柴油機(jī)的換氣

1、第四章 柴油機(jī)的換氣、換氣機(jī)構(gòu)與增壓 149第四章 柴油機(jī)的換氣、換氣機(jī)構(gòu)與增壓第一節(jié) 柴油機(jī)的換氣過程及換氣質(zhì)量評定參數(shù)在柴油機(jī)的工作過程中，每完成一個工作循環(huán)都必需排除廢氣和充入新氣。從排氣過程、掃氣過程到進(jìn)氣終止的整個氣體更換過程稱為換氣過程。它的作用是將已燃?xì)怏w排除并為下一循環(huán)吸入新鮮空氣，為下一個循環(huán)的工作提供必要的條件。換氣過程的完善程度對柴油機(jī)的性能有重大影響。如果換氣過程進(jìn)行的完善，壓縮過程開始時氣缸內(nèi)殘留的廢氣量少，新鮮空氣量多，這就為燃油的完全、及時燃燒創(chuàng)造了條件。燃油完全而及時的燃燒不但可使柴油機(jī)發(fā)出更大的功率，提高其動力性，使柴油機(jī)有高的熱效率，提高經(jīng)濟(jì)性，而且，完全的

2、燃燒還意味著結(jié)炭減少，減少排氣污染。另外，及時的燃燒還意味著較低的循環(huán)平均溫度，從而提高柴油機(jī)的可靠性。因此，換氣過程的質(zhì)量直接影響柴油機(jī)的動力性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性及排放特性，是柴油機(jī)工作優(yōu)劣的先決條件。換氣過程進(jìn)行得好壞是以廢氣排除干凈與否及新鮮空氣充入量多少和新鮮空氣的消耗量為標(biāo)志。它可以用充量系數(shù)、掃氣效率等參數(shù)來評價。一、四沖程柴油機(jī)的換氣過程圖41是四沖程柴油機(jī)在換氣過程中，氣缸壓力、排氣管中的壓力隨曲軸轉(zhuǎn)角的變化情況以及相應(yīng)的低壓示功圖（pV圖），從圖中可以看出，排氣閥開啟后，廢氣從氣缸急速流入排氣管，氣缸壓力很快下降，直到排氣上止點(diǎn)后的某一位置排氣閥關(guān)閉為止。進(jìn)氣閥在上止點(diǎn)前開啟，

3、新鮮空氣流入氣缸，直到進(jìn)氣下止點(diǎn)后的某一位置關(guān)閉為止。在排氣上止點(diǎn)附近，進(jìn)、排氣閥同時開啟。四沖程柴油機(jī)的換氣過程可分為自由排氣、強(qiáng)制排氣、氣閥重疊、進(jìn)氣四個階段。圖4-1四沖程柴油機(jī)換氣過程有關(guān)參數(shù)的變化a）氣缸壓力及排氣管壓力隨曲軸轉(zhuǎn)角的變化b）進(jìn)排氣閥流通截面比隨曲軸轉(zhuǎn)角的變化 c）低壓示功圖1自由排氣階段由于受配氣機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)限制，氣閥在開啟過程中只能逐漸加大其流通截面。如果排氣閥剛好在膨脹行程下止點(diǎn)時開啟，則排氣閥流通截面增加過緩，活塞在向上止點(diǎn)回行時造成較大的反壓力，增加排氣行程所消耗的功。所以，柴油機(jī)的排氣閥往往都在膨脹行程到達(dá)末期前，即活塞到達(dá)下止點(diǎn)前的某一位置提前開啟，稱為排氣

4、提前角。排氣提前角一般為3080CA。當(dāng)排氣閥在下止點(diǎn)前打開時，氣缸壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于排氣管壓力，廢氣在很大的壓力差作用下排出氣缸。隨著排氣閥開度的增大，大量廢氣由氣缸排到排氣管，使氣缸壓力急劇降低，排氣管壓力迅速升高，直到下止點(diǎn)后氣缸壓力接近排氣管壓力為止。在這一階段，缸內(nèi)壓力與排氣管壓力始終存在較大的壓差，氣缸廢氣主要在這個壓差的作用下排出，故稱為自由排氣階段。根據(jù)排氣管壓力和缸內(nèi)壓力之比的大小，自由排氣階段可分為超臨界階段與亞臨界階段。如果排氣管壓力與氣缸壓力之比小于臨界值，即prp(2/k+1)k/k-1，則為超臨界狀態(tài)，廢氣以當(dāng)?shù)匾羲倥懦鰵飧?。隨著排氣的進(jìn)行，排氣閥流通截面積逐漸加大，氣缸

5、壓力下降，排氣管壓力上升，使氣缸壓力與排氣管壓力的壓差減小。當(dāng)排氣管壓力與氣缸壓力之比大于臨界值時，氣流的流動狀態(tài)轉(zhuǎn)為亞臨界狀態(tài)（廢氣以亞音速排出氣缸）。自由排氣階段雖然占整個排氣時間的比例不大，但由于廢氣流速很高，排出的廢氣量可達(dá)60%以上，一般持續(xù)到下止點(diǎn)后10°30°CA結(jié)束。2強(qiáng)制排氣階段自由排氣階段結(jié)束后，氣缸內(nèi)的廢氣被上行活塞強(qiáng)制排出，直到排氣閥關(guān)閉，這一過程稱為強(qiáng)制排氣階段。由于氣體在流動過程中要克服排氣閥、排氣道等處的流動阻力，缸內(nèi)的氣體壓力要略高于排氣管內(nèi)的平均壓力，而且氣體流速越高，壓力差也就越大。隨著活塞的上行，排氣閥截面積開始逐漸減小，氣體流經(jīng)氣閥的

6、節(jié)流作用加強(qiáng)，因而在上止點(diǎn)附近，氣缸壓力再次升高。其直接后果是，排氣所消耗的功與缸內(nèi)的殘余廢氣量都增加了，這對換氣與燃燒都不利。因此，排氣閥不允許剛好在活塞到達(dá)上止點(diǎn)時關(guān)閉，而應(yīng)當(dāng)在上止點(diǎn)后一定角度時關(guān)閉，這被稱為排氣遲閉。排氣遲閉期間，可以利用缸內(nèi)氣體流動慣性從氣缸中抽吸部分廢氣，實(shí)現(xiàn)過后排氣。但由于到達(dá)上止點(diǎn)后活塞已經(jīng)開始下行，氣缸容積不斷增加，過大的排氣遲閉會導(dǎo)致廢氣倒流。當(dāng)廢氣從氣缸流出的流動剛好停止時，就是最理想的排氣閥關(guān)閉時刻。排氣遲閉角一般為10°7°CA。3進(jìn)氣階段從進(jìn)氣閥開啟至關(guān)閉的全過程都是進(jìn)氣階段。為了使在進(jìn)氣過程開始時，進(jìn)氣閥有一定的流通截面，以減少

7、進(jìn)氣過程的阻力，增加進(jìn)入氣缸內(nèi)的新鮮空氣量，進(jìn)氣閥也在上止點(diǎn)前提前開啟，稱為進(jìn)氣提前。進(jìn)氣提前角一般為10°40°CA。在進(jìn)氣過程中進(jìn)氣壓力是基本不變的。但進(jìn)氣閥剛打開時，氣缸壓力高于進(jìn)氣壓力。由于進(jìn)氣閥開度很小，氣缸壓力只略高于進(jìn)氣壓力，并且在氣缸中存在一個排氣流，所以一般廢氣不會倒流入進(jìn)氣管。只有缸內(nèi)壓力低于進(jìn)氣管壓力時才開始進(jìn)氣。進(jìn)氣過程剛開始時，由于活塞的下行造成氣缸內(nèi)體積的膨脹，加上氣閥開啟還不充分，缸內(nèi)壓力有一段短時間迅速降低，這為新鮮空氣的順利流入創(chuàng)造了條件。隨著進(jìn)氣閥流通截面積的加大，進(jìn)入氣缸的新鮮空氣不斷增加，氣缸壓力逐漸升高。為了利用在吸氣過程中形成進(jìn)氣

