柴油机的换气过程、换气机构

主推进动力装置Introductiontoship[1]一、柴油机的换气过程P120

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。

轮机知识Koukiepin主推进动力装置Introductiontoship[2]一、四冲程柴油机换气过程P1201）自由排气阶段

从排气阀开启到气缸压力接近于排气管压力为止称为自由排气阶段。

当排气阀开启时，气缸压力远高于排气管压力，排气管压力与气缸压力之比小于临界值（临界压比），气体流动为超临界流动，气缸内废气在超临界压比作用下以当地音速流过排气阀最小截面处。气缸压力迅速下降，排气管压力上升。当排气管压力与气缸压力比大于临界压比时，气体流动转入亚音速流动阶段。到某一时刻，气缸压力接近于排气管压力，自由排气阶段即告结束。轮机知识Koukiepin主推进动力装置Introductiontoship[3]一、四冲程柴油机换气过程2）强制排气阶段

活塞上行将气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，此阶段末尾可利用排气管中废气的流动惯性把气缸内的废气继续吸出。轮机知识Koukiepin主推进动力装置Introductiontoship[4]一、四冲程柴油机换气过程P1213）进气阶段

进气阀提前开启，气缸中废气压力低于进气管进气压力时开始进气。进气流具有一定惯性。进气阀滞后关闭可使气柱的动能转化为压力能，使进气终了时气缸压力接近或略高于进气管压力。

轮机知识Koukiepin主推进动力装置Introductiontoship[5]试题练习柴油机换气过程是指（）。A．排气行程B．进气行程C．进、排气行程D．进、排气过程答案：D由四冲程增压柴油机的换气过程特性可知，在进气阀打开瞬时，气缸内压力（）。A．低于进气压力B．高于进气压力C．等于进气压力D．忽高忽低答案：B柴油机排气阀在下止点前打开，其主要目的是（）。A．排尽废气多进新气B．减少排气冲程耗功C．减少新气废气掺混D．增加涡轮废气能量答案：A轮机知识Koukiepin主推进动力装置Introductiontoship[6]试题练习在四冲程柴油机中，排至废气管中的废气又重新被吸入气缸，其原因是（）。A．进气阀提前开启角太小B．进气阀提前开启角太大C．排气阀延后关闭角太小D．排气阀延后关闭角太大答案：D在四冲程柴油机中，发生缸内废气倒灌进气管的原因是（）。A．进气阀提前开启角太小B．进气阀提前开启角太大C．排气阀提前开启角太小D．排气阀提前开启角太大答案：B在四冲程柴油机中，压缩终点的压力和温度下降的原因是（）。A．排气阀提前开启角太小B．排气阀提前开启角太大C．进气阀延后关闭角太小D．进气阀延后关闭角太大答案：D轮机知识Koukiepin主推进动力装置Introductiontoship[7]二、二冲程柴油机换气过程P1211）自由排气阶段（B→R)

从排气口打开启B起到缸内压力等于扫气箱空气压力即R点为止。在膨胀冲程的末尾，下行的活塞把排气口打开（B点），此时气缸内的压力比排气管中的压力高得多，它们之比值（临界压比）小于临界值，废气以临界速度流出排气口进入排气管。超临界流动持续到临界压比等于临界值的K点。此后废气以亚临界速度自由排出气缸。当气缸内压力约等于扫气箱空气压力时（即R点），自由排气阶段的结束。

扫气口刚打开时（D点），气缸压力仍略高于扫气压力。但因压差不大而时间很短，倒流可忽略。如果排气不畅、排气阀开启正时偏迟，废气倒冲就会变严重，甚至可能引起扫气箱着火。轮机知识Koukiepin主推进动力装置Introductiontoship[8]二、二冲程柴油机换气过程P1212）强制排气和扫气阶段（R→C）

从进气开始R点到活塞关闭扫气口C点为止。

此阶段开始时，由于扫气口开度小，排气口已开得很大，气缸中废气正以很高流速流入排气管，气缸内压力继续迅速降低。由于废气流的惯性作用，气缸内压力进一步降低。

随着扫气口开度的增加，扫气大量进入，气缸中压力逐渐升高。在扫气口关闭而结束此阶段前，气缸内压力趋于稳定。

本阶段中，主要是利用扫气空气进入气缸把气缸内的废气排挤出去，故称为强制排气及扫气阶段。轮机知识Koukiepin主推进动力装置Introductiontoship[9]二、二冲程柴油机换气过程P1213）过后扫气阶段（C→E)

