影响发电机充气系数的主要因素

充气系数

                                     (2-12)

根据进气过程的能量平衡关系，可以得到由各种影响因素组成的表达式η_v，并进而估算出各影响因素对η_v的影响程度。估算结果如图1所示。直线1表示一假想的没有流动阻力、没有进气加热的理想换气过程。曲线4表示实际的换气过程。曲线3表示没有吸入空气加热的换气过程。曲线2表示仅有进气流动阻力的换气过程。根据此图可了解影响充气系数的有关因素。

1．进气流动阻力的影响

由于进气流道存在流动阻力，产生压降Δp_a，所以进气结束时缸内压力p_a＝p₀－Δp_a。

从流体力学得知

式中 n——柴油机转速；

f——进气阀通道截面积；

K——比例系数。

可见，要提高η_v，必须减小Δp_a，要求尽可能增大进气通道截面积f。因此，中、大型四冲程柴油发电机普遍采用多（2甚至3）个进气阀结构。而且由于降低进气流动阻力比降低排气流动阻力对提高η_v更为有效，柴油发电机往往尽可能增大进气阀直径，使进气阀直径大于排气阀直径，以达到提高η_v的目的。

图1中曲线2与曲线1之间的差距就是由于进气流动阻力导致的η_v下降。随着转速的升高，Δp_a增大，η_v下降。图还表明，除非在很低的转速下，由进气流动阻力造成的η_v下降占有主要的份额。它是影响η_v的主要因素。因此，运行管理应注意经常保持进气系统的清洁，以减少流动阻力。

2．进气过程结束时气缸内气体温度的影响

在进气过程中，由于壁面对空气的加热、与残留废气的混合及进气动能部分转变为热能等原因，使吸入新鲜空气温度升高，导致η_v的下降。当柴油发电机负荷增大，喷油量增加，循环的平均温度升高，气缸壁温升高，η_v有所下降。当柴油发电机转速增加时，进气与壁面接触时间减少，壁面传给进气的热量减少。图1曲线3与曲线4之间的差距就是纯粹由于壁面传给进气热量导致的η_v下降。进气过程结束时气缸内气体温度有所升高对η_v的影响较小，是影响η_v的次要因素。

3．残余废气系数γ_r的影响

当换气终了时气缸内的残余废气系数γ_r（即换气结束时气缸里残余废气量与新鲜空气量之比值）增加，则吸入气缸的新鲜空气减少，从而使η_v下降。如排气背压增加，将使γ_r增加，从而使η_v下降。但由于四冲程柴油机的γ_r很小且变化范围也很小，故实际影响很小。

4．柴油机气阀正时的影响

①排气阀提前开 排气阀开启初期其通道截面积很小，流动阻力很大。如果排气阀太接近下止点时才开启，提前开启的角度太小，废气排出不畅，会造成活塞上行推出废气消耗的功增大。残余废气量增加，充气效率η_v下降。但排气阀提前开启角也不能太大，否则会使气体膨胀功损失过大。图2表示不同的排气提前角的影响。

②排气阀滞后关 排气阀的滞后关一方面使活塞到达上止点时，排气阀仍有足够通道截面，有利于废气的排出；另一方面，由于利用了排气流的惯性，可使废气排得更干净。

③进气阀提前开 进气阀提前开除了使进气冲程开始时有较大的通道截面，减少进气阻力，提高η_v外，还可形成进排气阀叠开，对燃烧室进行扫气，减少残余气量，提高η_v。

④进气阀滞后关 进气阀延迟在下止点后关闭，一方面使活塞在下止点附近时进气阀仍有足够开度，不致因开度不足而使Δp_a增大；另一方面还可充分利用进气流的惯性而吸入更多空气。图1中曲线3与曲线2之间的差距，可认为是所选定的气阀正时，主要是进气阀关闭正时的影响。其中在某一转速范围时，这个损失最小。高于这个转速时，进气阀关闭过早，未能充分利用进气惯性；低于这个转速时，进气阀关闭过迟，则造成进气倒流。不同转速下，存在不同的最佳正时。因此要使柴油发电机的性能达到最佳，运行于不同的转速时，其正时应该是不同的。但常规的气阀启闭控制机构做不到这一点。因此，变速使用的船舶主柴油发电机，说明书所规定的气阀正时，只是在常用的高转速下才能取得最佳的η_v值。

二冲程柴油发电机中，进气流动阻力、进气过程结束时气缸内气体温度、残余废气系数γ_r等因素对η_v的影响与四冲程柴油发电机相似。柴油发电机排气阀扫气口正时影响到排气阀扫气口的通流能力和扫气气流在气缸中的流向，对η_v有很大的影响。为了达到在耗费新气尽可能少的条件下把尽可能多的废气排出缸外，排气阀扫气口正时应符合说明书的规定值，应定期清洁扫气口，以保证扫气气流在气缸中的流向，并减少流动阻力。