柴油發電機從開始排氣、掃氣到進氣結束的整個氣體更換過程稱為換氣過程。換氣過程進行完善,壓縮過程開始時殘留廢氣量少,存留在汽缸中的新鮮空氣量多,就為燃油的完全、及時燃燒創造了良好條件。燃油完全而及時的燃燒,不但使柴油發電機發出更大功率,提高其動力性,使柴油發電機有高的熱效率,提高其經濟性;而且,完全的燃燒還意味著積炭減少,改善排氣的污染,及時的燃燒還意味著較低的循環平均溫度,從而提高柴油發電機的可靠性。因此,換氣質量的好壞是柴油發電機工作優劣的先決條件。
1.四沖程柴油發電機的換氣過程
根據氣體流動的特點,可把換氣過程分為幾個階段來討論:
(l)自由排氣階段當排氣閥開啟時,汽缸壓力遠高于排氣管壓力,排氣管壓力與汽缸壓力之比小于臨界值,氣體流動為超臨界流動,汽缸內廢氣在超臨界壓比作用下以當地音速流過排氣閥最小截面處,汽缸壓力迅速下降,排氣管壓力上升。當排氣管壓力與汽缸壓力比大于臨界壓比時,氣體流動轉人亞音速流動階段。到某一時刻,汽缸壓力接近于排氣管壓力,自由排氣階段即告結束。
(2)強制排氣階段活塞上行將汽缸內的廢氣強制推擠入排氣管的階段,即為強制排氣階段。由于排氣閥延遲關閉,此階段末尾可利用排氣管中廢氣的流動慣性把汽缸內的廢氣繼續吸出。
(3)進氣過程進氣閥提前開啟,汽缸中廢氣壓力低于進氣管進氣壓力時開始進氣。進氣流具有一定慣性。進氣閥滯后關閉可使氣柱的動能轉化為壓力能,使進氣終了時汽缸壓力接近或略高于進氣管壓力。
(4)氣閥疊開和燃燒室掃氣過程在氣閥疊開期間,進氣管、燃燒室和排氣管連通起來,當進氣管中壓力比排氣管內壓力高時,新鮮空氣進入汽缸,驅趕殘留在燃燒室中的廢氣并一起進入排氣管。這既有利于清掃殘余廢氣,增加新鮮空氣量,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。但是應該指出,氣閥疊開角并不是大的就好,因為進氣閥開啟過早,會造成廢氣倒沖入進氣管;排氣閥關閉過遲,過量的掃氣空氣會降低渦輪前的排氣溫度,減少增壓器渦輪獲得的可用能。
在換氣過程中,新鮮空氣與廢氣是不相摻混的。因此,四沖程柴油發電機的換氣質量較高。
2.二沖程柴油發電機的換氣過程可把換氣過程分成三個主要階段。
第一階段:自由排氣階段
第二階段:強制排氣和掃氣階段
第三階段:過后排氣階段
二沖程柴油發電機換氣的持續時間為120°~150°曲軸轉角,而四沖程柴油發電機實現換氣過程所占的時間則相當于400°~500°曲軸轉角。如果轉速相同,則二沖程柴油發電機的換氣時間只有四沖程柴油發電機的大約1/3。因此二沖程柴油發電機進行完善的換氣較困難,高、中速柴油發電機尤其困難。
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