第三章配气机构.docx

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第三章配气机构

第三章　　配气机构

第一节概述

一功用：

按照柴油机各缸工作循环的需要，定时地开启和关闭进、排气门，使新鲜空气及时进入汽缸、废气及时排出汽缸。

要求：

进气充分、排气彻底、相位准确、密封可靠。

二、分类：

根据气门的安装位置，气门—凸轮式配气机构可分为顶置气门式和侧置气门式两种，而公路工程机械用柴油机多采用顶置气门式配气机构。

三、结构介绍

1、顶置气门式：

气门布置在气缸盖上，凸轮轴一般布置在上曲轴箱上。

（1）组成：

分为气门组、传动组；气门组包括气门、气门导管、气门弹簧、气门弹簧座、气门锁片等零件；传动组包括摇臂、摇臂轴及其支架、调整螺钉、推杆、挺杆、凸轮轴、凸轮轴正时齿轮等零件。

（2）工作过程：

当汽缸的工作循环需要将气门打开进行换气时，由曲轴通过正时齿轮驱动凸轮轴旋转，使凸轮轴上的凸轮凸起部分通过挺柱、推杆、调整螺钉推动摇臂摆转，摇臂的另一端便向下推开气门，同时使气门弹簧进一步压缩。

凸轮的凸起部分的顶点转过挺柱后便逐渐减小了对挺柱的推力，气门在其弹簧张力的作用下开度逐渐减小，直至最后关闭，进气或排气过程即告结束。

压缩和作功冲程中气门在其弹簧张力作用下严密关闭，使汽缸密闭。

2、侧置气门式

气门顺装在气缸体的一侧，凸轮轴只能下置，由挺杆直接驱动气门，由于气门偏置于气缸的一侧，燃烧室结构不紧凑，散热损失大，热效率低，多不采用。

四、气门间隙

1、定义：

柴油机冷态装配时，在气门与其传动机构中留有适当的间隙，称气门间隙。

2、原因：

补偿气门受热后的膨胀量。

3、影响：

气门间隙过小，柴油机在热态下可能因气门关闭不严而发生漏气，导致气门烧坏。

气门间隙过大，则使传动零件之间以及气门和气门座之间产生撞击响声并加速磨损。

同时，也会使气门开启的持续时间减少，汽缸的充气以及排气效果变坏。

4、调整：

（1）调整时刻：

气门完全关闭时，即挺柱与凸轮基圆弧接触，传动组位于最低位置时。

（2）调整位置：

（3）调整方法：

第二节：

配气相位

一、概念：

用曲轴转角表示的进、排气门开闭时刻和开启持续时间称为配气相位。

配气相位可以用配气相位图表示，亦可用文字和表格表示。

二、气门早开迟闭的必要性

1、凸轮驱动气门的开放与关闭的运动是一个过程，要占用一定的时间。

2、发动机的转速很高，一个行程占有的时间很短。

以上原因导致气门全开的时间很短促，难以做到进气充分、排气彻底。

三、进气门配气相位：

1、进气提前角：

从进气门开启到活塞运动到上止点所对应的曲轴转角，用α表示，α=10—30度曲轴转角。

2、进气滞后角：

从下止点到进气门关闭所对应的曲轴转角，用β表示，β=40—80度曲轴转角。

3、进气持续时间：

α+180+β度曲轴转角。

四、排气门配气相位：

1、排气提前角：

从排气门开启到活塞运动到下止点所对应的曲轴转角，用γ表示，γ=40—80度曲轴转角。

2、排气滞后角：

从上止点到排气门关闭所对应的曲轴转角，用δ表示，δ=10—30度曲轴转角。

3、排气持续时间：

γ+180+δ度曲轴转角。

五、气门的叠开：

由于进气门的早开和排气门的滞后关，在排气终了和进气开始出现气门同时开启的现象，称为气门叠开。

发动机的结构不同，转速不同，配气相位也不相同。

第三节主要机件

一、凸轮轴及其驱动装置

1、功用：

驱动和控制各缸气门的开启和关闭，使其符合柴油机的工作顺序、配气相位及气门开度的变化规律等要求。

气门运动应符合的规律：

（1）发动机的工作循环；

（2）发动机的工作顺序；

（3）配气相位；

（4）气门在运动中的位置（位移，升程）与曲轴转角的关系；

（5）气门运动的速度及加速度。

如何实现气门的运动规律（影响配气相位的因素）：

（1）凸轮具有一定的轮廓形状及排列；

轮廓形状——控制配气相位及气门升程与曲轴转角的关系；

凸轮排列——保证气门符合发动机工作循环与工作顺序规律；

（2）正时齿轮的正确装配与啮合；

（3）凸轮轴、曲轴的轴向位置相对固定——安装限位装置；

（4）气门间隙的正确调整。

2、凸轮轴的结构：

凸轮轴主要由凸轮、凸轮轴轴颈等组成。

（1）凸轮：

1）凸轮的轮廓：

气门的开启和关闭及气门开启持续时间必须符合配气相位的要求，这主要由凸轮的轮廓保证，目前主要采用“四圆弧”凸轮，由基圆弧、顶圆弧和两侧腹弧组成。

