新聞主題	柴油發(fā)電機配氣機構的結構形式及工作過(guò)程

 

摘要：柴油發(fā)電機配氣機構的結構形式較多，按照氣門(mén)相對于汽缸的位置不同可分為兩種形式：氣門(mén)布置在汽缸側面的稱(chēng)為側置式氣門(mén)配氣機構；氣門(mén)布置在汽缸頂部的稱(chēng)為頂置式氣門(mén)配氣機構。采用側置式氣門(mén)配氣機構布置的燃燒室橫向面積大，結構不緊湊，而高度又受氣流和氣門(mén)運動(dòng)的限制不能太小，所以當壓縮比大于7.5時(shí)，燃燒室就很難布置。對于柴油機，由于壓縮比不能太低，所以廣泛采用頂置式氣門(mén)配氣機構。

 

一、配氣機構的類(lèi)別

 

      氣門(mén)式配氣機構由氣門(mén)組（氣門(mén)、氣門(mén)導管、氣門(mén)座及氣門(mén)彈簧等）和氣門(mén)傳動(dòng)組（推桿、搖臂、凸輪軸和正時(shí)齒輪等）組成，其結構布置如圖1所示。

1、頂置式氣門(mén)

      頂置式氣門(mén)配氣機構由凸輪軸、挺柱、推桿、氣門(mén)搖臂和氣門(mén)等零件組成。進(jìn)、排氣門(mén)都布置在汽缸蓋上，氣門(mén)頭部朝下，尾部朝上。如凸輪軸為了傳動(dòng)方便而靠近曲軸，則凸輪與氣門(mén)之間的距離就較長(cháng)。中間必須通過(guò)挺柱、推桿、搖臂等一系列零件才能驅動(dòng)氣門(mén)，使機構較為復雜，整個(gè)系統的剛性較差。

      頂置式氣門(mén)配氣機構工作過(guò)程如圖2所示。

（1）凸輪軸由曲軸通過(guò)齒輪驅動(dòng)。當柴油發(fā)電機工作時(shí)，凸輪軸即隨曲軸轉動(dòng)，對于四沖程柴油發(fā)電機而言，凸輪軸的轉速為曲軸轉速的1/2，即曲軸轉兩轉完成一個(gè)工作循環(huán)，而凸輪軸轉一轉，使進(jìn)、排氣門(mén)各開(kāi)啟一次。

（2）當凸輪軸轉到凸起部分與挺柱相接觸時(shí)，挺柱開(kāi)始升起。通過(guò)推桿和調整螺釘使搖臂繞搖臂軸轉動(dòng)，搖臂的另一端即壓下氣門(mén)，使氣門(mén)開(kāi)啟。在壓下氣門(mén)的同時(shí)，內、外兩個(gè)氣門(mén)彈簧也受到壓縮。

（3）當凸輪軸凸起部分的最高點(diǎn)轉過(guò)挺柱平面以后，挺柱及推桿隨凸輪的轉動(dòng)而下落，被壓緊的氣們彈簧通過(guò)氣門(mén)彈簧座和氣門(mén)鎖片，將氣門(mén)向上抬起，最后壓緊在氣門(mén)座上，使氣門(mén)關(guān)閉。氣門(mén)彈簧在安裝時(shí)就有一定的預緊力，以保證氣門(mén)與氣門(mén)座貼合緊密而不致漏氣。

2、側置式氣門(mén)

      側置式氣門(mén)配氣機構的進(jìn)、排氣門(mén)都布置在氣缸的一側，這種配氣機構具有結構簡(jiǎn)單、零件數目少等優(yōu)點(diǎn)。但由于燃燒室結構不緊湊，熱量損失較大，氣道比較曲折，氣門(mén)升程受到一定限制而影響充氣和排氣，從而使發(fā)動(dòng)機動(dòng)力性和經(jīng)濟性的提高受到限制。目前這種型式的配氣機構已趨于淘汰。

 

圖1  氣門(mén)布置圖

圖2  頂置式配氣機構原理圖

 

 

二、氣門(mén)基本零件及作用

 

      氣門(mén)組由氣門(mén)、氣門(mén)導管、氣門(mén)座、氣門(mén)彈簧、氣門(mén)彈簧座及氣門(mén)鎖片（或鎖銷(xiāo)）等零件組成。氣門(mén)組主要用來(lái)開(kāi)啟與關(guān)閉進(jìn)氣門(mén)與排氣門(mén)，保證汽缸的可靠密封。因此，工作中要求：氣門(mén)頭部與氣門(mén)座貼合緊密；氣門(mén)導管有良好的導向性；氣門(mén)彈簧上下端面與氣門(mén)桿中心線(xiàn)垂直，以保證氣門(mén)頭部在落座時(shí)不偏斜；氣門(mén)貼合的彈力足夠使氣門(mén)迅速閉合，并能夠保證關(guān)閉時(shí)緊壓在氣門(mén)座上。

