武理工船舶柴油機(jī)講義第4章 換氣和增壓

第四章?lián)Q氣和增壓第一節(jié)柴油機(jī)換氣過(guò)程柴油機(jī)從開(kāi)始排氣、掃氣到進(jìn)氣結(jié)束的整個(gè)氣體更換過(guò)程稱(chēng)為換氣過(guò)程。換氣過(guò)程進(jìn)行完善，壓縮過(guò)程開(kāi)始時(shí)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(shí)燃燒創(chuàng)造了良好條件。燃油的完全而及時(shí)的燃燒，不但使柴油機(jī)發(fā)出更大功率，提高其動(dòng)力性；使柴油機(jī)有高的熱效率，提高其經(jīng)濟(jì)性；而且，完全而及時(shí)的燃燒還意味著減少結(jié)炭和較低的循環(huán)平均溫度，從而提高其可靠性。減少排氣污染也必須有好的換氣質(zhì)量。因此，換氣質(zhì)量的好壞是柴油機(jī)工作優(yōu)劣的先決條件。一、四沖程柴油機(jī)的換氣過(guò)程圖4-1為一臺(tái)四沖程柴油機(jī)換氣過(guò)程的實(shí)測(cè)曲線。a)圖為氣缸壓力及排氣管內(nèi)壓力隨曲軸轉(zhuǎn)角變化的情況。b)圖為進(jìn)排氣閥通流截面積隨曲軸轉(zhuǎn)角變化的情況。根據(jù)氣體流動(dòng)的特點(diǎn)，可把換氣過(guò)程分為幾個(gè)階段來(lái)討論。

自由排氣階段。當(dāng)排氣閥開(kāi)啟時(shí)，氣缸壓力遠(yuǎn)高于排氣管壓力，排氣管壓力與氣缸壓力之比小于臨界值（），氣體流動(dòng)為超臨界流動(dòng)，氣缸內(nèi)廢氣在超臨界壓比作用下以當(dāng)?shù)匾羲倭鬟^(guò)排氣閥最小截面處。氣缸壓力迅速下降，排氣管壓力上升。當(dāng)排氣管壓力與氣缸壓力比大于臨界壓比時(shí)，氣體流動(dòng)轉(zhuǎn)入亞音速流動(dòng)階段。到某一時(shí)刻，氣缸壓力接近于排氣管壓力，自由排氣階段即告結(jié)束。強(qiáng)制排氣階段?；钊闲袑飧變?nèi)的廢氣強(qiáng)制推擠入排氣管的階段，即為強(qiáng)制排氣階段。由于排氣閥延遲關(guān)閉，此階段末尾可利用排氣管中廢氣的流動(dòng)慣性把氣缸內(nèi)的廢氣繼續(xù)吸出。進(jìn)氣過(guò)程。進(jìn)氣閥提前開(kāi)啟，氣缸中廢氣壓力低于進(jìn)氣管進(jìn)氣壓力時(shí)開(kāi)始進(jìn)氣。進(jìn)氣流具有一定慣性。進(jìn)氣閥滯后關(guān)閉可使氣柱的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓力能，使進(jìn)氣終了時(shí)氣缸壓力接近或略高于進(jìn)氣管壓力。氣閥疊開(kāi)和燃燒室掃氣過(guò)程。在氣閥疊開(kāi)期間，進(jìn)氣管、燃燒室和排氣管連通起來(lái)，當(dāng)進(jìn)氣管中壓力比排氣管內(nèi)壓力高時(shí)，新鮮空氣進(jìn)入氣缸，驅(qū)趕殘留在燃燒室中的廢氣并一起進(jìn)入排氣管。這既有利于清掃殘余廢氣，增加新鮮空氣充量，也有利于降低燃燒室部件冷卻液難以冷卻到的高溫壁面的溫度。但是應(yīng)該指出，氣閥疊開(kāi)角并不是大的就好，因?yàn)檫M(jìn)氣閥開(kāi)啟過(guò)早，會(huì)造成廢氣倒沖入進(jìn)氣管；排氣閥關(guān)閉過(guò)遲，過(guò)量的掃氣空氣【會(huì)增加增壓空氣的消耗，】會(huì)降低渦輪前的排氣溫度，減少增壓器渦輪獲得的可用能，【使柴油機(jī)的油耗率增加】。在換氣過(guò)程中，新鮮空氣與廢氣是不相摻混的。因此，四沖程柴油機(jī)的換氣質(zhì)量較高。二、二沖程柴油機(jī)的換氣過(guò)程圖4-2示出二沖程柴油機(jī)換氣過(guò)程曲線圖。根據(jù)缸內(nèi)氣體壓力變化的特點(diǎn)，可把換氣過(guò)程分成三個(gè)主要階段。

第一階段：自由排氣階段（B→R)在膨脹沖程的末尾，下行的活塞把排氣口打開(kāi)（B點(diǎn)），此時(shí)氣缸內(nèi)的壓力pb比排氣管中的壓力pr高得多，pr/pb之比值小于臨界值，廢氣以臨界速度流出排氣口進(jìn)入排氣管。超臨界流動(dòng)持續(xù)到pr/pb之比值等于臨界值的K點(diǎn)。此后廢氣以亞臨界速度自由排出氣缸。當(dāng)氣缸內(nèi)壓力約等于掃氣箱空氣壓力時(shí)（即R點(diǎn)），自由排氣階段的結(jié)束。如圖所示，掃氣口剛打開(kāi)時(shí)（D點(diǎn)），氣缸壓力仍略高于掃氣壓力。但因壓差不大而時(shí)間很短，倒流可忽略。如果排氣不暢、排氣閥開(kāi)啟正時(shí)偏遲，廢氣倒沖就會(huì)變嚴(yán)重，甚至可能引起掃氣箱著火。第二階段：強(qiáng)制排氣和掃氣階段（R→C）此階段開(kāi)始時(shí)，由于掃氣口開(kāi)度小，排氣口已開(kāi)得很大，氣缸中廢氣正以很高流速流入排氣管，氣缸內(nèi)壓力繼續(xù)迅速降低。由于廢氣流的慣性作用，氣缸內(nèi)壓力進(jìn)一步降低。然后，隨著掃氣口開(kāi)度的增加，掃氣大量進(jìn)入，氣缸中壓力逐漸升高。在掃氣口關(guān)閉而結(jié)束此階段前，氣缸內(nèi)壓力趨于穩(wěn)定。在本階段中，主要是利用掃氣空氣進(jìn)入氣缸把氣缸內(nèi)的廢氣排擠出去，故稱(chēng)為強(qiáng)制排氣及掃氣階段。第三階段：過(guò)后排氣階段（C→E)活塞上行先關(guān)閉掃氣口（C點(diǎn)）。此時(shí)，氣缸中的殘余廢氣摻混部分新鮮空氣經(jīng)由仍然開(kāi)啟的排氣口（閥）繼續(xù)排入排氣管，直至排氣口（閥）于E點(diǎn)關(guān)閉。在E點(diǎn)之后，氣缸內(nèi)開(kāi)始進(jìn)行壓縮過(guò)程。二沖程柴油機(jī)換氣的持續(xù)時(shí)間約為120?～150?曲軸轉(zhuǎn)角，而四沖程柴油機(jī)實(shí)現(xiàn)換氣過(guò)程所占的時(shí)間則相當(dāng)于400?～500?曲軸轉(zhuǎn)角。如果轉(zhuǎn)速相同，則二沖程柴油機(jī)的換氣時(shí)間只有四沖程柴油機(jī)的大約1/3。因此二沖程柴油機(jī)進(jìn)行完善的換氣較困難，高、中速柴油機(jī)尤其困難。三、時(shí)面值、角面值在一次換氣過(guò)程中各個(gè)階段氣口或氣閥的通流能力是以它們所擁有的時(shí)面值來(lái)衡量的（f為氣口或氣閥瞬時(shí)通流面積，t1與t2為各個(gè)階段開(kāi)始與終了時(shí)刻）。它不僅考慮了氣口或氣閥開(kāi)啟面積的大小，還同時(shí)考慮了開(kāi)啟時(shí)間的長(zhǎng)短。由于,。（j1與j2為與t1和t2相對(duì)應(yīng)的曲柄轉(zhuǎn)角，為氣口或氣閥的幾何通流面積隨曲柄轉(zhuǎn)角變化的規(guī)律。）稱(chēng)角面值。它表示氣口或氣閥的通流能力。對(duì)于既定的柴油機(jī)它是一個(gè)定值，它的大小與轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)。四、充氣效率ηv在進(jìn)氣過(guò)程結(jié)束時(shí)，由于存在流動(dòng)阻力，氣缸內(nèi)壓力低于進(jìn)氣管處壓力。同時(shí)由于壁面對(duì)吸入空氣的加熱，進(jìn)氣與殘留在氣缸中廢氣的混合以及進(jìn)氣動(dòng)能部分轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿仍?，氣缸里進(jìn)氣溫度比進(jìn)氣管處空氣溫度高。因此如把吸進(jìn)氣缸內(nèi)的新鮮空氣體積換算成進(jìn)氣管狀態(tài)的體積，此換算體積將小于氣缸工作容積?！静迦氲诎苏翽203】充氣效率ηv定義為實(shí)際吸入氣缸的新鮮空氣量ma與進(jìn)氣管狀態(tài)下充滿(mǎn)氣缸工作容積Vh的空氣量ms之比值，即

四沖程柴油機(jī)根據(jù)進(jìn)氣過(guò)程的能量平衡關(guān)系，可以得到ηv的由各種影響因素組成的表達(dá)式（略），并進(jìn)而估算出各影響因素對(duì)ηv的影響程度。估算結(jié)果如圖4-3所示。直線1表示一假想的沒(méi)有流動(dòng)阻力、沒(méi)有進(jìn)氣加熱的理想換氣過(guò)程。曲線4表示實(shí)際的換氣過(guò)程。曲線3〖表示〗【可看成】沒(méi)有吸入空氣加熱的換氣過(guò)程。曲線2表示僅有進(jìn)氣流動(dòng)阻力的換氣過(guò)程。根據(jù)此圖可了解影響充氣效率的有關(guān)因素：1)進(jìn)氣流動(dòng)阻力的影響【pa】：由于進(jìn)氣流道存在流動(dòng)阻力，產(chǎn)生壓降Δpa，所以進(jìn)氣結(jié)束時(shí)缸內(nèi)壓力pa=p0-Δpa。從流體力學(xué)得知：式中：n??柴油機(jī)轉(zhuǎn)速；f??進(jìn)氣閥通道截面積；K??比例系數(shù)?？梢?jiàn)，要提高ηv，必須減小Δpa，要求盡可能增大進(jìn)氣通道截面積f。因此，中、大型四沖程柴油機(jī)普遍采用多（2甚至3）個(gè)進(jìn)氣閥結(jié)構(gòu)。而且由于降低進(jìn)氣流動(dòng)阻力比降低排氣流動(dòng)阻力對(duì)提高ηv更為有效，柴油機(jī)往往盡可能增大進(jìn)閥直徑，使進(jìn)氣閥直徑大于排氣閥直徑，以達(dá)到提高ηv的目的。圖4-3中曲線2與曲線1之間的差距就是單單由于進(jìn)氣流動(dòng)阻力導(dǎo)致的ηv下降。隨著轉(zhuǎn)速的升高，Δpa增大，ηv下降。圖還表明，除非在很低的轉(zhuǎn)速下，由進(jìn)氣流動(dòng)阻力造成的ηv下降占有主要的份額。它是影響ηv的主要因素。因此，運(yùn)行管理應(yīng)注意經(jīng)常保持進(jìn)氣系統(tǒng)的清潔，以減少流動(dòng)阻力。