第5章配氣機(jī)構(gòu)

第五章

柴油機(jī)的換氣及配氣機(jī)構(gòu)

換氣過程：每一工作循環(huán)中的排氣與進(jìn)氣過程的總稱。

配氣機(jī)構(gòu)：換氣過程的控制機(jī)構(gòu)。

對(duì)換氣過程的要求：進(jìn)氣充分，排氣干凈；

對(duì)配氣機(jī)構(gòu)的要求：準(zhǔn)時(shí)，正確，密封?！?/p>

５－１四沖程柴油機(jī)的換氣過程和換氣損失一、換氣過程：指從排氣門開到進(jìn)氣門關(guān)的全過程。四沖程非增壓柴油機(jī)的局部示功圖：從局部示功圖上分析，按其特征分為四個(gè)階段：b'--b

自由排氣階段；b--r--r0強(qiáng)制排氣階段；

r'--r--a--a'進(jìn)氣階段；r'--r--r0燃燒室掃氣階段。（一）自由排氣階段：排氣門開——下止點(diǎn)，

b'--b

排氣提前角θｅ=40--70度。特點(diǎn)：氣缸內(nèi)外壓差大，排氣速度高（音速），流量大。排氣門提前開：①保證下止點(diǎn)有一定開度；②降低排氣背壓，減少耗功；③保證下止點(diǎn)有一定流量。（二）強(qiáng)制排氣階段：下止點(diǎn)——排氣門關(guān)，ｂ--r--r0特點(diǎn)：活塞排擠廢氣，消耗功，θｅ′=10--70度，排氣系統(tǒng)阻力關(guān)系，排氣線在大氣壓力線之上，由于Ｖｃ存在，廢氣有一定殘留。排氣門晚關(guān)：①充分利用氣流慣性；②減少排氣節(jié)流損失；③構(gòu)成掃氣過程。

（三）進(jìn)氣階段：進(jìn)氣門開——進(jìn)氣門關(guān)，r'--r--a--a'θｉ=15--70度，θｉ′=20--60度。特點(diǎn)：靠活塞抽取作用進(jìn)氣，進(jìn)氣系統(tǒng)有阻力存在，進(jìn)氣線在大氣線之下。進(jìn)氣門早開：①保證上止點(diǎn)有一定開度；②保證上止點(diǎn)有一定流量；③減少抽取真空度，減少功耗。進(jìn)氣門晚關(guān)：①利用氣流慣性；②減少節(jié)流損失。（四）燃燒室掃氣階段：進(jìn)氣門開——排氣門關(guān)，r'--r--r0特點(diǎn)：進(jìn)氣系統(tǒng)、燃燒室、排氣系統(tǒng)溝通，進(jìn)排氣過程交叉進(jìn)行；利用新氣掃除氣缸內(nèi)廢氣。氣門重疊角αｍ＝θｉ＋θｅ′。氣門重疊對(duì)柴油機(jī)的作用：①用新氣清掃廢氣，提高換氣效果；②掃氣過程中，由于進(jìn)氣對(duì)活塞、燃燒室、氣門進(jìn)行了冷卻，提高機(jī)件的使用壽命；③掃氣中，新氣與廢氣參混，降低排氣溫度，對(duì)增壓柴油機(jī)而言，廢氣溫度降低，提高了渦輪的使用壽命；④掃氣使氣缸溫度降低，從而使進(jìn)氣密度提高，增加進(jìn)氣量。θｉ不能過大——廢氣倒灌；θｅ′不能過大——新氣損失。增壓柴油機(jī)的換氣過程?！欤担?/p>

