柴油機(jī)配氣機(jī)構(gòu)系統(tǒng)介紹

1、柴油機(jī)配氣機(jī)構(gòu)系統(tǒng)介紹配氣機(jī)構(gòu)的功用是按照發(fā)動(dòng)機(jī)各缸工作次序的要求， 在每一工作循環(huán)中按時(shí)開啟和關(guān)閉各氣缸的進(jìn)、 排氣門，以保證各缸準(zhǔn)時(shí)吸進(jìn)清潔空氣，并及時(shí)排出廢氣。因此要求配氣機(jī)構(gòu)具有進(jìn)氣完善、 排氣徹底、噪聲低、振動(dòng)小、工作可靠、維修保養(yǎng)方便、使用壽命長(zhǎng)等特性。配氣機(jī)構(gòu)一般由氣門組和氣門傳動(dòng)組等組成。（如下圖） 裝載機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)一般都采用氣門頂置式配氣機(jī)構(gòu)。這種機(jī)構(gòu)的發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)排氣門均布置在氣缸蓋上。柴油機(jī)工作時(shí)，曲軸通過(guò)正時(shí)齒輪驅(qū)動(dòng)凸輪軸旋轉(zhuǎn)，當(dāng)凸輪軸的凸輪凸起部分頂起挺桿時(shí)，通過(guò)推桿、調(diào)整螺釘使搖臂擺動(dòng)，在消除氣門間隙后，壓縮氣門彈簧，使氣門開啟。由于氣門搖臂的兩臂不等長(zhǎng)，可實(shí)現(xiàn)凸輪在較

2、小升程的情況下氣門有較大的開度。當(dāng)凸輪的凸起部分離開挺桿后，氣門便在氣門彈簧的彈力作用下壓緊在氣缸蓋的氣門座圈上，使氣門關(guān)閉。四沖程柴油機(jī)每完成一個(gè)工作循環(huán)，曲軸需轉(zhuǎn)兩周，各缸的進(jìn)、排氣門各開啟一次，即凸輪軸只需轉(zhuǎn)一周。所以，曲軸與凸輪軸的轉(zhuǎn)速比為2 ：1。 氣門的開啟與關(guān)閉由凸輪軸上的凸輪通過(guò)挺柱直接控制。 一、 氣門組氣門組包括氣門、氣門導(dǎo)管、氣門座及氣門彈簧等，有的氣門組還設(shè)有氣門旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。 對(duì)氣門組的基本要求是氣門與氣門座配合緊密，在高溫條件下工作可靠。為此氣門組必須滿足： 氣門與氣門座配合錐面嚴(yán)密；氣門導(dǎo)管對(duì)氣門桿導(dǎo)向正確，不使氣門卡滯、傾斜；氣門彈簧有足夠的剛度和預(yù)緊力，且兩端面應(yīng)

3、與氣門中心線垂直。1.氣門氣門用來(lái)控制進(jìn)、 排氣道的開啟和關(guān)閉。氣門由菌狀頭部和圓柱狀桿部?jī)刹糠纸M成。氣門頭部的工作溫度高， 而且還要承受氣體壓力、彈簧彈力以及氣門傳動(dòng)組零件的慣性力作用，其冷卻和潤(rùn)滑條件差。因此要求氣門必須有足夠的強(qiáng)度、剛度、耐熱和耐磨性能。進(jìn)氣門的材料一般采用合金鋼，排氣門則常采用耐熱合金鋼。 為減小進(jìn)氣阻力，提高氣缸充氣效率，多數(shù)柴油機(jī)進(jìn)氣門的頭部直徑比排氣門大，以增大進(jìn)氣通流面積。氣門密封錐面的錐角稱為氣門錐角。 2. 氣門座氣門座與氣門頭部共同對(duì)氣缸起密封作用， 并接受從氣門傳來(lái)的熱量。氣門座在高溫下工作， 磨損嚴(yán)重。所以，很多柴油機(jī)的氣門座采用較好的材料單獨(dú)制成氣門