从扫气口关闭的C点到排气口关闭的E点。活塞上行先关闭扫气口（C点）。此时，气缸中的残余废气掺混部分新鲜空气经由仍然开启的排气口（阀）继续排入排气管，直至排气口（阀）于E点关闭。

在E点之后，气缸内开始进行压缩过程。

从提高换气质量要求，应力求缩短过后排气阶段。轮机知识Koukiepin主推进动力装置Introductiontoship[10]试题练习二冲程柴油机换气过程中，当活塞将扫气口关闭到排气口关闭，这一阶段时间称为（）。A．自由排气阶段B．过后排气阶段C．强制排气与扫气阶段D．超临界排气阶段答案：B二冲程柴油机在换气过程中，活塞将扫气口打开到扫气口关闭，这一阶段称为（）。A．自由排气阶段B．过后排气阶段C．强制排气与扫气阶段D．超临界排气阶段答案：C从提高换气质量要求，应力求缩短的换气阶段是（）。A．过后排气阶段B．自由排气阶段C．扫气阶段D．强制排气阶段答案：A轮机知识Koukiepin主推进动力装置Introductiontoship[11]试题练习二冲程柴油机换气过程第I阶段是自由排气阶段，它是从（）。A．排气口（阀）打开到扫气口打开B．排气口（阀）打开到缸内压力等于临界压力C．排气口（阀）打开到缸内压力等于扫气压力D．排气口（阀）打开到缸内开始进新气答案：C二冲程柴油机换气过程第Ⅱ阶段是强制排气与扫气阶段，它是从（）。A．缸内压力等于扫气压力到扫气口关闭B．缸内出现最低压力到扫气口关闭C．活塞将扫气口打开到扫气口关闭D．开始进入新鲜空气到扫气口关闭答案：A轮机知识Koukiepin主推进动力装置Introductiontoship[12]试题练习换气过程的自由排气阶段中，废气的排出主要靠（）。A．气体流动惯性B．气缸内外压力差C．活塞上行的推挤作用D．新鲜空气驱赶答案：B由二冲程柴油机换气过程可知，当扫气口打开瞬时缸内压力（）。A．略高于扫气压力B．等于扫气压力C．略低于扫气压力D．A和B都可能答案：A二冲程柴油机的换气过程是从（）。A．扫气口开到扫气口关的过程B．扫气口开到排气口（阀）关的过程C．排气口（阀）开到排气口（阀）关的过程D．排气口（阀）开到扫气口关的过程答案：C轮机知识Koukiepin主推进动力装置Introductiontoship[13]第二节换气机构P124

换气机构的功能是实现对柴油机换气过程的控制。

也就是依照柴油机各气缸的工作次序，定时地打开或关闭进排气阀，以保证气缸里废气的排除和新鲜空气的充入。四冲程柴油机采用气阀式换气机构。当前低速柴油机均采用气口－气阀式换气机构。轮机知识Koukiepin主推进动力装置Introductiontoship[14]一、气阀机构

气阀机构由气阀、阀座、气阀导管、气阀弹簧和连接件等组成。结构上气阀机构有带阀壳式和不带阀壳式之分。小型柴油机使用不带阀壳的气阀机构。低速柴油机使用带阀壳的气阀机构。大功率中速柴油机，尤其是其排气阀，广泛采用带阀壳结构。轮机知识Koukiepin主推进动力装置Introductiontoship[15]1、带阀壳式气阀机构

带阀壳的气阀机构把气阀组件的所有零件组装在一个单独的阀壳中。再用柔性螺栓把阀壳安装在气缸盖上，这样在检修气阀时，只要卸去紧固螺栓把阀壳取下，而不用卸下缸盖。这给维护和检修带来方便。

