柴油机.换气机构.ppt

第四章换气机构与增压 第一节换气过程及换气质量评定参数第二节换气机构第三节废气涡轮增压第四节废气涡轮增压器第五节增压器故障与维护管理 第二节换气机构 一 气阀机构二 气阀传动机构三 凸轮轴及其传动机构四 换气机构的故障和维护管理 一 气阀机构 引言气阀valve与阀座valveseat旋阀器和弹簧锁紧装置气阀机构提高排气阀工作可靠性的措施 1 引言 概述组成工作条件要求和材料分类 概述 换气机构 保证柴油机按规定顺序和时间完成进 排气过程的机构称为换气机构 又称配气机构需设置换气机构的柴油机 由气阀换气的柴油机 如四冲程机或二冲程直流扫气柴油机two strokecycleuniflow scavengeddiesel任务 保证进气阀和排气阀Exhaustvalve按规定时间开启或关闭 使尽可能多的新鲜空气进入气缸cylinder 并使膨胀后的废气从气缸cylinder排净 保证柴油机工作过程连续和完善 四冲程柴油机four strokecyclediesel换气机构简图 组成 气阀机构由气阀 阀座 气阀导管 气阀弹簧和连接件等组成 工作条件 气阀和阀座的工作条件最恶劣 尤其是排气阀阀盘与阀座的底面受到燃气高温 高压的作用受到高速炽热气流的冲刷排气阀阀盘的平均温度高达650 800 阀杆温度为150 250 进气阀阀盘的平均温度也高达450 500 阀杆温度为100 120 燃气中的硫 钒 钠氧化物的聚合物对气阀和阀座有腐蚀作用 高温腐蚀 气阀在关闭时 阀面与座面发生撞击和磨损 承受着很大的机械负荷 要求和材料 要求 气阀机构应有一定的机械强度 耐磨 耐高温 耐腐蚀等 材料 气阀都用耐热合金钢材料 如镍基 阀座采用合金铸铁或耐热合金钢材料 为了使阀面和座面耐磨 耐腐蚀 高增压和燃用重油的柴油机的气阀在阀座和座面上堆焊钴基硬质合金 如司太立合金 等 MWH公司采用火焰喷涂技术将玻璃 金属涂料应用于排气阀表面的涂层 具有耐热腐蚀和较低热应力 阀座采用钻孔水冷 并在阀座密封面附近开有空气槽 当密封面漏气时 槽内存有的扫气空气 可避免高温排气的烧蚀为了使阀杆耐磨 通常采用氮化 镀铬等工艺 按其结构特点分 不带阀壳带阀壳 分类 2 气阀valve与阀座valveseat 气阀阀盘阀杆valvespindle阀座valveseat排气阀阀面与阀座的接触形式全接触式外接触式内接触式 气阀 气阀由阀盘和阀杆两部分组成材料 耐热合金钢 阀面堆焊 阀杆氮化 镀铬 高增压和燃用重油的柴油机 阀盘 阀盘底面三种常见形式 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valvespindle 阀杆形状比较简单 一般为圆柱形 阀杆下部以大圆角过渡与阀盘为一体 由阀尔钢锻造出阀盘 上部加工出圆环等以安装锁紧装置 如锁块等 阀座valveseat 合金铸铁或耐热合金钢制造为了提高其使用寿命 避免气缸盖或阀壳损伤在气缸盖上安装阀座螺纹连接柱面过盈配合 冷装配 锥面压入配合压入紧配合 外表面车有凹槽 用于轻合金在阀壳上的阀座 装配式阀座 用紫铜垫片或 O 型圈防止冷却腔漏水焊接阀座 阀座内有冷却腔 排气阀阀面与阀座的接触形式 常见的阀面锥角为30 和45 锥角越大 气阀对中性和密封性越好 但磨损较大 全接触式 小型高速柴油机和部分老式机型 阀面锥角与阀座锥角相等 密封锥面宽度大 阀头刚度和导热能力强 实际接触宽度愈大 散热能力愈强 但其接触压力将下降而影响密封 易结炭 敲击出麻点 一般实际阀线宽度为1 5 2 5mm 小型高速柴油机 换气频率较高 气阀为普通耐热合金钢材料 所以要求阀面的接触面大些 这样耐磨 传热性好 外接触式 阀面锥角比阀座锥角小0 5 1 多用于强载中高速增压柴油机 特点 密封性好 以 线 接触以提高接触应力 散热性好 