柴油機的換氣過程、換氣機構

主推進動力裝置Introductiontoship[1]一、柴油機的換氣過程P120

柴油機從開始排氣、掃氣到進氣結束的整個氣體更換過程稱為換氣過程。換氣過程進行完善，壓縮過程開始時殘留廢氣量少，存留在氣缸中的新鮮空氣量多，就為燃油的完全、及時燃燒創(chuàng)造了良好條件。

輪機知識Koukiepin主推進動力裝置Introductiontoship[2]一、四沖程柴油機換氣過程P1201）自由排氣階段

從排氣閥開啟到氣缸壓力接近于排氣管壓力為止稱為自由排氣階段。

當排氣閥開啟時，氣缸壓力遠高于排氣管壓力，排氣管壓力與氣缸壓力之比小于臨界值（臨界壓比），氣體流動為超臨界流動，氣缸內廢氣在超臨界壓比作用下以當?shù)匾羲倭鬟^排氣閥最小截面處。氣缸壓力迅速下降，排氣管壓力上升。當排氣管壓力與氣缸壓力比大于臨界壓比時，氣體流動轉入亞音速流動階段。到某一時刻，氣缸壓力接近于排氣管壓力，自由排氣階段即告結束。輪機知識Koukiepin主推進動力裝置Introductiontoship[3]一、四沖程柴油機換氣過程2）強制排氣階段

活塞上行將氣缸內的廢氣強制推擠入排氣管的階段，即為強制排氣階段。由于排氣閥延遲關閉，此階段末尾可利用排氣管中廢氣的流動慣性把氣缸內的廢氣繼續(xù)吸出。輪機知識Koukiepin主推進動力裝置Introductiontoship[4]一、四沖程柴油機換氣過程P1213）進氣階段

進氣閥提前開啟，氣缸中廢氣壓力低于進氣管進氣壓力時開始進氣。進氣流具有一定慣性。進氣閥滯后關閉可使氣柱的動能轉化為壓力能，使進氣終了時氣缸壓力接近或略高于進氣管壓力。

輪機知識Koukiepin主推進動力裝置Introductiontoship[5]試題練習柴油機換氣過程是指（）。A．排氣行程B．進氣行程C．進、排氣行程D．進、排氣過程答案：D由四沖程增壓柴油機的換氣過程特性可知，在進氣閥打開瞬時，氣缸內壓力（）。A．低于進氣壓力B．高于進氣壓力C．等于進氣壓力D．忽高忽低答案：B柴油機排氣閥在下止點前打開，其主要目的是（）。A．排盡廢氣多進新氣B．減少排氣沖程耗功C．減少新氣廢氣摻混D．增加渦輪廢氣能量答案：A輪機知識Koukiepin主推進動力裝置Introductiontoship[6]試題練習在四沖程柴油機中，排至廢氣管中的廢氣又重新被吸入氣缸，其原因是（）。A．進氣閥提前開啟角太小B．進氣閥提前開啟角太大C．排氣閥延后關閉角太小D．排氣閥延后關閉角太大答案：D在四沖程柴油機中，發(fā)生缸內廢氣倒灌進氣管的原因是（）。A．進氣閥提前開啟角太小B．進氣閥提前開啟角太大C．排氣閥提前開啟角太小D．排氣閥提前開啟角太大答案：B在四沖程柴油機中，壓縮終點的壓力和溫度下降的原因是（）。A．排氣閥提前開啟角太小B．排氣閥提前開啟角太大C．進氣閥延后關閉角太小D．進氣閥延后關閉角太大答案：D輪機知識Koukiepin主推進動力裝置Introductiontoship[7]二、二沖程柴油機換氣過程P1211）自由排氣階段（B→R)

從排氣口打開啟B起到缸內壓力等于掃氣箱空氣壓力即R點為止。在膨脹沖程的末尾，下行的活塞把排氣口打開（B點），此時氣缸內的壓力比排氣管中的壓力高得多，它們之比值（臨界壓比）小于臨界值，廢氣以臨界速度流出排氣口進入排氣管。超臨界流動持續(xù)到臨界壓比等于臨界值的K點。此后廢氣以亞臨界速度自由排出氣缸。當氣缸內壓力約等于掃氣箱空氣壓力時（即R點），自由排氣階段的結束。

