第四章柴油机的换气机构与增压
4.柴油机的换气与增压(9-26)
4．柴油机的换气与增压定义：这个工质更换的过程称为换气过程，它指的是柴油机从开始排气、扫气到进气结束的整个气体更换过程。
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。
燃油的完全而及时的燃烧，不但使柴油机发出更大功率，提高其动力性；使柴油机有高的热效率，提高其经济性；而且，完全而及时的燃烧还意味着减少结炭和较低的循环平均温度，从而提高其可靠性；减少排气污染也必须有好的换气质量。
因此，换气质量的好坏是柴油机工作优劣的先决条件。
作用：更换工质，为下一循环燃油的燃烧创造必要条件。
要求：废气从气缸内排除得愈干净愈好，充入气缸的新鲜空气量愈多愈好；消耗的功及流失的空气量要少。
1．二冲程柴油机的换气形式在二冲程柴油机中，不同的换气形式对换气质量以至对柴油机性能有重要影响。
至今已出现多种换气形式。
根据气流在气缸中的流动路线，二冲程柴油机的换气形式可分为弯流与直流两大类。
每一大类中又有不同的换气形式，即： 横流（图1-2-4）回流（MAN 低速机）弯流 排气口有阀控制半回流（Sulzer 低速机）简单半回流排气阀—扫气口式（B&W 、三菱及Sulzer RTA ）直流排气口—扫气口式1．弯流扫气扫、排气口布置于气缸下端，扫气空气由下而上，然后由上而下地清扫废气。
横流扫气的船舶主机已淘汰多年，目前仍有半回流和回流两种。
1）半回流（新横流）扫气Sulzer 公司大型柴油机的传统形式。
进气口布置在排气口同侧的下方及两侧。
如图1-2-6所示。
其气缸盖结构较简单，不用设排气阀。
扫气口在纵向（与气缸轴向成角度）和横向（与气缸径向成角度）两个方向均有倾斜角，使扫气空气进入气缸后有向上和绕气缸轴线旋转的运动。
活塞顶的形状也有引导扫气空气向上的作用。
这样可控制气流方向，防止进气直接流向排气口，减少新、废气掺混，提高换气效率；避免死角，减少残留废气，提高换气质量。
柴油机的换气和增压
柴油机的换气和增压柴油机从开始排气、扫气到进气结束的整个气体更换过程称为换气过程。
换气过程进行的完善，压缩过程开始时残留的废气量就少，寸留在汽缸中的新鲜空气就多，就为燃油的完全、及时燃烧创造了良好的条件。
燃油完全、及时的燃烧，不但使柴油机发出更大的功率从而提高其动力性，使柴油机有较高的热效率，提高其经济性，而且完全的燃烧还意味着结碳减少，改善排气的污染，及时的燃烧还以为着较低的循环平均温度，从而提高柴油机的可靠性。
因此，换气质量的好坏是柴油机工作优劣的先决条件。
一．四冲程柴油机的换气过程因为汽缸压力及排气管内压力随曲轴转角的变化而变化；进、排气阀的通流截面积也随曲轴转角的变化而变化，因此，根据气体流动的特点，将换气过程分为几个阶段：***自由排气阶段：当排气阀开启时，汽缸压力远远高于排气管压力，排气管压力与汽缸压力之比小于临界值，气体流动为超临界流动，汽缸内废气以音速流过排气阀最小截面处。
汽缸压力迅速下降，排气管压力升高。
当排气管压力与汽缸压力之比大于临界压比时，气体流动转入亚音速流动阶段。
到某一时刻，汽缸压力接近于排气管压力时，自由排气阶段即告结束。
***强制排气阶段：活塞上行将汽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，此阶段的末尾可利用排气管中废气的流动惯性把汽缸内的废气继续吸出。
***进气过程：进气阀提前开启，汽缸中的废气压力低于进气压力时开始进气。
进气流具有一定的惯性。
进气阀滞后关闭可使气体的动能转化为压力能，使进气终了时汽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压力高时，新鲜空气进入汽缸并驱赶残留在燃烧室的废气一并进入排气管。
这样，既有利于清扫残余废气、增加新鲜空气量，又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排气温度，减少增压器涡轮获得的可用能。
第四章柴油机的换气与增压解析
§4-1 柴油机的换气过程
• 一、四冲程柴油机的换气过程
§4-1 柴油机的换气过程
•1、排气过程 • 自由排气——压差 • 强制排气——推动功 • 过后排气——惯性 •2、进气过程 • 准备进气阶段——创造压差、开度条件 • 主要进气阶段——压差 • 补充进气阶段——惯性
