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柴油機配氣機構的功能、結構組成和布置方式
發(fā)布時間:2023-11-21 05:42:58  ▏閱讀:

 

新聞主題

柴油機配氣機構的功能、結構組成和布置方式

 

摘要:配氣機構是按照發(fā)動機各缸工作循環(huán)和工作順序的要求,適時地打開和關閉各缸的進、排氣門,使新鮮可燃混合氣或新鮮空氣及時進入氣缸,廢氣及時地排出氣缸,并在壓縮和做功沖程使氣門和氣門座有可靠的密封,保證發(fā)動機的正常工作。 本文重點介紹了柴油發(fā)電機配氣機構的組成和技術說明以及鉸削方法,以供維修工在柴油機修理工作中儲備更多的技術知識。

 

一、配氣機構的結構

 

     配氣機構是進、排氣管道的控制機構,它按照氣缸的工作順序和工作過程的要求,準時地開閉進、排氣門、向氣缸供給新鮮空氣并及時排出廢氣。另外,當進、排氣門關閉時,保證氣缸密封。進飽排凈,四行程發(fā)動機都采用氣門式配氣機構。

1、充氣效率

      充氣效率即充量系數(shù),是指柴油機每個工作循環(huán)內,發(fā)動機氣缸內實際吸入氣缸的新鮮空氣質量與進氣道狀態(tài)下充滿氣缸工作容積的理論空氣質量比值。柴油機的充氣效率反映了進氣過程的完善程度,是衡量發(fā)動機進氣性能的重要指標。充氣效率是指每一個進氣行程所吸入的空氣質量與標準狀態(tài)下(1個大氣壓、20℃、密度為1.187kg/m2)占有氣缸活塞行程容積的干燥空氣質量的比值。大氣壓力高、溫度低、密度高時,發(fā)動機的充氣效率也將隨之提高。

     配氣機構的充氣效率用ηv表示,其公式為:

ηv=M/M0

式中,M ——進氣過程中,實際進入氣缸的新氣的質量;

M0——在理想狀態(tài)下,充滿氣缸工作容積的新氣質量;

2、配氣機構總體組成

(1)氣門傳動組

      如圖1所示,由挺柱、 推桿、搖臂軸支架、 搖臂軸、 調整螺釘及鎖緊螺母、搖臂組成。

① 凸輪軸是氣門驅動組的主要部件,其作用是控制氣門的開閉及其升程的變化規(guī)律。

② 挺桿作用是將凸輪軸轉動時產生的驅動力傳遞給推桿(下、中凸輪軸)或氣門(頂置凸輪軸)。挺桿一般由合金鋼或合金鑄鐵制成,耐磨性好。

③ 推桿作用是將凸輪驅動力從挺桿傳遞到搖臂機構。

④ 搖臂作用是改變來自推桿或凸輪的力的方向,然后傳遞給氣門使其開啟。搖臂總成主要由搖臂、搖臂軸、軸承座、氣門間隙調整螺釘?shù)攘慵M成。

(2)氣門組

      如圖2所示,由氣門鎖片、 氣門彈簧座、氣門、 防油罩、氣門彈簧、氣門導管、 氣門座組成。氣門是控制氣缸內進氣和排氣的門,它通過氣門座和氣門導管與氣缸相連。氣門彈簧的作用是將氣門恢復到關閉位置,氣門卡則用于固定氣門彈簧和氣門。 氣門組的作用主要有以下幾個方面:

 控制氣缸內的進氣和排氣

       氣門組通過控制氣門的開閉來控制氣缸內的進氣和排氣。當氣門打開時,氣缸內的空氣可以自由進出,從而實現(xiàn)進氣和排氣的功能。而當氣門關閉時,氣缸內的空氣被封閉在其中,從而形成壓縮和燃燒的條件。

 影響發(fā)動機的性能和效率

      氣門組的設計和工作原理直接影響著發(fā)動機的性能和效率。氣門的開啟時間、開啟程度和關閉時間等參數(shù)都會影響發(fā)動機的輸出功率、燃油消耗和排放水平。因此,氣門組的設計和調整是發(fā)動機調校中非常重要的一環(huán)。