4、座圈，然后鑲到氣缸蓋上。 為保證氣門密封良好， 裝配前應(yīng)將氣門頭與氣門座（圈）二者的密封錐面相互研磨（必要時(shí)，應(yīng)鉸削氣門座或氣門座圈），研磨后氣門與氣門座圈的接觸帶應(yīng)均勻、連續(xù)，不允許有斷線現(xiàn)象以保證有良好的密封。3.氣門導(dǎo)管氣門導(dǎo)管主要起導(dǎo)向作用， 保證氣門作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使氣門與氣門座能正確貼合。氣門導(dǎo)管與氣缸蓋之間采用過(guò)盈配合， 安裝時(shí)將氣門導(dǎo)管壓入氣缸蓋。氣門桿與氣門導(dǎo)管之間一般有0.050.12mm的間隙， 使氣門能在導(dǎo)管中自由運(yùn)動(dòng)。為了防止過(guò)多的機(jī)油通過(guò)氣門導(dǎo)管與氣門桿之間的間隙進(jìn)入燃燒室， 在氣門導(dǎo)管上（一般進(jìn)氣門的氣門導(dǎo)管為多）通常裝有氣門油封，如果氣門油封失效，往往會(huì)造成大量

5、機(jī)油進(jìn)入氣缸，使柴油機(jī)冒蘭煙。4.氣門彈簧氣門彈簧的功用是利用其彈力來(lái)關(guān)閉氣門。 當(dāng)驅(qū)動(dòng)氣門開啟的推力撤除后，氣門便在彈簧彈力的作用下及時(shí)與氣門座貼合，以保證其密封性。二、氣門傳動(dòng)組 氣門傳動(dòng)組主要包括凸輪軸、 正時(shí)齒輪、挺柱、推桿、搖臂和搖臂軸等。氣門傳動(dòng)組的作用是使進(jìn)排氣門能按配氣相位規(guī)定的時(shí)刻開閉，并保證有足夠的開度。1.凸輪軸凸輪軸是控制各缸進(jìn)、排氣門開啟和關(guān)閉的重要零件。為此，凸輪軸上配置有各缸進(jìn)、排氣凸輪， 使氣門按一定的工作次序和配氣相位開閉，并保證氣門有足夠的升程。凸輪在工作中受到氣門間歇性開啟的周期性沖擊載荷， 因此要求凸輪表面耐磨，并要求凸輪軸有足夠的韌性和剛度。發(fā)動(dòng)機(jī)工作

6、時(shí)， 凸輪軸的變形會(huì)影響配氣相位。因此，多數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸采用全支承以減小其變形。 但支承過(guò)多，加工工藝較為復(fù)雜，所以一些發(fā)動(dòng)機(jī)采用每隔兩個(gè)氣缸設(shè)置一個(gè)軸頸支承。為安裝方便，凸輪軸各軸頸的直徑從前向后依次減小，安裝時(shí)要加以注意。凸輪軸通常由曲軸通過(guò)一對(duì)正時(shí)齒輪驅(qū)動(dòng)， 小齒輪用半圓鍵裝在曲軸的前端，大齒輪則固定在凸輪軸的前端，曲軸與凸輪軸的轉(zhuǎn)速比為2:1。為了保證正確的配氣相位和發(fā)火時(shí)刻，在兩正時(shí)齒輪上均刻有安裝記號(hào)。裝配時(shí)必須將正時(shí)記號(hào)對(duì)準(zhǔn)。2. 挺桿挺桿也叫挺柱， 氣門頂置式配氣機(jī)構(gòu)挺桿的功用是將凸輪的推力傳給推桿、搖臂，開啟氣門。3. 推桿推桿的作用是將從凸輪軸經(jīng)過(guò)挺桿傳來(lái)的推力傳給搖臂，它

7、是配氣機(jī)構(gòu)中最容易彎曲的零件。因此，要求有很高的剛度。4.搖臂搖臂實(shí)際上是一個(gè)雙臂杠桿， 其功用是用來(lái)將推桿傳來(lái)的力改變方向，并作用到氣門桿端以推開氣門。 搖臂短臂端的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。三、配氣相位及氣門間隙1. 配氣相位就是進(jìn)、排氣門的實(shí)際開閉時(shí)刻從理論上講， 四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的氣門開啟和關(guān)閉都應(yīng)在活塞沖程的開始和終了時(shí)實(shí)現(xiàn)。即： 進(jìn)氣門應(yīng)在上止點(diǎn)時(shí)開啟，在下止點(diǎn)時(shí)關(guān)閉；排氣門則在下止點(diǎn)時(shí)開啟，在上止點(diǎn)時(shí)關(guān)閉。進(jìn)氣時(shí)間和排氣時(shí)間各占 180曲軸轉(zhuǎn)角。但現(xiàn)代工程機(jī)械用柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速都很高，活塞每一沖程所經(jīng)歷的時(shí)間都極短。在標(biāo)定功率時(shí)的轉(zhuǎn)速為2