8、管內(nèi)氣流的流動慣性，實(shí)現(xiàn)氣缸的過后充氣，進(jìn)氣閥不在下止點(diǎn)關(guān)閉，而是在下止點(diǎn)過后的一定角度關(guān)閉，即進(jìn)氣遲閉。這樣有可能在進(jìn)氣過程終了時，缸內(nèi)壓力等于或略高于進(jìn)氣管壓力。進(jìn)氣遲閉角一般為20°6°CA。盡管利用過后充氣可以有效地增加進(jìn)入氣缸的空氣量，但過大的進(jìn)氣遲閉角可能會發(fā)生新鮮空氣倒流，進(jìn)入進(jìn)氣管，并且使有效壓縮比減小。因此，合理的進(jìn)氣定時是非常重要的。4氣閥重疊和燃燒室掃氣通過上述分析可已發(fā)現(xiàn)，從進(jìn)氣閥的提前開啟到排氣閥延遲關(guān)閉，從時刻上看都位于排氣上止點(diǎn)前后，這樣就會在排氣上止點(diǎn)附近出現(xiàn)進(jìn)、排氣閥同時開啟的特殊現(xiàn)象，通常將這一現(xiàn)象稱為氣閥重疊，相應(yīng)的角度稱為氣閥重疊角，

9、它是排氣遲閉角與進(jìn)氣提前角之和。在氣閥重疊期間，進(jìn)氣管、氣缸、排氣管三者直接連通。這時由于進(jìn)氣壓力高于排氣壓力以及排氣氣流的抽吸作用，新鮮空氣在正向壓力差的作用下由進(jìn)氣管進(jìn)入燃燒室，與缸內(nèi)殘余廢氣混合后，部分可以直接排入排氣管中。這樣，一方面有利于掃除將燃燒室中殘存的廢氣，增加氣缸新鮮空氣，達(dá)到掃氣的目的。另一方面，新鮮冷空氣又可以降低燃燒室壁面的溫度。盡管帶走的熱量不多，但這對受熱嚴(yán)重且冷卻水難以冷卻到的燃燒室壁面是十分可貴的。在氣閥重疊期間新鮮空氣對燃燒室的清掃稱為燃燒室掃氣。應(yīng)該指出的是，氣閥重疊角并不是越大越好。進(jìn)氣閥開啟過早，會造成廢氣倒沖入進(jìn)氣管，排氣閥關(guān)閉過遲，過量的掃氣空氣會降

10、低渦輪前的排氣溫度，減少增壓器渦輪獲得的可用能。統(tǒng)計結(jié)果表明，一般非增壓柴油機(jī)氣閥重疊角為2050CA，增壓柴油機(jī)氣閥重疊角為80140°CA。由上述可知，四沖程柴油機(jī)的進(jìn)、排氣過程分別在兩個行程中完成，新鮮空氣和廢氣互不摻混，因而其換氣質(zhì)量較高。二、二沖程柴油機(jī)的換氣過程二沖程柴油機(jī)和四沖程柴油機(jī)同樣具有進(jìn)氣、壓縮、燃燒、膨脹和排氣過程，不同的是這些過程只用兩個活塞行程來完成，其中差別最大的是換氣過程。1二沖程柴油機(jī)的換氣過程以彎流掃氣二沖程柴油機(jī)為例，其換氣過程的工作順序是：在膨脹行程的末期，活塞下行，首先打開排氣口，開始排氣，而后掃氣口開啟，具有一定壓力的新鮮空氣由掃氣口流入氣

11、缸，并強(qiáng)迫廢氣由排氣口流出，進(jìn)行充量交換，然后活塞到達(dá)下止點(diǎn)后又上行，依次將掃氣口和排氣口關(guān)閉，換氣過程結(jié)束。圖4-2是二沖程柴油機(jī)換氣過程示意圖。圖4-2 二沖程柴油機(jī)換氣過程示意圖根據(jù)換氣過程中氣缸的壓力變化特點(diǎn)，通常把二沖程柴油機(jī)換氣過程分為三個階段，即自由排氣階段、強(qiáng)制排氣和掃氣階段以及過后排氣階段。1）自由排氣階段（BR）從排氣口的開啟點(diǎn)B到開始進(jìn)氣的點(diǎn)R（此時氣缸內(nèi)的壓力與掃氣壓力pk相等）為止稱為自由排氣階段。在這一階段里，氣缸內(nèi)的廢氣借助于缸內(nèi)與排氣管中的壓力差(p-pr)經(jīng)開啟著的排氣口高速流入排氣管中，使氣缸內(nèi)的壓力急劇降低。一般來說，當(dāng)活塞下行到點(diǎn)D開啟掃氣口時，氣缸內(nèi)的

12、壓力pd 仍略高于掃氣壓力pk。但因掃氣口的節(jié)流和排氣的流動慣性，不會發(fā)生廢氣經(jīng)掃氣口倒沖至掃氣箱去。但若因排氣口堵塞而使pd超過pk 很多時，則有可能發(fā)生廢氣倒沖現(xiàn)象，甚至引起掃氣箱著火。2）強(qiáng)制排氣和掃氣階段（RC）當(dāng)氣缸壓力下降到稍低于掃氣壓力pk時，新鮮空氣經(jīng)掃氣口進(jìn)入氣缸，直到活塞下行到下止點(diǎn)后再上行將掃氣口關(guān)閉為止，即是強(qiáng)制排氣和掃氣階段。此階段主要靠新鮮空氣與缸內(nèi)廢氣的壓力差，利用新鮮空氣清掃廢氣把廢氣從氣缸中強(qiáng)制排出。顯然，在此階段新鮮空氣與廢氣發(fā)生摻混，并有部分新鮮空氣經(jīng)排氣口排出。3）過后排氣階段（CE）從掃氣口關(guān)閉（點(diǎn)C）到排氣口關(guān)閉（點(diǎn)E）為止稱為過后排氣階段。在這一階

13、段，缸內(nèi)的部分新鮮空氣將經(jīng)仍開啟著的排氣口排至排氣管，是一個新氣損失階段，因此越短越好。若能以某種方式控制排氣口，使它與進(jìn)氣口同時關(guān)閉或早于進(jìn)氣口關(guān)閉，則可避免過后排氣損失或?qū)崿F(xiàn)過后充氣。點(diǎn)E后，氣缸內(nèi)開始壓縮行程。2二沖程柴油機(jī)換氣的特點(diǎn)二沖程柴油機(jī)的換氣過程和四沖程柴油機(jī)相比有很大的不同，主要表現(xiàn)在：（1）二沖程柴油機(jī)用于換氣的時間大大小于四沖程柴油機(jī)。整個換氣過程大約中只120150°CA，而四沖程柴油機(jī)則在450°CA以上。（2）二沖程柴油機(jī)的換氣主要是依靠進(jìn)、排氣口之間的壓差，用新鮮空氣驅(qū)趕廢氣的掃氣方式，新鮮空氣的進(jìn)入和廢氣的排除過程同時進(jìn)行。由于新鮮空氣和廢氣

14、之間沒有明確的界面，必然在缸內(nèi)發(fā)生摻混，而且氣缸內(nèi)部還存在著掃氣空氣達(dá)不到的死角，以及新鮮空氣的短路流動。因此，二沖程柴油機(jī)在換氣終了時缸內(nèi)殘留的廢氣較多，換氣沒有四沖程柴油機(jī)干凈。（3）二沖程柴油機(jī)為實(shí)現(xiàn)掃氣所需的氣體壓力差較大，空氣的消耗量也較大，在換氣過程中所消耗的功較多。（4）二沖程柴油機(jī)的氣缸容積不能充分利用。二沖程柴油機(jī)由于氣缸下端開有氣口，因此，并不是整個氣缸工作容積都能用來容納空氣?；钊谐讨袣饪诟叨人嫉哪遣糠纸凶鍪谐?。通常以行程失效系數(shù)s來表示，即活塞在下止點(diǎn)位置時的活塞上平面到氣口上邊沿的距離與活塞行程之比。為了保證掃氣空氣在合適的壓力下通過氣缸，掃氣口和排氣口應(yīng)具有

15、足夠的流通能力。因此，它必須具有一定的總寬度、一定的高度和一定的開啟時間。三、評定換氣過程質(zhì)量的參數(shù)1殘余廢氣系數(shù)殘余廢氣系數(shù)是指換氣過程結(jié)束時，缸內(nèi)殘存的廢氣量Gr與充入氣缸的新鮮空氣量G0之比，即rGrG0殘余廢氣系數(shù)是用換氣過程結(jié)束后廢氣排除的干凈程度來表示換氣過程的完善程度。顯然，此數(shù)值越小，廢氣排得越干凈，換氣過程越完善。殘余廢氣系數(shù)r是由燃燒室掃氣、掃氣形式及掃氣的完善程度來決定的。一般來說，四沖程柴油機(jī)的r小于二沖程柴油機(jī)，增壓柴油機(jī)的r小于非增壓柴油機(jī)，二沖程直流掃氣的r小于彎流掃氣。2充量系數(shù)(充氣效率) c充量系數(shù)是用來表征柴油機(jī)換氣過程完善程度的一個極為重要的參數(shù)，它是指

