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柴油機配氣機構(gòu)的功能、結(jié)構(gòu)組成和布置方式 |
摘要：配氣機構(gòu)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(guān)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(gòu)的組成和技術(shù)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(shù)知識。
一、配氣機構(gòu)的結(jié)構(gòu)
配氣機構(gòu)是進、排氣管道的控制機構(gòu)，它按照氣缸的工作順序和工作過程的要求，準(zhǔn)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(dāng)進、排氣門關(guān)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(gòu)。
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(nèi)，發(fā)動機氣缸內(nèi)實際吸入氣缸的新鮮空氣質(zhì)量與進氣道狀態(tài)下充滿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氣過程的完善程度，是衡量發(fā)動機進氣性能的重要指標(biāo)。充氣效率是指每一個進氣行程所吸入的空氣質(zhì)量與標(biāo)準(zhǔn)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(zhì)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(gòu)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(zhì)量；
M0——在理想狀態(tài)下，充滿氣缸工作容積的新氣質(zhì)量；
2、配氣機構(gòu)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(diào)整螺釘及鎖緊螺母、搖臂組成。
① 凸輪軸是氣門驅(qū)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(zhuǎn)動時產(chǎn)生的驅(qū)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(qū)動力從挺桿傳遞到搖臂機構(gòu)。
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(diào)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(dǎo)管、 氣門座組成。氣門是控制氣缸內(nèi)進氣和排氣的門，它通過氣門座和氣門導(dǎo)管與氣缸相連。氣門彈簧的作用是將氣門恢復(fù)到關(guān)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：
① 控制氣缸內(nèi)的進氣和排氣
氣門組通過控制氣門的開閉來控制氣缸內(nèi)的進氣和排氣。當(dāng)氣門打開時，氣缸內(nèi)的空氣可以自由進出，從而實現(xiàn)進氣和排氣的功能。而當(dāng)氣門關(guān)閉時，氣缸內(nèi)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)動機的性能和效率
氣門組的設(shè)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(guān)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(shè)計和調(diào)整是發(fā)動機調(diào)校中非常重要的一環(huán)。
③ 維持發(fā)動機的正常運轉(zhuǎn)
氣門組的正常運轉(zhuǎn)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(dǎo)致氣門無法正常關(guān)閉或打開，從而影響發(fā)動機的正常運轉(zhuǎn)。因此，定期檢查和維護氣門組是保證發(fā)動機正常運轉(zhuǎn)的重要措施之一。
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圖1 氣門轉(zhuǎn)動組的結(jié)構(gòu)圖 |
圖2 柴油機氣門組結(jié)構(gòu)示意圖 |
二、配氣機構(gòu)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(jié)構(gòu)較復(fù)雜。
○ 燃燒室緊湊，便于進行維護，調(diào)整氣門也比較容易。
（2）氣門側(cè)置式
如圖4所示，進排氣門都布置在氣缸的側(cè)面，結(jié)構(gòu)簡單、零件數(shù)目少。
○ 燃燒室結(jié)構(gòu)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
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圖3 氣門頂置式布置圖 |
圖4 氣門側(cè)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(gòu)的凸輪軸位于曲軸箱內(nèi)，中置式配氣機構(gòu)的凸輪軸位于機體上部，上置式配氣機構(gòu)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(yuǎn)，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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(qū)動搖臂。
○ 應(yīng)用： 適用于發(fā)動機轉(zhuǎn)速較高時，可以減少氣門傳動機構(gòu)的往復(fù)運動質(zhì)量。
○ 結(jié)構(gòu)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(fù)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(jié)構(gòu)組成，如圖8所示。
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圖7 凸輪軸中置式結(jié)構(gòu)圖 |
圖8 上置凸輪軸配氣機構(gòu)結(jié)構(gòu)圖 |
三、配氣機構(gòu)的功能與鉸削方法
1、功能
配氣機構(gòu)通過凸輪軸的旋轉(zhuǎn)運動，控制氣門的開啟和關(guān)閉，以實現(xiàn)氣缸內(nèi)燃?xì)怏w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(guān)閉時機
配氣機構(gòu)通過凸輪軸上的凸輪，確定了氣門的開啟和關(guān)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?xì)膺M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(guān)閉幅度
配氣機構(gòu)通過凸輪軸上的凸輪形狀和凸輪軸的轉(zhuǎn)動方式，確定了氣門的開啟和關(guān)閉幅度。開啟幅度的大小直接影響氣缸內(nèi)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(guān)閉速度
配氣機構(gòu)通過凸輪軸的轉(zhuǎn)動速度，控制了氣門的開啟和關(guān)閉速度。開啟速度的快慢直接影響氣門的響應(yīng)時間和氣缸內(nèi)氣體的流動速度，從而影響發(fā)動機的響應(yīng)性和燃燒效率。
（4）確保氣門的密封性
配氣機構(gòu)通過氣門彈簧、氣門蓋、氣門導(dǎo)管和氣門座等控制機構(gòu)，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
因為鉸氣門座時，是以氣門導(dǎo)管為基準(zhǔn)的，所以氣門導(dǎo)管如需要更換或鉸配時，應(yīng)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(dǎo)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(dǎo)桿，
（2）砂磨硬化層
（4）試配與修整接觸面
（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(yīng)用15°鉸刀鉸削上口，使接觸面下移，如接觸面偏下，應(yīng)用75°鉸刀鉸削下口，使接觸面上移，初鉸時應(yīng)盡量使氣門接觸面在中下部，應(yīng)邊餃邊試配。為了延長氣門座與氣門的使用壽命，當(dāng)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(xì)刃鉸刀或在鉸刀上墊以細(xì)砂布精細(xì)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(yīng)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(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°）鉸刀進行鉸削時，則氣門座的口徑將會擴大，這將導(dǎo)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(jié)：
配氣機構(gòu)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(guān)閉時機、幅度和速度，實現(xiàn)了氣缸內(nèi)燃?xì)怏w的進出。配氣機構(gòu)的設(shè)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(shè)計和調(diào)試中，對配氣機構(gòu)的優(yōu)化和調(diào)整至關(guān)重要。通過合理設(shè)計和調(diào)整配氣機構(gòu)，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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