農(nóng)用柴油機進排氣過程影響因素分析

本文格式為Word版，下載可任意編輯——農(nóng)用柴油機進排氣過程影響因素分析柴油機的每個實際循環(huán)終止必需進行工質(zhì)的更換，用新鮮空氣重新充入氣缸代替工作過的燃燒生成物。前一循環(huán)的排氣過程和后一循環(huán)的進氣過程在時間上相互銜接并往往有一定重疊，在作用上相互影響，它們的進行特點也有好多相像之處，所以有時合在一起統(tǒng)稱之為換氣過程。

換氣過程的基本要求是吸足排凈。吸足就是進入氣缸的新鮮空氣要盡量充分，排凈就是氣缸里的廢氣應(yīng)盡量排出，排氣越完全，剩余在氣缸里的廢氣越少，一方面可以充入更多的新鮮空氣，另一方面可以更有利于以后燃燒過程的進行。本文就柴油機的結(jié)構(gòu)因素和運用因素對進排氣過程的影響進行分析。

一、大氣狀況

隨著海拔高度的增加，大氣壓力、大氣密度逐漸下降，在山地和高原地區(qū)工作的內(nèi)燃機充量密度隨之降低，因而影響到工作性能的發(fā)揮。試驗指出，海拔3000m高度的充量密度比海平面減小25%。在海拔150m以上地區(qū)每升高300m，非增壓柴油機的功率下降3.5%。大氣溫度也影響充量密度，在高溫條件下對發(fā)動機工作有顯著影響，試驗指出，進氣溫度在29.4℃以上每增加5.5℃，非增壓柴油機的功率要下降2%。大氣濕度影響充量的含水蒸氣量，對發(fā)動機工作也有影響。所以國家標準規(guī)定，在標定柴油機功率時，應(yīng)以指定的標準大氣狀況（可標準進氣狀態(tài)）為準，否則應(yīng)按公式換算。

應(yīng)當著重指出，大氣壓力影響高效能量密度，但充量系數(shù)卻基本上不隨大氣壓力的變化而變化，這是由于不同大氣壓力條件下，氣缸壓力仍以和進氣壓力一致的比例變化，即進氣終點壓力與大氣壓力的比值不變。大氣溫度升高，使充量和機體的溫差減小，充量吸熱減少，進氣終點溫度增長較少，大氣溫度與進氣終點溫度比值增大，因而充量系數(shù)增大。充量系數(shù)和進氣狀態(tài)充量溫度的近似關(guān)系為

二、配氣定時

氣門一般都有提前開啟、延遲關(guān)閉的角度，使它們開啟的曲軸轉(zhuǎn)角超過180°，爭取更大的開啟“時間—斷面〞。

排氣門早開是為了使排氣行程開始時，氣門已有較大開度，便于廢氣排出，并降低排氣消耗功；但開啟過早，則氣體尚未充分膨脹即被排出氣缸，將使膨脹功減小而降低功率。

排氣門遲關(guān)是為了充分利用排氣的慣性使廢氣排得更清白。如排氣門關(guān)閉太早或排氣門關(guān)閉時排氣管的壓力波波峰正好進入氣缸，則會使氣缸內(nèi)壓力增高，剩余廢氣加多。反之，如排氣門關(guān)閉過遲，則使排氣管內(nèi)廢氣回流，也增加缸內(nèi)剩余廢氣。所以排氣門的關(guān)閉角度對于排氣過程的剩余廢氣量影響很大。

進氣門早開一方面是為了使進氣行程時得到較大的氣門通過截面，另一方面也是為了建立起進氣氣流的慣性，但開啟過早會使廢氣流入進氣系統(tǒng)，反而減少充量。有的柴油機希望氣缸內(nèi)建立較強的進氣旋流，使進氣門早開角減小，在氣缸真空度加大后，加大氣流流進速度和缸內(nèi)進氣旋流，再使進氣門遲關(guān)角加大以充分利用氣流慣性增加充量，但顯然阻力損失是加大的。進氣門開啟后，一般發(fā)動機上都有進排氣門重疊開啟的角度。假使配置適當，可以起到掃氣的作用，反之，則會使廢氣倒流入進氣管。在曲軸轉(zhuǎn)速較高的發(fā)動機上，由于氣流慣性較大，有可能采用較大的氣門開啟重疊角以利于清除廢氣。

進氣門遲關(guān)角的作用是為了利用進氣氣流的慣性增加充量，但是遲關(guān)角過大會使氣缸里的充量被回推出去。試驗說明，這個角度對充量的影響最大。

在結(jié)構(gòu)上，配氣定時要求定時齒輪安裝必需正確，配氣凸輪外形符合規(guī)定，氣門間隙調(diào)整必需恰當，間隙過大等于延遲開啟和提早關(guān)閉，配氣機構(gòu)磨損也將導致配氣定時同樣變化。

三、進排氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和阻力

進氣管道中的壓力波動、氣流慣性、摩擦阻力都對充量系數(shù)產(chǎn)生影響，在不同的結(jié)構(gòu)條件和運用條件下，各自的影響程度則不同。

改變進氣管長度可以影響充量系數(shù)，例如195柴油機高轉(zhuǎn)速時長管的氣體慣性大，所以充量系數(shù)提高得多。但是各種管徑的進氣管各有最正確長度，管徑愈大，最正確長度也愈大。這是由于管徑愈大，管道阻力損失相對較小，為充分利用氣流慣性，可以允許更長的進氣管，所以最正確長度也就愈大。

