1、模塊四柴油機的換氣機構與增壓模塊四柴油機的換氣機構與增壓教學目標：教學目標：1具有氣閥機構的拆裝與檢驗、氣閥的研磨操作的能力2具有四沖程柴油機氣閥間隙、氣閥正時的測量與調整的能力3具有換氣機構的知識、工作原理以及故障排除的能力；4.具有完成增壓器維護管理與應急處理操作工作任務的能力；5.具有增壓器結構的知識、工作原理、增壓基本知識、廢氣能量分析、以及增壓形式的理論知識；重點：二沖程、四沖程柴油機的換氣過程，各類換氣機構（氣閥機構和氣閥傳動機構）的工作原理、作用、工作條件、結構特點、常見故障及其原因，氣閥與閥座的研磨及更換方法，氣閥間隙、氣閥定時的檢查與調整及不正常的危害，廢氣渦輪增壓器的工作原

2、理、組成結構、清洗、日常管理、故障分析及處理。難點：各類換氣機構的結構特點，定壓增壓、脈沖增壓的特點及理解，增壓器的喘振。主要內容單元一單元一 柴油機的換氣過程及換氣質量評定參數柴油機的換氣過程及換氣質量評定參數單元二單元二 換氣機構換氣機構單元三單元三 廢氣渦輪增壓廢氣渦輪增壓單元四單元四 廢氣渦輪增壓器廢氣渦輪增壓器單元五單元五 增壓系統的故障與維護管理增壓系統的故障與維護管理單元一柴油機的換氣過程及換氣質量評定參數單元一柴油機的換氣過程及換氣質量評定參數換氣過程：從排氣、掃氣到進氣終止的整個更換過程一、四沖程機的換氣過程1換氣過程：從排氣閥開到進氣閥關 約占3800CA-4500CA 超

3、臨界排氣階段（以音速排出）（1）自由排氣階段 亞臨界排氣階段（以亞音速排出） 從排氣閥開啟大缸內壓力在某一時刻接近或達到排氣管的壓力。一般在下止點后10-300CA結束。此階段不能過長，否則會增加排氣損失。四沖程機的進、排氣閥是由凸輪驅動的，氣閥只能逐漸打開的，若爬氣閥正好在下止點開啟，則時面值很小，缸內壓力下降太慢，活塞向上行時將受到很大的壓力，增加排氣消耗功，且排氣不干凈。一般1=30-600CA，n增加，則1增加。（2）強制排氣階段從自由排氣結束到排氣閥關閉的階段。此階段缸內廢氣是由上行活塞強制推擠出去，在末期可利用排氣閥晚關和排氣慣性實現慣性排氣。n增加，則2增加。（3）進氣過程（非增

4、壓機實際進氣是在上止點后開始） 從進氣閥開啟到進氣閥關閉的階段。進氣閥一般在上止點前10-300CA開啟，剛開啟時缸內壓力高于進氣壓力，但不會存在廢氣倒流。原因氣閥開度很小排氣閥存在慣性。 進氣閥一般在上止點后2=20-600CA關閉，2不能太大，否則壓縮行程過短，使PC、TC過低，造成起動困難，燃燒不良。2氣閥疊開和燃燒室掃氣（1）概念（2）非增壓機：1+2=25-500CA； 增壓機：1+2=80-1300CA（3）作用： 利用排氣流的抽吸作用造成缸內一定的真空，將新鮮空氣吸入氣缸。 新鮮空氣的吸入有利于廢氣的排出。 新鮮空氣對燃燒室部件進行冷卻。二、二沖程機的換氣過程1二沖程機的換氣過程

5、的特點（1）換氣時間短：二沖程機120-1500CA 四沖程機3800CA-4500CA（2）主要依靠進、排氣口之間的壓差，用新氣驅趕廢氣的掃氣方式。新氣的進入和廢氣的排出是同時進行的，新氣和廢氣摻混，換氣質量差，殘留廢氣多。（3）實現掃氣所需的氣體壓差較大，空氣耗量大，耗功較多。（4）氣缸容積不能充分利用，存在失效行程。2換氣過程（1）自由排氣階段（B-R） 從排氣口開啟B到進氣開始點R（缸內壓力與掃氣壓力相等） 特點：此階段缸內的廢氣壓力比排氣管中的壓力高出許多，大量的廢氣靠這一壓差和氣體動力作用流出缸外。掃氣口剛開啟時，缸內壓力大于掃氣壓力，但不會使廢氣倒流，原因是：掃氣口開度很小排氣口