• 循环进气量对应于气缸工作容积Vs
§4-1 柴油机的换气过程
•四、时面图和时面值 • 设通路流通面积为，则在时间微元内，流过通路的气体数量为： • dG=ωfdt
• 结构不变，n↑→时面值↓→换气质量↓
Gf dt
f dt—时面值
§4-1 柴油机的换气过程
•五、评定换气过程质量的参数
•1、残余废气系数
• ——换气过程结束时，气缸内残存的废气量与充入气缸的新鲜空气量之比。
§4-1 柴油机的换气过程
•三、二冲程柴油机的换气形式 •1、弯流扫气 • 1）横流扫气：扫气口与排气口位于气缸中心线的两侧。 • 2）回流扫气：扫气口与排气口位于气缸下部同一侧且排气口在扫气口上方。 • 3）半回流扫气：扫气口在排气口下方及两侧。 • 特点：扫气流动路线长（2S）、新气与废气易掺混、死角、气流短路，换气质量差；气缸下部受热
§4-2 换气机构
•二、气阀传动机构 •1、型式 • 机械式和液压式 •2、机械式传动机构 • 组成：顶头、顶杆和摇臂 • 气阀间隙——柴油机冷态下，气阀关闭时阀杆顶端与摇臂之间的间
隙。目的是留有气阀受热膨胀空间。
• 间隙↓→早开迟关，关闭不严 • 间隙↑→迟开早关，开度不足，撞击严重
§4-2 换气机构
§4-1 柴油机的换气过程
•4、扫气效率、扫气系数和给气比 • 扫气效率ηs——换气过程结束后，气缸内的新鲜空气量与气缸内总气量之比。 • 扫气系数Φs——在一个循环中通过扫气口的全部扫气空气量与换气过程结束后留在气缸内的新鲜空
柴油机的换气与增压38页PPT
•
6、黄金时代是在我们的前面，而不在 我们的 后面。
•
7、心某些时候请收 敛。
•
9、只为成功找方法，不为失败找借口 (蹩脚 的工人 总是说 工具不 好)。
•
10、只要下定决心克服恐惧，便几乎 能克服 任何恐 惧。因 为，请 记住， 除了在 脑海中 ，恐惧 无处藏 身。-- 戴尔． 卡耐基 。
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
谢谢！
第四章 配气机构
三、进、排气系统
作用：是按照发动机工况需要，定时定量向气缸 供给清洁的空气，将燃烧后的废气排入大气。 组成：包括空气滤清器、涡轮增压器、中冷器、 进排气歧管、消声器等装置。 进、排气途经：空气→空气滤清器 → 增压器压 气机→中冷器→进气歧管→气缸→排气歧管→增压器 废气涡轮→排气管→消声器→废气排入大气。 类型：非增压式（自然吸气）、增压无中冷式、增 压中冷式。
丁字压板用来使用一个摇臂操纵两个气门。
丁字压板间隙的检查部位
二、配气相位
从气门开始开 启到关闭终了时的 曲轴转角称为配气 相位。
常用气门开启 与关闭时相对于上 下止点曲拐位置的 曲轴转角的环形图 来表示，此图称为 配气相位图。
㈠进气门的配气相位
1.进气门提前开启角
从进气门开始开启到活塞顶到达上止点对应 的曲轴转角。用α表示， α一般为10°～30°。 进气门早开，是为了进气行程开始时进气门 有一定的开度，减小进气阻力，使气流能顺利进 入气缸。
3、增压器的特点 （1）滞后现象 （2）压气机喘振现象 （3）涡轮的阻塞现象 （4）超速现象
4、柴油机增压后性能发生的变化
（1）柴油机的功率大大提高，可提高20％40％。 （2）发动机的机械效率提高，提高8％。 （3）燃油消耗率降低。 （4）发动机单位功率质量大大下降。
5、发动机增压后出现的新问题 （1）使发动机的机械负荷增加。 （2）发动机的热负荷增加。 从使用保养方面讲，必须加强发动机的 强制保养。
排气装置及消声器
复 习 题 1.配气机构的作用是什么？顶置式配气机构 的两大组各包括哪些主要零件？各主要零件的作 用是什么？ 2.什么是配气相位？进、排气门为什么要早 开迟闭？ 3.什么是气门间隙？气门间隙过大或过小各 有什么危害？ 4.进排气系统的作用是什么？包括哪些部件？ 5.WD615.67型柴油机采用什么进气预热装置？ 6.废气涡轮增压器的作用是什么？由几部分 组成？
柴油机增压器工作原理
柴油机增压器的工作原理是通过提高进气压力，增加进气密度，从而在相同的气缸容积中冲入更多的空气量，喷入更多的燃油，使燃料燃烧更充分，提高柴油机的动力性、比功率、燃料经济性，同时降低废气排放和噪声。
增压器主要由压气机构（增压器）和中间冷却器组成。
增压器的核心部件是涡轮机，其工作原理如下：