2）同名凸轮的相对角位置：

凸轮轴上各缸进气（排气）凸轮，称同名凸轮；同名凸轮相对角位置与凸轮轴的转动方向、各缸的工作顺序和作功间隔角有关。

同名凸轮夹角为360/i。

i为汽缸数。

3）异名凸轮的相对角位置：

同一汽缸的进、排气凸轮，即为异名凸轮；异名凸轮相对角位置，是由柴油机的配气相位和凸轮轴的转向所决定的。

（2）凸轮轴轴颈：

为便于拆装，轴径的直径比凸轮轮廓大，且由前向后逐渐减小，可从座孔中抽出，也有一样大的。

3、凸轮轴轴承：

凸轮轴轴承一般做成衬套压入整体式的座孔内，经加工后，与轴颈配合，其材料多与曲轴轴承相同，由低碳钢背内浇减磨合金制成，也有的用粉末冶金衬套或铜套。

4、凸轮轴的驱动：

由曲轴通过传动装置来驱动，柴油机多用齿轮式传动装置。

5、凸轮轴的轴向限位：

为了防止凸轮轴在工作中产生轴向窜动和承受斜齿轮产生的轴向力，凸轮轴设有轴向限位装置。

常用的限位装置有轴端限位螺钉、止推板与调节环。

二、气门及气门座

1、气门

（1）工作条件

1）温度高：

排气门工作温度为：

500~800℃，进气门也能达300~600℃，高温影响材料的强度极限，使气门受热变形。

2）承受落座时由惯性力引起的冲击性交变载荷

3）易受腐蚀：

直接接触燃烧室内的腐蚀介质。

4）冷却及润滑困难

（2）材料：

进气门：

通常用中碳合金钢，如铬钢、镍铬铜、铬钼钢等；

排气门：

由于热负荷大，一般采用耐热钢，如硅铬钢、硅铬钼钢、硅铬锰钢等。

（3）结构分析

1）基本结构：

气门分为：

气门头和气门杆两部分。

2）气门头：

气门头部的形状有凸顶、平顶和凹顶。

3）气门杆：

作用：

良好的导向、散热。

要求：

较高的加工精度和较低的粗糙度，与气门导管保持正确的配合间隙。

3）气门杆尾端的结构：

与弹簧座的固定和气门的防脱装置以及气门的机油防漏装置有关。

弹簧座的固定；气门的防脱装置；气门油封

（4）气门的主要结构尺寸：

1）气门头直径：

进气门直径应大于排气门直径。

2）气门锥角：

气门头工作锥面与气门头顶平面的夹角称为气门锥角，常用的气门锥角为30º和45º。

2、气门座：

汽缸盖（或缸体）的进、排气道与气门锥面相结合的部位称为气门座。

45度（或30度）的锥面是与气门工作锥面相座合的工作面，其宽度b通常为1mm~3mm，过宽时，单位座合压力减小，且易垫上杂物，密封可靠性差；过窄时，面积小，气门头散热能力差。

这一锥面应与气门工作锥面的中部附近相座合。

15度和75度角是用来修正工作锥面的宽度和上下位置的，以使其达到规定的要求。

气门干涉角：

三、气门弹簧

1、作用：

克服运动零件的惯性力，使气门自动回位关闭，并保证气门与气门座的座合压力。

气门弹簧是圆柱形螺旋弹簧，其一端支撑在汽缸盖上，而另一端则压靠在气门杆端的弹簧座上。

2、防共振的措施：

（1）提高气门弹簧的自然振动频率；

（2）采用反向双气门弹簧

（3）采用不等距弹簧（变螺距弹簧）；（4）气门弹簧内设阻尼片

四、挺柱与推杆

五、摇臂和摇臂组

六、气门间隙的调整

1、气门间隙调整的原则：

挺柱（或摇臂）必须落在凸轮的基圆上，即气门处于完全关闭时才可调整。

由于气门开始开启和关闭时，挺柱（或摇臂）是在凸轮的缓冲段内某点上，而且配气相位往往产生一定的偏

差，所以不仅气门开启过程不能调，而且将要开启和刚关闭不久的一段时间内也不能调。

即正在进气、将要进气、进气刚完的进气门不能调，正在排气、将要排气、排气刚完的排气门不能调。

2、逐缸调整法：

就是一个缸一个缸的调整。

根据发动机的发火顺序，逐缸地在压缩行程终了，活塞到达上止点时，调整这一气缸的进、排气门。

3、两次调整法：

根据发动机的工作循环及顺序，首先找到第一缸活塞的压缩上止点、调整其中的一半气门。

然后，将曲轴转动一周，再调整余下的所有气门间隙。

确定可调气门：

现以一台工作顺序为l一5—3—6—2—4的直列六缸发动机为例，当第一缸处于压缩上止点位置时，根据发动机的工作顺序及配气相位分析可调气门为：

第一缸双门关闭，进、排气门均可调；第五缸进气刚结束，进气门不可调，但排气门完全关闭可调；第三缸正在进气，但排气门完全关闭可调；第六缸处于排气终了，双门叠开均不可调；第二缸正在排气，排气门不可调，但进气门完全关闭可调；第四缸处在作功过程．距排气很近，排气门不可调，但进气门完全关闭可调。

同理，将曲轴旋转一周，可分析出剩余的气门是可调的。