第五章 柴油机的换气与增压11

4．柴油机的换气与增压定义：这个工质更换的过程称为换气过程，它指的是柴油机从开始排气、扫气到进气结束的整个气体更换过程。

换气过程进行完善，压缩过程开始时残留废气量少，存留在气缸中的新鲜空气量多，就为燃油的完全、及时燃烧创造了良好条件。

燃油的完全而及时的燃烧，不但使柴油机发出更大功率，提高其动力性；使柴油机有高的热效率，提高其经济性；而且，完全而及时的燃烧还意味着减少结炭和较低的循环平均温度，从而提高其可靠性；减少排气污染也必须有好的换气质量。

因此，换气质量的好坏是柴油机工作优劣的先决条件。

作用：更换工质，为下一循环燃油的燃烧创造必要条件。

要求：废气从气缸内排除得愈干净愈好，充入气缸的新鲜空气量愈多愈好；消耗的功及流失的空气量要少。

1．二冲程柴油机的换气形式在二冲程柴油机中，不同的换气形式对换气质量以至对柴油机性能有重要影响。

至今已出现多种换气形式。

根据气流在气缸中的流动路线，二冲程柴油机的换气形式可分为弯流与直流两大类。

每一大类中又有不同的换气形式，即： 横流（图1-2-4）回流（MAN 低速机）弯流 排气口有阀控制半回流（Sulzer 低速机）简单半回流排气阀—扫气口式（B&W 、三菱及Sulzer RTA ）直流排气口—扫气口式1．弯流扫气扫、排气口布置于气缸下端，扫气空气由下而上，然后由上而下地清扫废气。

横流扫气的船舶主机已淘汰多年，目前仍有半回流和回流两种。

1）半回流（新横流）扫气Sulzer 公司大型柴油机的传统形式。

进气口布置在排气口同侧的下方及两侧。

如图1-2-6所示。

其气缸盖结构较简单，不用设排气阀。

扫气口在纵向（与气缸轴向成角度）和横向（与气缸径向成角度）两个方向均有倾斜角，使扫气空气进入气缸后有向上和绕气缸轴线旋转的运动。

活塞顶的形状也有引导扫气空气向上的作用。

这样可控制气流方向，防止进气直接流向排气口，减少新、废气掺混，提高换气效率；避免死角，减少残留废气，提高换气质量。

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。

柴油机的增压（一）增压的目的增压技术是提高柴油机功率最有效的措施之一，目前已广泛应用于船舶柴油机上。

pVnmi,eh根据： P, e60000可知，有效功率只与平均有效压力、气缸工作容积、柴油机转速、冲程系数及PpVnmeeh气缸数i等参数有关，故提高柴油机功率的措施，可以归纳为三个方面。

1．增加工作容积加大DiS、和，均能增加气缸工作容积，但这一措施会加大柴油机总重量和总尺寸，使造价增加，并给维修工作带来困难。

2．增加单位时间内的工作循环次数提高（或活塞平均速度）和采用二冲程柴油机（使=1），皆可增加单位时间内的工Cnmm作循环次数，但是，此措施会导致柴油机机械负荷和热负荷的增大，充气系数和机械效率,,vm的下降，使燃油燃烧恶化，影响柴油机工作可靠性和使用寿命。

3．提高平均有效压力P e由可知，要提高可通过提高机械效率或者提高平均指示压力来达到，P,P,,P,Peimemi但的变化范围很小，从减少机械损失来提高是有限的，所以的提高主要是依靠提高。