2)進(jìn)氣過(guò)程結(jié)束時(shí)氣缸內(nèi)氣體溫度的影響【Ta】：在進(jìn)氣過(guò)程中，由于壁面對(duì)空氣的加熱、與殘留廢氣的混合以及進(jìn)氣動(dòng)能部分轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿仍?，使吸入新鮮空氣溫度升高，導(dǎo)致ηv的下降。當(dāng)柴油機(jī)負(fù)荷增大，噴油量增加，循環(huán)的平均溫度升高，氣缸壁溫升高，ηv有所下降。當(dāng)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速增加時(shí)，進(jìn)氣與壁面接觸時(shí)間減少，壁面?zhèn)鹘o進(jìn)氣的熱量減少。圖4-3曲線3與曲線4之間的差距就是純粹由于壁面?zhèn)鹘o進(jìn)氣熱量導(dǎo)致的ηv下降。進(jìn)氣過(guò)程結(jié)束時(shí)氣缸內(nèi)氣體溫度有所升高對(duì)ηv的影響較小，是影響ηv的次要因素。3)剩馀廢氣系數(shù)γr的影響：當(dāng)換氣終了時(shí)氣缸內(nèi)的剩馀廢氣系數(shù)γr（即換氣結(jié)束時(shí)氣缸里殘余廢氣量與新鮮空氣量之比值）增加，則吸入氣缸的新鮮空氣減少，從而使ηv下降。如排氣背壓增加，將使γr增加，從而使ηv下降。但由于四沖程柴油機(jī)的γr很小且【正常工作時(shí)】變化范圍也很小，故實(shí)際影響很小。4)柴油機(jī)氣閥正時(shí)的影響：(1)排氣閥提前開(kāi)：排氣閥開(kāi)啟初期其通道截面積很小，流動(dòng)阻力很大。如果排氣閥太接近下止點(diǎn)時(shí)才開(kāi)啟，提前開(kāi)啟的角度太小，廢氣排出不暢，會(huì)造成活塞上行推出廢氣消耗的功增大。殘余廢氣量增加，充氣效率ηv下降。但排氣閥提前開(kāi)啟角也不能太大，否則會(huì)使氣體膨脹功損失過(guò)大。圖4-4表示不同的排氣提前角的影響。a--最合適，b--過(guò)早開(kāi)啟，c--過(guò)晚開(kāi)啟。(2)排氣閥滯后關(guān)：排氣閥的滯后關(guān)一方面使活塞到達(dá)上止點(diǎn)時(shí)，排氣閥仍有足夠通道截面，有利于廢氣的排出；另一方面，由于利用了排氣流的慣性，可使廢氣排得更干凈。(3)進(jìn)氣閥提前開(kāi)：進(jìn)氣閥提前開(kāi)除了使進(jìn)氣沖程開(kāi)始時(shí)有較大的通道截面，以減少進(jìn)氣阻力，提高ηv外，還可形成進(jìn)排氣閥疊開(kāi)，對(duì)燃燒室進(jìn)行掃氣，減少剩余廢氣量，提高ηv。(4)進(jìn)氣閥滯后關(guān)：進(jìn)氣閥延遲在下止點(diǎn)后關(guān)閉，一方面使活塞在下止點(diǎn)附近時(shí)進(jìn)氣閥仍有足夠開(kāi)度，不致因開(kāi)度不足而使Δpa增大。另一方面還可充分利用進(jìn)氣流的慣性而吸入更多空氣。圖4-3中曲線3與曲線2之間的差距，可認(rèn)為是所選定的氣閥正時(shí)，主要是進(jìn)氣閥關(guān)閉正時(shí)的影響。其中在某一轉(zhuǎn)速附近時(shí)，這個(gè)損失最小。高于這個(gè)轉(zhuǎn)速時(shí)，進(jìn)氣閥關(guān)閉過(guò)早，未能充分利用進(jìn)氣慣性；低于這個(gè)轉(zhuǎn)速時(shí)，進(jìn)氣閥關(guān)閉過(guò)遲，則造成進(jìn)氣倒流。不同轉(zhuǎn)速下，存在不同的最佳正時(shí)。因此要使柴油機(jī)的性能達(dá)到最佳，運(yùn)行于不同的轉(zhuǎn)速時(shí)，其正時(shí)應(yīng)該是不同的。但常規(guī)的氣閥啟閉控制機(jī)構(gòu)做不到這一點(diǎn)。因此，變速使用的船舶主柴油機(jī)，說(shuō)明書(shū)所規(guī)定的氣閥正時(shí)，只是在常用的高轉(zhuǎn)速下才能取得最佳的ηv。二沖程柴油機(jī)中，進(jìn)氣流動(dòng)阻力、進(jìn)氣過(guò)程結(jié)束時(shí)氣缸內(nèi)氣體溫度、剩馀廢氣系數(shù)γr等因素對(duì)ηv的影響與四沖程柴油機(jī)相似。柴油機(jī)排氣閥掃氣口正時(shí)影響到排氣閥掃氣口的通流能力和掃氣氣流在氣缸中的流向，對(duì)ηv有很大的影響。為了達(dá)到在耗費(fèi)新氣盡可能少的條件下把盡可能多的廢氣排出缸外，排氣閥掃氣口正時(shí)應(yīng)符合說(shuō)明書(shū)的規(guī)定值，應(yīng)定期清潔掃氣口，以保證掃氣氣流在氣缸中的流向，并減少流動(dòng)阻力。

第二節(jié)換氣機(jī)構(gòu)換氣機(jī)構(gòu)的功能－－實(shí)現(xiàn)對(duì)柴油機(jī)換氣過(guò)程的控制。即依照柴油機(jī)各氣缸的工作次序，定時(shí)地打開(kāi)或關(guān)閉進(jìn)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(jī)采用氣閥式換氣機(jī)構(gòu)。當(dāng)前低速柴油機(jī)均采用氣口－氣閥式換氣機(jī)構(gòu)。氣閥式換氣機(jī)構(gòu)＝氣閥機(jī)構(gòu)＋氣閥驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。本節(jié)還將闡述凸輪軸＋凸輪軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。一、氣閥機(jī)構(gòu)1．氣閥的工作條件氣閥承受著很高的熱負(fù)荷。氣閥頭部直接與高溫高壓的燃?xì)饨佑|，特別是排氣閥還受到高溫燃?xì)獾臎_刷。在高增壓柴油機(jī)上，排氣閥打開(kāi)瞬間的燃?xì)鉁囟瓤蛇_(dá)900～1000℃，排氣氣流速度可超過(guò)800m/s。因此結(jié)構(gòu)上如不采取有效措施，排氣閥溫度可達(dá)650～800℃以上。目前船舶主輔柴油機(jī)均燃用劣質(zhì)重油，這類(lèi)重油常含有大量的釩、鈉和硫等元素。燃油燃燒過(guò)程中這些元素形成的氧化物和鹽有可能造成所謂的“高溫腐蝕”。氣閥承受著很高的機(jī)械負(fù)荷。很高的氣體爆發(fā)壓力的作用及落座時(shí)的撞擊使氣閥工作過(guò)程中承受很大的沖擊性交變載荷，造成氣閥密封面彈性、塑性變形，閥盤(pán)反復(fù)滑移著楔入閥座，造成磨損。因此氣閥、特別是排氣閥的工作條件是極其嚴(yán)酷的。其檢修周期成了柴油機(jī)重要的技術(shù)指標(biāo)之一。2．氣閥組件結(jié)構(gòu)上氣閥機(jī)構(gòu)有帶閥殼和不帶閥殼之分，小型柴油機(jī)使用不帶閥殼的氣閥機(jī)構(gòu)，如圖4-5所示。低速柴油機(jī)使用帶閥殼的氣閥機(jī)構(gòu)。大功率中速柴油機(jī)，尤其是其排氣閥，廣泛采用帶閥殼結(jié)構(gòu)，如圖4-6所示。圖4-5中，氣閥直接安裝在氣缸蓋上。氣閥閥盤(pán)1密封錐面與安裝在氣缸蓋上的氣閥座圈11的密封錐面嚴(yán)密配合，以保證氣密。閥桿2與導(dǎo)管4滑動(dòng)配合。錐形卡塊8為剖分式，通過(guò)它使彈簧盤(pán)7卡緊在閥桿上端的凹槽處。內(nèi)外氣閥彈簧5和6既使氣閥在關(guān)閉時(shí)緊緊與閥座貼合，在開(kāi)啟和關(guān)閉過(guò)程中還使氣閥的運(yùn)動(dòng)規(guī)律受凸輪的形狀控制。閥桿上部還有卡環(huán)10，防止閥桿上端凹槽處斷裂后氣閥掉入氣缸。氣閥座圈、導(dǎo)管與缸蓋間一般采用過(guò)盈配合的安裝方式。圖4-5不帶閥殼的氣閥機(jī)構(gòu)帶閥殼的氣閥機(jī)構(gòu)把氣閥組件的所有零件組裝在一個(gè)單獨(dú)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(shí)，只要卸去緊固螺栓把閥殼取下，而不用卸下缸蓋。這給維護(hù)和檢修帶來(lái)方便。

圖4-6帶閥殼的氣閥機(jī)構(gòu)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。氣閥導(dǎo)管是氣閥的導(dǎo)承。它承受搖臂推閥所帶來(lái)的側(cè)推力，還承擔(dān)氣閥的散熱作用。普通氣閥【氣閥座圈非水冷】經(jīng)過(guò)導(dǎo)管的散熱量約占總散熱量的25%。導(dǎo)管材料常用各種鐵基粉末合金、灰鑄鐵和球墨鑄鐵。粉末合金能在潤(rùn)滑條件較差的情況下工作，磨損小。閥殼緊固螺栓均采用柔性螺栓。這是因?yàn)椋?)采用柔性螺栓使閥殼、缸蓋等受熱零件因受熱膨脹不一致而產(chǎn)生的附加應(yīng)力較小，不易發(fā)生蠕變而松脫；2)閥殼承受著脈動(dòng)的氣體壓力，柔性螺栓所受的交變應(yīng)力變化幅度較普通螺栓小，不易疲勞斷裂；3)柔性螺栓斷面較細(xì)表面光滑，結(jié)構(gòu)上力求避免應(yīng)力集中，疲勞強(qiáng)度較高。3．氣閥的常見(jiàn)故障及提高氣閥工作能力的措施由于柴油機(jī)增壓度越來(lái)越高，氣閥的熱負(fù)荷越來(lái)越大，特別是燃用劣質(zhì)燃油，使氣閥尤其是排氣閥工作條件更為嚴(yán)酷。因此氣閥尤其是排氣閥仍是故障率最高的部件之一。為了延長(zhǎng)排氣閥檢修期及壽命，新型柴油機(jī)普遍采取了幾種提高氣閥工作能力的措施。1)氣閥的常見(jiàn)故障（1）排氣閥燒損這是最常見(jiàn)故障。其主要原因是排氣閥密封不嚴(yán)，造成高溫燃?xì)饴┬梗乖撎巼?yán)重過(guò)熱，嚴(yán)重時(shí)可使該處熔穿一個(gè)大洞。造成排氣閥密封不良的原因有：①由于閥盤(pán)不同部位受熱、散熱條件不同，閥盤(pán)圓周上的溫度分布不均勻。即靠氣缸中心的部位溫度高，而靠缸蓋外側(cè)的溫度低。溫差大會(huì)造成閥盤(pán)變形【翹曲】而漏氣。②排氣閥閥盤(pán)及閥座密封錐面沉積一層混有碳粒的玻璃狀物質(zhì)。這些物質(zhì)主要由Na2SO4、CaSO4、Fe2O3、V2O5等組成，它們的成分主要來(lái)自重油中的雜質(zhì)。玻璃狀沉積物性脆。當(dāng)沉積厚度較大時(shí)，在閉閥時(shí)的撞擊下該沉積物會(huì)產(chǎn)生裂紋，反復(fù)撞擊后進(jìn)而發(fā)展到剝落，從而形成高溫燃?xì)鈬娍谑箽忾y燒損。