1、2022-6-15chapter3 配气系统与增压1船舶柴油机Marine diesel engine主讲：余永华Email:2022-6-15chapter3 配气系统与增压2Chapter 3 换气与增压3.1 柴油机换气过程柴油机换气过程3.2 换气机构3.3 废气涡轮增压系统和涡轮增压器3.4 增压系统的故障与维护管理2022-6-15chapter3 配气系统与增压33.1 柴油机换气过程n四冲程柴油机四冲程柴油机1自由排气阶段：压力差作用2强制排气阶段：活塞上行强制作用3进气过程：进气门开到关(理论上)4气阀叠开和燃烧室扫气：双阀开，相通（叠开角度要合适）四冲程柴油机的换气角度为4
2、00500度2022-6-15chapter3 配气系统与增压43.1 柴油机换气过程n二冲程柴油机二冲程柴油机1自由排气阶段(B-R)2强制排气和扫气阶段(R-C)3过后排气阶段(C-E)二冲程柴油机的换气角度为120150度扫气箱空气压力2022-6-15chapter3 配气系统与增压53.1 柴油机换气过程n时面值、角面值 在一次换气过程中各个阶段气口或气阀的通流能力是以它们所拥有的时面值来衡量的。角面值表示气口或气阀的通流能力，对于给定的柴油机它是一个定值与转速无关。：时面值fdt：角面值df)(2022-6-15chapter3 配气系统与增压63.1 柴油机换气过程n充气系数实际
3、吸入气缸的新鲜空气量与进气管状态下充满气缸工作容积V的空气量m之比值n影响因素 进气流动阻力的影响（进气阀排气阀,主要因素） 进气过程结束时气缸内气体温度的影响(n,p不同,是次要因素) 残余废气系数的影响(排气背压v，四冲程很小) 柴油机气阀正时的影响2022-6-15chapter3 配气系统与增压7流动阻力分析n要求尽可能增大进气通道截面积f。因此中大型机采用多个进气阀多个进气阀结构n柴油机往往尽可能增大进气阀直径，使进气阀进气阀直径大于排气阀直径直径大于排气阀直径n在中高速时,流动阻力损失占主要流动阻力损失占主要,所以要特别注意进气道的通畅22fnKP 2022-6-15chapter
4、3 配气系统与增压8柴油机气阀正时的影响分析n排气阀提前开（应最佳）n排气阀滞后关(惯性、有利于排气)n进气阀提前开(有利于进气，燃烧室扫气）n进气阀滞后关（n不同应该变化）排气提前角的影响a-最合适；b-过早；c-过晚二冲程柴油机中，受排气阀扫气口正时、清洁程度影响2022-6-15chapter3 配气系统与增压9Chapter 3 换气与增压3.1 柴油机换气过程3.2 换气机构换气机构3.3 废气涡轮增压系统和涡轮增压器3.4 增压系统的故障与维护管理2022-6-15chapter3 配气系统与增压103.2 换气机构2022-6-15chapter3 配气系统与增压113.2 换气
5、机构2022-6-15chapter3 配气系统与增压123.2 换气机构n气阀机构气阀机构n气阀驱动机构n凸轮轴及其传动机构n换气机构的故障和管理工作条件材料与表面处理结构形式气阀与阀座的配合气门弹簧气阀导杆气阀旋转机构2022-6-15chapter3 配气系统与增压13气阀机构工作条件(高温、撞击、磨损和腐蚀)n气阀承受着很高的热负荷n劣质重油高温腐蚀n气体爆发压力及落座撞击力n阀盘反复滑移着楔入阀座，造成磨损2022-6-15chapter3 配气系统与增压143.2 换气机构n气阀机构气阀机构n气阀驱动机构n凸轮轴及其传动机构n换气机构的故障和管理工作条件材料与表面处理材料与表面处理
6、结构形式气阀与阀座的配合气门弹簧气阀导杆气阀旋转机构2022-6-15chapter3 配气系统与增压15材料与表面处理n气阀与阀座气阀材料耐热合金钢阀座材料合金铸铁或耐热合金钢阀座钻孔水冷（空气槽）阀杆氮化、镀铬、滚压、抛光等工艺2022-6-15chapter3 配气系统与增压16钻孔水冷（空气槽）2022-6-15chapter3 配气系统与增压173.2 换气机构n气阀机构气阀机构n气阀驱动机构n凸轮轴及其传动机构n换气机构的故障和管理工作条件材料与表面处理结构形式结构形式气阀与阀座的配合气门弹簧气阀导杆气阀旋转机构2022-6-15chapter3 配气系统与增压18气阀组件（带阀壳
