831第四章 柴油机的换气与增压第二节
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。
1换气过程
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⑵进气过程
指从进气阀开始开启到进气阀完全关 闭为止。也可分为三个阶段。
①准备阶段；②主要进气阶段；③补 充进气阶段
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三、二冲程柴油机的换气过程
二冲程柴油机的换气过程是指从排气 口（或排气阀）打开时起至排气口（或排 气阀）完全关闭时止，新鲜空气充入气缸 和废气排出气缸的过程。
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三、二冲程柴油机的换气过程
三个阶段： ⑴自由排气阶段 ⑵强制排气（扫气）阶段 ⑶过后排气（过后充气）阶段
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二冲程柴油机的换气过程
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四、换气过程的评定指标
换气过程的评定指标主要有：充气系 数、残余废气系数 、扫气效率 、扫气系 数 、扫气过量空气系数等。
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。
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第一节 柴油机换气过程
一、时面值与角面值 二、四冲程柴油机的换气过程 三、二冲程柴油机的换气过程 四、换气过程的评定指标 五、影响换气过程的主要因素
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一、时面图与时面值
f dt
若画出气阀或气口的开启面积f 随时间t
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一、时面图与时面值
时面值表征了气阀或气口的流通能力。 因此，保证柴油机的换气品质的关键之一 就是保证柴油机气阀或气口有足够的时面 值。
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二、四冲程柴油机的换气过程
⑴排气过程 ⑵进气过程
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。
柴油机的换气过程
II. 进气温度上升
III. 气阀定时的改变或调整不当时也将影响v
定义
残余废气系数r 为换气结束后留在气缸内的
残余废气量Gr与换气结束后留在气缸内的新
鲜空气量G0之比值，即：
γr
=
Gr G0
四冲程柴油机决定r的主要因素是燃烧室扫气
过程，扫气过程进行得越好，废气清除得越
干净，则r 越小。 通常增压柴油机的r值在0~0.15之间。四冲程
定义
➢ 充气系数v为换气结束后留在气缸内的新鲜空气
量G0与在进气口环境条件(对非增压四冲程柴油机为大气压力p0，
温度T0；对于二冲程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Ts)下充满气缸工作
容积Vs的理论新鲜空气量Gs之比值，即：
( ) ηv
➢ 从扫气口关闭的C点到排气口关闭的E点（压缩 开始点）为止的阶段，叫做过后排气阶段。
➢ 在此阶段缸内的部分新气将经仍开启着的排气 口排至排气管，因而这是一个损失新气阶段。 希望此阶段越短越好。
➢ 若使它与进气口同时关闭或早于进气口关闭， 则可避免过后排气损失或实现过后充气。
四、评定换气过程质量的参数
缩比减小。
③ 实际进气时刻：是气缸内压力低于进气管压力时才 真正进入气缸。非增压柴油机的实际进气时刻在上 止点后。
气阀叠开和 燃烧室扫气
① 气阀重叠角的定义：在上止点前后，从进气阀开启到 排气阀关闭这段时间进气阀和排气阀同时开启所对应 的曲轴转角称为气阀重叠角。一般非增压机为 20°~50°CA，增压机为80°~140°CA
评定换气过程好坏的标志
➢ 废气排除是否干净 ➢ 新鲜空气充入量 ➢ 新鲜空气消耗量
柴油机.换气机构
分类
按其结 构特点 分： ① 不带 阀壳 ② 带阀 壳
2.气阀valve与阀座valve seat
1) 气阀
I. 阀盘 II. 阀杆valve spindle
2) 3)
阀座valve seat 排气阀阀面与阀座 的接触形式
I. 全接触式 II. 外接触式 III. 内接触式
气阀
1.
2.