③普通氣閥密封錐面在工作溫度下硬度并不很高，沉積的硬質(zhì)燃燒產(chǎn)物顆粒在閉閥的撞擊下，可使密封面出現(xiàn)凹坑，也可能造成漏氣。（2）排氣閥的高溫腐蝕劣質(zhì)燃油中含有釩、鈉和硫等元素。在燃油燃燒后這些元素的生成物對(duì)金屬有腐蝕作用。在氧化環(huán)境中，釩鹽作為氧的載體把氧帶入金屬，促使金屬氧化。鈉系化合物對(duì)金屬的腐蝕則是通過(guò)鈉的硫酸鹽使金屬硫化進(jìn)行的。形成的金屬硫化物不耐熱，在高溫下轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘傺趸?。上述化學(xué)反應(yīng)中的化合物，具有不同的熔點(diǎn)。V2O5熔點(diǎn)為670℃，Na2SO4熔點(diǎn)為850℃，而它們組成的二元系，如V2O5.Na2O系、V2O5.NaVO3系，在530℃左右即以熔融的化合物形態(tài)存在。如排氣閥的溫度過(guò)高，呈熔融狀態(tài)的這些生成物就容易粘附到排氣閥上，這時(shí)即使是非常耐腐蝕的硬質(zhì)合金或合金鋼，也會(huì)受到腐蝕。腐蝕結(jié)果在密封錐面上形成麻點(diǎn)凹坑。凹坑相連就可能造成漏氣。所以這也是造成氣閥燒損的原因。由于上述腐蝕是在高溫條件下產(chǎn)生的，所以稱(chēng)為高溫腐蝕。上述產(chǎn)生高溫腐蝕的有害元素釩、鈉和硫當(dāng)中，釩的危害性最大。（3）氣閥密封錐面磨損過(guò)快由上述已知，在爆發(fā)壓力作用下閥座及閥盤(pán)彈性變形，氣閥落座撞擊也會(huì)造成閥座及閥盤(pán)彈性變形，使閥盤(pán)錐面反復(fù)楔入，密封錐面產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，造成密封錐面磨損。①氣閥間隙過(guò)大，②閥盤(pán)和閥座剛度（包括氣缸蓋底板剛度）不足，③氣閥和閥座材料性能達(dá)不到要求或不匹配，④重油含有較多的釩、鈉和硫，⑤超負(fù)荷運(yùn)行或燃燒惡化，⑥冷卻不良，⑦閥桿與導(dǎo)管間隙過(guò)大，⑧氣閥機(jī)構(gòu)振動(dòng)使氣閥落座速度過(guò)大等，都會(huì)使磨損速率變大。增壓柴油機(jī)的進(jìn)氣閥容易發(fā)生快速磨損。這是因?yàn)樵鰤翰裼蜋C(jī)進(jìn)氣閥密封錐面不象排氣閥會(huì)形成一層非金屬層而不發(fā)生金屬接觸?！驹鰤翰裼蜋C(jī)也不象非增壓柴油機(jī)氣閥導(dǎo)管下端氣壓為負(fù)，導(dǎo)管內(nèi)的滑油往里吸，進(jìn)氣閥密封錐面可得到潤(rùn)滑?！吭鰤翰裼蜋C(jī)進(jìn)氣閥密封錐面的潤(rùn)滑條件惡劣，容易發(fā)生金屬接觸。因此有的增壓柴油機(jī)向進(jìn)氣道噴滑油，以防止進(jìn)氣閥發(fā)生快速磨損。（4）閥盤(pán)和閥桿斷裂斷裂主要發(fā)生在閥盤(pán)與閥桿過(guò)渡圓角處和閥桿裝卡塊的凹槽處。閥盤(pán)與閥桿過(guò)渡圓角處斷裂的原因有：①閥桿與導(dǎo)管的間隙過(guò)大；②閥盤(pán)或閥座變形使局部受力過(guò)大；③氣閥間隙過(guò)大；④氣閥機(jī)構(gòu)振動(dòng)。閥桿裝卡塊的凹槽處是氣閥最薄弱部位。如該凹槽加工不良或閉閥沖擊力較重，會(huì)產(chǎn)生疲勞斷裂。2)提高氣閥工作能力的措施（1）采用水冷式閥座氣閥頭部從燃?xì)庵形盏臒崃恐屑s有75％左右是經(jīng)由閥座傳導(dǎo)出去的。如果進(jìn)入氣閥的熱量不能迅速傳導(dǎo)出去，則氣閥及閥座的溫度將升高。這將導(dǎo)致燃燒產(chǎn)物沉積增加，高溫腐蝕加劇，熱變形增大和材料強(qiáng)度與硬度下降等。降低氣閥組溫度最有效的措施是采用冷卻式閥座。燒重油的新型柴油機(jī)均采用了強(qiáng)制水冷式閥座。當(dāng)前燃用劣質(zhì)燃油的中速柴油機(jī)排氣閥密封錐面溫度均已能控制在410～430℃以下。新型低速機(jī)閥座采用鉆孔冷卻，密封錐面平均溫度已達(dá)350℃。最新型中速機(jī)①加大了氣缸蓋高度，②采用了厚燃燒壁鉆孔冷卻，③氣閥座圈直接安裝在氣缸蓋上并強(qiáng)制水冷。盡管【增壓度尤其是】爆發(fā)壓力大大提高，燃燒壁面的熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力均可降低，將燃燒壁面的變形減至最小，這就意味著改善了氣閥與氣閥座的接觸狀態(tài)，從而延長(zhǎng)了氣閥的維修間隔。新設(shè)計(jì)還使拆裝氣缸蓋工作量大大減少。因此最新型中速機(jī)已不用帶閥殼的氣閥。（2）安裝旋閥器 安裝旋閥器由于每啟閉一次均能使氣閥轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度，這樣就可：①【使閥盤(pán)均勻受熱、散熱】保證閥盤(pán)的溫度分布均勻?！靖纳崎y盤(pán)的熱應(yīng)力狀態(tài)，】大大減小閥盤(pán)溫差變形，【使其熱變形均勻，防止漏氣。】也減小了密封錐面的最高溫度。②可減少密封錐面上導(dǎo)熱不良的沉積物，使之貼合嚴(yán)密，利于散熱，減少高溫腐蝕，減少燒損磨損。③可改善閥桿與導(dǎo)管間的潤(rùn)滑條件，減少閥桿漏氣，減少閥桿周?chē)纬伞汲练e物〗【積炭】，防止卡〖住〗【阻】。因而氣閥的使用期限可延長(zhǎng)2倍以上。常見(jiàn)的旋閥器有兩種，一種是在氣閥閥桿下端安裝的由排氣吹動(dòng)的葉片式旋閥器（見(jiàn)圖4-9），另一種是在氣閥彈簧的上端或下端裝設(shè)的旋閥器。圖4-7所示為后一種旋閥器。它由旋閥器本體4、鋼珠2、碟形彈簧1、旋閥器外殼（又是氣閥彈簧的上彈簧盤(pán)）3組成。當(dāng)氣閥閉合時(shí)，氣閥彈簧彈力較小，碟形彈簧呈碟形。氣閥彈簧彈力通過(guò)旋閥器外殼傳遞至碟形彈簧，由碟形彈簧內(nèi)邊緣再傳至旋閥器本體，旋閥器本體將力傳給卡塊，最終傳給氣閥使氣閥保持閉合【，鋼珠不受力】。本體下面開(kāi)有六個(gè)腰形槽，槽中裝有鋼珠2和復(fù)位彈簧5。從圖a)可見(jiàn)，腰形槽底面帶有斜度。當(dāng)氣閥閉合時(shí)，鋼珠不受力。這時(shí)鋼珠被復(fù)位彈簧推至腰形槽的頂端。當(dāng)打開(kāi)氣閥時(shí)，碟形彈簧因受力增大而變平，氣閥彈簧力逐漸轉(zhuǎn)移到鋼珠上。使鋼珠受壓并滾至槽底最低點(diǎn)，復(fù)位彈簧被壓縮，如圖b)所示。在鋼珠滾向槽底最低點(diǎn)時(shí)，由于碟形彈簧、旋閥器外殼與氣閥彈簧壓緊不能轉(zhuǎn)動(dòng)，本體就帶動(dòng)卡塊、氣閥，一起向前轉(zhuǎn)一個(gè)角度。當(dāng)氣閥關(guān)閉時(shí)，由于氣閥彈簧彈力逐漸減小，碟形彈簧逐漸恢復(fù)原先形狀，鋼珠的壓力逐漸消失。當(dāng)它被釋放時(shí)，復(fù)位彈簧又把它推回槽的頂端。氣閥只在開(kāi)啟過(guò)程中轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度，離座、落座時(shí)無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)。圖4-7旋閥器的構(gòu)造已有多家公司在燃用劣質(zhì)重油的中速柴油機(jī)排氣閥上裝了一種新型旋閥器。這種稱(chēng)為T(mén)urnomat的旋閥器也屬于在氣閥彈簧的上端或下端裝設(shè)的旋閥器，該旋閥器使排氣閥在落座時(shí)仍有強(qiáng)制轉(zhuǎn)動(dòng)，以便擦掉密封錐面上的沉積物。相對(duì)圖4-7的旋閥器，延長(zhǎng)排氣閥使用期限的效果又有明顯提高。閥盤(pán)溫度均勻的程度與氣閥轉(zhuǎn)動(dòng)的速度有關(guān)，如12轉(zhuǎn)/分比3轉(zhuǎn)/分時(shí)閥盤(pán)溫度又要均勻一些。柴油機(jī)在標(biāo)定轉(zhuǎn)速時(shí)，旋閥器的轉(zhuǎn)速應(yīng)達(dá)設(shè)計(jì)值。如本體的鋼球滾道【腰形槽】臟污，則氣閥轉(zhuǎn)速將下降。所以氣閥旋轉(zhuǎn)速度降至一定值（如1轉(zhuǎn)/分）后，旋閥器必須拆洗。（3）采用新材料新工藝由于存在楔入磨損，對(duì)排氣閥密封錐面有高溫硬度要求。燃用劣質(zhì)燃油，既可能使排氣閥的高溫部位發(fā)生高溫腐蝕，又可能使閥桿、導(dǎo)管等低溫部位發(fā)生低溫腐蝕。因此氣閥密封錐面普遍采用在基材上堆焊一層鈷基或鎳基硬質(zhì)合金，而在閥桿部位則采用氮化、鍍鉻等工藝，以提高其耐腐蝕、耐磨性。目前燃用劣質(zhì)燃油的低、中速柴油機(jī)的排氣閥，甚至整個(gè)氣閥均用昂貴的超耐熱Nimonic合金（高鉻鎳基合金）制造。（4）閥盤(pán)與閥座的密封錐面采用不等的錐角為了提高氣閥的氣密性，閥盤(pán)與閥座為線接觸。通常設(shè)計(jì)成接觸線靠近密封錐面外邊緣，即閥座錐角比閥盤(pán)錐面角大0.5～1?。這種配合形式可避免接觸線內(nèi)側(cè)錐面與高溫燃?xì)饨佑|，延長(zhǎng)排氣閥的檢修周期。新型低速機(jī)氣閥改為接觸線靠近內(nèi)邊緣，閥座錐角比閥盤(pán)錐面角小0.2～0.5?，則閥盤(pán)錐面和閥座錐面間形成狹窄的楔形空間，接觸線離燃燒的氣體遠(yuǎn)了，接觸線附近溫度降低，不易產(chǎn)生高溫腐蝕，使排氣閥的檢修周期延長(zhǎng)。有的新型低速機(jī)排氣閥閥座密封錐面【除采用接觸線靠近內(nèi)邊緣外，】靠外緣處還車(chē)有一道隔熱空氣槽，如圖4-9所示。

