模块四柴油机的换气机构与增压.ppt

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1、模块四柴油机的换气机构与增压,教学目标：1具有气阀机构的拆装与检验、气阀的研磨操作的能力2具有四冲程柴油机气阀间隙、气阀正时的测量与调整的能力3具有换气机构的知识、工作原理以及故障排除的能力；4.具有完成增压器维护管理与应急处理操作工作任务的能力；5.具有增压器结构的知识、工作原理、增压基本知识、废气能量分析、以及增压形式的理论知识；,重点：二冲程、四冲程柴油机的换气过程，各类换气机构（气阀机构和气阀传动机构）的工作原理、作用、工作条件、结构特点、常见故障及其原因，气阀与阀座的研磨及更换方法，气阀间隙、气阀定时的检查与调整及不正常的危害，废气涡轮增压器的工作原理、组成结构、清洗、日常管理、故障

2、分析及处理。难点：各类换气机构的结构特点，定压增压、脉冲增压的特点及理解，增压器的喘振。,主要内容,单元一 柴油机的换气过程及换气质量评定参数单元二 换气机构单元三 废气涡轮增压单元四 废气涡轮增压器单元五 增压系统的故障与维护管理,单元一柴油机的换气过程及换气质量评定参数,换气过程：从排气、扫气到进气终止的整个更换过程一、四冲程机的换气过程1换气过程：从排气阀开到进气阀关 约占3800CA-4500CA 超临界排气阶段（以音速排出）（1）自由排气阶段 亚临界排气阶段（以亚音速排出）从排气阀开启大缸内压力在某一时刻接近或达到排气管的压力。一般在下止点后10-300CA结束。此阶段不能过长，否则

3、会增加排气损失。四冲程机的进、排气阀是由凸轮驱动的，气阀只能逐渐打开的，若爬气阀正好在下止点开启，则时面值很小，缸内压力下降太慢，活塞向上行时将受到很大的压力，增加排气消耗功，且排气不干净。一般1=30-600CA，n增加，则1增加。,（2）强制排气阶段从自由排气结束到排气阀关闭的阶段。此阶段缸内废气是由上行活塞强制推挤出去，在末期可利用排气阀晚关和排气惯性实现惯性排气。n增加，则2增加。（3）进气过程（非增压机实际进气是在上止点后开始）从进气阀开启到进气阀关闭的阶段。进气阀一般在上止点前10-300CA开启，刚开启时缸内压力高于进气压力，但不会存在废气倒流。原因气阀开度很小排气阀存在惯性。进

4、气阀一般在上止点后2=20-600CA关闭，2不能太大，否则压缩行程过短，使PC、TC过低，造成起动困难，燃烧不良。,2气阀叠开和燃烧室扫气（1）概念（2）非增压机：1+2=25-500CA；增压机：1+2=80-1300CA（3）作用：利用排气流的抽吸作用造成缸内一定的真空，将新鲜空气吸入气缸。新鲜空气的吸入有利于废气的排出。新鲜空气对燃烧室部件进行冷却。,二、二冲程机的换气过程,1二冲程机的换气过程的特点（1）换气时间短：二冲程机120-1500CA 四冲程机3800CA-4500CA（2）主要依靠进、排气口之间的压差，用新气驱赶废气的扫气方式。新气的进入和废气的排出是同时进行的，新气和废

5、气掺混，换气质量差，残留废气多。（3）实现扫气所需的气体压差较大，空气耗量大，耗功较多。（4）气缸容积不能充分利用，存在失效行程。,2换气过程（1）自由排气阶段（B-R）从排气口开启B到进气开始点R（缸内压力与扫气压力相等）特点：此阶段缸内的废气压力比排气管中的压力高出许多，大量的废气靠这一压差和气体动力作用流出缸外。扫气口刚开启时，缸内压力大于扫气压力，但不会使废气倒流，原因是：扫气口开度很小排气口开度大，废气具有向外流动惯性。但气口积碳，会使废气倒流。（2）扫气及强制排气阶段（R-C）此阶段主要依靠新气与缸内废气的压力差，利用新气清扫废气。特点：新气与废气混掺，部分新气经排气口排出。,（3

6、）过后排气阶段（C-E）有部分新气损失，应短些。过后充气，充气量有限：充气时间短活塞已上行。,三、评定换气过程质量的参数1残余废气系数 表示换气过程的完善程度r=Gr/GO（1）理想情况下为零；（2）增压机小于非增压机（增压机进气压力大，进气量大）；（3）四冲程机小于二冲程机（四冲程机换气完善过程长）（4）直流扫气机小于弯流扫气机；（5）其取决于换气完善程度。四冲程机与燃烧扫气有关，二冲程机与换气形式、增压度有关。,2充量系数（充气效率）CC=GO/GS=PaTO/(-1)POTa(1+r)1影响充气系数因素：气缸进气终了时的参数（pa、Ta）；残余废气系数；排气系统的结构参数以及柴油机运行时