8、200r/min， 一個(gè)沖程經(jīng)歷的時(shí)間僅為0.0136秒。這樣短的時(shí)間，往往會(huì)造成柴油機(jī)充氣不足和排氣不徹底，從而使機(jī)器輸出功率不足。為了盡可能地增大進(jìn)、 排氣時(shí)間，以使氣缸中能充氣較充足、排氣較徹底，現(xiàn)代柴油機(jī)都采取延長(zhǎng)進(jìn)排氣時(shí)間的方法。(1) 進(jìn)氣門早開遲閉：進(jìn)氣門在上止點(diǎn)前提前開啟的目的是為了保證在進(jìn)氣沖程開始時(shí)， 進(jìn)氣門已開大，新鮮空氣能順利地充入氣缸。進(jìn)氣門延遲關(guān)閉是有利于氣缸充氣的。 (2)排氣門早開遲閉：排氣門的開啟時(shí)間在活塞到達(dá)下止點(diǎn)之前，使一部分廢氣迅速排出氣缸。排氣門關(guān)閉的時(shí)間延遲至上止點(diǎn)之后，以借助廢氣在排氣管中氣流的慣性，使廢氣排放地較為徹底。(3)氣門重疊角：在活塞上

9、止點(diǎn)附近，存在著進(jìn)氣門早開和排氣門遲閉的現(xiàn)象，即進(jìn)、排氣門是同時(shí)開啟的，這種現(xiàn)象稱為“氣門重疊”。進(jìn)氣提前角加上排氣延遲角，稱為氣門重疊角。自然吸氣式柴油機(jī)的氣門重疊角一般為2060，增壓型柴油機(jī)的氣門重疊角一般為40140。不同型號(hào)的柴油機(jī)，由于結(jié)構(gòu)型式不同、轉(zhuǎn)速不同，因此配氣相位也不相同。合理的配氣相位是發(fā)動(dòng)機(jī)制造企業(yè)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能要求，通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)和反復(fù)試驗(yàn)確定的。2.氣門間隙氣門間隙是指氣門桿尾端與氣門搖臂之間留有的間隙，柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，氣門及各傳動(dòng)件會(huì)受熱膨脹，導(dǎo)致氣門密封不嚴(yán)。為了保證氣門的密封性，必須在氣門與傳動(dòng)件之間預(yù)留有一定的間隙。氣門間隙的大小由發(fā)動(dòng)機(jī)制造企業(yè)通過(guò)試驗(yàn)的

10、方法確定。柴油機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，由于配氣機(jī)構(gòu)各傳動(dòng)件的磨損，以及氣門間隙調(diào)整螺釘松動(dòng)等原因，可能會(huì)引起氣門間隙發(fā)生變化。因此，在維護(hù)保養(yǎng)時(shí)應(yīng)注意檢查該間隙。必要時(shí)，按照柴油機(jī)使用維護(hù)說(shuō)明書中規(guī)定的間隙進(jìn)行調(diào)整。3.氣門間隙的調(diào)整(1)一般調(diào)整法檢查和調(diào)整氣門間隙時(shí)， 必須在所檢查、調(diào)整的氣門處于完全關(guān)閉狀態(tài)下，即該缸正處于壓縮上止點(diǎn)位置時(shí)進(jìn)行。 對(duì)于多缸機(jī)來(lái)說(shuō)，一般可根據(jù)飛輪殼上的刻線，判定第一缸的壓縮上止點(diǎn)?？潭染€標(biāo)明的一般為2個(gè)氣缸的上止點(diǎn)位置，這時(shí)可根據(jù)噴油狀況斷定第一缸壓縮上止點(diǎn)， 也可根據(jù)工作次序，觀察其它缸的工作情況判定壓縮上止點(diǎn)。第一缸調(diào)整結(jié)束后， 根據(jù)多缸柴油機(jī)工作次序，轉(zhuǎn)動(dòng)曲軸