1. 废气涡轮增压：柴油机气缸排出的废气经排气管进入涡轮机，在涡轮机中膨胀做功，推动涡轮机转动。
涡轮机与压气机同轴连接，当涡轮机转动时，压气机也开始工作。
2. 压气过程：压气机将进入的空气进行压缩，提高空气压力，使进气密度增加。
压缩后的新鲜空气通过进气管送往柴油机的各个气缸。
3. 中间冷却：为了进一步提高进气密度，增压后的空气通过中间冷却器进行冷却，降低温度，使空气密度增加。
这样的发动机称为增压中冷式发动机。
柴油机增压器的工作原理是通过废气涡轮增压，将进入发动机气缸的空气预先进行压缩，提高进气压力和密度，使燃料燃烧更充分，从而提高柴油机的性能。
柴油机的换气与增压
四、换气机构的故障 1．气阀机构 1）阀面与阀座的磨损 2）阀面与阀座烧损 3）阀杆卡紧
4）阀杆和阀头断裂 5）气阀弹簧和弹簧盘断裂 6）阀壳产生裂纹 2. 气阀间隙测量与调整 3．气阀定时的检查 气阀定时的测量与调整只有在气阀间隙 符合要求时才能进行，气阀定时涡轮增压 采用增压技术是提高柴油机功率或平均有效压力的最有效途径。 一、柴油机增压概述 1．机械增压 增压器1由柴油机曲 轴通过齿轮2直接驱动的 增压方式称为机械增压。 2．废气涡轮增压 用柴油机排出的废气 驱动的涡轮d带动的增压 方式称为废气涡轮增压。
3．进气阶段
二、二冲程柴油机换气过程 1．自由排气阶段（B－R） 从排气口（阀）开启点 B 起到缸内压力与扫气压力 pk 相等的点 R 为止的这一阶段， 可分为超临界阶段和亚临界 阶段。 2．强制排气阶段（R－C） 从进气开始 R 点到活塞经 下止点再上行而在 C 点关闭 扫气口为止的阶段，靠新气 与缸内废气的压力差，利用 新气清扫废气。 3．过后排气阶段（C－E） 从扫气口关闭的C点到排气口关闭的B 点为止的阶段，是一个损失新气阶段， 越短越好。 影响因素：扫排气重叠角的大小、气阀 （口）开启的延续时间和气阀（口）的 流通面积的大小。
3．复合增压 既采用涡轮增压器， 又采用机械驱动式增压 器。
二、废气能量分析 g－ 0－ a－ h一 g：压气机消耗的 总能量； g－ 2－ 4－ i一 g：扫气空气对涡 轮所作的功； 4－ 2一 1－ 5－ 4：活塞推出废气 所作的功，由柴油机活塞给予； 5一 1－ f－ e一 5：从废气中取得 的部分能量； 5 － b － e － 5 ：脉冲动能能，或 叫变压能。 三、废气涡轮增压的两种基本方式 1．等压涡轮增压
第四节 废气涡轮增压器 一、废气涡轮 把柴油机的废气能量转变成推动增压器转子 旋转的机械功。有轴流式和径流式两种废气涡轮。 喷嘴环由铸铁铸成的喷嘴内、外环和耐热钢 制成的喷嘴叶片组成，外环上铣有数道通槽，外 环与涡壳之间也留有一定的间隙，喷嘴叶片形成 的通道从进口到出口呈收缩状。 工作原理： （1）具有一定压力p0和温度T0的气缸排气以速度C0流 入喷嘴。在喷嘴收缩形流道中膨胀加速，部分 压力能转换成速度能。 （2）喷嘴出来的燃气压力和温度下降至p1、T1而流速 增高到 C1 ，再进入叶轮叶片间的流道时，气流 被迫转弯。 （ 3 ）离心力作用，迫使气流压向叶片凹面而企图离 开叶片凸面，使叶片凹、凸面间产生压力差。 作用在所有叶片上压力差的合力 pu 对转轴产生 冲击力矩，使叶轮沿该力矩的作用方向旋转。 （ 4 ）叶轮叶片的通道收缩，燃气继续膨胀。当气流 在旋转的叶轮中流动时， 因膨胀加速而给涡轮
第四章柴油机换气、机构、增压(3-7节)
4、提高柴油机的转速n
5、提高平均有效压力pe 平均有效压力pe=pi·ηm 要求增加进入气缸的空气量
增压的实际意义就是用提高进气压力的方法增加气缸 的充气量，以保证燃烧更多的燃油，从而提高柴油机的功 率。
根据驱动增压器所用能量来源的不同，增压方法基本 可分为三种型式，即：机械增压、废气涡轮增压和复合增 压。
4）起动和低负荷运转性能差，所以，必须增设电动鼓风 机以便在低负荷和起动时使用。
2、压器供气显著下 降，而辅助增压泵 的供气量远远不足， 故柴油机在低负荷 时的工作性能差。 必须附设电动鼓风 机以便在起动和低 负荷时使用。
近代船用低速柴油机增压系统 的基本趋势是：采用定压单独增压 系统，附设电动鼓风机以备起动与 低负荷时使用。
2．脉冲涡轮增压 在增压 压力较低时， 脉冲动能E1 所占比例增 大，此时采 用脉冲增压 可使废气能 量可得到更 充分的利用。