6、開度大，廢氣具有向外流動慣性。但氣口積碳，會使廢氣倒流。（2）掃氣及強制排氣階段（R-C） 此階段主要依靠新氣與缸內廢氣的壓力差，利用新氣清掃廢氣。 特點：新氣與廢氣混摻，部分新氣經排氣口排出。（3）過后排氣階段（C-E）有部分新氣損失，應短些。過后充氣，充氣量有限：充氣時間短活塞已上行。 三、評定換氣過程質量的參數1殘余廢氣系數 表示換氣過程的完善程度r=Gr/GO （1）理想情況下為零；（2）增壓機小于非增壓機（增壓機進氣壓力大，進氣量大）；（3）四沖程機小于二沖程機（四沖程機換氣完善過程長）（4）直流掃氣機小于彎流掃氣機；（5）其取決于換氣完善程度。四沖程機與燃燒掃氣有關，二沖程機與換氣

7、形式、增壓度有關。2充量系數（充氣效率）CC= GO/GS=PaTO/(-1)POTa(1+r) 1影響充氣系數因素：氣缸進氣終了時的參數（pa、Ta）；殘余廢氣系數；排氣系統的結構參數以及柴油機運行時的轉速、負荷、增壓程度、冷卻情況、換氣系統的清潔程度。當柴油機轉速升高、氣閥流通面積不足、進氣系統臟污時，因進氣壓力降增大而使充氣系數顯著降低；當負荷增大、氣缸過熱、冷卻不良及殘余廢氣過多時，會導致進氣溫度升高、密度下降、進氣量減少，充氣系數降低。提高增壓壓力、增大進氣閥（口）流通面積可使充氣系數提高。3 3、二沖程柴油機的掃氣質量指標二沖程柴油機的掃氣質量指標（1）掃氣效率s = 掃氣結束時留

8、在缸內的新鮮空氣量G0/氣缸內全部氣體量Ga= G0/（G0+Gr）=1/（1+r）（2）掃氣系數s=每循環流過掃氣口的空氣量Gk/掃氣結束后留在缸內的新鮮空氣量G01；新鮮空氣由排氣口流失越少，G0越大，掃氣系數越小。一般為1.42.0。（3）給氣比（掃氣過量空氣系數）=每循環流過掃氣口的空氣量G0/在進氣狀態下充滿Vs的理論空氣量Gs，一般為1.01.3；s（G0Gs），顯然，s越大、s越小、越小，掃氣質量越好。思考題：1按缸內壓力變化，二沖程機的換氣過程可分為哪幾個階段？各階段有什么特點？單元二單元二 換氣機構換氣機構換氣機構：保證按規定順序和時刻完成進、排氣過程的機構。換氣機構的功能是

9、實現對柴油機換氣過程的控制。即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。換氣機構的組成：氣閥機構、氣閥傳動機構、凸輪和凸輪軸傳動機構。一、氣閥機構組成：氣閥、閥座、導管、氣閥彈簧、彈簧座、錐形鎖塊1氣閥 ：分進氣閥和排氣閥， 一般進氣閥閥盤直徑大于排氣閥，目的是為了提高充氣量。 （1）氣閥的結構：由閥頭、閥桿組成，采用大圓弧過度，以降低機械應力。 閥頭座合面是錐面，錐面角有30和45兩種：30錐面角：閥口流通面積大，進氣阻力小，單位承壓面積小，閥面與閥座磨損小，進氣閥采用。45錐面角：自動居中性能好，座合面單位面積壓力大，密封性能好，一般排氣

10、閥采用。 閥桿：上部開有環形槽，用于安裝錐形鎖塊。（2）工作條件進氣閥：受高溫作用450500；撞擊；（閥座、導管）磨損。排氣閥：受高溫作用650800；撞擊；（閥座、導管）磨損；燃氣腐蝕。（3）材料 進氣閥采用普通合金鋼如40Cr、40CrNi，有高的耐磨、耐熱和抗腐蝕性能。 排氣閥采用耐熱合金鋼如9CrSi2Mo等。 閥桿頂部由于不斷受到搖臂撞擊，一般堆焊60號鋼，淬火HRC50，也有安裝硬質合金鋼的閥帽或撞擊塊以提高耐磨性。（4）閥頭的型式：平頂 凸頂 凹頂（5）閥座：工作條件與氣閥相似，一般采用合金鑄鐵或耐熱合金鋼。注意：閥座材料與缸蓋材料的熱膨脹系數應基本相同。（6）閥面與閥座的配合

11、全接觸式：閥面與座面錐角相同，接觸面積大，耐磨，傳熱好，但易結碳，敲擊，產生麻點，用于小型高速機。外接觸式：閥面錐角小于座面錐角0.51，接觸面積小，密封性好，閥盤在高壓燃氣作用下產生拱腰變形，增加閥與座的接觸面積，降低接觸應力，提高散熱。用于強載中速機上。內接觸式：閥面錐角大于座面錐角0.20.5，接觸面積小，密封性好，接觸面離燃燒室遠，溫度低，腐蝕小，閥盤發生周邊翹曲變形，增加閥與座的接觸面積，降低接觸應力，提高散熱。用于長行程低速機上。2氣閥彈簧（1）作用：當搖臂抬起時使氣閥關閉（2）采用內外彈簧的目的：在不降低應有彈力的條件下，可采用較細軟的彈簧鋼絲制造，使其工作時動作柔和，提高抗疲勞

