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4．柴油机的换气与增压定义：这个工质更换的过程称为换气过程，它指的是柴油机从开始排气、扫气到进气结束的整个气体更换过程。
换气过程进行完善，压缩过程开始时残留废气量少，存留在气缸中的新鲜空气量多，就为燃油的完全、及时燃烧创造了良好条件。
燃油的完全而及时的燃烧，不但使柴油机发出更大功率，提高其动力性；使柴油机有高的热效率，提高其经济性；而且，完全而及时的燃烧还意味着减少结炭和较低的循环平均温度，从而提高其可靠性；减少排气污染也必须有好的换气质量。
因此，换气质量的好坏是柴油机工作优劣的先决条件。
作用：更换工质，为下一循环燃油的燃烧创造必要条件。
要求：废气从气缸内排除得愈干净愈好，充入气缸的新鲜空气量愈多愈好；消耗的功及流失的空气量要少。
1．二冲程柴油机的换气形式在二冲程柴油机中，不同的换气形式对换气质量以至对柴油机性能有重要影响。
至今已出现多种换气形式。
根据气流在气缸中的流动路线，二冲程柴油机的换气形式可分为弯流与直流两大类。
每一大类中又有不同的换气形式，即： 横流（图1-2-4）回流（MAN 低速机）弯流 排气口有阀控制半回流（Sulzer 低速机）简单半回流排气阀—扫气口式（B&W 、三菱及Sulzer RTA ）直流排气口—扫气口式1．弯流扫气扫、排气口布置于气缸下端，扫气空气由下而上，然后由上而下地清扫废气。
横流扫气的船舶主机已淘汰多年，目前仍有半回流和回流两种。
1）半回流（新横流）扫气Sulzer 公司大型柴油机的传统形式。
进气口布置在排气口同侧的下方及两侧。
如图1-2-6所示。
其气缸盖结构较简单，不用设排气阀。
扫气口在纵向（与气缸轴向成角度）和横向（与气缸径向成角度）两个方向均有倾斜角，使扫气空气进入气缸后有向上和绕气缸轴线旋转的运动。
活塞顶的形状也有引导扫气空气向上的作用。
这样可控制气流方向，防止进气直接流向排气口，减少新、废气掺混，提高换气效率；避免死角，减少残留废气，提高换气质量。
柴油机的换气和增压柴油机从开始排气、扫气到进气结束的整个气体更换过程称为换气过程。
换气过程进行的完善，压缩过程开始时残留的废气量就少，寸留在汽缸中的新鲜空气就多，就为燃油的完全、及时燃烧创造了良好的条件。
燃油完全、及时的燃烧，不但使柴油机发出更大的功率从而提高其动力性，使柴油机有较高的热效率，提高其经济性，而且完全的燃烧还意味着结碳减少，改善排气的污染，及时的燃烧还以为着较低的循环平均温度，从而提高柴油机的可靠性。
因此，换气质量的好坏是柴油机工作优劣的先决条件。
一．四冲程柴油机的换气过程因为汽缸压力及排气管内压力随曲轴转角的变化而变化；进、排气阀的通流截面积也随曲轴转角的变化而变化，因此，根据气体流动的特点，将换气过程分为几个阶段：***自由排气阶段：当排气阀开启时，汽缸压力远远高于排气管压力，排气管压力与汽缸压力之比小于临界值，气体流动为超临界流动，汽缸内废气以音速流过排气阀最小截面处。
汽缸压力迅速下降，排气管压力升高。
当排气管压力与汽缸压力之比大于临界压比时，气体流动转入亚音速流动阶段。
到某一时刻，汽缸压力接近于排气管压力时，自由排气阶段即告结束。