掃氣口剛打開時（D點），氣缸壓力仍略高于掃氣壓力。但因壓差不大而時間很短，倒流可忽略。如果排氣不暢、排氣閥開啟正時偏遲，廢氣倒沖就會變嚴重，甚至可能引起掃氣箱著火。輪機知識Koukiepin主推進動力裝置Introductiontoship[8]二、二沖程柴油機換氣過程P1212）強制排氣和掃氣階段（R→C）

從進氣開始R點到活塞關閉掃氣口C點為止。

此階段開始時，由于掃氣口開度小，排氣口已開得很大，氣缸中廢氣正以很高流速流入排氣管，氣缸內壓力繼續(xù)迅速降低。由于廢氣流的慣性作用，氣缸內壓力進一步降低。

隨著掃氣口開度的增加，掃氣大量進入，氣缸中壓力逐漸升高。在掃氣口關閉而結束此階段前，氣缸內壓力趨于穩(wěn)定。

本階段中，主要是利用掃氣空氣進入氣缸把氣缸內的廢氣排擠出去，故稱為強制排氣及掃氣階段。輪機知識Koukiepin主推進動力裝置Introductiontoship[9]二、二沖程柴油機換氣過程P1213）過后掃氣階段（C→E)

從掃氣口關閉的C點到排氣口關閉的E點?；钊闲邢汝P閉掃氣口（C點）。此時，氣缸中的殘余廢氣摻混部分新鮮空氣經(jīng)由仍然開啟的排氣口（閥）繼續(xù)排入排氣管，直至排氣口（閥）于E點關閉。

在E點之后，氣缸內開始進行壓縮過程。

從提高換氣質量要求，應力求縮短過后排氣階段。輪機知識Koukiepin主推進動力裝置Introductiontoship[10]試題練習二沖程柴油機換氣過程中，當活塞將掃氣口關閉到排氣口關閉，這一階段時間稱為（）。A．自由排氣階段B．過后排氣階段C．強制排氣與掃氣階段D．超臨界排氣階段答案：B二沖程柴油機在換氣過程中，活塞將掃氣口打開到掃氣口關閉，這一階段稱為（）。A．自由排氣階段B．過后排氣階段C．強制排氣與掃氣階段D．超臨界排氣階段答案：C從提高換氣質量要求，應力求縮短的換氣階段是（）。A．過后排氣階段B．自由排氣階段C．掃氣階段D．強制排氣階段答案：A輪機知識Koukiepin主推進動力裝置Introductiontoship[11]試題練習二沖程柴油機換氣過程第I階段是自由排氣階段，它是從（）。A．排氣口（閥）打開到掃氣口打開B．排氣口（閥）打開到缸內壓力等于臨界壓力C．排氣口（閥）打開到缸內壓力等于掃氣壓力D．排氣口（閥）打開到缸內開始進新氣答案：C二沖程柴油機換氣過程第Ⅱ階段是強制排氣與掃氣階段，它是從（）。A．缸內壓力等于掃氣壓力到掃氣口關閉B．缸內出現(xiàn)最低壓力到掃氣口關閉C．活塞將掃氣口打開到掃氣口關閉D．開始進入新鮮空氣到掃氣口關閉答案：A輪機知識Koukiepin主推進動力裝置Introductiontoship[12]試題練習換氣過程的自由排氣階段中，廢氣的排出主要靠（）。A．氣體流動慣性B．氣缸內外壓力差C．活塞上行的推擠作用D．新鮮空氣驅趕答案：B由二沖程柴油機換氣過程可知，當掃氣口打開瞬時缸內壓力（）。A．略高于掃氣壓力B．等于掃氣壓力C．略低于掃氣壓力D．A和B都可能答案：A二沖程柴油機的換氣過程是從（）。A．掃氣口開到掃氣口關的過程B．掃氣口開到排氣口（閥）關的過程C．排氣口（閥）開到排氣口（閥）關的過程D．排氣口（閥）開到掃氣口關的過程答案：C輪機知識Koukiepin主推進動力裝置Introductiontoship[13]第二節(jié)換氣機構P124

