農(nóng)用柴油機(jī)進(jìn)排氣過(guò)程影響因素分析

廉廣軍+辛太國(guó)

柴油機(jī)的每個(gè)實(shí)際循環(huán)結(jié)束必須進(jìn)行工質(zhì)的更換，用新鮮空氣重新充入氣缸代替工作過(guò)的燃燒生成物。前一循環(huán)的排氣過(guò)程和后一循環(huán)的進(jìn)氣過(guò)程在時(shí)間上相互銜接并往往有一定重疊，在作用上互相影響，它們的進(jìn)行特點(diǎn)也有很多相似之處，所以有時(shí)合在一起統(tǒng)稱(chēng)之為換氣過(guò)程。

換氣過(guò)程的基本要求是吸足排凈。吸足就是進(jìn)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，排氣越徹底，殘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(guò)程的進(jìn)行。本文就柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)因素和運(yùn)用因素對(duì)進(jìn)排氣過(guò)程的影響進(jìn)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(jī)充量密度隨之降低，因而影響到工作性能的發(fā)揮。試驗(yàn)指出，海拔3000 m高度的充量密度比海平面減小25%。在海拔150 m以上地區(qū)每升高300 m，非增壓柴油機(jī)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(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作有顯著影響，試驗(yàn)指出，進(jìn)氣溫度在29.4 ℃以上每增加5.5 ℃，非增壓柴油機(jī)的功率要下降2%。大氣濕度影響充量的含水蒸氣量，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作也有影響。所以國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，在標(biāo)定柴油機(jī)功率時(shí)，應(yīng)以指定的標(biāo)準(zhǔn)大氣狀況（可標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)氣狀態(tài)）為準(zhǔn)，否則應(yīng)按公式換算。

應(yīng)該著重指出，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，這是因?yàn)椴煌髿鈮毫l件下，氣缸壓力仍以和進(jìn)氣壓力相同的比例變化，即進(jìn)氣終點(diǎn)壓力與大氣壓力的比值不變。大氣溫度升高，使充量和機(jī)體的溫差減小，充量吸熱減少，進(jìn)氣終點(diǎn)溫度增長(zhǎng)較少，大氣溫度與進(jìn)氣終點(diǎn)溫度比值增大，因而充量系數(shù)增大。充量系數(shù)和進(jìn)氣狀態(tài)充量溫度的近似關(guān)系為

二、配氣定時(shí)

氣門(mén)一般都有提前開(kāi)啟、延遲關(guān)閉的角度，使它們開(kāi)啟的曲軸轉(zhuǎn)角超過(guò)180°，爭(zhēng)取更大的開(kāi)啟“時(shí)間—斷面”。

排氣門(mén)早開(kāi)是為了使排氣行程開(kāi)始時(shí)，氣門(mén)已有較大開(kāi)度，便于廢氣排出，并降低排氣消耗功；但開(kāi)啟過(guò)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(mén)遲關(guān)是為了充分利用排氣的慣性使廢氣排得更干凈。如排氣門(mén)關(guān)閉太早或排氣門(mén)關(guān)閉時(shí)排氣管的壓力波波峰正好進(jìn)入氣缸，則會(huì)使氣缸內(nèi)壓力增高，殘余廢氣加多。反之，如排氣門(mén)關(guān)閉過(guò)遲，則使排氣管內(nèi)廢氣回流，也增加缸內(nèi)殘余廢氣。所以排氣門(mén)的關(guān)閉角度對(duì)于排氣過(guò)程的殘余廢氣量影響很大。