柴油機(jī)的充量系數(shù)及提高充量系數(shù)的措施一、四沖程柴油機(jī)的充量系數(shù)：從量上評(píng)價(jià)換氣過程的好壞。（一）充量系數(shù)的定義：每一循環(huán)中實(shí)際進(jìn)入氣缸中的空氣量（G）與進(jìn)氣管狀態(tài)下理論上可能充滿氣缸工作容積（Vh）的空氣量之比（Go）。ηv＝Ｇ／GoＧ——進(jìn)氣末了狀態(tài)下氣缸內(nèi)實(shí)際所有的空氣量；Go——進(jìn)氣管狀態(tài)下理論上可能充滿Vh空氣量。非增壓柴油機(jī)進(jìn)氣管狀態(tài)（Po，To）；增壓柴油機(jī)的進(jìn)氣管狀態(tài)（Ps，Ts）。（二）充量系數(shù)的公式：假定進(jìn)氣末了氣缸內(nèi)狀態(tài)是（Pa，Ta），氣缸內(nèi)空氣量是Ga。進(jìn)氣末了氣缸內(nèi)空氣量是Ga

Ｇａ＝Ｇ＋Ｇｒ（Ｇ——新氣量；Ｇｒ——上一循環(huán)殘留的廢氣量）Ｇａ＝Ｇ（１＋Gｒ／G）＝G（１＋γｒ）γｒ＝Ｇｒ／Ｇ

——?dú)堄鄰U氣系數(shù)）(三)影響ηｖ的因素：ηｖ＝ｆ（ε，Pa，Ｔa，Po，To，γr）如果Po，To（ｐｓ，Ｔｓ）一定，ε一定，ηｖ＝ｆ（ｐａ，Ｔａ，γｒ）ｐａ↑，Ｔａ↓，γｒ↓，ηｖ↑二、提高充量系數(shù)的措施：（一）減小進(jìn)氣系統(tǒng)阻力，提高進(jìn)氣末了壓力Pa：１、選擇后適的空濾器，并注意清掃；２、進(jìn)氣管道要粗、短，減少彎頭；３、進(jìn)氣管道壁面光滑；４、增大進(jìn)氣門直徑及采用雙氣門；５、正確設(shè)計(jì)凸輪型線，使氣門開閉迅速，減少節(jié)流；６、中冷器要正確設(shè)計(jì)，減小阻力。（二）減小排氣系統(tǒng)的阻力，減小γr：１、排氣管道要粗、短，減少彎頭；２、排氣管道壁面光滑；３、增大排氣門直徑及采用雙氣門；４、正確設(shè)計(jì)凸輪型線，使氣門開閉迅速；５、消音器要阻力小，并經(jīng)常清掃。（三）選擇最佳的配氣相位角，減小γr和Ta：θｉ不能過大——防廢氣倒流；θｉ′不能過大——減小壓縮比，防新氣擠出；θｅ不能過大——換氣損失增大；θｅ′不能過大——新氣損失過多。氣門重疊角αｍ增大時(shí)，Ｔa↓，γr↓。（四）降低進(jìn)氣終了溫度Ｔａ：１、進(jìn)排氣管盡可能分開布置，防止排氣管對(duì)進(jìn)氣管加熱；２、提高中冷器的冷卻效果（傳熱效果）；３、改善燃燒，降低排乞溫度；４、加強(qiáng)燃燒室掃氣；５、加強(qiáng)對(duì)高溫零件冷卻。（五）利用排氣的脈沖效應(yīng)?！欤担?/p>

配氣機(jī)構(gòu)的總體布置

一、配氣機(jī)構(gòu)的作用：按照工作循環(huán)的要求，正確、準(zhǔn)時(shí)地控制進(jìn)、排氣門的開啟和關(guān)閉。有規(guī)律的開閉。要求：進(jìn)、排氣門的啟閉嚴(yán)格按照配氣正時(shí)和發(fā)火順序，保證換氣過程準(zhǔn)時(shí)進(jìn)行；氣門開度大小和氣門啟閉過程符合換氣過程的要求；氣門關(guān)閉時(shí)有良好的密封性；機(jī)件的慣性沖擊小，振動(dòng)和噪音?。唤Y(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，便于調(diào)整和維修。

