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行業(yè)新聞/柴油發(fā)電機(jī)組
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柴油機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的布置形式及結(jié)構(gòu)示意圖
發(fā)布時間:2022-11-09 15:46:30  ▏閱讀:

 

零件裝配與結(jié)構(gòu)組成

柴油機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的布置形式及結(jié)構(gòu)示意圖

 

摘要:根據(jù)柴油發(fā)電機(jī)的種類和氣門配置位置的不同,配氣機(jī)構(gòu)也不同。四沖程柴油發(fā)電機(jī)有側(cè)置式(也叫直立式)和頂置式(也叫倒立式)配氣機(jī)構(gòu)。 配氣機(jī)構(gòu)的要求是結(jié)構(gòu)參數(shù)和形式有利于減少進(jìn)氣和排氣阻力,而且進(jìn)、排氣門的開啟時刻和延續(xù)的開啟時間比較適當(dāng),使進(jìn)氣和排氣都盡可能充分,以得到較大的功率轉(zhuǎn)矩和排放性能。

 

一、配氣機(jī)構(gòu)的形式分類

 

      配氣機(jī)構(gòu)(如圖1所示)的功能是按照柴油發(fā)電機(jī)工作循環(huán)的要求,保證混合氣(或新鮮空氣)及時充入汽缸,在壓縮和膨脹過程中,維持燃燒室的密封,并及時排出燃燒后的廢氣。這一任務(wù),在四沖程柴油發(fā)電機(jī)中,是通過適時地打開和關(guān)閉進(jìn)、排氣門來實現(xiàn)的(工作過程如圖2所示)。

 

柴油發(fā)電機(jī)配氣結(jié)構(gòu)三維圖.png

圖1 柴油發(fā)電機(jī)配氣結(jié)構(gòu)三維圖

柴油機(jī)配氣機(jī)構(gòu)工作過程剖析圖.jpg

柴油機(jī)配氣機(jī)構(gòu)工作過程

 

1、按氣門位置

      按氣門位置分,有頂置式和側(cè)置式兩種配氣機(jī)構(gòu),如圖3所示。側(cè)置式配氣機(jī)構(gòu)因充氣效率低已被淘汰。

2、按凸輪軸位置

      按凸輪軸位置分,有凸輪軸下置、中置和上置配氣機(jī)

3、按傳動方式及氣門數(shù)分類

      按凸輪軸傳動方式分,有齒輪傳動、同步帶傳動和鏈傳動配氣機(jī)構(gòu)。

4、按氣門數(shù)分

      有每缸兩氣門式、三氣門式、四氣門式或五氣門式(兩根凸輪軸,一根為進(jìn)氣凸輪軸,另一根為排氣凸輪軸)配氣機(jī)構(gòu)等。當(dāng)采用四氣門時,氣門排列有以下兩種方案:

① 同名氣門排成兩列

      如圖4(a)所示,同名氣門排成兩列,由一根凸輪軸上的凸輪通過T形桿同時驅(qū)動兩同名氣門。由于兩氣門在氣道中的位置不同,導(dǎo)致工作效果有一定的差異。

② 同名氣門排成一列

      如圖4(b)所示,同名氣門排成一列,由兩根凸輪軸上的凸輪分別驅(qū)動。其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。

 

 

柴油機(jī)配氣機(jī)構(gòu)布置形式.png

圖3  配氣機(jī)構(gòu)布置形式

柴油機(jī)四氣門排列方案.png

圖4  柴油機(jī)四氣門排列方案

 

 

二、充氣效率

 

      為了保證柴油機(jī)每個氣缸進(jìn)氣充分、排氣徹底,要求氣門具有盡可能大的通過能力。新鮮空氣或可燃混合氣被吸進(jìn)氣缸越多,則柴油機(jī)發(fā)出的功率就越大。新鮮空氣或可燃混合氣充滿氣缸的程度,用充氣效率py來表示。所謂充氣效率就是指在進(jìn)氣過程中,實際進(jìn)入氣缸的新鮮空氣或可燃混合氣的質(zhì)量與在理想狀態(tài)下完全充滿氣缸工作容積的新鮮空氣或可燃混合氣的質(zhì)量之比。

1、充氣效率公式

ηv=M/M0

式中,M——為進(jìn)氣過程中,實際充入氣缸的新鮮空氣或可燃混合氣的質(zhì)量;

