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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(duì)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(duì)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(zhǎng)。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(duì)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(jiǎn)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?jī)刹糠纸M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(rùn)滑條件差;汽缸中燃燒生成物中的物質(zhì)對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(jiǎn)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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