凸輪軸氣門挺柱氣門推桿氣門搖臂氣門橫臂氣門1-閥座；2-氣閥；3-氣閥導(dǎo)管；

4-氣閥彈簧；5-簧盤；

6-卡塊；7-氣缸蓋二、配氣機(jī)構(gòu)的組成：（一）氣門機(jī)構(gòu)：氣門、氣門座、氣門導(dǎo)管、氣門彈簧、彈簧座、鎖塊等；（二）氣門驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)：正時(shí)齒輪、凸輪軸、挺柱、推桿、搖臂、搖臂軸、搖臂座。凸輪軸位置三、配氣機(jī)構(gòu)的動(dòng)作過程曲軸旋轉(zhuǎn)，通過曲軸正時(shí)齒輪和齒輪傳動(dòng)裝置帶動(dòng)凸輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)。挺柱滾輪貼緊于凸輪型面，當(dāng)挺柱由凸輪型面推動(dòng)上升時(shí)，氣門推桿及搖臂與推桿接觸的一端也被頂上移，搖臂繞搖臂軸擺動(dòng)，搖臂的另一端壓氣門橫臂向下，氣門橫臂壓在兩個(gè)同名氣門上，使氣門彈簧壓縮，氣門下降而離開氣門座孔，氣門因此逐漸開啟。當(dāng)挺柱滾輪與凸輪在型面頂端接觸時(shí)，氣門彈簧壓縮量達(dá)最大值，氣門開度最大。當(dāng)凸輪型面的頂端轉(zhuǎn)過之后，氣門挺柱和氣門推桿逐漸下移，搖臂回?cái)[，搖臂對(duì)橫臂和氣門彈簧的壓力減小，在氣門彈簧復(fù)原力作用下，氣門隨之上升，氣門逐漸與氣門座接近，即氣門開度逐漸減小，最后達(dá)到氣門全閉——?dú)忾T與氣門座貼緊密閉氣缸。當(dāng)氣門全閉時(shí)，氣門橫臂與搖臂脫離接觸。

四、16V240ZJB型柴油機(jī)配氣機(jī)構(gòu)總體布置

§５－４

氣

門

機(jī)

構(gòu)

一、氣門：１、作用：控制進(jìn)排氣；密封燃燒室；傳熱。２、工作條件：溫度高（排

750--850度，進(jìn)

350--500度）；開閉次數(shù)高，沖擊噪音；潤滑條件差；磨損嚴(yán)重。3、構(gòu)造：耐熱合金鋼。由氣門桿、氣門盤兩部分構(gòu)成，進(jìn)排氣門大致相同，盤有錐面，斜角是45度，桿鍍鈦，氮化處理，錐面與座研磨，磨出2--2.8毫米.

16V240ZJB型柴油機(jī)的氣門氣門頭即典型形狀16V240ZJB型柴油機(jī)的氣門機(jī)構(gòu)二、氣門座：１、作用：與氣門配合形成密封面，支承氣門，傳熱。２、構(gòu)造：耐熱模具鋼。φ90×12，由錐面與氣門研配，用過盈配合壓裝在氣缸蓋上，防松脫。三、氣門導(dǎo)管：１、作用：引導(dǎo)氣門運(yùn)動(dòng)；保證氣門與氣門座配合。２、構(gòu)造：合金鑄鐵，長194毫米。與氣缸蓋過盈配合，壓配后精鉸，保證與氣門桿配合間隙，配合面上有四道１×２密封槽。四、氣門彈簧：１、作用：保證氣門與座的密封，防止振動(dòng)；使氣門開閉受凸輪控制；彈力過大要消耗更多的功。２、構(gòu)造：彈簧鋼。采用雙彈簧，增加彈力，提高可靠性，減小尺寸。為了防止斷裂后卡住，內(nèi)外彈簧繞向相反。內(nèi)彈簧：φ５，10.5圈，左旋；外彈簧：φ８，8.5圈，右旋。五、鎖塊（夾）：１、作用：連接氣門桿與彈簧座；傳遞彈簧的彈力。２、構(gòu)造：外表面為錐面，與彈簧座相配；內(nèi)表面有一凸環(huán)，與氣門桿上環(huán)槽相配；為安裝方便，做成剖分狀?！欤担?/p>

