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文檔簡介
第五章
柴油機(jī)的換氣及配氣機(jī)構(gòu)
換氣過程:每一工作循環(huán)中的排氣與進(jìn)氣過程的總稱。
配氣機(jī)構(gòu):換氣過程的控制機(jī)構(gòu)。
對換氣過程的要求:進(jìn)氣充分,排氣干凈;
對配氣機(jī)構(gòu)的要求:準(zhǔn)時(shí),正確,密封?!?/p>
5-1四沖程柴油機(jī)的換氣過程和換氣損失一、換氣過程:指從排氣門開到進(jìn)氣門關(guān)的全過程。四沖程非增壓柴油機(jī)的局部示功圖:從局部示功圖上分析,按其特征分為四個(gè)階段:b'--b
自由排氣階段;b--r--r0強(qiáng)制排氣階段;
r'--r--a--a'進(jìn)氣階段;r'--r--r0燃燒室掃氣階段。(一)自由排氣階段:排氣門開——下止點(diǎn),
b'--b
排氣提前角θe=40--70度。特點(diǎn):氣缸內(nèi)外壓差大,排氣速度高(音速),流量大。排氣門提前開:①保證下止點(diǎn)有一定開度;②降低排氣背壓,減少耗功;③保證下止點(diǎn)有一定流量。(二)強(qiáng)制排氣階段:下止點(diǎn)——排氣門關(guān),b--r--r0特點(diǎn):活塞排擠廢氣,消耗功,θe′=10--70度,排氣系統(tǒng)阻力關(guān)系,排氣線在大氣壓力線之上,由于Vc存在,廢氣有一定殘留。排氣門晚關(guān):①充分利用氣流慣性;②減少排氣節(jié)流損失;③構(gòu)成掃氣過程。
(三)進(jìn)氣階段:進(jìn)氣門開——進(jìn)氣門關(guān),r'--r--a--a'θi=15--70度,θi′=20--60度。特點(diǎn):靠活塞抽取作用進(jìn)氣,進(jìn)氣系統(tǒng)有阻力存在,進(jìn)氣線在大氣線之下。進(jìn)氣門早開:①保證上止點(diǎn)有一定開度;②保證上止點(diǎn)有一定流量;③減少抽取真空度,減少功耗。進(jìn)氣門晚關(guān):①利用氣流慣性;②減少節(jié)流損失。(四)燃燒室掃氣階段:進(jìn)氣門開——排氣門關(guān),r'--r--r0特點(diǎn):進(jìn)氣系統(tǒng)、燃燒室、排氣系統(tǒng)溝通,進(jìn)排氣過程交叉進(jìn)行;利用新氣掃除氣缸內(nèi)廢氣。氣門重疊角αm=θi+θe′。氣門重疊對柴油機(jī)的作用:①用新氣清掃廢氣,提高換氣效果;②掃氣過程中,由于進(jìn)氣對活塞、燃燒室、氣門進(jìn)行了冷卻,提高機(jī)件的使用壽命;③掃氣中,新氣與廢氣參混,降低排氣溫度,對增壓柴油機(jī)而言,廢氣溫度降低,提高了渦輪的使用壽命;④掃氣使氣缸溫度降低,從而使進(jìn)氣密度提高,增加進(jìn)氣量。θi不能過大——廢氣倒灌;θe′不能過大——新氣損失。增壓柴油機(jī)的換氣過程。§5-2
柴油機(jī)的充量系數(shù)及提高充量系數(shù)的措施一、四沖程柴油機(jī)的充量系數(shù):從量上評價(jià)換氣過程的好壞。(一)充量系數(shù)的定義:每一循環(huán)中實(shí)際進(jìn)入氣缸中的空氣量(G)與進(jìn)氣管狀態(tài)下理論上可能充滿氣缸工作容積(Vh)的空氣量之比(Go)。ηv=G/GoG——進(jìn)氣末了狀態(tài)下氣缸內(nèi)實(shí)際所有的空氣量;Go——進(jìn)氣管狀態(tài)下理論上可能充滿Vh空氣量。非增壓柴油機(jī)進(jìn)氣管狀態(tài)(Po,To);增壓柴油機(jī)的進(jìn)氣管狀態(tài)(Ps,Ts)。(二)充量系數(shù)的公式:假定進(jìn)氣末了氣缸內(nèi)狀態(tài)是(Pa,Ta),氣缸內(nèi)空氣量是Ga。進(jìn)氣末了氣缸內(nèi)空氣量是Ga
Ga=G+Gr(G——新氣量;Gr——上一循環(huán)殘留的廢氣量)Ga=G(1+Gr/G)=G(1+γr)γr=Gr/G
