柴油机配气机构系统介绍

1、柴油机配气机构系统介绍配气机构的功用是按照发动机各缸工作次序的要求， 在每一工作循环中按时开启和关闭各气缸的进、 排气门，以保证各缸准时吸进清洁空气，并及时排出废气。因此要求配气机构具有进气完善、 排气彻底、噪声低、振动小、工作可靠、维修保养方便、使用寿命长等特性。配气机构一般由气门组和气门传动组等组成。（如下图） 装载机的发动机一般都采用气门顶置式配气机构。这种机构的发动机的进排气门均布置在气缸盖上。柴油机工作时，曲轴通过正时齿轮驱动凸轮轴旋转，当凸轮轴的凸轮凸起部分顶起挺杆时，通过推杆、调整螺钉使摇臂摆动，在消除气门间隙后，压缩气门弹簧，使气门开启。由于气门摇臂的两臂不等长，可实现凸轮在较

2、小升程的情况下气门有较大的开度。当凸轮的凸起部分离开挺杆后，气门便在气门弹簧的弹力作用下压紧在气缸盖的气门座圈上，使气门关闭。四冲程柴油机每完成一个工作循环，曲轴需转两周，各缸的进、排气门各开启一次，即凸轮轴只需转一周。所以，曲轴与凸轮轴的转速比为2 ：1。 气门的开启与关闭由凸轮轴上的凸轮通过挺柱直接控制。 一、 气门组气门组包括气门、气门导管、气门座及气门弹簧等，有的气门组还设有气门旋转机构。 对气门组的基本要求是气门与气门座配合紧密，在高温条件下工作可靠。为此气门组必须满足： 气门与气门座配合锥面严密；气门导管对气门杆导向正确，不使气门卡滞、倾斜；气门弹簧有足够的刚度和预紧力，且两端面应

3、与气门中心线垂直。1.气门气门用来控制进、 排气道的开启和关闭。气门由菌状头部和圆柱状杆部两部分组成。气门头部的工作温度高， 而且还要承受气体压力、弹簧弹力以及气门传动组零件的惯性力作用，其冷却和润滑条件差。因此要求气门必须有足够的强度、刚度、耐热和耐磨性能。进气门的材料一般采用合金钢，排气门则常采用耐热合金钢。 为减小进气阻力，提高气缸充气效率，多数柴油机进气门的头部直径比排气门大，以增大进气通流面积。气门密封锥面的锥角称为气门锥角。 2. 气门座气门座与气门头部共同对气缸起密封作用， 并接受从气门传来的热量。气门座在高温下工作， 磨损严重。所以，很多柴油机的气门座采用较好的材料单独制成气门

4、座圈，然后镶到气缸盖上。 为保证气门密封良好， 装配前应将气门头与气门座（圈）二者的密封锥面相互研磨（必要时，应铰削气门座或气门座圈），研磨后气门与气门座圈的接触带应均匀、连续，不允许有断线现象以保证有良好的密封。3.气门导管气门导管主要起导向作用， 保证气门作直线往复运动，使气门与气门座能正确贴合。气门导管与气缸盖之间采用过盈配合， 安装时将气门导管压入气缸盖。气门杆与气门导管之间一般有0.050.12mm的间隙， 使气门能在导管中自由运动。为了防止过多的机油通过气门导管与气门杆之间的间隙进入燃烧室， 在气门导管上（一般进气门的气门导管为多）通常装有气门油封，如果气门油封失效，往往会造成大量

5、机油进入气缸，使柴油机冒兰烟。4.气门弹簧气门弹簧的功用是利用其弹力来关闭气门。 当驱动气门开启的推力撤除后，气门便在弹簧弹力的作用下及时与气门座贴合，以保证其密封性。二、气门传动组 气门传动组主要包括凸轮轴、 正时齿轮、挺柱、推杆、摇臂和摇臂轴等。气门传动组的作用是使进排气门能按配气相位规定的时刻开闭，并保证有足够的开度。1.凸轮轴凸轮轴是控制各缸进、排气门开启和关闭的重要零件。为此，凸轮轴上配置有各缸进、排气凸轮， 使气门按一定的工作次序和配气相位开闭，并保证气门有足够的升程。凸轮在工作中受到气门间歇性开启的周期性冲击载荷， 因此要求凸轮表面耐磨，并要求凸轮轴有足够的韧性和刚度。发动机工作

