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柴油發(fā)動機配氣機構(gòu)的分類、氣門組件和傳動組件的結(jié)構(gòu)與作用 |
摘要：配氣機構(gòu)是柴油發(fā)電機進氣和排氣的控制機構(gòu)，它按照柴油發(fā)電機各氣缸工作次序，通過控制進氣門和排氣門的開啟和關(guān)閉來保證在規(guī)定的時間內(nèi)有足夠的新鮮空氣進入氣缸，并把燃燒后的廢氣從氣缸內(nèi)盡可能徹底的排出。本文主要介紹柴油發(fā)動機配氣機構(gòu)的分類、氣門組件和傳動組件的結(jié)構(gòu)與作用。
一、配氣機構(gòu)的分類
配氣機構(gòu)通常有氣門式和氣孔式兩種型式。氣門式配氣機構(gòu)由凸輪驅(qū)動氣門以控制進排氣過程，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(gòu)是在氣缸中間開有進排氣孔并通過活塞的控制進排氣過程，這種機構(gòu)在二沖程柴油發(fā)電機上應(yīng)用較多。
目前，四沖程發(fā)動機最常用的是氣門式配氣機構(gòu)。氣門式配氣機構(gòu)又分為側(cè)置式和頂置式兩類。
1、側(cè)置式氣門機構(gòu)
側(cè)置式氣門機構(gòu)的進排氣門都布置在氣缸體的一側(cè)，它是通過凸輪軸推動挺柱和推桿來控制氣門開啟和關(guān)閉。側(cè)置式氣門機構(gòu)一般適用于單缸柴油發(fā)電機。
2、頂置式氣門機構(gòu)
頂置式氣門機構(gòu)是柴油發(fā)電機使用最廣泛的，它主要由氣門組件、氣門傳動機件、進排氣系統(tǒng)和柴油發(fā)電機增壓系統(tǒng)組成。
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圖1 四沖程柴油機配氣機構(gòu)示意圖 |
圖2 頂置式配氣機構(gòu)結(jié)構(gòu)原理圖 |
二、氣門組件的結(jié)構(gòu)及功用
氣門組件主要是用來密封柴油發(fā)電機的進氣道和排氣道，并保證柴油發(fā)電機正常換氣。其主要組成部件是氣門、氣門彈簧、氣門導(dǎo)管、氣門座圈及鎖緊裝置等。氣門組件在整個柴油發(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。氣門組件損壞后，柴油發(fā)電機會出現(xiàn)很多散障現(xiàn)象，例如油耗增加、功率降低、起動困難和排煙異常等。
1、氣門
（1）氣門分進氣門和排氣門。
（2）氣門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）氣門主要由頭部和桿部兩部分構(gòu)成。氣門頭部的形狀有平頂、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的頭部形狀簡單、制造方便，受熱面積小等特點。
柴油發(fā)電機為了提高燃燒室內(nèi)的進氣量，進氣門的頭部一般做的比排氣門大，因為增大進氣門可以減小進氣阻力，增大進氣量，這比增大排氣們減小排氣阻力更為有效。氣門密封錐面的斜角也不同，進氣門一般采用30℃的斜角，排氣門一般采用45℃的斜角。進氣門的錐面采用30℃的斜角，主要是因為較小的錐面斜角可使氣流通過斷面的流量增大。現(xiàn)代發(fā)動機普遍采用多氣門結(jié)構(gòu)（3～5氣門，如圖3~5所示），且多將同名氣門排成一列，分別用進氣凸輪軸和排氣凸輪軸驅(qū)動 。
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圖3 三氣門結(jié)構(gòu)圖 |
圖4 四氣門結(jié)構(gòu)圖 |
圖5 五氣門結(jié)構(gòu)圖 |
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2、氣門導(dǎo)管
氣門導(dǎo)管給往復(fù)運動的氣門起著導(dǎo)向的作用，并保證氣門頭部準(zhǔn)確地落在氣門座上，同時還能夠把氣門的部分熱量傳出去。氣門導(dǎo)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(xiàn)磨損現(xiàn)象。氣門導(dǎo)管與氣門桿部在長期的相對運動的磨損中，易使兩者之間的配合間隙增大。正常情況下，進氣門與導(dǎo)管的間隙為0.09左右，排氣門與導(dǎo)管的間隙約為0.12mm，當(dāng)間隙增大到極限值0.26mm時，氣門導(dǎo)管與氣門應(yīng)成對換新。若裝配時間隙過小，則易出現(xiàn)氣門卡死現(xiàn)象。
3、氣門座圈