有的柴油机如B& W型的在顶杆端设有 液压顶杆机构。可缓和传动中的冲击力， 减轻撞击和噪声，也可减少阀杆顶端的 磨损，且具有自动调节气阀间隙的能力。
液压顶杆机构
在顶杆端加装一个液压油缸和液压活塞，使 凸轮旋转过程中产生的向上的力通过油缸与 活塞之间的液压油传递至摇臂和气阀 作用： ① 缓和传动中的冲击力，减轻撞击和噪声， ② 减小阀杆顶端的磨损 ③ 具有自动调节气阀间隙的能力
液压式气阀传动机构
①
② ③
④
总体布臵自由， 拆装方便，维修 量少 改善了工作条件 （没有侧推力） 嗓声低、阀杆磨 损小（采用空气 弹簧装臵后） 密封及调试均较 困难。
排气阀驱动机构
二冲程机的排气机构
1-凸轮轴；2-凸轮；3-顶头；4-顶 杆；5-套筒；6-柱塞；7-安全阀； 8-补油阀；9-油管；10-缓冲销； 11-柱塞；12-套筒；13-活塞；14气缸；15-卡环；16-簧板；17-气 阀；18-转翼 A-补油管；B-补油孔；C、D-油空 间；M、N-气空间
除机械弹簧外，目前超长行程直流扫气柴 油机的排气阀普遍采用空气弹簧（后述）
不带阀壳式气阀 机构
进气阀为不带阀壳结构， 结构较排气阀简单，气阀、 导管、气阀弹簧等零件与 气阀都直接装在气缸盖上， 气阀直接闭合于缸盖本身 加工出来的阀座上，并常 在缸盖阀座内加一铸铁环， 以提高阀座的耐磨性和调 换方便。 进气阀直径比排气阀直径 大，这样可以提高充气效 率。
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。
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
柴油机的换气与增压课件
02
数据处理
对收集到的数据进行处理，包 括去噪、滤波、计算等，以得
到准确的工况数据。
03
数据分析
根据处理后的数据，分析换气 和增压对柴油机性能的影响， 以及换气和增压设备的效率等
。
结果展示与讨论
结果展示
通过图表和表格展示实验结果，包括换气和增压对柴油机性能的影响，以及换 气和增压设备的效率等。
喷油器
将燃料喷入气缸内，与压缩空气混 合燃烧，产生动力。
增压技术在实际中的应用案例
车辆动力提升
通过增压技术提高发动机的进气 密度和喷油量，增加发动机的动 力输出，提高车辆的加速性能和
载重能力。
工程机械
利用增压技术提高发动机的性能 ，为工程机械提供更大的动力和
可靠性。
船舶动力
在船舶动力系统中采用增压技术 ，提高发动机的效率和可靠性， 为船舶提供稳定、可靠的动力输
实验步骤
首先安装换气设备，然后将柴油机启动并逐渐增加负载，同时记录各个工况下的数据，包括转速、扭矩、排放等。接 着安装增压设备，重复上述步骤。
实施细节
在实验过程中，需要注意保持柴油机的稳定运转，避免突然的负载变化，同时要保证数据的准确性和可 靠性。
数据收集与分析的方法
01
数据收集
通过数据采集系统收集实验过 程中的各项数据，包括转速、
涡轮增压器
通过涡轮将空气压缩并送入气缸，提高 柴油机的功率和效率。
换气过程中的问题与解决方案
01
02
03
空气流量不足
进气门磨损
排气不畅
由于空气滤清器堵塞、进气管漏气等原因 导致空气流量不足，影响燃烧效果。解决 方法是定期清洗空气滤清器和检查进气管 是否漏气。
柴油机的换气
第四章柴油机的换气、换气机构与增压第一节柴油机的换气过程及换气质量评定参数在柴油机的工作过程中，每完成一个工作循环都必需排除废气和充入新气。
从排气过程、扫气过程到进气终止的整个气体更换过程称为换气过程。
