一般柴油發(fā)電機(jī)的換氣與換氣過(guò)程包含什么
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新聞主題 |
一般柴油發(fā)電機(jī)的換氣與換氣過(guò)程包含什么 |
摘要：柴油發(fā)電機(jī)從開(kāi)始排氣、掃氣到進(jìn)氣結(jié)束的整個(gè)氣體更換過(guò)程稱(chēng)為換氣過(guò)程。換氣過(guò)程進(jìn)行完善，壓縮過(guò)程開(kāi)始時(shí)殘留廢氣量少，存留在氣缸中的新鮮空氣量多，就為燃油的完全、及時(shí)燃燒創(chuàng)造了良好條件。燃油完全而及時(shí)的燃燒，不但使柴油發(fā)電機(jī)發(fā)出更大功率提高其動(dòng)力性，使柴油發(fā)電機(jī)有高的熱效率，提高其經(jīng)濟(jì)性；而且，完全的燃燒還意味著結(jié)炭減少，改善排氣的污染，及時(shí)的燃燒還意味著較低的循環(huán)平均溫度，從而提高柴油發(fā)電機(jī)的可靠性。因此，換氣質(zhì)量的好壞是柴油發(fā)電機(jī)工作優(yōu)劣的先決條件。
（一）四沖程柴油發(fā)電機(jī)的換氣過(guò)程
圖1為一臺(tái)四沖程柴油發(fā)電機(jī)換氣過(guò)程的實(shí)測(cè)曲線(xiàn)。圖1（a）為氣缸壓力及排氣管內(nèi)壓力隨曲軸轉(zhuǎn)角變化的情況。圖1（b）為進(jìn)排氣閥通流截面積隨曲軸轉(zhuǎn)角變化的情況。根據(jù)氣體流動(dòng)的特點(diǎn)，可把換氣過(guò)程分為幾個(gè)階段來(lái)討論。
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圖1 四沖程柴油發(fā)電機(jī)的換氣過(guò)程曲線(xiàn) |
自由排氣階段：當(dāng)排氣閥開(kāi)啟時(shí)，氣缸壓力遠(yuǎn)高于排氣管壓力，排氣管壓力與氣缸壓力之比小于臨界值
，氣體流動(dòng)為超臨界流動(dòng)，氣缸內(nèi)廢氣在超臨界壓比作用下以當(dāng)?shù)匾羲倭鬟^(guò)排氣閥最小截面處。氣缸壓力迅速下降，排氣管壓力上升。當(dāng)排氣管壓力與氣缸壓力比大于臨界壓比時(shí)，氣體流動(dòng)轉(zhuǎn)入亞音速流動(dòng)階段。到某一時(shí)刻，氣缸壓力接近于排氣管壓力，自由排氣階段即告結(jié)束。
強(qiáng)制排氣階段：活塞上行將氣缸內(nèi)的廢氣強(qiáng)制推擠入排氣管的階段，即為強(qiáng)制排氣階段。由于排氣閥延遲關(guān)閉，此階段末尾可利用排氣管中廢氣的流動(dòng)慣性把氣缸內(nèi)的廢氣繼續(xù)吸出。
進(jìn)氣過(guò)程：進(jìn)氣閥提前開(kāi)啟，氣缸中廢氣壓力低于進(jìn)氣管進(jìn)氣壓力時(shí)開(kāi)始進(jìn)氣。進(jìn)氣流具有一定慣性。進(jìn)氣閥滯后關(guān)閉可使氣柱的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓力能，使進(jìn)氣終了時(shí)氣缸壓力接近或略高于進(jìn)氣管壓力。
氣閥疊開(kāi)和燃燒室掃氣過(guò)程：在氣閥疊開(kāi)期間，進(jìn)氣管、燃燒室和排氣管連通起來(lái)，當(dāng)進(jìn)氣管中壓力比排氣管內(nèi)壓力高時(shí)，新鮮空氣進(jìn)入氣缸，驅(qū)趕殘留在燃燒室中的廢氣并一起進(jìn)入排氣管。這既有利于清掃殘余廢氣，增加新鮮空氣充量，也有利于降低燃燒室部件冷卻液難以冷卻到的高溫壁面的溫度。但是應(yīng)該指出，氣閥疊開(kāi)角并不是大的就好，因?yàn)檫M(jìn)氣閥開(kāi)啟過(guò)早，會(huì)造成廢氣倒沖入進(jìn)氣管；排氣閥關(guān)閉過(guò)遲，過(guò)量的掃氣空氣會(huì)降低渦輪前的排氣溫度，減少增壓器渦輪獲得的可用能。