氣門驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)

一、正時(shí)齒輪：１、作用：

曲軸按一定規(guī)律，傳動(dòng)凸輪軸。２、安裝位置：在機(jī)體前端齒輪傳動(dòng)箱內(nèi)。３、布置：共有８?jìng)€(gè)齒輪：主動(dòng)齒輪——曲軸正時(shí)齒輪１個(gè)；從動(dòng)齒輪——左右凸輪軸正時(shí)齒輪各式各１個(gè)；中間齒輪——５個(gè)。ｍ＝７，α＝20，中間齒輪裝在支架上（有滾動(dòng)軸承），傳動(dòng)比ｉ＝ｎ凸／ｎ曲＝１／２。合金鋼，滲碳處理。

二、凸輪軸、凸輪軸軸承和凸輪：（一）凸輪軸：１、作用：按一定規(guī)律，控制進(jìn)排氣門的開啟與閉合。２、構(gòu)造：安裝在氣缸的兩側(cè)，左、右各一根，每根分４段組成，每根上有８×３＝２４個(gè)凸輪。合金調(diào)質(zhì)鋼，中空油路，軸頸高頻淬火，凸輪中頻淬火。３、軸端連接：右凸輪軸：連測(cè)速發(fā)電機(jī)——司機(jī)室柴油機(jī)轉(zhuǎn)速表；左凸輪軸：連調(diào)控裝置傳動(dòng)齒輪——帶動(dòng)調(diào)節(jié)器、停車器、機(jī)械轉(zhuǎn)速表。

（二）凸輪軸軸承：每根凸輪軸有９道軸承，全是滑動(dòng)軸承。其中：１道——徑向，較寬，機(jī)油由此進(jìn)入（剖分式）；２～８道——徑向，較窄，全相同；９道——止推軸承，整體式。各軸頸上有出油孔。（三）凸輪：基圓半徑Ｒ50，作用角β＝145度，最大升程是15.5毫米（氣門最大開度20.4毫米）。進(jìn)排氣凸輪型線相同，為平頂對(duì)稱函數(shù)曲線凸輪；油泵凸輪是不對(duì)稱圓弧凹面凸輪。凸輪的布置：１、同一根凸輪軸上的同名凸輪按發(fā)火順序排列；２、同一氣缸的進(jìn)、排凸輪及油泵凸輪按配氣相位圖和噴油提前角決定。三、挺柱及推桿：１、作用：傳力。２、挺柱：滾輪式，由挺柱、導(dǎo)筒、挺柱頭、挺柱彈簧、挺柱蓋、滾輪、導(dǎo)向軸、軸承、導(dǎo)向槽及銷釘?shù)冉M成。３、推桿：球面座，無縫鋼管，長516毫米。四、搖臂、搖臂軸、搖臂座及橫臂：１、搖臂：傳力杠桿，模鍛，截面呈工字形，軸孔中是錫青銅襯套，一端壓球，一端調(diào)整螺栓、鎖緊螺母，內(nèi)有油道，杠桿比153.5/116/5=1.3176。２、搖臂軸：空心，作油道，與搖臂配合間隙0.025--0.085毫米。３、搖臂座：柜形箱體，用４個(gè)螺釘固定在缸蓋上。４、橫臂：套在導(dǎo)桿上，起到控制同名氣門同時(shí)開啟或關(guān)閉的同步作用。

五、配氣機(jī)構(gòu)各零件的潤滑油路：１、正時(shí)齒輪：主油道——分油器——油管——嚙合面——曲軸箱。２、凸輪軸軸承：主油道——油管——第一位軸承——凸輪軸油孔——各位軸承——曲軸箱。§５－６