它的作用是将已燃气体排除并为下一循环吸入新鲜空气，为下一个循环的工作提供必要的条件。
换气过程的完善程度对柴油机的性能有重大影响。
如果换气过程进行的完善，压缩过程开始时气缸内残留的废气量少，新鲜空气量多，这就为燃油的完全、及时燃烧创造了条件。
燃油完全而及时的燃烧不但可使柴油机发出更大的功率，提高其动力性，使柴油机有高的热效率，提高经济性，而且，完全的燃烧还意味着结炭减少，减少排气污染。
另外，及时的燃烧还意味着较低的循环平均温度，从而提高柴油机的可靠性。
因此，换气过程的质量直接影响柴油机的动力性、经济性、可靠性及排放特性，是柴油机工作优劣的先决条件。
换气过程进行得好坏是以废气排除干净与否及新鲜空气充入量多少和新鲜空气的消耗量为标志。
它可以用充量系数、扫气效率等参数来评价。
一、四冲程柴油机的换气过程图4—1是四冲程柴油机在换气过程中，气缸压力、排气管中的压力随曲轴转角的变化情况以及相应的低压示功图（p—V图），从图中可以看出，排气阀开启后，废气从气缸急速流入排气管，气缸压力很快下降，直到排气上止点后的某一位置排气阀关闭为止。
进气阀在上止点前开启，新鲜空气流入气缸，直到进气下止点后的某一位置关闭为止。
在排气上止点附近，进、排气阀同时开启。
四冲程柴油机的换气过程可分为自由排气、强制排气、气阀重叠、进气四个阶段。
图4-1四冲程柴油机换气过程有关参数的变化a）气缸压力及排气管压力随曲轴转角的变化b）进排气阀流通截面比随曲轴转角的变化c）低压示功图第四章柴油机的换气、换气机构与增压119 1．自由排气阶段由于受配气机构的结构限制，气阀在开启过程中只能逐渐加大其流通截面。
如果排气阀刚好在膨胀行程下止点时开启，则排气阀流通截面增加过缓，活塞在向上止点回行时造成较大的反压力，增加排气行程所消耗的功。
换气与增压
3)进气阶段 （1）理论上自进气阀开启点开始到进气阀 关闭为止，实际自缸内压力低于进气管 压力时开始（非增压机上止点后） （2）进气阀开启时刻对排气惯性有影响； 关闭时刻对进气惯性作用有影响 （3）进气阀开启提前角太大易产生废气倒 灌；进气阀关闭滞后角太大易产生新鲜 空气倒流并减小有效压缩比
2.气阀叠开与燃烧室扫气 1）燃烧室扫气：气阀叠开期间新鲜空气对 燃烧室的清扫 2）四冲程机换气质量较高 3）高增压机定时变化：排气阀提前角增大， 滞后角增大，气阀重叠角增大，喷油提 前角减小
（3）先后两个阶段：超临界——废气以 当地音速排出气缸；亚临界——排气 管压力与气缸压力之比大于临界值，小 于音速排出气体 （4）排气阀开启提前角要足够大以排尽废 气多进新气，但如太大会使膨胀功损失 增大，膨胀功减小，排气功减小 （5）排气管内压力波振幅比进气管内大
2)强制排气阶段 （1）自由排气结束开始到排气阀关闭为止 （2）活塞推挤强制排气 （3）排气阀在上止点后滞后关闭，如延后 关闭角太大会使排烟管中废气又被吸入 气缸
气口高度为活塞在下止点时其上平面到 气口上边沿的距离。二冲程弯流扫气柴 油机最大
第四章 柴油机的换气与增压
第一节 柴油机的换气过程
换气过程：从排气过程、扫气过程到进气终止 的整个气体更换过程 影响：柴油机的动力性、经济性、可靠性及排 气污染
一、二冲程柴油机的换气过程
1.换气过程 1）自由排气阶段 （1）排气口（阀）开启到开始进气点（缸内压力与 扫气压力相等）止，并非到扫气口开止（此时缸内 压力高于扫气压力） （2）借助于缸内与排气管中的压差自由排气 2）强制排气与扫气阶段 （1）自缸内压力与扫气压力相等至扫气口关闭止 （2）依靠扫气与缸内压差和缸内与排气管压差强制 排气