16、每一工作循環(huán)進(jìn)入氣缸的實(shí)際充氣量G0與在進(jìn)氣狀態(tài)p0、0（二沖程機(jī)為掃氣壓力ps、掃氣溫度Ts，增壓機(jī)為pk、Tk）下能充滿氣缸工作容積Vs的理論充氣量Gs的比值，即c G0Gs根據(jù)氣體狀態(tài)方程和氣缸容積的相互關(guān)系可得由上式可知，影響充量系數(shù)c的參數(shù)有：氣缸進(jìn)氣終了時的參數(shù)pa 、Ta ，殘余廢氣系數(shù)r，排氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)以及柴油機(jī)運(yùn)行時的轉(zhuǎn)速、負(fù)荷、增壓程度、冷卻情況、換氣系統(tǒng)的清潔程度等。研究表明，當(dāng)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速升高、氣閥流通面積不足、進(jìn)氣系統(tǒng)臟污時，因進(jìn)氣壓力降增大而使充量系數(shù)顯著降低；當(dāng)柴油機(jī)負(fù)荷增大、氣缸過熱、冷卻不良及殘余廢氣過多時，會導(dǎo)致進(jìn)氣溫度升高、密度下降、進(jìn)氣量減少，充量系數(shù)

17、降低。提高增壓壓力，增大進(jìn)氣閥（口）流道面積使充量系數(shù)提高。是由于充量系數(shù)的定義而出現(xiàn)的，p0、T0是外界條件決定的，并不影響換氣過程的好壞。通常，充量系數(shù)均小于1。也就是說換算到進(jìn)氣管狀態(tài)，換氣終了時氣缸內(nèi)存留的空氣體積還不如氣缸工作容積大。一般四沖程柴油機(jī)的充量系數(shù)c 約為0.750.90，二沖程回流掃氣c約為0.750.80，二沖程直流掃氣c約為0.800.90。3掃氣效率s、掃氣系數(shù)s、給氣比（掃氣過量空氣系數(shù)）掃氣效率、掃氣系數(shù)、掃氣過量空氣系數(shù)是評價二沖程柴油機(jī)換氣質(zhì)量的指標(biāo)。掃氣效率s的定義是：換氣過程結(jié)束后，氣缸內(nèi)的新鮮空氣量0與氣缸內(nèi)全部氣體量Ga之比，即掃氣系數(shù)s的定義是：

18、在一個循環(huán)中通過掃氣口的全部掃氣空氣量Gk與換氣過程結(jié)束后留在氣缸中的新鮮空氣量0之比，即s =k/0給氣比的定義是：每循環(huán)通過掃氣口的新鮮空氣量k 與在進(jìn)氣狀態(tài)下(ps、s)充滿氣缸工作容積s的理論空氣量Gs之比，即=k / Gs二沖程柴油機(jī)換氣進(jìn)行得好壞，是結(jié)合換氣的干凈程度和掃氣空氣的消耗兩方面來衡量的。掃氣效率是衡量掃氣干凈程度的指標(biāo)（即換氣結(jié)束時缸內(nèi)新氣濃度）。s愈大，標(biāo)志著掃氣愈干凈。s的極限值是1。然而單純用換氣干凈程度的指標(biāo)s來說明二沖程柴油機(jī)換氣的好壞是不全面的。因?yàn)橹灰么罅康目諝鈷邭猓偸悄軖叩酶蓛舻?。所以必須要考慮到空氣的消耗。掃氣系數(shù)s是用來說明掃氣空氣消耗的相對量，

19、而給氣比則說明掃氣空氣消耗的絕對量。一般掃氣系數(shù)s =1.42.0，給氣比=1.01.3。顯然，掃氣效率s愈高，掃氣系數(shù)s和給氣比愈小，掃氣質(zhì)量愈高，換氣系統(tǒng)愈完善。第二節(jié) 換氣機(jī)構(gòu)保證柴油機(jī)按規(guī)定順序和時刻完成進(jìn)、排氣過程的機(jī)構(gòu)稱為換氣機(jī)構(gòu)，又叫配氣機(jī)構(gòu)。四沖程柴油機(jī)采用氣閥式換氣機(jī)構(gòu)?，F(xiàn)代船用低速二沖程柴油機(jī)大都采用氣口氣閥式換氣機(jī)構(gòu)。換氣機(jī)構(gòu)的任務(wù)是保證柴油機(jī)在工作過程中按規(guī)定的時間開啟或關(guān)閉各氣缸的進(jìn)氣閥（或進(jìn)氣口）和排氣閥（或排氣口），使盡可能多的新鮮空氣進(jìn)入氣缸，并使膨脹終了的廢氣從氣缸排凈，保證柴油機(jī)工作過程連續(xù)和完善。換氣機(jī)構(gòu)工作得好壞直接影響到柴油機(jī)的換氣質(zhì)量，進(jìn)而影響柴油機(jī)

20、的燃燒過程和作功能力。因此，正確地設(shè)計和維護(hù)管理好換氣機(jī)構(gòu)，對于保證柴油機(jī)良好的工作性能和使用壽命具有重要意義。氣閥式換氣機(jī)構(gòu)主要包括氣閥機(jī)構(gòu)和氣閥驅(qū)動機(jī)構(gòu)兩部分。本節(jié)還將討論凸輪軸和凸輪軸傳動機(jī)構(gòu)。一、 氣閥機(jī)構(gòu)在氣閥機(jī)構(gòu)中，氣閥和閥座是工作條件最惡劣的零件。氣閥閥盤和閥座底面是燃燒室壁面的一部分，受到燃?xì)飧邷亍⒏邏旱淖饔?。特別是排氣閥，由于受到排氣氣流的加熱，溫度很高；而進(jìn)氣閥由于進(jìn)氣流的冷卻作用溫度低一些。對于船用增壓柴油機(jī)，排氣閥閥盤的平均溫度可高達(dá)650800，閥桿溫度為150250；進(jìn)氣閥閥盤的平均溫度可高達(dá)450500，閥桿溫度為100120。氣閥在關(guān)閉時與閥座發(fā)生撞擊和磨損。在

21、撞擊中，由于閥和座的彈性變形、氣閥彈簧的振動及氣閥彈簧螺旋線的扭轉(zhuǎn)作用，會使閥面和閥座產(chǎn)生楔入性和扭轉(zhuǎn)性滑移。這種滑移使閥面和座面間產(chǎn)生干摩擦，閥面和座面上的剝落金屬顆粒、灰分、炭粒又變成磨料加重了磨損。燃燒產(chǎn)物對氣閥和閥座有腐蝕作用。特別是燃用重油時由于重油中含有較高的硫及釩、鈉等，燃料燃燒后生成硫、釩、鈉的氧化物及這些氧化物生成的鹽和聚合物。這些釩、鈉的鹽、氧化物及聚合物有的熔點(diǎn)低（低至535），有的熔點(diǎn)較高（高達(dá)900）。它們在排氣時一部分沉積到氣閥和閥座上，使氣閥和閥座接觸不良，并對金屬起腐蝕作用，使閥面和座面上出現(xiàn)凹坑，造成漏氣和燒損。由于氣閥和閥座在高溫、撞擊、磨損、腐蝕的條件下工

22、作，氣閥都采用耐熱合金鋼材料（如鎳基耐熱合金鋼），閥座則采用合金鑄鐵或耐熱合金鋼。為了使閥面和座面耐磨、耐腐蝕，高增壓和燃用重油的柴油機(jī)氣閥還在閥面和座面上堆焊鈷基硬質(zhì)合金，如司太立（stellite）合金。在閥頭接近燃燒室側(cè)覆蓋耐熱耐蝕的鉻鎳鐵合金。閥座采用鉆孔水冷，并在閥座密封面附近開有空氣槽，內(nèi)存有掃氣空氣，當(dāng)密封面漏氣時，可避免產(chǎn)生高溫排氣的燒蝕，如圖43 所示。為了使閥桿耐磨，常采用氮化、鍍鉻、滾壓、拋光等工藝。圖43 MC型柴油機(jī)排氣閥座1轉(zhuǎn)翼 2閥座 3排氣閥 4空氣槽氣閥的閥面與閥座在座面的配合上有三種方式，如圖44 所示。圖中（a）為全接觸式，閥面與座面錐角相等；（b）為外接

