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柴油發(fā)動(dòng)機配氣機構的分類(lèi)、氣門(mén)組件和傳動(dòng)組件的結構與作用 |
摘要：配氣機構是柴油發(fā)電機進(jìn)氣和排氣的控制機構，它按照柴油發(fā)電機各氣缸工作次序，通過(guò)控制進(jìn)氣門(mén)和排氣門(mén)的開(kāi)啟和關(guān)閉來(lái)保證在規定的時(shí)間內有足夠的新鮮空氣進(jìn)入氣缸，并把燃燒后的廢氣從氣缸內盡可能徹底的排出。本文主要介紹柴油發(fā)動(dòng)機配氣機構的分類(lèi)、氣門(mén)組件和傳動(dòng)組件的結構與作用。
一、配氣機構的分類(lèi)
配氣機構通常有氣門(mén)式和氣孔式兩種型式。氣門(mén)式配氣機構由凸輪驅動(dòng)氣門(mén)以控制進(jìn)排氣過(guò)程，是四沖程柴油發(fā)電機常用的一種型式，如圖1所示；而氣孔式配氣機構是在氣缸中間開(kāi)有進(jìn)排氣孔并通過(guò)活塞的控制進(jìn)排氣過(guò)程，這種機構在二沖程柴油發(fā)電機上應用較多。
目前，四沖程發(fā)動(dòng)機最常用的是氣門(mén)式配氣機構。氣門(mén)式配氣機構又分為側置式和頂置式兩類(lèi)。
1、側置式氣門(mén)機構
側置式氣門(mén)機構的進(jìn)排氣門(mén)都布置在氣缸體的一側，它是通過(guò)凸輪軸推動(dòng)挺柱和推桿來(lái)控制氣門(mén)開(kāi)啟和關(guān)閉。側置式氣門(mén)機構一般適用于單缸柴油發(fā)電機。
2、頂置式氣門(mén)機構
頂置式氣門(mén)機構是柴油發(fā)電機使用最廣泛的，它主要由氣門(mén)組件、氣門(mén)傳動(dòng)機件、進(jìn)排氣系統和柴油發(fā)電機增壓系統組成。
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圖1 四沖程柴油機配氣機構示意圖 |
圖2 頂置式配氣機構結構原理圖 |
二、氣門(mén)組件的結構及功用
氣門(mén)組件主要是用來(lái)密封柴油發(fā)電機的進(jìn)氣道和排氣道，并保證柴油發(fā)電機正常換氣。其主要組成部件是氣門(mén)、氣門(mén)彈簧、氣門(mén)導管、氣門(mén)座圈及鎖緊裝置等。氣門(mén)組件在整個(gè)柴油發(fā)電機中的潤滑和冷卻條件極差，且受到交變載荷的沖擊和高溫、腐蝕等的影響，因此這部分零件極易發(fā)生故障。氣門(mén)組件損壞后，柴油發(fā)電機會(huì )出現很多散障現象，例如油耗增加、功率降低、起動(dòng)困難和排煙異常等。
1、氣門(mén)
（1）氣門(mén)分進(jìn)氣門(mén)和排氣門(mén)。
（2）氣門(mén)的功用是密封燃燒室，并使柴油發(fā)電機的各氣缸得到正常換氣。
（3）氣門(mén)主要由頭部和桿部?jì)刹糠謽嫵?。氣門(mén)頭部的形狀有平頂、凸頂和凹頂，目前使用較多的是平頂，這主要是因為平頂氣門(mén)的頭部形狀簡(jiǎn)單、制造方便，受熱面積小等特點(diǎn)。
柴油發(fā)電機為了提高燃燒室內的進(jìn)氣量，進(jìn)氣門(mén)的頭部一般做的比排氣門(mén)大，因為增大進(jìn)氣門(mén)可以減小進(jìn)氣阻力，增大進(jìn)氣量，這比增大排氣們減小排氣阻力更為有效。氣門(mén)密封錐面的斜角也不同，進(jìn)氣門(mén)一般采用30℃的斜角，排氣門(mén)一般采用45℃的斜角。進(jìn)氣門(mén)的錐面采用30℃的斜角，主要是因為較小的錐面斜角可使氣流通過(guò)斷面的流量增大。現代發(fā)動(dòng)機普遍采用多氣門(mén)結構（3～5氣門(mén)，如圖3~5所示），且多將同名氣門(mén)排成一列，分別用進(jìn)氣凸輪軸和排氣凸輪軸驅動(dòng) 。