12、能力。兩根彈簧的自振頻率不同，在工作中互為阻尼，可避免發生共振。當其中一根彈簧折斷時，氣閥不致落入氣缸內，提高工作可靠性。 兩根彈簧旋向相反，可防止互相夾插，還可以減少閥在開關時由于彈簧產生扭轉而發生的自動研磨。3氣閥導管（1）作用：保證氣閥與閥座在同一中心線上工作，并起散熱作用。（2）材料：鑄鐵或青銅（3）氣閥導管和閥桿的間隙必須合適。過大：散熱不良，磨損增大；造成閥桿處漏氣，甚至造成滑油結焦使閥卡死。過小，導致氣閥卡阻。4氣閥鎖緊裝置5氣閥旋轉器： 用于燃重油的大功率中速機上（1）作用：使閥盤均勻受熱、散熱，保證閥盤的溫度分布均勻，改善閥盤的熱應力狀態。減少密封錐面上導熱不良的沉積物，使之

13、貼合嚴密，利于散熱，減少高溫腐蝕，減少燒損磨損。可改善閥桿與導管間的潤滑條件，減少閥桿漏氣，減少閥桿周圍形成積炭，防止卡阻。（2）結構：3-1-3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）3組成。（3）工作原理：當氣閥閉合時，氣閥彈簧彈力較小，氣閥彈簧彈力通過旋閥器外殼傳遞至碟形彈簧，由碟形彈簧再傳至旋閥器本體，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。這時鋼珠被復位彈簧推至腰形槽的頂端。當打開氣閥時，碟形彈簧因受力增大而變平，氣閥彈簧力逐漸轉移到鋼珠上。使鋼珠受壓并滾至槽底最低點，復位彈簧被壓縮，如圖b)所示。在鋼珠滾

14、向槽底最低點時，由于碟形彈簧、旋閥器外殼與氣閥彈簧壓緊不能轉動，本體就帶動卡塊、氣閥，一起向前轉一個角度。當氣閥關閉時，由于氣閥彈簧彈力逐漸減小，碟形彈簧逐漸恢復原先形狀，鋼珠的壓力逐漸消失。當它被釋放時，復位彈簧又把它推回槽的頂端。這樣氣閥在不斷開啟中慢慢轉動。二、氣閥傳動機構 1機械式氣閥傳動機構-中小型機上（1）組成：滾輪、頂桿、搖臂、搖臂銷、搖臂座、調節螺釘（2）作用：（3）氣閥間隙氣閥間隙：柴油機冷態時，盤車使滾輪落在凸輪的基圓上，搖臂與氣閥之間的間隙。目的：柴油機在運行狀態下，留給閥桿向上膨脹的余地，使氣閥關閉嚴密。氣閥間隙對柴油機工作的影響太大：1）影響氣閥正時，使氣閥遲開早關，

15、開啟持續時間變短。2）撞擊嚴重，磨損加快。3）因撞擊發出噪聲。太?。?）影響氣閥正時，使氣閥早開晚關，開啟持續時間變長。2）氣閥受熱后無膨脹的余地，使氣閥關閉不嚴，造成閥頭與閥座燒損。3）柴油機功率與經濟性下降。2液壓式氣閥傳動機構 用于長行程低速機上（1）特點：在氣閥、頂頭上各設液壓傳動器，二者通過油管連接，開閥靠液壓傳動器的油壓，關閉靠“空氣彈簧”的氣體力實現。（2）優缺點噪音小，閥桿不受側推力，布置自由，但密封困難，調試困難。（3）工作原理：三、凸輪和凸輪軸傳動機構1凸輪軸（1）作用：控制柴油機中需要定時的設備，使它們按照一定的工作順序準確工作。（2）構造：由若干進、排氣凸輪、噴油凸輪、

16、空氣分配器凸輪和支承軸頸組成。凸輪：凸輪輪尖高度h決定氣閥的最大生程 凸輪的作用角決定氣閥的開啟總時間四沖程機：進氣凸輪作用角=（180+1+2）/2 排氣凸輪作用角=（180+1+2）/2凸輪結構：1）整體式：凸輪軸的凸輪與軸本體鑄成或煅成一體，用于小型機上2）裝配式：凸輪和軸是分開制造，然后根據定時要求，將凸輪緊固在軸上，這種凸輪軸上的凸輪是可調節的，以便定時調節，并且任何一個凸輪損壞后都可單獨更換，一般用于大型機上。材料：優質碳鋼或合金鋼，表面滲碳或淬火，以提高硬度和耐磨性。2凸輪軸傳動機構（1）齒輪傳動（四沖程機）凸輪軸傳動機構一般安裝在飛輪端，以降低曲軸扭振的影響。采用中間齒輪的原因