6、时， 凸轮轴的变形会影响配气相位。因此，多数发动机凸轮轴采用全支承以减小其变形。 但支承过多，加工工艺较为复杂，所以一些发动机采用每隔两个气缸设置一个轴颈支承。为安装方便，凸轮轴各轴颈的直径从前向后依次减小，安装时要加以注意。凸轮轴通常由曲轴通过一对正时齿轮驱动， 小齿轮用半圆键装在曲轴的前端，大齿轮则固定在凸轮轴的前端，曲轴与凸轮轴的转速比为2:1。为了保证正确的配气相位和发火时刻，在两正时齿轮上均刻有安装记号。装配时必须将正时记号对准。2. 挺杆挺杆也叫挺柱， 气门顶置式配气机构挺杆的功用是将凸轮的推力传给推杆、摇臂，开启气门。3. 推杆推杆的作用是将从凸轮轴经过挺杆传来的推力传给摇臂，它

7、是配气机构中最容易弯曲的零件。因此，要求有很高的刚度。4.摇臂摇臂实际上是一个双臂杠杆， 其功用是用来将推杆传来的力改变方向，并作用到气门杆端以推开气门。 摇臂短臂端的螺纹孔中旋入用以调节气门间隙的调节螺钉。螺钉的球头与推杆顶端的凹球座相接触。三、配气相位及气门间隙1. 配气相位就是进、排气门的实际开闭时刻从理论上讲， 四冲程发动机的气门开启和关闭都应在活塞冲程的开始和终了时实现。即： 进气门应在上止点时开启，在下止点时关闭；排气门则在下止点时开启，在上止点时关闭。进气时间和排气时间各占 180曲轴转角。但现代工程机械用柴油机的转速都很高，活塞每一冲程所经历的时间都极短。在标定功率时的转速为2

8、200r/min， 一个冲程经历的时间仅为0.0136秒。这样短的时间，往往会造成柴油机充气不足和排气不彻底，从而使机器输出功率不足。为了尽可能地增大进、 排气时间，以使气缸中能充气较充足、排气较彻底，现代柴油机都采取延长进排气时间的方法。(1) 进气门早开迟闭：进气门在上止点前提前开启的目的是为了保证在进气冲程开始时， 进气门已开大，新鲜空气能顺利地充入气缸。进气门延迟关闭是有利于气缸充气的。 (2)排气门早开迟闭：排气门的开启时间在活塞到达下止点之前，使一部分废气迅速排出气缸。排气门关闭的时间延迟至上止点之后，以借助废气在排气管中气流的惯性，使废气排放地较为彻底。(3)气门重叠角：在活塞上

9、止点附近，存在着进气门早开和排气门迟闭的现象，即进、排气门是同时开启的，这种现象称为“气门重叠”。进气提前角加上排气延迟角，称为气门重叠角。自然吸气式柴油机的气门重叠角一般为2060，增压型柴油机的气门重叠角一般为40140。不同型号的柴油机，由于结构型式不同、转速不同，因此配气相位也不相同。合理的配气相位是发动机制造企业根据发动机的性能要求，通过优化设计和反复试验确定的。2.气门间隙气门间隙是指气门杆尾端与气门摇臂之间留有的间隙，柴油机运转过程中，气门及各传动件会受热膨胀，导致气门密封不严。为了保证气门的密封性，必须在气门与传动件之间预留有一定的间隙。气门间隙的大小由发动机制造企业通过试验的

10、方法确定。柴油机在运转过程中，由于配气机构各传动件的磨损，以及气门间隙调整螺钉松动等原因，可能会引起气门间隙发生变化。因此，在维护保养时应注意检查该间隙。必要时，按照柴油机使用维护说明书中规定的间隙进行调整。3.气门间隙的调整(1)一般调整法检查和调整气门间隙时， 必须在所检查、调整的气门处于完全关闭状态下，即该缸正处于压缩上止点位置时进行。 对于多缸机来说，一般可根据飞轮壳上的刻线，判定第一缸的压缩上止点。刻度线标明的一般为2个气缸的上止点位置，这时可根据喷油状况断定第一缸压缩上止点， 也可根据工作次序，观察其它缸的工作情况判定压缩上止点。第一缸调整结束后， 根据多缸柴油机工作次序，转动曲轴

11、，逐缸进行调整。采用此方法比较可靠，但如果缸数多，则显得比较繁琐，熟练时可按此方法验证用快速调整法调整的气门间隙。(2)快速调整法首先确定第一缸压缩上止点， 方法同前。运用柴油机各缸工作次序，推算出第一缸在压缩上止点时处于关闭状态的各缸气门，逐一进行调整。然后将曲轴旋转360，再调整剩余的气门。现以装载机中使用较多的缸柴油机为例，介绍该“快速调整法”。六缸柴油机的工作次序为153624， 由此可推算出，当缸处于压缩上止点时，缸的进气门、缸的排气门、缸的进气门、缸的排气门均处于完全关闭状态。与缸的进气门和排气门结合起来可以看出： 当缸处于压缩上止点时，从第缸开始可按“进排、进、排、进、排”的口诀