——?dú)堄鄰U氣系數(shù))(三)影響ηv的因素:ηv=f(ε,Pa,Ta,Po,To,γr)如果Po,To(ps,Ts)一定,ε一定,ηv=f(pa,Ta,γr)pa↑,Ta↓,γr↓,ηv↑二、提高充量系數(shù)的措施:(一)減小進(jìn)氣系統(tǒng)阻力,提高進(jìn)氣末了壓力Pa:1、選擇后適的空濾器,并注意清掃;2、進(jìn)氣管道要粗、短,減少彎頭;3、進(jìn)氣管道壁面光滑;4、增大進(jìn)氣門直徑及采用雙氣門;5、正確設(shè)計(jì)凸輪型線,使氣門開閉迅速,減少節(jié)流;6、中冷器要正確設(shè)計(jì),減小阻力。(二)減小排氣系統(tǒng)的阻力,減小γr:1、排氣管道要粗、短,減少彎頭;2、排氣管道壁面光滑;3、增大排氣門直徑及采用雙氣門;4、正確設(shè)計(jì)凸輪型線,使氣門開閉迅速;5、消音器要阻力小,并經(jīng)常清掃。(三)選擇最佳的配氣相位角,減小γr和Ta:θi不能過大——防廢氣倒流;θi′不能過大——減小壓縮比,防新氣擠出;θe不能過大——換氣損失增大;θe′不能過大——新氣損失過多。氣門重疊角αm增大時(shí),Ta↓,γr↓。(四)降低進(jìn)氣終了溫度Ta:1、進(jìn)排氣管盡可能分開布置,防止排氣管對進(jìn)氣管加熱;2、提高中冷器的冷卻效果(傳熱效果);3、改善燃燒,降低排乞溫度;4、加強(qiáng)燃燒室掃氣;5、加強(qiáng)對高溫零件冷卻。(五)利用排氣的脈沖效應(yīng)?!欤担?/p>
配氣機(jī)構(gòu)的總體布置
一、配氣機(jī)構(gòu)的作用:按照工作循環(huán)的要求,正確、準(zhǔn)時(shí)地控制進(jìn)、排氣門的開啟和關(guān)閉。有規(guī)律的開閉。要求:進(jìn)、排氣門的啟閉嚴(yán)格按照配氣正時(shí)和發(fā)火順序,保證換氣過程準(zhǔn)時(shí)進(jìn)行;氣門開度大小和氣門啟閉過程符合換氣過程的要求;氣門關(guān)閉時(shí)有良好的密封性;機(jī)件的慣性沖擊小,振動(dòng)和噪音?。唤Y(jié)構(gòu)簡單,工作可靠,便于調(diào)整和維修。
凸輪軸氣門挺柱氣門推桿氣門搖臂氣門橫臂氣門1-閥座;2-氣閥;3-氣閥導(dǎo)管;
4-氣閥彈簧;5-簧盤;
6-卡塊;7-氣缸蓋二、配氣機(jī)構(gòu)的組成:(一)氣門機(jī)構(gòu):氣門、氣門座、氣門導(dǎo)管、氣門彈簧、彈簧座、鎖塊等;(二)氣門驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu):正時(shí)齒輪、凸輪軸、挺柱、推桿、搖臂、搖臂軸、搖臂座。凸輪軸位置三、配氣機(jī)構(gòu)的動(dòng)作過程曲軸旋轉(zhuǎn),通過曲軸正時(shí)齒輪和齒輪傳動(dòng)裝置帶動(dòng)凸輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)。挺柱滾輪貼緊于凸輪型面,當(dāng)挺柱由凸輪型面推動(dòng)上升時(shí),氣門推桿及搖臂與推桿接觸的一端也被頂上移,搖臂繞搖臂軸擺動(dòng),搖臂的另一端壓氣門橫臂向下,氣門橫臂壓在兩個(gè)同名氣門上,使氣門彈簧壓縮,氣門下降而離開氣門座孔,氣門因此逐漸開啟。當(dāng)挺柱滾輪與凸輪在型面頂端接觸時(shí),氣門彈簧壓縮量達(dá)最大值,氣門開度最大。當(dāng)凸輪型面的頂端轉(zhuǎn)過之后,氣門挺柱和氣門推桿逐漸下移,搖臂回?cái)[,搖臂對橫臂和氣門彈簧的壓力減小,在氣門彈簧復(fù)原力作用下,氣門隨之上升,氣門逐漸與氣門座接近,即氣門開度逐漸減小,最后達(dá)到氣門全閉——?dú)忾T與氣門座貼緊密閉氣缸。當(dāng)氣門全閉時(shí),氣門橫臂與搖臂脫離接觸。
四、16V240ZJB型柴油機(jī)配氣機(jī)構(gòu)總體布置
§5-4
氣
門
機(jī)
構(gòu)
一、氣門:1、作用:控制進(jìn)排氣;密封燃燒室;傳熱。2、工作條件:溫度高(排
750--850度,進(jìn)
350--500度);開閉次數(shù)高,沖擊噪音;潤滑條件差;磨損嚴(yán)重。3、構(gòu)造:耐熱合金鋼。由氣門桿、氣門盤兩部分構(gòu)成,進(jìn)排氣門大致相同,盤有錐面,斜角是45度,桿鍍鈦,氮化處理,錐面與座研磨,磨出2--2.8毫米.