***强制排气阶段：活塞上行将汽缸内的废气强制推挤入排气管的阶段，即为强制排气阶段。
由于排气阀延迟关闭，此阶段的末尾可利用排气管中废气的流动惯性把汽缸内的废气继续吸出。
***进气过程：进气阀提前开启，汽缸中的废气压力低于进气压力时开始进气。
进气流具有一定的惯性。
进气阀滞后关闭可使气体的动能转化为压力能，使进气终了时汽缸压力接近或略高于进气管压力。
***气阀叠开和燃烧室扫气过程：在气阀叠开期间，进气管、燃烧室和排气管连通起来，当进气管中压力比排气管压力高时，新鲜空气进入汽缸并驱赶残留在燃烧室的废气一并进入排气管。
这样，既有利于清扫残余废气、增加新鲜空气量，又有利于降低燃烧室部件冷却液难以冷却到的高温壁面的温度。
但是，应该指出：气阀叠开角并不是大的就好，因为进气阀开启过早会造成废气倒冲入进气管；排气阀关闭过迟，过量的扫气空气会降低涡轮前排气温度，减少增压器涡轮获得的可用能。
第四章柴油机的换气、换气机构与增压第一节柴油机的换气过程及换气质量评定参数在柴油机的工作过程中，每完成一个工作循环都必需排除废气和充入新气。
从排气过程、扫气过程到进气终止的整个气体更换过程称为换气过程。
它的作用是将已燃气体排除并为下一循环吸入新鲜空气，为下一个循环的工作提供必要的条件。
换气过程的完善程度对柴油机的性能有重大影响。
如果换气过程进行的完善，压缩过程开始时气缸内残留的废气量少，新鲜空气量多，这就为燃油的完全、及时燃烧创造了条件。
燃油完全而及时的燃烧不但可使柴油机发出更大的功率，提高其动力性，使柴油机有高的热效率，提高经济性，而且，完全的燃烧还意味着结炭减少，减少排气污染。
另外，及时的燃烧还意味着较低的循环平均温度，从而提高柴油机的可靠性。
因此，换气过程的质量直接影响柴油机的动力性、经济性、可靠性及排放特性，是柴油机工作优劣的先决条件。
换气过程进行得好坏是以废气排除干净与否及新鲜空气充入量多少和新鲜空气的消耗量为标志。
它可以用充量系数、扫气效率等参数来评价。
一、四冲程柴油机的换气过程图4—1是四冲程柴油机在换气过程中，气缸压力、排气管中的压力随曲轴转角的变化情况以及相应的低压示功图（p—V图），从图中可以看出，排气阀开启后，废气从气缸急速流入排气管，气缸压力很快下降，直到排气上止点后的某一位置排气阀关闭为止。
进气阀在上止点前开启，新鲜空气流入气缸，直到进气下止点后的某一位置关闭为止。
在排气上止点附近，进、排气阀同时开启。
四冲程柴油机的换气过程可分为自由排气、强制排气、气阀重叠、进气四个阶段。
图4-1四冲程柴油机换气过程有关参数的变化a）气缸压力及排气管压力随曲轴转角的变化b）进排气阀流通截面比随曲轴转角的变化c）低压示功图第四章柴油机的换气、换气机构与增压119 1．自由排气阶段由于受配气机构的结构限制，气阀在开启过程中只能逐渐加大其流通截面。
如果排气阀刚好在膨胀行程下止点时开启，则排气阀流通截面增加过缓，活塞在向上止点回行时造成较大的反压力，增加排气行程所消耗的功。
第二节柴油机的换气机构118题考点1：气阀机构的组成、结构形式及各部分的作用11题1．带阀壳式气阀机构气阀机构的气阀、导管、衬套、气阀弹簧、弹簧盘、旋阀器和紧固件等零件均装在阀壳上组成一个整体，再把这个整体装入气缸盖的阀壳孔中，用长的导管和强力双头螺栓紧固于气缸盖上，这样的柔性连接使阀座在燃烧压力下不至于和气缸盖的吻合面分开，并防止排气阀座支撑部分蠕变。