17、：四沖程機曲軸與凸輪軸轉速比為2：1，這樣凸輪軸上的定時齒輪直徑比曲軸上齒輪大一倍，使機身橫向尺寸增大，所以在較大的柴油機的凸輪軸傳動機構中都另外加中間齒輪，以縮小凸輪軸上正時齒輪的尺寸，減小機身橫向尺寸。 定時齒輪包括主動、中間和從動齒輪，三個齒輪上均有嚙合記號，以保證配氣、噴油定時正確，拆裝時應注意。若無裝配記號，應根據二者正時的數據確定二軸的嚙合關系。例某機的排氣閥開啟為下止點前3CA，調整時先拆開中間齒輪，解脫二者的嚙合關系，將曲軸盤車至上述位置（從飛輪刻度上觀察角度的記號）后轉動凸輪軸至第一缸排氣閥開啟位置（氣閥間隙已調好），最后使齒輪嚙合即可。（2）鏈傳動機構 超長行程二沖程機上優

18、點：結構簡單，緊湊，正、倒車運轉都能得到準確的定時，對軸線不平行度和中心距誤差要求不嚴。缺點：磨損快，易松馳，須采用張緊機構。張緊裝置 用于減少鏈條的振動，調節鏈條的送緊，保證鏈條與鏈輪嚙合良好，傳動平穩。中間輪和張緊結構（新型柴油機在松邊）用來減少鏈條振動和調節鏈條的松緊度，保證鏈條和鏈輪嚙合良好。張緊鏈條時應邊盤車邊張緊，盤車時應使張緊輪一側為松邊。鏈條長度增加1.5%時，需換新。四、換氣機構常見故障和管理1、氣閥機構的故障1）閥面和閥座磨損和腐蝕（傷痕和麻點）磨損的原因：燃氣中的炭粒或其它雜質沖刷或落在結合面上時閥與閥座撞擊所造成。腐蝕的原因：燃油中V、Na和S所造成。危害：密封性變壞，

19、引起漏氣，致使功率下降，各缸負荷不均，起動困難。2）閥面和閥座燒損主要原因：氣閥密封不良，高溫燃氣從不密封處泄漏，造成該處過熱而燒損。（1）閥座扭曲、偏移、傾斜和失圓造成大面積燒損；（2）閥盤翹曲時，關閉不嚴處如同噴管流道回被嚴重燒損；（3）氣閥閥桿卡阻、彎曲使閥盤不能落座，使密封面發生均勻燒損；（4）閥面和座面因麻點、傷痕處漏氣而燒損。3）閥桿卡緊：（1）閥桿與導管間隙不合適：過小使閥桿卡緊，間隙過大使滑油結焦，沉積物增多也會卡??；（2）中心線不正，造成卡死，致使氣閥關閉不嚴而漏氣。4）閥桿和閥頭斷裂原因：閥桿與導管的間隙過大；閥盤或閥座變形使局部受力過大；氣閥間隙過大；氣閥機構振動。部位：

20、閥盤與閥桿過渡圓角處和閥桿裝卡塊的凹槽處。后果：使氣閥掉入氣缸。5）氣閥彈簧斷裂原因：振動；材質熱處理不符合要求；銹蝕。6）閥殼裂紋原因：固定螺栓擰得太緊。后果：冷卻水漏入排氣管中。2氣閥間隙檢查和調整、氣閥定時的檢查氣閥間隙檢查和調整、氣閥定時的檢查（一）氣閥間隙檢查和調整（以6160A柴油機為例）1）單缸檢查調整法（1）冷車時盤車時滾輪與凸輪基圓接觸，在搖臂頂桿端略加力將搖臂呀向下，則在搖臂另一閥桿端出現間隙，用塞尺測量此間隙值，即為該氣閥間隙。并以規定的標準值進行比較。 （2）如間隙不符合要求則需加以調整：用梅花扳手旋松搖臂端調節螺栓的鎖緊螺母。 用規定的氣閥間隙厚度的塞尺插入搖臂與氣閥

21、桿之間，用螺絲刀擰動調節螺釘，同時拖動塞尺，當塞尺移動時，感到稍有阻力但又不太緊時，表示間隙值合乎規定的要求。用螺絲刀止住調節螺釘，使之不能轉動，把鎖緊螺母擰緊，再拖動塞尺復驗松緊程度是否變化，直到完全合格為止。（3）順曲軸工作轉向轉動飛輪，每經過一個發火間隔角（本例為120曲柄轉角），按發火順序（1-5-3-6-2-4）檢查下一缸的進、排氣閥間隙。在飛輪轉動兩圈內按順序完成對六個氣缸的進、排氣閥間隙的檢查和調整。判斷氣閥關閉狀態的方法有以下三種： 盤車過程中不斷用手扭動所測氣閥的頂桿，當頂桿可以輕便地用手扭動時，該氣閥即為關閉狀態。 通過觀察該缸高壓噴油泵柱塞彈簧的壓縮情況，當柱塞彈簧被壓縮