朝燃烧室一侧不存在缝隙 在高温 高压下发生拱腰变形增加了散热 可减少阀的受热面 工作开始之初 阀面与座面不与燃气接触 内接触式 阀面锥角比阀座锥角大0 2 0 5 多用于大型二冲程柴油机 特别是长行程 超长行程 特点 密封性好 散热性好 因排气阀尺寸较大 在工作温度下 受热变形后阀盘发生周边翘曲变形 锥角变小 阀面与阀座仍保持良好的接触 保证可靠密封性和好的散热性 大型二冲程机多用于主机 使用燃料以燃料油fueloil或渣油为主 所以防止气阀的高温腐蚀是关键 接触面离燃烧室较远 温度低 钒钠腐蚀小 3 旋阀器和弹簧锁紧装置 旋阀器作用旋阀器类型旋转帽式推进器式棘轮杠杆式弹簧锁紧装置 作用 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 除了对排气阀的阀座valveseat进行冷却外 还装设旋阀器 它可有效地延长排气阀的使用寿命 减少阀面与阀座上的积炭 使磨损减小 贴合严密 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 消除阀杆与导管间的积炭 防止卡住 旋转帽式旋阀器的结构和工作原理 旋阀器主要组成部分包括本体 棘轮盘 1 钢珠6 蝶形弹簧2 旋阀器环3及复位弹簧5等 气阀在每次的开启中慢慢转动 推进器式 打开时排气流作用而转动 弹簧锁紧装置 螺栓连接 紧固件旋于阀杆上端的螺纹中 并用锁紧螺栓紧固于弹簧上盖上 使弹簧能以很大的预紧力保证气阀与阀座的密封 锥形卡块 7 止推弹簧 8 滑键 9 弹簧 10 锁紧螺栓 11 圆片 12 紧固件 13 推力弹簧 14 推力件 15 座 16 定位螺栓 17 固定件 18 紧固螺栓 28 阀旋转器 1 弹簧承盘 2 锥形卡块 3 弹簧 4 卡圈 5 阀杆 4 气阀机构 主要部件介绍带阀壳式阀壳valvehousing排气阀导管气阀弹簧不带阀壳式 阀壳valvehousing 阀壳 一般由本体 流道和阀座组成 这三部分之间有定位销定位和垫片防漏 阀座与阀壳分开制造的目的是为了损坏时调换方便 阀壳内有排气通道 通道外腔有冷却水循环 缸盖冷却水经弯管进入阀壳流道阀壳总成 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自成的一个整体把这个总成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 并防止排气阀座支承部分蠕变 保持气阀阀杆与阀座的中心线重合 排气阀 用耐热合金钢锻造阀头锥面上覆盖着耐热耐蚀材料 阀杆与导管的运动由滑油润滑 冷却水由缸盖经弯管进入阀壳流道 对阀座及导管进行强制循环冷却 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 导管的材料 铸铁或青铜 因磨损较严重 单独制造工作条件 承受气阀侧推力 由摇臂压阀时产生 并承担气阀散热润滑 导管内装有青铜衬套 提高耐磨性 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 气阀与导管的配合间隙 按说明书规定 气阀弹簧 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 一般成对安装设置内 外弹簧目的 提高弹簧疲劳强度 在不降低应有弹力的条件下 可采用较细软的弹簧 增加工作的可靠性 若一根弹簧折断仍可短期使用以避免气阀落入气缸 安置左 右旋弹簧目的减振 两根弹簧自振频率不同 互相干扰 防止相互插入 弹簧移动或折断时 除机械弹簧外 目前超长行程直流扫气柴油机的排气阀普遍采用空气弹簧 后述 不带阀壳式气阀机构 进气阀为不带阀壳结构 结构较排气阀简单 气阀 导管 气阀弹簧等零件与气阀都直接装在气缸盖上 