气阀采用耐热耐磨合金钢制造。气阀座圈则采用合金铸铁或耐磨合金钢。阀壳紧固螺栓均采用柔性螺栓。

带阀壳的气阀机构的特点有：可使气缸盖结构简单、拆装维修气阀方便、有利于气阀的冷却，但气阀机构结构较复杂。轮机知识Koukiepin主推进动力装置Introductiontoship[16]不带阀壳式气阀机构P124

气阀直接安装在气缸盖上。气阀阀盘密封锥面与安装在气缸盖上的气阀座圈的密封锥面严密配合，以保证气密。阀杆与导管滑动配合。锥形卡块为剖分式，通过它使弹簧盘卡紧在阀杆上端的凹槽处。内外气阀弹簧使气阀在关闭时紧紧与阀座贴合，在开启和关闭过程中还使气阀的运动规律受凸轮的形状控制。阀杆上部还有卡环，防止阀杆上端凹槽处断裂后气阀掉入气缸。气阀座圈、导管与缸盖间一般采用过盈配合的安装方式。轮机知识Koukiepin主推进动力装置Introductiontoship[17]3、气阀P125

气阀由阀盘和阀杆两部分组成。

阀与阀座的配合方式有：全接触式、外接触式、内接触式。P126全接触式：实际接触宽度越大，散热能力越强，其阀线宽一般为1.5～2.5mm，小型高速柴油机的阀面与座面配合方式，多采用全接触式。外接触式：密封性好、阀盘易发生拱腰变形、拱腰变形后增加散热，中速柴油机的阀面与座面配合方式，多采用外接触式。内接触式：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，长行程低速柴油机的阀面与座面配合方式，多采用内接触式。

常见的阀面锥角α：30°和45°轮机知识Koukiepin主推进动力装置Introductiontoship[18]气阀弹簧气阀弹簧的作用是：保证气阀关闭、使气阀跟随凸轮的运动。气阀通常采用两根内外旋向相反的弹簧，其目的是：提高弹簧疲劳强度、避免弹簧发生共振、防止弹簧断裂时气阀落入气缸。轮机知识Koukiepin主推进动力装置Introductiontoship[19]试题练习气阀弹簧的作用是（）。A．保证气阀关闭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＋C答案：D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．焊接答案：C常见的阀面锥角α（）。A．10°和15°B．15°和20°C．25°和30°D．30°和45°答案：D轮机知识Koukiepin主推进动力装置Introductiontoship[20]试题练习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答案：B气阀机构的组成部分不包括（）。A．气阀导管B．阀座C．弹簧D．顶杆答案：D轮机知识Koukiepin主推进动力装置Introductiontoship[21]试题练习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．易增大接触应力答案：D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C．阀盘易发生周边翘曲变形D．翘曲变形后增加阀盘散热答案：B气阀阀面与阀座为全接触式配合，其阀线宽一般为（）。A．0.5～1mmB．1～1.5mmC．1.5～2.5mmD．2～3mm答案：C轮机知识Koukiepin主推进动力装置Introductiontoship[22]试题练习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．三种方式均用答案：A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．三种方式均用答案：B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．三种方式均用答案：C轮机知识Koukiepin主推进动力装置Introductiontoship[23]二、气阀传动机构P128