23、觸式，閥面錐角小于座面錐角；（c）為內(nèi)接觸式，閥面錐角大于座面錐角。全接觸式接觸面大、耐磨、傳熱好，但易結(jié)炭，敲擊產(chǎn)生麻點(diǎn)。多用在小型高速柴油機(jī)上。閥線寬度一般為1.5mm2.5mm。外接觸式，閥面錐角比座面錐角小0.5°1°。這種方式使接觸面小，密封性好，閥面與座面內(nèi)側(cè)不與燃燒時的氣體接觸。閥盤在高壓燃?xì)庾饔孟掳l(fā)生拱腰變形會使內(nèi)側(cè)閥面與座面接觸，減小了接觸應(yīng)力增加了散熱。它多用在強(qiáng)載中速機(jī)中。內(nèi)接觸式，閥面錐角比座面錐角大0.2°.5°。這種方式接觸面小，密封性好。接觸面因離燃燒室遠(yuǎn)些，溫度低，釩、鈉的腐蝕小。閥盤在高溫和高壓燃?xì)庾饔孟聲l(fā)生周邊翹曲的

24、熱變形和機(jī)械變形，使外側(cè)閥面與座面接觸。這樣，減小了接觸應(yīng)力，增加了閥盤散熱。被用在長行程低速柴油機(jī)中。在氣閥的結(jié)構(gòu)中，閥面錐角是一個重要的參數(shù)。閥面錐角增大則氣閥對中性好，密封性好，但磨損較大。通常為30°或45°。圖44閥與閥座的配合方式圖45 不帶閥殼氣閥機(jī)構(gòu)1閥桿；2閥盤；3氣缸蓋；4氣閥導(dǎo)管；5，6彈簧；7彈簧盤；8卡塊；9撞擊塊；10卡環(huán)；11閥座氣閥彈簧的作用是當(dāng)搖臂抬起時使氣閥關(guān)閉。在大多數(shù)柴油機(jī)中，每個氣閥都裝有內(nèi)、外兩根彈簧。這樣在滿足總的彈簧負(fù)荷要求下，每根彈簧的負(fù)荷就可以小一些，使之尺寸小，應(yīng)力低，提高抗疲勞能力。此外，兩根彈簧由于自振頻率不同，互相

25、干擾，可以起到減振的作用。為了防止一根彈簧斷裂后卡進(jìn)另一根彈簧中，兩根彈簧的旋向應(yīng)當(dāng)相反，這還可以減少閥在開關(guān)時由于彈簧產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)而發(fā)生的自動研磨。此外，采用兩根彈簧還可以增加工作的可靠性。除機(jī)械彈簧外，目前超長行程直流掃氣柴油機(jī)的排氣閥普遍采用空氣彈簧。氣閥導(dǎo)管是氣閥的導(dǎo)承。它承受著搖臂所引起的側(cè)推力，還起著氣閥散熱的作用。一般經(jīng)導(dǎo)管的散熱量占?xì)忾y總散熱量的25%。導(dǎo)管與閥桿之間的間隙是有一定要求的。間隙過小，氣閥的動作遲滯甚至咬死；間隙過大，則散熱不良，橫向振動和漏氣加劇，甚至可能引起煙灰進(jìn)入間隙使氣閥卡住。此外，由于導(dǎo)管和閥桿之間的潤滑條件較差，導(dǎo)管很容易磨損。柴油機(jī)的氣閥機(jī)構(gòu)基本上是大同

26、小異的。但根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為不帶閥殼和帶閥殼兩大類。不帶閥殼的氣閥機(jī)構(gòu)是直接裝在氣缸蓋上的，如圖45所示。這種形式的氣閥構(gòu)造簡單，但是檢修時必須拆下氣缸蓋。為了防止因閥座座面損壞而導(dǎo)致氣缸蓋報廢，一般都裝有可以更換的閥座。此種結(jié)構(gòu)多用于中小型柴油機(jī)。帶閥殼的氣閥機(jī)構(gòu)是將氣閥及氣閥彈簧、導(dǎo)管、閥座等零件裝在閥殼上形成一個整體，然后把這個總成裝入氣缸蓋的閥殼孔中，如圖47所示。若閥殼式氣閥出現(xiàn)傷裂、過度磨損等故障，修理時可不必拆卸氣缸蓋，只需拆下閥殼進(jìn)行維修。管理比較方便。在結(jié)構(gòu)上，閥殼中有潤滑閥桿的油道和強(qiáng)制循環(huán)冷卻水腔，可以簡化氣缸蓋的結(jié)構(gòu)。大功率中、低速柴油機(jī)，尤其是排氣閥，廣泛采用帶閥殼

27、結(jié)構(gòu)。在強(qiáng)載、燃用重油的柴油機(jī)中，除了對排氣閥和閥座進(jìn)行冷卻外，還裝設(shè)旋閥器使排氣閥在開關(guān)過程中慢慢轉(zhuǎn)動。氣閥在開關(guān)過程中慢慢轉(zhuǎn)動，可以減少閥面與閥座上的積炭，使磨損減小，貼合嚴(yán)密；可以使閥盤均勻地接受熱量和散熱，以改善閥盤的熱應(yīng)力狀態(tài)；消除閥桿與導(dǎo)管之間的積炭，防止卡住。旋閥器有旋轉(zhuǎn)帽式、推進(jìn)器式、棘輪式、杠桿式多種?，F(xiàn)代船用低速二沖程柴油機(jī)大都采用推進(jìn)器式旋閥器。推進(jìn)器式旋閥器的構(gòu)造原理如圖47所示。在排氣閥17的閥桿上裝有轉(zhuǎn)翼18。柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中排氣閥打開時，排氣流作用在轉(zhuǎn)翼上，使轉(zhuǎn)翼帶動閥桿繞其軸線轉(zhuǎn)動，使排氣閥旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)角速度隨柴油機(jī)負(fù)荷而變。二、 氣閥傳動機(jī)構(gòu)氣閥傳動機(jī)構(gòu)的作用是把凸

28、輪的運(yùn)動傳給氣閥。當(dāng)凸輪頂升氣閥傳動機(jī)構(gòu)時，氣閥及時開啟。當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)過之后，在氣閥彈簧的作用下氣閥及時關(guān)閉。機(jī)械式是傳統(tǒng)的氣閥驅(qū)動機(jī)構(gòu)，廣泛用于各型柴油機(jī)上。新型低速柴油機(jī)均采用了液壓式氣閥驅(qū)動機(jī)構(gòu)。1機(jī)械式氣閥傳動機(jī)構(gòu)圖46 機(jī)械式氣閥傳動機(jī)構(gòu)圖46是中、小型柴油機(jī)中常見的一種機(jī)械式氣閥傳動機(jī)構(gòu)。它是由帶滾輪的頂頭D、推桿C和搖臂B1等組成。搖臂經(jīng)軸銷安裝在搖臂支座B2上，搖臂支座固定在氣缸蓋上。凸輪在轉(zhuǎn)動中將頂頭、推桿頂起，從而使搖臂繞搖臂軸轉(zhuǎn)動，克服氣閥彈簧的彈力將氣閥打開。當(dāng)滾輪沿凸輪的形線下降時，在氣閥彈簧的作用下氣閥逐漸關(guān)閉。因而凸輪的形狀與安裝位置就決定了氣閥的啟閉時刻。對于機(jī)械式

29、氣閥傳動機(jī)構(gòu)，在柴油機(jī)冷態(tài)時，滾輪落在凸輪的基圓上，搖臂與氣閥之間應(yīng)留有間隙，此間隙稱為氣閥間隙。其目的是保證在柴油機(jī)熱態(tài)時，氣閥和氣閥傳動機(jī)構(gòu)受熱膨脹后仍能完全關(guān)閉。如果不留氣閥間隙，氣閥在工作時將因向下膨脹而關(guān)閉不嚴(yán)，造成氣閥漏氣，并可能引起其它故障。氣閥間隙可以通過調(diào)節(jié)螺釘A調(diào)整。調(diào)整氣閥間隙時，要求滾輪落在凸輪的基圓上，搖臂、頂桿和頂頭之間保持接觸。2液壓式氣閥傳動機(jī)構(gòu)液壓式氣閥傳動機(jī)構(gòu)是在氣閥、頂頭的上端各設(shè)液壓傳動器，二者之間通過油管連通。開閥靠液壓傳動器產(chǎn)生的油壓，關(guān)閥靠“空氣彈簧”的氣體壓力來實(shí)現(xiàn)。這種氣閥傳動機(jī)構(gòu)具有尺寸小、重量輕、利于布置、氣閥不承受側(cè)推力、噪音小、拆裝方便