22、時，則該缸氣閥處于關閉狀態； 檢查頂桿滾輪落在凸輪基圓上，氣閥處于關閉狀態。2）兩次調整法（1）順曲軸工作轉向轉動飛輪，使第一缸活塞處于壓縮沖程的上死點附近。其判斷方法同單缸調整法一樣。（2）此時，可同時檢查調整下表所列各缸氣閥間隙，當第一缸處于壓縮沖程上死點時可調的各缸進、排氣閥間隙，如下表所示。 缸序 123456可調間隙的氣門 進、排 進 排 進排 （3）在檢查調整上列各缸氣閥間隙后，轉動飛輪一圈（360），當第六缸處于壓縮沖程上死點時可調整的各缸進、排氣閥間隙，如下表所示。缸序 123456可調間隙的氣門 排進排進進、排（4）對一般多缸柴抽機，可照“先進后排”的格式完成檢查調整操作。具

23、體方法是：按發火順序，先于發火的缸號可以調整進氣閥間隙；后于發火缸的缸號可以調整排氣閥間隙，正在發火的氣缸，進、排氣閥均可調整；進、排氣閥重疊的氣缸，進、排氣閥均不可調。（5）調整方法同單缸調整法一樣。（二）氣閥定時的檢查和調整氣閥定時的檢查只有在氣閥間隙調整好之后才能進行。（1）捻動法：即邊盤車邊擰轉氣閥頂桿，當氣閥頂桿從擰得動到擰不動瞬間即停止盤車，此時飛輪上的刻度就是氣閥開啟的時刻。同法可檢查氣閥的關閉時刻（此時氣閥頂桿從擰不動到擰得動）。（2）千分表法：在氣缸蓋上放千分表架，將千分表的觸頭壓在彈簧盤上，然后緩慢盤車，千分表指針剛剛移動或回到原來位置的時刻就是氣閥開啟或關閉的時刻，這時飛

24、輪上相應的讀數就是氣閥開啟或關閉的角度。（3）調整：若檢查的氣閥定時不符合要求，應松開該凸輪并軸向移動凸輪軸，脫離嚙合，并沿著正車或倒車方向移動凸輪（正車方向定時增加）最后鎖緊即可。3柴油機氣閥研磨及密封性檢驗 氣閥密封面發生嚴重磨損，燒傷和腐蝕后，可以在氣閥研磨機上，也可用車床進行閥面光車，或者閥座面用專用鉸刀鉸削，消除缺陷后，可與氣閥座研磨。如嚴重缺陷，應報廢，更換氣閥。如氣閥密封面磨損不大，可將氣閥與閥座直接進行互研。以恢復正常密封。 （1）、氣閥與閥座互研進行研磨之前，清洗或刮洗排氣通道、氣閥導管、閥座處的積炭。在氣閥密封錐面涂一層用機油調和的200目粗金剛砂，用橡皮碗吸住閥盤底平面，

25、以拍打與轉動結合的動作進行研磨，直到氣閥錐面出現一條十分整齊的灰暗色環帶為止。將密封面上的粗研磨膏擦掉，用600目的細紗進行研磨，直到出現完整密封帶。擦掉細研磨膏，再用機油進行研磨，直到閥和閥座上出現灰色光亮完整而均勻的閥線為止。清洗氣閥、閥座、氣閥導管中的研磨膏。注意：密封帶寬度要適當，進氣閥應在1.52mm內，排氣閥應為23mm。涂在閥密封面的金剛砂量要求適當，不能太多，以免流到閥桿與導套之間增加磨損。用力不能過大，以免氣閥與閥座由于過度撞擊而使密封錐面磨款或磨成凹形。（2）、氣閥密封性的檢查 氣閥與閥座互研后檢查密封性的方法有以下幾種：1）在氣閥錐面上用鉛筆每隔3mm5mm畫一條線，然后

26、將閥裝入閥座，壓住并轉動90。取下氣閥觀察其上的鉛筆線。若全部被擦掉，表明密封性良好。研磨質量高。2）將氣閥及氣閥彈簧等裝復，然后在進氣道和排氣道內注入煤油，歷時35min無滲漏現象，則表明密封良好。3）將氣閥裝入閥座，在閥座坑內閥盤底面上倒入煤油，5min后擦凈煤油并迅速提起氣閥，觀察配合面上有無滲入煤油。沒有煤油滲漏，表明密封良好。思考題： 1簡述氣閥間隙的檢查和調整步驟？2什么叫氣閥間隙？氣閥間隙對柴油機有何影響？3怎樣進行氣閥定時的檢查和調整？4設置內外二只氣閥彈簧的目的什么？5影響配氣定時誤差的因素有哪些？6氣閥閥桿卡死與斷裂的原因有哪些？7氣閥旋轉器的作用是什么？8簡述研磨氣閥的步

