第四章柴油機的換氣與增壓第一節(jié)換氣過程及換氣質量評定參數(shù)換氣過程：排廢氣充新氣的過程過程好壞的標志：廢氣排出干凈否；新氣充入多少；空氣耗量

一、四沖程柴油機的換氣過程二、二沖程柴油機的換氣三、評定換氣過程質量的參數(shù)

一、四沖程柴油機的換氣過程四個階段：自由排氣強制排氣氣閥重疊進氣瞬時時面值（角面值）——過程時面值（角面值）——氣閥與氣口的角面值和時面值表示氣口和氣閥流通能力的指標影響因素（設計制造、使用管理轉速定時？）二、二沖程柴油機的換氣

三個階段：自由排氣階段(B-R）強制排氣與掃氣（R-C）過后排氣（C-E）

二沖程柴油機換氣的特點1、換氣時間少2、缸內殘留廢氣多3、換氣過程耗功多4、氣缸容積不能充分利用1

殘余廢氣系數(shù)換氣過程結束時，缸內殘存的廢氣量Gr與充入氣缸的新鮮空氣量G0之比，即

r＝Ｇr／Ｇ０用廢氣排除的干凈程度來表示換氣完善程度。三、評定換氣過程質量的參數(shù)2

充量系數(shù)(充氣效率)

c每循環(huán)進入氣缸實際充氣量G0與在進氣狀態(tài)p0、T0(ps、Ts，或pk、Tk）下充滿氣缸工作容積Vs的理論充氣量Gs的比值。

c＝G0/Gs通常，充量系數(shù)均小于1。但在理想狀態(tài)下，則充量系數(shù)可能大于1。重要的表征換氣過程完善程度的參數(shù)影響充量系數(shù)

c的因素：轉速、負荷、增壓程度、冷卻情況、換氣系統(tǒng)的清潔程度等掃氣效率ηs、掃氣系數(shù)φs、給氣比β掃氣效率：換氣過程結束后，氣缸內的新鮮空氣量G0與氣缸內全部氣體量Ga之比

給氣比：每循環(huán)通過掃氣口的新鮮空氣量Gk與在進氣狀態(tài)下(ps、Ts)充滿氣缸工作容積Vs的理論空氣量Gs之比

β＝Gk/Gs1.0～1.3掃氣系數(shù)：在一個循環(huán)中通過掃氣口的全部掃氣空氣量Gk與換氣過程結束后留在氣缸中的新鮮空氣量G0之比φs＝Ｇk/Ｇ０

1.4～2.0C4第二節(jié)換氣機構保證柴油機按規(guī)定順序和時刻完成進、排氣過程的機構一、氣閥機構二、氣閥傳動機構三、凸輪軸及傳動機構四、換氣機構的故障和管理氣閥機構組成不帶閥殼：帶閥殼殼工作條件：高溫、高壓的作用排氣閥：閥盤650℃～800℃進氣閥：閥盤450℃～500℃撞擊、磨損、腐蝕一、氣閥機構氣閥彈簧氣閥導管閥面與閥座配合全接觸式閥面與座面錐角相等；接觸面大、耐磨、傳熱好，但易結炭，敲擊產生麻點,閥線寬度一般為1.5mm～2.5mm外接觸式閥面錐角小于座面錐角0.5°～１°。接觸面小，密封性好，多用在強載中速機中內接觸式閥面錐角大于座面錐角0.2°～0.5°接觸面小，密封性好。接觸面因離燃燒室遠些，溫度低，釩、鈉的腐蝕小。用在長行程低速柴油機中通常錐角α為30°或45°。工藝閥桿：氮化、鍍鉻、滾壓、拋光閥座：鉆孔水冷，空氣槽。材料：耐熱合金鋼，堆焊鈷基硬質合金(stellite)旋閥器旋閥器：使排氣閥在開關過程中慢慢轉動減少閥面與閥座上的積炭，使磨損減??；使閥盤均勻受熱，以改善閥盤的熱應力狀態(tài)；消除閥桿與導管之間的積炭，防止卡住。旋閥器的類型旋轉帽式、推進器式、棘輪式、杠桿式多種。1

機械式氣閥傳動機構氣閥間隙在柴油機冷態(tài)時，氣閥機構和氣閥傳動機構之間的間隙，

二、氣閥傳動機構作用:留有熱障余地，保證氣閥關閉組成：滾輪、頂頭、頂桿、調節(jié)螺栓、搖臂、搖臂軸、搖臂支座等旋殼2、液壓式氣閥傳動機構缺點:

調試困難與密封困難結構工作原理優(yōu)點：尺寸小、重量輕、利于布置、氣閥不承受側推力、噪音小、拆裝方便1

凸輪軸作用三、凸輪軸及傳動機構有整體式和裝配式一根軸或兩根軸2

凸輪軸傳動機構1)齒輪傳動主、從動齒輪的傳動速比四沖程為2∶1二沖程為1∶1主動輪、從動輪和中間齒輪凸輪軸傳動機構都裝在飛輪端嚙合記號2)鏈傳動機構

特點:裝置結構簡單、避免齒間間隙累積誤差對于軸線誤差不敏感?？沈寗油鶑蛻T性力矩平衡裝置潤滑不如齒輪傳動裝置，磨損快，易松弛

張緊:張緊輪可位于緊邊或松邊。張緊鏈條時要邊盤車邊張緊。鏈條、鏈輪磨損后，鏈條會松弛，再度張緊時，定時會發(fā)生變化。若鏈條長度增加1.5%時，需換新組成：主動鏈輪、從動鏈輪、鏈條、鏈條導軌、中間輪、鏈條張緊裝置等。四、換氣機構的故障和管理1.氣閥機構的故障(1)閥面和閥座磨損和腐蝕(2)閥面與閥座燒損(3)閥桿卡緊(4)閥桿和閥頭斷裂(5)氣閥彈簧斷裂(6)閥殼產生裂紋2.氣閥間隙測量和調整，氣閥定時檢查(2)氣閥定時的檢查氣閥間隙調整后進行用千分表表針剛移動或剛回到原位是對應開啟或關閉飛輪上讀取刻度(1)氣閥間隙測量和調整用厚薄規(guī)、冷態(tài)、凸輪落于基圓時測量3.氣閥和閥座的研磨與更換輕微磨損、損傷可用研磨砂對研，研磨后閥面上應研出暗色連續(xù)等寬度閥線。磨損、損傷嚴重時小型機用絞刀和磨床絞削閥座和磨閥，然后對研大型機用專用磨床磨削再對研無法修復磨損過大的氣閥應換新。C4第三節(jié)廢氣渦輪增壓一、柴油機增壓概述二、廢氣能量分析三、廢氣渦輪增壓的兩種基本形式四、其他增壓形式中冷降低空氣溫度，提高空氣密度。降低柴油機的循環(huán)平均溫度增壓：就是用提高氣缸進氣壓力的方法，使進入氣缸的空氣密度增加，從而可以增加噴入氣缸的燃油量，以提高柴油機的平均指示壓力pi和柴油機的平均有效壓力pe。增壓度:增壓度是柴油機增壓后標定功率與增壓前標定功率之差值與增壓前標定功率的比值。一、柴油機增壓概述Pe∝i·Ｄ2·s·m·n·pe增壓的分類根據(jù)驅動增壓器能量分類(1)機械增壓(2)廢氣渦輪增壓(3)復合增壓低增壓pk≤0.15MPa；中增壓pk＝0.15～0.25MPa；高增壓pk＝0.25～0.35MPa;超高增壓pk＞0.35MPa。按照增壓壓力pk的高低分類現(xiàn)代船用低速機的增壓壓力在0.3MPa上下。增壓比πb：πb＝pk／po

pk越低，則E1所占比例大；pk越高，E２越大二沖程機廢氣能量二、廢氣能量分析四沖程機的廢氣能量定壓能E２脈沖能Ｅ１1

定壓渦輪增壓結構:

各缸排氣管連接到一根共用的容積足夠大的排氣總管上特點:進入渦輪的壓力基本穩(wěn)定，渦輪工作穩(wěn)定，效率高。廢氣能量利用的少，需設輔助風機213456三、廢氣渦輪增壓的兩種基本形式2、脈沖渦輪增壓特點:

進入渦輪的廢氣壓力為脈動狀態(tài)廢氣的能量利用多渦輪工作不穩(wěn)定，效率較低結構:

各缸排氣管經過分組直接與廢氣渦輪相連，排氣管短而細，通道要光滑，成流線形，并使渦輪盡量靠近排氣口。123456排氣干擾排氣管的分組分組原則：避免同組內各缸的排、掃氣互相干擾。二沖程柴油機同組的最多允許氣缸數(shù)：i=360/120＝3

四沖程柴油機同組的最多允許氣缸數(shù)：i=720/240＝3

3、兩種增壓方式比較結論：低、中增壓：絕大多數(shù)采用脈沖增壓。高增壓：在高增壓時均采用定壓增壓。

(1)廢氣能量的利用。(2)渦輪的工作性能。(3)增壓系統(tǒng)的布置。(4)管理上的要求。(5)柴油機的加速性及低負荷性能。定壓增壓是目前增壓系統(tǒng)的發(fā)展方向。四、其他增壓形式1、脈沖轉換增壓2、多脈沖增壓3、模件式脈沖轉換增壓要求：接于A、B兩管的各缸間的發(fā)火間隔角對四沖程柴油機要大于180°，對二沖程機要大于90°；共管兩缸發(fā)火間隔角對四沖程機要大于240°，對二沖程機要大于120°。1、脈沖轉換增壓在排氣支管和廢氣渦輪之間裝設脈沖轉換器。適用：氣缸數(shù)為4的整數(shù)倍的柴油機。2、多脈沖增壓