脉冲涡轮增压的特点是各缸的排气管必须进行分组。 分组的原则是：同组排气管所连各缸的扫排气时期不相 重叠（或重叠较小）。 二冲程柴油机： 扫排气延续时间为120°曲轴转角 处在同一组的最多允许缸数i＝360°／120°=3 四冲程柴油机： 排气延续时间约为240°曲轴转角 处于同一组的最多允许缸数I=720°／240°＝3 二冲程六缸柴油机，发火顺序为1－6－2－4一3－5； 四冲程六缸柴油机，发火顺序为1－5－3－6一2－4；
1．机械增压
只适于增压压力pk ＜（0.15～0. 17） MPa的低增压柴油 机。
2．废气涡轮增压
3．复合增压
两级增压两级中冷
总的增压 压力达到0.4～ 0.5MPa
二、 废 气 能 量 分 析
三、废气涡轮增压的两种基本方式
1．等压涡轮增压系统
4 柴油机的换气与增压
4 柴油机的换气与增压（10％）4．1二冲程柴油机的换气过程二冲程柴油机换气过程各阶段的特点图4-2示出二冲程柴油机换气过程曲线图。
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。
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p b比排气管中的压力p r高得多，p r/p b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p r/p b之比值等于临界值的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），自由排气阶段的结束。
如图所示，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。
在扫气口关闭而结束此阶段前，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。
二冲程柴油机换气的持续时间约为120˚～150˚曲轴转角，而四冲程柴油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，则二冲程柴油机的换气时间只有四冲程柴油机的大约1/3。
因此二冲程柴油机进行完善的换气较困难，高、中速柴油机尤其困难。
4．2换气过程评定指标4．2．1残余废气系数的概念和意义残余废气系数是指换气过程结束时，缸内残存的废气量G r 与充入气缸的新鲜空气量G 0之比，即G G r r =γ （8-5） 残余废气系数是换气过程结束后废气排除的干净程度来表示换气过程的完善程度。
热力发动机原理-换气过程
4.无泵气损失， 4.无泵气损失，但机械效率较低 无泵气损失 二冲程内燃机因无单独的进排气行程，泵气损失为零。 但空气耗量大，扫气泵耗功多，其机械效率一般比四冲程内 燃机的低，燃料消耗率较高，但增压后，二冲程内燃机的燃 料消耗率可接近或略高于四冲程内燃机的燃料消耗率。 5.采用纯燃气涡轮增压较困难 5.采用纯燃气涡轮增压较困难 由于二冲程内燃机的扫气空气耗量较大，新鲜充量部分渗 入燃气，使涡轮增压器前的排气温度降低，排气可用能下降， 所以涡轮增压二冲程内燃机的排气能量平衡问题比四冲程内 燃机更难解决，特别在启动、低负荷时这一矛盾更为突出。 二冲程内燃机一般采用辅助扫气泵、活塞底泵或机械增压器 与燃气涡轮增压器联合供气的办法来解决这一矛盾。
一般大功率四程机的空气耗量为6.8～7.6kg/(kW·h)，二程 柴油机则为10.2～11.5kg/(kW·h)。在 功率大体相同时，二冲程 内燃机匹配的涡轮增压器比四冲程内燃机的大。 2. 换气质量较差，残余燃气系数较大，排气压力波动强烈 换气质量较差，残余燃气系数较大， 四冲程内燃机的进、排气过程在两个不同的活塞行程内进 行，新鲜空气与燃气掺混的机会较少。二冲程内燃机换气时活 塞在下止点附近，进、排气过程同时进行，新鲜空气与燃气易 于掺混，换气质量较差，残余燃气系数比较大。二冲程内燃机 气口开闭由活塞控制，启闭速度比气门快，排气开始时缸内压 力比四冲程内燃机的高，因此，排气压力波动现象较四冲程内 燃机强烈，进排气系统对换气的影响较四冲程内燃机的大。
气口气门直流扫气
气口气口直流扫气