11、，逐缸進(jìn)行調(diào)整。采用此方法比較可靠，但如果缸數(shù)多，則顯得比較繁瑣，熟練時(shí)可按此方法驗(yàn)證用快速調(diào)整法調(diào)整的氣門間隙。(2)快速調(diào)整法首先確定第一缸壓縮上止點(diǎn)， 方法同前。運(yùn)用柴油機(jī)各缸工作次序，推算出第一缸在壓縮上止點(diǎn)時(shí)處于關(guān)閉狀態(tài)的各缸氣門，逐一進(jìn)行調(diào)整。然后將曲軸旋轉(zhuǎn)360，再調(diào)整剩余的氣門?，F(xiàn)以裝載機(jī)中使用較多的缸柴油機(jī)為例，介紹該“快速調(diào)整法”。六缸柴油機(jī)的工作次序?yàn)?53624， 由此可推算出，當(dāng)缸處于壓縮上止點(diǎn)時(shí)，缸的進(jìn)氣門、缸的排氣門、缸的進(jìn)氣門、缸的排氣門均處于完全關(guān)閉狀態(tài)。與缸的進(jìn)氣門和排氣門結(jié)合起來(lái)可以看出： 當(dāng)缸處于壓縮上止點(diǎn)時(shí)，從第缸開始可按“進(jìn)排、進(jìn)、排、進(jìn)、排”的口訣

12、依次對(duì)6個(gè)氣門進(jìn)行調(diào)整。只不過(guò)第缸是調(diào)整進(jìn)、排兩個(gè)氣門，而其它四缸每缸只調(diào)整一個(gè)氣門。同樣，將曲軸旋轉(zhuǎn)360，當(dāng)?shù)诹滋幱趬嚎s上止點(diǎn)時(shí)（此時(shí)第一缸氣門重疊） 則從第缸開始，按“進(jìn)排、進(jìn)、排、進(jìn)、排”的口訣進(jìn)行調(diào)整。 不難看出，這一次調(diào)整的氣門，正是第缸處于壓縮上止點(diǎn)時(shí)剩下未調(diào)整的氣門。 不論進(jìn)、排氣門的排列如何，只要能正確區(qū)分出每缸的進(jìn)氣門和排氣門，就可以按照這種方法進(jìn)行調(diào)整。該方法只使曲軸旋轉(zhuǎn)兩周（720），就可將所有氣門調(diào)整結(jié)束，簡(jiǎn)便易行。但是，需要對(duì)柴油機(jī)的工作次序有充分的理解。四、 進(jìn).排氣系統(tǒng) 柴油機(jī)進(jìn)排氣系統(tǒng)由渦輪增壓器、進(jìn)氣管、排氣管、空氣濾清器及消音器等組成。（如圖）1.進(jìn)排氣

13、管 一般地，柴油機(jī)進(jìn)排氣管分別安裝在機(jī)體的兩側(cè)，并分別與氣缸蓋上的進(jìn)排氣道相連，其功用是引導(dǎo)新鮮空氣進(jìn)入氣缸，并使廢氣從氣缸內(nèi)排出。 柴油機(jī)進(jìn)排氣管一般用鑄鐵制成， 進(jìn)排氣管氣道的輪廓做成圓滑的形狀，使氣流方向及剖面尺寸無(wú)驟然變化，以減小氣體的流動(dòng)阻力。2.空氣濾清器空氣濾清器的功用是濾除空氣中的灰塵和雜質(zhì)， 以減少氣缸、活塞和活塞環(huán)以及氣門等零件的磨損，延長(zhǎng)柴油機(jī)的使用壽命?？諝鉃V清器一般通過(guò)管路與進(jìn)氣管相連，檢查安裝時(shí)應(yīng)注意管路的密封性，以免影響濾清效果。為了保證柴油機(jī)的正常運(yùn)行，必須按使用維護(hù)說(shuō)明書的要求，定期對(duì)濾芯進(jìn)行除塵或更換，作業(yè)環(huán)境惡劣時(shí)，則應(yīng)提前對(duì)空氣濾清器進(jìn)行保養(yǎng)。3.排氣消