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。
第04章柴油机的换气与增压
•柴油机的换气过程分析
•柴油机换气机构的操作与 管理 •柴油机增压系统和设备的 操作与管理
任务4.1 柴油机的换气过程分析
【项目介绍】
介绍二、四冲程柴油换气过程的基本规 律、评价柴油机换气质量好坏的基本指标。
任务4.1 柴油机的换气过程分析
知识目标
• 掌握二、四冲程 柴油机换气过程 的基本规律； • 理解评价柴油机 换过质量好坏的 指标的内涵。
2、特点 1）时间短；2）掺混严重； 3）新鲜空气消耗量大，耗功多； 4）气缸容积不能充分利用，存在有效压缩比。
背景知识——换气过程 三、评定换气过程质量的参数 1．残余废气系数：表示换气过程的完善程度γ r=Gr/GO （1）理想情况下为零； （2）增压机小于非增压机（增压机进气压力大，进气量大） （3）四冲程机小于二冲程机（四冲程机换气完善过程长） （4）直流扫气机小于弯流扫气机； （5）其取决于换气完善程度。 ※四冲程机与燃烧扫气有关，二冲程机与换气形式、增压度有关。 2．充量系数（充气效率）φ C φ C= GO/GS=εPaTO/(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。
项目四 柴油机的换气与增压
【项目描述】
通过二、四冲程柴油机换气过程分析、柴油 机换气机构组成及工作原理、柴油增压的基 本原理、增压方式及系统、增压设备结构原 理等知识学习与技能训练，达到STCW78/95 公约中有关柴油机换气与增压系统与设备的 操作与维护管理方面的适任要求。
项目四 柴油机的换气与增压
背景知识——气阀机构 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。
831第四章 柴油机的换气与增压第二节
第二节柴油机的换气机构118题考点1：气阀机构的组成、结构形式及各部分的作用11题1．带阀壳式气阀机构气阀机构的气阀、导管、衬套、气阀弹簧、弹簧盘、旋阀器和紧固件等零件均装在阀壳上组成一个整体，再把这个整体装入气缸盖的阀壳孔中，用长的导管和强力双头螺栓紧固于气缸盖上，这样的柔性连接使阀座在燃烧压力下不至于和气缸盖的吻合面分开，并防止排气阀座支撑部分蠕变。
阀壳内有排气通道，通道外腔有冷却水循环。
排气阀壳与阀座分开制造，便于更换阀座。
阀盘的锥面与阀座的锥面研配保持密封，阀座又与气缸盖孔对中定位。
导管由铸铁或青铜制造，它承受气阀侧推力，并承担气阀散热，导管内装有青铜衬套与阀杆滑配，作为气阀导承，其润滑要采用柴油或煤油稀释的滑油，其间隙应满足使用要求。
气阀弹簧的作用是使气阀复位并压紧在阀座上，它有内、外和左、右旋之分，一般成对安装，其目的在于提高弹簧疲劳强度、提高弹簧振动频率以避免弹簧发生共振、若一根弹簧折断仍可短期使用以避免气阀落入气缸并防止相互插入。
排气阀的阀头锥面上覆盖着耐热耐蚀材料。
2．不带阀壳式气阀机构结构简单，气阀、导管、气阀弹簧等零件都直接装在气缸盖上，并用螺栓通过导管紧固于气缸盖上。
气阀直接闭合于缸盖本身加工出来的阀座上，并常在缸盖阀座内加一铸铁环，以提高阀座的耐磨性和调换方便。
3．气阀气阀由阀盘和阀杆两部分组成。
阀盘的底面有平底、凸底和凹底三种常见形式，平底阀盘，结构简单，制造容易，在各种类型柴油机中得到广泛应用。
凸底阀盘，是高负荷柴油机排气阀的典型形式。
它改善了气体流动路线，减少涡流损失，而且刚性较好，但重量较大。
