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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(dòng)機各缸工作循環(huán)和工作順序的要求，適時(shí)地打開(kāi)和關(guān)閉各缸的進(jìn)、排氣門(mén)，使新鮮可燃混合氣或新鮮空氣及時(shí)進(jìn)入氣缸，廢氣及時(shí)地排出氣缸，并在壓縮和做功沖程使氣門(mén)和氣門(mén)座有可靠的密封，保證發(fā)動(dòng)機的正常工作。 本文重點(diǎn)介紹了柴油發(fā)電機配氣機構的組成和技術(shù)說(shuō)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(shù)知識。
一、配氣機構的結構
配氣機構是進(jìn)、排氣管道的控制機構，它按照氣缸的工作順序和工作過(guò)程的要求，準時(shí)地開(kāi)閉進(jìn)、排氣門(mén)、向氣缸供給新鮮空氣并及時(shí)排出廢氣。另外，當進(jìn)、排氣門(mén)關(guān)閉時(shí)，保證氣缸密封。進(jìn)飽排凈，四行程發(fā)動(dòng)機都采用氣門(mén)式配氣機構。
1、充氣效率
充氣效率即充量系數，是指柴油機每個(gè)工作循環(huán)內，發(fā)動(dòng)機氣缸內實(shí)際吸入氣缸的新鮮空氣質(zhì)量與進(jìn)氣道狀態(tài)下充滿(mǎn)氣缸工作容積的理論空氣質(zhì)量比值。柴油機的充氣效率反映了進(jìn)氣過(guò)程的完善程度，是衡量發(fā)動(dòng)機進(jìn)氣性能的重要指標。充氣效率是指每一個(gè)進(jìn)氣行程所吸入的空氣質(zhì)量與標準狀態(tài)下（1個(gè)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(zhì)量的比值。大氣壓力高、溫度低、密度高時(shí)，發(fā)動(dòng)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(jìn)氣過(guò)程中，實(shí)際進(jìn)入氣缸的新氣的質(zhì)量；
M0——在理想狀態(tài)下，充滿(mǎn)氣缸工作容積的新氣質(zhì)量；
2、配氣機構總體組成
（1）氣門(mén)傳動(dòng)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(mén)驅動(dòng)組的主要部件，其作用是控制氣門(mén)的開(kāi)閉及其升程的變化規律。
② 挺桿作用是將凸輪軸轉動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的驅動(dòng)力傳遞給推桿（下、中凸輪軸）或氣門(mén)（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(dòng)力從挺桿傳遞到搖臂機構。
④ 搖臂作用是改變來(lái)自推桿或凸輪的力的方向，然后傳遞給氣門(mén)使其開(kāi)啟。搖臂總成主要由搖臂、搖臂軸、軸承座、氣門(mén)間隙調整螺釘等零件組成。
（2）氣門(mén)組
如圖2所示，由氣門(mén)鎖片、 氣門(mén)彈簧座、氣門(mén)、 防油罩、氣門(mén)彈簧、氣門(mén)導管、 氣門(mén)座組成。氣門(mén)是控制氣缸內進(jìn)氣和排氣的門(mén)，它通過(guò)氣門(mén)座和氣門(mén)導管與氣缸相連。氣門(mén)彈簧的作用是將氣門(mén)恢復到關(guān)閉位置，氣門(mén)卡則用于固定氣門(mén)彈簧和氣門(mén)。 氣門(mén)組的作用主要有以下幾個(gè)方面：
① 控制氣缸內的進(jìn)氣和排氣
氣門(mén)組通過(guò)控制氣門(mén)的開(kāi)閉來(lái)控制氣缸內的進(jìn)氣和排氣。當氣門(mén)打開(kāi)時(shí)，氣缸內的空氣可以自由進(jìn)出，從而實(shí)現進(jìn)氣和排氣的功能。而當氣門(mén)關(guān)閉時(shí)，氣缸內的空氣被封閉在其中，從而形成壓縮和燃燒的條件。
② 影響發(fā)動(dòng)機的性能和效率
氣門(mén)組的設計和工作原理直接影響著(zhù)發(fā)動(dòng)機的性能和效率。氣門(mén)的開(kāi)啟時(shí)間、開(kāi)啟程度和關(guān)閉時(shí)間等參數都會(huì )影響發(fā)動(dòng)機的輸出功率、燃油消耗和排放水平。因此，氣門(mén)組的設計和調整是發(fā)動(dòng)機調校中非常重要的一環(huán)。
③ 維持發(fā)動(dòng)機的正常運轉
氣門(mén)組的正常運轉對于發(fā)動(dòng)機的穩定性和可靠性非常重要。如果氣門(mén)組出現故障，比如氣門(mén)卡松動(dòng)、氣門(mén)彈簧失效等，就會(huì )導致氣門(mén)無(wú)法正常關(guān)閉或打開(kāi)，從而影響發(fā)動(dòng)機的正常運轉。因此，定期檢查和維護氣門(mén)組是保證發(fā)動(dòng)機正常運轉的重要措施之一。
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圖1 氣門(mén)轉動(dòng)組的結構圖 |
圖2 柴油機氣門(mén)組結構示意圖 |
二、配氣機構布置形式
1、按氣門(mén)的布置方式分
（1）氣門(mén)頂置式
如圖3所示，柴油發(fā)動(dòng)機常采用：
○ 氣門(mén)布置在氣缸蓋上。
○ 氣門(mén)行程大，結構較復雜。
○ 燃燒室緊湊，便于進(jìn)行維護，調整氣門(mén)也比較容易。
（2）氣門(mén)側置式
如圖4所示，進(jìn)排氣門(mén)都布置在氣缸的側面，結構簡(jiǎn)單、零件數目少。
○ 燃燒室結構不緊湊、
○ 熱量損失大、進(jìn)氣道
○ 曲折、進(jìn)氣阻力大，使發(fā)動(dòng)機性能下降
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圖3 氣門(mén)頂置式布置圖 |