M0——為理想狀態(tài)下,完全充滿氣缸工作容積的新鮮空氣或可燃混合氣的質(zhì)量。

ηv——充氣效率,是衡量柴油機(jī)換氣質(zhì)量的參數(shù)。

      充氣效率越高,表明進(jìn)入氣缸內(nèi)的新鮮空氣或可燃混合氣的質(zhì)量越多,可燃混合氣燃燒時可能放出的熱量越大,柴油機(jī)發(fā)出的功率也越大。對一定工作容積的柴油機(jī)而言,充氣效率與進(jìn)氣終了時氣缸內(nèi)的壓力和溫度有關(guān)。此時壓力越高,溫度越低,則一定容積的氣體質(zhì)量就越大,因而充氣效率越高。由于進(jìn)氣系統(tǒng)對氣流的阻力造成進(jìn)氣終了時缸內(nèi)氣體壓力降低,又由于上一循環(huán)中殘留在氣缸內(nèi)的高溫廢氣,以及燃燒室、活塞頂、氣門等高溫零件對進(jìn)入氣缸內(nèi)的新鮮氣體加熱,使進(jìn)氣終了時氣體的溫度升高,實際充入氣缸的新鮮氣體的質(zhì)量總是小于在理想狀態(tài)下充滿氣缸工作容積的新鮮氣體的質(zhì)量,即充氣效率總是小于1,通常為0.80~0.90。因此對配氣機(jī)構(gòu)而言,要求其結(jié)構(gòu)有利于減小進(jìn)氣和排氣的阻力,進(jìn)、排氣門的開啟時刻和開啟持續(xù)的時間應(yīng)適當(dāng),使進(jìn)氣和排氣過程盡可能充分,使充氣效率得以提高。

2、影響充量系數(shù)的因素

      由充氣效率的計算式可知:隨進(jìn)氣終了壓力提高,充量效率提高。因為在氣缸容積、進(jìn)氣終了溫度和殘余廢氣量一定時,進(jìn)氣終了壓力越高,缸內(nèi)氣體的密度越大,意味著實際充氣量(質(zhì)量)越多。

      在實際發(fā)動機(jī)工作中,進(jìn)氣終了壓力受進(jìn)氣系統(tǒng)阻力的影響:進(jìn)氣系統(tǒng)的阻力越大,進(jìn)氣時引起的壓力降就越大,進(jìn)氣終了的壓力越低。進(jìn)氣時的壓力降低值△p表明進(jìn)氣系統(tǒng)的阻力主要取決于進(jìn)氣系統(tǒng)阻力系數(shù)和進(jìn)氣流速。

      進(jìn)氣系統(tǒng)阻力系數(shù)取決于進(jìn)氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),等于各段進(jìn)氣通道阻力系數(shù)的總和,包括空氣濾清器、進(jìn)氣管、進(jìn)氣道及進(jìn)氣門等。流通截面越小,截面變化越突然,轉(zhuǎn)彎越急,表面越粗糙,阻力系數(shù)越大。在使用中,進(jìn)氣管、進(jìn)氣門等的結(jié)構(gòu)都是不可改變的,僅應(yīng)注意空氣濾清器的維護(hù),以保證良好的濾清效果和較小的進(jìn)氣阻力。

 

      此外,在汽油機(jī)上,進(jìn)入氣缸的是空氣和燃油的混合氣,負(fù)荷的調(diào)節(jié)是通過改變節(jié)氣門的開度,控制進(jìn)入氣缸的混合氣量來實現(xiàn)的。在使用中,當(dāng)汽油機(jī)的負(fù)荷減小時,節(jié)氣門開度減小,阻力系數(shù)增加,進(jìn)氣阻力增大,進(jìn)氣終了壓力降低,充氣效率下降,如圖5、圖6所示。對柴油機(jī)而言,負(fù)荷的調(diào)節(jié)是通過改變噴油量來實現(xiàn)的,負(fù)荷變化對進(jìn)入氣缸的空氣量基本沒有影響,所以進(jìn)氣終了壓力和充氣效率與負(fù)荷無關(guān)。

 

充氣效率下降曲線圖.png

圖5  充氣效率下降曲線圖

節(jié)氣門開度與進(jìn)氣阻力關(guān)系曲線圖.png

圖6  節(jié)氣門開度與進(jìn)氣阻力關(guān)系曲線圖

 

 

三、氣門式配氣結(jié)構(gòu)的特點

 

