起動和換向裝置

起動和換向裝置第一頁，共四十一頁，2022年，8月28日主要內(nèi)容第一節(jié)起動裝置第二節(jié)換向裝置第二頁，共四十一頁，2022年，8月28日第一節(jié)起動裝置一、概述1．起動：由靜止?fàn)顟B(tài)，通過外部能源帶動曲軸轉(zhuǎn)動，創(chuàng)造柴油機獲得第一個工作循環(huán)所需的條件，即進氣、壓縮、噴油、燃燒、膨脹作功推動活塞自行運轉(zhuǎn)起來的過程。2．起動轉(zhuǎn)速：起動時使得壓縮終點達到燃油的自燃溫度以上的最低轉(zhuǎn)速。高速機：80—150r/min（1）起動轉(zhuǎn)速范圍：中速機：60—70r/min

低速機：25—30r/min第三頁，共四十一頁，2022年，8月28日（2）影響起動轉(zhuǎn)速的因素：

①柴油機的類型②環(huán)境溫度③柴油機的技術(shù)狀態(tài)④燃油的品質(zhì)

3．起動力矩：起動時克服氣缸內(nèi)被壓縮的氣體阻力和發(fā)動機本身運動件和附件所產(chǎn)生的各種摩擦阻力和慣性力所需的力矩。

4．影響起動性能的因素

（1）進氣終點溫度（2）壓縮比（3）起動轉(zhuǎn)速（4）燃油品質(zhì)

第四頁，共四十一頁，2022年，8月28日二、起動的方式：

1．人力起動：

2．電力起動：由直流電動機和蓄電池等組成。依靠電磁鐵經(jīng)杠桿推動起動機齒輪嚙入柴油機飛輪齒圈，由電機上的齒輪帶動飛輪使曲軸轉(zhuǎn)動的起動，多用于高速機。

優(yōu)缺點：操作輕便，起動迅速，具有重復(fù)起動的能力。起動功率受到蓄電池的限制，低溫時蓄電池放電能力下降，使起動困難。

3．壓縮空氣起動：將壓力為2.5—3.0Mpa的壓縮空氣，按柴油機的發(fā)火順序依次送入各缸，推動活塞，使曲軸轉(zhuǎn)動起來的過程。適用于大、中型柴油機。

優(yōu)缺點：起動力矩大，迅速可靠，能連續(xù)多次起動，對外界溫度不敏感，可在-30℃下起動。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，氣密性要求高，閥件易出現(xiàn)故障，起動時壓縮空氣中的凝水會加劇氣缸的磨損。第五頁，共四十一頁，2022年，8月28日三、改善柴油機冷車起動性能的措施

1．起動前采用預(yù)熱冷卻水加熱裝置。

2．進氣預(yù)熱，在進氣管中設(shè)置加熱裝置。

3．在燃燒室中裝電熱塞。

4．對滑油進行加熱。

5．采用減壓起動。

6．起動加濃裝置。

7．采用易燃性的燃料。

第六頁，共四十一頁，2022年，8月28日四、壓縮空氣起動裝置和工作原理

1．壓縮空氣起動裝置的兩種形式

（1）直接啟閥式的起動裝置（又稱單向閥式起動裝置）D≤200mm

①壓縮空氣流動過程：空壓機→氣瓶→出氣閥→截止閥→起動控制閥→空氣分配器→氣缸起動閥→氣缸

②特點：進入氣缸的起動空氣全部經(jīng)過空氣分配器，并由它按發(fā)火次序依次送入各缸起動閥內(nèi)腔，并直接作用在閥盤上推開閥盤進入氣缸。

③優(yōu)缺點：管路布置簡單，節(jié)流損失大，空氣消耗量大，易腐蝕。第七頁，共四十一頁，2022年，8月28日（2）間接啟閥式的起動裝置（又稱平衡閥式起動裝置）

①壓縮空氣流動過程：

控制空氣

空壓機→氣瓶→出氣閥→截止閥→起動控制閥→主起動閥→空氣分配器→氣缸起動閥

起動空氣

②特點：起動空氣在起動閥內(nèi)腔成平衡狀態(tài)，氣缸起動閥的開啟是由空氣分配器來的控制空氣控制，起動空氣不經(jīng)過空氣分配器。

③優(yōu)缺點：起動閥開啟迅速，可靠，節(jié)流損失小，空氣消耗量少，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。第八頁，共四十一頁，2022年，8月28日第九頁，共四十一頁，2022年，8月28日2．保證起動的條件