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圖3 三氣門(mén)結構圖 |
圖4 四氣門(mén)結構圖 |
圖5 五氣門(mén)結構圖 |
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2、氣門(mén)導管
氣門(mén)導管給往復運動(dòng)的氣門(mén)起著(zhù)導向的作用，并保證氣門(mén)頭部準確地落在氣門(mén)座上，同時(shí)還能夠把氣門(mén)的部分熱量傳出去。氣門(mén)導管一般采用鑄銖鑄成，由于它在高溫和潤譴條件較差的環(huán)境下工作，所以該部件較易出現磨損現象。氣門(mén)導管與氣門(mén)桿部在長(cháng)期的相對運動(dòng)的磨損中，易使兩者之間的配合間隙增大。正常情況下，進(jìn)氣門(mén)與導管的間隙為0.09左右，排氣門(mén)與導管的間隙約為0.12mm，當間隙增大到極限值0.26mm時(shí)，氣門(mén)導管與氣門(mén)應成對換新。若裝配時(shí)間隙過(guò)小，則易出現氣門(mén)卡死現象。
3、氣門(mén)座圈
氣門(mén)座圈是為往復運動(dòng)的氣門(mén)而設計的，它與氣門(mén)一起用來(lái)密封燃燒室。氣門(mén)座圈一般采用耐熱鑄鐵制造，并壓人氣缸蓋中心氣門(mén)座圈長(cháng)期受到氣門(mén)的連續沖擊和高溫、高壓氣體的腐蝕，在使用過(guò)程中特刑容易發(fā)生故障。在長(cháng)期的工作中氣門(mén)座圈的錐面容易產(chǎn)生麻點(diǎn)、凹坑、座圈縮短和磨損變寬等現象。
4、氣門(mén)彈簧
氣門(mén)彈簧的功用是克服在氣門(mén)關(guān)閉過(guò)程中氣門(mén)及傳動(dòng)件的慣性力，防止各傳動(dòng)件之間的慣性的作用產(chǎn)生間隙。保證氣門(mén)及時(shí)坐落并緊密接觸，防止氣門(mén)在發(fā)動(dòng)機震動(dòng)時(shí)發(fā)生跳動(dòng)，破壞其密封性。氣門(mén)彈簧多為圓柱型螺旋彈簧，其材料為高碳錳鋼冷拔鋼絲，加工后熱處理，鋼絲表面要磨光、拋光或用噴丸處理。為了防止生銹，表面鍍鋅。氣門(mén)彈簧的一端支承在氣缸蓋或氣缸體上，而另一端則壓靠在氣門(mén)桿端的彈簧座上，彈簧座用鎖片固定在氣門(mén)桿的末端。
三、氣門(mén)傳動(dòng)組
氣門(mén)傳動(dòng)組主要包括凸輪軸、正時(shí)齒輪、挺柱及其導桿，推桿、搖臂臂和搖臂軸等，其作用是使進(jìn)排氣門(mén)按配氣相位規定的時(shí)刻進(jìn)行開(kāi)閉，并保證有足夠的開(kāi)度。
1、凸輪軸
（1）凸輪軸是配氣機構的關(guān)建部件，由它控制氣門(mén)的配氣相位，有些發(fā)動(dòng)機還用來(lái)驅動(dòng)機油泵、柴油泵和分電器。凸輪軸主要由進(jìn)排氣凸輪、支撐軸、正時(shí)齒輪軸、柴油泵偏心凸輪、機油泵及分電器驅動(dòng)齒輪等組成的。
（2）為了保證配氣機構正常工作，凸輪在凸輪軸上的相對角位置有嚴格的要求。同一缸的各排氣凸輪的相對角位置，保證一個(gè)工作循環(huán)中的配氣相位；各缸進(jìn)氣（或排氣）凸輪的相對角位置、則應與發(fā)動(dòng)機的點(diǎn)火次序相一致。因此，只要知道了凸輪軸的旋轉方向，以及各進(jìn)氣凸輪（或排氣凸輪）的工作次序，就不難判斷發(fā)動(dòng)機的點(diǎn)火次序。對四缸四行程發(fā)動(dòng)機的凸輪軸，其同名凸輪間的夾角為業(yè)四行程六缸發(fā)動(dòng)機同名凸輪間的夾角為360W=60/6=60。