7、的转速、负荷、增压程度、冷却情况、换气系统的清洁程度。当柴油机转速升高、气阀流通面积不足、进气系统脏污时，因进气压力降增大而使充气系数显著降低；当负荷增大、气缸过热、冷却不良及残余废气过多时，会导致进气温度升高、密度下降、进气量减少，充气系数降低。提高增压压力、增大进气阀（口）流通面积可使充气系数提高。,3、二冲程柴油机的扫气质量指标（1）扫气效率s=扫气结束时留在缸内的新鲜空气量G0/气缸内全部气体量Ga=G0/（G0+Gr）=1/（1+r）（2）扫气系数s=每循环流过扫气口的空气量Gk/扫气结束后留在缸内的新鲜空气量G01；新鲜空气由排气口流失越少，G0越大，扫气系数越小。一般为1.42.

8、0。（3）给气比（扫气过量空气系数）=每循环流过扫气口的空气量G0/在进气状态下充满Vs的理论空气量Gs，一般为1.01.3；s（G0Gs），显然，s越大、s越小、越小，扫气质量越好。思考题：1按缸内压力变化，二冲程机的换气过程可分为哪几个阶段？各阶段有什么特点？,单元二 换气机构,换气机构：保证按规定顺序和时刻完成进、排气过程的机构。换气机构的功能是实现对柴油机换气过程的控制。即依照柴油机各气缸的工作次序，定时地打开或关闭进排气阀。以保证气缸里废气的排除和新鲜空气的充入。换气机构的组成：气阀机构、气阀传动机构、凸轮和凸轮轴传动机构。,一、气阀机构组成：气阀、阀座、导管、气阀弹簧、弹簧座、锥形

9、锁块,1气阀：分进气阀和排气阀，一般进气阀阀盘直径大于排气阀，目的是为了提高充气量。（1）气阀的结构：由阀头、阀杆组成，采用大圆弧过度，以降低机械应力。阀头座合面是锥面，锥面角有30和45两种：30锥面角：阀口流通面积大，进气阻力小，单位承压面积小，阀面与阀座磨损小，进气阀采用。45锥面角：自动居中性能好，座合面单位面积压力大，密封性能好，一般排气阀采用。阀杆：上部开有环形槽，用于安装锥形锁块。,（2）工作条件进气阀：受高温作用450500；撞击；（阀座、导管）磨损。排气阀：受高温作用650800；撞击；（阀座、导管）磨损；燃气腐蚀。（3）材料 进气阀采用普通合金钢如40Cr、40CrNi，有

10、高的耐磨、耐热和抗腐蚀性能。排气阀采用耐热合金钢如9CrSi2Mo等。阀杆顶部由于不断受到摇臂撞击，一般堆焊60号钢，淬火HRC50，也有安装硬质合金钢的阀帽或撞击块以提高耐磨性。,（4）阀头的型式：平顶 凸顶 凹顶,（5）阀座：工作条件与气阀相似，一般采用合金铸铁或耐热合金钢。注意：阀座材料与缸盖材料的热膨胀系数应基本相同。（6）阀面与阀座的配合全接触式：阀面与座面锥角相同，接触面积大，耐磨，传热好，但易结碳，敲击，产生麻点，用于小型高速机。外接触式：阀面锥角小于座面锥角0.51，接触面积小，密封性好，阀盘在高压燃气作用下产生拱腰变形，增加阀与座的接触面积，降低接触应力，提高散热。用于强载中

11、速机上。内接触式：阀面锥角大于座面锥角0.20.5，接触面积小，密封性好，接触面离燃烧室远，温度低，腐蚀小，阀盘发生周边翘曲变形，增加阀与座的接触面积，降低接触应力，提高散热。用于长行程低速机上。,2气阀弹簧（1）作用：当摇臂抬起时使气阀关闭（2）采用内外弹簧的目的：在不降低应有弹力的条件下，可采用较细软的弹簧钢丝制造，使其工作时动作柔和，提高抗疲劳能力。两根弹簧的自振频率不同，在工作中互为阻尼，可避免发生共振。当其中一根弹簧折断时，气阀不致落入气缸内，提高工作可靠性。两根弹簧旋向相反，可防止互相夹插，还可以减少阀在开关时由于弹簧产生扭转而发生的自动研磨。,3气阀导管（1）作用：保证气阀与阀座

12、在同一中心线上工作，并起散热作用。（2）材料：铸铁或青铜（3）气阀导管和阀杆的间隙必须合适。过大：散热不良，磨损增大；造成阀杆处漏气，甚至造成滑油结焦使阀卡死。过小，导致气阀卡阻。4气阀锁紧装置,5气阀旋转器：用于燃重油的大功率中速机上（1）作用：使阀盘均匀受热、散热，保证阀盘的温度分布均匀，改善阀盘的热应力状态。减少密封锥面上导热不良的沉积物，使之贴合严密，利于散热，减少高温腐蚀，减少烧损磨损。可改善阀杆与导管间的润滑条件，减少阀杆漏气，减少阀杆周围形成积炭，防止卡阻。,（2）结构：3-1-3所示为后一种旋阀器。它由旋阀器本体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）3组成