（1）壓縮空氣應(yīng)具有一定的壓力和儲量，一般壓力為2.5—3.0Mpa。且能連續(xù)多次起動（冷機倒順車交替起動不少于12次），主機至少兩個氣瓶。

（2）必須要有一定的起動定時和供氣延續(xù)時間

起動定時角：起動閥開啟是，曲柄與上止點之間的夾角。

起動延續(xù)角：起動閥開啟到關(guān)閉時曲柄所轉(zhuǎn)過的角度。

采用壓縮空氣起動是用壓縮空氣代替燃氣推動柴油機活塞使曲軸轉(zhuǎn)動的，因此壓縮空氣必須按一定的時間規(guī)律送入氣缸，即在活塞處于膨脹行程之初的某一時刻開始向氣缸供氣，并持續(xù)一段時間結(jié)束。對四沖程機起動定時為上止點前5—10°CA開，在上止點后140°CA關(guān)閉，進氣延續(xù)時間一般不超過140°CA。對大型二沖程低速機起動定時為上止點前5°CA開，在上止點后100-120°CA關(guān)閉，延續(xù)時間不超過120°CA。第十頁，共四十一頁，2022年，8月28日（3）必須保證最少的起動缸數(shù)

為保證迅速和連續(xù)起動，要求柴油機曲柄停在任何位置都能隨時起動而不必盤車，即柴油機在任何情況下曲柄位置時至少有一個氣缸處于起動（膨脹沖程）位置，因此柴油機必須有一定的氣缸數(shù)，同時要求發(fā)火順序相鄰的兩缸之間的進氣角度有一定的重疊時間，即在重疊時間內(nèi)，可有兩缸同時進氣。

則：四沖程機的最少起動缸數(shù)I=720°/140°=5.1取6缸

二沖程機的最少起動缸數(shù)I=360°/100°=3.6取4缸

若氣缸數(shù)少于規(guī)定的氣缸數(shù)，則起動前必須盤車，使柴油機某缸正好處于膨脹沖程開始的某一時刻才能起動。第十一頁，共四十一頁，2022年，8月28日五、主要設(shè)備

1．氣缸起動閥：裝在氣缸蓋上，由空氣分配器控制開關(guān)。

（1）要求：

起動方面，要求氣缸起動閥開關(guān)迅速，落座速度緩慢以減輕閥盤與閥座間的撞擊。而且要能兼顧起動和制動兩方面不同的要求。當(dāng)缸內(nèi)發(fā)火后，即使有控制空氣作用在其上方空間，它也應(yīng)保持關(guān)閉狀態(tài)，防止燃氣倒流入起動空氣管；

在制動方面，要求在制動時，當(dāng)缸內(nèi)壓力稍高于起動空氣壓力，氣缸起動閥仍然保持開啟以完成減壓制動和強制制動。第十二頁，共四十一頁，2022年，8月28日（2）類型：

1）按結(jié)構(gòu)型式分：

①單向閥式：為一個簡單的單向閥，其起動空氣就是控制空氣，由空氣分配器直接控制。

②氣壓控制式：開閥的控制空氣由空氣分配器來，進入氣缸的起動空氣直接由空氣總管來。因而空氣分配器尺寸小，空氣損失少，起動迅速，適用于大型柴油機。目前船上用的氣缸起動閥多為氣壓控制式。

2）根據(jù)控制氣路的不同，氣壓控制式又可分為單氣路控制與雙氣路控制式兩種。

①單氣路控制式氣缸起動閥：

（A）結(jié)構(gòu)與工作原理：活塞為單級平面式，開啟依靠控制空氣作用，關(guān)閉依靠氣閥彈簧作用。

（B）優(yōu)缺點：啟閥活塞面積大，開關(guān)迅速可靠，起動空氣消耗少；結(jié)構(gòu)簡單；閥盤與閥座撞擊厲害，磨損快；性能上不能同時滿足起動與制動兩方面的要求。第十三頁，共四十一頁，2022年，8月28日第十四頁，共四十一頁，2022年，8月28日②雙氣路控制式氣缸起動閥：