阀壳内有排气通道，通道外腔有冷却水循环。
排气阀壳与阀座分开制造，便于更换阀座。
阀盘的锥面与阀座的锥面研配保持密封，阀座又与气缸盖孔对中定位。
导管由铸铁或青铜制造，它承受气阀侧推力，并承担气阀散热，导管内装有青铜衬套与阀杆滑配，作为气阀导承，其润滑要采用柴油或煤油稀释的滑油，其间隙应满足使用要求。
气阀弹簧的作用是使气阀复位并压紧在阀座上，它有内、外和左、右旋之分，一般成对安装，其目的在于提高弹簧疲劳强度、提高弹簧振动频率以避免弹簧发生共振、若一根弹簧折断仍可短期使用以避免气阀落入气缸并防止相互插入。
排气阀的阀头锥面上覆盖着耐热耐蚀材料。
2．不带阀壳式气阀机构结构简单，气阀、导管、气阀弹簧等零件都直接装在气缸盖上，并用螺栓通过导管紧固于气缸盖上。
气阀直接闭合于缸盖本身加工出来的阀座上，并常在缸盖阀座内加一铸铁环，以提高阀座的耐磨性和调换方便。
3．气阀气阀由阀盘和阀杆两部分组成。
阀盘的底面有平底、凸底和凹底三种常见形式，平底阀盘，结构简单，制造容易，在各种类型柴油机中得到广泛应用。
凸底阀盘，是高负荷柴油机排气阀的典型形式。
它改善了气体流动路线，减少涡流损失，而且刚性较好，但重量较大。
凹底（喇叭形底）阀盘，重量轻，而且阀杆过渡半径很大，可改善进气气流的流动路线，可以增加刚性和弹性，缓和冲击，但受热面积大，故一般作高速柴油机的进气阀。
阀杆形状比较简单，一般为圆柱形。
A1. 在各种类型柴油机中，得到广泛应用的气阀阀盘形状为（）。
A．平底B．凹底C．凸底D．B和CD2. 气阀通常采用两根内外旋向相反的弹簧，其目的是（）。
A．提高弹簧疲劳强度B．避免弹簧发生共振C．防止弹簧断裂时气阀落入气缸D．上述三点都是B3. 带阀壳的气阀机构的特点有（）。
Ⅰ.可使气缸盖结构简单Ⅱ.拆装、维修气阀方便Ⅲ.气过度磨损导致缸盖报废Ⅳ.有利于气阀的冷却Ⅴ.气阀机构结构较复杂Ⅵ.阀杆不受侧推力A．Ⅰ＋Ⅱ＋Ⅲ＋ⅣB．Ⅰ＋Ⅱ＋Ⅳ＋ⅤC．Ⅱ＋Ⅲ＋Ⅳ＋ⅥD．Ⅲ＋Ⅳ＋Ⅴ＋ⅥA4. 对气阀导管的正确说法有（）。
Ⅰ.导管承受气阀侧推力Ⅱ.承担气阀散热Ⅲ.常用材料为铸铁或青铜Ⅳ.导管过度磨损导致阀壳或缸盖报废Ⅴ.润滑要采用柴油或煤油稀释的滑油Ⅵ.导管断裂气阀将落入气缸内A．Ⅰ＋Ⅱ＋Ⅲ＋ⅤB．Ⅰ＋Ⅱ＋Ⅳ＋ⅤC．Ⅱ＋Ⅲ＋Ⅳ＋ⅥD．Ⅲ＋Ⅳ＋Ⅴ＋ⅥB5. 对同一台四冲程非增压柴油机，一般地说（）。
A．排气阀面积大于进气阀B．排气阀面积小于进气阀C．排气阀寿命大于进气阀D．排气阀无阀壳而进气阀有阀壳C6. 有些四冲程柴油机的进气阀直径比排气阀稍大，主要是为了（）。
A．区别进排气阀B．气缸盖结构需要C．提高充量系数D．冷却进气阀B7. 关于带阀壳的气阀机构说法正确的是（）。
A．结构简单B．检修方便C．用于小型柴油机D．阀壳和阀座一体制造C8. 气阀机构的组成部分不包括（）。
A．气阀B．阀壳C．摇臂D．旋阀器D9. 气阀机构的组成部分不包括（）。
A．气阀导管B．阀座C．弹簧D．顶杆D10. 气阀弹簧的作用是（）。
B．使气阀开关时有微量旋转C．使气阀跟随凸轮的运动D．A＋CC11. 气阀阀座在气缸盖上的安装使用较多的固定方式是（）。
A．螺纹连接B．安装时压紧C．过盈配合D．焊接考点2：气阀的工作条件、气阀与阀座的密封形式和工作特点11题阀盘上的圆锥形阀面与阀座紧密接触，起密封作用。