1）气口气门直流扫气 ） 如图所示，它的优点是：扫、排气相互混合较少，故扫气 效率高；由于它是非对称扫气，故可进行补充充气；扫气口可 布置在缸套的全周上，这可使气口高度减小，减少失效行程。 这种扫气方式是最好的，低速、中速、高速内燃机上均有采用。 由于扫气效果好，气缸新鲜充量多，便于增压，目前，广泛应 用于加长行程的低速机型上。缺点是结构较复杂，四冲程内燃 机中气门机构基本保留，尚需加扫气泵，排气门尺寸大，这对 高速化不利，解决的办法是采用多个排气门减小排气门尺寸， 但这会使气门机构变复杂。 2） 气口气口直流扫气 一般在对顶活塞式内燃机中采用气口气口直流扫气方式， 每个气缸有上下两个相对运动的活塞，扫气口的启闭由下活塞 控制，排气口的启闭由上活塞控制。扫排气口各占气缸一端，
柴油机增压器结构原理
柴油机增压器结构原理
柴油机增压器是一种用来增加柴油机进气压力的装置，它的结构原理如下：
1. 使用压气机：增压器通常包括一个压气机，它由由压缩空气驱动。
压气机中的压缩空气可以用来增加进气道中的压力。
2. 进气增压道：增压器通过一个管道与柴油机的进气道相连。
增压器通过管道将压缩空气引入进气道，从而增加了进气道中的压力。
3. 涡轮：增压器中的压气机常常配备了一个涡轮。
这个涡轮由排气气流驱动，当排气通过涡轮时，它会使涡轮旋转，从而驱动压气机工作。
4. 废气流动：柴油机在燃烧燃料时产生的废气会流经增压器中的涡轮，废气的能量会转化为涡轮运动的能量。
5. 压缩空气供给：当涡轮旋转时，压气机会受到压力，并将这个压力转化为压缩空气供给到柴油机的进气道中。
通过这种结构原理，增压器能够有效地提高柴油机的进气压力，提高燃烧效率，提高动力输出。
同时，柴油机增压器的结构紧凑，重量轻，具有高效率和快速响应的特点。
柴油机增压器工作原理
柴油机增压器工作原理
柴油机增压器是一种用于提高柴油机进气压力和进气密度的装置。
它能够通过增大进气压力，增加气缸内进气的密度，提高柴油机的燃烧效率和动力输出。
柴油机增压器主要由一个涡轮组和压气机组成。
涡轮组由进气涡轮和排气涡轮组成，它们通过同一轴连接在一起。
进气涡轮通过柴油机排气的能量来驱动，然后使得排气涡轮旋转。
排气涡轮旋转时，通过轴将旋转动力传递给压气机。
当柴油机工作时，排气气流通过进气管道进入进气涡轮。
进气涡轮的旋转会使得排气气流速度加快，进一步压缩空气，然后将压缩后的空气送入压气机。
压气机会将冷却后的高压空气送入气缸内，从而提高气缸内的进气压力。
通过增加进气压力，柴油机在进气冲程时能够吸入更多的空气，并更好地与燃油混合。
这样可以提高燃烧效率，增加爆发力，并提高柴油机的动力输出。
柴油机增压器可以提供比自然进气更高的进气压力和进气密度，从而在给定排气量和缸径的情况下，能够产生更多的动力。
第04章柴油机的换气与增压
背景知识——气阀传动机构
机械式传动机构
液压式气阀传动机构
背景知识——气阀传动机构 三、凸轮和凸轮轴传动机构
1、凸轮轴 （1）作用：控制柴油机中需要定时的设备，使它们按照一定 的工作顺序准确工作。 （2）构造：由若干进、排气凸轮、喷油凸轮、空气分配器凸 轮和支承轴颈组成。 1）整体式：凸轮轴的凸轮与轴本体铸成或煅成一体，用于小 型机上 2）装配式：凸轮和轴是分开制造，然后根据定时要求，将凸 轮紧固在轴上，这种凸轮轴上的凸轮是可调节的，以便定时调 节，并且任何一个凸轮损坏后都可单独更换，一般用于大型机 上。
背景知识——气阀机构
2．气阀导管 （1）作用：保证气阀与阀座在同一中心线上工作，并起散热作用。 （2）材料：铸铁或青铜 （3）气阀导管和阀杆的间隙必须合适。过大：散热不良，磨损增 大；造成阀杆处漏气，甚至造成滑油结焦使阀卡死。过小，导致气 阀卡阻。 3．气阀座 主要目的是为了提高耐磨性。但导热性差，加工精度高，成本高。 材料：耐热钢，合金铸铁或特种青铜。 4．气阀弹簧 作用：依靠其弹力关闭气阀。 采用内径不同的内外两根旋向相反的弹簧，优点是： 减小每根弹簧钢丝直径，疲劳强度↑； 两弹簧自振频率相互干扰，避免共振； 一根弹簧折断，另一根可防止气阀落入气缸。 旋向相反，避免研磨气阀。
亚临界状态
换气过程
2)强制排气 （从自由排气结束 至排气阀关闭） 3)进气阶段
强制排气 惯性排气
从缸内压力低于进气压力后开始进气， 到惯性进气结束。 。
（从进气阀开至进气阀关）
背景知识——换气过程 2. 气阀重叠和燃烧室扫气 气阀重叠角——进排气上止点前后，进排气阀同时开启的 现象。等于排气滞后角与进气提前角之和。 扫气作用： 1）使排气更干净； 2）降低热负荷。 二、二冲程机的换气过程 1、换气过程 1）自由排气阶段（B-R） 2）扫气阶段 （R-C） 3）过后排气阶段（C-E）