气阀传动机构有机械式和液压式两种。

机械式是传统的气阀驱动机构。广泛用于各型柴油机上。新型低速柴油机均采用了液压式气阀驱动机构。

轮机知识Koukiepin主推进动力装置Introductiontoship[24]1．机械式气阀驱动机构中小型柴油机常用机械式气阀驱动机构。它主要由带滚轮的顶头、推杆【顶杆】和摇臂等组成。摇臂经轴销安装在摇臂座上，摇臂座用螺栓固定在气缸盖上。柴油机冷态时，滚轮落在凸轮的基圆上，摇臂与气阀之间的间隙称为气阀间隙。该间隙是为了保证柴油机在达到最高工作温度时，气阀及气阀驱动机构受热膨胀后气阀仍能完全关闭。过小的气阀间隙将使气阀在达到最高工作温度时，因关闭不严而造成漏气。这会导致气阀烧损。过大的间隙使气阀落座时撞击速度增大，气阀容易损坏。为了调节此间隙，在摇臂的一端均装有调节螺钉。轮机知识Koukiepin主推进动力装置Introductiontoship[25]机械式气阀驱动机构排气阀的气阀间隙大于进气阀的气阀间隙，高增压柴油机的气阀间隙大于低增压柴油机的气阀间隙。轮机知识Koukiepin主推进动力装置Introductiontoship[26]2．液压式气阀驱动机构MAN-B&W公司MC型低速机采用液压驱动排气阀。（a）图为液压驱动排气阀的驱动油泵。供出的油由出油孔E经油管送至（b)图F孔推动排气阀。（b)图中，阀杆1顶端有推动活塞5，F孔进油时它在液压油缸中向下运动迫使排气阀打开。液压油缸顶上装有节流阀6，以排除液压系统的空气。由此节流阀逸出的油与液压活塞漏油一起经X孔排出，再由回油管引回凸轮轴箱。气阀落座前瞬间，液力缓冲器的圆筒7先进入液压油缸顶上的进油孔，由于活塞顶上环形空间里油的阻尼作用，减小了气阀落座时的撞击。排气阀采用这种液压驱动机构的优点有：1)维护管理和检修拆装方便，不用调整气阀间隙；2)阀落座速度可以控制，减少阀与阀座的撞击；3)气阀的开启由推动活塞推动，阀杆作无侧向推力的轴向运动，气阀导管的磨损减少；4)采用空气弹簧使气阀结构更为简单可靠。轮机知识Koukiepin主推进动力装置Introductiontoship[27]液压式气阀驱动机构轮机知识Koukiepin主推进动力装置Introductiontoship[28]试题练习液压式气阀传动机构的优点如下，其中错误的是（）。A．能自动调整气阀间隙B．阀杆不受侧推力C．噪声小D．改善了气阀的拆装条件答案：A气阀采用液压式传动机构的优点有（）。Ⅰ.影响气阀运动规律的因素较少Ⅱ.改善了气阀拆装条件Ⅲ.阀杆不受侧推力Ⅳ.总体布置较困难)Ⅴ.噪声低，阀与阀座撞击小Ⅵ.压力油密封简单A．Ⅰ＋Ⅲ＋ⅤB．Ⅱ＋Ⅲ＋ⅤC．Ⅲ＋Ⅳ＋ⅥD．Ⅲ＋Ⅴ＋Ⅵ答案：B轮机知识Koukiepin主推进动力装置Introductiontoship[29]试题练习液压式气阀传动机构的优点如下，其中错误的是（）。A．噪声低B．阀杆不受侧推力C．总体布置自由D．调试方便答案：D液压式气阀传动机构的优点（）。A．阀与阀座撞击小B．不需用凸轮控制C．制造简单D．调整气阀定时方便答案：A轮机知识Koukiepin主推进动力装置Introductiontoship[30]试题练习机械式气阀传动机构的组成部分包括（）。Ⅰ.凸轮Ⅱ.滚轮Ⅲ.顶杆Ⅳ.摇臂Ⅴ.气阀弹簧A．Ⅰ＋Ⅱ＋Ⅲ＋Ⅳ＋ⅤB．Ⅰ＋Ⅲ＋ⅣC．Ⅱ＋Ⅲ＋ⅣD．Ⅲ＋Ⅳ＋Ⅴ答案：C机械式气阀传动机构顶杆与摇臂、顶头的连接方式是（）。A．球形铰接B．圆柱形铰接C．螺纹连接D．键连接答案：A轮机知识Koukiepin主推进动力装置Introductiontoship[31]试题练习机械式气阀传动机构需供油润滑的部位一般包括（）。Ⅰ.摇臂轴Ⅱ.摇臂与阀杆接触部位Ⅲ.摇臂与顶杆接触部位Ⅳ.顶头与其导套的滑动面A．Ⅰ＋Ⅱ＋Ⅲ＋ⅣB．Ⅰ＋ⅣC．Ⅱ＋Ⅲ＋ⅣD．Ⅰ＋Ⅲ＋Ⅳ答案：A机械式气阀传动机构摇臂轴磨损对气阀工作的影响是（）。A．早开、早关B．晚开、晚关C．晚开、早关D．早开、晚关答案：C轮机知识Koukiepin主推进动力装置Introductiontoship[32]试题练习机械式气阀传动机构的作用是（）。A．控制气阀定时B．传递凸轮运动C．传递气阀运动D．传递滚轮运动答案：B造成机械式气阀传动机构顶杆弯曲的原因是（）。A．气阀间隙过小B．气阀卡死C．顶头卡死D．爆发压力过高答案：B轮机知识Koukiepin主推进动力装置Introductiontoship[33]试题练习液压式气阀传动机构的组成部分包括（）。Ⅰ.液压传动器Ⅱ.凸轮Ⅲ.顶头Ⅳ.摇臂Ⅴ.油管A．Ⅰ＋Ⅱ＋Ⅲ＋Ⅳ＋ⅤB．Ⅰ＋Ⅲ＋ⅤC．Ⅰ＋Ⅱ＋Ⅲ＋ⅤD．Ⅰ＋Ⅳ＋Ⅴ答案：B轮机知识Koukiepin主推进动力装置Introductiontoship[34]三、凸轮轴及其传动机构1．凸轮轴