在換氣過(guò)程中，新鮮空氣與廢氣是不相摻混的。因此，四沖程柴油發(fā)電機(jī)的換氣質(zhì)量較高。
（二）二沖程柴油發(fā)電機(jī)的換氣過(guò)程
圖2示出二沖程柴油發(fā)電機(jī)換氣過(guò)程曲線(xiàn)。根據(jù)缸內(nèi)氣體壓力變化的特點(diǎn)，可把換氣過(guò)程分成三個(gè)主要階段。
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圖2 二沖程柴油發(fā)電機(jī)的換氣過(guò)程曲線(xiàn) |
第一階段·自由排氣階段（B→R）
在膨脹沖程的末尾，下行的活塞把排氣口打開(kāi)（B點(diǎn)），此時(shí)氣缸內(nèi)的壓力pb比排氣管中的壓力，pr，高得多，pr/pb之比值小于臨界值，廢氣以臨界速度流出排氣口進(jìn)入排氣管。超臨界流動(dòng)持續(xù)到pr/pb之比值等于臨界值時(shí)刻（K點(diǎn)）。此后廢氣以亞臨界速度自由排出氣缸。當(dāng)氣缸內(nèi)壓力約等于掃氣箱空氣壓力時(shí)（即R點(diǎn)），自由排氣階段結(jié)束。如圖2.21所示，掃氣口剛打開(kāi)時(shí)（D點(diǎn)），氣缸壓力仍略高于掃氣壓力。但因壓差不大而時(shí)間很短，倒流可忽略。如果排氣不暢、排氣閥開(kāi)啟正時(shí)偏遲，廢氣倒沖就會(huì)變嚴(yán)重，甚至可能引起掃氣箱著火。
第二階段 強(qiáng)制排氣和掃氣階段（R→C）
此階段開(kāi)始時(shí)，由于掃氣口開(kāi)度小，排氣口已開(kāi)得很大，氣缸中廢氣正以很高流速流入排氣管，氣缸內(nèi)壓力繼續(xù)迅速降低。由于廢氣流的慣性作用，氣缸內(nèi)壓力進(jìn)一步降低。然后，隨著掃氣口開(kāi)度的增加，掃氣大量進(jìn)入，氣缸中壓力逐漸升高。在掃氣口并閉而結(jié)束此階段前，氣缸內(nèi)壓力趨于穩(wěn)定。在本階段中，主要是利用掃氣空氣進(jìn)入氣缸把氣缸內(nèi)的廢氣排擠出去，故稱(chēng)為強(qiáng)制排氣及掃氣階段。
第三階段 過(guò)后排氣階段（C→E）
活塞上行先關(guān)閉掃氣口（C點(diǎn)）。此時(shí)，氣缸中的殘余廢氣摻混部分新鮮空氣經(jīng)由仍然開(kāi)啟的排氣口（閥）繼續(xù)排入排氣管，直至排氣口（閥）于E點(diǎn)關(guān)閉。在E點(diǎn)之后，氣缸內(nèi)開(kāi)始進(jìn)行壓縮過(guò)程。
二沖程柴油發(fā)電機(jī)換氣的持續(xù)時(shí)間約為120°～150°曲軸轉(zhuǎn)角，而四沖程柴油發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)換氣過(guò)程所占的時(shí)間則相當(dāng)于400°～500°曲軸轉(zhuǎn)角。如果轉(zhuǎn)速相同，則二沖程柴油發(fā)電機(jī)的換氣時(shí)間只有四沖程柴油發(fā)電機(jī)的大約1/3。因此二沖程柴油發(fā)電機(jī)進(jìn)行完善的換氣較困難，高、中速柴油發(fā)電機(jī)尤其困難。
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