氣門間隙和配氣正時(shí)的調(diào)整

一、氣門冷態(tài)間隙的調(diào)整：（一）氣門間隙：當(dāng)柴油機(jī)在冷態(tài)下，氣門處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，氣門驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)各零件間的總間隙。冷態(tài)：指機(jī)內(nèi)的油、水溫度不高于40度。裝配時(shí)預(yù)留有一定的氣門間隙。（二）為什么要預(yù)留一定的氣門間隙：不留或留的太小，柴油機(jī)工作時(shí)，機(jī)件受熱伸長，氣門必然關(guān)不嚴(yán)，燃?xì)饴┬?，氣體壓縮溫度、壓力降低，柴油功率下降，效率下降，氣門燒損。如果留的間隙太大，柴油機(jī)工作時(shí)，配氣機(jī)構(gòu)零件產(chǎn)生沖擊及噪音，并且實(shí)際進(jìn)、排氣過程縮短，影響換氣，柴油機(jī)功率、效率下降。排氣門一般比進(jìn)氣門留的間隙大。16V240ZJB柴油機(jī)排氣門間隙0.5--0.55，進(jìn)氣門間隙0.4--0.45。16V240ZJB型柴油機(jī)各缸測(cè)量調(diào)整氣門間隙和分組情況２、調(diào)整的基本原理：轉(zhuǎn)動(dòng)曲軸，確認(rèn)氣門處于關(guān)閉狀態(tài)。旋動(dòng)搖臂上的調(diào)整螺釘，并用工具測(cè)定氣門間隙，達(dá)到規(guī)定值為止，使其符合規(guī)定要求。（下旋為小，上旋為大）。

（三）調(diào)整的基本原理：１、調(diào)整氣門間隙的三個(gè)基本前提條件：三者缺一不可。⑴柴油機(jī)處于冷態(tài)；⑵要調(diào)的氣門必須處于關(guān)閉狀態(tài)；⑶壓縮比已經(jīng)調(diào)定。新組裝的柴油機(jī)要預(yù)留氣門間隙，更換配氣機(jī)構(gòu)時(shí)要調(diào)整，舊機(jī)器使用中要校核。二、配氣正時(shí)的調(diào)整：（一）對(duì)配氣正時(shí)的要求：各個(gè)氣缸的進(jìn)、排氣門要按照配氣相位圖開閉；并且各缸的同名氣門按照柴油機(jī)的工作順序開閉；上述兩個(gè)要求必須同時(shí)滿足，才能算作配氣正時(shí)。（二）調(diào)整配氣正時(shí)的原理：１、分析：⑴配氣正時(shí)，要求氣門的開閉要按規(guī)定開閉。如：活塞在下止點(diǎn)前42°20′，排開；活塞在上止點(diǎn)后42°20′，排關(guān)。⑵凸輪軸的位置決定氣門開閉狀態(tài)；曲軸的位置決定活塞在氣缸內(nèi)的位置。⑶曲軸與凸輪軸相對(duì)位置調(diào)整正確，即能確保氣門在規(guī)定的時(shí)刻開閉。因此，配氣正時(shí)的調(diào)整就是調(diào)整凸輪軸相對(duì)于曲軸的相對(duì)位置，配氣正時(shí)的校核即是校核凸輪軸相對(duì)于曲軸的相對(duì)位置。如果調(diào)整到曲軸使活塞處于上止點(diǎn)前42°20′時(shí)，凸輪軸正好使相應(yīng)氣缸的進(jìn)氣門打開。當(dāng)曲軸使活塞處于下止點(diǎn)后42°20′時(shí)，凸輪軸正好使相應(yīng)的氣缸的進(jìn)氣門關(guān)閉，那進(jìn)氣就算正時(shí)。同理，排氣門開閉正時(shí)。⑷只要一個(gè)氣缸的一種氣門準(zhǔn)時(shí)，其它各缸的進(jìn)、排氣門也一定正時(shí)，因?yàn)樵谝桓馆嗇S上，同名