較短的細管充量系數(shù)相對較大，這是由于細管流速大，較短管的阻力損失小，所以充量系數(shù)大。還有由于粗管的阻力損失和慣性作用較小，就突出了壓力波動的影響，所以越粗管在進氣門處的波動越顯著。

因此，進氣管不長時，用較小管徑可以充分利用氣流慣性來提高充量系數(shù)，進氣門遲關(guān)角也可稍大些；如進氣管較長時，壓力波動比較顯著，則通過中等管徑和管長協(xié)同以求提高充量系數(shù)；如進氣管過長，摩擦阻力將大大增加，一般應(yīng)當盡量避免。

排氣管的狀況是類似的，從降低排氣消耗考慮，短而粗的排氣管阻力較小，但還應(yīng)同時考慮排得更凈，短而粗的具體尺寸仍要通過試驗來確定。

在多缸內(nèi)燃機上，為使各缸進排氣過程比較接近，余氣和新鮮氣體充量比較一致，所以盡量使各支管長度相等、形狀一致和滾動阻力一致，使各支管承受進排氣的間隔均勻，盡量減緩各缸之間的影響和干擾。

在柴油機上一般是把進排氣管分置于缸蓋兩側(cè)，減少進氣受熱以提高充量系數(shù)。

進排氣系統(tǒng)的阻力主要和它的零件尺寸、構(gòu)造形狀和使用狀況有關(guān)。如進氣管和進氣門處的通道面截面愈大，管道內(nèi)壁愈光滑，管道拐彎愈少，拐彎處愈圓滑，

則氣流阻力愈小?？諝鉃V清器對進氣有一定阻力，濾芯堵塞后會使充量系數(shù)大大降低，因此必需注意在使用中及時正確的保養(yǎng)。

排氣系統(tǒng)的阻力主要與它的零件尺寸、構(gòu)造形狀等有關(guān)，狀況類似于進氣系統(tǒng)。消聲器和火花消滅器使排氣阻力加大，氣缸余氣增多，因而不利于功率發(fā)揮。

四、轉(zhuǎn)速

換氣過程中進排氣系統(tǒng)的壓力變化，無論是壓力波動、氣流慣性或滾動阻力，都和轉(zhuǎn)速有關(guān)。在發(fā)動機結(jié)構(gòu)已定的條件下，壓力波動和慣性效應(yīng)都是在一定的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)有利于換氣過程。配氣定時和進排氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也是在一定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的最正確試驗結(jié)果。

轉(zhuǎn)速對充量系數(shù)的影響較大，在較高轉(zhuǎn)速時，管道里氣體流速加快，因而阻力加大，進氣終點壓力減小，排氣終點壓力加大，使剩余廢氣加多，剩余廢氣系數(shù)和進氣終點溫度加大，充量系數(shù)下降；反過來，隨著轉(zhuǎn)速下降，充量系數(shù)先是上升，在某一轉(zhuǎn)速以后，由于配氣定時不適應(yīng)而充量系數(shù)下降。

假使順序加大進氣門遲關(guān)角，充量系數(shù)隨轉(zhuǎn)速的變化而變化。進氣門遲關(guān)角越大，越適合在氣流慣性大、轉(zhuǎn)速高的狀況下增加充量，所以低轉(zhuǎn)速的充量系數(shù)減小，較高轉(zhuǎn)速時才達到充量系數(shù)最大值，但由于轉(zhuǎn)速較高氣流阻力較大，所以充量系數(shù)最大值比遲關(guān)角小的狀況量大值要小。

在分析轉(zhuǎn)速對進氣過程影響時，還特別應(yīng)當明白單位循環(huán)充氣量和單位時間充氣量這兩個概念。單位循環(huán)充氣量即每循環(huán)的充氣量，它的大小限定了每一循環(huán)可能燃燒完全的燃油量，也就基本決定了每一循環(huán)的指示功大小，決定了平均指示壓力，在其他條件不變的狀況下，也就決定了扭矩大小和可能承受的負荷大小。單位時間充氣量則是單位時間循環(huán)數(shù)與單位循環(huán)充氣量的乘積。單位時間充氣量限定了單位時間可能燃燒完全的燃油量，也就基本決定了單位時間做功量的多少，顯然，也就決定了其功率大小?？梢源笾碌卣f，單位循環(huán)充氣量與充量系數(shù)成比例，而單位時間充氣量則與充量系數(shù)和轉(zhuǎn)速乘積nηv成比例。這兩種充氣量隨轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律ηv=f（n）和nηv=f（n）也大致反映了扭矩Me和功率Ne隨轉(zhuǎn)速n的變化規(guī)律Me=f（n）和Ne=f（n），這使充量系數(shù)特性的分析在柴油機特性的分析中具有了極大的意義。

拖拉機發(fā)動機處于農(nóng)業(yè)作業(yè)的波動負荷條件下，由于轉(zhuǎn)速波動，使得進氣門開啟時間—斷面處在不斷變化之中；進氣管道的壓力也在波動，使得多缸機上各缸間的充量分派更增加