掃氣結(jié)束時(shí)，槽內(nèi)充滿(mǎn)了空氣。燃燒時(shí)，燃燒的氣體在此節(jié)流冷卻后才到達(dá)接觸線，更使接觸線附近溫度降低，進(jìn)一步延長(zhǎng)排氣閥的檢修周期。4．氣閥組件管理維修注意事項(xiàng)雖然新型柴油機(jī)的氣閥機(jī)構(gòu)已進(jìn)行了大力改進(jìn)，但在管理維修中依然必須多加注意。1)盡管柴油機(jī)的氣閥采取了種種措施提高其工作能力，但在采購(gòu)燃油時(shí)，仍應(yīng)特別注意燃油的含釩量。否則檢修期和氣閥壽命還是會(huì)明顯縮短。如不得已必需燃用高釩燃油，可降低負(fù)荷運(yùn)行。這個(gè)辦法對(duì)較老型式的柴油機(jī)尤其有效。2)必須及時(shí)對(duì)氣閥進(jìn)行檢查。在磨削時(shí)必須注意氣閥閥盤(pán)錐面和閥座錐面的錐角存在的角度差。研磨后的實(shí)際接觸密封帶寬度應(yīng)符合要求，過(guò)寬會(huì)降低閥面的密封錐面比壓，氣密性較差；不利于擠碎閥錐面的沉積物，妨礙氣閥的密封。但過(guò)度狹窄的密封面磨損快，且不利于熱量傳出。3)氣閥導(dǎo)管和閥桿的間隙必須合適。磨損超差應(yīng)及時(shí)更換導(dǎo)管。因?yàn)檫^(guò)大的配合間隙會(huì)引起散熱不良，造成閥桿處漏氣，排氣閥閥桿處漏氣更易造成滑油結(jié)焦使閥卡死；過(guò)大間隙還使氣閥橫向振動(dòng)加劇，使閥盤(pán)與閥座密封面的滑移量增大，磨損增大；還可能造成氣閥單邊落座，這往往是造成閥盤(pán)與閥桿過(guò)渡圓角處斷裂的原因。當(dāng)然導(dǎo)管和閥桿的間隙也不能過(guò)小，否則會(huì)導(dǎo)致氣閥卡阻。4)實(shí)際氣閥錐面磨損率除與氣閥本身的材質(zhì)和表面處理工藝有關(guān)外，還與其配對(duì)的閥座材質(zhì)有關(guān)。同一種氣閥與不同材料的閥座配對(duì)工作，其磨損率可相差幾倍。因此在修理時(shí)更換閥座不能輕率改變閥座材料。閥座安裝時(shí)過(guò)盈必須適度。過(guò)盈量過(guò)小，座圈可能松動(dòng)和脫落。但過(guò)盈量過(guò)大，則將出現(xiàn)塑性變形，座圈也容易脫落。為此，更換座圈時(shí)應(yīng)嚴(yán)格采用推薦的過(guò)盈量。安裝時(shí)應(yīng)采用冷凍氣閥座法裝入。嚴(yán)禁采用敲擊法安裝閥座。5)帶閥殼的氣閥檢修后裝復(fù)時(shí)，閥殼的緊固螺栓不宜擰得過(guò)緊，否則閥殼容易因受熱膨脹應(yīng)力過(guò)大而產(chǎn)生裂紋。雖然正確的擰緊可能在初期會(huì)有少量漏氣，但運(yùn)行一段時(shí)間漏氣會(huì)漸漸消失。二、氣閥驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)氣閥驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)有機(jī)械式和液壓式兩種。機(jī)械式是傳統(tǒng)的氣閥驅(qū)動(dòng)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(dòng)機(jī)構(gòu)。1．機(jī)械式氣閥驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)圖4-8所示為中小型柴油機(jī)常見(jiàn)的氣閥驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。它主要由帶滾輪的頂頭D、推桿【頂桿】C和搖臂B1等組成。搖臂經(jīng)軸銷(xiāo)安裝在搖臂座B2上，搖臂座用螺栓固定在氣缸蓋上。柴油機(jī)冷態(tài)時(shí)，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(chēng)為氣閥間隙。留有該間隙是為了保證柴油機(jī)在達(dá)到最高工作溫度時(shí)，氣閥及氣閥驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)受熱膨脹后氣閥仍能完全關(guān)閉。過(guò)小的氣閥間隙將使氣閥在達(dá)到最高工作溫度時(shí)，因關(guān)閉不嚴(yán)而造成漏氣。這會(huì)導(dǎo)致氣閥燒損。該氣缸還可能因漏氣而【新鮮空氣減少】壓縮壓力下降，燃燒惡化，排氣溫度升高和功率下降。但過(guò)大的間隙也是有害的。因?yàn)檫@不但將改變氣閥正時(shí)。且使氣閥落座時(shí)撞擊速度增大，氣閥容易損壞。為了調(diào)節(jié)此間隙，在搖臂的一端均裝有調(diào)節(jié)螺釘。排氣閥的氣閥間隙大于進(jìn)氣閥的氣閥間隙，高增壓柴油機(jī)的氣閥間隙大于低增壓柴油機(jī)的氣閥間隙。

圖4-8機(jī)械式氣閥驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)2．液壓式氣閥驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)圖4-9所示為MAN-B&W公司MC型低速機(jī)的液壓驅(qū)動(dòng)排氣閥?！綼)圖為液壓驅(qū)動(dòng)排氣閥的驅(qū)動(dòng)油泵。供出的油由出油孔E經(jīng)油管送至b)圖F孔推動(dòng)排氣閥?！縝)圖中，閥桿1頂端有推動(dòng)活塞5，F(xiàn)孔進(jìn)油時(shí)它在液壓油缸中向下運(yùn)動(dòng)迫使排氣閥打開(kāi)。閥桿中部裝有一個(gè)空氣彈簧活塞4，此活塞位于空氣彈簧氣缸3中。由起動(dòng)空氣瓶來(lái)的遙控空氣減壓后，經(jīng)止回閥T向空氣彈簧氣缸補(bǔ)充壓縮空氣。閥桿下部裝有由排氣吹動(dòng)的葉片式旋閥器，在排氣閥開(kāi)啟期間使氣閥旋轉(zhuǎn)。測(cè)試桿9放下時(shí)，從測(cè)試桿升降的變化頻率，可判斷排氣閥的旋轉(zhuǎn)是否正常。2為空氣密封裝置，來(lái)自控制空氣氣源的密封空氣帶有油霧經(jīng)孔M進(jìn)入。密封空氣阻止了來(lái)自排氣道的廢氣和微粒的侵入，防止閥桿卡阻，防止閥桿、導(dǎo)管磨損。D為檢漏孔。【如有空氣漏出，則說(shuō)明其上面（空氣彈簧的）或下面（空氣密封裝置）的密封圈已磨損?！恳簤河透醉斏涎b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(jìn)入液壓油缸頂上的進(jìn)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(shí)的撞擊。氣閥整體用Nimonic合金制造，配以鉆孔冷卻座合面淬硬的合金鋼閥座。排氣閥采用這種液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)有：1)維護(hù)管理和檢修拆裝方便，不用調(diào)整氣閥間隙；2)閥落座速度〖可〗【得】以控制，減少閥與閥座的撞擊；3)氣閥的開(kāi)啟由推動(dòng)活塞推動(dòng)，閥桿作無(wú)側(cè)向推力的軸向運(yùn)動(dòng)，改善了閥的受力情況，氣閥導(dǎo)管的磨損也減少；4)采用空氣彈簧使氣閥結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單可靠。1這種液壓驅(qū)動(dòng)排氣閥其它公司的新型低速機(jī)上均加以移植采用。圖4-9液壓式氣閥驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)a)圖中，頂頭1上的彈簧使?jié)L輪與凸輪保持接觸。其供油時(shí)刻和供油規(guī)律由凸輪控制。供出的油由出油孔E經(jīng)油管送至F孔推動(dòng)排氣閥。由凸輪軸滑油系統(tǒng)來(lái)的油通過(guò)驅(qū)動(dòng)油泵液壓缸上部的止回閥4供給。當(dāng)驅(qū)動(dòng)油泵活塞2在氣閥落座后繼續(xù)下行時(shí)，由于液壓系統(tǒng)漏油或因溫度變化使系統(tǒng)中油量不足，油缸內(nèi)壓力小于油缸外壓力，止回閥4打開(kāi)，使油缸充滿(mǎn)油?；钊?剛開(kāi)始上行時(shí)，少量油從油缸壁上的小孔B經(jīng)可調(diào)針閥泄入凸輪軸箱。經(jīng)可調(diào)針閥漏泄的油量由調(diào)節(jié)螺釘5調(diào)節(jié)，以補(bǔ)償因制造、磨損所產(chǎn)生的微小偏差。磨損大漏泄多的，可調(diào)針閥應(yīng)關(guān)小一些。當(dāng)液壓系統(tǒng)中油壓過(guò)高時(shí)油由安全閥3泄掉。圖b)所示的新型排氣閥推動(dòng)活塞處增設(shè)了液力緩沖器，即使液壓系統(tǒng)中發(fā)生漏油，也能減輕閥與閥座的撞擊，因此其驅(qū)動(dòng)油泵取消了可調(diào)針閥。3．變排氣閥關(guān)正時(shí)及升程（VEC）系統(tǒng)我們知道，柴油機(jī)在不同工況下，進(jìn)排氣有不同的最佳正時(shí)。主機(jī)通常是根據(jù)標(biāo)定工況來(lái)確定配氣正時(shí)的。部分負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，配氣正時(shí)就很不理想。近來(lái)，大功率中速機(jī)發(fā)展到用兩根凸輪軸分別調(diào)節(jié)噴油正時(shí)和進(jìn)排氣正時(shí)。MAN-B&W和Sulzer在其低速機(jī)上則均已開(kāi)發(fā)了變排氣閥關(guān)正時(shí)及升程（VEC）系統(tǒng)，以?xún)?yōu)化部分負(fù)荷性能，減少排氣污染。其VEC機(jī)構(gòu)設(shè)在驅(qū)動(dòng)油泵處。圖4-10為用于RTA84T柴油機(jī)的VEC系統(tǒng)，它是用改變液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的滑油量，來(lái)改變排氣閥關(guān)正時(shí)及升程的。在負(fù)荷降低時(shí)，泄放其中部分滑油。這樣可以提早關(guān)閉排氣閥，可：1)減少過(guò)后排氣，使缸內(nèi)空氣量增多，有效壓縮比提高，壓縮終點(diǎn)壓力提高，最高爆發(fā)壓力提高，熱效率提高；2)新鮮空氣流失減少，也使燃燒完善，熱效率提高；3)過(guò)量空氣系數(shù)增大，同時(shí)也減少了排氣污染。圖4-10VEC系統(tǒng)三、凸輪軸及其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)1．凸輪軸柴油機(jī)進(jìn)排氣閥的啟閉、噴油泵和起動(dòng)空氣分配器的驅(qū)動(dòng)，當(dāng)前一般都是通過(guò)其凸輪進(jìn)行的。