柴油机进排气阀的启闭、喷油泵和起动空气分配器的驱动，当前一般都是通过其凸轮进行的。为了使结构尽可能简单，通常都把这些凸轮安置在同一根凸轮轴上。小型柴油机凸轮与凸轮轴制成整体。

较大缸径的柴油机凸轮与凸轮轴则分开制造，然后再把凸轮紧固在凸轮轴上。这种凸轮轴，当凸轮损坏时可单独更换凸轮。

大型柴油机为了制造方便，凸轮轴常常是每1～2缸一段，然后用刚性联轴节连接成整根凸轮轴。

轮机知识Koukiepin主推进动力装置Introductiontoship[35]三、凸轮轴及其传动机构2．凸轮轴传动机构

凸轮轴传动机构有齿轮传动、链传动等型式。其中以齿轮传动的应用最为普遍。中高速柴油机的凸轮轴传动机构大多数布置在飞轮端。这是因为轴系的扭转振动节点多数在飞轮附近。把传动机构布置在飞轮端可因扭振的振幅小而使传动较准确可靠。四冲程V型柴油机的凸轮轴齿轮传动机构，曲轴4上的正时齿轮5，经过中间齿轮3和2，传动凸轮轴上的正时齿轮1，带动凸轮轴6。经过两级齿轮减速后，正时齿轮1与5的速比为1:2。当前，除MC型柴油机继续采用链传动外，其它的低速柴油机的凸轮轴传动均采用齿轮传动。轮机知识Koukiepin主推进动力装置Introductiontoship[36]图4-12凸轮轴齿轮传动机构轮机知识Koukiepin主推进动力装置Introductiontoship[37]凸轮轴链传动机构下图为凸轮轴的链传动机构。凸轮轴与曲轴间的距离可以很大。传动链为套筒滚子链。在正车转向的松边装有张紧链轮1，张紧臂2靠自重绕左端铰链顺时针转动时自动张紧，张紧臂右端的液压缓冲装置3对链条起减振作用。以减小链条的横向抖动，使链条工作平稳。轮机知识Koukiepin主推进动力装置Introductiontoship[38]凸轮轴链传动机构1、张紧链轮2、张紧臂3、液压缓冲装置3轮机知识Koukiepin主推进动力装置Introductiontoship[39]试题练习中小型柴油机凸轮轴传动机构都安装在飞轮端，其目的是为了（）。A．保证传动比准确可靠B．减小曲轴的扭转振动C．便于拆装，安装方便D．保证曲轴和凸轮轴的传动比答案：A二冲程柴油机凸轮轴链传动机构中装置惰轮，关于其作用的错误说法是（）。A．张紧链条B．增加包角C．带动调速器D．调整配气定时答案：D在筒形活塞式柴油机中，传动凸轮轴的齿轮一般安装在曲轴的（）。A．首端B．尾端C．中部D．上部答案：B轮机知识Koukiepin主推进动力装置Introductiontoship[40]试题练习新型柴油机，凸轮轴传动机构采用链传动，其张紧轮设置在柴油机正车松边上，主要目的是（）。A．张紧链条