      氣門(mén)主要由氣門(mén)桿部和頭部?jì)刹糠纸M成。氣門(mén)的工作條件比較惡劣，進(jìn)氣門(mén)承受570～670kPa的壓強，排氣門(mén)承受1050～1200 kPa的壓強；氣門(mén)頭部承受氣體壓力、氣門(mén)彈簧力等；冷卻和潤滑條件差；汽缸中燃燒生成物中的物質(zhì)對氣門(mén)也有一定的腐蝕作用。因此，要求氣門(mén)具備強度和剛度大、耐熱、耐腐蝕、耐磨等性能。

（1）氣門(mén)頭部

      氣門(mén)頭部的結構形式主要有平頂、凸頂、凹頂三種形式。為了減少進(jìn)氣阻力，提高汽缸的充氣效率，多數發(fā)動(dòng)機進(jìn)氣門(mén)頭部直徑比排氣門(mén)大。當兩氣門(mén)一樣大時(shí)，氣門(mén)一般有標記。

      氣門(mén)頭部與氣門(mén)座圈的接觸面是一個(gè)圓錐斜面，這個(gè)斜面與氣門(mén)頂部平面之間的夾角稱(chēng)為氣門(mén)錐角。氣門(mén)錐角一般為45°，也有30°。

      氣門(mén)錐角作用是獲得較大的氣門(mén)座合壓力，提高密封性和導熱性；氣門(mén)落座時(shí)有較好的對中、定位作用；避免氣流拐彎過(guò)大而降低流速。氣門(mén)錐角越小，氣門(mén)口通道截面越大，通過(guò)能力越強，落座壓力越大，密封和導熱性也越好。另外，錐角大時(shí)，氣門(mén)頭部邊緣的厚度大，不易變形。

      進(jìn)氣門(mén)錐角主要是為了獲得大的通道截面，其本身熱負荷較小，往往采用較小的錐角，多用30°，有利于提高充氣效率。排氣門(mén)則因熱負荷較大而用較大的錐角，通常為45°，以加強散熱（大約75%的氣門(mén)熱量從氣門(mén)座處散失）和避免受熱變形。也有的發(fā)動(dòng)機為了制造和維修方便，二者都用45°。

      如果進(jìn)氣門(mén)的氣門(mén)錐角為45°，而排氣門(mén)的氣門(mén)錐角為30°，會(huì )產(chǎn)生什么樣的后果?

       氣門(mén)頭部直徑越大，氣門(mén)口通道截面就越大，進(jìn)、排氣阻力就越小。由于最大尺寸受燃燒室結構的限制，考慮進(jìn)氣阻力比排氣阻力對發(fā)動(dòng)機性能的影響大得多，為盡量減小進(jìn)氣阻力，進(jìn)氣門(mén)直徑大于排氣門(mén)。另外，排氣門(mén)稍小些，還不易變形。氣門(mén)頭部邊緣應保持一定厚度，一般為1～3mm，以防工作中沖擊損壞和被高溫燒蝕。為保證具備良好的密封性，裝配前應將氣門(mén)頭與氣門(mén)座密封錐面互相配對研磨。氣門(mén)頭部的熱量是通過(guò)氣門(mén)座和氣門(mén)桿經(jīng)氣門(mén)導管傳給汽缸蓋的。氣門(mén)頭部向氣門(mén)桿過(guò)渡部分的幾何形狀應盡量做到圓滑，以防應力集中增加強度，還可減少氣流阻力。

（2）氣門(mén)桿部

      氣門(mén)桿部與氣門(mén)頭部制成一體，呈圓柱形，裝在氣門(mén)導管內起導向和散熱的作用，其表面應具有較高的加工精度，并經(jīng)熱處理以保證同氣門(mén)導管的配合精度和耐磨性。氣門(mén)桿尾端的形狀決定氣門(mén)彈簧座的固定方式，常用的結構是鎖片式和鎖銷(xiāo)式兩種。采用剖分或兩半的錐形鎖片來(lái)固定彈簧座時(shí)，氣門(mén)桿的端部切出環(huán)槽，利用剖分成兩半且外表面為錐面的氣門(mén)鎖片與彈簧座的錐形內表面來(lái)固定彈簧座，其結構簡(jiǎn)單、工作可靠、拆裝方便，因此得到廣泛的應用。采用鎖銷(xiāo)式結構時(shí)，在氣門(mén)桿尾端鉆一徑向通孔，鎖銷(xiāo)插在通孔內來(lái)支承氣門(mén)彈簧座，而氣門(mén)彈簧座的邊緣又可阻止鎖銷(xiāo)的松脫。

（3）氣門(mén)油封

      發(fā)動(dòng)機高速化后，進(jìn)氣管中的真空密度顯著(zhù)增高，氣門(mén)室中的機油會(huì )通過(guò)氣門(mén)桿與導管之間的間隙被吸入進(jìn)氣管和汽缸內，除增加機油的消耗外，還會(huì )在氣門(mén)和燃燒室產(chǎn)生積碳。為此，發(fā)動(dòng)機的氣門(mén)桿上部都設有機油防漏裝置。

 

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