凹底（喇叭形底）阀盘，重量轻，而且阀杆过渡半径很大，可改善进气气流的流动路线，可以增加刚性和弹性，缓和冲击，但受热面积大，故一般作高速柴油机的进气阀。
阀杆形状比较简单，一般为圆柱形。
A1. 在各种类型柴油机中，得到广泛应用的气阀阀盘形状为（）。
A．平底B．凹底C．凸底D．B和CD2. 气阀通常采用两根内外旋向相反的弹簧，其目的是（）。
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第二节柴油机的换气机构118题考点1：气阀机构的组成、结构形式及各部分的作用11题1．带阀壳式气阀机构气阀机构的气阀、导管、衬套、气阀弹簧、弹簧盘、旋阀器和紧固件等零件均装在阀壳上组成一个整体，再把这个整体装入气缸盖的阀壳孔中，用长的导管和强力双头螺栓紧固于气缸盖上，这样的柔性连接使阀座在燃烧压力下不至于和气缸盖的吻合面分开，并防止排气阀座支撑部分蠕变。
阀壳内有排气通道，通道外腔有冷却水循环。
排气阀壳与阀座分开制造，便于更换阀座。
阀盘的锥面与阀座的锥面研配保持密封，阀座又与气缸盖孔对中定位。
导管由铸铁或青铜制造，它承受气阀侧推力，并承担气阀散热，导管内装有青铜衬套与阀杆滑配，作为气阀导承，其润滑要采用柴油或煤油稀释的滑油，其间隙应满足使用要求。
气阀弹簧的作用是使气阀复位并压紧在阀座上，它有内、外和左、右旋之分，一般成对安装，其目的在于提高弹簧疲劳强度、提高弹簧振动频率以避免弹簧发生共振、若一根弹簧折断仍可短期使用以避免气阀落入气缸并防止相互插入。
排气阀的阀头锥面上覆盖着耐热耐蚀材料。
2．不带阀壳式气阀机构结构简单，气阀、导管、气阀弹簧等零件都直接装在气缸盖上，并用螺栓通过导管紧固于气缸盖上。
气阀直接闭合于缸盖本身加工出来的阀座上，并常在缸盖阀座内加一铸铁环，以提高阀座的耐磨性和调换方便。
3．气阀气阀由阀盘和阀杆两部分组成。
阀盘的底面有平底、凸底和凹底三种常见形式，平底阀盘，结构简单，制造容易，在各种类型柴油机中得到广泛应用。
凸底阀盘，是高负荷柴油机排气阀的典型形式。
它改善了气体流动路线，减少涡流损失，而且刚性较好，但重量较大。
凹底（喇叭形底）阀盘，重量轻，而且阀杆过渡半径很大，可改善进气气流的流动路线，可以增加刚性和弹性，缓和冲击，但受热面积大，故一般作高速柴油机的进气阀。
阀杆形状比较简单，一般为圆柱形。
A1. 在各种类型柴油机中，得到广泛应用的气阀阀盘形状为（）。
A．平底B．凹底C．凸底D．B和CD2. 气阀通常采用两根内外旋向相反的弹簧，其目的是（）。
A．提高弹簧疲劳强度B．避免弹簧发生共振C．防止弹簧断裂时气阀落入气缸D．上述三点都是B3. 带阀壳的气阀机构的特点有（）。
Ⅰ.可使气缸盖结构简单Ⅱ.拆装、维修气阀方便Ⅲ.气过度磨损导致缸盖报废Ⅳ.有利于气阀的冷却Ⅴ.气阀机构结构较复杂Ⅵ.阀杆不受侧推力A．Ⅰ＋Ⅱ＋Ⅲ＋ⅣB．Ⅰ＋Ⅱ＋Ⅳ＋ⅤC．Ⅱ＋Ⅲ＋Ⅳ＋ⅥD．Ⅲ＋Ⅳ＋Ⅴ＋ⅥA4. 对气阀导管的正确说法有（）。
Ⅰ.导管承受气阀侧推力Ⅱ.承担气阀散热Ⅲ.常用材料为铸铁或青铜Ⅳ.导管过度磨损导致阀壳或缸盖报废Ⅴ.润滑要采用柴油或煤油稀释的滑油Ⅵ.导管断裂气阀将落入气缸内A．Ⅰ＋Ⅱ＋Ⅲ＋ⅤB．Ⅰ＋Ⅱ＋Ⅳ＋ⅤC．Ⅱ＋Ⅲ＋Ⅳ＋ⅥD．Ⅲ＋Ⅳ＋Ⅴ＋ⅥB5. 对同一台四冲程非增压柴油机，一般地说（）。
A．排气阀面积大于进气阀B．排气阀面积小于进气阀C．排气阀寿命大于进气阀D．排气阀无阀壳而进气阀有阀壳C6. 有些四冲程柴油机的进气阀直径比排气阀稍大，主要是为了（）。
A．区别进排气阀B．气缸盖结构需要C．提高充量系数D．冷却进气阀B7. 关于带阀壳的气阀机构说法正确的是（）。