（3）凸輪軸通常由曲軸通過(guò)一對正時(shí)齒輪驅動(dòng)，在裝配曲軸和凸輪軸時(shí)，必須將正時(shí)記號對準，以保證正確的配氣相位和發(fā)火時(shí)刻。為了防止凸輪軸的軸向移動(dòng)，凸輪軸必須有軸向定位裝置。現代發(fā)動(dòng)機的凸輪多采用止推凸緣定位裝置，即將止推凸緣裝在凸輪軸第一道軸頸前的凸臺上，凸臺比止推凸緣厚，以保證止推凸緣與正時(shí)齒輪之間的軸向間隙符合規定（一般為0.05~0.10S）。
（4）凸輪軸的材料一般用優(yōu)質(zhì)鋼模鍛而成，也可以采用合金鑄鐵或球墨鑄鐵鑄造，凸輪和軸徑的工作表面一般經(jīng)過(guò)熱處理后精磨，以改善耐磨性。
（5）根據頂置凸輪軸的個(gè)數，分為單頂置凸輪軸（SOHC）和雙頂置凸輪軸（DOHC）兩種，分別如圖6、圖7所示。
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圖6 單頂置凸輪軸示意圖 |
圖7 雙頂置凸輪軸示意圖 |
2、氣門(mén)挺柱
挺柱的功用是將凸輪的推力傳給推桿（或氣門(mén)桿），并承受凸輪軸旋轉時(shí)所施加的側向力。對于氣門(mén)側置式配氣機構，其挺柱一般做成菌式，在挺柱的頂部裝有調節螺釘，用來(lái)調節氣門(mén)間隙。氣門(mén)頂置式配氣機構的挺柱一般制成筒式，以減輕重量。所示為滾輪式挺住，其優(yōu)點(diǎn)是可以減小摩擦所造成的對挺柱的側向力。這種挺柱結構復雜，重量較大。一般多用于大缸徑柴油機上。挺柱常用鎳鉻合金鑄鐵或冷激合金鑄鐵制造。其摩擦表面應經(jīng)熱處理后精磨。有的發(fā)動(dòng)機的挺柱直接裝在氣缸體上相應處鉆出的導向孔中，也有的發(fā)動(dòng)機的挺柱裝在可拆式的挺柱導向體中。
3、推桿
推桿的作用是將從凸輪軸經(jīng)過(guò)挺柱傳來(lái)的推力傳給搖臂、它是氣門(mén)機構中最易彎曲的零件。要求有很高的剛度，在動(dòng)載荷大的發(fā)動(dòng)機中，推桿應盡量地做得短些。對于缸體與缸蓋部是鋁合金制造的發(fā)動(dòng)機，其推桿最好用硬鋁制造。推桿可以是實(shí)心，或空心的．鋼制實(shí)心推桿，一般是同球形支座鍛成一個(gè)整體，然后進(jìn)行熱處理。
4、搖臂與搖臂軸
實(shí)際上是一個(gè)雙臂杠桿，用來(lái)將推桿傳來(lái)的力改變方向，作用到氣門(mén)桿端以推開(kāi)氣門(mén)。搖臂7的兩邊臂長(cháng)的比值（稱(chēng)為搖臂比）約為1.2～1.8，其中長(cháng)臂一端是推動(dòng)氣門(mén)的。端頭的工作表面一般制成圓柱形，當搖臂擺動(dòng)時(shí)可沿氣門(mén)桿端面滾滑。這樣可以使二者之間的力盡可能沿氣門(mén)軸線(xiàn)作用。搖臂內還鉆有潤滑油道和油孔。在搖臂的短臂端螺紋孔中旋入用以調節氣門(mén)間隙的調節螺釘，螺釘的球頭與推桿頂端的凹球座相接觸。
搖臂通過(guò)襯套空套在搖臂軸上，而后者又支承在支座上，搖臂上還鉆有油孔。搖臂軸為空心管狀結構，機油從支座的油道經(jīng)搖臂軸內腔和搖臂中的油道流向搖臂兩端進(jìn)行潤滑。為了防止搖臂的竄動(dòng)，在搖臂軸上每?jì)蓳u臂之間都裝有定位彈簧。
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