進(jìn)氣門(mén)早開(kāi)一方面是為了使進(jìn)氣行程時(shí)得到較大的氣門(mén)通過(guò)截面，另一方面也是為了建立起進(jìn)氣氣流的慣性，但打開(kāi)過(guò)早會(huì)使廢氣流入進(jìn)氣系統(tǒng)，反而減少充量。有的柴油機(jī)希望氣缸內(nèi)建立較強(qiáng)的進(jìn)氣旋流，使進(jìn)氣門(mén)早開(kāi)角減小，在氣缸真空度加大后，加大氣流流進(jìn)速度和缸內(nèi)進(jìn)氣旋流，再使進(jìn)氣門(mén)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(jìn)氣門(mén)開(kāi)啟后，一般發(fā)動(dòng)機(jī)上都有進(jìn)排氣門(mén)重疊開(kāi)啟的角度。如果配置適當(dāng)，可以起到掃氣的作用，反之，則會(huì)使廢氣倒流入進(jìn)氣管。在曲軸轉(zhuǎn)速較高的發(fā)動(dòng)機(jī)上，由于氣流慣性較大，有可能采用較大的氣門(mén)開(kāi)啟重疊角以利于清除廢氣。

進(jìn)氣門(mén)遲關(guān)角的作用是為了利用進(jìn)氣氣流的慣性增加充量，但是遲關(guān)角過(guò)大會(huì)使氣缸里的充量被回推出去。試驗(yàn)表明，這個(gè)角度對(duì)充量的影響最大。

在結(jié)構(gòu)上，配氣定時(shí)要求定時(shí)齒輪安裝必須正確，配氣凸輪外形符合規(guī)定，氣門(mén)間隙調(diào)整必須恰當(dāng)，間隙過(guò)大等于延遲開(kāi)啟和提早關(guān)閉，配氣機(jī)構(gòu)磨損也將導(dǎo)致配氣定時(shí)同樣變化。

三、進(jìn)排氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和阻力

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

改變進(jìn)氣管長(zhǎng)度可以影響充量系數(shù)，例如195柴油機(jī)高轉(zhuǎn)速時(shí)長(zhǎng)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(jìn)氣管各有最佳長(zhǎng)度，管徑愈大，最佳長(zhǎng)度也愈大。這是因?yàn)楣軓接螅艿雷枇p失相對(duì)較小，為充分利用氣流慣性，可以允許更長(zhǎng)的進(jìn)氣管，所以最佳長(zhǎng)度也就愈大。

較短的細(xì)管充量系數(shù)相對(duì)較大，這是因?yàn)榧?xì)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(dòng)的影響，所以越粗管在進(jìn)氣門(mén)處的波動(dòng)越顯著。

因此，進(jìn)氣管不長(zhǎng)時(shí)，用較小管徑可以充分利用氣流慣性來(lái)提高充量系數(shù)，進(jìn)氣門(mén)遲關(guān)角也可稍大些；如進(jìn)氣管較長(zhǎng)時(shí)，壓力波動(dòng)比較顯著，則通過(guò)中等管徑和管長(zhǎng)配合以求提高充量系數(shù)；如進(jìn)氣管過(guò)長(zhǎng)，摩擦阻力將大大增加，一般應(yīng)該盡量避免。

排氣管的情況是類(lèi)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(shí)考慮排得更凈，短而粗的具體尺寸仍要通過(guò)試驗(yàn)來(lái)確定。

在多缸內(nèi)燃機(jī)上，為使各缸進(jìn)排氣過(guò)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(zhǎng)度相等、形狀相同和流動(dòng)阻力相同，使各支管承受進(jìn)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(jī)上一般是把進(jìn)排氣管分置于缸蓋兩側(cè)，減少進(jìn)氣受熱以提高充量系數(shù)。

進(jìn)排氣系統(tǒng)的阻力主要和它的零件尺寸、構(gòu)造形狀和使用情況有關(guān)。如進(jìn)氣管和進(jìn)氣門(mén)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(duì)進(jìn)氣有一定阻力，濾芯堵塞后會(huì)使充量系數(shù)大大降低，因此必須注意在使用中及時(shí)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)，情況類(lèi)似于進(jìn)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(guò)程中進(jìn)排氣系統(tǒng)的壓力變化，無(wú)論是壓力波動(dòng)、氣流慣性或流動(dòng)阻力，都和轉(zhuǎn)速有關(guān)。在發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)已定的條件下，壓力波動(dòng)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(guò)程。配氣定時(shí)和進(jìn)排氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也是在一定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的最佳試驗(yàn)結(jié)果。