14、聲器排氣消聲器的功用是減少氣缸中燃燒廢氣排出時(shí)的強(qiáng)烈噪聲，以及消除廢氣中的火焰及火星。 排氣消聲器一般由薄鋼板沖壓然后焊接制成。其基本原理是消耗廢氣中的氣流能量，并平衡排出廢氣流的壓力波動(dòng)。五、采用增壓、中冷的進(jìn)排氣系統(tǒng) 空氣增壓系統(tǒng)流程如圖1.工作原理：當(dāng)環(huán)境溫度為20時(shí)，新鮮空氣經(jīng)過(guò)空氣濾清器后，進(jìn)入增壓器壓氣機(jī)進(jìn)氣口，經(jīng)增壓后，從壓氣機(jī)進(jìn)氣口進(jìn)入進(jìn)氣管道，空氣密度增加，溫度升高，壓氣機(jī)出氣口處的空氣溫度為135左右；經(jīng)過(guò)長(zhǎng)的進(jìn)氣管，增壓后的新鮮空氣流至中冷器進(jìn)氣口端時(shí)空氣溫度為120左右；經(jīng)過(guò)中冷器冷卻后，空氣從中冷器出氣口出來(lái)，溫度降為50，然后進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管；當(dāng)?shù)竭_(dá)各缸缸蓋進(jìn)氣道內(nèi)

15、，空氣溫度稍有升高，為55左右；新鮮空氣經(jīng)進(jìn)氣門吸入氣缸，經(jīng)過(guò)壓縮，空氣溫度、密度驟增，達(dá)到上止點(diǎn)前噴油提前角度曲軸轉(zhuǎn)角時(shí)，噴入的柴油達(dá)到所需的自燃溫度和壓力，空氣與燃油混合燃燒后膨脹做功；進(jìn)入排氣沖程，排氣門打開，廢氣經(jīng)缸蓋氣道時(shí)的廢氣溫度高達(dá)600以上；經(jīng)過(guò)排氣歧管，進(jìn)入增壓器渦輪，高溫廢氣推動(dòng)渦輪高速旋轉(zhuǎn)后從渦輪出氣口排出，溫度降為440左右；經(jīng)過(guò)排氣制動(dòng)閥體通道和活動(dòng)球節(jié)管（或膨脹伸縮管）進(jìn)入消音器，經(jīng)過(guò)消音、除碳粒后排入大氣。 2.渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理（如上圖）（1）結(jié)構(gòu)渦輪增壓器主要由壓氣機(jī)和渦輪兩部分組成。 壓氣機(jī)部分：主要包括單級(jí)離心式壓氣機(jī)、擴(kuò)壓器和壓氣機(jī)殼。渦輪部分：

16、主要包括渦輪殼、單級(jí)徑流式渦輪。渦輪軸與渦輪采用摩擦焊接連成一體。壓氣機(jī)葉輪以間隙配合裝在渦輪軸上，并用螺母壓緊，渦輪與軸總成、壓氣機(jī)葉輪經(jīng)過(guò)精確的單體動(dòng)平衡，以保證高速旋轉(zhuǎn)下正常工作。增壓器的轉(zhuǎn)子支承采用內(nèi)支承型式，全浮動(dòng)式浮動(dòng)軸承位于兩葉輪之間的中間體內(nèi)，轉(zhuǎn)子的軸向力靠止推軸承端面來(lái)承受。在渦輪端和壓氣機(jī)端均設(shè)有密封環(huán)裝置。壓氣機(jī)端還有擋油罩，以防止?jié)櫻赜偷男孤?。壓氣機(jī)殼、渦輪殼、中間體是主要固定件，渦輪殼和中間體采用螺栓、壓板連接，壓氣機(jī)殼與中間體間通過(guò)擴(kuò)壓器后板或螺栓、壓板連接。壓氣機(jī)殼可繞軸線在任意角度進(jìn)行安裝。增壓器的潤(rùn)滑：采用壓力潤(rùn)滑，潤(rùn)滑油從機(jī)身上主油道進(jìn)入進(jìn)油口，進(jìn)入潤(rùn)滑系統(tǒng)，然后通過(guò)回油管流回發(fā)動(dòng)機(jī)的油底殼。（2）工作原理：因?yàn)槿加托枰c空氣混合才能完成燃燒沖程，一旦發(fā)動(dòng)機(jī)的空燃比達(dá)到某一值后，再增加燃油，除了將黑煙和未燃盡的燃油排到大氣中外，不會(huì)產(chǎn)生更多功率。發(fā)動(dòng)機(jī)供油越多，黑煙就越濃。因此，超過(guò)空燃比極限后，增加供油量只會(huì)造成燃油耗過(guò)大、大氣污染、排溫升高，柴油機(jī)壽命縮短，由此可見，