第三章 换气与增压

第三章换气与增压

第一节换气过程

1、定义：从排气开始到进气结束的整个工质更换过程称为换气过程

2、要求：废气排得越干净，充入的新鲜空气越多越好

3、换气过程的完善程度直接影响着柴油机的动力性、经济型、可靠性和排气污染程度

一、四冲程柴油机的换气过程

根据气体流动的特点，换气过程可以分为三个阶段：自由排气阶段强制排气阶段进气阶段

二、二冲程柴油机的换气过程

根据换气过程中气缸内压力变化特点，可以把整个换气过程分为三个阶段：自由排气阶段强制排气和扫气阶段过后排气阶段

三、换气过程的评定指标

1、①充气系数（或充气效率）主要影响因素：气缸内压力温度残余气体系数

②残余废气系数：表示气缸内废气的干净程度

2、①扫气效率：衡量扫气干净程度的指标效果

②扫气系数：用来说明扫气空气消耗的相对量

二者是用来平价二冲程柴油机的扫气质量

第二节换气机构

1、柴油机的换气过程是由配气系统来完成的

2、配气系统包括进气和排气两个系统

3、①非增压四冲程柴油机：进气系统：空气过滤器进气总管和支管气阀配气机构

排气系统：气阀式配气机构排气道排气支管和总管消音器

②非增压二冲程柴油机有的设排气换气机构，有的没有；其余与①相同

③废气涡轮增压柴油机配气系统的组成特点：在非增压才有接的基础上，增设废气涡

轮增压器，有的还设有空气冷却器

4、换气机构是保证柴油机按规定的顺序和时刻完成进、排气过程的机构，也称配齐机构

5、四冲程柴油机气阀换气机构由气阀装置、气阀传动机构、凸轮轴和凸轮轴传动机构组成

一、气阀装置

1、①柴油机的气阀结构根据其结构可分为不带阀壳式和带阀壳式

②不带阀壳式气阀机构直接安装在气缸盖上，包括气阀、阀座、气阀导管、气阀弹

簧、弹簧承盘及其与阀杆连接件等

③阀壳式气阀装置多用在大功率中、低速柴油机中。

2、气阀

①气阀是直接与气缸盖上的阀座配合，控制进、排气通道的零件

②包括阀盘和阀杆两部分

③阀盘

a、凹底阀盘，其特点是质量轻，阀盘与阀杆的过度圆弧大，有利于进气气流的流

动，常用作进气阀

b、凸底阀盘，凸底有导流作用，刚度较大，质量也较大，常用作排气阀

④阀盘锥角

a、阀盘与阀座配合的锥面和底面之间的夹角称为阀面锥角

b、阀面锥角增大，气阀对中性好，锥面压力大，密封性好，但磨损较大；阀面锥

角减小，在气阀升程一定时，具有较大的流通截面，但阀盘的强度低

⑤阀线

a、在阀盘与阀座之间得到一圈接触线，称为阀线

b、阀线的宽度对气阀的密封性、耐磨性及散热性都有影响。阀线窄，阀与阀座

接触比增大，有利密封，但气阀散热差，阀面磨损较快

⑥气阀锥面与阀座的配合

a、全接触式：全接触式接触面积大，具有耐磨、传热好等优点，但易结炭，敲

击产生麻点，多用在小型高速柴油机上

b、外接触式：这种方式接触面积小，密封性好锥面与座面内侧不与燃气接触，

阀盘在高压燃气作用下发生弓腰变形会使内侧锥面与座面接触，减小了接触

应力，增加了散热，多用在强载中速机上

c、内接触式：这种方式接触面积小，密封性好，接触面因离燃烧室远，温度低，

钒、钠的腐蚀小，。阀盘在高温高压燃气作用下发生周边翘曲的热变形和机械

变形，使外锥面与座面接触。这样，减小了接触应力，增加了阀盘散热，常

用在长冲程低速柴油机上

⑦气阀的工作条件十分恶劣：高温高压撞击磨损燃烧产物腐蚀

2、阀座工作条件与气阀相同

3、气阀导管