將多根排氣支管接到一個多進口的多脈沖轉換器上。適用：缸數(shù)越多（多于7缸），效果越好。3、模件式脈沖轉換增壓(單管脈沖增壓)

結構原理：排氣管由單管脈沖轉換器和擴壓器組成渦輪按定壓工作。優(yōu)點：排氣管布置簡單不受缸數(shù)限制第四節(jié)廢氣渦輪增壓器及增壓系統(tǒng)一、廢氣渦輪增壓器的構造二、廢氣渦輪增壓器的工作原理三、離心式壓氣機的工作特性及喘振機理四、柴油機廢氣渦輪增壓系統(tǒng)五、柴油機增壓系統(tǒng)中增壓器的運行特點及喘振原因一、廢氣渦輪增壓器的構造二、廢氣渦輪增壓器的工作原理1、離心式壓氣機原理絕熱效率ηk

在排氣蝸殼內動能進一步轉變?yōu)閴毫δ?/p>

在擴壓器內動能轉變?yōu)閴毫δ堋?/p>

在葉輪內機械能轉變?yōu)闅饬鞯膭幽芎蛪毫δ?、單級軸流式渦輪機的基本工作原理

氣流在噴嘴中膨脹加速速度能轉變?yōu)閯幽?/p>

輸出轉動力矩同時產生軸向力

兩力矩作用方向相同，使葉輪回轉

葉片流道是收縮的，氣流進一步膨脹對轉子產生反動力矩

離心力作用使噴嘴葉片凹凸面上產生壓差，而對轉軸產生沖動力矩三、離心式壓氣機的工作特性及喘振機理離心式壓氣機的特性

離心式壓氣機在各種不同工況工作時，它的各主要參數(shù)會隨之變化。在不同轉速下壓氣機的排出壓力和效率隨空氣流量的變化規(guī)律。21喘振壓氣機內氣流流動不穩(wěn)定，產生強烈脈動，引起壓氣機工作不穩(wěn)定，導致壓氣機振動，并發(fā)出異常的響聲的現(xiàn)象。喘振的原因：流量小于設計流量時氣流偏離，漩渦、分離會進一步擴展，氣流強烈不穩(wěn)定流動，喘振。流量等于設計流量時

氣流平順流動，損失小。流量大于設計流量時氣流偏離葉片，但不擴展。柴油機與增壓器的配合柴油機與增壓器良好匹配的標志是：柴油機達到預定的增壓指標；增壓器在柴油機全部工作范圍內都能穩(wěn)定地運轉，既不喘振也不超速，盡可能在高效區(qū)工作配合工作特性曲線18四、柴油機廢氣渦輪增壓系統(tǒng)

廢氣能量低

單獨增壓系統(tǒng)—只由廢棄渦輪增壓器實現(xiàn)增壓

復合增壓系統(tǒng)—機械增壓和廢棄渦輪增壓聯(lián)合二沖程柴油機有廢氣渦輪與壓氣機之間的功率平衡問題過量空氣系數(shù)α大

壓差掃氣串聯(lián)增壓系統(tǒng)串聯(lián)旁通增壓系統(tǒng)并聯(lián)增壓系統(tǒng)單獨增壓系統(tǒng)應用：四沖程柴油機早期的直流掃氣二沖程柴油機現(xiàn)代二沖程低速機普遍采用。低負荷時輔以輔助鼓風機。只用廢氣渦輪增壓器實現(xiàn)增壓五、柴油機增壓系統(tǒng)中增壓器的運行特點及喘振原因

喘振時可臨時提高負荷消除。1、增壓系統(tǒng)中增壓器的運行特點

單獨增壓系統(tǒng)中增壓器的工作特性線在高負荷時遠離喘振，在低負荷時靠近喘振區(qū)。

在流到堵塞，背壓升高時，低負荷易喘振。2.增壓系統(tǒng)中增壓器喘振的原因4)環(huán)境溫度的變化根本原因：實際流量<限制流量長期工作導致性能逐漸惡化，匹配不良或暫時失配1)氣流通道堵塞：臟污、結炭、變形2)增壓器和柴油機的運行失配柴油機本身的某些故障裝載、頂風、污底操作不當3)脈沖增壓一缸熄火或各缸負荷嚴重不均C4第五節(jié)增壓系統(tǒng)的維護管理一、增壓系統(tǒng)的維護管理二、增壓系統(tǒng)的故障及排除三、增壓器損壞后的應急處理廢氣渦輪增壓器的工作特點：轉子轉速高；氣流流速高；渦輪工作溫度高管理應注意的問題平衡性；

潤滑；冷卻；間隙安裝一、增壓系統(tǒng)的維護管理1、增壓器的日常管理運行參數(shù)；

運轉聲響；

軸承潤滑；

停車管理；

拆裝2、廢氣渦輪增壓器的清洗運轉中的清洗；拆開清洗廢氣渦輪的清洗水洗法在低負荷下進行(50%標定功率)清洗約需10min清