12、依次对6个气门进行调整。只不过第缸是调整进、排两个气门，而其它四缸每缸只调整一个气门。同样，将曲轴旋转360，当第六缸处于压缩上止点时（此时第一缸气门重叠） 则从第缸开始，按“进排、进、排、进、排”的口诀进行调整。 不难看出，这一次调整的气门，正是第缸处于压缩上止点时剩下未调整的气门。 不论进、排气门的排列如何，只要能正确区分出每缸的进气门和排气门，就可以按照这种方法进行调整。该方法只使曲轴旋转两周（720），就可将所有气门调整结束，简便易行。但是，需要对柴油机的工作次序有充分的理解。四、 进.排气系统 柴油机进排气系统由涡轮增压器、进气管、排气管、空气滤清器及消音器等组成。（如图）1.进排气

13、管 一般地，柴油机进排气管分别安装在机体的两侧，并分别与气缸盖上的进排气道相连，其功用是引导新鲜空气进入气缸，并使废气从气缸内排出。 柴油机进排气管一般用铸铁制成， 进排气管气道的轮廓做成圆滑的形状，使气流方向及剖面尺寸无骤然变化，以减小气体的流动阻力。2.空气滤清器空气滤清器的功用是滤除空气中的灰尘和杂质， 以减少气缸、活塞和活塞环以及气门等零件的磨损，延长柴油机的使用寿命。空气滤清器一般通过管路与进气管相连，检查安装时应注意管路的密封性，以免影响滤清效果。为了保证柴油机的正常运行，必须按使用维护说明书的要求，定期对滤芯进行除尘或更换，作业环境恶劣时，则应提前对空气滤清器进行保养。3.排气消

14、声器排气消声器的功用是减少气缸中燃烧废气排出时的强烈噪声，以及消除废气中的火焰及火星。 排气消声器一般由薄钢板冲压然后焊接制成。其基本原理是消耗废气中的气流能量，并平衡排出废气流的压力波动。五、采用增压、中冷的进排气系统 空气增压系统流程如图1.工作原理：当环境温度为20时，新鲜空气经过空气滤清器后，进入增压器压气机进气口，经增压后，从压气机进气口进入进气管道，空气密度增加，温度升高，压气机出气口处的空气温度为135左右；经过长的进气管，增压后的新鲜空气流至中冷器进气口端时空气温度为120左右；经过中冷器冷却后，空气从中冷器出气口出来，温度降为50，然后进入发动机进气管；当到达各缸缸盖进气道内

15、，空气温度稍有升高，为55左右；新鲜空气经进气门吸入气缸，经过压缩，空气温度、密度骤增，达到上止点前喷油提前角度曲轴转角时，喷入的柴油达到所需的自燃温度和压力，空气与燃油混合燃烧后膨胀做功；进入排气冲程，排气门打开，废气经缸盖气道时的废气温度高达600以上；经过排气歧管，进入增压器涡轮，高温废气推动涡轮高速旋转后从涡轮出气口排出，温度降为440左右；经过排气制动阀体通道和活动球节管（或膨胀伸缩管）进入消音器，经过消音、除碳粒后排入大气。 2.涡轮增压器的结构和工作原理（如上图）（1）结构涡轮增压器主要由压气机和涡轮两部分组成。 压气机部分：主要包括单级离心式压气机、扩压器和压气机壳。涡轮部分：

16、主要包括涡轮壳、单级径流式涡轮。涡轮轴与涡轮采用摩擦焊接连成一体。压气机叶轮以间隙配合装在涡轮轴上，并用螺母压紧，涡轮与轴总成、压气机叶轮经过精确的单体动平衡，以保证高速旋转下正常工作。增压器的转子支承采用内支承型式，全浮动式浮动轴承位于两叶轮之间的中间体内，转子的轴向力靠止推轴承端面来承受。在涡轮端和压气机端均设有密封环装置。压气机端还有挡油罩，以防止润沿油的泄漏。压气机壳、涡轮壳、中间体是主要固定件，涡轮壳和中间体采用螺栓、压板连接，压气机壳与中间体间通过扩压器后板或螺栓、压板连接。压气机壳可绕轴线在任意角度进行安装。增压器的润滑：采用压力润滑，润滑油从机身上主油道进入进油口，进入润滑系统，然后通过回油管流回发动机的油底壳。（2）工作原理：因为燃油需要与空气混合才能完成燃烧冲程，一旦发动机的空燃比达到某一值后，再增加燃油，除了将黑烟和未燃尽的燃油排到大气中外，不会产生更多功率。发动机供油越多，黑烟就越浓。因此，超过空燃比极限后，增加供油量只会造成燃油耗过大、大气污染、排温升高，柴油机寿命缩短，由此可见，