（A）結(jié)構(gòu)原理：活塞為階梯活塞，由空氣分配器的兩路控制空氣分別控制啟閉。

（B））優(yōu)缺點：速開、速關(guān)，落座速度緩慢；閥盤與閥座撞擊、磨損?。恍阅苌夏軡M足起動與制動兩方面的要求；但構(gòu)造復(fù)雜，造價較高。

第十五頁，共四十一頁，2022年，8月28日

圖9-3雙氣路控制式氣缸起動非閥1-彈簧；2-階梯活塞；3-閥桿；4-閥桿；5-起動閥盤；K1、K2、K3-控制活塞；T-上部空間；M-中部空間；N-下部空間；P-空間；S-控制器；B-連接槽；H-開啟管;J-關(guān)閉管第十六頁，共四十一頁，2022年，8月28日圖7-12雙氣路滑閥式分配器a）雙氣路控制啟動閥b）雙氣路滑閥式分配器1-閥體；2-彈簧；3-滑閥；4-滾輪；5-啟動凸輪；A-開放管；B-關(guān)閉管；C-空間；D-來氣管a）

b）第十七頁，共四十一頁，2022年，8月28日2．空氣分配器：

（1）作用：按柴油機的發(fā)火順序定時的將壓縮空氣分配到相應(yīng)的氣缸起動閥去。

（2）類型：

1）按結(jié)構(gòu)形式分：①回轉(zhuǎn)式（分配盤式）多用于中、高速柴油機

②柱塞式多用于大、中型柴油機

單體式單氣路控制式與單氣路氣缸起動閥相配

柱塞式或柱塞式

組合式雙氣路控制式與雙氣路氣缸起動閥相配

第十八頁，共四十一頁，2022年，8月28日（3）雙氣路控制式空氣分配器

圖9-4雙氣路控制式空氣分配器1-軸；2-滑閥套；3-控制滑閥；3a-彈簧；4-外殼；5-滾輪；6-起動凸輪；CA-控制空氣管；SA-供氣管；DS-分配器空腔；VS-放氣空腔；RS-空腔；P-壓力空腔第十九頁，共四十一頁，2022年，8月28日3．主起動閥用于大中型機上

（1）類型：主起動閥可分為均衡式和非均衡式兩種。

均衡式依靠加載于控制缸內(nèi)啟閥活塞上的控制空氣破壞原均衡關(guān)閉狀態(tài)來實現(xiàn)開啟；

非均衡式依靠泄放控制缸內(nèi)的空氣來開啟，一般用于大型低速機上。

（2）工作原理：圖9-5是Sulzer柴油機使用的一種帶慢轉(zhuǎn)閥的新型非均衡式主起動閥結(jié)構(gòu)圖。圖中右側(cè)6為主起動閥體，閥殼上部的止回閥9可用來防止燃氣倒流，閥殼左下側(cè)設(shè)有控制閥1由起動控制閥控制。閥左側(cè)是慢轉(zhuǎn)閥17其啟閉用控制活塞16控制。在起動前通過慢轉(zhuǎn)閥可使柴油機在主起動閥體6不動作的情況以5～10r/min的速度慢轉(zhuǎn)進行檢查。第二十頁，共四十一頁，2022年，8月28日圖7-9加載式主啟動閥1-控制活塞；2-彈簧；3-閥；4-閥體

圖7-10NVD型柴油機主啟動閥1-閥蓋；2-閥體；3-密封環(huán)；4-杯形主閥；5-閥桿；6-小彈簧；7-放氣閥殼；8-小彈簧壓蓋；9-錐形放氣閥；10-主閥座；11-套筒；12-主閥彈簧；13-加油螺釘；A-按貯氣室；B-接啟動滑閥；C-接減壓閥；D-接啟動空氣總管；E-放氣孔；F-通向換向控制滑閥第二十一頁，共四十一頁，2022年，8月28日圖9-5帶慢轉(zhuǎn)閥的主起動閥結(jié)構(gòu)圖第二十二頁，共四十一頁，2022年，8月28日六、壓縮空氣起動系統(tǒng)的管理、常見故障分析