27、驟？9氣閥閥面的磨損與哪些因素有關？單元三單元三 廢氣渦輪增壓廢氣渦輪增壓一、柴油機增壓概述1提高柴油機功率的途徑 從 Ne=Pe.D2.S.n.i.m./4*6000 可知，要提高Ne，有下列途徑：(1)改變柴油機的結構參數D.S.i.m.氣缸直徑D增大，Ne提高。但F/V降小，熱負荷和機械負荷增加，同時寬度增大。行程S增大，Ne提高。是當前發展長行程和超長行程的方向，但Cm = S.n./30增大。增大m，Ne提高，采用二沖程m=1氣缸數i增大，Ne提高。但整機變長，目前直列i12 V型機i24（2）提高柴油機n和Cmn和Cm增加，Ne提高。但一方面磨損增加，另一方面螺旋槳效率下降，因此此

28、方法是有限的?，F代節能型柴油機反而降低轉速以獲得更高的經濟性。（3）提高柴油機的平均有效壓力PePe增加，Ne提高。Pe主要是通過Pi獲得的。要提高Pi，一般是采用每循環使氣缸多進氣、多進油，即采用增壓技術獲得。增壓：用提高柴油機進氣的方法，使充入氣缸內的空氣密度提高，從而增加每循環的噴油量，以提高柴油機平均指示壓力Pi和Pe的一種途徑。增壓度：柴油機增壓后的標定功率與增壓前的標定功率的比值增壓比：柴油機增壓后的壓力與增壓前的壓力的比值。2、增壓的方式：（1）機械增壓（2）廢氣渦輪增壓（3）復合增壓3增壓壓力分類（1）低增壓 PK0.17MPa (2)中增壓0.17MPaPK0.25MPa（3

29、）高增壓0.25MPaPK0.35MPa（4）超高增壓PK0.35MPa以往大型低速機由于降速航行要求，一直采用中低增壓，脈沖為多；當代長、超長行程機采用定壓高增壓，大型中速四沖程機采用高、超高增壓。二、廢氣能量分析1二沖程機廢氣能量2廢氣能量的兩種形式（1）脈沖能E1；（2）定壓能E2 雖然定壓能E2中最高壓力比脈沖能E1中最高壓力低得多，但它持續時間長，故E2E1，且隨著PK的增加E2所占的比例增加。三、廢氣渦輪增壓的兩種形式1定壓廢氣渦輪增壓（1）各缸的排氣管短而細，且彎頭少；（2）進入渦輪的氣體壓力基本不變；（3）渦輪的效率較高；（4）只利用定壓能E2。2脈沖廢氣渦輪增壓（1）各缸的排

30、氣管連接成在一根共用容積足夠大的總管上（2）進入渦輪的氣體壓力是脈動的。（3）渦輪的效率較低（4）既利用定壓能E2，又利用脈沖能E13排氣管分組（對脈沖渦輪增壓）（1）目的：避免掃、排氣互相干擾。也就是防止當某缸正在進行掃氣而另有一缸正在排氣時，排氣壓力波傳到掃氣缸的排氣口處，使掃氣缸背壓升高，無法進行掃氣，甚至可能使排氣倒灌。（2）原則：同一組氣缸的掃、排氣時間相互不重疊或重疊很少。根據上述分組原則，可求出一組最多的氣缸數為：四沖程柴油機：i720/240=3。二沖程柴油機：i=360/120=3。 若多于3個氣缸數，排氣會重疊而發生干擾，但同一組氣缸數少于3缸，雖然不會產生排、掃氣互相干擾

31、，但廢氣不能連續供給，使廢氣傳遞過程可用能損失加大，也使渦輪間歇進氣、部分進氣引起的損失加大，使渦輪效率T下降。可見無論是四沖程或二沖程柴油機，每一組氣缸只能是3個缸。因而缸數為3的倍數(3、6、9、12缸)的柴油機采用脈沖增壓效果很好。四、兩種增壓方式比較1廢氣能量的利用2渦輪的工作性能3增壓系統的布置4管理上的要求5柴油機的加速性及低負荷性能脈沖增壓柴油機的排氣管容積小，其中壓力建立較快，渦輪前廢氣壓力可隨柴油機的加載而迅速上升。等壓增壓由于排氣管容積大。當柴油機加載時，雖然從氣缸中排出的廢氣溫度壓力已經開始升高，但在容積較大的排氣管中廢氣的壓力溫度升高得較慢，渦輪增壓器轉速跟不上柴油機的