轉(zhuǎn)速對(duì)充量系數(shù)的影響較大，在較高轉(zhuǎn)速時(shí)，管道里氣體流速加快，因而阻力加大，進(jìn)氣終點(diǎn)壓力減小，排氣終點(diǎn)壓力加大，使殘余廢氣加多，殘余廢氣系數(shù)和進(jìn)氣終點(diǎn)溫度加大，充量系數(shù)下降；反過(guò)來(lái)，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(shí)不適應(yīng)而充量系數(shù)下降。

如果順序加大進(jìn)氣門(mén)遲關(guān)角，充量系數(shù)隨轉(zhuǎn)速的變化而變化。進(jìn)氣門(mén)遲關(guān)角越大，越適宜在氣流慣性大、轉(zhuǎn)速高的情況下增加充量，所以低轉(zhuǎn)速的充量系數(shù)減小，較高轉(zhuǎn)速時(shí)才達(dá)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)角小的情況量大值要小。

在分析轉(zhuǎn)速對(duì)進(jìn)氣過(guò)程影響時(shí)，還特別應(yīng)該清楚單位循環(huán)充氣量和單位時(shí)間充氣量這兩個(gè)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，在其他條件不變的情況下，也就決定了扭矩大小和可能承受的負(fù)荷大小。單位時(shí)間充氣量則是單位時(shí)間循環(huán)數(shù)與單位循環(huán)充氣量的乘積。單位時(shí)間充氣量限定了單位時(shí)間可能燃燒完全的燃油量，也就基本決定了單位時(shí)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(shuō)，單位循環(huán)充氣量與充量系數(shù)成比例，而單位時(shí)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(jī)特性的分析中具有了極大的意義。

拖拉機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)處于農(nóng)業(yè)作業(yè)的波動(dòng)負(fù)荷條件下，由于轉(zhuǎn)速波動(dòng)，使得進(jìn)氣門(mén)開(kāi)啟時(shí)間—斷面處在不斷變化之中；進(jìn)氣管道的壓力也在波動(dòng)，使得多缸機(jī)上各缸間的充量分配更增加了不均勻性，從而會(huì)直接降低扭矩和功率等動(dòng)力性能指標(biāo)。

轉(zhuǎn)速因素還對(duì)排氣消耗功發(fā)生影響，轉(zhuǎn)速升高使排氣阻力增大，進(jìn)氣終點(diǎn)壓力降低，排氣終點(diǎn)壓力升高，所以泵氣損失增加。

五、負(fù)荷

柴油機(jī)負(fù)荷增加，機(jī)體、進(jìn)排氣門(mén)、活塞頂、氣缸壁等處機(jī)件的溫度上升，廢氣溫度上升，使進(jìn)氣受熱增多，密度減小，充量減少，充量系數(shù)下降。endprint

柴油機(jī)的每個(gè)實(shí)際循環(huán)結(jié)束必須進(jìn)行工質(zhì)的更換，用新鮮空氣重新充入氣缸代替工作過(guò)的燃燒生成物。前一循環(huán)的排氣過(guò)程和后一循環(huán)的進(jìn)氣過(guò)程在時(shí)間上相互銜接并往往有一定重疊，在作用上互相影響，它們的進(jìn)行特點(diǎn)也有很多相似之處，所以有時(shí)合在一起統(tǒng)稱(chēng)之為換氣過(guò)程。

換氣過(guò)程的基本要求是吸足排凈。吸足就是進(jìn)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，排氣越徹底，殘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(guò)程的進(jìn)行。本文就柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)因素和運(yùn)用因素對(duì)進(jìn)排氣過(guò)程的影響進(jìn)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(jī)充量密度隨之降低，因而影響到工作性能的發(fā)揮。試驗(yàn)指出，海拔3000 m高度的充量密度比海平面減小25%。在海拔150 m以上地區(qū)每升高300 m，非增壓柴油機(jī)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(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作有顯著影響，試驗(yàn)指出，進(jìn)氣溫度在29.4 ℃以上每增加5.5 ℃，非增壓柴油機(jī)的功率要下降2%。大氣濕度影響充量的含水蒸氣量，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作也有影響。所以國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，在標(biāo)定柴油機(jī)功率時(shí)，應(yīng)以指定的標(biāo)準(zhǔn)大氣狀況（可標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)氣狀態(tài)）為準(zhǔn)，否則應(yīng)按公式換算。