換氣機構的功能是實現(xiàn)對柴油機換氣過程的控制。

也就是依照柴油機各氣缸的工作次序，定時地打開或關閉進排氣閥，以保證氣缸里廢氣的排除和新鮮空氣的充入。四沖程柴油機采用氣閥式換氣機構。當前低速柴油機均采用氣口－氣閥式換氣機構。輪機知識Koukiepin主推進動力裝置Introductiontoship[14]一、氣閥機構

氣閥機構由氣閥、閥座、氣閥導管、氣閥彈簧和連接件等組成。結構上氣閥機構有帶閥殼式和不帶閥殼式之分。小型柴油機使用不帶閥殼的氣閥機構。低速柴油機使用帶閥殼的氣閥機構。大功率中速柴油機，尤其是其排氣閥，廣泛采用帶閥殼結構。輪機知識Koukiepin主推進動力裝置Introductiontoship[15]1、帶閥殼式氣閥機構

帶閥殼的氣閥機構把氣閥組件的所有零件組裝在一個單獨的閥殼中。再用柔性螺栓把閥殼安裝在氣缸蓋上，這樣在檢修氣閥時，只要卸去緊固螺栓把閥殼取下，而不用卸下缸蓋。這給維護和檢修帶來方便。

氣閥采用耐熱耐磨合金鋼制造。氣閥座圈則采用合金鑄鐵或耐磨合金鋼。閥殼緊固螺栓均采用柔性螺栓。

帶閥殼的氣閥機構的特點有：可使氣缸蓋結構簡單、拆裝維修氣閥方便、有利于氣閥的冷卻，但氣閥機構結構較復雜。輪機知識Koukiepin主推進動力裝置Introductiontoship[16]不帶閥殼式氣閥機構P124

氣閥直接安裝在氣缸蓋上。氣閥閥盤密封錐面與安裝在氣缸蓋上的氣閥座圈的密封錐面嚴密配合，以保證氣密。閥桿與導管滑動配合。錐形卡塊為剖分式，通過它使彈簧盤卡緊在閥桿上端的凹槽處。內外氣閥彈簧使氣閥在關閉時緊緊與閥座貼合，在開啟和關閉過程中還使氣閥的運動規(guī)律受凸輪的形狀控制。閥桿上部還有卡環(huán)，防止閥桿上端凹槽處斷裂后氣閥掉入氣缸。氣閥座圈、導管與缸蓋間一般采用過盈配合的安裝方式。輪機知識Koukiepin主推進動力裝置Introductiontoship[17]3、氣閥P125

氣閥由閥盤和閥桿兩部分組成。

閥與閥座的配合方式有：全接觸式、外接觸式、內接觸式。P126全接觸式：實際接觸寬度越大，散熱能力越強，其閥線寬一般為1.5～2.5mm，小型高速柴油機的閥面與座面配合方式，多采用全接觸式。外接觸式：密封性好、閥盤易發(fā)生拱腰變形、拱腰變形后增加散熱，中速柴油機的閥面與座面配合方式，多采用外接觸式。內接觸式：密封性好、閥盤易發(fā)生周邊翹曲變形、翹曲變形后增加閥盤散熱，長行程低速柴油機的閥面與座面配合方式，多采用內接觸式。