30、等優(yōu)點(diǎn)。但存在著調(diào)試?yán)щy與密封困難等缺陷。目前普遍用于超長行程低速柴油機(jī)的排氣閥中。圖48 所示為這種液壓氣閥傳動機(jī)構(gòu)和氣閥機(jī)構(gòu)簡圖。圖中頂頭處的液壓傳動器由頂頭3、頂桿4、套筒5、柱塞6、安全閥7、補(bǔ)油閥8等組成。氣閥處的液壓傳動器由緩沖銷10、柱塞11、套筒12等組成?？諝鈴椈裳b置由活塞13、氣缸14等組成。由起動空氣瓶來的經(jīng)減壓的空氣通過止回閥進(jìn)入空間N。當(dāng)凸輪2通過頂頭3、頂桿4頂起柱塞6時，C空間的油被壓縮建立起油壓并經(jīng)油管9泵入D空間，作用在柱塞11上面。油壓力推動柱塞11下行并推動活塞13下行，將空間N內(nèi)的空氣壓縮，并把氣閥17打開。當(dāng)凸輪把頂頭放下時柱塞6重新下行，油壓下降，D

31、空間的油流回到C空間。氣閥17在N空間內(nèi)氣體壓力（空氣彈簧）的作用下關(guān)閉。排氣閥17關(guān)閉時，液壓柱塞11上行，緩沖銷10進(jìn)入柱塞11上面孔內(nèi)將油擠出。由于油的阻尼作用，減小了氣閥與閥座的撞擊。液壓傳動機(jī)構(gòu)在運(yùn)行時經(jīng)柱塞和套筒間隙漏泄的油，由管道A和補(bǔ)油閥8補(bǔ)充。機(jī)構(gòu)中的油由十字頭軸承潤滑系統(tǒng)經(jīng)減壓后供給。當(dāng)機(jī)構(gòu)中的油壓過高時，油由安全閥7泄掉。當(dāng)N空間沒有壓縮空氣時，柱塞11會在油壓作用下下移，氣閥被打開。但當(dāng)卡環(huán)15落在彈簧板16上時便不再下移，避免氣閥與活塞發(fā)生撞擊。圖47 液壓式氣閥傳動機(jī)構(gòu)和氣閥機(jī)構(gòu)1-凸輪軸；2-凸輪；3-頂頭；4-頂桿；5-套筒；6-柱塞；7-安全閥；8-補(bǔ)油閥；9

32、-油管；10-緩沖銷；11-柱塞；12-套筒；13-活塞；14-氣缸；15-卡環(huán)；16-彈簧板；17-氣閥；18-轉(zhuǎn)翼；19-補(bǔ)油管；B-補(bǔ)油孔；C、D-油空間；M、N-氣空間三、 凸輪軸及傳動機(jī)構(gòu)1凸輪軸凸輪軸是柴油機(jī)中非常重要的傳動軸。柴油機(jī)進(jìn)、排氣閥的啟閉、噴油泵和空氣分配器的驅(qū)動都是通過凸輪軸進(jìn)行的。此外，凸輪軸還帶動調(diào)速器及其它附件的傳動輪。裝在凸輪軸上的凸輪是每缸一組，組數(shù)與缸數(shù)相同。凸輪軸要放在凸輪軸箱內(nèi)，由多個軸承支撐。如圖4-8所示凸輪軸的結(jié)構(gòu)有整體式和裝配式兩大類。整體式用于小型機(jī)，裝配式用于大型機(jī)。整體式凸輪軸的凸輪是與軸本體鍛成或鑄成一體的。裝配式凸輪軸的凸輪和軸分開制

33、造，然后根據(jù)定時的要求將凸輪緊固在軸上。這種凸輪軸上的凸輪是可調(diào)的，以便定時調(diào)節(jié)，并且任何一個凸輪損壞時都可以單獨(dú)更換。由于大型柴油機(jī)的凸輪軸很長，故都是分成幾段組裝而成的。為了使柴油機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，控制進(jìn)、排氣閥和噴油泵的凸輪一般都裝在同一根軸上。但近年來，為了更好地控制柴油機(jī)的進(jìn)排氣過程和燃燒過程，滿足日益嚴(yán)格的排放法規(guī)，某些新型柴油機(jī)采用了兩根凸輪軸的結(jié)構(gòu)。圖4-8凸輪軸及傳動齒輪-軸承蓋；-軸；、-噴油泵凸輪；-螺栓；-軸承座；-進(jìn)氣凸輪；-排氣凸輪；-起動凸輪；-齒圈；-筒狀彈簧；-螺栓；-支持軸；-環(huán)板；-輪轂；-鍵；-止動栓凸輪在頂動滾輪過程中，在工作表面上產(chǎn)生摩擦和很高的接觸應(yīng)力。

34、當(dāng)接觸應(yīng)力過高時，工作面會發(fā)生疲勞損壞，產(chǎn)生麻點(diǎn)或金屬剝落。因此，凸輪要有很好的耐磨、耐疲勞性能。凸輪軸材料一般是碳素鋼、合金鋼和球墨鑄鐵。凸輪工作表面應(yīng)滲碳或表面淬火，以提高硬度。2凸輪軸的傳動機(jī)構(gòu)凸輪軸是由柴油機(jī)的曲軸帶動，兩者保持準(zhǔn)確的相對位置。按照柴油機(jī)工作循環(huán)的要求，有凸輪控制的機(jī)構(gòu)每循環(huán)必須動作一次。由于四沖程柴油機(jī)曲軸回轉(zhuǎn)兩周完成一個工作循環(huán)，因此其凸輪軸與曲軸的轉(zhuǎn)速比應(yīng)該是1：2。同理，二沖程機(jī)則應(yīng)該是1：1。曲軸與凸輪軸之間的傳動方式與發(fā)動機(jī)的類型、凸輪軸位置以及附件的傳動等因素有關(guān)。一般采用齒輪傳動或鏈傳動。所以，凸輪軸的傳動機(jī)構(gòu)分為齒輪傳動機(jī)構(gòu)和鏈傳動機(jī)構(gòu)。四沖程柴油機(jī)通

35、常采用齒輪傳動。大型低速二沖程柴油機(jī)根據(jù)凸輪軸的位置有兩種傳動方式：一種是凸輪軸布置在機(jī)架中部，因曲軸與凸輪軸距離較近，采用齒輪傳動；一種是凸輪軸布置在氣缸體中部，因曲軸與凸輪軸的距離較遠(yuǎn)，采用鏈傳動。無論采用何種傳動方式，其傳動機(jī)構(gòu)必須保持正確的定時關(guān)系。此外，還應(yīng)盡量減小扭振及凸輪軸扭轉(zhuǎn)變形引起的定時偏差。1) 齒輪傳動機(jī)構(gòu)四沖程柴油機(jī)采用齒輪傳動輪系，稱之為正時齒輪。為了減小曲軸扭振的影響，凸輪軸傳動機(jī)構(gòu)都安裝在飛輪端。定時齒輪包括主動輪、從動輪和二者之間的中間齒輪。圖49為某大型四沖程V形柴油機(jī)的凸輪軸齒輪傳動機(jī)構(gòu)。曲軸4上的正時齒輪5，經(jīng)過中間齒輪3和2傳給凸輪軸上的正時齒輪1帶動凸

36、輪軸6。經(jīng)過兩極齒輪減速后，正時齒輪1與5的速比為1：2。三個齒輪互相嚙合的輪齒上均有嚙合記號以保證配氣、噴油定時正確。在拆、裝凸輪軸傳動機(jī)構(gòu)時必須嚴(yán)格注意裝配記號。 圖49 凸輪軸齒輪傳動機(jī)構(gòu)1凸輪軸正時齒輪 2，3 中間齒輪 4 曲軸 5曲軸正時齒輪 6凸輪軸圖410 凸輪軸鏈傳動機(jī)構(gòu)簡圖1曲軸鏈輪2張緊臂3 張緊輪4凸輪軸鏈輪5鏈條6中間輪7張緊彈簧2）鏈傳動機(jī)構(gòu)圖410為凸輪軸鏈傳動機(jī)構(gòu)簡圖。鏈傳動裝置結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，且在柴油機(jī)換向時可以避免齒輪傳動中可能產(chǎn)生的齒間間隙累積誤差，因而在正、倒車運(yùn)轉(zhuǎn)時都能得到準(zhǔn)確的定時，對于軸線的不平行度與中心距的誤差都不敏感。此外，還可以通過鏈輪、鏈條

