新聞主題	柴油發(fā)電機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式及工作過程

 

摘要：柴油發(fā)電機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式較多，按照氣門相對于汽缸的位置不同可分為兩種形式：氣門布置在汽缸側(cè)面的稱為側(cè)置式氣門配氣機(jī)構(gòu)；氣門布置在汽缸頂部的稱為頂置式氣門配氣機(jī)構(gòu)。采用側(cè)置式氣門配氣機(jī)構(gòu)布置的燃燒室橫向面積大，結(jié)構(gòu)不緊湊，而高度又受氣流和氣門運(yùn)動(dòng)的限制不能太小，所以當(dāng)壓縮比大于7.5時(shí)，燃燒室就很難布置。對于柴油機(jī)，由于壓縮比不能太低，所以廣泛采用頂置式氣門配氣機(jī)構(gòu)。

 

一、配氣機(jī)構(gòu)的類別

 

      氣門式配氣機(jī)構(gòu)由氣門組（氣門、氣門導(dǎo)管、氣門座及氣門彈簧等）和氣門傳動(dòng)組（推桿、搖臂、凸輪軸和正時(shí)齒輪等）組成，其結(jié)構(gòu)布置如圖1所示。

1、頂置式氣門

      頂置式氣門配氣機(jī)構(gòu)由凸輪軸、挺柱、推桿、氣門搖臂和氣門等零件組成。進(jìn)、排氣門都布置在汽缸蓋上，氣門頭部朝下，尾部朝上。如凸輪軸為了傳動(dòng)方便而靠近曲軸，則凸輪與氣門之間的距離就較長。中間必須通過挺柱、推桿、搖臂等一系列零件才能驅(qū)動(dòng)氣門，使機(jī)構(gòu)較為復(fù)雜，整個(gè)系統(tǒng)的剛性較差。

      頂置式氣門配氣機(jī)構(gòu)工作過程如圖2所示。

（1）凸輪軸由曲軸通過齒輪驅(qū)動(dòng)。當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)工作時(shí)，凸輪軸即隨曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)，對于四沖程柴油發(fā)電機(jī)而言，凸輪軸的轉(zhuǎn)速為曲軸轉(zhuǎn)速的1/2，即曲軸轉(zhuǎn)兩轉(zhuǎn)完成一個(gè)工作循環(huán)，而凸輪軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，使進(jìn)、排氣門各開啟一次。

（2）當(dāng)凸輪軸轉(zhuǎn)到凸起部分與挺柱相接觸時(shí)，挺柱開始升起。通過推桿和調(diào)整螺釘使搖臂繞搖臂軸轉(zhuǎn)動(dòng)，搖臂的另一端即壓下氣門，使氣門開啟。在壓下氣門的同時(shí)，內(nèi)、外兩個(gè)氣門彈簧也受到壓縮。

（3）當(dāng)凸輪軸凸起部分的最高點(diǎn)轉(zhuǎn)過挺柱平面以后，挺柱及推桿隨凸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)而下落，被壓緊的氣們彈簧通過氣門彈簧座和氣門鎖片，將氣門向上抬起，最后壓緊在氣門座上，使氣門關(guān)閉。氣門彈簧在安裝時(shí)就有一定的預(yù)緊力，以保證氣門與氣門座貼合緊密而不致漏氣。

2、側(cè)置式氣門

      側(cè)置式氣門配氣機(jī)構(gòu)的進(jìn)、排氣門都布置在氣缸的一側(cè)，這種配氣機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單、零件數(shù)目少等優(yōu)點(diǎn)。但由于燃燒室結(jié)構(gòu)不緊湊，熱量損失較大，氣道比較曲折，氣門升程受到一定限制而影響充氣和排氣，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的提高受到限制。目前這種型式的配氣機(jī)構(gòu)已趨于淘汰。

 

圖1  氣門布置圖

圖2  頂置式配氣機(jī)構(gòu)原理圖

 

 

二、氣門基本零件及作用

 

      氣門組由氣門、氣門導(dǎo)管、氣門座、氣門彈簧、氣門彈簧座及氣門鎖片（或鎖銷）等零件組成。氣門組主要用來開啟與關(guān)閉進(jìn)氣門與排氣門，保證汽缸的可靠密封。因此，工作中要求：氣門頭部與氣門座貼合緊密；氣門導(dǎo)管有良好的導(dǎo)向性；氣門彈簧上下端面與氣門桿中心線垂直，以保證氣門頭部在落座時(shí)不偏斜；氣門貼合的彈力足夠使氣門迅速閉合，并能夠保證關(guān)閉時(shí)緊壓在氣門座上。