13、。,（3）工作原理：当气阀闭合时，气阀弹簧弹力较小，气阀弹簧弹力通过旋阀器外壳传递至碟形弹簧，由碟形弹簧再传至旋阀器本体，旋阀器本体将力传给卡块，最终传给气阀使气阀保持闭合，钢珠不受力。这时钢珠被复位弹簧推至腰形槽的顶端。当打开气阀时，碟形弹簧因受力增大而变平，气阀弹簧力逐渐转移到钢珠上。使钢珠受压并滚至槽底最低点，复位弹簧被压缩，如图b)所示。在钢珠滚向槽底最低点时，由于碟形弹簧、旋阀器外壳与气阀弹簧压紧不能转动，本体就带动卡块、气阀，一起向前转一个角度。当气阀关闭时，由于气阀弹簧弹力逐渐减小，碟形弹簧逐渐恢复原先形状，钢珠的压力逐渐消失。当它被释放时，复位弹簧又把它推回槽的顶端。这样气阀在

14、不断开启中慢慢转动。,二、气阀传动机构,1机械式气阀传动机构-中小型机上（1）组成：滚轮、顶杆、摇臂、摇臂销、摇臂座、调节螺钉（2）作用：（3）气阀间隙气阀间隙：柴油机冷态时，盘车使滚轮落在凸轮的基圆上，摇臂与气阀之间的间隙。目的：柴油机在运行状态下，留给阀杆向上膨胀的余地，使气阀关闭严密。,气阀间隙对柴油机工作的影响太大：1）影响气阀正时，使气阀迟开早关，开启持续时间变短。2）撞击严重，磨损加快。3）因撞击发出噪声。太小：1）影响气阀正时，使气阀早开晚关，开启持续时间变长。2）气阀受热后无膨胀的余地，使气阀关闭不严，造成阀头与阀座烧损。3）柴油机功率与经济性下降。,2液压式气阀传动机构 用于

15、长行程低速机上（1）特点：在气阀、顶头上各设液压传动器，二者通过油管连接，开阀靠液压传动器的油压，关闭靠“空气弹簧”的气体力实现。（2）优缺点噪音小，阀杆不受侧推力，布置自由，但密封困难，调试困难。（3）工作原理：,三、凸轮和凸轮轴传动机构,1凸轮轴（1）作用：控制柴油机中需要定时的设备，使它们按照一定的工作顺序准确工作。（2）构造：由若干进、排气凸轮、喷油凸轮、空气分配器凸轮和支承轴颈组成。凸轮：凸轮轮尖高度h决定气阀的最大生程 凸轮的作用角决定气阀的开启总时间四冲程机：进气凸轮作用角=（180+1+2）/2 排气凸轮作用角=（180+1+2）/2,凸轮结构：1）整体式：凸轮轴的凸轮与轴本体

16、铸成或煅成一体，用于小型机上2）装配式：凸轮和轴是分开制造，然后根据定时要求，将凸轮紧固在轴上，这种凸轮轴上的凸轮是可调节的，以便定时调节，并且任何一个凸轮损坏后都可单独更换，一般用于大型机上。材料：优质碳钢或合金钢，表面渗碳或淬火，以提高硬度和耐磨性。,2凸轮轴传动机构（1）齿轮传动（四冲程机）,凸轮轴传动机构一般安装在飞轮端，以降低曲轴扭振的影响。采用中间齿轮的原因：四冲程机曲轴与凸轮轴转速比为2：1，这样凸轮轴上的定时齿轮直径比曲轴上齿轮大一倍，使机身横向尺寸增大，所以在较大的柴油机的凸轮轴传动机构中都另外加中间齿轮，以缩小凸轮轴上正时齿轮的尺寸，减小机身横向尺寸。定时齿轮包括主动、中间

17、和从动齿轮，三个齿轮上均有啮合记号，以保证配气、喷油定时正确，拆装时应注意。若无装配记号，应根据二者正时的数据确定二轴的啮合关系。例某机的排气阀开启为下止点前3CA，调整时先拆开中间齿轮，解脱二者的啮合关系，将曲轴盘车至上述位置（从飞轮刻度上观察角度的记号）后转动凸轮轴至第一缸排气阀开启位置（气阀间隙已调好），最后使齿轮啮合即可。,（2）链传动机构 超长行程二冲程机上优点：结构简单，紧凑，正、倒车运转都能得到准确的定时，对轴线不平行度和中心距误差要求不严。缺点：磨损快，易松驰，须采用张紧机构。张紧装置 用于减少链条的振动，调节链条的送紧，保证链条与链轮啮合良好，传动平稳。中间轮和张紧结构（新型