37、驅(qū)動往復(fù)慣性力矩平衡裝置，因而在大型低速柴油機(jī)中廣泛使用。但鏈條傳動裝置的潤滑不如齒輪傳動裝置，磨損快，容易松弛，需經(jīng)常檢查。鏈條傳動機(jī)構(gòu)由曲軸上的主動鏈輪1、凸輪軸上的從動鏈輪4、鏈條5、中間輪6、鏈條張緊臂2、張緊輪3、張緊彈簧7等組成。主動鏈輪1由兩個半塊組成，用螺栓緊固在曲軸上。從動鏈輪4為整體式，用鍵連接在凸輪軸上。曲軸與凸輪軸之間采用一級鏈傳動，速比為11。鏈條5選用雙排套筒滾子鏈。導(dǎo)軌（未畫出）是由導(dǎo)軌板和裝在導(dǎo)軌板上的特種耐油橡膠塊組成的，以防止鏈條的橫向抖動和敲擊，使之工作平穩(wěn)。鏈傳動裝置由于鏈條磨損較快，容易松弛，這就影響了凸輪的定時，并引起鏈條振動。故在鏈條傳動裝置中設(shè)有

38、中間輪6和鏈條張緊裝置，用以減少鏈條的振動和調(diào)節(jié)鏈條的松緊程度，保證鏈條與鏈輪嚙合良好，傳動平穩(wěn)。張緊彈簧7的彈力通過張緊臂2、張緊輪3作用到鏈條5上將它拉緊。為了保證定時正確，鏈條按嚙合記號裝在鏈輪上。張緊輪可位于正車轉(zhuǎn)動時鏈條的緊邊或松邊。通常較老機(jī)型多位于緊邊，而新機(jī)型多位于松邊。張緊鏈條時要邊盤車邊張緊。盤車時要使張緊輪一側(cè)的鏈條為松邊。要注意的是，鏈條、鏈輪磨損后，鏈條會松弛，再度張緊時，定時會發(fā)生變化。若鏈條長度增加1.5%時，需換新。四、 換氣機(jī)構(gòu)的故障和管理1氣閥機(jī)構(gòu)的故障在換氣機(jī)構(gòu)中，氣閥機(jī)構(gòu)的工作條件最為惡劣。盡管氣閥機(jī)構(gòu)在設(shè)計、制造和材料方面根據(jù)其工作條件已做了充分考慮，

39、但在使用中由于運(yùn)轉(zhuǎn)情況經(jīng)常變化或因維護(hù)保養(yǎng)和使用管理不當(dāng)，仍然會常常出現(xiàn)各種故障。（1）閥面和閥座磨損和腐蝕。這種故障表現(xiàn)為閥面和閥座密封面上有傷痕和麻點(diǎn)。前者主要是由燃?xì)庵械奶苛；蚱渌s質(zhì)沖刷或落在接合面上時閥與閥座撞擊所造成的。后者主要是由燃油中的硫、釩和鈉的腐蝕所造成的。這會使氣閥的密封性變壞，引起漏氣，使柴油機(jī)功率下降，各缸功率不均，起動困難，甚至不發(fā)火。因此，必須經(jīng)常注意檢查氣閥的工作情況，發(fā)現(xiàn)漏氣應(yīng)對氣閥進(jìn)行研磨，使之重新密封。（2）閥面與閥座燒損。閥座扭曲、偏移、傾斜和失圓都會造成大面積燒損。閥盤翹曲時，關(guān)閉不嚴(yán)處如同噴管流道，會被嚴(yán)重?zé)龘p。氣閥閥桿卡阻、彎曲，都使閥盤不能落座，

40、使密封面發(fā)生均勻燒損。此外，閥面和座面也會因麻點(diǎn)、傷痕處漏氣而發(fā)展到燒損。（3）閥桿卡緊。閥桿在導(dǎo)管中往復(fù)運(yùn)動，氣閥導(dǎo)管間隙過小會使閥桿卡阻；氣閥導(dǎo)管間隙過大可使導(dǎo)管中滑油結(jié)焦，沉積物增多，閥桿也會卡?。贿€可能由于中心線不正，致使閥桿卡死在導(dǎo)管中。這將使氣閥與閥座關(guān)閉不嚴(yán)而發(fā)生漏氣，甚至影響氣閥的啟閉。為此，必須注意閥桿與導(dǎo)管之間的間隙、對中性和潤滑情況?；土勘仨氝m中，最好使用滑油和柴油的混合油。（4）閥桿和閥頭斷裂。這種斷裂大多是由于頻繁撞擊引起金屬疲勞以及高溫下金屬的機(jī)械強(qiáng)度降低造成的。斷裂通常發(fā)生在閥頭與閥桿的過渡處或閥桿上端支承彈簧盤的圓槽處。氣閥斷裂后掉入氣缸，將引起柴油機(jī)立即停止

41、工作，并可能將活塞、氣缸蓋、氣缸套擊碎。（5）氣閥彈簧斷裂。氣閥彈簧斷裂多是因?yàn)檎駝釉斐傻?，也可能是因?yàn)椴馁|(zhì)、熱處理不符合要求，或在保管中銹蝕所致。（6）閥殼產(chǎn)生裂紋。閥殼裂紋通常是由于安裝時將固定螺栓擰得太緊造成的。因?yàn)檫@樣會使閥殼在柴油機(jī)工作時因受熱膨脹而產(chǎn)生很大的應(yīng)力。閥殼裂紋將會使冷卻水噴入排氣管中。因此，固定螺栓不宜擰得過緊。雖然這可能在初期造成少許漏氣，但工作一段時間后，漏氣將逐漸消失。2氣閥間隙測量和調(diào)整，氣閥定時的檢查（1）氣閥間隙的測量和調(diào)整。冷車時在機(jī)械式氣閥傳動機(jī)構(gòu)中，要在搖臂端和氣閥閥桿之間留有一定的間隙，以便柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時氣閥機(jī)構(gòu)受熱后有膨脹的余地。若氣閥間隙過小，則氣

42、閥受熱后會關(guān)閉不嚴(yán)；間隙過大，則除影響氣閥定時外（晚開、早關(guān)），還會使撞擊嚴(yán)重，造成大的噪聲和磨損。因?yàn)闇囟雀?、尺寸大時，氣閥膨脹的數(shù)值也大，所以排氣閥比進(jìn)氣閥、增壓機(jī)比非增壓機(jī)、大型機(jī)比小型機(jī)的氣閥間隙大。氣閥間隙的具體數(shù)值見柴油機(jī)使用說明書。用厚薄規(guī)測量氣閥間隙，測量氣閥間隙時要注意頂頭的滾輪一定要落在凸輪的基圓上。（2）氣閥定時的檢查。氣閥定時的測量只有在氣閥間隙符合要求時才能進(jìn)行，以消除氣閥間隙不同時對定時的影響。測量氣閥定時的方法隨柴油機(jī)而異，一般在說明書中均有規(guī)定。通常的做法是：在氣缸蓋上放千分表架，將千分表的觸頭壓在氣閥彈簧盤上，然后緩慢盤車。千分表指針剛剛移動或回到原位的時刻就

43、是氣閥開啟或關(guān)閉的時刻。這時，飛輪上相應(yīng)的角度就是氣閥開啟或關(guān)閉的角度。凸輪、滾輪等傳動件磨損，鏈輪、鏈條再度張緊，拆裝機(jī)器時凸輪軸安裝不正確，都會使定時與給定數(shù)值不符。大型低速柴油機(jī)排氣閥定時可以調(diào)整?，F(xiàn)代大型低速柴油機(jī)的凸輪軸與凸輪軸聯(lián)軸節(jié)、凸輪軸與排氣凸輪多采用液壓拆裝的過盈配合連接，能夠改變它們之間的裝配角度。3氣閥和閥座的研磨與更換小型柴油機(jī)閥座座面損傷時，要用專用工具鉸刀修整。氣閥閥面損傷時要用專用磨床研磨，然后再用細(xì)研磨砂對研。研磨后閥面上應(yīng)研出暗色連續(xù)等寬度閥線。無法修復(fù)磨損過大的氣閥應(yīng)換新。中、大型柴油機(jī)的閥座和氣閥都配有專用研磨工具。在閥座換新使用新的或修理的閥、閥座面損傷