 維持發(fā)動機的正常運轉

      氣門組的正常運轉對于發(fā)動機的穩(wěn)定性和可靠性非常重要。如果氣門組出現(xiàn)故障,比如氣門卡松動、氣門彈簧失效等,就會導致氣門無法正常關閉或打開,從而影響發(fā)動機的正常運轉。因此,定期檢查和維護氣門組是保證發(fā)動機正常運轉的重要措施之一。

 

配氣結構總成結構圖-柴油發(fā)電機組.png

圖1  氣門轉動組的結構圖

柴油機氣門組結構示意圖.png

圖2  柴油機氣門組結構示意圖

 

二、配氣機構布置形式

 

1、按氣門的布置方式分

(1)氣門頂置式

      如圖3所示,柴油發(fā)動機常采用:

○ 氣門布置在氣缸蓋上。

○ 氣門行程大,結構較復雜。

○ 燃燒室緊湊,便于進行維護,調整氣門也比較容易。

(2)氣門側置式

      如圖4所示,進排氣門都布置在氣缸的側面,結構簡單、零件數(shù)目少。

○ 燃燒室結構不緊湊、

○ 熱量損失大、進氣道

○ 曲折、進氣阻力大,使發(fā)動機性能下降

 

氣門頂置式布置圖-柴油發(fā)電機組.png

圖3  氣門頂置式布置圖

氣門側置式布置圖-柴油發(fā)電機組.png

圖4  氣門側置式布置圖

 

2、按凸輪軸的布置位置分

      凸輪軸的位置有下置式、中置式和上置式三種,如圖5所示。下置式配氣機構的凸輪軸位于曲軸箱內,中置式配氣機構的凸輪軸位于機體上部,上置式配氣機構的凸輪軸位于氣缸蓋上。

(1)凸輪軸下置式

○ 有利因素:簡化曲軸與凸輪軸之間傳動裝置,有利于發(fā)動機的布置。

○ 不利因素:凸輪軸與氣門相距較遠,動力傳遞路線較長,環(huán)節(jié)多,因此不適用于高速發(fā)動機。

○ 結構組成,如圖6所示。

 

凸輪軸氣門布置圖-柴油發(fā)電機組.png

圖5  凸輪軸位置布置圖

凸輪軸下置式結構圖-柴油發(fā)電機組.png

圖6  凸輪軸下置式結構圖

 

(2) 凸輪軸中置式

○ 傳動方式: 有些取消了推桿,而由凸輪軸經(jīng)過挺柱直接驅動搖臂。

○ 應用: 適用于發(fā)動機轉速較高時,可以減少氣門傳動機構的往復運動質量。

○ 結構組成,如圖7所示。

(3)凸輪軸上置式

○ 優(yōu)點:凸輪軸與氣門距離近,不需要推桿、挺柱,使往復運動的慣量減少。非常適合于高速發(fā)動機。

○ 缺點:傳動問題,發(fā)動機高度增加,給安裝噴油器造成困難。

 ○ 結構組成,如圖8所示。

 

凸輪軸中置式結構圖-柴油發(fā)電機組.png

圖7  凸輪軸中置式結構圖

柴油機上置凸輪軸配氣機構結構圖.png

圖8  上置凸輪軸配氣機構結構圖

 

三、配氣機構的功能與鉸削方法

 

1、功能

      配氣機構通過凸輪軸的旋轉運動,控制氣門的開啟和關閉,以實現(xiàn)氣缸內燃氣體的進出。它的主要功能包括以下幾個方面:

(1)控制氣門的開啟和關閉時機

      配氣機構通過凸輪軸上的凸輪,確定了氣門的開啟和關閉時機。在進氣沖程中,氣門需要在活塞下行時開啟,以便新鮮的燃氣進入氣缸;在排氣沖程中,氣門需要在活塞上行時開啟,以便將廢氣排出氣缸。