第四章柴油机换气、机构、增压(1、2节)
5、旋阀器 使气阀在开、关过程中缓慢转动
1）减少阀面与阀座上的积炭，使磨损减小，贴合严密；
2）使阀盘均匀地接受热量和散热，以改善阀盘的热应 力状态，防止局部过热；
3）可以消除阀杆与导管间的积炭，防止阀杆与导管 卡住。
二、气阀传动机构
1、机械式气阀传动机构
气阀间隙：在冷态下，当滚 轮落在凸轮基园上时，在摇 臂端与气阀阀杆之间留有间 隙。
18.转翼
A.补油管 B.补油孔
C、D。油空间
M、N.气空间
空间小、重量轻、总体布置自由，拆装方便，维修量 少，阀杆不受侧推力，撞击小。采用空气弹簧装置后更使 嗓音低。但其密封及调试均较困难。
三、凸轮轴及其传动机构
1．凸轮轴 整体式 小型机
装配式 大型机
2．传动机构
齿轮传动（四冲程柴油机） 链条传动 齿轮与链条联合传动（称为二级传动
流量为定值，时面值愈大，所需流 速愈小。
五、评定换气过程的质量参数
1、充气（量）系数ηv
v
G0 Gs
G0——为换气结束后留在气缸内的新鲜空气重量； Gs——为在进气口环境条件下（对非增压四冲程柴油机为大气压力 P0，温度T0，对于二冲积柴油机为扫气箱扫气压力Ps，温度Ts;对于 增压柴油机则为中间空气冷却器后的公共扫气箱压力Pk，温度Tk） 充满气缸工作容积Vs的新鲜空气重量。
l） 齿 轮 传 动 机 构
曲轴与凸轮轴的转速比为2:1
为保证传动比准确可靠， 其凸轮轴的齿轮传动机构都 安装在飞轮端。
2）链条传动机构
曲轴与凸轮轴的转速比为1:1
张紧轮（惰轮）：张紧链条、 带动调速器、增加包角。
四、换气机构的故障和维护管理
1、气阀机构故障
气阀机构的常见故障包括：阀面与阀座磨损、阀面 与阀座烧损、阀杆卡紧、阀杆和阀头断裂、气阀弹 簧断裂、阀壳产生裂纹。
船舶柴油机换气与增压系统
进气冲程
亚临界
2.气阀叠开和 燃烧室扫气
2
气缸压力 1 排气管内的压力 下止点 上止点
气阀重叠
下止点
三、二冲程柴油机换气过程
• 1.二冲程机换气特点：
• （1）用于换新鲜 空气驱赶废气的方式，进、排同时进行。 • （3）扫气所需气体压差较大，所消耗的功及 空气耗量较大。 • （4）气缸容积不能充分利用。
• 1.离心式压气机的基本工作原理
• 2.单级轴流式涡轮机的基本 工作原理：
三、离心式压气机的工作特性及 喘振机理
当压气机工况变化时,在不同转速下 压气机的排出压力和效率随空气流量的 变化规律被称为离心式压气机的特性。 表示这种特性的曲线叫压气机的特性曲 线。
喘振：是由于流量小于设计值很多时叶轮 进口和扩压器叶片内产生强烈的气流分 离引起的震动。
• 分组原则：
3.两种增压方式的比较
• （1）废气能量的利用。 • （2）涡轮的工作性能。 • （3）增压系统的布置。 • （4）管理上的要求。 • （5）柴油机的加速性能及低负荷性 能。
四、其它增压形式
• 1.脉冲转换增压：
• 排气支管和废气涡轮之间设脉冲转换器，即有 效的利用脉冲能，又能使涡轮的进气压力稳定 和流量连续，可提高涡轮效率。
2
1 Vb
ƒ
ƒ
四冲程等压涡轮柴油机废气能量
三、废气涡轮增压的两种形式
• 1.定压涡轮增压：
• 特点：排气支管连接到一根总管上，涡轮前 排气管压力基本上是恒定的，只利用了废气 的定压能，而脉冲能基本都损失掉了。
• 2.脉冲涡轮增压：
• 特点：排气管经过分组直接与涡轮相连，排 气管细而短，涡轮前的压力是波动的，它利 用了脉冲能并能较好的利用定压能。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2．换气过程 （1）自由排气阶段（B-R） 从排气口开启B到进气开始点R（缸内压力与扫气压力相 等） 特点：此阶段缸内的废气压力比排气管中的压力高出许 多，大量的废气靠这一压差和气体动力作用流出缸外。扫 气口刚开启时，缸内压力大于扫气压力，但不会使废气倒 流，原因是：①扫气口开度很小②排气口开度大，废气具 有向外流动惯性。但气口积碳，会使废气倒流。 （2）扫气及强制排气阶段（R-C） 此阶段主要依靠新气与缸内废气的压力差，利用新气清 扫废气。 特点：新气与废气混掺，部分新气经排气口排出。
（2）结构：3-1-3所示为后一种旋阀器。它由旋阀 器本体4、钢珠2、碟形弹簧1、旋阀器外壳（又是气 阀弹簧的上弹簧盘）3组成。