18、柴油机在松边）用来减少链条振动和调节链条的松紧度，保证链条和链轮啮合良好。张紧链条时应边盘车边张紧，盘车时应使张紧轮一侧为松边。链条长度增加1.5%时，需换新。,四、换气机构常见故障和管理,1、气阀机构的故障1）阀面和阀座磨损和腐蚀（伤痕和麻点）磨损的原因：燃气中的炭粒或其它杂质冲刷或落在结合面上时阀与阀座撞击所造成。腐蚀的原因：燃油中V、Na和S所造成。危害：密封性变坏，引起漏气，致使功率下降，各缸负荷不均，起动困难。,2）阀面和阀座烧损主要原因：气阀密封不良，高温燃气从不密封处泄漏，造成该处过热而烧损。（1）阀座扭曲、偏移、倾斜和失圆造成大面积烧损；（2）阀盘翘曲时，关闭不严处如同喷管流道

19、回被严重烧损；（3）气阀阀杆卡阻、弯曲使阀盘不能落座，使密封面发生均匀烧损；（4）阀面和座面因麻点、伤痕处漏气而烧损。3）阀杆卡紧：（1）阀杆与导管间隙不合适：过小使阀杆卡紧，间隙过大使滑油结焦，沉积物增多也会卡住；（2）中心线不正，造成卡死，致使气阀关闭不严而漏气。,4）阀杆和阀头断裂原因：阀杆与导管的间隙过大；阀盘或阀座变形使局部受力过大；气阀间隙过大；气阀机构振动。部位：阀盘与阀杆过渡圆角处和阀杆装卡块的凹槽处。后果：使气阀掉入气缸。5）气阀弹簧断裂原因：振动；材质热处理不符合要求；锈蚀。6）阀壳裂纹原因：固定螺栓拧得太紧。后果：冷却水漏入排气管中。,2气阀间隙检查和调整、气阀定时的检查

20、,（一）气阀间隙检查和调整（以6160A柴油机为例）1）单缸检查调整法（1）冷车时盘车时滚轮与凸轮基圆接触，在摇臂顶杆端略加力将摇臂呀向下，则在摇臂另一阀杆端出现间隙，用塞尺测量此间隙值，即为该气阀间隙。并以规定的标准值进行比较。（2）如间隙不符合要求则需加以调整：用梅花扳手旋松摇臂端调节螺栓的锁紧螺母。,用规定的气阀间隙厚度的塞尺插入摇臂与气阀杆之间，用螺丝刀拧动调节螺钉，同时拖动塞尺，当塞尺移动时，感到稍有阻力但又不太紧时，表示间隙值合乎规定的要求。用螺丝刀止住调节螺钉，使之不能转动，把锁紧螺母拧紧，再拖动塞尺复验松紧程度是否变化，直到完全合格为止。（3）顺曲轴工作转向转动飞轮，每经过一个

21、发火间隔角（本例为120曲柄转角），按发火顺序（1-5-3-6-2-4）检查下一缸的进、排气阀间隙。在飞轮转动两圈内按顺序完成对六个气缸的进、排气阀间隙的检查和调整。,判断气阀关闭状态的方法有以下三种：盘车过程中不断用手扭动所测气阀的顶杆，当顶杆可以轻便地用手扭动时，该气阀即为关闭状态。通过观察该缸高压喷油泵柱塞弹簧的压缩情况，当柱塞弹簧被压缩时，则该缸气阀处于关闭状态；检查顶杆滚轮落在凸轮基圆上，气阀处于关闭状态。,2）两次调整法,（1）顺曲轴工作转向转动飞轮，使第一缸活塞处于压缩冲程的上死点附近。其判断方法同单缸调整法一样。（2）此时，可同时检查调整下表所列各缸气阀间隙，当第一缸处于压缩冲

22、程上死点时可调的各缸进、排气阀间隙，如下表所示。,（3）在检查调整上列各缸气阀间隙后，转动飞轮一圈（360），当第六缸处于压缩冲程上死点时可调整的各缸进、排气阀间隙，如下表所示。,（4）对一般多缸柴抽机，可照“先进后排”的格式完成检查调整操作。具体方法是：按发火顺序，先于发火的缸号可以调整进气阀间隙；后于发火缸的缸号可以调整排气阀间隙，正在发火的气缸，进、排气阀均可调整；进、排气阀重叠的气缸，进、排气阀均不可调。（5）调整方法同单缸调整法一样。,（二）气阀定时的检查和调整,气阀定时的检查只有在气阀间隙调整好之后才能进行。（1）捻动法：即边盘车边拧转气阀顶杆，当气阀顶杆从拧得动到拧不动瞬间即停止

23、盘车，此时飞轮上的刻度就是气阀开启的时刻。同法可检查气阀的关闭时刻（此时气阀顶杆从拧不动到拧得动）。,（2）千分表法：在气缸盖上放千分表架，将千分表的触头压在弹簧盘上，然后缓慢盘车，千分表指针刚刚移动或回到原来位置的时刻就是气阀开启或关闭的时刻，这时飞轮上相应的读数就是气阀开启或关闭的角度。（3）调整：若检查的气阀定时不符合要求，应松开该凸轮并轴向移动凸轮轴，脱离啮合，并沿着正车或倒车方向移动凸轮（正车方向定时增加）最后锁紧即可。,3柴油机气阀研磨及密封性检验,气阀密封面发生严重磨损，烧伤和腐蚀后，可以在气阀研磨机上，也可用车床进行阀面光车，或者阀座面用专用铰刀铰削，消除缺陷后，可与气阀座研磨