為了使結(jié)構(gòu)盡可能簡(jiǎn)單，通常都把這些凸輪安置在同一根凸輪軸上。小型柴油機(jī)凸輪與凸輪軸制成整體。較大缸徑的柴油機(jī)凸輪與凸輪軸則分開(kāi)制造，然后再把凸輪緊固在凸輪軸上。這種凸輪軸，當(dāng)凸輪損壞時(shí)可單獨(dú)更換凸輪。大型柴油機(jī)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。凸輪在凸輪軸上的安裝方式分為不可調(diào)節(jié)式和可調(diào)節(jié)式兩類(lèi)。不可調(diào)節(jié)式是凸輪和凸輪軸之間采用平鍵或銷(xiāo)固定。這種安裝方式簡(jiǎn)單可靠，但凸輪相對(duì)于凸輪軸不能調(diào)整。柴油機(jī)在實(shí)際使用中往往需要調(diào)節(jié)正時(shí)。因此，大中型柴油機(jī)凸輪在凸輪軸上的安裝，往往采用可調(diào)節(jié)式。凸輪在凸輪軸上可調(diào)節(jié)的安裝方式多種多樣，當(dāng)前得到廣泛應(yīng)用的是液壓套合式。圖4-11a)示出凸輪片的液壓套合式聯(lián)接。圖左側(cè)點(diǎn)劃線畫(huà)的是安裝用的液壓千斤頂。與凸輪軸接觸的套筒，其內(nèi)徑與凸輪軸為間隙很小的動(dòng)配合，其外圓與凸輪片內(nèi)孔按同樣的錐度（如1:35）加工。在凸輪片內(nèi)孔車(chē)有很淺的布油槽，與液壓油通孔相連。安裝時(shí)先把套筒和凸輪片按要求的位置套好，并裝上液壓千斤頂。此后，先用手動(dòng)式徑向高壓泵從圖示接頭位置壓入高壓油（壓力達(dá)100～200MPa），凸輪片內(nèi)孔即產(chǎn)生彈性變形被脹大，套筒與軸則有少量壓縮，隨后用軸向高壓泵向產(chǎn)生軸向推力的液壓千斤頂泵油，迫使凸輪片產(chǎn)生軸向位移。到位后，先泄去徑向高壓油后泄去軸向液壓千斤頂高壓油，安裝即告結(jié)束。這樣就依靠凸輪片孔內(nèi)徑收縮，造成凸輪片、套筒和凸輪軸間的過(guò)盈配合來(lái)傳遞工作扭矩。需要使凸輪片相對(duì)凸輪軸轉(zhuǎn)過(guò)一定角度（即調(diào)整正時(shí)）或需要更換凸輪片時(shí)，其操作與此相同。為了安裝和調(diào)整方便，在凸輪軸上有刻度線而在凸輪片上有找準(zhǔn)記號(hào)。有的柴油機(jī)調(diào)整正時(shí)是轉(zhuǎn)動(dòng)套筒內(nèi)圓柱面，這時(shí)徑向高壓油泵改從軸上接頭位置壓入高壓油，如圖b)所示。圖c)示出液壓套合式聯(lián)接也可用圓柱面（無(wú)錐面套筒）過(guò)盈聯(lián)接。它【先】用溫差法將凸輪、剛性聯(lián)軸節(jié)裝到預(yù)定的軸向位置，再用液壓法精確調(diào)整周向位置。 圖4-11凸輪片的聯(lián)接2．凸輪軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)凸輪軸由曲軸帶動(dòng)，兩者保持準(zhǔn)確的相對(duì)位置。按照柴油機(jī)工循環(huán)的要求，由凸輪控制的機(jī)構(gòu)每循環(huán)必須動(dòng)作一次。由于四沖程柴油機(jī)曲軸回轉(zhuǎn)兩周完成一個(gè)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，二沖程柴油機(jī)則應(yīng)該為1:1。凸輪軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有齒輪傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)等型式。其中以齒輪傳動(dòng)的應(yīng)用最為普遍。中高速柴油機(jī)的凸輪軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)大多數(shù)布置在飛輪端。這是因?yàn)檩S系的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)節(jié)點(diǎn)多數(shù)在飛輪附近。把傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置在飛輪端可因扭振的振幅小而使傳動(dòng)較準(zhǔn)確可靠。圖4-12為四沖程V型柴油機(jī)的凸輪軸齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。曲軸4上的正時(shí)齒輪5，經(jīng)過(guò)中間齒輪3和2，傳動(dòng)凸輪軸上的正時(shí)齒輪1，帶動(dòng)凸輪軸6。經(jīng)過(guò)兩級(jí)齒輪減速后，正時(shí)齒輪1與5的速比為1:2。當(dāng)前，除MC型柴油機(jī)繼續(xù)采用鏈傳動(dòng)外，其它的低速柴油機(jī)的凸輪軸傳動(dòng)均采用齒輪傳動(dòng)。為了縮短柴油機(jī)長(zhǎng)度，降低柴油機(jī)重量和造價(jià)，新型低速柴油機(jī)都在推力盤(pán)外緣裝上齒圈，作為傳動(dòng)凸輪軸的主動(dòng)鏈（齒）輪。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)一般都安置在專(zhuān)門(mén)的傳動(dòng)輪箱中。圖4-12凸輪軸齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)圖4-13為凸輪軸的鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。凸輪軸與曲軸間的距離可以很大。傳動(dòng)鏈為套筒滾子鏈。在正車(chē)轉(zhuǎn)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(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)自動(dòng)張緊，張緊臂右端的液壓緩沖裝置3對(duì)鏈條起減振作用。以減小鏈條的橫向抖動(dòng)，使鏈條工作平穩(wěn)。

圖4-13凸輪軸鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3．使用管理注意事項(xiàng)凸輪軸及其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)使用管理注意事項(xiàng)主要有：1)重裝凸輪軸的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)必須注意對(duì)準(zhǔn)其嚙合記號(hào)。在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)已拆卸而機(jī)械式氣閥驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)未拆卸的情況下，禁止盤(pán)動(dòng)曲軸。以防止活塞頂撞上開(kāi)啟的氣閥，造成氣閥損壞事故。2)凸輪及其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)必須經(jīng)常檢查其潤(rùn)滑的情況。檢查油路是否暢通，噴咀有否堵塞。3)對(duì)于鏈傳動(dòng)必須注意鏈條的張緊情況。當(dāng)磨損使鏈條伸長(zhǎng)達(dá)到規(guī)定值（指針下沉到刻度【底部】）時(shí)，即液壓緩沖裝置油缸下沉到了限定位置，就必須調(diào)整液壓緩沖裝置中阻尼活塞的位置，使其也相應(yīng)下移。【步驟如下：松開(kāi)螺母A、B、C和D，轉(zhuǎn)動(dòng)螺母C和D，使其下移，以使緩沖活塞得以下移?！肯缺P(pán)車(chē)使張緊輪邊成為松邊，并到達(dá)平衡重4垂直向下地懸掛著的位置，這時(shí)才調(diào)整液壓緩沖活塞的位置?！臼站o螺母B，直至軸與螺母之間留有規(guī)定的間隙D-1。擰緊螺母C。擰緊螺母D和A，并分別用鎖緊片鎖緊。最后重新固定指針，使其回到刻度上的零點(diǎn)。】當(dāng)鏈條磨損，增長(zhǎng)超過(guò)1.0％，就應(yīng)報(bào)廢。4)檢查和調(diào)整氣閥正時(shí)，必須在檢查和調(diào)整好氣閥間隙后再進(jìn)行。過(guò)小的氣閥間隙不但可能使氣閥關(guān)不嚴(yán)，且會(huì)使氣閥提前開(kāi)啟延后關(guān)閉。過(guò)大的氣閥間隙使氣閥撞擊加大，同時(shí)使氣閥延后開(kāi)啟提前關(guān)閉。第三節(jié)廢氣渦輪增壓系統(tǒng)和渦輪增壓器增壓是提高柴油機(jī)功率的最主要途徑。柴油機(jī)功率隨增壓壓力的增加成比例地增加。采用廢氣渦輪增壓，由于利用了廢氣能量，柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性還可同時(shí)得到提高。一、廢氣渦輪增壓發(fā)展概況廢氣渦輪增壓技術(shù)的發(fā)展使柴油機(jī)性能的提高產(chǎn)生飛躍，柴油機(jī)的發(fā)展離不開(kāi)增壓技術(shù)的發(fā)展。五十年代、六十年代商船不斷向大型化，高速化方向發(fā)展，要求船用柴油機(jī)功率增大。船用柴油機(jī)增壓度迅速提高。五十年代一般增壓壓比πk（壓氣機(jī)出口壓力與進(jìn)口壓力之比）小于1.5，增壓器效率ηTk在45％左右；六十年代πk為2.0~2.5，ηTk在55％左右，七十年代有些增壓器πk達(dá)3.0，ηTk達(dá)到60％左右。七十年代石油危機(jī)使石油價(jià)格漲了十幾倍，航運(yùn)造船界把注意力轉(zhuǎn)向了節(jié)能（油）。降低燃油消耗率成了船用柴油機(jī)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)，所以增壓器發(fā)展工作的側(cè)重點(diǎn)明顯地傾向提高效率ηTk方面。如果不是改善了增壓器的空氣動(dòng)力性能，渦輪增壓器的效率ηTk隨著壓比πk的增高會(huì)迅速下降，工作范圍會(huì)變窄，性能惡化?