淺談四沖程柴油機的氣閥重疊角

王虎鎮 劉森

摘要：淺談船舶四沖程柴油機的工作過程，根據柴油機供油定時圓來探討四沖程柴油機柴油機進、排氣閥在上、下止點前后啟閉的時刻，如何形成的氣閥重疊角，以及其對換氣質量的影響。

關鍵詞：四沖程柴油機；工作循環；氣閥重疊角；換氣質量

柴油機是一種壓縮發火的往復式內燃機，使用揮發性較差的柴油或劣質燃料油作燃料，采用內部混合法形成可燃混合氣，通過壓縮式發火使可燃混合氣燃燒、膨脹推動活塞往復運動。按工作循環分為四沖程柴油機和二沖程柴油機，本文以四沖程柴油機為例，簡述工作原理、氣閥重疊角的形成及作用。

一、四沖程柴油機的工作過程

用活塞的四個行程完成一個工作循環的柴油機稱為四沖程柴油機。四沖程柴油機每完成一個循環，活塞上下運動四次，曲軸轉兩轉，凸輪曲軸轉一轉。四沖程柴油機工作四個沖程：進氣、壓縮、膨脹、排氣。圖1中所示的四個簡圖分別表示活塞的行程的進行情況以及活塞、曲軸、氣閥等部件的有關動作位置。

二、四沖程柴油機的氣閥定時

將四沖程柴油機的工作過程按曲柄所在的位置及旋轉的角度依次繪在一個圓圖上，則可得到柴油機的“定時圓圖”，如圖2所示：

由圖2可知道，為了提高進排氣量，進氣閥的開啟和關閉均不在上下止點，而是提前開啟、延后關閉。進氣閥在點1開啟、點2關閉；排氣閥在點5開啟，點6關閉。進氣閥開啟瞬時，曲柄位置與上止點之間的曲軸轉角稱為進氣提前角，如圖中的φ1；進氣閥關閉瞬時，曲柄位置與下止點之間的曲軸轉角稱為進氣滯后角，如圖中的φ2；依次類推，排氣提前角為φ3，排氣滯后角為φ4。進氣持續角為φ1+180°+φ2，排氣持續角為φ3+180°+φ4，顯然，四沖程柴油機的進排氣行程所占曲軸轉角均大于180°，換氣總曲軸轉角角度一般為 450°～500°，而壓縮與膨脹行程所占曲軸轉角均小于180°。凸輪作用角為相應各過程持續角的1/2。

三、四沖程柴油機的氣閥重疊角

由圖還可看出：在上止點前后的一段曲軸轉角內，進、排氣閥有一個同時打開的角度，成為進、排氣重疊角（氣閥重疊角），它等于進氣提前角加排氣滯后角，即φ1+φ4。在氣閥疊開期間，進、排氣管與氣缸相通，此時利用廢氣的流動慣性，除可避免廢氣倒沖入進氣管外，尚可抽吸新鮮空氣進入氣缸。增壓柴油機還可實現燃燒室掃氣，此時不但可以提高換氣質量，還可利用進氣冷卻燃燒室的有關部件。因而，四沖程柴油機均有一定的氣閥重疊角，而且增壓柴油機的氣閥重疊角均大于非增壓柴油機。

氣閥定時不僅取決于柴油機類型、轉速、進排氣閥凸輪的形狀，在實際運轉中還由于磨損、間隙以及振動等原因而發生改變，輪機管理人員必須定時的進行測量和調整。柴油機氣閥定時和氣閥重疊角的范圍如表1。

結論：

四沖程柴油機的進、排氣閥的啟閉都不正好在上下止點，而是在上、下止點前后某一時刻，開啟持續角都大于180°；提前開啟和滯后關閉都是為了排氣干凈并增加空氣吸氣量，減少排氣耗功；通過改變柴油機的氣閥重疊角，能夠提高柴油機換氣質量；在現實生活中，增壓柴油機運用比非增壓柴油機廣泛。

參考文獻：

[1]沈榮欣。《主推進動力裝置》：大連海事大學出版社，2009。