應(yīng)該著重指出，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，這是因?yàn)椴煌髿鈮毫l件下，氣缸壓力仍以和進(jìn)氣壓力相同的比例變化，即進(jìn)氣終點(diǎn)壓力與大氣壓力的比值不變。大氣溫度升高，使充量和機(jī)體的溫差減小，充量吸熱減少，進(jìn)氣終點(diǎn)溫度增長(zhǎng)較少，大氣溫度與進(jìn)氣終點(diǎn)溫度比值增大，因而充量系數(shù)增大。充量系數(shù)和進(jìn)氣狀態(tài)充量溫度的近似關(guān)系為

二、配氣定時(shí)

氣門(mén)一般都有提前開(kāi)啟、延遲關(guān)閉的角度，使它們開(kāi)啟的曲軸轉(zhuǎn)角超過(guò)180°，爭(zhēng)取更大的開(kāi)啟“時(shí)間—斷面”。

排氣門(mén)早開(kāi)是為了使排氣行程開(kāi)始時(shí)，氣門(mén)已有較大開(kāi)度，便于廢氣排出，并降低排氣消耗功；但開(kāi)啟過(guò)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(mén)遲關(guān)是為了充分利用排氣的慣性使廢氣排得更干凈。如排氣門(mén)關(guān)閉太早或排氣門(mén)關(guān)閉時(shí)排氣管的壓力波波峰正好進(jìn)入氣缸，則會(huì)使氣缸內(nèi)壓力增高，殘余廢氣加多。反之，如排氣門(mén)關(guān)閉過(guò)遲，則使排氣管內(nèi)廢氣回流，也增加缸內(nèi)殘余廢氣。所以排氣門(mén)的關(guān)閉角度對(duì)于排氣過(guò)程的殘余廢氣量影響很大。

進(jìn)氣門(mén)早開(kāi)一方面是為了使進(jìn)氣行程時(shí)得到較大的氣門(mén)通過(guò)截面，另一方面也是為了建立起進(jìn)氣氣流的慣性，但打開(kāi)過(guò)早會(huì)使廢氣流入進(jìn)氣系統(tǒng)，反而減少充量。有的柴油機(jī)希望氣缸內(nèi)建立較強(qiáng)的進(jìn)氣旋流，使進(jìn)氣門(mén)早開(kāi)角減小，在氣缸真空度加大后，加大氣流流進(jìn)速度和缸內(nèi)進(jìn)氣旋流，再使進(jìn)氣門(mén)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(jìn)氣門(mén)開(kāi)啟后，一般發(fā)動(dòng)機(jī)上都有進(jìn)排氣門(mén)重疊開(kāi)啟的角度。如果配置適當(dāng)，可以起到掃氣的作用，反之，則會(huì)使廢氣倒流入進(jìn)氣管。在曲軸轉(zhuǎn)速較高的發(fā)動(dòng)機(jī)上，由于氣流慣性較大，有可能采用較大的氣門(mén)開(kāi)啟重疊角以利于清除廢氣。

進(jìn)氣門(mén)遲關(guān)角的作用是為了利用進(jìn)氣氣流的慣性增加充量，但是遲關(guān)角過(guò)大會(huì)使氣缸里的充量被回推出去。試驗(yàn)表明，這個(gè)角度對(duì)充量的影響最大。

在結(jié)構(gòu)上，配氣定時(shí)要求定時(shí)齒輪安裝必須正確，配氣凸輪外形符合規(guī)定，氣門(mén)間隙調(diào)整必須恰當(dāng)，間隙過(guò)大等于延遲開(kāi)啟和提早關(guān)閉，配氣機(jī)構(gòu)磨損也將導(dǎo)致配氣定時(shí)同樣變化。