（3）工作原理：当气阀闭合时，气阀弹簧弹力较小，气 阀弹簧弹力通过旋阀器外壳传递至碟形弹簧，由碟形弹簧 再传至旋阀器本体，旋阀器本体将力传给卡块，最终传给 气阀使气阀保持闭合，钢珠不受力。这时钢珠被复位弹簧 推至腰形槽的顶端。当打开气阀时，碟形弹簧因受力增大 而变平，气阀弹簧力逐渐转移到钢珠上。使钢珠受压并滚 至槽底最低点，复位弹簧被压缩，如图b)所示。在钢珠滚 向槽底最低点时，由于碟形弹簧、旋阀器外壳与气阀弹簧 压紧不能转动，本体就带动卡块、气阀，一起向前转一个 角度。当气阀关闭时，由于气阀弹簧弹力逐渐减小，碟形 弹簧逐渐恢复原先形状，钢珠的压力逐渐消失。当它被释 放时，复位弹簧又把它推回槽的顶端。这样气阀在不断开 启中慢慢转动。
2．充量系数（充气效率）φ C φ C= GO/GS=ε PaTO/(ε -1)POTa(1+γ r) ＜1 影响充气系数因素：气缸进气终了时的参数（pa、 Ta）；残余废气系数；排气系统的结构参数以及柴油 机运行时的转速、负荷、增压程度、冷却情况、换气 系统的清洁程度。当柴油机转速升高、气阀流通面积 不足、进气系统脏污时，因进气压力降增大而使充气 系数显著降低；当负荷增大、气缸过热、冷却不良及 残余废气过多时，会导致进气温度升高、密度下降、 进气量减少，充气系数降低。提高增压压力、增大进 气阀（口）流通面积可使充气系数提高。
3、二冲程柴油机的扫气质量指标 （1）扫气效率η s = 扫气结束时留在缸内的新鲜空气量G0/气 缸内全部气体量Ga= G0/（G0+Gr）=1/（1+γ r） （2）扫气系数ψ s=每循环流过扫气口的空气量Gk/扫气结束后 留在缸内的新鲜空气量G0>1；新鲜空气由排气口流失越少，G0 越大，扫气系数越小。一般为1.4~2.0。 （3）给气比（扫气过量空气系数） β =每循环流过扫气口的空气量G0/在进气状态下充满Vs的理 论空气量Gs，一般为1.0~1.3； ψ s>β （G0<Gs），显然，η s越大、ψ s越小、β 越小，扫气 质量越好。 思考题： 1．按缸内压力变化，二冲程机的换气过程可分为哪几个阶段？ 各阶段有什么特点？
2．凸轮轴传动机构 （1）齿轮传动（四冲程机）
凸轮轴传动机构一般安装在飞轮端，以降低曲轴扭振的影响。 采用中间齿轮的原因：四冲程机曲轴与凸轮轴转速比为2：1， 这样凸轮轴上的定时齿轮直径比曲轴上齿轮大一倍，使机身横 向尺寸增大，所以在较大的柴油机的凸轮轴传动机构中都另外 加中间齿轮，以缩小凸轮轴上正时齿轮的尺寸，减小机身横向 尺寸。 定时齿轮包括主动、中间和从动齿轮，三个齿轮上均有啮合 记号，以保证配气、喷油定时正确，拆装时应注意。 若无装配记号，应根据二者正时的数据确定二轴的啮合关系。 例某机的排气阀开启为下止点前φ3CA，调整时先拆开中间齿轮， 解脱二者的啮合关系，将曲轴盘车至上述位置（从飞轮刻度上 观察角度的记号）后转动凸轮轴至第一缸排气阀开启位置（气 阀间隙已调好），最后使齿轮啮合即可。
二、气阀传动机构 1．机械式气阀传动机构--中小型机上 （1）组成：滚轮、顶杆、摇臂、摇臂销、摇臂座、 调节螺钉 （2）作用： （3）气阀间隙 ①气阀间隙：柴油机冷态时，盘车使滚轮落在凸轮的 基圆上，摇臂与气阀之间的间隙。 ②目的：柴油机在运行状态下，留给阀杆向上膨胀的 余地，使气阀关闭严密。
③气阀间隙对柴油机工作的影响 太大：1）影响气阀正时，使气阀迟开早关，开启持续时 间变短。2）撞击严重，磨损加快。3）因撞击发出噪声。 太小：1）影响气阀正时，使气阀早开晚关，开启持续时 间变长。2）气阀受热后无膨胀的余地，使气阀关闭不严， 造成阀头与阀座烧损。3）柴油机功率与经济性下降。
（2）强制排气阶段 从自由排气结束到排气阀关闭的阶段。此阶段缸内废 气是由上行活塞强制推挤出去，在末期可利用排气阀 晚关和排气惯性实现惯性排气。n增加，则β2增加。 （3）进气过程（非增压机实际进气是在上止点后开始） 从进气阀开启到进气阀关闭的阶段。进气阀一般在上 止点前10-300CA开启，刚开启时缸内压力高于进气压 力，但不会存在废气倒流。原因①气阀开度很小②排 气阀存在惯性。 进气阀一般在上止点后α2=20-600CA关闭，α2不能太 大，否则压缩行程过短，使PC、TC过低，造成起动困 难，燃烧不良。