A．结构简单B．检修方便C．用于小型柴油机D．阀壳和阀座一体制造C8. 气阀机构的组成部分不包括（）。
A．气阀B．阀壳C．摇臂D．旋阀器D9. 气阀机构的组成部分不包括（）。
A．气阀导管B．阀座C．弹簧D．顶杆D10. 气阀弹簧的作用是（）。
B．使气阀开关时有微量旋转C．使气阀跟随凸轮的运动D．A＋CC11. 气阀阀座在气缸盖上的安装使用较多的固定方式是（）。
A．螺纹连接B．安装时压紧C．过盈配合D．焊接考点2：气阀的工作条件、气阀与阀座的密封形式和工作特点11题阀盘上的圆锥形阀面与阀座紧密接触，起密封作用。
根据不同的机型，排气阀阀面与阀座的接触有下列三种形式。
1．全接触式阀面锥角α与阀座锥角相等，密封锥面宽度大，阀头刚度和导热能力强（实际接触宽度越大，散热能力越强），但质量也大，且其接触压力将下降而影响密封。
一般其实际阀线宽度为1.5～2.5mm。
小型高速柴油机和部分老式机型多采用全接触式。
2.外接触式阀面锥角α比阀座锥角小0.5°～1°，从而形成“线”接触以提高其接触压力，且朝燃烧室一侧不存在缝隙。
其特点是密封性好、阀盘易发生拱腰变形、变形后增加散热，多用于强载中、高速增压柴油机。
3．内接触式其阀面锥角α比阀座锥角大0.2°～0.5°，多用于大型二冲程柴油机（特别是长行程、超长冲程机）。
因此类机型的排气阀尺寸大，气阀变形大，受热变形后锥 角α会变小，所以在工作温度下，阀面与阀座仍保持良好接触，保证了可靠的密封性。
其特点是：密封性好、阀盘易发生周边翘曲变形、翘曲变形后增加阀盘散热。
常见的阀面锥角为30°和45°，即α越大，气阀的对中性和密封性越好。
D1. 常见的阀面锥角α（）。
A．10°和15°B．15°和20°C．25°和30°D．30°和45°D2. 气阀阀面与阀座为外接触式配合，下述特点中不正确的说法是（）。
A．密封性好B．阀盘易发生拱腰变形C．拱腰变形后增加散热D．易增大接触应力B3. 气阀阀面与阀座为内接触式配合，下述特点中不正确的说法是（）。
A．密封性好B．钒、钠腐蚀大D．翘曲变形后增加阀盘散热C4. 气阀阀面与阀座为全接触式配合，其阀线宽一般为（）。
A．0.5～1 mmB．1～1.5 mmC．1.5～2.5 mmD．2～3 mmA5. 气阀阀面与阀座为外接触式配合，即阀面锥角小于座面锥角，通常小（）。
A．0.5°～1°B．1°～1.5°C．1.5°～2°D．2°～2.5°B6. 气阀阀面与阀座为内接触式配合，即阀面锥角大于座面锥角，通常大（）。
A．0.1°～0.3°B．0.2°～0.5°C．0.3°～0.6°D．0.5°～1°A7. 小型高速柴油机的阀面与座面配合方式，多采用（）。
A．全接触式B．外接触式C．内接触式D．三种方式均用B8. 强载中速柴油机的阀面与座面配合方式，多采用（）。
A．全接触式B．外接触式C．内接触式D．三种方式均用C9. 长行程低速柴油机的阀面与座面配合方式，多采用（）。
A．全接触式B．外接触式C．内接触式D．三种方式均用B10. 柴油机气阀锥角α增大时，会使（）。
A．气阀对中性差，气密性好B．气阀对中性好，气密性也好D．气阀对中性差，气密性也差A11. 为了延长排气阀的使用寿命，保证受热后气阀密封性，阀盘与阀座之间的接触是（）。
A．中速柴油机的阀座与阀盘宜采用外接触线密封，而大型长行程低速柴油机采用内接触线密封B．中速柴油机的阀座与阀盘宜采用内接触线密封，而大型低速柴油机采用外接触线密封C．中速柴油机和大型低速柴油机均应采用内接触线密封D．中速柴油机和大型低速柴油机均应采用外接触线密封考点3：旋阀器的类型及工作原理10题气阀弹簧上部的旋转帽式旋阀器，其作用是使气阀在开、关过程中缓慢转动，这种转动对排气阀尤为重要，尤其是在强载、烧重油的柴油机中可有效地延长排气阀的使用寿命。