三、進(jìn)排氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和阻力

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

改變進(jìn)氣管長(zhǎng)度可以影響充量系數(shù)，例如195柴油機(jī)高轉(zhuǎn)速時(shí)長(zhǎng)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(jìn)氣管各有最佳長(zhǎng)度，管徑愈大，最佳長(zhǎng)度也愈大。這是因?yàn)楣軓接?，管道阻力損失相對(duì)較小，為充分利用氣流慣性，可以允許更長(zhǎng)的進(jìn)氣管，所以最佳長(zhǎng)度也就愈大。

較短的細(xì)管充量系數(shù)相對(duì)較大，這是因?yàn)榧?xì)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(dòng)的影響，所以越粗管在進(jìn)氣門(mén)處的波動(dòng)越顯著。

因此，進(jìn)氣管不長(zhǎng)時(shí)，用較小管徑可以充分利用氣流慣性來(lái)提高充量系數(shù)，進(jìn)氣門(mén)遲關(guān)角也可稍大些；如進(jìn)氣管較長(zhǎng)時(shí)，壓力波動(dòng)比較顯著，則通過(guò)中等管徑和管長(zhǎng)配合以求提高充量系數(shù)；如進(jìn)氣管過(guò)長(zhǎng)，摩擦阻力將大大增加，一般應(yīng)該盡量避免。

排氣管的情況是類(lèi)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(shí)考慮排得更凈，短而粗的具體尺寸仍要通過(guò)試驗(yàn)來(lái)確定。

在多缸內(nèi)燃機(jī)上，為使各缸進(jìn)排氣過(guò)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(zhǎng)度相等、形狀相同和流動(dòng)阻力相同，使各支管承受進(jìn)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(jī)上一般是把進(jìn)排氣管分置于缸蓋兩側(cè)，減少進(jìn)氣受熱以提高充量系數(shù)。

進(jìn)排氣系統(tǒng)的阻力主要和它的零件尺寸、構(gòu)造形狀和使用情況有關(guān)。如進(jìn)氣管和進(jìn)氣門(mén)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(duì)進(jìn)氣有一定阻力，濾芯堵塞后會(huì)使充量系數(shù)大大降低，因此必須注意在使用中及時(shí)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)，情況類(lèi)似于進(jìn)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(guò)程中進(jìn)排氣系統(tǒng)的壓力變化，無(wú)論是壓力波動(dòng)、氣流慣性或流動(dòng)阻力，都和轉(zhuǎn)速有關(guān)。在發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)已定的條件下，壓力波動(dòng)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(guò)程。配氣定時(shí)和進(jìn)排氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也是在一定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的最佳試驗(yàn)結(jié)果。

轉(zhuǎn)速對(duì)充量系數(shù)的影響較大，在較高轉(zhuǎn)速時(shí)，管道里氣體流速加快，因而阻力加大，進(jìn)氣終點(diǎn)壓力減小，排氣終點(diǎn)壓力加大，使殘余廢氣加多，殘余廢氣系數(shù)和進(jìn)氣終點(diǎn)溫度加大，充量系數(shù)下降；反過(guò)來(lái)，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(shí)不適應(yīng)而充量系數(shù)下降。

如果順序加大進(jìn)氣門(mén)遲關(guān)角，充量系數(shù)隨轉(zhuǎn)速的變化而變化。進(jìn)氣門(mén)遲關(guān)角越大，越適宜在氣流慣性大、轉(zhuǎn)速高的情況下增加充量，所以低轉(zhuǎn)速的充量系數(shù)減小，較高轉(zhuǎn)速時(shí)才達(dá)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)角小的情況量大值要小。

在分析轉(zhuǎn)速對(duì)進(jìn)氣過(guò)程影響時(shí)，還特別應(yīng)該清楚單位循環(huán)充氣量和單位時(shí)間充氣量這兩個(gè)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，在其他條件不變的情況下，也就決定了扭矩大小和可能承受的負(fù)荷大小。單位時(shí)間充氣量則是單位時(shí)間循環(huán)數(shù)與單位循環(huán)充氣量的乘積。單位時(shí)間充氣量限定了單位時(shí)間可能燃燒完全的燃油量，也就基本決定了單位時(shí)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(shuō)，單位循環(huán)充氣量與充量系數(shù)成比例，而單位時(shí)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(jī)特性的分析中具有了極大的意義。