1．气阀 ：分进气阀和排气阀， 一般进气阀阀盘直径 大于排气阀，目的是为了提高充气量。 （1）气阀的结构：由阀头、阀杆组成，采用大 圆弧过度，以降低机械应力。 阀头座合面是锥面，锥面角有30°和45°两种： 30°锥面角：阀口流通面积大，进气阻力小，单位承 压面积小，阀面与阀座磨损小，进气阀采用。 45°锥面角：自动居中性能好，座合面单位面积压力 大，密封性能好，一般排气阀采用。 阀杆：上部开有环形槽，用于安装锥形锁块。
3．气阀导管 （1）作用：保证气阀与阀座在同一中心线上工作， 并起散热作用。 （2）材料：铸铁或青铜 （3）气阀导管和阀杆的间隙必须合适。过大：散 热不良，磨损增大；造成阀杆处漏气，甚至造成 滑油结焦使阀卡死。过小，导致气阀卡阻。 4．气阀锁紧装置
5．气阀旋转器： 用于燃重油的大功率中速机上 （1）作用：①使阀盘均匀受热、散热，保证阀盘的 温度分布均匀，改善阀盘的热应力状态。②减少密封 锥面上导热不良的沉积物，使之贴合严密，利于散热， 减少高温腐蚀，减少烧损磨损。③可改善阀杆与导管 间的润滑条件，减少阀杆漏气，减少阀杆周围形成积 炭，防止卡阻。
2．气阀弹簧 （1）作用：当摇臂抬起时使气阀关闭 （2）采用内外弹簧的目的： ①在不降低应有弹力的条件下，可采用较细软的弹簧 钢丝制造，使其工作时动作柔和，提高抗疲劳能力。 ②两根弹簧的自振频率不同，在工作中互为阻尼，可 避免发生共振。 ③当其中一根弹簧折断时，气阀不致落入气缸内，提 高工作可靠性。 ④两根弹簧旋向相反，可防止互相夹插，还可以减 少阀在开关时由于弹簧产生扭转而发生的自动研磨。
2．气阀叠开和燃烧室扫气 （1）概念 （2）非增压机：α1+β2=25-500CA； 增压机：α1+β2=80-1300CA （3）作用： ①利用排气流的抽吸作用造成缸内一定的真空，将 新鲜空气吸入气缸。 ②新鲜空气的吸入有利于废气的排出。 ③新鲜空气对燃烧室部件进行冷却。
二、二冲程机的换气过程
（4）阀头的型式：①平顶 ②凸顶 ③凹顶
（5）阀座：工作条件与气阀相似，一般采用合金铸铁或 耐热合金钢。注意：阀座材料与缸盖材料的热膨胀系数 应基本相同。 （6）阀面与阀座的配合 ①全接触式：阀面与座面锥角相同，接触面积大，耐磨， 传热好，但易结碳，敲击，产生麻点，用于小型高速机。 ②外接触式：阀面锥角小于座面锥角0.5°～1°，接触面 积小，密封性好，阀盘在高压燃气作用下产生拱腰变形， 增加阀与座的接触面积，降低接触应力，提高散热。用 于强载中速机上。 ③内接触式：阀面锥角大于座面锥角0.2°～0.5°，接触 面积小，密封性好，接触面离燃烧室远，温度低，腐蚀 小，阀盘发生周边翘曲变形，增加阀与座的接触面积， 降低接触应力，提高散热。用于长行程低速机上。
（2）工作条件 进气阀：①受高温作用450～500℃；②撞击；（阀座、 导管）③磨损。 排气阀：①受高温作用650～800℃；②撞击；（阀座、 导管）③磨损；④燃气腐蚀。 （3）材料 进气阀采用普通合金钢如40Cr、40CrNi，有高的耐 磨、耐热和抗腐蚀性能。 排气阀采用耐热合金钢如9CrSi2Mo等。 阀杆顶部由于不断受到摇臂撞击，一般堆焊60号钢， 淬火HRC≥50，也有安装硬质合金钢的阀帽或撞击块 以提高耐磨性。
第四章柴油机的换气机构与增压
本章的重点：二冲程、四冲程柴油机的换气过程， 各类换气机构（气阀机构和气阀传动机构）的工作 原理、作用、工作条件、结构特点、常见故障及其 原因，气阀与阀座的研磨及更换方法，气阀间隙、 气阀定时的检查与调整及不正常的危害，废气涡轮 增压器的工作原理、组成结构、清洗、日常管理、 故障分析及处理。 本章的难点：各类换气机构的结构特点，定压增压、 脉冲增压的特点及理解，增压器的喘振。
1．二冲程机的换气过程的特点 （1）换气时间短：二冲程机120-150 0 CA 四冲程机 3800CA-4500CA （2）主要依靠进、排气口之间的压差，用新气驱赶废 气的扫气方式。新气的进入和废气的排出是同时进行的， 新气和废气掺混，换气质量差，残留废气多。 （3）实现扫气所需的气体压差较大，空气耗量大，耗 功较多。 （4）气缸容积不能充分利用，存在失效行程。
第二节 换气机构
换气机构：保证按规定顺序和时刻完成进、排气过 程的机构。 换气机构的功能是实现对柴油机换气过程的控制。 即依照柴油机各气缸的工作次序，定时地打开或关 闭进排气阀。以保证气缸里废气的排除和新鲜空气 的充入。 换气机构的组成：气阀机构、气阀传动机构、凸轮 和凸轮轴传动机构。