32、加載，不能迅速及時地增大供氣量，以滿足柴油機因加載噴油量增大而增大的空氣需要量，出現了較大的滯后現象。因此其加載性能較脈沖增壓差。這就是發電機組的柴油機發展到高增壓仍采用脈沖增壓的原因。五、其它增壓型式 定壓渦輪增壓的主要特點：廢氣從排氣口（閥）至廢氣渦輪能量損失較大，而在廢氣渦輪中作功的過程能量損失小。脈沖渦輪增壓的主要特點：廢氣從排氣口（閥）至廢氣渦輪能量損失小，而在廢氣渦輪中作功的過程能量損失較大。對缸數不是三的整倍數的柴油機，排氣管分組難于使同組中各缸排氣和掃氣不干擾，且廢氣供應不連續使渦輪效率下降。 1脈沖轉換增壓（1）組成：脈沖轉換增壓是在脈沖增壓的排氣支管和廢氣渦輪之間裝設脈沖轉

33、換器。它由脈沖管A（B）、收縮管C、混合管D、擴壓管E和集氣箱F組成。（2）工作原理：A、B分別通過收縮管與混合管相連接構成了引射噴咀，改善了掃氣效果；實踐證明，擴壓管和集氣箱的作用不明顯，去掉它效果反而更好，目前多使用簡化的脈沖轉換器。（3）脈沖轉換增壓既能有效地利用廢氣的脈沖能，又能使渦輪有穩定的進氣壓力和連續的流量，渦輪效率高，用于缸數為四的倍數的柴油機效果最佳。它適用于高、中速機。2多脈沖增壓是將多根排氣支管接到一個多進口的多脈沖轉換器上，原理和脈沖轉換增壓相似。多個噴咀組成的收縮管和一個共同的混合管。由于混合管的容積較大，使渦輪進口處的廢氣壓力更加平穩，工作狀態更加接近定壓渦輪。因此

34、渦輪效率和柴油機性能更加接近定壓渦輪柴油機。它適用于高、中速機，氣缸數不受限制。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換（MPC）增壓、單管排氣系統（SPES）等，布置上與定壓渦輪增壓相似，各缸排氣經單獨的噴管排向容積較小的共用總管，使廢氣流速增加，壓力下降，把各缸的壓力能轉變為動能。在總管聯接渦輪處裝一段擴壓管，將排氣的動能轉換為壓力能，保證渦輪按定壓渦輪工作。 總之，模件式脈沖轉換增壓能夠使柴油機掃氣良好，排氣脈沖能E1可得到較好的傳遞，而且渦輪實現了全周進氣，入口處壓力的變化也相當穩定，渦輪效率接近等壓增壓時的渦輪效率。使柴油機在不同負荷下均能獲得較高的效

35、率。思考題：1試比較脈沖渦輪增壓與等壓渦輪增壓的特點及應用范圍。2試述當代高增壓柴油機向等壓渦輪增壓發展的原因。單元四單元四 廢氣渦輪增壓器廢氣渦輪增壓器一、廢氣渦輪增壓器的構造廢氣渦輪增壓器是由廢氣渦輪和壓氣機兩部分組成。渦輪增壓器一般都采用離心式壓氣機。根據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，徑流式渦輪增壓器用于功率較小的柴油機。 1軸流式廢氣渦輪 廢氣渦輪主要由進氣殼、噴咀環、葉輪、隔熱墻和排氣殼組成。主要部件為固定的噴咀環和旋轉的葉輪。 噴咀環：渦輪噴咀環如圖3-2-19所示，噴咀環葉片均由耐熱合金鋼制成。 渦輪葉輪：渦輪噴葉輪在增壓

36、器中的工作條件是最惡劣的。葉片用高強度鎳基耐熱合金鋼鍛造，并經仿形加工而成。 （2）離心式壓氣機 壓氣機是由消音濾清器、空氣進氣殼、葉輪、擴壓器以及出氣殼等組成。主要部件為擴壓器和葉輪。 壓氣機葉輪：壓氣機葉輪為半開式，如圖3-2-21所示。它裝在增壓器轉軸上，與軸緊配合聯接，用鍵傳遞扭矩。葉輪葉片的進口部分向轉動方向彎曲，出口部分則向后彎曲，即“前傾后彎”。壓氣機葉輪用高強度鍛造鋁合金制成。葉輪葉片空間曲面采用四坐標聯動型面數控加工中心加工。葉片擴壓器：從壓氣機葉輪流出的氣流速度相當高，高壓比增壓器已出現超音速流動。為了把氣流的動能迅速有效地轉變成壓力能，在葉輪外周設置了葉片擴壓器，見圖3-

37、2-22。消音濾清器起著過濾、消音的作用。（3）軸承 滾動軸承： 按轉子軸承分 滑動軸承：軸承分類 外支承： 按支承方式 內外支承： 內支承： 外支承：運轉穩定性好，維修方便，便于拆裝軸承，軸承距離較遠，傳入熱量少，便于布置與安裝軸封裝置，軸承直徑小，軸頸線速度低，摩擦損失小。但結構復雜，跨度大，壓氣機不便于軸向進氣。 內支承：軸向尺寸小，結構簡單，可軸向進氣，便于清洗通道。但回轉穩定性差，軸承直徑大，軸頸線速度高，軸承易損，拆裝不變。 現代大型柴油機多采用內支承滑動軸承，小型機采用滾動軸承，壓氣機端采用止推軸承。4氣封與油封裝置(1)渦輪端：轉子與進氣殼之間的間隙，為了防止廢氣通過間隙進入軸