24、。如严重缺陷，应报废，更换气阀。如气阀密封面磨损不大，可将气阀与阀座直接进行互研。以恢复正常密封。,（1）、气阀与阀座互研进行研磨之前，清洗或刮洗排气通道、气阀导管、阀座处的积炭。在气阀密封锥面涂一层用机油调和的200目粗金刚砂，用橡皮碗吸住阀盘底平面，以拍打与转动结合的动作进行研磨，直到气阀锥面出现一条十分整齐的灰暗色环带为止。将密封面上的粗研磨膏擦掉，用600目的细纱进行研磨，直到出现完整密封带。擦掉细研磨膏，再用机油进行研磨，直到阀和阀座上出现灰色光亮完整而均匀的阀线为止。清洗气阀、阀座、气阀导管中的研磨膏。注意：密封带宽度要适当，进气阀应在1.52mm内，排气阀应为23mm。涂在阀密封

25、面的金刚砂量要求适当，不能太多，以免流到阀杆与导套之间增加磨损。用力不能过大，以免气阀与阀座由于过度撞击而使密封锥面磨款或磨成凹形。,（2）、气阀密封性的检查 气阀与阀座互研后检查密封性的方法有以下几种：1）在气阀锥面上用铅笔每隔3mm5mm画一条线，然后将阀装入阀座，压住并转动90。取下气阀观察其上的铅笔线。若全部被擦掉，表明密封性良好。研磨质量高。2）将气阀及气阀弹簧等装复，然后在进气道和排气道内注入煤油，历时35min无渗漏现象，则表明密封良好。3）将气阀装入阀座，在阀座坑内阀盘底面上倒入煤油，5min后擦净煤油并迅速提起气阀，观察配合面上有无渗入煤油。没有煤油渗漏，表明密封良好。,思考

26、题：1简述气阀间隙的检查和调整步骤？2什么叫气阀间隙？气阀间隙对柴油机有何影响？3怎样进行气阀定时的检查和调整？4设置内外二只气阀弹簧的目的什么？5影响配气定时误差的因素有哪些？6气阀阀杆卡死与断裂的原因有哪些？7气阀旋转器的作用是什么？8简述研磨气阀的步骤？9气阀阀面的磨损与哪些因素有关？,单元三 废气涡轮增压,一、柴油机增压概述1提高柴油机功率的途径 从 Ne=Pe.D2.S.n.i.m./4*6000 可知，要提高Ne，有下列途径：(1)改变柴油机的结构参数D.S.i.m.气缸直径D增大，Ne提高。但F/V降小，热负荷和机械负荷增加，同时宽度增大。行程S增大，Ne提高。是当前发展长行程和

27、超长行程的方向，但Cm=S.n./30增大。增大m，Ne提高，采用二冲程m=1气缸数i增大，Ne提高。但整机变长，目前直列i12 V型机i24,（2）提高柴油机n和Cmn和Cm增加，Ne提高。但一方面磨损增加，另一方面螺旋桨效率下降，因此此方法是有限的。现代节能型柴油机反而降低转速以获得更高的经济性。（3）提高柴油机的平均有效压力PePe增加，Ne提高。Pe主要是通过Pi获得的。要提高Pi，一般是采用每循环使气缸多进气、多进油，即采用增压技术获得。增压：用提高柴油机进气的方法，使充入气缸内的空气密度提高，从而增加每循环的喷油量，以提高柴油机平均指示压力Pi和Pe的一种途径。增压度：柴油机增压后

28、的标定功率与增压前的标定功率的比值增压比：柴油机增压后的压力与增压前的压力的比值。,2、增压的方式：（1）机械增压（2）废气涡轮增压（3）复合增压3增压压力分类（1）低增压 PK0.17MPa(2)中增压0.17MPaPK0.25MPa（3）高增压0.25MPaPK0.35MPa（4）超高增压PK0.35MPa以往大型低速机由于降速航行要求，一直采用中低增压，脉冲为多；当代长、超长行程机采用定压高增压，大型中速四冲程机采用高、超高增压。,二、废气能量分析1二冲程机废气能量2废气能量的两种形式（1）脉冲能E1；（2）定压能E2 虽然定压能E2中最高压力比脉冲能E1中最高压力低得多，但它持续时间长

29、，故E2E1，且随着PK的增加E2所占的比例增加。,三、废气涡轮增压的两种形式1定压废气涡轮增压（1）各缸的排气管短而细，且弯头少；（2）进入涡轮的气体压力基本不变；（3）涡轮的效率较高；（4）只利用定压能E2。,2脉冲废气涡轮增压（1）各缸的排气管连接成在一根共用容积足够大的总管上（2）进入涡轮的气体压力是脉动的。（3）涡轮的效率较低（4）既利用定压能E2，又利用脉冲能E13排气管分组（对脉冲涡轮增压）（1）目的：避免扫、排气互相干扰。也就是防止当某缸正在进行扫气而另有一缸正在排气时，排气压力波传到扫气缸的排气口处，使扫气缸背压升高，无法进行扫气，甚至可能使排气倒灌。,（2）原则：同一组气缸

