浅谈四冲程柴油机的气阀重叠角

王虎镇 刘森

摘要：浅谈船舶四冲程柴油机的工作过程，根据柴油机供油定时圆来探讨四冲程柴油机柴油机进、排气阀在上、下止点前后启闭的时刻，如何形成的气阀重叠角，以及其对换气质量的影响。

关键词：四冲程柴油机；工作循环；气阀重叠角；换气质量

柴油机是一种压缩发火的往复式内燃机，使用挥发性较差的柴油或劣质燃料油作燃料，采用内部混合法形成可燃混合气，通过压缩式发火使可燃混合气燃烧、膨胀推动活塞往复运动。按工作循环分为四冲程柴油机和二冲程柴油机，本文以四冲程柴油机为例，简述工作原理、气阀重叠角的形成及作用。

一、四冲程柴油机的工作过程

用活塞的四个行程完成一个工作循环的柴油机称为四冲程柴油机。四冲程柴油机每完成一个循环，活塞上下运动四次，曲轴转两转，凸轮曲轴转一转。四冲程柴油机工作四个冲程：进气、压缩、膨胀、排气。图1中所示的四个简图分别表示活塞的行程的进行情况以及活塞、曲轴、气阀等部件的有关动作位置。

二、四冲程柴油机的气阀定时

将四冲程柴油机的工作过程按曲柄所在的位置及旋转的角度依次绘在一个圆图上，则可得到柴油机的“定时圆图”，如图2所示：

由图2可知道，为了提高进排气量，进气阀的开启和关闭均不在上下止点，而是提前开启、延后关闭。进气阀在点1开启、点2关闭；排气阀在点5开启，点6关闭。进气阀开启瞬时，曲柄位置与上止点之间的曲轴转角称为进气提前角，如图中的φ1；进气阀关闭瞬时，曲柄位置与下止点之间的曲轴转角称为进气滞后角，如图中的φ2；依次类推，排气提前角为φ3，排气滞后角为φ4。进气持续角为φ1+180°+φ2，排气持续角为φ3+180°+φ4，显然，四冲程柴油机的进排气行程所占曲轴转角均大于180°，换气总曲轴转角角度一般为 450°～500°，而压缩与膨胀行程所占曲轴转角均小于180°。凸轮作用角为相应各过程持续角的1/2。

三、四冲程柴油机的气阀重叠角

由图还可看出：在上止点前后的一段曲轴转角内，进、排气阀有一个同时打开的角度，成为进、排气重叠角（气阀重叠角），它等于进气提前角加排气滞后角，即φ1+φ4。在气阀叠开期间，进、排气管与气缸相通，此时利用废气的流动惯性，除可避免廢气倒冲入进气管外，尚可抽吸新鲜空气进入气缸。增压柴油机还可实现燃烧室扫气，此时不但可以提高换气质量，还可利用进气冷却燃烧室的有关部件。因而，四冲程柴油机均有一定的气阀重叠角，而且增压柴油机的气阀重叠角均大于非增压柴油机。

气阀定时不仅取决于柴油机类型、转速、进排气阀凸轮的形状，在实际运转中还由于磨损、间隙以及振动等原因而发生改变，轮机管理人员必须定时的进行测量和调整。柴油机气阀定时和气阀重叠角的范围如表1。

结论：

四冲程柴油机的进、排气阀的启闭都不正好在上下止点，而是在上、下止点前后某一时刻，开启持续角都大于180°；提前开启和滞后关闭都是为了排气干净并增加空气吸气量，减少排气耗功；通过改变柴油机的气阀重叠角，能够提高柴油机换气质量；在现实生活中，增压柴油机运用比非增压柴油机广泛。

参考文献：

[1]沈荣欣。《主推进动力装置》：大连海事大学出版社，2009。