根据不同的机型，排气阀阀面与阀座的接触有下列三种形式。
1．全接触式阀面锥角α与阀座锥角相等，密封锥面宽度大，阀头刚度和导热能力强（实际接触宽度越大，散热能力越强），但质量也大，且其接触压力将下降而影响密封。
一般其实际阀线宽度为1.5～2.5mm。
小型高速柴油机和部分老式机型多采用全接触式。
2.外接触式阀面锥角α比阀座锥角小0.5°～1°，从而形成“线”接触以提高其接触压力，且朝燃烧室一侧不存在缝隙。
其特点是密封性好、阀盘易发生拱腰变形、变形后增加散热，多用于强载中、高速增压柴油机。
3．内接触式其阀面锥角α比阀座锥角大0.2°～0.5°，多用于大型二冲程柴油机（特别是长行程、超长冲程机）。
因此类机型的排气阀尺寸大，气阀变形大，受热变形后锥 角α会变小，所以在工作温度下，阀面与阀座仍保持良好接触，保证了可靠的密封性。
其特点是：密封性好、阀盘易发生周边翘曲变形、翘曲变形后增加阀盘散热。
常见的阀面锥角为30°和45°，即α越大，气阀的对中性和密封性越好。
D1. 常见的阀面锥角α（）。
A．10°和15°B．15°和20°C．25°和30°D．30°和45°D2. 气阀阀面与阀座为外接触式配合，下述特点中不正确的说法是（）。
A．密封性好B．阀盘易发生拱腰变形C．拱腰变形后增加散热D．易增大接触应力B3. 气阀阀面与阀座为内接触式配合，下述特点中不正确的说法是（）。
A．密封性好B．钒、钠腐蚀大D．翘曲变形后增加阀盘散热C4. 气阀阀面与阀座为全接触式配合，其阀线宽一般为（）。
A．0.5～1 mmB．1～1.5 mmC．1.5～2.5 mmD．2～3 mmA5. 气阀阀面与阀座为外接触式配合，即阀面锥角小于座面锥角，通常小（）。
A．0.5°～1°B．1°～1.5°C．1.5°～2°D．2°～2.5°B6. 气阀阀面与阀座为内接触式配合，即阀面锥角大于座面锥角，通常大（）。
A．0.1°～0.3°B．0.2°～0.5°C．0.3°～0.6°D．0.5°～1°A7. 小型高速柴油机的阀面与座面配合方式，多采用（）。
A．全接触式B．外接触式C．内接触式D．三种方式均用B8. 强载中速柴油机的阀面与座面配合方式，多采用（）。
A．全接触式B．外接触式C．内接触式D．三种方式均用C9. 长行程低速柴油机的阀面与座面配合方式，多采用（）。
A．全接触式B．外接触式C．内接触式D．三种方式均用B10. 柴油机气阀锥角α增大时，会使（）。
A．气阀对中性差，气密性好B．气阀对中性好，气密性也好D．气阀对中性差，气密性也差A11. 为了延长排气阀的使用寿命，保证受热后气阀密封性，阀盘与阀座之间的接触是（）。
A．中速柴油机的阀座与阀盘宜采用外接触线密封，而大型长行程低速柴油机采用内接触线密封B．中速柴油机的阀座与阀盘宜采用内接触线密封，而大型低速柴油机采用外接触线密封C．中速柴油机和大型低速柴油机均应采用内接触线密封D．中速柴油机和大型低速柴油机均应采用外接触线密封考点3：旋阀器的类型及工作原理10题气阀弹簧上部的旋转帽式旋阀器，其作用是使气阀在开、关过程中缓慢转动，这种转动对排气阀尤为重要，尤其是在强载、烧重油的柴油机中可有效地延长排气阀的使用寿命。