30、的扫、排气时间相互不重叠或重叠很少。根据上述分组原则，可求出一组最多的气缸数为：四冲程柴油机：i720/240=3。二冲程柴油机：i=360/120=3。若多于3个气缸数，排气会重叠而发生干扰，但同一组气缸数少于3缸，虽然不会产生排、扫气互相干扰，但废气不能连续供给，使废气传递过程可用能损失加大，也使涡轮间歇进气、部分进气引起的损失加大，使涡轮效率T下降。可见无论是四冲程或二冲程柴油机，每一组气缸只能是3个缸。因而缸数为3的倍数(3、6、9、12缸)的柴油机采用脉冲增压效果很好。,四、两种增压方式比较1废气能量的利用2涡轮的工作性能3增压系统的布置4管理上的要求5柴油机的加速性及低负荷性能脉冲

31、增压柴油机的排气管容积小，其中压力建立较快，涡轮前废气压力可随柴油机的加载而迅速上升。等压增压由于排气管容积大。当柴油机加载时，虽然从气缸中排出的废气温度压力已经开始升高，但在容积较大的排气管中废气的压力温度升高得较慢，涡轮增压器转速跟不上柴油机的加载，不能迅速及时地增大供气量，以满足柴油机因加载喷油量增大而增大的空气需要量，出现了较大的滞后现象。因此其加载性能较脉冲增压差。这就是发电机组的柴油机发展到高增压仍采用脉冲增压的原因。,五、其它增压型式,定压涡轮增压的主要特点：废气从排气口（阀）至废气涡轮能量损失较大，而在废气涡轮中作功的过程能量损失小。脉冲涡轮增压的主要特点：废气从排气口（阀）至

32、废气涡轮能量损失小，而在废气涡轮中作功的过程能量损失较大。对缸数不是三的整倍数的柴油机，排气管分组难于使同组中各缸排气和扫气不干扰，且废气供应不连续使涡轮效率下降。,1脉冲转换增压（1）组成：脉冲转换增压是在脉冲增压的排气支管和废气涡轮之间装设脉冲转换器。它由脉冲管A（B）、收缩管C、混合管D、扩压管E和集气箱F组成。,（2）工作原理：A、B分别通过收缩管与混合管相连接构成了引射喷咀，改善了扫气效果；实践证明，扩压管和集气箱的作用不明显，去掉它效果反而更好，目前多使用简化的脉冲转换器。（3）脉冲转换增压既能有效地利用废气的脉冲能，又能使涡轮有稳定的进气压力和连续的流量，涡轮效率高，用于缸数为四

33、的倍数的柴油机效果最佳。它适用于高、中速机。,2多脉冲增压是将多根排气支管接到一个多进口的多脉冲转换器上，原理和脉冲转换增压相似。多个喷咀组成的收缩管和一个共同的混合管。由于混合管的容积较大，使涡轮进口处的废气压力更加平稳，工作状态更加接近定压涡轮。因此涡轮效率和柴油机性能更加接近定压涡轮柴油机。它适用于高、中速机，气缸数不受限制。,3模件式单排气总管增压（MSEM）模件式单排气总管增压包括模件式脉冲转换（MPC）增压、单管排气系统（SPES）等，布置上与定压涡轮增压相似，各缸排气经单独的喷管排向容积较小的共用总管，使废气流速增加，压力下降，把各缸的压力能转变为动能。在总管联接涡轮处装一段扩压

34、管，将排气的动能转换为压力能，保证涡轮按定压涡轮工作。总之，模件式脉冲转换增压能够使柴油机扫气良好，排气脉冲能E1可得到较好的传递，而且涡轮实现了全周进气，入口处压力的变化也相当稳定，涡轮效率接近等压增压时的涡轮效率。使柴油机在不同负荷下均能获得较高的效率。思考题：1试比较脉冲涡轮增压与等压涡轮增压的特点及应用范围。2试述当代高增压柴油机向等压涡轮增压发展的原因。,单元四 废气涡轮增压器,一、废气涡轮增压器的构造废气涡轮增压器是由废气涡轮和压气机两部分组成。涡轮增压器一般都采用离心式压气机。根据其涡轮的型式可分为轴流式涡轮增压器和径流式涡轮增压器。轴流式涡轮增压器用于大功率柴油机，径流式涡轮增