44、時，要用專用工具研磨閥座。氣閥閥面由于磨損、腐蝕損傷時，要用專用工具磨削，并用專用工具測量閥座與氣閥磨損量，超過規(guī)定者應(yīng)予換新。磨削要保證規(guī)定的錐角。為防止研磨面上出現(xiàn)顫痕，磨具或閥殼下要墊橡膠塊。第三節(jié) 廢氣渦輪增壓柴油機(jī)所能發(fā)出的最大功率受到氣缸內(nèi)所能燃燒的燃料的限制，而燃料量又受到每個循環(huán)內(nèi)氣缸所能吸入空氣量的限制。如果空氣能在進(jìn)入氣缸前得到壓縮而使其密度增大，則同樣的氣缸工作容積可以容納更多的新鮮空氣，從而就可以多供給燃料，得到更大的輸出功率。這就是增壓的基本目的。一、 柴油機(jī)增壓概述增壓技術(shù)始于十九世紀(jì)末期，在二十世紀(jì)初期得到初步應(yīng)用。隨著材料科學(xué)及制造技術(shù)的進(jìn)步，柴油機(jī)的渦輪增壓技

45、術(shù)在二十世紀(jì)中期開始走向大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用。目前，船用大功率柴油機(jī)的絕大部分、車用柴油機(jī)的半數(shù)以上均采用了增壓技術(shù)。增壓柴油機(jī)的比功率（以平均有效壓力表示）較之非增壓柴油機(jī)增加了4-5倍。由于渦輪增壓利用排氣能量來增加充氣量以提高功率，不僅工作過程得到改善、燃油耗量下降，排放也得到改善。由此可見，采用渦輪增壓技術(shù)以后，柴油機(jī)的性能得到了全面的、大幅度的提高。1提高柴油機(jī)有效功率的途徑根據(jù)有效功率Pe的計算公式知Pei·2·S·m·n·pe式中： i、S柴油機(jī)的氣缸數(shù)、氣缸直徑、活塞行程；n、m柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速和每轉(zhuǎn)工作沖程數(shù)；pe柴油機(jī)的平均有效壓力由

46、上式可知，提高柴油機(jī)的有效功率有下列途徑：（1）改變柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)i、D、S、m。增大這些參數(shù)可以提高柴油機(jī)的功率，但是提高的幅度受到多種因素的限制。增加氣缸數(shù)i主要受到曲軸剛度的限制，目前直列式柴油機(jī)氣缸數(shù)最多為12缸；增加氣缸直徑和活塞行程則會使柴油機(jī)的尺寸和質(zhì)量大大增加，同時也增加了柴油機(jī)的熱負(fù)荷。（2）提高柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速。柴油機(jī)轉(zhuǎn)速的增加可以增大柴油機(jī)作功頻率，提高功率。但轉(zhuǎn)速增加會使磨損增加，柴油機(jī)的慣性力增加，使柴油機(jī)壽命縮短，可靠性變差。對于船用主機(jī)還受到螺旋槳效率的限制，因而這種方法也是有限度的。目前新型船用低速柴油機(jī)大多降低轉(zhuǎn)速以獲得更高的經(jīng)濟(jì)性。（3）提高平均有效壓力pe。

47、提高平均有效壓力pe可以增加柴油機(jī)的功率。對pe影響最主要的因素是新氣的密度a。提高進(jìn)氣密度，就可以增加氣缸充氣量，使更多的燃油完全燃燒，從而大幅度提高柴油機(jī)的功率。而空氣密度的增加可以通過提高進(jìn)氣壓力和降低進(jìn)氣溫度來實(shí)現(xiàn)。所謂增壓，就是用提高氣缸進(jìn)氣壓力的方法，使進(jìn)入氣缸的空氣密度增加，從而可以增加噴入氣缸的燃油量，以提高柴油機(jī)的平均指示壓力pi和柴油機(jī)的平均有效壓力pe。柴油機(jī)的增壓程度一般以增壓度來表示。增壓度是柴油機(jī)增壓后標(biāo)定功率與增壓前標(biāo)定功率之差值與增壓前標(biāo)定功率的比值。它表示增壓后功率增加的程度。由于空氣在增壓器中被壓縮時壓力和溫度是同時升高的，這就影響了空氣密度的增加和增壓的效

48、果。因此，大多數(shù)增壓器都設(shè)有中間冷卻器以降低空氣溫度，提高空氣密度。通常船舶柴油機(jī)增壓器的中冷器都是以海水來冷卻的。中冷的另一個作用是降低柴油機(jī)的循環(huán)平均溫度。資料表明，當(dāng)進(jìn)氣溫度降低10時，循環(huán)平均溫度將降低25。這使柴油機(jī)的熱負(fù)荷降低很多。因此，中冷是增壓柴油機(jī)特別是中、高增壓柴油機(jī)在提高進(jìn)氣壓力的同時所必須采用的技術(shù)措施。在一些新型的柴油機(jī)上，空氣冷卻器采用兩級冷卻，高溫淡水冷卻第一級而低溫淡水冷卻第二級，這樣就能夠更有效地利用柴油機(jī)的廢熱。此外，采用兩級冷卻還可以在低負(fù)荷下旁通第二級冷卻以增加進(jìn)氣溫度，保證柴油機(jī)的良好工作。2增壓方式根據(jù)驅(qū)動增壓器所用的能量的不同，柴油機(jī)增壓主要分為以

49、下三種類型：（1）機(jī)械增壓 柴油機(jī)輸出軸直接驅(qū)動機(jī)械增壓器（壓氣機(jī)），實(shí)現(xiàn)對進(jìn)氣的壓縮。（2）廢氣渦輪增壓 壓氣機(jī)與渦輪同軸相連，構(gòu)成渦輪增壓器。渦輪機(jī)在排氣能量的推動下，帶動壓氣機(jī)工作，實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣增壓。顯然，這種增壓形式可以從廢氣中回收部分能量，不僅提高了柴油機(jī)的功率，還提高了動力裝置的經(jīng)濟(jì)性，因而獲得廣泛應(yīng)用。（3）復(fù)合增壓 這種增壓形式既采用渦輪增壓，又采用機(jī)械增壓。根據(jù)兩種增壓器的不同布置方案，可分為串聯(lián)增壓和并聯(lián)增壓。a)機(jī)械增壓 b）廢氣渦輪增壓c）復(fù)合增壓隨著廢氣渦輪增壓技術(shù)的發(fā)展，目前，機(jī)械增壓和復(fù)合增壓已很少使用。圖411 柴油機(jī)增壓的基本形式E柴油機(jī)；C壓氣機(jī)；T渦輪機(jī)柴油機(jī)

50、增壓壓力的高低可以用無因次量增壓比b表示bpkp0式中：pk增壓壓力；p0環(huán)境條件下大氣壓力或增壓器進(jìn)口壓力。根據(jù)b的高低，一般將柴油機(jī)增壓分為四級：低增壓b1.5；中增壓b1.52.5；高增壓b2.53.5；超高增壓b3.5?，F(xiàn)代船用低速柴油機(jī)的b一般在3.0上下。二、廢氣能量分析柴油機(jī)排出的廢氣所含的熱量約占燃油燃燒放出熱量的30%以上，而排氣的可用能又占排氣總能量的約60%。因此，充分利用這部分能量是提高柴油機(jī)熱效率的重要途徑。柴油機(jī)廢氣中含有的最大可利用能如圖4-12所示。由于柴油機(jī)結(jié)構(gòu)的限制，排氣開始時氣缸中燃?xì)鉅顟B(tài)為b，這些燃?xì)鉄o損失地等熵膨脹到大氣壓力p時，在理論上所能作的功在圖