氣門座圈是為往復(fù)運動的氣門而設(shè)計的，它與氣門一起用來密封燃燒室。氣門座圈一般采用耐熱鑄鐵制造，并壓人氣缸蓋中心氣門座圈長期受到氣門的連續(xù)沖擊和高溫、高壓氣體的腐蝕，在使用過程中特刑容易發(fā)生故障。在長期的工作中氣門座圈的錐面容易產(chǎn)生麻點、凹坑、座圈縮短和磨損變寬等現(xiàn)象。
4、氣門彈簧
氣門彈簧的功用是克服在氣門關(guān)閉過程中氣門及傳動件的慣性力，防止各傳動件之間的慣性的作用產(chǎn)生間隙。保證氣門及時坐落并緊密接觸，防止氣門在發(fā)動機震動時發(fā)生跳動，破壞其密封性。氣門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桿端的彈簧座上，彈簧座用鎖片固定在氣門桿的末端。
三、氣門傳動組
氣門傳動組主要包括凸輪軸、正時齒輪、挺柱及其導(dǎo)桿，推桿、搖臂臂和搖臂軸等，其作用是使進排氣門按配氣相位規(guī)定的時刻進行開閉，并保證有足夠的開度。
1、凸輪軸
（1）凸輪軸是配氣機構(gòu)的關(guān)建部件，由它控制氣門的配氣相位，有些發(fā)動機還用來驅(qū)動機油泵、柴油泵和分電器。凸輪軸主要由進排氣凸輪、支撐軸、正時齒輪軸、柴油泵偏心凸輪、機油泵及分電器驅(qū)動齒輪等組成的。
（2）為了保證配氣機構(gòu)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，保證一個工作循環(huán)中的配氣相位；各缸進氣（或排氣）凸輪的相對角位置、則應(yīng)與發(fā)動機的點火次序相一致。因此，只要知道了凸輪軸的旋轉(zhuǎn)方向，以及各進氣凸輪（或排氣凸輪）的工作次序，就不難判斷發(fā)動機的點火次序。對四缸四行程發(fā)動機的凸輪軸，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一對正時齒輪驅(qū)動，在裝配曲軸和凸輪軸時，必須將正時記號對準(zhǔn)，以保證正確的配氣相位和發(fā)火時刻。為了防止凸輪軸的軸向移動，凸輪軸必須有軸向定位裝置。現(xiàn)代發(fā)動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齒輪之間的軸向間隙符合規(guī)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)過熱處理后精磨，以改善耐磨性。
（5）根據(jù)頂置凸輪軸的個數(shù)，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、氣門挺柱
挺柱的功用是將凸輪的推力傳給推桿（或氣門桿），并承受凸輪軸旋轉(zhuǎn)時所施加的側(cè)向力。對于氣門側(cè)置式配氣機構(gòu)，其挺柱一般做成菌式，在挺柱的頂部裝有調(diào)節(jié)螺釘，用來調(diào)節(jié)氣門間隙。氣門頂置式配氣機構(gòu)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)點是可以減小摩擦所造成的對挺柱的側(cè)向力。這種挺柱結(jié)構(gòu)復(fù)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(yīng)經(jīng)熱處理后精磨。有的發(fā)動機的挺柱直接裝在氣缸體上相應(yīng)處鉆出的導(dǎo)向孔中，也有的發(fā)動機的挺柱裝在可拆式的挺柱導(dǎo)向體中。
3、推桿
推桿的作用是將從凸輪軸經(jīng)過挺柱傳來的推力傳給搖臂、它是氣門機構(gòu)中最易彎曲的零件。要求有很高的剛度，在動載荷大的發(fā)動機中，推桿應(yīng)盡量地做得短些。對于缸體與缸蓋部是鋁合金制造的發(fā)動機，其推桿最好用硬鋁制造。推桿可以是實心，或空心的．鋼制實心推桿，一般是同球形支座鍛成一個整體，然后進行熱處理。
4、搖臂與搖臂軸
實際上是一個雙臂杠桿，用來將推桿傳來的力改變方向，作用到氣門桿端以推開氣門。搖臂7的兩邊臂長的比值（稱為搖臂比）約為1.2～1.8，其中長臂一端是推動氣門的。端頭的工作表面一般制成圓柱形，當(dāng)搖臂擺動時可沿氣門桿端面滾滑。這樣可以使二者之間的力盡可能沿氣門軸線作用。搖臂內(nèi)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(diào)節(jié)氣門間隙的調(diào)節(jié)螺釘，螺釘?shù)那蝾^與推桿頂端的凹球座相接觸。
搖臂通過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(jié)構(gòu)，機油從支座的油道經(jīng)搖臂軸內(nèi)腔和搖臂中的油道流向搖臂兩端進行潤滑。為了防止搖臂的竄動，在搖臂軸上每兩搖臂之間都裝有定位彈簧。
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