拖拉機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)處于農(nóng)業(yè)作業(yè)的波動(dòng)負(fù)荷條件下，由于轉(zhuǎn)速波動(dòng)，使得進(jìn)氣門(mén)開(kāi)啟時(shí)間—斷面處在不斷變化之中；進(jìn)氣管道的壓力也在波動(dòng)，使得多缸機(jī)上各缸間的充量分配更增加了不均勻性，從而會(huì)直接降低扭矩和功率等動(dòng)力性能指標(biāo)。

轉(zhuǎn)速因素還對(duì)排氣消耗功發(fā)生影響，轉(zhuǎn)速升高使排氣阻力增大，進(jìn)氣終點(diǎn)壓力降低，排氣終點(diǎn)壓力升高，所以泵氣損失增加。

五、負(fù)荷

柴油機(jī)負(fù)荷增加，機(jī)體、進(jìn)排氣門(mén)、活塞頂、氣缸壁等處機(jī)件的溫度上升，廢氣溫度上升，使進(jìn)氣受熱增多，密度減小，充量減少，充量系數(shù)下降。endprint

柴油機(jī)的每個(gè)實(shí)際循環(huán)結(jié)束必須進(jìn)行工質(zhì)的更換，用新鮮空氣重新充入氣缸代替工作過(guò)的燃燒生成物。前一循環(huán)的排氣過(guò)程和后一循環(huán)的進(jìn)氣過(guò)程在時(shí)間上相互銜接并往往有一定重疊，在作用上互相影響，它們的進(jìn)行特點(diǎn)也有很多相似之處，所以有時(shí)合在一起統(tǒng)稱(chēng)之為換氣過(guò)程。

換氣過(guò)程的基本要求是吸足排凈。吸足就是進(jìn)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，排氣越徹底，殘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(guò)程的進(jìn)行。本文就柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)因素和運(yùn)用因素對(duì)進(jìn)排氣過(guò)程的影響進(jìn)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(jī)充量密度隨之降低，因而影響到工作性能的發(fā)揮。試驗(yàn)指出，海拔3000 m高度的充量密度比海平面減小25%。在海拔150 m以上地區(qū)每升高300 m，非增壓柴油機(jī)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(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作有顯著影響，試驗(yàn)指出，進(jìn)氣溫度在29.4 ℃以上每增加5.5 ℃，非增壓柴油機(jī)的功率要下降2%。大氣濕度影響充量的含水蒸氣量，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作也有影響。所以國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，在標(biāo)定柴油機(jī)功率時(shí)，應(yīng)以指定的標(biāo)準(zhǔn)大氣狀況（可標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)氣狀態(tài)）為準(zhǔn)，否則應(yīng)按公式換算。

應(yīng)該著重指出，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，這是因?yàn)椴煌髿鈮毫l件下，氣缸壓力仍以和進(jìn)氣壓力相同的比例變化，即進(jìn)氣終點(diǎn)壓力與大氣壓力的比值不變。大氣溫度升高，使充量和機(jī)體的溫差減小，充量吸熱減少，進(jìn)氣終點(diǎn)溫度增長(zhǎng)較少，大氣溫度與進(jìn)氣終點(diǎn)溫度比值增大，因而充量系數(shù)增大。充量系數(shù)和進(jìn)氣狀態(tài)充量溫度的近似關(guān)系為

二、配氣定時(shí)

氣門(mén)一般都有提前開(kāi)啟、延遲關(guān)閉的角度，使它們開(kāi)啟的曲軸轉(zhuǎn)角超過(guò)180°，爭(zhēng)取更大的開(kāi)啟“時(shí)間—斷面”。