16V240ZJB型柴油機(jī)的氣門氣門頭即典型形狀16V240ZJB型柴油機(jī)的氣門機(jī)構(gòu)二、氣門座:1、作用:與氣門配合形成密封面,支承氣門,傳熱。2、構(gòu)造:耐熱模具鋼。φ90×12,由錐面與氣門研配,用過盈配合壓裝在氣缸蓋上,防松脫。三、氣門導(dǎo)管:1、作用:引導(dǎo)氣門運(yùn)動(dòng);保證氣門與氣門座配合。2、構(gòu)造:合金鑄鐵,長194毫米。與氣缸蓋過盈配合,壓配后精鉸,保證與氣門桿配合間隙,配合面上有四道1×2密封槽。四、氣門彈簧:1、作用:保證氣門與座的密封,防止振動(dòng);使氣門開閉受凸輪控制;彈力過大要消耗更多的功。2、構(gòu)造:彈簧鋼。采用雙彈簧,增加彈力,提高可靠性,減小尺寸。為了防止斷裂后卡住,內(nèi)外彈簧繞向相反。內(nèi)彈簧:φ5,10.5圈,左旋;外彈簧:φ8,8.5圈,右旋。五、鎖塊(夾):1、作用:連接氣門桿與彈簧座;傳遞彈簧的彈力。2、構(gòu)造:外表面為錐面,與彈簧座相配;內(nèi)表面有一凸環(huán),與氣門桿上環(huán)槽相配;為安裝方便,做成剖分狀?!欤担?/p>
氣門驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)
一、正時(shí)齒輪:1、作用:
曲軸按一定規(guī)律,傳動(dòng)凸輪軸。2、安裝位置:在機(jī)體前端齒輪傳動(dòng)箱內(nèi)。3、布置:共有8個(gè)齒輪:主動(dòng)齒輪——曲軸正時(shí)齒輪1個(gè);從動(dòng)齒輪——左右凸輪軸正時(shí)齒輪各式各1個(gè);中間齒輪——5個(gè)。m=7,α=20,中間齒輪裝在支架上(有滾動(dòng)軸承),傳動(dòng)比i=n凸/n曲=1/2。合金鋼,滲碳處理。
二、凸輪軸、凸輪軸軸承和凸輪:(一)凸輪軸:1、作用:按一定規(guī)律,控制進(jìn)排氣門的開啟與閉合。2、構(gòu)造:安裝在氣缸的兩側(cè),左、右各一根,每根分4段組成,每根上有8×3=24個(gè)凸輪。合金調(diào)質(zhì)鋼,中空油路,軸頸高頻淬火,凸輪中頻淬火。3、軸端連接:右凸輪軸:連測速發(fā)電機(jī)——司機(jī)室柴油機(jī)轉(zhuǎn)速表;左凸輪軸:連調(diào)控裝置傳動(dòng)齒輪——帶動(dòng)調(diào)節(jié)器、停車器、機(jī)械轉(zhuǎn)速表。
(二)凸輪軸軸承:每根凸輪軸有9道軸承,全是滑動(dòng)軸承。其中:1道——徑向,較寬,機(jī)油由此進(jìn)入(剖分式);2~8道——徑向,較窄,全相同;9道——止推軸承,整體式。各軸頸上有出油孔。(三)凸輪:基圓半徑R50,作用角β=145度,最大升程是15.5毫米(氣門最大開度20.4毫米)。進(jìn)排氣凸輪型線相同,為平頂對稱函數(shù)曲線凸輪;油泵凸輪是不對稱圓弧凹面凸輪。凸輪的布置:1、同一根凸輪軸上的同名凸輪按發(fā)火順序排列;2、同一氣缸的進(jìn)、排凸輪及油泵凸輪按配氣相位圖和噴油提前角決定。三、挺柱及推桿:1、作用:傳力。2、挺柱:滾輪式,由挺柱、導(dǎo)筒、挺柱頭、挺柱彈簧、挺柱蓋、滾輪、導(dǎo)向軸、軸承、導(dǎo)向槽及銷釘?shù)冉M成。3、推桿:球面座,無縫鋼管,長516毫米。四、搖臂、搖臂軸、搖臂座及橫臂:1、搖臂:傳力杠桿,模鍛,截面呈工字形,軸孔中是錫青銅襯套,一端壓球,一端調(diào)整螺栓、鎖緊螺母,內(nèi)有油道,杠桿比153.5/116/5=1.3176。2、搖臂軸:空心,作油道,與搖臂配合間隙0.025--0.085毫米。3、搖臂座:柜形箱體,用4個(gè)螺釘固定在缸蓋上。4、橫臂:套在導(dǎo)桿上,起到控制同名氣門同時(shí)開啟或關(guān)閉的同步作用。