常見的閥面錐角α：30°和45°輪機知識Koukiepin主推進動力裝置Introductiontoship[18]氣閥彈簧氣閥彈簧的作用是：保證氣閥關閉、使氣閥跟隨凸輪的運動。氣閥通常采用兩根內外旋向相反的彈簧，其目的是：提高彈簧疲勞強度、避免彈簧發(fā)生共振、防止彈簧斷裂時氣閥落入氣缸。輪機知識Koukiepin主推進動力裝置Introductiontoship[19]試題練習氣閥彈簧的作用是（）。A．保證氣閥關閉B．使氣閥開關時有微量旋轉C．使氣閥跟隨凸輪的運動D．A＋C答案：D氣閥閥座在氣缸蓋上的安裝使用較多的固定方式是（）。A．螺紋連接B．安裝時壓緊C．過盈配合D．焊接答案：C常見的閥面錐角α（）。A．10°和15°B．15°和20°C．25°和30°D．30°和45°答案：D輪機知識Koukiepin主推進動力裝置Introductiontoship[20]試題練習關于帶閥殼的氣閥機構說法正確的是（）。A．結構簡單B．檢修方便C．用于小型柴油機D．閥殼和閥座一體制造答案：B氣閥機構的組成部分不包括（）。A．氣閥導管B．閥座C．彈簧D．頂桿答案：D輪機知識Koukiepin主推進動力裝置Introductiontoship[21]試題練習氣閥閥面與閥座為外接觸式配合，下述特點中不正確的說法是（）。A．密封性好B．閥盤易發(fā)生拱腰變形C．拱腰變形后增加散熱D．易增大接觸應力答案：D氣閥閥面與閥座為內接觸式配合，下述特點中不正確的說法是（）。A．密封性好B．釩、鈉腐蝕大C．閥盤易發(fā)生周邊翹曲變形D．翹曲變形后增加閥盤散熱答案：B氣閥閥面與閥座為全接觸式配合，其閥線寬一般為（）。A．0.5～1mmB．1～1.5mmC．1.5～2.5mmD．2～3mm答案：C輪機知識Koukiepin主推進動力裝置Introductiontoship[22]試題練習小型高速柴油機的閥面與座面配合方式，多采用（）。A．全接觸式B．外接觸式C．內接觸式D．三種方式均用答案：A強載中速柴油機的閥面與座面配合方式，多采用（）。A．全接觸式B．外接觸式C．內接觸式D．三種方式均用答案：B長行程低速柴油機的閥面與座面配合方式，多采用（）。A．全接觸式B．外接觸式C．內接觸式D．三種方式均用答案：C輪機知識Koukiepin主推進動力裝置Introductiontoship[23]二、氣閥傳動機構P128