      氣門主要由氣門桿部和頭部兩部分組成。氣門的工作條件比較惡劣，進(jìn)氣門承受570～670kPa的壓強(qiáng)，排氣門承受1050～1200 kPa的壓強(qiáng)；氣門頭部承受氣體壓力、氣門彈簧力等；冷卻和潤滑條件差；汽缸中燃燒生成物中的物質(zhì)對氣門也有一定的腐蝕作用。因此，要求氣門具備強(qiáng)度和剛度大、耐熱、耐腐蝕、耐磨等性能。

（1）氣門頭部

      氣門頭部的結(jié)構(gòu)形式主要有平頂、凸頂、凹頂三種形式。為了減少進(jìn)氣阻力，提高汽缸的充氣效率，多數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣門頭部直徑比排氣門大。當(dāng)兩氣門一樣大時(shí)，氣門一般有標(biāo)記。

      氣門頭部與氣門座圈的接觸面是一個(gè)圓錐斜面，這個(gè)斜面與氣門頂部平面之間的夾角稱為氣門錐角。氣門錐角一般為45°，也有30°。

      氣門錐角作用是獲得較大的氣門座合壓力，提高密封性和導(dǎo)熱性；氣門落座時(shí)有較好的對中、定位作用；避免氣流拐彎過大而降低流速。氣門錐角越小，氣門口通道截面越大，通過能力越強(qiáng)，落座壓力越大，密封和導(dǎo)熱性也越好。另外，錐角大時(shí)，氣門頭部邊緣的厚度大，不易變形。

      進(jìn)氣門錐角主要是為了獲得大的通道截面，其本身熱負(fù)荷較小，往往采用較小的錐角，多用30°，有利于提高充氣效率。排氣門則因熱負(fù)荷較大而用較大的錐角，通常為45°，以加強(qiáng)散熱（大約75%的氣門熱量從氣門座處散失）和避免受熱變形。也有的發(fā)動(dòng)機(jī)為了制造和維修方便，二者都用45°。

      如果進(jìn)氣門的氣門錐角為45°，而排氣門的氣門錐角為30°，會(huì)產(chǎn)生什么樣的后果?

       氣門頭部直徑越大，氣門口通道截面就越大，進(jìn)、排氣阻力就越小。由于最大尺寸受燃燒室結(jié)構(gòu)的限制，考慮進(jìn)氣阻力比排氣阻力對發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響大得多，為盡量減小進(jìn)氣阻力，進(jìn)氣門直徑大于排氣門。另外，排氣門稍小些，還不易變形。氣門頭部邊緣應(yīng)保持一定厚度，一般為1～3mm，以防工作中沖擊損壞和被高溫?zé)g。為保證具備良好的密封性，裝配前應(yīng)將氣門頭與氣門座密封錐面互相配對研磨。氣門頭部的熱量是通過氣門座和氣門桿經(jīng)氣門導(dǎo)管傳給汽缸蓋的。氣門頭部向氣門桿過渡部分的幾何形狀應(yīng)盡量做到圓滑，以防應(yīng)力集中增加強(qiáng)度，還可減少氣流阻力。

（2）氣門桿部

      氣門桿部與氣門頭部制成一體，呈圓柱形，裝在氣門導(dǎo)管內(nèi)起導(dǎo)向和散熱的作用，其表面應(yīng)具有較高的加工精度，并經(jīng)熱處理以保證同氣門導(dǎo)管的配合精度和耐磨性。氣門桿尾端的形狀決定氣門彈簧座的固定方式，常用的結(jié)構(gòu)是鎖片式和鎖銷式兩種。采用剖分或兩半的錐形鎖片來固定彈簧座時(shí)，氣門桿的端部切出環(huán)槽，利用剖分成兩半且外表面為錐面的氣門鎖片與彈簧座的錐形內(nèi)表面來固定彈簧座，其結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、拆裝方便，因此得到廣泛的應(yīng)用。采用鎖銷式結(jié)構(gòu)時(shí)，在氣門桿尾端鉆一徑向通孔，鎖銷插在通孔內(nèi)來支承氣門彈簧座，而氣門彈簧座的邊緣又可阻止鎖銷的松脫。

（3）氣門油封

      發(fā)動(dòng)機(jī)高速化后，進(jìn)氣管中的真空密度顯著增高，氣門室中的機(jī)油會(huì)通過氣門桿與導(dǎo)管之間的間隙被吸入進(jìn)氣管和汽缸內(nèi)，除增加機(jī)油的消耗外，還會(huì)在氣門和燃燒室產(chǎn)生積碳。為此，發(fā)動(dòng)機(jī)的氣門桿上部都設(shè)有機(jī)油防漏裝置。

 

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