换气过程

内燃机工作循环的一个基本部分是新鲜空气的进入与废气的排出,这就是换气过程。扫气是指用新鲜空气吹出废气。充气是指将新鲜空气充人气缸以备压缩。γ飞飞至于增压,是在一定压力下把大量空气充人气缸。老式柴油机采用"自然换气"一一即在大气压下吸入新鲜空气,通过在吸气管和气缸之间采用合适的压气机增加充气密度,使进入每个工作行程的空气重量增加,从而可燃烧更多的燃油,相应地增加了每缸的输出功率。在大多数现代柴油机上,采用废气涡轮增压实现空气密度的增加。在涡轮增压装置中,一个由柴油机排气驱动的涡轮直接和离心压气机相连。无论是四冲程机还是二冲程机均可增压。应当注意,增压对非增压柴油机而言,并非只是设备的增加。增压柴油机必须能经受所增加的压力及所产生的热负荷。对换气过程而言,进入气缸的空气压力高于排气总管的压力十分必要。就二冲程柴油机而言,由于废气涡轮增压器在低转速下不能提供足够的空气,通常配备一台电动辅助鼓风机。高增压发动机使用串联(多级)涡轮增压。增压后的空气均通过冷却来增加空气的密度。涡轮增压器是在一根轴相对的两端分别装有废气涡轮和压气机。压气机和涡轮之间彼此密封。在充人的新鲜空气被压缩之前,每个气缸充分地驱除废气是十分必要的,否则充人的新鲜空气将被上一循环的残余废气所污染。而且,若新充空气因与废气混和与热的缸壁及活塞接触而被加热,则循环的温度会毫无必要地增加。废气涡轮增压的柴油机,其必须的扫气过程是通过进排气总管之间足够的压差来实现的。排气/扫气重叠期间流过气缸的气流产生有益的冷却效果有助于增加容积效率,并确保循环温度较低,而且还使作用在涡轮叶片上的废气温度相对较低。在四冲程柴油机中,从进气阀打开到排气阀关闭,其间有一个适度的重叠。而在二冲程柴油机中,这一重叠受到柴油机设计特点的限制,进排气的轻微混合确实存在。低速二冲程柴油机有多种不同的扫气方法。无论哪一种扫气方式都是从向下运动的活塞打开进气口开始至向上运动的活塞关闭进气口为止。扫气空气的流动线路取决于柴油机气口的形状、设计以及排气布置。通常有三种基本的扫气方式:横流、回流及直流扫气。在横流扫气中,进气直接上行,驱赶上一循环的废气。然后,废气下行,从扫气口排出。在回流扫气中,迸气经活塞头上部,朝缸盖方向上行,进气前面的废气被迫下行。从位于进气口上方的排气口排出。 川在直流扫气中,进气从气缸下端进入,从顶部排出。气缸顶部的出口可以是排气口,也可以是大的排气阀。各种扫气系统各有利弊。横流扫气系统需安装活塞裙以防止当活塞在行程顶部时(上止点)空气或废气的逸出;回流扫气的低温进气和高温废气流过邻近的气口,会对缸套材料产生温差问题;直流扫气是最有效的扫气,但需安装对置活塞或在气缸盖上安装排气阀。三种扫气均要求气口成一定的角度,以使进气产生旋转,引导空气按适当的路线流动。应该强调的是,对向活塞低速柴油机已不再生产,而在大多数新机型中,均使用提升式排气阅。实际使用中有两种截然不同的增压方法,即定压增压和脉冲增压。现在低速二冲程柴油机采用定压增压。目前,随着定压增压在提高燃油经济性的同时又相当大地简化了排气管的布置而被普遍采用。即使如此,也曾有一段时间,几乎所有四冲程柴油机均采用脉冲增压。