrC19. 下列评价二冲程柴油机换气质量参数中不正确的说法是（）。
A．残余废气系数越小，换气质量越好B．扫气效率越高，换气质量越好C．扫气系数越大，换气质量越好D．扫气过量空气系数越小，换气质量越好B20. 换气质量好，将影响燃油雾化和燃烧不正确的说法是（）。