圖4 氣門(mén)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(jiǎn)化曲軸與凸輪軸之間傳動(dòng)裝置，有利于發(fā)動(dòng)機的布置。
○ 不利因素：凸輪軸與氣門(mén)相距較遠，動(dòng)力傳遞路線(xiàn)較長(cháng)，環(huán)節多，因此不適用于高速發(fā)動(dòng)機。
○ 結構組成，如圖6所示。
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圖5 凸輪軸位置布置圖 |
圖6 凸輪軸下置式結構圖 |
（2） 凸輪軸中置式
○ 傳動(dòng)方式： 有些取消了推桿，而由凸輪軸經(jīng)過(guò)挺柱直接驅動(dòng)搖臂。
○ 應用： 適用于發(fā)動(dòng)機轉速較高時(shí)，可以減少氣門(mén)傳動(dòng)機構的往復運動(dòng)質(zhì)量。
○ 結構組成，如圖7所示。
（3）凸輪軸上置式
○ 優(yōu)點(diǎn)：凸輪軸與氣門(mén)距離近，不需要推桿、挺柱，使往復運動(dòng)的慣量減少。非常適合于高速發(fā)動(dòng)機。
○ 缺點(diǎn)：傳動(dòng)問(wèn)題，發(fā)動(dòng)機高度增加，給安裝噴油器造成困難。
○ 結構組成，如圖8所示。
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圖7 凸輪軸中置式結構圖 |
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(guò)凸輪軸的旋轉運動(dòng)，控制氣門(mén)的開(kāi)啟和關(guān)閉，以實(shí)現氣缸內燃氣體的進(jìn)出。它的主要功能包括以下幾個(gè)方面：
（1）控制氣門(mén)的開(kāi)啟和關(guān)閉時(shí)機
配氣機構通過(guò)凸輪軸上的凸輪，確定了氣門(mén)的開(kāi)啟和關(guān)閉時(shí)機。在進(jìn)氣沖程中，氣門(mén)需要在活塞下行時(shí)開(kāi)啟，以便新鮮的燃氣進(jìn)入氣缸；在排氣沖程中，氣門(mén)需要在活塞上行時(shí)開(kāi)啟，以便將廢氣排出氣缸。
（2）控制氣門(mén)的開(kāi)啟和關(guān)閉幅度
配氣機構通過(guò)凸輪軸上的凸輪形狀和凸輪軸的轉動(dòng)方式，確定了氣門(mén)的開(kāi)啟和關(guān)閉幅度。開(kāi)啟幅度的大小直接影響氣缸內氣體的進(jìn)出量，從而影響發(fā)動(dòng)機的輸出功率和扭矩。
（3）控制氣門(mén)的開(kāi)啟和關(guān)閉速度
配氣機構通過(guò)凸輪軸的轉動(dòng)速度，控制了氣門(mén)的開(kāi)啟和關(guān)閉速度。開(kāi)啟速度的快慢直接影響氣門(mén)的響應時(shí)間和氣缸內氣體的流動(dòng)速度，從而影響發(fā)動(dòng)機的響應性和燃燒效率。
（4）確保氣門(mén)的密封性
配氣機構通過(guò)氣門(mén)彈簧、氣門(mén)蓋、氣門(mén)導管和氣門(mén)座等控制機構，保證了氣門(mén)在工作過(guò)程中的密封性。密封性的好壞直接影響發(fā)動(dòng)機的氣缸壓縮比和燃燒效率。
2、氣門(mén)鉸削的方法和要求
因為鉸氣門(mén)座時(shí)，是以氣門(mén)導管為基準的，所以氣門(mén)導管如需要更換或鉸配時(shí)，應在氣門(mén)座的鉸削之前進(jìn)行。否則，若先鉸削氣門(mén)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(mén)無(wú)法和座進(jìn)行配合的后果。氣門(mén)座的一般鉸削工藝程序如下。選擇鉸刀導桿，
（2）砂磨硬化層
（4）試配與修整接觸面
（5）氣門(mén)與氣門(mén)座的正確接觸。
在氣門(mén)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(shí)應盡量使氣門(mén)接觸面在中下部，應邊餃邊試配。為了延長(cháng)氣門(mén)座與氣門(mén)的使用壽命，當接觸面距氣門(mén)下邊緣時(shí)，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(mén)座工作面，以提高接觸面的光潔度。最后再用紅丹油進(jìn)行檢查，氣門(mén)與氣門(mén)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，在鉸削中要根據氣門(mén)座的具體情況靈活處理。在修理中，有時(shí)會(huì )遇到氣門(mén)座寬度已鉸合適，但接觸面太靠上，這時(shí)如果用15°鉸刀鉸上口時(shí)，將會(huì )產(chǎn)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(jìn)行鉸削時(shí)，則氣門(mén)座的口徑將會(huì )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(mén)工作面還有1mm以上，則允許使用，否則就要更換氣門(mén)或重新鑲配氣門(mén)座圈。
總結：
配氣機構是柴油機中重要的一個(gè)組成部分，它通過(guò)控制氣門(mén)的開(kāi)啟和關(guān)閉時(shí)機、幅度和速度，實(shí)現了氣缸內燃氣體的進(jìn)出。配氣機構的設計和工作原理直接影響著(zhù)發(fā)動(dòng)機的性能和效率，因此在發(fā)動(dòng)機設計和調試中，對配氣機構的優(yōu)化和調整至關(guān)重要。通過(guò)合理設計和調整配氣機構，可以提高發(fā)動(dòng)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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