，F(xiàn)在采用三元流動(dòng)理論來(lái)進(jìn)行渦輪增壓器的氣動(dòng)設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)、制造過(guò)程中更深入地采用了計(jì)算機(jī)，使得設(shè)計(jì)越來(lái)越合理、制造越來(lái)越精確，增壓器的空氣動(dòng)力性能不斷改善。圖4-14是受石油危機(jī)影響，ABB公司VTR增壓器的發(fā)展情況。從圖上可看出增壓器的性能有很大的改善：1)增壓器的最高效率已達(dá)到72％。2)具有更寬的工作范圍。船舶營(yíng)運(yùn)部門(mén)廣泛采用減速航行來(lái)節(jié)油，人們不僅重視船舶柴油機(jī)的高負(fù)荷性能，而且更加重視其低負(fù)荷性能了。這也就要求增壓器有更寬的工作范圍，尤其在部分負(fù)荷（低壓比）時(shí)有較高的效率。3)具有更高的可用壓比。這一階段低速機(jī)在努力降低ge的同時(shí)，增壓度仍有所提高，只是pe的提高不如pmax的快。圖4-14VTR各系列增壓器的發(fā)展近年來(lái)石油的價(jià)格回落，航運(yùn)界要求柴油機(jī)有高的綜合經(jīng)濟(jì)性（包括高的可靠性、提高平均有效壓力降低單位功率造價(jià)及保持低的燃油消耗率）、排氣污染應(yīng)降低至法規(guī)限定的范圍內(nèi)。這就要求增壓器有更高的增壓壓比。當(dāng)然，在該壓比時(shí)也應(yīng)有足夠高的增壓器效率。針對(duì)低速機(jī)ABB公司推出了VTR-4D型增壓器（由VTR-4P型增壓器的壓氣機(jī)與VTR-4E型增壓器的渦輪擇優(yōu)拼裝而成，其壓比達(dá)3.9，總效率為0.67）。使新型低速機(jī)的性能進(jìn)一步提高，平均有效壓力已達(dá)到1.9MPa。二、廢氣渦輪增壓技術(shù)1.廢氣能量的組成為說(shuō)明廢氣能量的組成，我們畫(huà)出四沖程等壓渦輪增壓的理論示功圖（圖4-15）。其中：3-a：進(jìn)氣過(guò)程，進(jìn)氣壓力為pk。a-c-z’-z-b：壓縮、燃燒、膨脹過(guò)程。b-5-4：排氣過(guò)程，排氣管中的壓力為pT。o-a-3-2-o：壓氣機(jī)壓縮進(jìn)入柴油機(jī)氣缸的空氣所需能量。（3-a長(zhǎng)度為氣缸工作容積。）i-g’-3-2-i：壓氣機(jī)壓縮掃氣空氣所需能量。（g’-3長(zhǎng)度表示掃氣空氣體積。）o-a-g’-i-o：壓氣機(jī)消耗的總能量。b點(diǎn)：排氣閥打開(kāi)時(shí)氣缸中燃?xì)獾臓顟B(tài)。b-f-1-b：廢氣等熵膨脹到大氣壓p0時(shí)作出機(jī)械功的最大能力，即排氣閥打開(kāi)時(shí)氣缸中廢氣具有的可用能（火用）。e’-f’-i-g-e’：渦輪前廢氣的可用能。它由以下四部分組成：(1)e-f-1-5-e：廢氣到達(dá)渦輪前仍保留的可用能。(2)5-4-2-1-5：活塞以pT將〖Vh〗【Vs】體積的廢氣從氣缸中推出所給予的可用能。(3)i-g-4-2-i：掃氣空氣帶來(lái)的可用能。(4)e’-f’-f-e-e’：由于損失廢氣可用能b-e-5-b而獲得的熱量使廢氣溫度升高，這樣渦輪前的廢氣溫度比等熵膨脹后的e點(diǎn)的溫度高（以e’點(diǎn)來(lái)表示），由此廢氣得到復(fù)熱回收的可用能。當(dāng)然，它遠(yuǎn)小于損失掉的可用能b-e-5-b。b-f-i-g-5-b：廢氣總的可用能。它包括排氣閥打開(kāi)時(shí)氣缸中廢氣具有的可用能，活塞推出廢氣而給予的可用能以及掃氣空氣帶來(lái)的可用能。廢氣總的可用能也可看成由以下兩部分能E1和E2組成：E1（b-e-5-b）??廢氣由壓力pb降到渦輪前壓力pT的可用能?；蚍Q(chēng)脈沖能。E2（e-f-i-g-e）??廢氣由壓力pT降到p0的可用能。或稱(chēng)定壓能。圖4-15四沖程等壓渦輪增壓柴油機(jī)的理論示功圖能量E1在廢氣總可用能E1＋E2中所占的比例（）隨pT的不同而不同。pT低，其所占比例大；pT高，其所占比例小。2.廢氣渦輪增壓的兩種基本方式1)等壓增壓(1)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)柴油機(jī)所有氣缸的排氣管都連接于一根粗大的排氣總管，排氣總管再與廢氣渦輪連接，如圖4-16所示。這樣，排氣總管實(shí)際上還起了穩(wěn)壓箱的作用，盡管各氣缸輪流排氣，但進(jìn)入渦輪時(shí)氣體壓力的波動(dòng)不大。圖4-16等壓渦輪增壓(2)廢氣可用能的損失。在等壓渦輪增壓系統(tǒng)中，排氣管中維持著恒定的壓力pT。排氣閥剛打開(kāi)時(shí)，廢氣在超臨界壓差作用下，以臨界速度迅速排出。當(dāng)氣缸內(nèi)壓力下降到與排氣管壓力差低于臨界值時(shí)，排氣流動(dòng)變?yōu)閬喤R界流動(dòng)。在這排氣過(guò)程中廢氣的可用能損失主要是節(jié)流損失，它包括流出氣閥的高速氣流進(jìn)入排氣管后由于管子較粗，流速大大降低，因此大量動(dòng)能通過(guò)氣體分子互相撞擊、摩擦和形成渦流而損失，以及廢氣流入排氣總管時(shí)產(chǎn)生不可逆膨脹的損失。超臨界階段的節(jié)流作用強(qiáng)烈，超臨界階段的節(jié)流損失是廢氣可用能損失的最主要部分。亞臨界階段的節(jié)流損失數(shù)值不大。除節(jié)流損失外，還有廢氣在管道中流動(dòng)的摩擦損失和通過(guò)排氣管壁的散熱損失，它們?cè)跀?shù)量上更是小部分了。因此，在等壓渦輪中可利用的能量為廢氣由壓力pT膨脹到壓力p0的可用能e’-f’-i-g-e’。實(shí)際上由于廢氣鍋爐、煙囪有流動(dòng)阻力，廢氣在渦輪中只能膨脹到p0`(p0`>p0)，即可用能還要少些。(3)脈沖能量E1的利用。等壓增壓中脈沖能量E1復(fù)熱回收的比例DE1/E1很低。它隨pT增加而增加。在高增壓柴油機(jī)中，由于pT高，E1回收的比例也較高一些。2)脈沖增壓采用脈沖增壓的目的就是要盡可能多地利用脈沖能E1。(1)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。將渦輪增壓器盡量靠近氣缸，并把柴油機(jī)各缸的排氣支管做得短而細(xì)，總之使排氣管容積盡可能小些。四沖程柴油機(jī)缸徑較小，排氣量較小。因此常是二、三缸為一組，共用一根排氣支管，再讓幾根排氣支管分別通往廢氣渦輪的幾個(gè)進(jìn)口。如圖4-17所示。廢氣進(jìn)入渦輪殼內(nèi)相互隔開(kāi)的幾個(gè)腔，再分別流向噴咀環(huán)對(duì)應(yīng)的部分。每根排氣支管只與部分噴咀環(huán)接通【“部分進(jìn)氣”】。這種系統(tǒng)工作時(shí)，排氣管中形成脈沖壓力波，進(jìn)入渦輪的廢氣壓力和速度都是變化的，所以稱(chēng)為脈沖渦輪增壓。圖4-17脈沖渦輪增壓(2)脈沖能E1損失減少。由于排氣管短而細(xì)，排氣閥一開(kāi)啟管內(nèi)就迅速建立起壓力。如圖4-18所示。使排氣的超臨界階段大大縮短，氣缸內(nèi)外壓差很快變小進(jìn)入亞臨界階段，節(jié)流損失減小了。這部分可用能就表現(xiàn)為脈動(dòng)的壓力和速度，它包含了脈沖勢(shì)能和脈沖動(dòng)能。在設(shè)計(jì)良好的情況下，脈沖增壓可利用E1的40～50％。圖4-18排氣脈沖波(3)脈沖渦輪增壓柴油機(jī)氣缸的分組。如果脈沖渦輪增壓柴油機(jī)也象等壓增壓那樣，各缸的廢氣排入一根共同的排氣管，由于排氣管很細(xì)，就會(huì)產(chǎn)生掃、排氣互相干擾。如某缸正在進(jìn)行掃氣而另有一缸開(kāi)始排氣，排氣壓力波傳到掃氣缸的排氣口處，使該缸背壓升高，妨礙掃氣，甚至可能使排氣倒灌。因此，氣缸必須進(jìn)行分組。分組的原則是：同一組氣缸的掃、排氣時(shí)間相互不重疊或重疊很少。（排氣管中的壓力波不是排氣閥（口）一開(kāi)始打開(kāi)就達(dá)到高峰，而且壓力波是以音速傳遞的，傳到正在掃氣的氣缸得花一點(diǎn)時(shí)間，而且對(duì)掃氣的氣缸而言，掃氣后期，排氣閥（口）已經(jīng)關(guān)得很小，即使有些干擾也已很小了。因此允許有點(diǎn)重疊。）在四沖程柴油機(jī)中，曲軸轉(zhuǎn)過(guò)720°各缸完成一個(gè)循環(huán)，而每一缸排、掃氣持續(xù)時(shí)間約為240°曲柄轉(zhuǎn)角，根據(jù)上述分組原則，分在同一組各缸排氣間隔應(yīng)大于或等于240°曲柄轉(zhuǎn)角，所以同一組允許最多氣缸數(shù)i＝720°/240°=3。在二沖程柴油機(jī)中，曲軸轉(zhuǎn)過(guò)360°各缸完成一個(gè)循環(huán)，而每一缸排、掃氣持續(xù)時(shí)間約為120°曲柄轉(zhuǎn)角，同理，同一組允許最多氣缸數(shù)i=360°/120°=3。對(duì)四沖程或二沖程柴油機(jī)，同一組氣缸數(shù)少于3固然不會(huì)產(chǎn)生排、掃氣互相干擾，但廢氣不能連續(xù)供給，使廢氣傳遞過(guò)程可用能損失加大，也使渦輪間歇進(jìn)氣、部分進(jìn)氣引起的損失加大，使渦輪效率ηT下降。所以不管是四沖程還是二沖程柴油機(jī)，同一組中的氣缸數(shù)以3為最佳。因而缸數(shù)為3的倍數(shù)(3.6.9.12缸)的柴油機(jī)采用脈沖增壓效果很好。例如某四沖程六缸柴油機(jī)發(fā)火順序?yàn)?-5-3-6-2-4，各缸發(fā)火間隔為720°/6=120°曲柄轉(zhuǎn)角。按上述原則分組就得到，1、2、3缸為一組，4、5、6缸為另一組，見(jiàn)圖4-17。3)脈沖增壓與等壓增壓的比較(1)排氣可用能的傳遞效率ηEηE定義為ηE=ET/(E1+E2)。其中ET為渦輪前廢氣擁有的可用能。ηE的大小代表了從柴油機(jī)排氣閥（口）到渦輪噴咀環(huán)之前這一段排氣系統(tǒng)工作的良好程度。脈沖增壓由于節(jié)流損失減少了，它相對(duì)于等壓增壓可多利用一些脈沖能，【ηE較高。】但隨著增壓度的提高，pT提高，E1在E1+E2中所占比例變小，這一優(yōu)勢(shì)就逐漸減小了。