第04章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项目四柴油机的换气与增压任务4.1•柴油机的换气过程分析任务4.2任务4.3•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。知识目标能力目标课内实践•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。•具备分析二、四冲程柴油机换质量好坏的基本能力。柴油机的换气过程分析。任务4.1柴油机的换气过程分析背景知识——换气过程一、四冲程机的换气过程换气过程：从排气、扫气到进气终止的整个更换过程换气过程1)自由排气（从排气阀开至下止点后10～30°）超临界状态亚临界状态缸内压力1.9倍排气管压力，废气以音速自由排出。缸内压力1.9倍排气管压力，废气以亚音速自由排出。2)强制排气（从自由排气结束至排气阀关闭）强制排气惯性排气活塞由下止点往上止点运动，推出废气。活塞过上止点后向下运动，废气依靠惯性排出。3)进气阶段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）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γr=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）φCφC=GO/GS=εPaTO/(ε-1)POTa(1+γr)＜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。背景知识——换气过程3、二冲程柴油机的扫气质量指标（1）扫气效率ηs=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+γr）（2）扫气系数ψs=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G01；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；ψsβ（G0Gs），显然，ηs越大、ψs越小、β越小，扫气质量越好。背景知识——换气过程任务4.2柴油机换气机构的操作与管理【项目介绍】介绍柴油机换气机构的作用、组成、基本类型、主要设备结构特点及工作原理、柴油机换气机械的检查、调整与管理要点。知识目标能力目标课内实践•掌握柴油机换气机构的组成和主要设备的基本结构原理；•掌握柴油机换气机构的检查、调整和维护管理要点。•具备柴油机气阀的拆装、研磨与密封性检验能力；•具备柴油机气阀间隙的检查与调整能力；•具备柴油机换气机构及其设备的故障分析与处理能力。•柴油机气阀的拆装、气阀研磨及密封性检验•柴油机气阀间隙检查和调整任务4.2柴油机换气机构的操作与管理背景知识——换气机构换气机构——保证柴油机按规定顺序和时刻完成柴油机的进、排气过程的机构。型式：气阀式换气机构气口式换气机构气口－气阀式换气机构气阀式换气机构：气阀机构气阀传动机构凸轮及凸轮轴凸轮轴传动机构背景知识——气阀机构一、气阀机构背景知识——气阀机构背景知识——气阀机构组成：气阀、阀座、导管、气阀弹簧、弹簧座、锥形锁块背景知识——气阀机构点击图片看配气机构动画背景知识——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。背景知识——气阀机构（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。（4）阀头的型式：①平顶②凸顶③凹顶abca.平顶形：盘形简单，制造方便，受热面积小。应用最为广泛。b.球形（凸底）：重量轻，刚性好，较好的流线形，进气阻力小。c.喇叭形（凹底）：高度的刚性，良好的流线形，能改善气体排出汽缸时的流动性能，适合作排气阀盘。背景知识——气阀机构（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。背景知识——气阀机构背景知识——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。5.气阀旋转机构安装旋阀器可使气阀启闭一次转过一个角度（开启时旋转）。•优点：①使阀盘受热、散热均匀，阀盘温度分布均匀，温差变形小，防漏气。②减少密封锥面因导热不良的沉积物，减少高温腐蚀，减少烧损磨损。③改善阀杆与导管间润滑条件，减少阀杆漏气，减少阀杆积炭，防卡阻。——加装气阀旋转机构，其使用期限可延长2倍以上。•型式：•旋转帽式旋阀器•推进器式旋阀器背景知识——气阀机构背景知识——气阀机构二、气阀传动机构二、气阀传动机构背景知识——气阀传动机构液压式机械式型式1.机械式传动机构---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）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。背景知识——气阀传动机构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．液压式气阀传动机构---用于长行程低速机上（1）特点：在气阀、顶头上各设液压传动器，二者通过油管连接，开阀靠液压传动器的油压，关闭靠“空气弹簧”的气体力实现。（2）优缺点：噪音小，阀杆不受侧推力，布置自由，但密封困难，调试困难。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——气阀传动机构2．凸轮轴传动机构背景知识——气阀传动机构四、换气机构常见故障和管理1、气阀机构的故障阀面和阀座磨损和腐蚀磨损的原因腐蚀的原因燃气中的炭粒或其它杂质冲刷或落在结合面上时阀与阀座撞击所造成。燃油中V、Na和S所造成危害密封性变坏，引起漏气，致使功率下降，各缸负荷不均，起动困难。背景知识——常见故障及管理阀面和阀座烧损原因原因气阀密封不良，高温燃气从不密封处泄漏，造成该处过热而烧损。（1）阀杆与导管间隙不合适：过小使阀杆卡紧，间隙过大使滑油结焦，沉积物增多也会卡住；（2）中心线不正，造成卡死，致使气阀关闭不严而漏气。背景知识——常见故障及管理阀杆卡紧阀杆和阀头断裂原因部位阀杆与导管的间隙过大；阀盘或阀座变形使局部受力过大；气阀间隙过大；气阀机构振动背景知识——常见故障及管理阀盘与阀杆过渡圆角处和阀杆装卡块的凹槽处。后果使气阀掉入气缸。气阀弹簧断裂原因原因①振动；②材质热处理不符合要求；③锈蚀。背景知识——常见故障及管理固定螺栓拧得太紧。后果阀壳裂纹冷却水漏入排气管中实训一实训一柴油机气阀的拆装、研磨及密封性检验1、柴油机气阀的拆装进、排气阀的拆卸：将气缸盖用木板垫稳放平，先拆下摇臂，后将气阀拆卸工具一端钩住摇臂销，中间套在气阀弹簧座上，用力压下拆卸工具另一端，压缩气阀弹簧，从上弹簧座中取出两半的气阀锁块，便可依次取下弹簧座，气阀弹簧，然后将缸盖翻转，由气阀座中抽出气阀。注意识别进、排气阀，例如6160A柴油机进气阀阀杆上部有一道环槽。（1）、气阀与阀座互研①进行研磨之前，清洗或刮洗排气通道、气阀导管、阀座处的积炭。②在气阀密封锥面涂一层用机油调和的200目粗金刚砂，用橡皮碗吸住阀盘底平面，以拍打与转动结合的动作进行研磨，直到气阀锥面出现一条十分整齐的灰暗色环带为止。③将密封面上的粗研磨膏擦掉，用600目的细纱进行研磨，直到出现完整密封带。④擦掉细研磨膏，再用机油进行研磨，直到阀和阀座上出现灰色光亮完整而均匀的阀线为止。⑤清洗气阀、阀座、气阀导管中的研磨膏。实训一2、气阀研磨及密封性检验气阀密封面发生严重磨损，烧伤和腐蚀后，可以在气阀研磨机上，也可用车床进行阀面光车，或者阀座面用专用铰刀铰削，消除缺陷后，可与气阀座研磨。如严重缺陷，应报废，更换气阀。如气阀密封面磨损不大，可将气阀与阀座直接进行互研。以恢复正常密封。注意：①密封带宽度要适当，进气阀应在1.5～2mm内，排气阀应为2～3mm。②涂在阀密封面的金刚砂量要求适当，不能太多，以免流到阀杆与导套之间增加磨损。③用力不能过大，以免气阀与阀座由于过度撞击而使密封锥面磨款或磨成凹形。（2）、气阀密封性的检查气阀与阀座互研后检查密封性的方法有以下几种：1）在气阀锥面上用铅笔每隔3mm～5mm画一条线，然后将阀装入阀座，压住并转动90˚。取