氣閥傳動機構有機械式和液壓式兩種。

機械式是傳統(tǒng)的氣閥驅動機構。廣泛用于各型柴油機上。新型低速柴油機均采用了液壓式氣閥驅動機構。

輪機知識Koukiepin主推進動力裝置Introductiontoship[24]1．機械式氣閥驅動機構中小型柴油機常用機械式氣閥驅動機構。它主要由帶滾輪的頂頭、推桿【頂桿】和搖臂等組成。搖臂經(jīng)軸銷安裝在搖臂座上，搖臂座用螺栓固定在氣缸蓋上。柴油機冷態(tài)時，滾輪落在凸輪的基圓上，搖臂與氣閥之間的間隙稱為氣閥間隙。該間隙是為了保證柴油機在達到最高工作溫度時，氣閥及氣閥驅動機構受熱膨脹后氣閥仍能完全關閉。過小的氣閥間隙將使氣閥在達到最高工作溫度時，因關閉不嚴而造成漏氣。這會導致氣閥燒損。過大的間隙使氣閥落座時撞擊速度增大，氣閥容易損壞。為了調節(jié)此間隙，在搖臂的一端均裝有調節(jié)螺釘。輪機知識Koukiepin主推進動力裝置Introductiontoship[25]機械式氣閥驅動機構排氣閥的氣閥間隙大于進氣閥的氣閥間隙，高增壓柴油機的氣閥間隙大于低增壓柴油機的氣閥間隙。輪機知識Koukiepin主推進動力裝置Introductiontoship[26]2．液壓式氣閥驅動機構MAN-B&W公司MC型低速機采用液壓驅動排氣閥。（a）圖為液壓驅動排氣閥的驅動油泵。供出的油由出油孔E經(jīng)油管送至（b)圖F孔推動排氣閥。（b)圖中，閥桿1頂端有推動活塞5，F(xiàn)孔進油時它在液壓油缸中向下運動迫使排氣閥打開。液壓油缸頂上裝有節(jié)流閥6，以排除液壓系統(tǒng)的空氣。由此節(jié)流閥逸出的油與液壓活塞漏油一起經(jīng)X孔排出，再由回油管引回凸輪軸箱。氣閥落座前瞬間，液力緩沖器的圓筒7先進入液壓油缸頂上的進油孔，由于活塞頂上環(huán)形空間里油的阻尼作用，減小了氣閥落座時的撞擊。排氣閥采用這種液壓驅動機構的優(yōu)點有：1)維護管理和檢修拆裝方便，不用調整氣閥間隙；2)閥落座速度可以控制，減少閥與閥座的撞擊；3)氣閥的開啟由推動活塞推動，閥桿作無側向推力的軸向運動，氣閥導管的磨損減少；4)采用空氣彈簧使氣閥結構更為簡單可靠。輪機知識Koukiepin主推進動力裝置Introductiontoship[27]液壓式氣閥驅動機構輪機知識Koukiepin主推進動力裝置Introductiontoship[28]試題練習液壓式氣閥傳動機構的優(yōu)點如下，其中錯誤的是（）。A．能自動調整氣閥間隙B．閥桿不受側推力C．噪聲小D．改善了氣閥的拆裝條件答案：A氣閥采用液壓式傳動機構的優(yōu)點有（）。Ⅰ.影響氣閥運動規(guī)律的因素較少Ⅱ.改善了氣閥拆裝條件Ⅲ.閥桿不受側推力Ⅳ.總體布置較困難)Ⅴ.噪聲低，閥與閥座撞擊?、?壓力油密封簡單A．Ⅰ＋Ⅲ＋ⅤB．Ⅱ＋Ⅲ＋ⅤC．Ⅲ＋Ⅳ＋ⅥD．Ⅲ＋Ⅴ＋Ⅵ答案：B輪機知識Koukiepin主推進動力裝置Introductiontoship[29]試題練習液壓式氣閥傳動機構的優(yōu)點如下，其中錯誤的是（）。A．噪聲低B．閥桿不受側推力C．總體布置自由D．調試方便答案：D液壓式氣閥傳動機構的優(yōu)點（）。A．閥與閥座撞擊小B．不需用凸輪控制C．制造簡單D．調整氣閥定時方便答案：A輪機知識Koukiepin主推進動力裝置Introductiontoship[30]試題練習機械式氣閥傳動機構的組成部分包括（）。Ⅰ.凸輪Ⅱ.滾輪Ⅲ.頂桿Ⅳ.搖臂Ⅴ.氣閥彈簧A．Ⅰ＋Ⅱ＋Ⅲ＋Ⅳ＋ⅤB．Ⅰ＋Ⅲ＋ⅣC．Ⅱ＋Ⅲ＋ⅣD．Ⅲ＋Ⅳ＋Ⅴ答案：C機械式氣閥傳動機構頂桿與搖臂、頂頭的連接方式是（）。A．球形鉸接B．圓柱形鉸接C．螺紋連接D．鍵連接答案：A輪機知識Koukiepin主推進動力裝置Introductiontoship[31]試題練習機械式氣閥傳動機構需供油潤滑的部位一般包括（）。Ⅰ.搖臂軸Ⅱ.搖臂與閥桿接觸部位Ⅲ.搖臂與頂桿接觸部位Ⅳ.頂頭與其導套的滑動面A．Ⅰ＋Ⅱ＋Ⅲ＋ⅣB．Ⅰ＋ⅣC．Ⅱ＋Ⅲ＋ⅣD．Ⅰ＋Ⅲ＋Ⅳ答案：A機械式氣閥傳動機構搖臂軸磨損對氣閥工作的影響是（）。A．早開、早關B．晚開、晚關C．晚開、早關D．早開、晚關答案：C輪機知識Koukiepin主推進動力裝置Introductiontoship[32]試題練習機械式氣閥傳動機構的作用是（）。A．控制氣閥定時B．傳遞凸輪運動C．傳遞氣閥運動D．傳遞滾輪運動答案：B造成機械式氣閥傳動機構頂桿彎曲的原因是（）。A．氣閥間隙過小B．氣閥卡死C．頂頭卡死D．爆發(fā)壓力過高答案：B輪機知識Koukiepin主推進動力裝置Introductiontoship[33]試題練習液壓式氣閥傳動機構的組成部分包括（）。Ⅰ.液壓傳動器Ⅱ.凸輪Ⅲ.頂頭Ⅳ.搖臂Ⅴ.油管A．Ⅰ＋Ⅱ＋Ⅲ＋Ⅳ＋ⅤB．Ⅰ＋Ⅲ＋ⅤC．Ⅰ＋Ⅱ＋Ⅲ＋ⅤD．Ⅰ＋Ⅳ＋Ⅴ答案：B輪機知識Koukiepin主推進動力裝置Introductiontoship[34]三、凸輪軸及其傳動機構1．凸輪軸