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 进气阀直径比排气阀直径大 这样可以提高充气效率 5 提高排气阀工作可靠性的措施 提高阀座和阀面的表面硬度 加强阀座和阀面的冷却 如用缸盖冷却水冷却阀壳和采用水冷 风冷排气阀等加装旋阀器 使气阀在开 关过程中慢慢转动 二 气阀传动机构 机械式气阀传动机构滚轮 挺柱及调节螺钉 摇比 液压顶杆机构液压式气阀传动机构变排气阀关闭定时及升程 VEC 机构 作业 机械式气阀传动机构 传动机构的作用是把凸轮的运动传给气阀 因而凸轮机构直接控制着气阀启闭时刻的动作规律 气阀间隙 在冷车状态下 当滚轮落在凸轮基圆上时 在摇臂端与气阀阀杆之间留有间隙 称之为气阀间隙 该间隙可由调节螺钉5进行调节 又称气阀的热胀间隙 气阀在工作时会受热膨胀 冷车时的间隙按说明书要求留足 有的柴油机如B W型的在顶杆端设有液压顶杆机构 可缓和传动中的冲击力 减轻撞击和噪声 也可减少阀杆顶端的磨损 且具有自动调节气阀间隙的能力 液压顶杆机构 在顶杆端加装一个液压油缸和液压活塞 使凸轮旋转过程中产生的向上的力通过油缸与活塞之间的液压油传递至摇臂和气阀作用 缓和传动中的冲击力 减轻撞击和噪声 减小阀杆顶端的磨损具有自动调节气阀间隙的能力 液压式气阀传动机构 总体布置自由 拆装方便 维修量少改善了工作条件 没有侧推力 嗓声低 阀杆磨损小 采用空气弹簧装置后 密封及调试均较困难 1 凸轮轴 2 凸轮 3 顶头 4 顶杆 5 套筒 6 柱塞 7 安全阀 8 补油阀 9 油管 10 缓冲销 11 柱塞 12 套筒 13 活塞 14 气缸 15 卡环 16 簧板 17 气阀 18 转翼A 补油管 B 补油孔 C D 油空间 M N 气空间 排气阀驱动机构 二冲程机的排气机构 变排气阀关闭定时及升程 VEC 机构 主机常以标定工况来确定定时的 但在不同工况下各自都有一个最佳的定时大功率中速柴油机的进 排气凸轮有全负荷和部分负荷凸轮 负荷变化时通过移动凸轮轴选用不同凸轮以适应不同工况 为了对定时的准确控制 喷油定时和进 排气定时各自用一根凸轮轴 新型低速柴油机采用可变排气阀关闭定时及升程机构 VEC 用控制阀改变液压油量的方法 可以提早关闭排气门 减少过后排气 提高有效压缩比 燃烧完善 热效率高 减少了排气污染 电子控制的采用了VEO VEC 三 凸轮轴及其传动机构 凸轮轴传动机构 曲轴与凸轮轴之间的传动方式与发动机的类型 凸轮轴位置以及附件的传动等因素有关四冲程柴油机传动机构 齿轮传动机构二冲程柴油机 齿轮传动机构 曲轴与凸轮轴距离较近 链条传动机构 曲轴与凸轮轴距离较远 结构布置特点二级传动 齿轮与链条联合传动 要求 必须保持正确的定时关系 尽量减小扭振及凸轮轴扭转变形引起的定时偏差 凸轮轴 作用 按照工作循环的要求 准确地启闭各气阀及喷油泵 每循环一次 还带动调速器及其它附件的传动轮 结构 有整体式 小型机 和装配式 大型机 分段式 两大类 轴上凸轮的布置 每缸一组 四冲程柴油机 进 排气凸轮喷油泵凸轮空气分配器凸轮 或驱动装置 二冲程柴油机 直流阀式柴油机 喷油泵凸轮 排气凸轮 空气分配器凸轮弯流式柴油机 喷油泵凸轮 空气分配器凸轮 有的还配有示功器凸轮 一台柴油机凸轮轴配置的根数一根凸轮轴 一般柴油机 两根凸轮轴 更好地控制燃烧过程和进 排气过程 无凸轮轴 电子控制 凸轮轴材料 一般是碳钢 合金钢或球墨铸铁 凸轮的工作表面需渗碳或表面淬火 以提高它们的硬度及耐磨性 受摩擦和较高的接触应力 易疲劳损坏 齿轮传动机构 又称为定时齿轮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四冲程机的曲轴与凸轮轴的转速比为2 1 定时齿轮的直径要比曲轴齿轮大1倍 机身横向尺寸增大 