排氣門(mén)早開(kāi)是為了使排氣行程開(kāi)始時(shí)，氣門(mén)已有較大開(kāi)度，便于廢氣排出，并降低排氣消耗功；但開(kāi)啟過(guò)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(mén)遲關(guān)是為了充分利用排氣的慣性使廢氣排得更干凈。如排氣門(mén)關(guān)閉太早或排氣門(mén)關(guān)閉時(shí)排氣管的壓力波波峰正好進(jìn)入氣缸，則會(huì)使氣缸內(nèi)壓力增高，殘余廢氣加多。反之，如排氣門(mén)關(guān)閉過(guò)遲，則使排氣管內(nèi)廢氣回流，也增加缸內(nèi)殘余廢氣。所以排氣門(mén)的關(guān)閉角度對(duì)于排氣過(guò)程的殘余廢氣量影響很大。

進(jìn)氣門(mén)早開(kāi)一方面是為了使進(jìn)氣行程時(shí)得到較大的氣門(mén)通過(guò)截面，另一方面也是為了建立起進(jìn)氣氣流的慣性，但打開(kāi)過(guò)早會(huì)使廢氣流入進(jìn)氣系統(tǒng)，反而減少充量。有的柴油機(jī)希望氣缸內(nèi)建立較強(qiáng)的進(jìn)氣旋流，使進(jìn)氣門(mén)早開(kāi)角減小，在氣缸真空度加大后，加大氣流流進(jìn)速度和缸內(nèi)進(jìn)氣旋流，再使進(jìn)氣門(mén)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(jìn)氣門(mén)開(kāi)啟后，一般發(fā)動(dòng)機(jī)上都有進(jìn)排氣門(mén)重疊開(kāi)啟的角度。如果配置適當(dāng)，可以起到掃氣的作用，反之，則會(huì)使廢氣倒流入進(jìn)氣管。在曲軸轉(zhuǎn)速較高的發(fā)動(dòng)機(jī)上，由于氣流慣性較大，有可能采用較大的氣門(mén)開(kāi)啟重疊角以利于清除廢氣。

進(jìn)氣門(mén)遲關(guān)角的作用是為了利用進(jìn)氣氣流的慣性增加充量，但是遲關(guān)角過(guò)大會(huì)使氣缸里的充量被回推出去。試驗(yàn)表明，這個(gè)角度對(duì)充量的影響最大。

在結(jié)構(gòu)上，配氣定時(shí)要求定時(shí)齒輪安裝必須正確，配氣凸輪外形符合規(guī)定，氣門(mén)間隙調(diào)整必須恰當(dāng)，間隙過(guò)大等于延遲開(kāi)啟和提早關(guān)閉，配氣機(jī)構(gòu)磨損也將導(dǎo)致配氣定時(shí)同樣變化。

三、進(jìn)排氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和阻力

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

改變進(jìn)氣管長(zhǎng)度可以影響充量系數(shù)，例如195柴油機(jī)高轉(zhuǎn)速時(shí)長(zhǎng)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(jìn)氣管各有最佳長(zhǎng)度，管徑愈大，最佳長(zhǎng)度也愈大。這是因?yàn)楣軓接螅艿雷枇p失相對(duì)較小，為充分利用氣流慣性，可以允許更長(zhǎng)的進(jìn)氣管，所以最佳長(zhǎng)度也就愈大。

較短的細(xì)管充量系數(shù)相對(duì)較大，這是因?yàn)榧?xì)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(dòng)的影響，所以越粗管在進(jìn)氣門(mén)處的波動(dòng)越顯著。

因此，進(jìn)氣管不長(zhǎng)時(shí)，用較小管徑可以充分利用氣流慣性來(lái)提高充量系數(shù)，進(jìn)氣門(mén)遲關(guān)角也可稍大些；如進(jìn)氣管較長(zhǎng)時(shí)，壓力波動(dòng)比較顯著，則通過(guò)中等管徑和管長(zhǎng)配合以求提高充量系數(shù)；如進(jìn)氣管過(guò)長(zhǎng)，摩擦阻力將大大增加，一般應(yīng)該盡量避免。

