摘要：柴油发电机从开始排气、扫气到进气结束的整个气体更换过程称为换气过程。换气过程进行完善，压缩过程开始时残留废气量少，存留在气缸中的新鲜空气量多，就为燃油的完全、及时燃烧创造了良好条件。燃油完全而及时的燃烧，不但使柴油发电机发出更大功率提高其动力性，使柴油发电机有高的热效率，提高其经济性；而且，完全的燃烧还意味着结炭减少，改善排气的污染，及时的燃烧还意味着较低的循环平均温度，从而提高柴油发电机的可靠性。因此，换气质量的好坏是柴油发电机工作优劣的先决条件。

（一）四冲程柴油发电机的换气过程

图1为一台四冲程柴油发电机换气过程的实测曲线。图1（a）为气缸压力及排气管内压力随曲轴转角变化的情况。图1（b）为进排气阀通流截面积随曲轴转角变化的情况。根据气体流动的特点，可把换气过程分为几个阶段来讨论。

图1 四冲程柴油发电机的换气过程曲线

自由排气阶段：当排气阀开启时，气缸压力远高于排气管压力，排气管压力与气缸压力之比小于临界值，气体流动为超临界流动，气缸内废气在超临界压比作用下以当地音速流过排气阀最小截面处。气缸压力迅速下降，排气管压力上升。当排气管压力与气缸压力比大于临界压比时，气体流动转入亚音速流动阶段。到某一时刻，气缸压力接近于排气管压力，自由排气阶段即告结束。

强制排气阶段：活塞上行将气缸内的废气强制推挤入排气管的阶段，即为强制排气阶段。由于排气阀延迟关闭，此阶段末尾可利用排气管中废气的流动惯性把气缸内的废气继续吸出。

进气过程：进气阀提前开启，气缸中废气压力低于进气管进气压力时开始进气。进气流具有一定惯性。进气阀滞后关闭可使气柱的动能转化为压力能，使进气终了时气缸压力接近或略高于进气管压力。

气阀叠开和燃烧室扫气过程：在气阀叠开期间，进气管、燃烧室和排气管连通起来，当进气管中压力比排气管内压力高时，新鲜空气进入气缸，驱赶残留在燃烧室中的废气并一起进入排气管。这既有利于清扫残余废气，增加新鲜空气充量，也有利于降低燃烧室部件冷却液难以冷却到的高温壁面的温度。但是应该指出，气阀叠开角并不是大的就好，因为进气阀开启过早，会造成废气倒冲入进气管；排气阀关闭过迟，过量的扫气空气会降低涡轮前的排气温度，减少增压器涡轮获得的可用能。

在换气过程中，新鲜空气与废气是不相掺混的。因此，四冲程柴油发电机的换气质量较高。

（二）二冲程柴油发电机的换气过程

图2示出二冲程柴油发电机换气过程曲线。根据缸内气体压力变化的特点，可把换气过程分成三个主要阶段。

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图2 二冲程柴油发电机的换气过程曲线

第一阶段·自由排气阶段（B→R）

在膨胀冲程的末尾，下行的活塞把排气口打开（B点），此时气缸内的压力pb比排气管中的压力，pr，高得多，pr/pb之比值小于临界值，废气以临界速度流出排气口进入排气管。超临界流动持续到pr/pb之比值等于临界值时刻（K点）。此后废气以亚临界速度自由排出气缸。当气缸内压力约等于扫气箱空气压力时（即R点），自由排气阶段结束。如图2.21所示，扫气口刚打开时（D点），气缸压力仍略高于扫气压力。但因压差不大而时间很短，倒流可忽略。如果排气不畅、排气阀开启正时偏迟，废气倒冲就会变严重，甚至可能引起扫气箱着火。

第二阶段 强制排气和扫气阶段（R→C）

此阶段开始时，由于扫气口开度小，排气口已开得很大，气缸中废气正以很高流速流入排气管，气缸内压力继续迅速降低。由于废气流的惯性作用，气缸内压力进一步降低。然后，随着扫气口开度的增加，扫气大量进入，气缸中压力逐渐升高。在扫气口并闭而结束此阶段前，气缸内压力趋于稳定。在本阶段中，主要是利用扫气空气进入气缸把气缸内的废气排挤出去，故称为强制排气及扫气阶段。

第三阶段 过后排气阶段（C→E）

活塞上行先关闭扫气口（C点）。此时，气缸中的残余废气掺混部分新鲜空气经由仍然开启的排气口（阀）继续排入排气管，直至排气口（阀）于E点关闭。在E点之后，气缸内开始进行压缩过程。

二冲程柴油发电机换气的持续时间约为120°～150°曲轴转角，而四冲程柴油发电机实现换气过程所占的时间则相当于400°～500°曲轴转角。如果转速相同，则二冲程柴油发电机的换气时间只有四冲程柴油发电机的大约1/3。因此二冲程柴油发电机进行完善的换气较困难，高、中速柴油发电机尤其困难。