柴油機(jī)的換氣與增壓

關(guān)于柴油機(jī)的換氣與增壓第1頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月§4-1柴油機(jī)的換氣過程

換氣過程——每完成一個工作循環(huán)，把廢氣排出氣缸，并把新鮮空氣吸入氣缸的工質(zhì)更換的過程。

要求：①排氣——干凈——進(jìn)氣多 ②進(jìn)氣——多——燒的油多、作功能力大；燃燒完全，經(jīng)濟(jì)性好，排放性好；熱負(fù)荷低。③空氣消耗量小，耗功少。

每循環(huán)的最大供油量，完全取決于各循環(huán)的充氣量。第2頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月§4-1柴油機(jī)的換氣過程一、四沖程柴油機(jī)的換氣過程第3頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月§4-1柴油機(jī)的換氣過程1、排氣過程自由排氣——壓差強(qiáng)制排氣——推動功過后排氣——慣性2、進(jìn)氣過程準(zhǔn)備進(jìn)氣階段——創(chuàng)造壓差、開度條件主要進(jìn)氣階段——壓差補(bǔ)充進(jìn)氣階段——慣性循環(huán)進(jìn)氣量對應(yīng)于氣缸工作容積Vs第4頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月§4-1柴油機(jī)的換氣過程3、氣閥重疊和燃燒室掃氣

氣閥重疊角——進(jìn)排氣上止點前后，進(jìn)排氣閥同時開啟的現(xiàn)象。排氣滯后角與進(jìn)氣提前角之和。

掃氣作用： 1）使排氣更干凈；

2）降低熱負(fù)荷。重疊角高速機(jī)大于低速機(jī)，增壓機(jī)大于非增壓機(jī)。第5頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月§4-1柴油機(jī)的換氣過程二、二沖程柴油機(jī)的換氣過程

1、換氣過程

1）自由排氣階段

2）掃氣階段

3）過后排氣階段

2、特點

1）時間短；

2）摻混嚴(yán)重；

3）新鮮空氣消耗量大，耗功多；

4）氣缸容積不能充分利用，存在有效壓縮比。第6頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月§4-1柴油機(jī)的換氣過程三、二沖程柴油機(jī)的換氣形式1、彎流掃氣

1）橫流掃氣：掃氣口與排氣口位于氣缸中心線的兩側(cè)。

2）回流掃氣：掃氣口與排氣口位于氣缸下部同一側(cè)且排氣口在掃氣口上方。

3）半回流掃氣：掃氣口在排氣口下方及兩側(cè)。特點：掃氣流動路線長（2S）、新氣與廢氣易摻混、死角、氣流短路，換氣質(zhì)量差；氣缸下部受熱不均易變形；結(jié)構(gòu)簡單、管理方便。第7頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月§4-1柴油機(jī)的換氣過程2、直流掃氣氣口－氣閥式、氣口－氣口式特點：氣流流動路線短、不易摻混，質(zhì)量好；氣缸下部受熱均勻；機(jī)構(gòu)復(fù)雜，管理不便；易于長行程（S/D＞2.5）和超長行程（S/D＞3）柴油機(jī)。柴油機(jī)的氣口沿水平和垂直方向均有傾斜角以控制氣流方向。第8頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月§4-1柴油機(jī)的換氣過程四、時面圖和時面值

設(shè)通路流通面積為，則在時間微元內(nèi)，流過通路的氣體數(shù)量為：

dG=ωfdt

結(jié)構(gòu)不變，n↑→時面值↓→換氣質(zhì)量↓第9頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月§4-1柴油機(jī)的換氣過程五、評定換氣過程質(zhì)量的參數(shù)1、殘余廢氣系數(shù)

——換氣過程結(jié)束時，氣缸內(nèi)殘存的廢氣量與充入氣缸的新鮮空氣量之比。γr=Gr/G02、充量系數(shù)——每以循環(huán)進(jìn)入氣缸的實際充氣量與在進(jìn)氣狀態(tài)下充滿氣缸工作容積的理論空氣量之比。ηV=G0/Gs＜1第10頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月§4-1柴油機(jī)的換氣過程3、影響充量系數(shù)（換氣質(zhì)量）的因素1）進(jìn)排氣道流動阻力的影響2）柴油機(jī)轉(zhuǎn)速的影響

n↑→流速↑→流動阻力↑→pa↓，pr↑→Φc↓n↑→時面值↓→G↓3）柴油機(jī)負(fù)荷的影響

Pe↑→氣缸溫度上升→Ta↑→Φc↓4）氣閥間隙的影響——時面值5）氣閥定時的影響——時面值、工作紊亂第11頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月§4-1柴油機(jī)的換氣過程4、掃氣效率、掃氣系數(shù)和給氣比