排氣管的情況是類(lèi)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(shí)考慮排得更凈，短而粗的具體尺寸仍要通過(guò)試驗(yàn)來(lái)確定。

在多缸內(nèi)燃機(jī)上，為使各缸進(jìn)排氣過(guò)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(zhǎng)度相等、形狀相同和流動(dòng)阻力相同，使各支管承受進(jìn)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(jī)上一般是把進(jìn)排氣管分置于缸蓋兩側(cè)，減少進(jìn)氣受熱以提高充量系數(shù)。

進(jìn)排氣系統(tǒng)的阻力主要和它的零件尺寸、構(gòu)造形狀和使用情況有關(guān)。如進(jìn)氣管和進(jìn)氣門(mén)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(duì)進(jìn)氣有一定阻力，濾芯堵塞后會(huì)使充量系數(shù)大大降低，因此必須注意在使用中及時(shí)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)，情況類(lèi)似于進(jìn)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(guò)程中進(jìn)排氣系統(tǒng)的壓力變化，無(wú)論是壓力波動(dòng)、氣流慣性或流動(dòng)阻力，都和轉(zhuǎn)速有關(guān)。在發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)已定的條件下，壓力波動(dòng)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(guò)程。配氣定時(shí)和進(jìn)排氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也是在一定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的最佳試驗(yàn)結(jié)果。

轉(zhuǎn)速對(duì)充量系數(shù)的影響較大，在較高轉(zhuǎn)速時(shí)，管道里氣體流速加快，因而阻力加大，進(jìn)氣終點(diǎn)壓力減小，排氣終點(diǎn)壓力加大，使殘余廢氣加多，殘余廢氣系數(shù)和進(jìn)氣終點(diǎn)溫度加大，充量系數(shù)下降；反過(guò)來(lái)，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(shí)不適應(yīng)而充量系數(shù)下降。

如果順序加大進(jìn)氣門(mén)遲關(guān)角，充量系數(shù)隨轉(zhuǎn)速的變化而變化。進(jìn)氣門(mén)遲關(guān)角越大，越適宜在氣流慣性大、轉(zhuǎn)速高的情況下增加充量，所以低轉(zhuǎn)速的充量系數(shù)減小，較高轉(zhuǎn)速時(shí)才達(dá)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)角小的情況量大值要小。

在分析轉(zhuǎn)速對(duì)進(jìn)氣過(guò)程影響時(shí)，還特別應(yīng)該清楚單位循環(huán)充氣量和單位時(shí)間充氣量這兩個(gè)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，在其他條件不變的情況下，也就決定了扭矩大小和可能承受的負(fù)荷大小。單位時(shí)間充氣量則是單位時(shí)間循環(huán)數(shù)與單位循環(huán)充氣量的乘積。單位時(shí)間充氣量限定了單位時(shí)間可能燃燒完全的燃油量，也就基本決定了單位時(shí)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(shuō)，單位循環(huán)充氣量與充量系數(shù)成比例，而單位時(shí)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(jī)特性的分析中具有了極大的意義。

拖拉機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)處于農(nóng)業(yè)作業(yè)的波動(dòng)負(fù)荷條件下，由于轉(zhuǎn)速波動(dòng)，使得進(jìn)氣門(mén)開(kāi)啟時(shí)間—斷面處在不斷變化之中；進(jìn)氣管道的壓力也在波動(dòng)，使得多缸機(jī)上各缸間的充量分配更增加了不均勻性，從而會(huì)直接降低扭矩和功率等動(dòng)力性能指標(biāo)。

轉(zhuǎn)速因素還對(duì)排氣消耗功發(fā)生影響，轉(zhuǎn)速升高使排氣阻力增大，進(jìn)氣終點(diǎn)壓力降低，排氣終點(diǎn)壓力升高，所以泵氣損失增加。

五、負(fù)荷

柴油機(jī)負(fù)荷增加，機(jī)體、進(jìn)排氣門(mén)、活塞頂、氣缸壁等處機(jī)件的溫度上升，廢氣溫度上升，使進(jìn)氣受熱增多，密度減小，充量減少，充量系數(shù)下降。endprint