51、上為面積b-1-f-b。也就是排氣開始時廢氣中的可用能。另外，由于柴油機(jī)采用廢氣渦輪增壓，氣缸后的壓力不再是大氣壓力p而是渦輪前壓力p，在換氣過程中獲得的能量為4-g-i-1-4表示的面積。這部分能量對四沖程柴油機(jī)包括強(qiáng)制排氣過程中的活塞推出功-和燃燒室掃氣階段進(jìn)入排氣管的掃氣空氣所具有的能量2-i-g-3-2兩部分；而二沖程柴油機(jī)這部分能量為掃氣期間掃氣空氣所作的功。值得注意的是，二沖程柴油機(jī)在排氣開始后活塞繼續(xù)下行，獲得膨脹功為b-4-5-b所示的面積，使廢氣可用能減少；在換氣過程中沒有活塞推出功補(bǔ)充廢氣能量，并且廢氣中摻混有很多掃氣空氣，使渦輪前氣體溫度T降低，因而廢氣中的能量較少。圖4

52、-12 柴油機(jī)廢氣中含有的最大可利用能量根據(jù)在廢氣渦輪中能量的利用情況，通常把廢氣的能量分成兩部分：一部分是廢氣由壓力pb膨脹到P的膨脹能，稱之為脈沖能。它是一種脈動的速度能，在排氣管中以壓力波的形式出現(xiàn)，在圖4-11中為b-4-e-b所表示的面積。另一部分是廢氣由壓力p-膨脹到p的膨脹能E，稱之為定壓能(亦稱勢能)，在圖-11中為g-e-f-i-g所表示的面積。effee是由于損失廢氣可用能be5b而獲得的熱量使廢氣溫度升高，由此廢氣得到的可用能。當(dāng)然，他遠(yuǎn)小于損失掉的可用能be5b。廢氣能量E是脈沖動能和定壓能之和。能量E和E各在總能量中所占的百分?jǐn)?shù)隨著增壓壓力pk的不同而不同。pk越低，

53、則E所占的比例越大；pk越高，則E越大。二、 廢氣渦輪增壓的兩種基本形式柴油機(jī)的廢氣渦輪增壓系統(tǒng)中，根據(jù)對廢氣能量利用方式的不同，可分為定壓渦輪增壓和脈沖渦輪增壓兩種基本形式，其它的增壓方式都是由這兩種發(fā)式演變和發(fā)展而來的。1定壓渦輪增壓圖413定壓渦輪增壓定壓渦輪增壓的特點(diǎn)是進(jìn)入廢氣渦輪增壓器的廢氣壓力基本上是穩(wěn)定狀態(tài)。柴油機(jī)各缸的排氣管連接到一根共用的容積足夠大的排氣總管上，渦輪就裝在排氣總管后面。如圖413所示。由于排氣管容積足夠大，各缸排出的廢氣進(jìn)入其中后迅速膨脹、擴(kuò)散并很快穩(wěn)定下來，只引起微小的壓力波動。排氣總管實(shí)際上成了一個集氣箱，具有穩(wěn)壓作用。正因?yàn)閺U氣以基本不變的速度和壓力進(jìn)入

54、渦輪，所以這種增壓方式渦輪工作穩(wěn)定，效率高。定壓增壓只利用了廢氣能量中的定壓能E2，而沒有利用廢氣中的脈沖動能E1。脈沖動能E1在排氣流動中由于排氣閥（口）的嚴(yán)重節(jié)流和在排氣管中膨脹渦旋，大部分被損失掉，只有小部分脈沖動能轉(zhuǎn)化為熱能，使排氣管中的廢氣溫度略有升高。由上述可知，在定壓渦輪增壓系統(tǒng)中，脈沖動能E1沒有直接在渦輪中得到利用，雖然這部分能量轉(zhuǎn)化為相當(dāng)于面積feef 的能量可以在渦輪中利用，但它比E1小得多。因此定壓渦輪增壓所能利用的廢氣能量就少些。尤其是當(dāng)柴油機(jī)在低負(fù)荷時或起動時，因排氣管壓力低，廢氣的能量少，使渦輪發(fā)出的功率滿足不了壓氣機(jī)所需的功率，因此船舶柴油機(jī)必需另設(shè)輔助風(fēng)機(jī)來滿

55、足低負(fù)荷時的掃氣需要。2脈沖渦輪增壓圖414脈沖渦輪增壓脈沖渦輪增壓的特點(diǎn)是進(jìn)入廢氣渦輪增壓器的廢氣壓力為脈動狀態(tài)。在結(jié)構(gòu)上把各缸排氣管經(jīng)過分組直接與一個或幾個廢氣渦輪相連，排氣管短而細(xì)，如圖414所示。由于排氣管容積相當(dāng)小，因此排氣閥和排氣口開啟后，排氣管中的壓力因廢氣沖入而迅速提高，瞬間將接近氣缸的壓力。此后，由于氣缸和排氣管的壓差迅速減小，廢氣進(jìn)入排氣管的流速降低，加上排氣管中的廢氣不斷流入渦輪，排氣管中的壓力又隨之下降。這樣就形成了所謂脈沖壓力波，這就是渦輪中利用的脈沖動能。因此，脈沖增壓系統(tǒng)不僅排氣管應(yīng)短而細(xì)，而且彎頭要少，通道要光滑，成流線形，并使渦輪盡量靠近排氣口。脈沖增壓除了可

56、以利用脈沖能E1外（可利用40%50），還能較好地利用廢氣的定壓能，故廢氣的能量利用增多。這有利于渦輪機(jī)和壓氣機(jī)之間的功率平衡。此外，掃氣階段正好是排氣管中的低壓階段，掃氣箱與排氣管間壓差較大，故有利于掃氣，即使柴油機(jī)低負(fù)荷時也是如此。但由于渦輪在不穩(wěn)定工況下工作，效率較低。在多缸柴油機(jī)的脈沖增壓系統(tǒng)中，如果各缸的排氣均排入一根排氣管，那就會產(chǎn)生掃、排氣的相互干擾。即當(dāng)某缸進(jìn)行掃氣而相鄰缸正好在排氣時，排氣壓力波就會傳到掃氣缸的排氣口處，使該缸排氣背壓升高，從而嚴(yán)重影響該缸掃氣的正常進(jìn)行。如果每缸各自向單獨(dú)的排氣管排氣，雖然消除了各缸間的排氣干擾，但會使渦輪供氣間斷，效率降低。這一問題必須依靠

57、對排氣管進(jìn)行合理分組來解決。分組的原則是避免同組內(nèi)各缸的排、掃氣互相干擾。排氣管分組是脈沖增壓所必須采取的措施（在等壓增壓中，由于排氣管很大，各缸廢氣排入總管時不會產(chǎn)生脈沖壓力波，不會產(chǎn)生排氣干擾，無需分組）。根據(jù)上述分組原則，對于二沖程柴油機(jī)，完成一個工作循環(huán)需要360°曲軸轉(zhuǎn)角，而掃、排氣延續(xù)時間可近似認(rèn)為是120°曲軸轉(zhuǎn)角。因此，為使同一組內(nèi)各缸掃、排氣不重疊，必須保證排氣間隔（即發(fā)火間隔）為120°曲軸轉(zhuǎn)角。這樣，同一組的最多允許氣缸數(shù)為i=360/120=3。在四沖程柴油機(jī)中，完成一個工作循環(huán)需720°曲軸轉(zhuǎn)角，排氣時間約為240°曲

58、軸轉(zhuǎn)角。同樣，同組的最多允許缸數(shù)i=720/240=3。由此可見，無論是二沖程柴油機(jī)還是四沖程柴油機(jī)，每組最多只能是3個氣缸。如果多于3個氣缸，排氣就會重疊而產(chǎn)生干擾。若少于3缸，雖然不會發(fā)生排氣干擾，但由于廢氣不能連續(xù)供給，因而渦輪工作不穩(wěn)定，損失較大。所以脈沖增壓最適合于氣缸數(shù)是3的倍數(shù)的柴油機(jī)。例如某二沖程六缸柴油機(jī)的發(fā)火順序?yàn)?62435，各缸發(fā)火間隔角為60°，則可把1、2、3缸分為一組，4、5、6缸分為另一組，如圖415（b）所示。一般來說，大型低速二沖程柴油機(jī)的脈沖增壓系統(tǒng)采用多臺增壓器。而四沖程柴油機(jī)為使結(jié)構(gòu)布置緊湊，往往只采用一臺脈沖渦輪增壓器。為了防止排氣干擾，往往將廢氣渦輪的噴嘴環(huán)分隔開，采用多進(jìn)口的布置方案。3兩種增壓方式比較定壓增壓和脈沖增壓這兩種增壓方式各有利弊，現(xiàn)從以下幾個方面進(jìn)行扼要地