       現(xiàn)代發(fā)動機(jī)通常采用氣門式配氣機(jī)構(gòu),它主要由氣門組和氣門傳動組組成。氣門組主要包括氣門、氣門座、氣門彈簧、氣門導(dǎo)管及鎖片等零件。氣門傳動組視配氣機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式不同而異,主要包括凸輪軸、挺柱、推桿及搖臂等零件。

1.側(cè)置式配氣機(jī)構(gòu)

(1)安裝位置

      側(cè)置式配氣機(jī)構(gòu)裝在汽缸的一側(cè)。

      它主要由進(jìn)氣門、排氣門、氣門彈簧、氣門推桿、凸輪軸及正時齒輪等機(jī)件組成。側(cè)置式氣門置于缸體內(nèi),如圖7(a)所示。柴油柴油機(jī)沒有搖臂,直接被凸輪軸驅(qū)動,如圖7(b)所示。

(2)工作過程

      凸輪軸齒輪和曲軸齒輪按一定的記號嚙合在一起,以便使氣門的開、閉時機(jī)和柴油發(fā)電機(jī)的各行程相配合。當(dāng)曲軸轉(zhuǎn)動時,經(jīng)正時齒輪帶動凸輪軸轉(zhuǎn)動,凸輪軸上的凸輪凸尖頂?shù)酵茥U時,推桿上升,將氣門頂開,同時氣門彈簧被壓縮。當(dāng)凸輪凸尖轉(zhuǎn)至離開推桿時,在氣門彈簧張力的作用下,氣門迅速下落,使氣門關(guān)閉。

(3)特點優(yōu)勢

      側(cè)置式配氣機(jī)構(gòu)的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單,易形成壓縮渦流,在小型內(nèi)燃發(fā)電機(jī)組上使用較多。

      缺點是所形成的燃燒室不夠緊湊,抗爆性差,熱量損失較多,進(jìn)、排氣阻力也較大,HC排放高,這種配氣技術(shù)目前使用較少。

2.頂置式配氣機(jī)構(gòu)

      氣門頂置式是目前應(yīng)用最廣泛的一種配氣機(jī)構(gòu)型式 。進(jìn)氣門和排氣門都倒掛在氣缸蓋上。氣門組包括氣門、氣門導(dǎo)管、氣門座、彈簧座、氣門彈簧、鎖片等零件;氣門傳動組一般由搖臂、搖臂軸、推桿、挺柱、凸輪軸和正時齒輪組成。

(1)安裝位置

      頂置式配氣機(jī)構(gòu)裝在汽缸蓋上。它的機(jī)件除有氣門、氣門彈簧、氣門推桿、凸輪軸外,還有挺桿、搖臂等零件,其結(jié)構(gòu)如圖8左圖所示。因其氣門頂朝下配置,故又叫倒立式配氣機(jī)構(gòu)。

(2)工作過程

      頂置式配氣機(jī)構(gòu)的工作過程:當(dāng)凸輪軸轉(zhuǎn)動時,凸輪凸尖頂起推桿和挺桿,挺桿頂搖臂的一端,使搖臂繞軸轉(zhuǎn)動,搖臂的另一端頂在氣門腳上把氣門頂開,在頂開氣門的同時,彈簧被壓縮。當(dāng)凸輪凸尖轉(zhuǎn)過時,氣門在彈簧彈力的作用下關(guān)閉,搖臂和挺桿也恢復(fù)到原來位置。如圖8右圖所示,頂置式氣門柴油柴油機(jī)的氣門位于汽缸蓋內(nèi)活塞的頂部。

(3)特點優(yōu)勢

      頂置式配氣機(jī)構(gòu)的優(yōu)點是:能形成較緊湊的燃燒室,減少進(jìn)、排氣阻力,氣門間隙調(diào)節(jié)也方便,由于進(jìn)、排氣門的頂部剛好對著活塞頂,所以不需要再增設(shè)氣門開啟的空隙,燃燒室可以設(shè)計得很小,保證在壓縮比很好的情況下,汽缸的高度可以適當(dāng)降低,減小了柴油柴油機(jī)的體積。所以,柴油機(jī)大都采用頂置式配氣機(jī)構(gòu)。頂置式配氣機(jī)構(gòu)的主要缺點是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。

 

側(cè)置式配氣機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖-柴油發(fā)電機(jī)組.png

圖7  側(cè)置式配氣機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖

頂置式配氣機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖-柴油發(fā)電機(jī)組.png

圖8  頂置式配氣機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖

 

 


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