掃氣效率ηs——換氣過程結(jié)束后，氣缸內(nèi)的新鮮空氣量與氣缸內(nèi)總氣量之比。

掃氣系數(shù)Φs——在一個循環(huán)中通過掃氣口的全部掃氣空氣量與換氣過程結(jié)束后留在氣缸內(nèi)的新鮮空氣量之比。

給氣比β——每循環(huán)通過掃氣口的新鮮空氣量與在進(jìn)氣狀態(tài)下充滿氣缸工作容積的理論空氣量之比。第12頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月§4-2換氣機(jī)構(gòu)

換氣機(jī)構(gòu)——保證柴油機(jī)按規(guī)定順序和時刻完成柴油機(jī)的進(jìn)、排氣過程的機(jī)構(gòu)。

型式：

氣閥式換氣機(jī)構(gòu)氣口式換氣機(jī)構(gòu)氣口－氣閥式換氣機(jī)構(gòu)氣閥式換氣機(jī)構(gòu)：氣閥機(jī)構(gòu)氣閥傳動機(jī)構(gòu)凸輪及凸輪軸凸輪軸傳動機(jī)構(gòu)第13頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月§4-2換氣機(jī)構(gòu)一、氣閥機(jī)構(gòu)1、型式帶閥殼式不帶閥殼式2、組成（閥殼）、氣閥、閥座、導(dǎo)管、氣閥彈簧、彈簧襯盤、卡塊、卡簧和轉(zhuǎn)閥機(jī)構(gòu)。實船第14頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月§4-2換氣機(jī)構(gòu)

閥面錐角——氣閥錐面與底面的夾角。錐角大，對中好，密封好，但磨損嚴(yán)重；反之亦反。

閥線——氣閥閥盤與閥座相接觸的很窄的一圈接觸線。閥線寬度應(yīng)適當(dāng)，過窄則密封雖好，但磨損嚴(yán)重，連續(xù)且位置正確。連續(xù)、寬度、位置。第15頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月§4-2換氣機(jī)構(gòu)氣閥旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)帽式旋閥器推進(jìn)器式旋閥器第16頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月§4-2換氣機(jī)構(gòu)二、氣閥傳動機(jī)構(gòu)1、型式機(jī)械式和液壓式2、機(jī)械式傳動機(jī)構(gòu)組成：頂頭、頂桿和搖臂

氣閥間隙——柴油機(jī)冷態(tài)下，氣閥關(guān)閉時閥桿頂端與搖臂之間的間隙。目的是留有氣閥受熱膨脹空間。間隙↓→早開遲關(guān)，關(guān)閉不嚴(yán)間隙↑→遲開早關(guān)，開度不足，撞擊嚴(yán)重第17頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月§4-2換氣機(jī)構(gòu)3、液壓式傳動機(jī)構(gòu)開閥靠油壓，關(guān)閥靠空氣彈簧實船第18頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月§4-2換氣機(jī)構(gòu)三、凸輪軸及傳動機(jī)構(gòu)1、凸輪軸2、凸輪軸的傳動機(jī)構(gòu)

1）齒輪傳動機(jī)構(gòu)

2）鏈傳動機(jī)構(gòu)第19頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月§4-2換氣機(jī)構(gòu)四、換氣機(jī)構(gòu)的常見故障和管理1、氣閥機(jī)構(gòu)的常見故障

1）閥面與閥座的磨損和腐蝕：撞擊、高溫腐蝕。

2）閥面與閥座的燒損：密封不好串氣。

3）閥桿卡緊：氣閥導(dǎo)管間隙過大、過??；對中、變形。

4）閥桿和閥頭斷裂：撞擊、熱應(yīng)力過大。

5）氣閥彈簧斷裂：共振、材料缺陷。

6）閥殼裂紋：安裝應(yīng)力。第20頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月§4-2換氣機(jī)構(gòu)2、氣閥間隙檢查與調(diào)整：氣閥關(guān)閉（滾輪在基圓上）3、氣閥定時的檢查與調(diào)整：氣閥間隙正確或為零4、氣閥與閥座的修鉸與研磨第21頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月§4-3廢氣渦輪增壓一、柴油機(jī)增壓概述1、柴油機(jī)增壓的目的Pe∝iD2smnpe