柴油機進排氣閥的啟閉、噴油泵和起動空氣分配器的驅動，當前一般都是通過其凸輪進行的。為了使結構盡可能簡單，通常都把這些凸輪安置在同一根凸輪軸上。小型柴油機凸輪與凸輪軸制成整體。

較大缸徑的柴油機凸輪與凸輪軸則分開制造，然后再把凸輪緊固在凸輪軸上。這種凸輪軸，當凸輪損壞時可單獨更換凸輪。

大型柴油機為了制造方便，凸輪軸常常是每1～2缸一段，然后用剛性聯(lián)軸節(jié)連接成整根凸輪軸。

輪機知識Koukiepin主推進動力裝置Introductiontoship[35]三、凸輪軸及其傳動機構2．凸輪軸傳動機構

凸輪軸傳動機構有齒輪傳動、鏈傳動等型式。其中以齒輪傳動的應用最為普遍。中高速柴油機的凸輪軸傳動機構大多數(shù)布置在飛輪端。這是因為軸系的扭轉振動節(jié)點多數(shù)在飛輪附近。把傳動機構布置在飛輪端可因扭振的振幅小而使傳動較準確可靠。四沖程V型柴油機的凸輪軸齒輪傳動機構，曲軸4上的正時齒輪5，經(jīng)過中間齒輪3和2，傳動凸輪軸上的正時齒輪1，帶動凸輪軸6。經(jīng)過兩級齒輪減速后，正時齒輪1與5的速比為1:2。當前，除MC型柴油機繼續(xù)采用鏈傳動外，其它的低速柴油機的凸輪軸傳動均采用齒輪傳動。輪機知識Koukiepin主推進動力裝置Introductiontoship[36]圖4-12凸輪軸齒輪傳動機構輪機知識Koukiepin主推進動力裝置Introductiontoship[37]凸輪軸鏈傳動機構下圖為凸輪軸的鏈傳動機構。凸輪軸與曲軸間的距離可以很大。傳動鏈為套筒滾子鏈。在正車轉向的松邊裝有張緊鏈輪1，張緊臂2靠自重繞左端鉸鏈順時針轉動時自動張緊，張緊臂右端的液壓緩沖裝置3對鏈條起減振作用。以減小鏈條的橫向抖動，使鏈條工作平穩(wěn)。輪機知識Koukiepin主推進動力裝置Introductiontoship[38]凸輪軸鏈傳動機構1、張緊鏈輪2、張緊臂3、液壓緩沖裝置3輪機知識Koukiepin主推進動力裝置Introductiontoship[39]試題練習中小型柴油機凸輪軸傳動機構都安裝在飛輪端，其目的是為了（）。A．保證傳動比準確可靠B．減小曲軸的扭轉振動C．便于拆裝，安裝方便D．保證曲軸和凸輪軸的傳動比答案：A二沖程柴油機凸輪軸鏈傳動機構中裝置惰輪，關于其作用的錯誤說法是（）。A．張緊鏈條B．增加包角C．帶動調速器D．調整配氣定時答案：D在筒形活塞式柴油機中，傳動凸輪軸的齒輪一般安裝在曲軸的（）。A．首端B．尾端C．中部D．上部答案：B輪機知識Koukiepin主推進動力裝置Introductiontoship[40]試題練習新型柴油機，凸輪軸傳動機構采用鏈傳動，其張緊輪設置在柴油機正車松邊上，主要目的是（）。A．張緊鏈條