气阀在开、关过程中慢慢转动，可起到如下作用：（1）可以减少阀面与阀座上的积炭，使磨损均匀，贴合严密；（2）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，防止局部过热；（3）可以消除阀杆与导管间的积炭，防止卡住。
旋阀器除旋转帽式之外还有推进器式、棘轮与杠杆式等多种。
旋阀器主要组成部分包括本体、钢珠、碟形弹簧、旋阀器环及复位弹簧等。
在本体的周边上制有若干个槽，每个槽内装有钢珠及复位弹簧。
槽的顶面呈锥状。
A1. 在下述关于气阀旋阀器的目的中不正确的说法是（）。
A．为了研磨气阀B．为了减小阀面与阀座磨损、贴合紧密C．改善阀盘的热应力状态D．防止阀杆与导管卡住A2. 在燃用重油的大功率中速柴油机中，气阀机构采用旋阀器，其目的如下，其中错误的是（）。
A．减轻阀盘的受热程度B．保证阀面与阀座贴合严密C．防止阀杆与导管卡住D．减少阀面与阀座的积炭D3. 气阀机构采用旋阀器的目的可以（）。
A．减少气阀、阀座积炭B．使阀受热、散热均匀C．防止阀杆、导管卡阻D．上述三点都是B4. 采用旋阀器的气阀机构的优点有（）。
Ⅰ.能改善阀盘的热应力状态Ⅱ.能防止阀杆卡阻Ⅲ.可消除气阀撞击Ⅳ.减轻气阀磨损Ⅴ.能减少阀面积炭Ⅵ.不需留有气阀间隙A．Ⅰ＋Ⅱ＋Ⅲ＋ⅣB．Ⅰ＋Ⅱ＋Ⅳ＋ⅤC．Ⅱ＋Ⅲ＋Ⅳ＋ⅥD．Ⅲ＋Ⅳ＋Ⅴ＋ⅥB5. 关于旋阀器说法不正确的是（）。
A．旋阀器有不同的结构形式B．使气阀开关过程中快速旋转C．装在气阀机构中D．使气阀磨损减轻A6. 旋阀器形式不包括（）。
A．液压式B．旋转帽式C．棘轮式D．推进器式D7. 现代大型低速柴油机常用的旋阀器形式是（）。
A．杠杆式B．旋转帽式C．棘轮式D．推进器式A8. 旋阀器不能使气阀正常旋转的主要原因是（）。
A．气阀导管结炭B．气阀导管磨损C．气阀磨损D．气阀与阀座接触压力增加B9. 推进器式旋阀器旋阀的推动力来自于（）。
A．液压启阀的液压油B．排气气流C．气阀传动机构D．气阀弹簧C10. 关于旋阀器的作用说法不正确的是（）。
A．使气阀旋转均匀受热B．消除阀杆与导管间的积炭C．旋转会使阀与阀座的密封面磨损，所以一定要使气阀慢转D．一般使用重油的柴油机采用旋阀器考点4：凸轮轴的组成和结构形式、凸轮轴的传动机构9题1．凸轮轴凸轮的作用是按照工作循环的要求，准确的启闭各气阀及喷油泵。
轴上凸轮的布置随柴油机类型不同而异。
在四冲程柴油机凸轮轴上装有进、排气凸轮、喷油泵凸轮和空气分配器凸轮。
在二冲程柴油机中，除了直流阀式柴油机装有排气凸轮外，一般只装有喷油泵凸轮和示功器凸轮，有的还装有空气分配器凸轮。
凸轮轴材料一般是碳钢、合金钢或球墨铸铁。
受摩擦的工作表面如凸轮等需渗碳或表面淬火，以提高它们的硬度及耐磨性。
曲轴与凸轮轴之间的传动方式，一般有三种传动方式，即齿轮传动、链条传动和齿轮与链条联合传动（称为二级传动）。
（1）齿轮传动机构四冲程柴油机通常采用齿轮传动机构。
在小型低置凸轮轴式柴油机中，只有曲轴齿轮与凸轮轴上的正时齿轮啮合传动，结构最为简单。
但由于四冲程柴油机的曲轴与凸轮轴的转速比为2∶1，凸轮轴上的定时齿轮的直径就要比曲轴齿轮大一倍，机身横向尺寸增大。
所以在较大的柴油机的凸轮轴传动装置中都另外加有中间齿轮，以缩小凸轮轴正时齿轮的尺寸，减小机身横向尺寸。
中小型柴油机为保证传动比准确可靠，其凸轮轴的齿轮传动机构都安装在飞轮端。