而等壓增壓的脈沖能E1復(fù)熱回收比DE1/E1卻因增壓度的提高有所提高。因此，脈沖增壓排氣可用能傳遞效率ηE在低增壓時(shí)明顯高于等壓增壓，但隨著增壓度的提高，等壓增壓的ηE與脈沖增壓的ηE差別不斷減小。在高增壓時(shí)，二者的差別就消失了。(2)渦輪增壓器的綜合效率ηTk在脈沖增壓柴油機(jī)中，渦輪前的廢氣壓力波動(dòng)較大，氣流進(jìn)入渦輪葉輪葉片相對(duì)速度的方向、大小在一個(gè)排氣脈沖內(nèi)不斷變化，而且有的渦輪噴咀環(huán)是部分進(jìn)氣。因此，脈沖渦輪的效率ηT較等壓渦輪的低。由于渦輪增壓器的綜合效率ηTk=ηT.ηk.ηm，而脈沖增壓與等壓增壓的壓氣機(jī)效率ηk、增壓器機(jī)械效率ηm差別不大，所以，脈沖渦輪增壓器的綜合效率ηTk也就比等壓增壓的ηTk低。(3)渦輪增壓系統(tǒng)的有效性指標(biāo)KK定義為：K=ηE.ηTk。K代表了整個(gè)增壓系統(tǒng)效果好壞的程度。當(dāng)柴油機(jī)增壓度不高時(shí)，脈沖增壓的ηE遠(yuǎn)高于等壓增壓，盡管其ηTk較低，但K還是明顯高于等壓增壓。但當(dāng)柴油機(jī)增壓度較高時(shí)，哪種增壓方式更有效就不那么明顯了。當(dāng)柴油機(jī)發(fā)展到高增壓時(shí)，脈沖增壓的ηE高于等壓增壓不多，由于其ηTk較低，就使得等壓增壓系統(tǒng)的K較脈沖增壓大?！镜退贆C(jī)因此均改為等壓增壓。】(4)部分負(fù)荷時(shí)的K值當(dāng)柴油機(jī)在部分負(fù)荷工況運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于pT較低，E1在E1+E2中所占的比例變大，脈沖增壓的ηE高于等壓增壓較多，使其K值較高。也就是說(shuō)，在部分負(fù)荷工況運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，脈沖增壓方式比等壓增壓方式有效。這是一些增壓度相當(dāng)高的中速機(jī)仍采用脈沖增壓的原因。(5)掃氣性能當(dāng)柴油機(jī)在滿(mǎn)負(fù)荷工況下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，兩種增壓方式均能很好地掃氣，但在低負(fù)荷時(shí)，情況就不一樣了。脈沖增壓系統(tǒng)由于排氣管內(nèi)形成脈沖波，前期壓力較高，使排氣管中燃?xì)馀趴蘸芸欤笃谂艢夤軆?nèi)的壓力會(huì)出現(xiàn)波谷（如圖4-18所示），使掃氣背壓較低。因此即使在低負(fù)荷時(shí)，掃氣質(zhì)量仍然很好。而等壓增壓系統(tǒng)由于部分負(fù)荷時(shí)pT有所降低，E1/(E1+E2)的比值較大，節(jié)流損失加大，ηE比脈沖增壓下降快。這使渦輪獲得能量減少、掃氣壓力ps下降均比脈沖增壓快。而其pT在排氣過(guò)程中波動(dòng)很小，不會(huì)出現(xiàn)壓力波谷。所以掃氣壓差ps－pT迅速變小，使掃氣質(zhì)量迅速惡化，甚至出現(xiàn)廢氣倒流的現(xiàn)象。因此在部分負(fù)荷工況下，等壓增壓方式的掃氣質(zhì)量比脈沖增壓方式的差。(6)加載性能脈沖增壓柴油機(jī)的排氣管容積小，其中壓力建立較快，渦輪前廢氣壓力可隨柴油機(jī)的加載而迅速上升。等壓增壓由于排氣管容積大。當(dāng)柴油機(jī)加載時(shí)，雖然從氣缸中排出的廢氣溫度壓力已經(jīng)開(kāi)始升高，但在容積較大的排氣管中廢氣的壓力溫度升高得較慢，渦輪增壓器轉(zhuǎn)速跟不上柴油機(jī)的加載，不能迅速及時(shí)地增大供氣量，以滿(mǎn)足柴油機(jī)因加載噴油量增大而增大的空氣需要量，出現(xiàn)了較大的滯后現(xiàn)象。因此其加載性能較脈沖增壓差。這就是發(fā)電機(jī)組的柴油機(jī)發(fā)展到高增壓仍采用脈沖增壓的原因。(7)其它脈沖渦輪由于間歇進(jìn)氣、部分進(jìn)氣，其葉輪葉片容易發(fā)生較強(qiáng)的振動(dòng)，在葉片根部產(chǎn)生較大的附加應(yīng)力。等壓渦輪葉片振動(dòng)則小得多。為了有效地利用廢氣的脈沖動(dòng)能，脈沖增壓對(duì)排氣系統(tǒng)的布置、構(gòu)造和加工等都有較嚴(yán)格的要求。如要求排氣管盡量短而細(xì)、光滑且彎頭少。因此脈沖增壓對(duì)氣口、管道的清潔程度較敏感。脈沖增壓的渦輪離排氣閥（口）很近，燃?xì)庵械娜紵a(chǎn)物較容易污損渦輪。所以其維護(hù)管理工作量較大。3.廢氣渦輪增壓的其它幾種方式可見(jiàn)，缸數(shù)為6、9、12、18的柴油機(jī)采用脈沖增壓方式，每三缸連一根排氣支管，各缸掃排氣可互相不干擾，保證良好的掃氣；而排氣能量的傳遞效率ηE高；又能對(duì)渦輪連續(xù)供氣，渦輪效率較高，接近等壓增壓的渦輪效率。所以，氣缸數(shù)為3的倍數(shù)時(shí)，采用脈沖增壓性能很好。即使柴油機(jī)的增壓度達(dá)到高增壓時(shí)，其部分負(fù)荷性能好的優(yōu)點(diǎn)仍很突出。但缸數(shù)為4、8、16和5、7、10缸的柴油機(jī)情況就不同了，就會(huì)出現(xiàn)二缸接一根排氣支管或一缸接一根排氣支管的情況。例如四沖程4、8、16缸柴油機(jī)，為了避免掃氣時(shí)受干擾，連在同一排氣支管的排氣間隔應(yīng)大于每缸的排氣時(shí)間（約240°曲柄轉(zhuǎn)角），即只能把排氣間隔為360°的兩缸連一根排氣支管，供給一個(gè)渦輪進(jìn)口，這樣必將有停止供氣的間歇期，因此排氣管在柴油機(jī)的每一循環(huán)中將發(fā)生充滿(mǎn)、抽空的過(guò)程，使排氣的超臨界階段較長(zhǎng)，氣流流經(jīng)排氣閥的節(jié)流損失增加；渦輪間歇進(jìn)氣、部分進(jìn)氣引起的損失也較大，渦輪效率較低；由于渦輪葉片承受周期性沖擊增大，還會(huì)引起渦輪葉片的振動(dòng)，容易造成疲勞斷裂。這些問(wèn)題在高增壓時(shí)更加顯著。為了解決上述矛盾，脈沖增壓技術(shù)發(fā)展中出現(xiàn)了其它幾種增壓方式，如下面介紹的脈沖轉(zhuǎn)換增壓，多脈沖增壓以及模件式脈沖轉(zhuǎn)換增壓等。1)脈沖轉(zhuǎn)換增壓圖4-19中，A和B為細(xì)的排氣支管，每根排氣支管連接兩個(gè)排氣期不相重疊的氣缸。A、B分別通過(guò)收縮管與混合管相連接??構(gòu)成了引射噴咀，然后再與渦輪的一個(gè)進(jìn)口連接。當(dāng)連接排氣支管A的某缸排氣閥開(kāi)啟時(shí)，排氣支管內(nèi)壓力迅速升高，形成一個(gè)壓力波，減少了排氣閥處的節(jié)流損失。排氣壓力波很快到達(dá)收縮管。氣體流經(jīng)收縮管時(shí)加速進(jìn)入混合管，部分壓力能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能。此時(shí)接于B管的某缸正處于排氣末期和掃氣時(shí)期，在收縮管處的氣流已經(jīng)減弱，所以排氣支管A來(lái)的高速氣流加速了B管來(lái)的氣流，使B管的收縮管口壓力下降??產(chǎn)生一個(gè)膨脹波，使B管壓力下降。即A管對(duì)B管產(chǎn)生引射（抽吸）作用。這有助于B管掃氣缸的掃氣，改善了掃氣效果；減少了排氣末期活塞的推出功。兩股氣流在混合管混合后，便較穩(wěn)定連續(xù)地進(jìn)入渦輪，減少了渦輪由于間歇進(jìn)氣引起的損失。圖4-19脈沖轉(zhuǎn)換增壓脈沖轉(zhuǎn)換增壓用于缸數(shù)為四的倍數(shù)的柴油機(jī)效果最佳。它適用于高、中速機(jī)。2)多脈沖增壓多脈沖增壓的原理和脈沖轉(zhuǎn)換增壓相似。圖4-20為一臺(tái)7缸柴油機(jī)多脈沖增壓的排氣管布置方案。它將排氣不重疊的氣缸連接到一根細(xì)的排氣支管上，每一根排氣支管通入一個(gè)收縮管，各收縮管合成一束，形成一個(gè)花瓣形多孔漸縮錐形管與帶喉口的混合管相連接，各收縮管相互起引射作用，最后進(jìn)入渦輪增壓器，實(shí)現(xiàn)全周進(jìn)氣，提高了渦輪效率。它適用于高、中速機(jī)，氣缸數(shù)不受限制。

圖4-20多脈沖增壓3)模件式單排氣總管增壓（MSEM）模件式單排氣總管增壓包括模件式脈沖轉(zhuǎn)換（MPC）增壓、單管排氣系統(tǒng)（SPES）等，它們工作原理類(lèi)似，近年來(lái)發(fā)展迅速。其外表有些象等壓增壓，只是排氣總管為組合式而且細(xì)得多（見(jiàn)圖4-21），性能比多脈沖增壓方式更好。下面以MPC增壓方式為例加以說(shuō)明。圖4-21模件式脈沖轉(zhuǎn)換增壓MPC增壓方式每個(gè)缸的排氣出口均裝有一個(gè)模件式脈沖轉(zhuǎn)換器（如圖4-21所示），其工作原理如下。排氣出了排氣閥，很快充滿(mǎn)短小的排氣支管，減少了超臨界階段閥出口處的節(jié)流損失。而且支管與總管之間由于相互引射，起了良好的動(dòng)力隔離作用：(1)排氣通過(guò)排氣支管?chē)娋?，這時(shí)其壓力下降、流速升高，部分壓力能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能，變成高速氣流并將這些動(dòng)能傳遞給已在排氣總管中高速流動(dòng)的氣體，使排氣在總管中流速進(jìn)一步增加?；蛘哒f(shuō)，排氣的脈動(dòng)壓力（脈沖勢(shì)能）大部分不直接傳到總管中去，而是轉(zhuǎn)換為脈沖動(dòng)能的形式來(lái)傳遞，以減少在總管中產(chǎn)生壓力波動(dòng)。因而減少了對(duì)其它氣缸掃氣的干擾。(2)由于總管中氣流流速較高，對(duì)各支管也有一定的引射作用，使處于掃氣階段的氣缸支管內(nèi)壓力較低。(3)支管?chē)娋捉孛媸招?，所以總管?nèi)的壓力波動(dòng)對(duì)支管內(nèi)壓力波動(dòng)影響減?。ㄋp）了，對(duì)各缸掃氣的干擾也就減弱。因此，有利于掃氣的進(jìn)行，改善了掃氣質(zhì)量，減少了活塞的推擠功。最后在總管聯(lián)接渦輪處裝一段擴(kuò)壓管，將排氣的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為壓力能?？