柴油機(jī)的增壓：通過提高進(jìn)氣壓力，來增大循環(huán)充氣量，以使更多燃油能充分燃燒，提高平均指示壓力和平均有效壓力，進(jìn)而提高柴油機(jī)功率的一種方法。第22頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月§4-3廢氣渦輪增壓

增壓度——增壓后與增壓前柴油機(jī)功率之比。

中冷——增壓器與柴油機(jī)進(jìn)氣管之間對增壓空氣進(jìn)行冷卻，降低溫度，提高空氣目的的方法。2、增壓方式機(jī)械增壓廢氣渦輪增壓復(fù)合增壓第23頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月§4-3廢氣渦輪增壓二、廢氣能量分析廢氣能量E=脈沖能E1+定壓能E2E=E1+E2第24頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月§4-3廢氣渦輪增壓三、廢氣渦輪增壓的兩種基本形式

1、定壓增壓

2、脈沖增壓第25頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月§4-3廢氣渦輪增壓3、兩種增壓方式比較定壓增壓脈沖增壓廢氣能量利用E2+E’1E2+E1渦輪機(jī)效率高低增壓系統(tǒng)布置排氣管大，簡單排氣管小，分支管理上的要求渦輪機(jī)葉片易損壞渦輪機(jī)葉片不易損壞加速性和低負(fù)荷性能差好第26頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月§4-4廢氣渦輪增壓器與增壓系統(tǒng)一、廢氣渦輪增壓器的構(gòu)造渦輪機(jī)——廢氣渦輪：軸流式、徑流式壓氣機(jī)——離心式壓氣機(jī)：低、中、高、超高廢氣渦輪增壓器實例：渦輪機(jī)：噴嘴環(huán)、工作葉輪壓氣機(jī)：導(dǎo)風(fēng)輪、工作葉輪、擴(kuò)壓器、蝸殼轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)子軸：止推軸承密封與潤滑、冷卻裝置：平衡室第27頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月第28頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月第29頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月§4-4廢氣渦輪增壓器與增壓系統(tǒng)二、廢氣渦輪增壓器的工作原理1、離心式壓氣機(jī)的基本工作原理第30頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月§4-4廢氣渦輪增壓器與增壓系統(tǒng)2、單級式渦輪機(jī)的工作原理第31頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月§4-4廢氣渦輪增壓器與增壓系統(tǒng)三、離心式壓氣機(jī)的工作特性及喘振機(jī)理（一）離心式壓氣機(jī)的工作特性1、壓氣機(jī)的主要參數(shù)

1）空氣流量Gk2）增壓比πk3）壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速nk4）壓氣機(jī)絕熱效率ηk2、壓氣機(jī)的通流特性與特性曲線第32頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月§4-4廢氣渦輪增壓器與增壓系統(tǒng)（二）壓氣機(jī)的喘振

喘振——在某一轉(zhuǎn)速下，當(dāng)壓氣機(jī)流量下降到一定程度時，壓氣機(jī)工作開始不穩(wěn)定，排出壓力波動，并伴隨強(qiáng)烈振動和噪音的現(xiàn)象。喘振的機(jī)理：低流量、高背壓工作葉輪第33頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月§4-4廢氣渦輪增壓器與增壓系統(tǒng)帶葉片式擴(kuò)壓器第34頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月§4-4廢氣渦輪增壓器與增壓系統(tǒng)（三）增壓器與柴油機(jī)的配合

標(biāo)定工況、低負(fù)荷工況、全工況。第35頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月§4-4廢氣渦輪增壓器與增壓系統(tǒng)（四）產(chǎn)生增壓器喘振的幾種工況

1、氣道阻塞

2、環(huán)境溫度過高

3、突增或突卸負(fù)荷

4、主機(jī)超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)

5、脈沖增壓柴油機(jī)一缸熄火或各缸負(fù)荷嚴(yán)重不均

6、氣閥關(guān)閉不嚴(yán)使工作線左移，則低負(fù)荷時喘振第36頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月§4-5增壓系統(tǒng)的維護(hù)和管理一、增壓系統(tǒng)的維護(hù)管理二、增壓系統(tǒng)的故障與應(yīng)急處理1、軸承燒損：潤滑質(zhì)量2、增壓器強(qiáng)烈振動：動平衡、碰擦、軸承損壞3、增壓壓力下降：

轉(zhuǎn)速下降