7、和不带阀壳 ） 气阀采用耐热耐磨合金钢制造。气阀座圈采用合金铸铁或耐磨合金钢2022-6-15chapter3 配气系统与增压19阀壳紧固螺栓采用柔性螺栓n使阀壳、缸盖等受热零件因受热膨胀不一致而产生的附加应力较小，不易发生蠕变不易发生蠕变而松脱；n阀壳承受着脉动的气体压力，柔性螺栓所受的交变应力变化幅度较普通螺栓小，不易疲劳断不易疲劳断裂裂；n柔性螺栓断面较细表面光滑，结构上力求避免避免应力集中应力集中，疲劳强度较高。2022-6-15chapter3 配气系统与增压203.2 换气机构n气阀机构气阀机构n气阀驱动机构n凸轮轴及其传动机构n换气机构的故障和管理工作条件材料与表面处理结构形式气
8、阀与阀座的配合气阀与阀座的配合气门弹簧气阀导杆气阀旋转机构2022-6-15chapter3 配气系统与增压21气阀与阀座的配合方式2022-6-15chapter3 配气系统与增压22气阀与阀座配合方式比较全接触式(小高速机)。n优点：接触面大、耐磨、传热好n缺点：易结炭，敲击产生麻点外接触式(0.51.0，强载中速机中)n优点：接触面小，密封性好，内侧不与燃气接触；阀盘拱腰变形增加接触面，减小接触应力增加散热。内接触式(0.20.5 ，长行程低速柴油机)n优点：接触面小，密封性好。接触面温度低腐蚀小接触面温度低腐蚀小。阀盘周边翘曲增加接触面，减小接触应力增加散热。2022-6-15chap
9、ter3 配气系统与增压233.2 换气机构n气阀机构气阀机构n气阀驱动机构n凸轮轴及其传动机构n换气机构的故障和管理工作条件材料与表面处理结构形式气阀与阀座的配合气门弹簧气门弹簧气阀导杆气阀旋转机构2022-6-15chapter3 配气系统与增压24气阀弹簧内、外双弹簧结构n每根弹簧负荷尺寸,应力抗疲劳能力n自振频率不同，互相干扰减振n防止自动研磨n防止一根弹簧断裂后卡进另一根弹簧中2022-6-15chapter3 配气系统与增压253.2 换气机构n气阀机构气阀机构n气阀驱动机构n凸轮轴及其传动机构n换气机构的故障和管理工作条件材料与表面处理结构形式气阀与阀座的配合气门弹簧气阀导杆气阀
10、导杆气阀旋转机构2022-6-15chapter3 配气系统与增压26气阀导管功用：n承受着摇臂所引起的侧推力n气阀散热间隙要求间隙要求：过小气阀的动作迟滞甚至咬死过大散热不良，横向振动和漏气加剧，甚至可能引起烟灰进入间隙使气阀卡住。2022-6-15chapter3 配气系统与增压273.2 换气机构n气阀机构气阀机构n气阀驱动机构n凸轮轴及其传动机构n换气机构的故障和管理工作条件材料与表面处理结构形式气阀与阀座的配合气门弹簧气阀导杆气阀旋转机构气阀旋转机构2022-6-15chapter3 配气系统与增压28为什么要旋阀器：、气阀在开关过程中慢慢转动，可以减少阀面与阀座上的积碳使磨损减小，
11、贴合严密；、可以使阀盘均匀地接受热量和散热，以改善阀盘的热应力状态；、可以消除阀杆与导管之间的积碳。2022-6-15chapter3 配气系统与增压29气阀旋转机构旋阀器本体4,钢珠2,碟形弹簧1,旋阀器外壳(又是气阀弹簧的上弹簧盘)32022-6-15chapter3 配气系统与增压30推进器式气阀旋转机构2022-6-15chapter3 配气系统与增压313.2 换气机构n气阀机构n气阀驱动机构气阀驱动机构n凸轮轴及其传动机构n换气机构的故障和管理2022-6-15chapter3 配气系统与增压32机械式气阀驱动机构2022-6-15chapter3 配气系统与增压33机械式气阀驱动
12、机构凸轮的三种形式2022-6-15chapter3 配气系统与增压34具有空气弹簧的液压气阀驱动机构 2022-6-15chapter3 配气系统与增压35液压式气阀驱动机构2022-6-15chapter3 配气系统与增压362022-6-15chapter3 配气系统与增压37气阀驱动机构的比较（1）机械式气阀驱动机构n气阀间隙作用：弥补气阀及气阀驱动机构受热膨胀过小：因关闭不严漏气气阀烧损漏气新鲜空气，压缩压力，燃烧恶化，排气温度和功率。过大：改变气阀正时；且使气阀落座时撞击速度增大，气阀容易损坏。如何调整呢?2022-6-15chapter3 配气系统与增压38气阀间隙的调整滚轮落在