35、压器用于功率较小的柴油机。,1轴流式废气涡轮 废气涡轮主要由进气壳、喷咀环、叶轮、隔热墙和排气壳组成。主要部件为固定的喷咀环和旋转的叶轮。喷咀环：涡轮喷咀环如图3-2-19所示，喷咀环叶片均由耐热合金钢制成。涡轮叶轮：涡轮喷叶轮在增压器中的工作条件是最恶劣的。叶片用高强度镍基耐热合金钢锻造，并经仿形加工而成。,（2）离心式压气机 压气机是由消音滤清器、空气进气壳、叶轮、扩压器以及出气壳等组成。主要部件为扩压器和叶轮。压气机叶轮：压气机叶轮为半开式，如图3-2-21所示。它装在增压器转轴上，与轴紧配合联接，用键传递扭矩。叶轮叶片的进口部分向转动方向弯曲，出口部分则向后弯曲，即“前倾后弯”。压气机

36、叶轮用高强度锻造铝合金制成。叶轮叶片空间曲面采用四坐标联动型面数控加工中心加工。,叶片扩压器：从压气机叶轮流出的气流速度相当高，高压比增压器已出现超音速流动。为了把气流的动能迅速有效地转变成压力能，在叶轮外周设置了叶片扩压器，见图3-2-22。消音滤清器起着过滤、消音的作用。,（3）轴承 滚动轴承：按转子轴承分 滑动轴承：轴承分类 外支承：按支承方式 内外支承：内支承：,外支承：运转稳定性好，维修方便，便于拆装轴承，轴承距离较远，传入热量少，便于布置与安装轴封装置，轴承直径小，轴颈线速度低，摩擦损失小。但结构复杂，跨度大，压气机不便于轴向进气。内支承：轴向尺寸小，结构简单，可轴向进气，便于清洗

37、通道。但回转稳定性差，轴承直径大，轴颈线速度高，轴承易损，拆装不变。现代大型柴油机多采用内支承滑动轴承，小型机采用滚动轴承，压气机端采用止推轴承。,4气封与油封装置,(1)涡轮端：转子与进气壳之间的间隙，为了防止废气通过间隙进入轴承箱污染滑油，以及滑油通过间隙进入涡轮结炭污阻叶片和浪费滑油，设置了迷宫式气封和油封，其结构分别如图3-2-24和图3-2-25所示。气封的两组气封圈之间，引入一股由压气机来的增压空气。此空气通过涡轮排气壳内的引气管道及X密封空气通道进入气封引气槽。密封空气往左挤出，防止了废气串入，挤出的少量密封空气就沿叶轮右端面、叶轮泄入烟囱。密封空气往右挤出，阻止了滑油串入。挤出

38、的少量密封空气经通道Z通大气，油封内、外两侧压力保持平衡，使密封更有效。,（2）压气机端：压气机工作叶轮背面和隔热墙之间，存在一定间隙，工作轮出口的增压空气将会由此漏入涡轮排气壳进入烟囱，使压气机效率下降，而且使转子上的轴向推力增大，因此在此处设置迷宫式气封，其结构如图3-2-26所示。,5润滑：飞溅润滑 专门供油润滑 重力强力混合润滑 柴油机润滑系统供油,二、工作原理,1轴流式涡轮的工作原理废气在涡轮级中流动时压力、温度、流速的变化。喷咀环的通道呈收缩形状，当废气流过喷咀环时，其压力从p0下降为p1，温度从T0下降为T1而速度从C0增加到C1。在喷咀中，废气的部分压力能变成动能。叶轮叶片间的

39、通道也是收缩形的。当气流进入叶轮叶片间通道后继续膨胀，其压力、温度继续下降到p2、T2，而其相对速度由W1增加至W2。由于叶轮在高速气流作用下旋转并作机械功，故气流的绝对速度从C1下降到C2。压力能、动能变成机械能。,2离心式压气机的工作原理 空气在离心式压气机中流动时压力、流速、温度的变化。上图为各空气参数沿流道变化的情况，0-0、1-1、4-4分别为上述各部件的进、出截面。当压气机工作时，由于进气道是收缩的，外界空气经过进气道时，压力从p0降低到p1，温度从T0降低到T1，流速从C0增加到C1。当进入压气机叶轮，由于叶轮作高速回转，压力从p1增加到p2，流速从C1增加到C2，温度从T1增加

40、到T2。空气在叶轮中把机械能转变为压力能和动能。在扩压器中，由于流道逐渐扩大，从叶轮流出的高速气流部分动能转变为内能，空气流速从C2降低到C3，压力从p2增加到p3，温度从T2增加到T3。排气蜗壳的流道也是渐扩的，空气流过它时继续将动能转变为内能。,3离心式压气机的工作特性及喘振机理,当压气机的流量减小到一定值后，气体进入工作叶轮和扩压器的方向偏离设计工况，造成气流从叶轮或扩压器上强烈分离，同时产生强烈脉动，并有气倒流，引起压气机工作不稳定，导致压气机振动，并发出异常的响声。这种现象称为压气机喘振。喘振是压气机的固有特性。,产生压气机喘振的原因是当流量小于设计值很多时在叶轮进口和扩压器叶片内产