五、配氣機(jī)構(gòu)各零件的潤滑油路:1、正時(shí)齒輪:主油道——分油器——油管——嚙合面——曲軸箱。2、凸輪軸軸承:主油道——油管——第一位軸承——凸輪軸油孔——各位軸承——曲軸箱。§5-6
氣門間隙和配氣正時(shí)的調(diào)整
一、氣門冷態(tài)間隙的調(diào)整:(一)氣門間隙:當(dāng)柴油機(jī)在冷態(tài)下,氣門處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí),氣門驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)各零件間的總間隙。冷態(tài):指機(jī)內(nèi)的油、水溫度不高于40度。裝配時(shí)預(yù)留有一定的氣門間隙。(二)為什么要預(yù)留一定的氣門間隙:不留或留的太小,柴油機(jī)工作時(shí),機(jī)件受熱伸長,氣門必然關(guān)不嚴(yán),燃?xì)饴┬?,氣體壓縮溫度、壓力降低,柴油功率下降,效率下降,氣門燒損。如果留的間隙太大,柴油機(jī)工作時(shí),配氣機(jī)構(gòu)零件產(chǎn)生沖擊及噪音,并且實(shí)際進(jìn)、排氣過程縮短,影響換氣,柴油機(jī)功率、效率下降。排氣門一般比進(jìn)氣門留的間隙大。16V240ZJB柴油機(jī)排氣門間隙0.5--0.55,進(jìn)氣門間隙0.4--0.45。16V240ZJB型柴油機(jī)各缸測量調(diào)整氣門間隙和分組情況2、調(diào)整的基本原理:轉(zhuǎn)動(dòng)曲軸,確認(rèn)氣門處于關(guān)閉狀態(tài)。旋動(dòng)搖臂上的調(diào)整螺釘,并用工具測定氣門間隙,達(dá)到規(guī)定值為止,使其符合規(guī)定要求。(下旋為小,上旋為大)。
(三)調(diào)整的基本原理:1、調(diào)整氣門間隙的三個(gè)基本前提條件:三者缺一不可。⑴柴油機(jī)處于冷態(tài);⑵要調(diào)的氣門必須處于關(guān)閉狀態(tài);⑶壓縮比已經(jīng)調(diào)定。新組裝的柴油機(jī)要預(yù)留氣門間隙,更換配氣機(jī)構(gòu)時(shí)要調(diào)整,舊機(jī)器使用中要校核。二、配氣正時(shí)的調(diào)整:(一)對配氣正時(shí)的要求:各個(gè)氣缸的進(jìn)、排氣門要按照配氣相位圖開閉;并且各缸的同名氣門按照柴油機(jī)的工作順序開閉;上述兩個(gè)要求必須同時(shí)滿足,才能算作配氣正時(shí)。(二)調(diào)整配氣正時(shí)的原理:1、分析:⑴配氣正時(shí),要求氣門的開閉要按規(guī)定開閉。如:活塞在下止點(diǎn)前42°20′,排開;活塞在上止點(diǎn)后42°20′,排關(guān)。⑵凸輪軸的位置決定氣門開閉狀態(tài);曲軸的位置決定活塞在氣缸內(nèi)的位置。⑶曲軸與凸輪軸相對位置調(diào)整正確,即能確保氣門在規(guī)定的時(shí)刻開閉。因此,配氣正時(shí)的調(diào)整就是調(diào)整凸輪軸相對于曲軸的相對位置,配氣正時(shí)的校核即是校核凸輪軸相對于曲軸的相對位置。如果調(diào)整到曲軸使活塞處于上止點(diǎn)前42°20′時(shí),凸輪軸正好使相應(yīng)氣缸的進(jìn)氣門打開。當(dāng)曲軸使活塞處于下止點(diǎn)后42°20′時(shí),凸輪軸正好使相應(yīng)的氣缸的進(jìn)氣門關(guān)閉,那進(jìn)氣就算正時(shí)。同理,排氣門開閉正時(shí)。⑷只要一個(gè)氣缸的一種氣門準(zhǔn)時(shí),其它各缸的進(jìn)、排氣門也一定正時(shí),因?yàn)樵谝桓馆嗇S上,同名
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