1．壓縮空氣起動系統(tǒng)的維護保養(yǎng)

（1）經(jīng)常檢查系統(tǒng)中的有關(guān)部件，保證各部件動作靈活。

（2）定期放殘。

（3）檢修閥件時應(yīng)關(guān)閉氣源。

（4）應(yīng)特別注意對氣缸起動閥的維護保養(yǎng)，保證其密封性。

2．常見故障

（1）柴油機不能起動

①起動空氣瓶出口閥未開足

②起動空氣瓶壓力不足

③起動控制閥咬死或磨損

④空氣分配器柱塞咬死或磨損漏氣

⑤氣缸起動閥動作不靈活或嚴重漏氣

第二十三頁，共四十一頁，2022年，8月28日（2）起動時曲軸雖然轉(zhuǎn)動，但達不到起動轉(zhuǎn)速

①起動空氣壓力不足。

②個別氣缸起動閥或空氣分配器咬死或動作呆滯。

（3）某段起動空氣管發(fā)熱，原因是該缸起動閥漏泄。思考題：1．壓縮空氣起動裝置主要由哪些部件組成？2．試述四沖程柴油機最少起動缸數(shù)為6缸的原因，如少于6缸，柴油機能否在任何位置都能起動，為什么？應(yīng)如何補救？3．保證起動的條件有哪些？4．柴油機在壓縮空氣起動時達不到所需轉(zhuǎn)速的原因有哪些？5．試說明硅整流發(fā)電機電壓調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)控制原理。6．畫圖并說明起動機電磁操縱機構(gòu)電氣工作原理7．何謂起動轉(zhuǎn)速？高中低速機起動轉(zhuǎn)速的范圍是多少？影響起動轉(zhuǎn)速的因素有哪些？8．比較單氣路與雙氣路氣缸起動閥的優(yōu)缺點？第二十四頁，共四十一頁，2022年，8月28日第二節(jié)換向裝置一、換向原理和方法1．換向的方法（1）柴油機本身改變旋轉(zhuǎn)方向，直接帶動螺旋槳換向。（2）柴油機旋轉(zhuǎn)方向不變，依靠中間換向裝置使螺旋槳換向。（3）柴油機旋轉(zhuǎn)方向不變，采用可變螺距實現(xiàn)換向（此時螺旋槳轉(zhuǎn)向不變，但螺距角改變使推力方向改變）。第二十五頁，共四十一頁，2022年，8月28日2．換向原理

所謂換向即是改變曲軸的旋轉(zhuǎn)方向。要使柴油機換向，首先應(yīng)停車，然后反向起動，最后使柴油機按反轉(zhuǎn)方向運轉(zhuǎn)起來。因此必須改變起動正時、噴油正時和配氣正時，使之與正轉(zhuǎn)時有相同的規(guī)律，以滿足反向起動和反向運轉(zhuǎn)的要求。而上述正時均由有關(guān)凸輪控制，所以解決換向的問題就是如何改變空氣分配器凸輪、噴油泵凸輪和進、排氣凸輪與曲軸相對位置上。為改變柴油機的運轉(zhuǎn)方向而設(shè)置的改變各種凸輪相對于曲軸位置的機構(gòu)稱為換向機構(gòu)。

換向時需改變其與曲軸相對位置的凸輪隨機型不同而異。如二沖程彎流掃氣柴油機只有空氣分配器凸輪和燃油凸輪需要換向；二沖程直流掃氣柴油機又增加了排氣凸輪的換向；而四沖程柴油機則包括空氣分配器凸輪、噴油泵凸輪及進、排氣凸輪。所以不同的機型采用不同的換向機構(gòu)。第二十六頁，共四十一頁，2022年，8月28日二、雙凸輪換向原理及換向裝置

1．換向原理

特點：設(shè)有正、倒車兩套凸輪。正車由正車凸輪控制，倒車由倒車凸輪控制，換向時需軸向移動凸輪軸。第二十七頁，共四十一頁，2022年，8月28日

2．換向裝置

雙凸輪換向裝置一般有機械式、液壓式和氣壓式。下圖為氣力－液壓式換向裝置。第二十八頁，共四十一頁，2022年，8月28日三、單凸輪換向原理及裝置（亦稱凸輪軸差動換向）