气阀在开、关过程中慢慢转动，可起到如下作用：（1）可以减少阀面与阀座上的积炭，使磨损均匀，贴合严密；（2）可以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，防止卡住。
旋阀器除旋转帽式之外还有推进器式、棘轮与杠杆式等多种。
旋阀器主要组成部分包括本体、钢珠、碟形弹簧、旋阀器环及复位弹簧等。
在本体的周边上制有若干个槽，每个槽内装有钢珠及复位弹簧。
槽的顶面呈锥状。
A1. 在下述关于气阀旋阀器的目的中不正确的说法是（）。
A．为了研磨气阀B．为了减小阀面与阀座磨损、贴合紧密C．改善阀盘的热应力状态D．防止阀杆与导管卡住A2. 在燃用重油的大功率中速柴油机中，气阀机构采用旋阀器，其目的如下，其中错误的是（）。
A．减轻阀盘的受热程度B．保证阀面与阀座贴合严密C．防止阀杆与导管卡住D．减少阀面与阀座的积炭D3. 气阀机构采用旋阀器的目的可以（）。
A．减少气阀、阀座积炭B．使阀受热、散热均匀C．防止阀杆、导管卡阻D．上述三点都是B4. 采用旋阀器的气阀机构的优点有（）。
Ⅰ.能改善阀盘的热应力状态Ⅱ.能防止阀杆卡阻Ⅲ.可消除气阀撞击Ⅳ.减轻气阀磨损Ⅴ.能减少阀面积炭Ⅵ.不需留有气阀间隙A．Ⅰ＋Ⅱ＋Ⅲ＋ⅣB．Ⅰ＋Ⅱ＋Ⅳ＋ⅤC．Ⅱ＋Ⅲ＋Ⅳ＋ⅥD．Ⅲ＋Ⅳ＋Ⅴ＋ⅥB5. 关于旋阀器说法不正确的是（）。
A．旋阀器有不同的结构形式B．使气阀开关过程中快速旋转C．装在气阀机构中D．使气阀磨损减轻A6. 旋阀器形式不包括（）。
A．液压式B．旋转帽式C．棘轮式D．推进器式D7. 现代大型低速柴油机常用的旋阀器形式是（）。
A．杠杆式B．旋转帽式C．棘轮式D．推进器式A8. 旋阀器不能使气阀正常旋转的主要原因是（）。
A．气阀导管结炭B．气阀导管磨损C．气阀磨损D．气阀与阀座接触压力增加B9. 推进器式旋阀器旋阀的推动力来自于（）。
A．液压启阀的液压油B．排气气流C．气阀传动机构D．气阀弹簧C10. 关于旋阀器的作用说法不正确的是（）。
A．使气阀旋转均匀受热B．消除阀杆与导管间的积炭C．旋转会使阀与阀座的密封面磨损，所以一定要使气阀慢转D．一般使用重油的柴油机采用旋阀器考点4：凸轮轴的组成和结构形式、凸轮轴的传动机构9题1．凸轮轴凸轮的作用是按照工作循环的要求，准确的启闭各气阀及喷油泵。
轴上凸轮的布置随柴油机类型不同而异。
在四冲程柴油机凸轮轴上装有进、排气凸轮、喷油泵凸轮和空气分配器凸轮。
在二冲程柴油机中，除了直流阀式柴油机装有排气凸轮外，一般只装有喷油泵凸轮和示功器凸轮，有的还装有空气分配器凸轮。
凸轮轴材料一般是碳钢、合金钢或球墨铸铁。
受摩擦的工作表面如凸轮等需渗碳或表面淬火，以提高它们的硬度及耐磨性。
曲轴与凸轮轴之间的传动方式，一般有三种传动方式，即齿轮传动、链条传动和齿轮与链条联合传动（称为二级传动）。
（1）齿轮传动机构四冲程柴油机通常采用齿轮传动机构。
在小型低置凸轮轴式柴油机中，只有曲轴齿轮与凸轮轴上的正时齿轮啮合传动，结构最为简单。
但由于四冲程柴油机的曲轴与凸轮轴的转速比为2∶1，凸轮轴上的定时齿轮的直径就要比曲轴齿轮大一倍，机身横向尺寸增大。
所以在较大的柴油机的凸轮轴传动装置中都另外加有中间齿轮，以缩小凸轮轴正时齿轮的尺寸，减小机身横向尺寸。
中小型柴油机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。