傊＜矫}沖轉(zhuǎn)換增壓能夠使柴油機(jī)掃氣良好，排氣脈沖能E1可得到較好的傳遞，而且渦輪實(shí)現(xiàn)了全周進(jìn)氣，入口處壓力的變化也相當(dāng)穩(wěn)定，渦輪效率接近等壓增壓時(shí)的渦輪效率。使柴油機(jī)在不同負(fù)荷下均能獲得較高的效率。MSEM增壓方式兼顧高負(fù)荷和低負(fù)荷、穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)性能，還具有成本低、可靠性好、維修方便、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)。它對(duì)各種氣缸數(shù)的柴油機(jī)都適用?！颈容^：】起動(dòng)性能、部分負(fù)荷性能、加速性能和突變負(fù)荷適應(yīng)能力較差是各種增壓方式高增壓柴油機(jī)共同性的缺點(diǎn)，只是嚴(yán)重程度不同而已。比較下來(lái)，部分負(fù)荷性能最佳的是三脈沖增壓，其燃燒保持良好，燃油消耗率仍較低，排氣閥溫度也較低。部分負(fù)荷性能最差的是等壓增壓。在高增壓船用中速機(jī)上，各種增壓方式大體都能適應(yīng)，但綜合性能以MSEM增壓較佳。三、廢氣渦輪增壓器及增壓系統(tǒng)其它部件（一）廢氣渦輪增壓器渦輪增壓器一般都采用離心式壓氣機(jī)。根據(jù)其渦輪的型式可分為軸流式渦輪增壓器和徑流式渦輪增壓器。軸流式渦輪增壓器用于大功率柴油機(jī)，徑流式渦輪增壓器用于功率較小的柴油機(jī)。廢氣渦輪增壓器壓氣機(jī)的增壓比πk可分為低增壓、中增壓、高增壓和超高增壓。一般πk<1.7的，稱(chēng)低增壓；πk為1.7～2.5的，稱(chēng)中增壓；πk為2.5～4.0的，稱(chēng)高增壓；πk>4.0的，稱(chēng)超高增壓。另外，按增壓器的渦輪機(jī)外殼是否用水冷卻，還可分為水冷增壓器與非水冷增壓器。1.廢氣渦輪增壓器工作原理1)軸流式渦輪的工作原理(1)廢氣在渦輪級(jí)中流動(dòng)時(shí)壓力、溫度、流速的變化。圖4-22上圖為軸流式渦輪的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。軸流式渦輪的主要工作元件是固定的噴咀環(huán)和旋轉(zhuǎn)的葉輪，它們組成渦輪的一個(gè)級(jí)。廢氣渦輪增壓器一般均用單級(jí)渦輪。噴咀環(huán)的通道呈收縮形狀，葉輪葉片間的通道也是收縮形的。當(dāng)廢氣流過(guò)噴咀環(huán)時(shí)，其壓力從p0下降為p1，溫度從T0下降為T(mén)1而速度從C0增加到C1。在噴咀中，廢氣的部分內(nèi)能變成動(dòng)能。當(dāng)氣流進(jìn)入葉輪葉片間通道后繼續(xù)膨脹，其壓力、溫度繼續(xù)下降到p2、T2，而其相對(duì)速度由W1增加至W2。由于葉輪在高速氣流作用下旋轉(zhuǎn)并作機(jī)械功，故氣流的絕對(duì)速度從C1下降到C2。氣流在彎曲而漸縮的葉輪葉片間通道中轉(zhuǎn)彎（沖動(dòng)作用）和膨脹相對(duì)速度提高（反動(dòng)作用），使葉片凹面上壓力提高，凸面上壓力降低。作用在葉片表面上壓力的合力形成了帶動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)作功的力矩。圖4-22廢氣在渦輪級(jí)中的流動(dòng)(2)動(dòng)葉的進(jìn)口及出口速度三角形。氣流在渦輪中流動(dòng)情況可用葉輪葉片（動(dòng)葉）的進(jìn)口及出口速度三角形來(lái)表示，見(jiàn)圖4-23。由于葉輪是旋轉(zhuǎn)的，而氣流的絕對(duì)速度是由牽連速度和相對(duì)速度合成的，對(duì)其入口則有：。它們組成速度三角形。從速度三角形圖可看出，當(dāng)氣流從噴咀流出的速度C1值和出口角α1給定時(shí)，相對(duì)速度W1的大小和方向（β1角）取決于牽連速度（即工作輪圓周速度）u的大小。顯然，當(dāng)結(jié)構(gòu)上給定α1角時(shí)，β1角的大小就取決于u/C1比值。參數(shù)u/C1在渦輪機(jī)中是一個(gè)重要的參數(shù)，它決定了β1角的大小，也就是決定了動(dòng)葉入口處的流動(dòng)情況。圖4-23渦輪動(dòng)葉的進(jìn)、出口速度三角形同理，對(duì)動(dòng)葉出口則有：。結(jié)構(gòu)上給定了相對(duì)速度W2的方向角β2，C2的大小及方向取決于W2和圓周速度u的向量和。設(shè)計(jì)工況時(shí)，α2接近90°，C2最小，即余速損失最小。C2大大地小于C1。(3)渦輪級(jí)中損失。在渦輪噴咀及動(dòng)葉中的損失主要有：①?gòu)U氣在噴咀和動(dòng)葉中的流動(dòng)損失。流速越高，損失越大。②撞擊損失。當(dāng)渦輪工作于設(shè)計(jì)工況時(shí)，其氣流的β1角與動(dòng)葉的構(gòu)造角β1k相等，氣流平順地流過(guò)動(dòng)葉通道。渦輪工作于變工況時(shí)，u/C1變化，氣流的β1角變化，如圖4-24所示，其中圖a)β1>β1k，圖b)β1<β1k，均造成氣流撞擊動(dòng)葉前緣，產(chǎn)生渦流和分離，導(dǎo)致?lián)p失增加。圖4-24渦輪撞擊損失③余速損失。余速損失也是設(shè)計(jì)工況時(shí)最小。除上述三種損失外，還有動(dòng)葉與機(jī)殼之間徑向間隙引起的漏氣損失，葉輪端面與燃?xì)庵g的摩擦損失。脈沖渦輪因間歇進(jìn)氣、部分進(jìn)氣還會(huì)引起其它附加損失：鼓風(fēng)損失、驅(qū)氣損失、竄流損失等。至于軸承的摩擦損失，則放在增壓器的機(jī)械效率中計(jì)算。2)離心式壓氣機(jī)的工作原理(1)空氣在離心式壓氣機(jī)中流動(dòng)時(shí)壓力、流速、溫度的變化。渦輪增壓器中的壓氣機(jī)部分一般都采用單級(jí)離心式壓氣機(jī)。離心式壓氣機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖4-25上圖所示。它是由進(jìn)氣道1、葉輪2、擴(kuò)壓器3及出氣渦殼4所組成。下圖為各空氣參數(shù)沿流道變化的情況，0-0、1-1、……、4-4分別為上述各部件的進(jìn)、出截面。當(dāng)壓氣機(jī)工作時(shí)，外界空氣經(jīng)過(guò)進(jìn)氣道沿軸向進(jìn)入壓氣機(jī)葉輪，并隨葉輪作高速回轉(zhuǎn)，在離心力作用下空氣受到壓縮，同時(shí)沿著葉輪通道向外加速流動(dòng)。壓力從p1增加到p2，流速?gòu)腃1增加到C2，溫度從T1增加到T2?？諝庠谌~輪中壓縮及加速是需要消耗能量的，這部分能量來(lái)自驅(qū)動(dòng)葉輪的機(jī)械能。在擴(kuò)壓器中，由于流道逐漸擴(kuò)大，從葉輪流出的高速氣流部分動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能，空氣流速?gòu)腃2降低到C3，壓力從p2增加到p3，溫度從T2增加到T3。排氣蝸殼的流道也是漸擴(kuò)的，空氣流過(guò)它時(shí)繼續(xù)將動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能。圖4-25空氣在離心式壓氣機(jī)中的流動(dòng)(2)空氣在葉輪中的流動(dòng)速度。空氣在壓氣機(jī)葉輪葉片間流道中的流動(dòng)情況也可以用葉輪的進(jìn)口和出口速度三角形來(lái)說(shuō)明。如圖4-26所示。先看b)圖，空氣沿軸向進(jìn)入葉輪的進(jìn)口，其速度為C1，葉輪進(jìn)口平均半徑r1處的圓周速度為u1，因此空氣進(jìn)入葉輪時(shí)的相對(duì)速度為W1(）。再看c）圖，在葉輪的出口處，空氣流出葉輪的相對(duì)速度為W2，該處的圓周速度為u2，因此空氣流出葉輪時(shí)的實(shí)際速度為C2（）。葉輪流道中流速分布很不均勻。速度大的地方壓力小，速度小的地方壓力大。葉輪葉片兩面因此存在壓差，形成了葉輪旋轉(zhuǎn)工作時(shí)必須克服的力矩。圖4-26離心式壓氣機(jī)葉輪的進(jìn)、出口速度三角形(3)空氣在擴(kuò)壓器中的流動(dòng)。圖4-25中，截面2-2至3-3為擴(kuò)壓器，其內(nèi)圈沒(méi)有葉片，為無(wú)葉擴(kuò)壓器。無(wú)葉擴(kuò)壓器中因出口面積大于進(jìn)口面積，氣流流過(guò)時(shí)速度下降、壓力溫度升高。氣流質(zhì)點(diǎn)通過(guò)無(wú)葉擴(kuò)壓器時(shí)的軌〖道〗【跡】是一條對(duì)數(shù)螺旋線。如圖中所示擴(kuò)壓器的外圈設(shè)置了一定數(shù)目的固定葉片，成為葉片擴(kuò)壓器。葉片的分布如圖4-34所示。葉片擴(kuò)壓器有較大的擴(kuò)壓能力，即達(dá)到相同擴(kuò)壓效果時(shí)其尺寸可較小。它的效率較高。大、中型渦輪增壓器中廣泛采用上述無(wú)葉擴(kuò)壓器與葉片擴(kuò)壓器兩者組合的形式。其內(nèi)圈無(wú)葉擴(kuò)壓器使葉輪出口的超音速氣流無(wú)激波地滯止到亞音速，能使葉輪出口很不均勻的氣流趨于均勻，有利于葉片擴(kuò)壓器的工作，當(dāng)運(yùn)行工況有些偏離設(shè)計(jì)工況時(shí)仍能保持較高的效率。(4)壓氣機(jī)中的流動(dòng)損失。見(jiàn)圖4-27，當(dāng)壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速一定時(shí)，如不計(jì)流動(dòng)損失，則其壓比如最上條橫線，不隨流量Q而變。但壓氣機(jī)中有流動(dòng)損失，它可分為摩檫損失和撞擊損失兩類(lèi)。摩擦損失隨氣流流速變化，也就是隨流量的增加而增大。壓氣機(jī)的撞擊損失包括空氣進(jìn)入葉輪及進(jìn)入葉片擴(kuò)壓器的撞擊損失。在設(shè)計(jì)工況下，氣流平順地進(jìn)入葉輪和擴(kuò)壓器，分別見(jiàn)HYPERLINK"file:///G:\\projects\\web\\doc