所以在较大的柴油机中加有中间齿轮 以缩小凸轮轴正时齿轮的尺寸 减小机身横向尺寸相啮合的轮齿上均有啮合记号以保证配气 喷油定时的正确 1 挡油环 2 主动轮 3 曲轴 4 中间传动齿轮 5 连杆轴 6 中间传动齿轮 7 齿轮 8 凸轮轴 9 雾化喷嘴 链条传动机构结构布置 采用链条传动或二级传动 链条按啮合记号装在链轮上 张紧轮和惰轮 由于链条磨损较快 容易松弛 以至影响定时 并引起链条振动 其作用是张紧链条 增加包角 保证定时正确 带动调速器 为张紧链条方便 新型二冲程低速机的张紧轮一般安装在正车松边一侧 橡胶的导轨 使链条工作时不致发生脱链情况 在振幅最大处装设 链条传动机构特点 链传动装置结构简单 紧凑换向 正 倒车 运转时都可得到准确的定时 换向时可避免齿轮传动中可能产生的齿间间隙累积误差 对轴线的不平行度与中心距的误差都不太敏感 对大型柴油机更具现实意义 通过链条 链轮驱动往复惯性力矩平衡装置 设置简单 大型低速机应用广泛 缺点 润滑链轮不方便 磨损快 容易松弛链条传动机构在使用过程中 应定期检查链条的磨损情况和松紧度 定时应校正 并及时更换已损坏或 剥落 的橡胶块 当链条长度的增加达到1 5 时需换新 作业 简述四冲程柴油机的换气机构的作用及组成 当代长 超长 行程低速柴油机使用的液压式气阀传动机构有哪些特点 四 换气机构的故障和维护管理 气阀机构的常见故障阀面与阀座的磨损阀面与阀座烧损阀杆卡紧阀杆和阀头断裂气阀弹簧和弹簧盘断裂阀壳产生裂纹 气阀间隙测量与调整气阀间隙测量与调整气阀定时的检查和调整气阀和阀座的研磨与更换 作业 阀面与阀座的磨损和腐蚀 造成阀面和阀座的密封面上的伤痕燃气的固体颗粒或积炭的冲刷燃气中的固体颗粒或积炭落到接合面上时 阀与阀座撞击等 造成阀面和阀座的密封面上出现麻点燃油中的硫 钒和钠腐蚀 高温腐蚀 这两种磨损将使气阀的密封性变坏 使柴油机使用性能降低 各缸功率不均 柴油机功率下降 起动困难 甚至不发火 发现漏气时应对气阀进行研磨 使之重新密封 阀面与阀座烧损 漏气阀面与阀座变形 扭曲 失圆 偏移 倾斜 阀盘翘曲等 或严重积炭而漏气 会产生局部烧损或烧伤 阀面与阀座过度磨损 会引起伤痕和麻点处的漏气而形成局部烧损 气阀导管间隙过小或过大 使阀杆卡阻 变形 阀盘不能落座 使密封面发生均匀烧损 甚至影响气阀的启闭 阀杆卡紧 阀杆卡紧的原因除安装不正 中心线偏移或倾斜 外 间隙过小或过大 滑油量过多或过少 温度过高等均会致使阀杆卡死在导管中 这将使气阀与阀座关闭不严密而发生漏气 甚至影响气阀的正常启闭注意阀杆与导管之间的间隙 对中性和润滑情况 滑油应适中 最好使用滑油和柴油的混合油 阀杆和阀头断裂 阀杆的断裂大多是由于阀的启闭频繁撞击引起金属疲劳 以及高温下金属的机械强度降低所造成的 阀盘的断裂则是由于阀盘变形局部应力过大 气阀间隙过大而使落座速度过大 高温下金属的机械强度降低 气阀机构振动 阀盘堆焊材料不同而开裂等原因造成的断裂通常发生在阀头和阀杆的过渡处或在阀杆上端支承弹簧盘的圆角处 阀杆和阀头断裂将使柴油机立即停止工作 并可能会击碎气缸和活塞 气阀弹簧和弹簧盘断裂 气阀弹簧断裂的原因除材质 加工 热处理不符合要求或保管中锈蚀外 大多是因为振动造成的 阀壳产生裂纹 阀壳裂纹通常是由于安装时将固定螺栓拧得太紧造成的 因为这样会使阀壳在柴油机工作时因受热膨胀而在其中产生很大应力 阀壳裂纹将会使冷却水喷入排气管中 气阀间隙测量与调整 气阀间隙是指柴油机在冷态下 气阀全关时 机械式气阀传动机构中的摇臂端与气阀阀杆之间的间隙 留有此间隙的目的是使柴油机运转时气阀机构受热后有膨胀的余地 防止气阀关闭不严而漏气 若气阀间隙过小 则气阀受热后会因无充分膨胀余地而关闭不严 间隙过大 会使撞击加重 造成大的噪声和磨损 气阀间隙的变化会使气阀正时发生变化 直接影响到柴油机的正常运转 因此 必须