41、生强烈的气流分离。空气流量小于设计流量的情况如图3-2-16和图3-2-17的c）图所示，气流在叶轮叶片前缘冲向叶片的凹面，与叶片的凸面发生分离；在扩压器中气流冲向叶片的凸面，与叶片的凹面发生分离。随着流量的减少，气流分离区会越来越大，以致在叶轮和扩压器中造成气体倒流，发生不稳定流动，最终导致喘振产生。一般扩压器中的气体倒流是压气机喘振的主要原因，而叶轮进口气流分离的扩展会使喘振加剧。,单元五 增压系统的故障与维护管理,一、增压系统的维护管理废气涡轮增压器工作的主要特点：转子转速高、气流流速高、工作温度高。因此增压器在运转中，应保持转子良好的静平衡和动平衡，轴承要有良好的润滑，流道要清洁并保持

42、可靠的冷却。,1增压器的日常管理（1）在运转中应测量和记录各主要运行参数：各缸排气温度、涡轮前后温度、增压器转速、扫气箱中的压力、冷却水进出口温度、轴承润滑油温度和压力等。（2）增压器运行时，应经常用金属棒或其它专用工具倾听增压器中有无异常相声。（3）增压器是高速回转机械，应特别致注意轴承的润滑。（4）如果柴油机停车时间较长（超过一个月）应将增压器转子转动一个位置，以防止轴弯曲变形。（5）拆装增压器时，应事先阅读说明书以了解其内部结构、拆装顺序和所需的专用工具。,2废气涡轮增压器的清洗增压系统污阻会使流动阻力增大，增压系统效率下降，增压空气流量减小。空气冷却器污阻同时还使扫气温度升高、密度降低

43、，使进入柴油机气缸的空气量减少、温度升高。从而导致柴油机燃烧恶化，热负荷增加，可靠性下降，燃油耗油率上升。严重污阻还会发生喘振。增压度越高，增压系统各部件污阻对柴油机的影响越大，因此应对增压器的主要部件进行清洗。,（1）涡轮端的定期清洗（一般每周一次）A水洗法：在低负荷时进行。使用专设的水洗装置进行清洗，通常水洗时间约10分钟，清洗后应在低负荷下运转5-10分钟。B干洗法：有的废气涡轮增压器的涡轮侧用喷入果壳颗粒进行干洗。清洗时应在全负荷下进行，在负荷低于50%时不可清洗。（2）压气机侧的清洗：水洗应在柴油机高负荷时进行，以增强水滴的撞击作用。在清洗前后30分钟内，应将气缸油注油量加大50-1

44、00%，以保证缸套免受腐蚀。清洗后应保持柴油机在全负荷下运行10分钟左右，以使增压器完全干燥。,二、增压系统的故障及排除,1增压器轴承烧损（1）原因：滑动轴承烧毁往往是由于滑油压力过低、油量不足或断油，油质不洁和油中混入金属屑等机械杂质所造成的。（2）现象：轴承烧毁时增压器转速急速下降、增压压力降低、滑油温度升高、并出现异常的响声和振动。2增压器强烈振动引起增压器强烈振动的原因有：1）压气机发生喘振。2）涡轮动叶片折断。3）燃烧产物附着在涡轮动叶上造成不平衡。,3增压压力低于正常值 如果增压压力降低的同时，增压器转速也同时降低，则说明废气量不足，原因有：1）柴油机故障：如喷油提前角过大、排气阀

45、开启过晚、缸套漏气等。2）涡轮机故障：如涡轮喷咀环变形使通流面积变大、涡轮前排气管漏气、轴封结碳、轴承故障等。如果增压压力降低，而增压器转速没有明显降低，则主要原因是压气机故障：如进气口滤网堵塞、消音器堵塞、内部通道结垢、轴封气封漏气、扫气箱漏气等。,4增压压力高于正常值 增压压力偏高往往伴随着增压器转速偏高。造成这种现象的原因多数在柴油机方面，使涡轮获得的能量过多。如喷油系统有故障，燃烧不良、后燃严重，喷油提前角过小或柴油机排气阀漏气，排气阀开启过早以及航行阻力增大，例如船体使用日久而阻力增大，造成柴油机在同一转速下负荷增大等均会使涡轮获得的能量增大。增压系统方面的原因是涡轮的通流面积减小。

46、如喷咀环或动叶因表面积垢或异物堵塞等造成通流面积减小；,三、增压器损坏后的应急处理 在航行中发现增压器损坏时，使损坏的增压器停止运转的措施有两种：如果允许柴油机停车时间很短，这时只需拆下压气端和涡轮端的轴承盖，用专用工具把转子轴锁住，并在压气机排出管路装上密封盖板防止增压空气流失。如果允许停车时间较长，可将转子拆除，并用专用工具封住涡轮增压器，以防燃气和增压空气外泄。进行了停增压器运行的应急处理后，应降低柴油机的负荷，防止排温过高和冒黑烟。对涡轮的进、排气箱继续保持冷却，对外部供油润滑者应切断滑油供应。同时应降低柴油机的转速。,思考题1试说明气体流过涡轮和压气机各部件时各参数是如何变化的？2增压压力过低的原因有哪些？,