(2)控制氣門的開啟和關閉幅度

      配氣機構通過凸輪軸上的凸輪形狀和凸輪軸的轉動方式,確定了氣門的開啟和關閉幅度。開啟幅度的大小直接影響氣缸內氣體的進出量,從而影響發(fā)動機的輸出功率和扭矩。

(3)控制氣門的開啟和關閉速度

      配氣機構通過凸輪軸的轉動速度,控制了氣門的開啟和關閉速度。開啟速度的快慢直接影響氣門的響應時間和氣缸內氣體的流動速度,從而影響發(fā)動機的響應性和燃燒效率。

(4)確保氣門的密封性

      配氣機構通過氣門彈簧、氣門蓋、氣門導管和氣門座等控制機構,保證了氣門在工作過程中的密封性。密封性的好壞直接影響發(fā)動機的氣缸壓縮比和燃燒效率。

2、氣門鉸削的方法和要求

(1)氣門座的鉸削前準備

      因為鉸氣門座時,是以氣門導管為基準的,所以氣門導管如需要更換或鉸配時,應在氣門座的鉸削之前進行。否則,若先鉸削氣門座再更換或鉸配導管,就可能使座和管的中心偏移,而造成氣門無法和座進行配合的后果。氣門座的一般鉸削工藝程序如下。選擇鉸刀導桿,根據(jù)氣門導管的內徑,選擇相適應的鉸刀導桿,并插入氣門導管內,使導桿與氣門導管內孔表面相貼合。

(2)砂磨硬化層

      由于氣門座存有硬化層,在鉸削時,往往使鉸刀打滑。遇此情況時,可用粗砂布墊在鉸刀下面進行砂磨,然后再進行鉸削。

(3)初鉸

      先將45°鉸刀(用粗、細刀視情況而定)套在導桿上,使鉸刀的鍵槽對準鉸刀把下端面的凸緣,即可進行鉸削鉸削時,餃刀應正直,兩手用力要均勻、平穩(wěn),按順時針方向旋轉鉸削。若反時針回刀時,勿用力,以防刀刃磨鈍,直至將氣門座上的燒蝕、斑點和凹陷等缺陷鉸去為止。

(4)試配與修整接觸面

初鉸后,應用光磨過的相配氣門進行試配。其試配方法是:在氣門座錐形工作面上涂以紅丹油,放入導管中轉動2~3圈(勿拍),然后拿出氣門觀察其接觸情況。正常要求是:接觸面應在氣門工作斜面的中下部,進氣門寬度約1.0~2.0mm,排氣門約1.5~2.5mm,觸而過窄,影響密封和散熱,過寬容易積炭,而且不能緊密吻合。

(5)氣門與氣門座的正確接觸。

      在氣門錐形工作面的中下部,寬度為1.5~2mm。初鉸后的試配,如果接觸面偏上,應用15°鉸刀鉸削上口,使接觸面下移,如接觸面偏下,應用75°鉸刀鉸削下口,使接觸面上移,初鉸時應盡量使氣門接觸面在中下部,應邊餃邊試配。為了延長氣門座與氣門的使用壽命,當接觸面距氣門下邊緣時,即可停止鉸配。

(6)精鉸

      最后用45°(或30°)的細刃鉸刀或在鉸刀上墊以細砂布精細地修鉸(磨)氣門座工作面,以提高接觸面的光潔度。最后再用紅丹油進行檢查,氣門與氣門座的接觸面應是一條不間斷的環(huán)形帶。

       以上方法和要求僅僅是基本的,在鉸削中要根據(jù)氣門座的具體情況靈活處理。在修理中,有時會遇到氣門座寬度已鉸合適,但接觸面太靠上,這時如果用15°鉸刀鉸上口時,將會產生接觸面變窄的新矛盾。如果為了解決這一新矛盾,再用45°(或30°)鉸刀進行鉸削時,則氣門座的口徑將會擴大,這將導致接觸面向上移。因此,在這種情況下,雖然接觸面太靠上,但只要接觸面距氣門工作面還有1mm以上,則允許使用,否則就要更換氣門或重新鑲配氣門座圈。

 

總結:

      配氣機構是柴油機中重要的一個組成部分,它通過控制氣門的開啟和關閉時機、幅度和速度,實現(xiàn)了氣缸內燃氣體的進出。配氣機構的設計和工作原理直接影響著發(fā)動機的性能和效率,因此在發(fā)動機設計和調試中,對配氣機構的優(yōu)化和調整至關重要。通過合理設計和調整配氣機構,可以提高發(fā)動機的輸出功率和扭矩,改善燃燒效率,降低燃油消耗和排放。


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