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2、阀面和阀座烧损3、阀杆卡死4、阀杆和阀盘断裂①金属疲劳②高温下金属强度降低5、气阀弹簧断裂6、阀壳裂纹二、气阀间隙的检查与调节1、柴油机的气阀间隙对气阀的开闭时刻，、密封性能以及摇臂压力与气阀阀杆顶端的接触面磨损都有着重要影响2、①气阀间隙过小，阀杆受热伸长会使气阀关闭不严，造成燃气外窜或倒灌，柴油机压缩压力不足，功率下降，启动困难等故障②气阀间隙过大，则使气阀迟开早关，进、排气过程缩短，以及因气阀开度不足而造成换气质量差，还会使摇臂与阀杆的撞击加重、磨损加快、噪音增大3、调节气阀间隙时，要使所调节的气阀处于关闭状态4、6缸四冲程柴油机气缸工作对应情况①做工冲程上止点————————进气冲程上止点②进气冲程（活塞下行）——————做工冲程末期（活塞下行）③排气冲程（活塞上行）——————压缩冲程初期（活塞上行）5、“先进后排”原则：除了活塞在做功上止点的气缸进、排气阀间隙均可以调整外，按照发火顺序，发火先于该缸的气缸，进行进气阀调整；发火后于该缸的气缸其排气阀间隙可以调整；处于进气冲程上止点的气缸，进、排气阀都不调节6、调节过程①根据“先进后排”原则调节各缸的气阀间隙②盘车一周，调节剩下各缸的间隙三、配气定时检查与调节1、①原因：凸轮安装不正确或凸轮过度磨损②后果：造成气阀定时不准确，使柴油机换气质量差、功率不足、冒黑烟、排气温度高等弊病，甚至会发生活塞顶面与气阀相碰撞和柴油机难以启动等故障2、检查方法①转动顶杆法②百分表测量法四、用飞轮“0”刻度线校正固定指针意义：是柴油机各种定时能具体观察指标五、气阀升程1、意义：保证柴油机排气彻底、进气充分2、气阀升程取决于凸轮升程3、气阀升程减小的原因：凸轮工作面磨损顶杆弯曲变短摇臂座松动或轴承松动摇臂装错，摇臂比改变气阀间隙增大4、气阀升程的检测可用百分表测量气阀弹簧承盘的位移来进行第四节废气涡轮增压系统一、废气能量的分析废气能量主要有：①脉冲能（是一种脉动的速度能）②定压能（亦称势能）二、废气涡轮增压系统的两种基本形式1、根据能量利用的方式，可以分为定压涡轮增压和脉冲涡轮增压两种基本形式2、定压涡轮增压①特点：a、进入废气涡轮增压器的气压稳定b、涡轮工作稳定、效率高c、排气管结构简单、容易布置②定压涡轮增压利用的废气能量少，尤其是当柴油机在低负荷或启动的时，涡轮发出的功率满足不了压气机所需的功率，因而必须另设辅助鼓风机来满足低负荷的扫气需要3、脉冲涡轮增压①特点：a、从废气中获得的能量多，增压度高（主要优点）；b、涡轮工作不稳定，增压效率低；c、排气管结构复杂，布置困难；d、加速性能好4、脉冲转换增压⑴适用于汽缸数不是3倍数的柴油机⑵①简单脉冲转换增压a、适用于汽缸数为4、8、16缸中、低速柴油机b、它是把发火间隔为360°CA的两个气缸连接一根排气管，并与另一根排气管通过脉冲转换器连接到涡轮的一个进口c、适用于汽缸数为4倍数的柴油机②多脉冲转换增压a、多脉冲转换增压系统是将排气重叠的气缸连到一根排气支管，然后再将数根排气支管通过一个脉冲转换器连接到涡轮进口b、多脉冲转换增压系统消除了单脉冲转换器增压对排气管长度、发火间隔角、进排气重叠角和柴油机转速的限制③单管脉冲转换增压a、单管脉冲增压也称为模件式脉冲转换增压，简称MPC系统b、特点：①排气管布置简单；②不受柴油机缸数的限制；③进气压力稳定、效率高三、柴油机增压系统1、把实现增压所设置的成套附件和管路系统统称为增压系统2、增压系统可分为单独增压系统、串联增压系统、串联旁通增压系统和并联增压系统①单独增压系统a、只利用废气涡轮增压器来实现增压，而不设置其它辅助机械的增压系统称为单独增压系统b、单独增压系统只适用于采用脉冲增压且扫气质量较好的直流扫气柴油机c、单独增压系统中必须附设一台电动应急鼓风机，以便在增压器损坏时柴油机能够继续运转d、单独增压系统在高增压时，低负荷性能差②串联增压系统a、串联增压系统是将涡轮增压器与辅助扫气泵串联（离心式压气机为第一级增压，辅助扫气泵为第二级）b、相对于单独增压系统的特点①工作可靠，启动性和低负荷性能好②省去了应急电动鼓风机，在涡轮增压器损坏时，柴油机仍能稳定运转③有利于实现高增压③串联旁通增压系统a、该增压系统部分为串联，扫气前是串联，后期使串联失效，由废气涡轮增压器单独供气b、工作可靠c、扫气前期扫气压力较高，有利于降低排气口高度，增大柴油机的有效行程d、启动和低负荷运转性能差，所以，必须另设电动鼓风机以便在低负荷和启动时使用④并联增压系统a、并联增压系统是将涡轮增压器与活塞下部辅助增压泵并联工作b、低负荷时供气量不足，工作性能差，必设电动鼓风机在启动和低负荷时使用c、基本趋势：采用定压单独增压系统，设置电动鼓风机，以备启动与低负荷时使用第五节废气涡轮增压器一、废气涡轮增压器的构造1、组成：废气涡轮离心式压气机附属装置2、根据废气在涡轮中的流动方向，可分为：轴流式涡轮增压器和径流式涡轮增压器3、①轴流式废气涡轮增压器适用于大、中型柴油机②径流式废气涡轮增压器适用于中、小型柴油机二、VTR-4系列增压器结构1、轴流式废气涡轮增压机①组成：进气箱喷嘴环涡轮机叶轮隔热墙排气箱②喷嘴环：喷嘴内环喷嘴外环喷嘴叶片③工作轮：轮盘工作叶片2、离心式压气机①组成：进气消音器进气箱压气机叶轮扩压气排气蜗壳②消音器中空气滤网、导流环对空气起滤清、导流、吸音作用③进气箱由内、外进气壳共同组成进气道，对空气起导流定向作用④工作叶轮是压气机的主要部件，由前弯的导风轮和半开式压气机叶轮组成3、轴与轴承①支撑方式：外支撑内支撑内外支撑悬臂支撑②a、外支撑：转子稳定性好，轴承受高温气体影响小，便于密封，寿命长，便于更换b、内支撑：质量轻，造价低，维护保养方便，但密封布置难，轴承工作条件差，更换不方便，拆卸前需拆掉叶轮c、内外支撑：轴的中间部分较粗，，可以增加其刚性并减少弯曲变形d、悬臂支撑：其优点是减小了轮盘的摩擦损失，从而改进了综合效率；两个轴承均布置在冷的壳体中，轴承工作条件好③增压器轴承润滑方式a、转轴上的甩油盘进行飞溅润滑b、由转子驱动的专用油泵进行润滑c、有柴油机供给润滑油进行润滑④气封与油封a、气封和油封装置是为了防止燃气、空气和滑油泄漏b、原理三、NA系列增压器1、NA系列增压器分为NA/S和NA/T系列。