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新聞主題 |
柴油機配氣機構的功能、結構組成和布置方式 |
摘要：配氣機構是按照發動機各缸工作循環和工作順序的要求，適時地打開和關閉各缸的進、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，保證發動機的正常工作。 本文重點介紹了柴油發電機配氣機構的組成和技術說明以及鉸削方法，以供維修工在柴油機修理工作中儲備更多的技術知識。
一、配氣機構的結構
配氣機構是進、排氣管道的控制機構，它按照氣缸的工作順序和工作過程的要求，準時地開閉進、排氣門、向氣缸供給新鮮空氣并及時排出廢氣。另外，當進、排氣門關閉時，保證氣缸密封。進飽排凈，四行程發動機都采用氣門式配氣機構。
1、充氣效率
充氣效率即充量系數，是指柴油機每個工作循環內，發動機氣缸內實際吸入氣缸的新鮮空氣質量與進氣道狀態下充滿氣缸工作容積的理論空氣質量比值。柴油機的充氣效率反映了進氣過程的完善程度，是衡量發動機進氣性能的重要指標。充氣效率是指每一個進氣行程所吸入的空氣質量與標準狀態下（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量的比值。大氣壓力高、溫度低、密度高時，發動機的充氣效率也將隨之提高。
配氣機構的充氣效率用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量；
M0——在理想狀態下，充滿氣缸工作容積的新氣質量；
2、配氣機構總體組成
（1）氣門傳動組
如圖1所示，由挺柱、 推桿、搖臂軸支架、 搖臂軸、 調整螺釘及鎖緊螺母、搖臂組成。
① 凸輪軸是氣門驅動組的主要部件，其作用是控制氣門的開閉及其升程的變化規律。
② 挺桿作用是將凸輪軸轉動時產生的驅動力傳遞給推桿（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動力從挺桿傳遞到搖臂機構。
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、氣門間隙調整螺釘等零件組成。
（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、氣門導管、 氣門座組成。氣門是控制氣缸內進氣和排氣的門，它通過氣門座和氣門導管與氣缸相連。氣門彈簧的作用是將氣門恢復到關閉位置，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 控制氣缸內的進氣和排氣
氣門組通過控制氣門的開閉來控制氣缸內的進氣和排氣。當氣門打開時，氣缸內的空氣可以自由進出，從而實現進氣和排氣的功能。而當氣門關閉時，氣缸內的空氣被封閉在其中，從而形成壓縮和燃燒的條件。
② 影響發動機的性能和效率
氣門組的設計和工作原理直接影響著發動機的性能和效率。氣門的開啟時間、開啟程度和關閉時間等參數都會影響發動機的輸出功率、燃油消耗和排放水平。因此，氣門組的設計和調整是發動機調校中非常重要的一環。
③ 維持發動機的正常運轉
氣門組的正常運轉對于發動機的穩定性和可靠性非常重要。如果氣門組出現故障，比如氣門卡松動、氣門彈簧失效等，就會導致氣門無法正常關閉或打開，從而影響發動機的正常運轉。因此，定期檢查和維護氣門組是保證發動機正常運轉的重要措施之一。
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圖1 氣門轉動組的結構圖 |
圖2 柴油機氣門組結構示意圖 |
二、配氣機構布置形式
1、按氣門的布置方式分
（1）氣門頂置式
如圖3所示，柴油發動機常采用：
○ 氣門布置在氣缸蓋上。
○ 氣門行程大，結構較復雜。
○ 燃燒室緊湊，便于進行維護，調整氣門也比較容易。
（2）氣門側置式
如圖4所示，進排氣門都布置在氣缸的側面，結構簡單、零件數目少。
○ 燃燒室結構不緊湊、
○ 熱量損失大、進氣道
○ 曲折、進氣阻力大，使發動機性能下降
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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。下置式配氣機構的凸輪軸位于曲軸箱內，中置式配氣機構的凸輪軸位于機體上部，上置式配氣機構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，有利于發動機的布置。
○ 不利因素：凸輪軸與氣門相距較遠，動力傳遞路線較長，環節多，因此不適用于高速發動機。
○ 結構組成，如圖6所示。
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圖5 凸輪軸位置布置圖 |
圖6 凸輪軸下置式結構圖 |
（2） 凸輪軸中置式
○ 傳動方式： 有些取消了推桿，而由凸輪軸經過挺柱直接驅動搖臂。
○ 應用： 適用于發動機轉速較高時，可以減少氣門傳動機構的往復運動質量。
○ 結構組成，如圖7所示。
（3）凸輪軸上置式
○ 優點：凸輪軸與氣門距離近，不需要推桿、挺柱，使往復運動的慣量減少。非常適合于高速發動機。
○ 缺點：傳動問題，發動機高度增加，給安裝噴油器造成困難。
○ 結構組成，如圖8所示。
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圖7 凸輪軸中置式結構圖 |
圖8 上置凸輪軸配氣機構結構圖 |
三、配氣機構的功能與鉸削方法
1、功能
配氣機構通過凸輪軸的旋轉運動，控制氣門的開啟和關閉，以實現氣缸內燃氣體的進出。它的主要功能包括以下幾個方面：
（1）控制氣門的開啟和關閉時機
配氣機構通過凸輪軸上的凸輪，確定了氣門的開啟和關閉時機。在進氣沖程中，氣門需要在活塞下行時開啟，以便新鮮的燃氣進入氣缸；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閉幅度
配氣機構通過凸輪軸上的凸輪形狀和凸輪軸的轉動方式，確定了氣門的開啟和關閉幅度。開啟幅度的大小直接影響氣缸內氣體的進出量，從而影響發動機的輸出功率和扭矩。
（3）控制氣門的開啟和關閉速度
配氣機構通過凸輪軸的轉動速度，控制了氣門的開啟和關閉速度。開啟速度的快慢直接影響氣門的響應時間和氣缸內氣體的流動速度，從而影響發動機的響應性和燃燒效率。
（4）確保氣門的密封性
配氣機構通過氣門彈簧、氣門蓋、氣門導管和氣門座等控制機構，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，是以氣門導管為基準的，所以氣門導管如需要更換或鉸配時，應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，應用15°鉸刀鉸削上口，使接觸面下移，如接觸面偏下，應用75°鉸刀鉸削下口，使接觸面上移，初鉸時應盡量使氣門接觸面在中下部，應邊餃邊試配。為了延長氣門座與氣門的使用壽命，當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°）的細刃鉸刀或在鉸刀上墊以細砂布精細地修鉸（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是一條不間斷的環形帶。
以上方法和要求僅僅是基本的，在鉸削中要根據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：
配氣機構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閉時機、幅度和速度，實現了氣缸內燃氣體的進出。配氣機構的設計和工作原理直接影響著發動機的性能和效率，因此在發動機設計和調試中，對配氣機構的優化和調整至關重要。通過合理設計和調整配氣機構，可以提高發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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