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柴油發(fā)動機氣門和傳動組件的結(jié)構(gòu)與作用
發(fā)布時間:2022-06-09 22:21:06  ▏閱讀:


 

新聞主題

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。


單頂置凸輪軸驅(qū)動圖-柴油發(fā)電機組.png

圖1  四沖程柴油機配氣機構(gòu)示意圖

頂置式配氣機構(gòu)結(jié)構(gòu)原理圖.png

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 。

 

三氣門結(jié)構(gòu)示意圖-柴油發(fā)動機.png

圖3  三氣門結(jié)構(gòu)圖

四氣門結(jié)構(gòu)示意圖-柴油發(fā)動機.png 

圖4  四氣門結(jié)構(gòu)圖

五氣門結(jié)構(gòu)示意圖-柴油發(fā)動機.png 

圖5  五氣門結(jié)構(gòu)圖

 

 

 

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。

 

單頂置凸輪軸結(jié)構(gòu)圖-柴油發(fā)電機組.png

圖6  單頂置凸輪軸示意圖

雙頂置凸輪軸結(jié)構(gòu)圖-柴油發(fā)電機組.png

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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