38、承箱污染滑油，以及滑油通過間隙進入渦輪結炭污阻葉片和浪費滑油，設置了迷宮式氣封和油封，其結構分別如圖3-2-24和圖3-2-25所示。氣封的兩組氣封圈之間，引入一股由壓氣機來的增壓空氣。此空氣通過渦輪排氣殼內的引氣管道及X密封空氣通道進入氣封引氣槽。密封空氣往左擠出，防止了廢氣串入，擠出的少量密封空氣就沿葉輪右端面、葉輪泄入煙囪。密封空氣往右擠出，阻止了滑油串入。擠出的少量密封空氣經通道Z通大氣，油封內、外兩側壓力保持平衡，使密封更有效。（2）壓氣機端：壓氣機工作葉輪背面和隔熱墻之間，存在一定間隙，工作輪出口的增壓空氣將會由此漏入渦輪排氣殼進入煙囪，使壓氣機效率下降，而且使轉子上的軸向推力增大

39、，因此在此處設置迷宮式氣封，其結構如圖3-2-26所示。5潤滑： 飛濺潤滑 專門供油潤滑 重力強力混合潤滑 柴油機潤滑系統供油二、工作原理1軸流式渦輪的工作原理廢氣在渦輪級中流動時壓力、溫度、流速的變化。 噴咀環的通道呈收縮形狀，當廢氣流過噴咀環時，其壓力從p0下降為p1，溫度從T0下降為T1而速度從C0增加到C1。在噴咀中，廢氣的部分壓力能變成動能。葉輪葉片間的通道也是收縮形的。當氣流進入葉輪葉片間通道后繼續膨脹，其壓力、溫度繼續下降到p2、T2，而其相對速度由W1增加至W2。由于葉輪在高速氣流作用下旋轉并作機械功，故氣流的絕對速度從C1下降到C2。壓力能、動能變成機械能。 2離心式壓氣機的

40、工作原理 空氣在離心式壓氣機中流動時壓力、流速、溫度的變化。上圖為各空氣參數沿流道變化的情況，0-0、1-1、4-4分別為上述各部件的進、出截面。當壓氣機工作時，由于進氣道是收縮的，外界空氣經過進氣道時，壓力從p0降低到p1，溫度從T0降低到T1，流速從C0增加到C1。當進入壓氣機葉輪，由于葉輪作高速回轉，壓力從p1增加到p2，流速從C1增加到C2，溫度從T1增加到T2?？諝庠谌~輪中把機械能轉變為壓力能和動能。在擴壓器中，由于流道逐漸擴大，從葉輪流出的高速氣流部分動能轉變為內能，空氣流速從C2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的，空氣流過它時繼續將動

41、能轉變為內能。3離心式壓氣機的工作特性及喘振機理當壓氣機的流量減小到一定值后，氣體進入工作葉輪和擴壓器的方向偏離設計工況，造成氣流從葉輪或擴壓器上強烈分離，同時產生強烈脈動，并有氣倒流，引起壓氣機工作不穩定，導致壓氣機振動，并發出異常的響聲。這種現象稱為壓氣機喘振。喘振是壓氣機的固有特性。 產生壓氣機喘振的原因是當流量小于設計值很多時在葉輪進口和擴壓器葉片內產生強烈的氣流分離?？諝饬髁啃∮谠O計流量的情況如圖3-2-16和圖3-2-17的c）圖所示，氣流在葉輪葉片前緣沖向葉片的凹面，與葉片的凸面發生分離；在擴壓器中氣流沖向葉片的凸面，與葉片的凹面發生分離。隨著流量的減少，氣流分離區會越來越大，以

42、致在葉輪和擴壓器中造成氣體倒流，發生不穩定流動，最終導致喘振產生。一般擴壓器中的氣體倒流是壓氣機喘振的主要原因，而葉輪進口氣流分離的擴展會使喘振加劇。單元五單元五 增壓系統的故障與維護管理增壓系統的故障與維護管理一、增壓系統的維護管理廢氣渦輪增壓器工作的主要特點：轉子轉速高、氣流流速高、工作溫度高。因此增壓器在運轉中，應保持轉子良好的靜平衡和動平衡，軸承要有良好的潤滑，流道要清潔并保持可靠的冷卻。1增壓器的日常管理 （1）在運轉中應測量和記錄各主要運行參數：各缸排氣溫度、渦輪前后溫度、增壓器轉速、掃氣箱中的壓力、冷卻水進出口溫度、軸承潤滑油溫度和壓力等。（2）增壓器運行時，應經常用金屬棒或其它專用工具傾聽增