1．特點：正、倒車共用一個凸輪，凸輪的輪廓線型指成中心對稱，換向時無需軸向移動凸輪軸，只需將凸輪軸相對曲軸轉(zhuǎn)過一個換向差動角即可。

柴油機換向時為改變正時而使凸輪軸相對曲軸轉(zhuǎn)過一個角度的動作稱凸輪的換向差動，所轉(zhuǎn)動的相應(yīng)角度稱為換向差動角。

差動方向與換向后的轉(zhuǎn)向相同稱為超前差動；差動方向與換向后的轉(zhuǎn)向相反稱為滯后差動。單凸輪換向所使用的凸輪線型有兩種：一般線型和雞心形線型。

第二十九頁，共四十一頁，2022年，8月28日2．一般線型單凸輪換向原理

（1）一般線型單凸輪換向原理。

（2）一般線型凸輪換向不能實現(xiàn)噴油泵凸輪和排氣閥凸輪的同軸差動

噴油泵凸輪換向為滯后差動，而排氣閥凸輪換向為超前差動。若要使噴油泵凸輪也為超前差動，則超前差動的差動角比滯后差動的差動角要大的多，且比排氣閥凸的超前差動角大的多。若使排氣閥凸輪實現(xiàn)滯后差動，則滯后差動的差動角比超前差動的差動角要大的多，且比噴油泵凸輪的滯后差動角大的多。因此一般線型噴油泵凸輪和排氣閥凸輪換向時，無法實現(xiàn)同軸差動。第三十頁，共四十一頁，2022年，8月28日第三十一頁，共四十一頁，2022年，8月28日（3）實現(xiàn)兩套凸輪同軸差動的條件：

①差動方向相同；

②差動角相等；

③差動前后各同名凸輪的正倒車正時相同或基本相同。

第三十二頁，共四十一頁，2022年，8月28日3．雞心凸輪的換向原理

（1）換向原理

雞心凸輪是一種特殊形狀的凸輪。圖9-10a）實線示凸輪為處于正車位置的一種噴油泵使用的雞心凸輪。它由基圓o1o2（半徑最小）、頂圓a1a2（半徑最大）以及由基圓o1、o2，兩側(cè)向頂圓a1、a2伸展的按相同規(guī)律變化的兩段曲線o1a1及o2a2組成，圖中oo′為雞心凸輪對稱中心線。正車運行時（順時針方向轉(zhuǎn)動），a1－o1為噴油泵吸油段；o2a2為噴油泵的泵油段，供油提前角為β。

第三十三頁，共四十一頁，2022年，8月28日第三十四頁，共四十一頁，2022年，8月28日圖示雞心凸輪中心線oo′與該缸曲柄上止點夾角為αs=15?CA，當(dāng)由正車改為倒車時只要把雞心凸輪朝倒車方向轉(zhuǎn)過差動角2αs=30?CA到達點劃線所示位置即可，其差動方向為超前差動，這樣噴油泵凸輪與排氣凸輪差動方向相同，滿足了同軸差動的第一個條件。按照排氣凸的正時關(guān)系，其換向差動角為2×18?=36?CA，與噴油泵凸輪差動角為30?CA不一致。為滿足同軸差動的第二個條件，取30?CA為共同的差動角。此時可保證噴油泵的供油正時在換向前后不變，但排氣閥正時在倒車運轉(zhuǎn)時較正車正時滯后6?CA，即下止點前85?CA開，下止點后61?CA關(guān)，而排氣持續(xù)角（146?CA）未變，滿足了同軸差動的第三個條件。由此，實現(xiàn)了噴油泵凸輪與排氣閥凸輪同軸換向差動。第三十五頁，共四十一頁，2022年，8月28日（2）差動方式：①曲軸不動，凸輪軸相對曲軸轉(zhuǎn)過一個差動角。一般為滯后差動。②凸輪軸不動，曲軸相對凸輪軸轉(zhuǎn)過一個差動角。一般為為滯后差動。③凸輪軸與曲軸同時轉(zhuǎn)動，但曲軸轉(zhuǎn)速大于凸輪軸而實現(xiàn)一個差動角，一般為超前差動。