①气阀导管与阀杆配合，引导气阀做直线往复运动，承受摇臂压动阀杆时产生的侧

推力

②工作条件：工作温度高，润滑条件差

③气阀导管与气阀的配合

a、间隙过小，气阀动作迟滞，甚至会使阀杆膨胀后卡死在气阀导管中

b、间隙过大，则散热不良，还会是阀杆在导管中横向振动加剧和漏气，特别是

漏气会会造成烟灰和气缸盖面的润滑有窜入此间隙，造成温度进一步升高，

润滑油进一步结胶、焦化，阀杆被卡死在导管中

4、气阀弹簧

a、气阀弹簧的作用是当摇臂抬起时，是气阀关闭并与阀座紧密配合以保证气密性

b、由两根自振频率不同的弹簧组成

c、气阀杆大都是通过剖分式的锁夹（卡快）与气阀弹簧上承盘连接的

d、卡快有直径骤变式和圆弧过渡式，圆弧过渡式可以减弱集中应力

5、阀壳式气阀机构

a、阀壳式气阀机构是将气阀、阀座、导管、气阀弹簧等零件组装在一个独立的阀

壳中，下安装到气缸盖的阀壳中

b、特点：无须拆下气缸盖就可以拆下气阀机构，检修方便

6、气阀旋转机构

a、气阀旋转机构可使气阀在工作中均匀缓慢地转动，以使阀盘沿圆周方向温度均

匀，改善热应力状态，还有利于清楚阀杆与导管、阀面与阀座之间的积炭，使磨损减小且均匀

b、旋转帽式旋阀体，由本体、钢珠、钢珠床、蝶形弹簧、旋转器环、卡环和复位

弹簧组成

c、现代船用低俗二冲程柴油机大都采用推进器式旋阀器

二、气阀传动机构

①气阀传动机构的作用是把凸轮的运动传给气阀

②气阀传动机构可分为机械式和液压式两种

1、机械式气阀传动机构

①由顶头、推杆、摇臂、摇臂座等组成

②气阀间隙

a、柴油机在冷机状态下，气阀与气阀传动机构之间的间隙，称为气阀间隙

b、气阀间隙使气阀在工作中受热后有膨胀的余地，保证气阀的关闭

c、凸轮的形状和安装位置决定气阀的启闭时刻液压调隙器（液压式气阀间隙补偿

装置）的作用是在柴油机工作时，通过液压活塞在液压缸中的位置自动调整来

消除气阀间隙，减轻气阀机构的撞击、磨损和消音

2、液压式气阀传动机构

①结构特点：液压传动空气弹簧

②这种机构具有尺寸小、质量轻，气阀不承受侧推力，工作噪声小，便于布置和拆装

方便等优点，但存在调试和密封困难的缺陷

3、电控共轨式液压气阀装置

三、凸轮轴

1、凸轮轴的作用是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工作

2、凸轮轴由轴和凸轮等组成

3、凸轮主要包括进、排气凸轮，喷油凸轮和空气分配器凸轮

4、凸轮轴有整体式和装配式两大类

四、凸轮轴传动机构

①凸轮轴是有柴油机的曲轴带动的

②传动方式有齿轮传动和链传动

1、齿轮传动机构

①齿轮传动机构工作可靠；但是噪音较大，齿轮间隙的积累误差会使定时受到影响

②四冲程柴油机采用的齿轮传动轮系，称为定时齿轮

③主要包括：主动齿轮、从动齿轮和中间齿轮

2、链传动机构

①链传动装置结构简单、紧凑，且在柴油机换向时可以避免齿轮传动中可能产生的齿轮

间隙积累误差，因而在正、倒车时都能得到准确的定时，对于轴线的不平行度与中心

距的误差都不敏感；但是链条运动装置的润滑不如齿轮传动装置，磨损快，容易松弛，需经常检查

②主要包括：主动链轮、从动链轮、链条、中间轮、链条张紧装置、张紧轮、张紧弹簧

③链条张紧装置可以调节链条的松紧程度，保证链条与链轮的啮合良好，传动平稳

第三节换气机构的故障与维护管理

一、气阀机构常见的故障及维护

1、阀面与阀座的磨损和腐蚀

①伤痕燃气冲刷

②麻点腐蚀