,,PPmmei由燃烧理论得知，增加每一工作循环的喷油量，能提高，但必须相应地增加气缸充气量，Pi以确保燃油完全燃烧。

在气缸容积不变的条件下，欲增加气缸充气量，必须增加进气密度，即先将空气进行压缩，然后使之进入气缸。

所谓增压，就是指通过提高柴油机进气压力来增加气缸的充气量。

这样，可以相应地增加喷入气缸的燃油量，提高柴油机平均有效压力，从而有效地提高柴油机功率。

（二）中冷的作用中冷即将经压缩的空气，在进入气缸前进行中间冷却，以降低进气温度，增大进气密度。

中冷配合增压，可进一步增大气缸充气量。

中冷器（即增压空气中间冷却器）往往以舷外水作为冷却介质。

提高进气压力的方法一般是用空气压缩机来完成。

通常把这一设备称为增压器，而把实现增压所设置的成套附件及管路系统称为增压系统。

根据驱动增压器不同的能量来源，增压系统通常可分为三类。

（一）机械增压系统增压器由柴油机直接驱动的增压系统称为机械增压系统。

柴油增压器原理
柴油增压器是一种常见的发动机增压装置，它通过改变进气压力和进气流量，提高柴油发动机的输出功率和扭矩。

柴油增压器原理主要包括以下几个方面：
1. 利用废气能量：柴油发动机的排气中含有大量的能量，而增压器通过废气驱动，将废气动能转化为压气能，提高进气压力。

增压器通常采用涡轮和涡轮壳体组成，废气通过涡轮叶片的喷射和推动，使涡轮旋转，从而带动进气涡轮壳体旋转。

2. 进气压力提高：增压器的作用是将进气压力增加到比大气压更高的水平，使空气更加密集。

当进气压力提高后，单位时间内进入气缸的氧气量也相应增加，可以更充分地与燃油混合燃烧，提高燃烧效率，从而增加发动机的输出功率和扭矩。

3. 压力平衡与控制：增压器还需要达到一定的压力平衡和控制效果，确保增压器的操作正常。

通常增压器内部设有压力控制器，可以根据发动机负荷和转速的变化，调整进气压力，使其始终保持在一个适宜的范围内。

总之，柴油增压器通过利用废气能量，增加进气压力，并通过压力平衡与控制，提高柴油发动机的燃烧效率，从而增加输出功率和扭矩。

这种增压装置在现代柴油发动机中广泛应用，有效提高了发动机的性能和燃油利用率。

柴油机的工作原理引言概述：柴油机是一种内燃机，利用燃料的燃烧产生的高温高压气体推动活塞运动，从而驱动机械设备。

本文将详细介绍柴油机的工作原理。

一、进气系统1.1 进气阀控制：柴油机进气阀的控制是由凸轮轴驱动的。

凸轮轴上的凸轮通过推杆和摇臂传递力量，使进气阀开启和关闭。

1.2 进气道：柴油机通过进气道从外部吸入空气。

进气道通常设有空气过滤器，以过滤空气中的杂质和灰尘。

1.3 涡轮增压器：柴油机中的涡轮增压器可以增加进气压力，提高燃烧效率和动力输出。

二、燃油系统2.1 燃油喷射泵：燃油喷射泵是柴油机中的关键组件，它负责将燃油以高压喷射到气缸中。

喷射泵的工作原理是通过凸轮轴驱动的柱塞来产生高压燃油。

2.2 喷油嘴：喷油嘴是燃油喷射泵的出口，通过喷油嘴将高压燃油喷射到气缸中。

喷油嘴的喷油时间和喷油量可以通过控制喷油泵的工作来调节。

2.3 燃油滤清器：燃油滤清器用于过滤燃油中的杂质和污染物，保证燃油的纯净度，防止喷油嘴堵塞。

三、压缩系统3.1 活塞压缩：柴油机中的活塞在上行过程中将进气气体压缩，使气体温度升高。

3.2 活塞环密封：活塞环的密封性能对柴油机的工作效率和排放有重要影响。

活塞环的主要作用是防止燃烧室内的高压燃气泄漏到曲轴箱。

3.3 缸盖和气缸：缸盖和气缸是柴油机中的关键组成部分，用于容纳活塞和形成燃烧室。

缸盖上通常还设有喷油嘴和气门。

四、燃烧系统4.1 点火：柴油机中的燃烧是通过高压燃油喷射到高温高压气体中引起的自燃。

柴油机不需要点火器来点燃燃油。

4.2 燃烧室：燃烧室是柴油机中燃烧过程发生的地方，它的形状和设计对燃烧效率和排放有重要影响。

4.3 燃烧产物：柴油机燃烧产生的主要产物是二氧化碳和水蒸气，同时还会产生一些氮氧化物和颗粒物。

五、排气系统5.1 排气阀：排气阀的控制是由凸轮轴驱动的，它负责打开和关闭气缸的排气通道。

5.2 排气管：排气管将废气从气缸中排出，通常还设有催化剂和消声器，以减少废气对环境的污染和噪音。

第五章柴油机工作系统【学习目标】掌握柴油机配气系统、燃油系统、润滑系统、冷却系统的功用、基本组成、工作原理、日常维护管理、常见故障及处理。

第一节配气系统一、配气系统的功用配气系统的功用是根据配气正时的要求，在规定的时间内，向气缸内供给足够和清洁的新鲜空气，并将燃烧后的废气尽可能干净地排入大气。

二、配气系统的组成配气系统包括进气系统和排气系统。

四冲程柴油机的进气系统由空气过滤器、进气总管和支管、气缸盖内进气道、配气机构组成；排气系统由配气机构、气缸盖内排气道、排气支管和总管、消音器等组成。

增压柴油机的配气系统增设了废气涡轮增压器和中冷器。

三、配气机构控制柴油机进、排气过程的机构，称为配气机构（或称换气机构）。

配气机构控制柴油机的换气过程，在配气系统中起着非常重要的作用，直接影响换气质量。

配气机构的功用是按气缸的发火顺序和柴油机的工作循环，适时开启和关闭进、排气阀，使新鲜空气进入气缸，废气排出气缸，以保证柴油杌工作过程连续、完善地进行。

四冲程柴油机采用气阀式配气机构。

气阀式配气机构主要由气阀机构、气阀传动机构、凸轮与凸轮轴、凸轮轴传动机构四部分组成，如图5-1所示。

气阀式配气机构的基本动作原理是，曲轴转动时，带动凸轮轴传动机构使凸轮轴转动，凸轮轴上的凸轮按一定的时刻顶动气阀传动机构，从而驱动气阀，使气阀定时开启与关闭。

1、气阀机构气阀机构安装在气缸盖上。

气阀机构的功用是维持气阀的闭合。

它包括气阀、气阀导管、气阀弹簧、阀座、弹簧座、阀杆连接件等，如图5-2所示。

气阀与阀座配合，用于控制气流通道。

气阀由阀盘和阀杆组成，如图5-3所示。

阀盘密封锥面的锥角一般有30°或45°，进气阀通常采用30°锥角（锥角较小，在相同开度下，气流通过截面大），排气阀通常采用45°度锥角（锥角大，阀盘边缘厚，对中性、密封性及导热性好）。

阀杆外圆以气阀导管为导向，同时将气阀的部分热量传递给气阀导管和气缸盖，阀杆端部制有环槽，用于安装两个半圆的锥形卡块，以连接气阀与弹簧座。