13、凸轮的基圆上保持摇臂、顶杆和顶头接触调节摇臂螺钉，使间隙满足要求2022-6-15chapter3 配气系统与增压39气阀驱动机构的比较（2）液压式气阀驱动机构n优点：维护管理和检修拆装方便，不用调整气阀间隙；阀落座速度得以控制，减少阀与阀座的撞击；气阀的开启由推动活塞推动，阀杆无侧向推力，气阀导管的磨损也减少；采用空气弹簧使气阀结构更为简单可靠。2022-6-15chapter3 配气系统与增压40气阀驱动机构的比较（3）n变排气阀关正时及升程（VEC）系统 2022-6-15chapter3 配气系统与增压413.2 换气机构n气阀机构n气阀驱动机构n凸轮轴及其传动机构凸轮轴及其传动机构n
14、换气机构的故障和管理2022-6-15chapter3 配气系统与增压42凸轮轴及其传动机构n凸轮轴：整根或分段n凸轮：可调节/不可调节2022-6-15chapter3 配气系统与增压43凸轮轴传动机构 图4-13 凸轮轴链传动机构2022-6-15chapter3 配气系统与增压443.2 换气机构n气阀机构n气阀驱动机构n凸轮轴及其传动机构n换气机构的故障和管理换气机构的故障和管理2022-6-15chapter3 配气系统与增压45气阀的常见故障及提高气阀工作能力的措施（1）排气阀烧损(排气阀密封不严)由于阀盘温度分布不均匀温度分布不均匀阀盘及阀座密封锥面沉积玻璃状物质剥落沉积玻璃状物
15、质剥落硬质颗粒在闭阀时的撞击密封面出现凹坑密封面出现凹坑阀座扭曲、偏移、倾斜和失圆2022-6-15chapter3 配气系统与增压46气阀的常见故障及提高气阀工作能力的措施（2）排气阀的高温腐蚀（钒、钠和硫钒、钠和硫）麻点燃油中的硫、钒和钠的腐蚀2022-6-15chapter3 配气系统与增压47气阀的常见故障及提高气阀工作能力的措施（3）气阀密封锥面磨损过快气阀间隙，阀杆与导管间隙过大阀盘和阀座刚度不足气阀和阀座材料性能不合要求重油含钒、钠硫多超负荷运行或燃烧恶化冷却不良振动使气阀落座速度过大2022-6-15chapter3 配气系统与增压48气阀的常见故障及提高气阀工作能力的措施（4
16、）阀盘和阀杆断裂阀杆与导管间隙过大；阀盘或阀座变形；气阀间隙过大；气阀机构振动；频繁撞击引起金属疲劳；高温下金属的机械强度降低2022-6-15chapter3 配气系统与增压49气阀的常见故障及提高气阀工作能力的措施（5）阀杆卡紧导管间隙阀杆卡阻导管间隙滑油结焦，沉积物卡住中心线不正2022-6-15chapter3 配气系统与增压50气阀的常见故障及提高气阀工作能力的措施提高气阀工作能力的措施n（1）采用水冷式阀座 （最新型中速机不用带阀壳的气阀）n（2）安装旋阀器n（3）采用新材料新工艺n（4）阀盘与阀座的密封锥面采用不等的锥角2022-6-15chapter3 配气系统与增压51气阀组
17、件管理维修注意事项n 注意燃油的含钒量n及时对气阀进行检查（注意阀锥面和阀座锥面的角度差）n气阀导管和阀杆的间隙必须合适n更换阀座不能轻率改变阀座材料n阀壳的紧固螺栓不宜拧得过紧（正确的拧紧可能在初期会有少量漏气）2022-6-15chapter3 配气系统与增压52凸轮轴及其传动机构使用管理注意事项n重装凸轮轴的传动机构必须注意对准其啮合记号n凸轮及其传动机构必须经常检查其润滑的情况n对于链传动机构，必须注意链条的张紧情况n检查和调整气阀正时，必须在检查和调整好气阀间隙后再进行2022-6-15chapter3 配气系统与增压532022-6-15chapter3 配气系统与增压54气阀机构
18、的故障(1)阀面和阀座磨损和腐蚀伤痕炭粒或杂质冲刷或在接合面上撞击麻点燃油中的硫、钒和钠的腐蚀(2)阀面与阀座烧损阀座扭曲、偏移、倾斜和失圆(3)阀杆卡紧导管间隙阀杆卡阻导管间隙滑油结焦，沉积物卡住中心线不正(4)阀杆和阀头断裂(频繁撞击+高温)(5)气阀弹簧断裂(振动+材质+工艺)(6)阀壳产生裂纹(固定螺栓拧得太紧)2022-6-15chapter3 配气系统与增压55导致气阀阀杆运行中卡死在气阀导管内的原因：I 滑油高温结碳II 阀杆中心线不正III 阀杆与导管间隙过小IV 阀杆产生高温烧蚀V 阀杆受严重低温酸腐蚀VI 阀杆与导管间隙过大2022-6-15chapter3 配气系统与增压56
