第5章配气机构

第五章

柴油机的换气及配气机构

换气过程：每一工作循环中的排气与进气过程的总称。

配气机构：换气过程的控制机构。

对换气过程的要求：进气充分，排气干净；

对配气机构的要求：准时，正确，密封。§

５－１四冲程柴油机的换气过程和换气损失一、换气过程：指从排气门开到进气门关的全过程。四冲程非增压柴油机的局部示功图：从局部示功图上分析，按其特征分为四个阶段：b'--b

自由排气阶段；b--r--r0强制排气阶段；

r'--r--a--a'进气阶段；r'--r--r0燃烧室扫气阶段。（一）自由排气阶段：排气门开——下止点，

b'--b

排气提前角θｅ=40--70度。特点：气缸内外压差大，排气速度高（音速），流量大。排气门提前开：①保证下止点有一定开度；②降低排气背压，减少耗功；③保证下止点有一定流量。（二）强制排气阶段：下止点——排气门关，ｂ--r--r0特点：活塞排挤废气，消耗功，θｅ′=10--70度，排气系统阻力关系，排气线在大气压力线之上，由于Ｖｃ存在，废气有一定残留。排气门晚关：①充分利用气流惯性；②减少排气节流损失；③构成扫气过程。

（三）进气阶段：进气门开——进气门关，r'--r--a--a'θｉ=15--70度，θｉ′=20--60度。特点：靠活塞抽取作用进气，进气系统有阻力存在，进气线在大气线之下。进气门早开：①保证上止点有一定开度；②保证上止点有一定流量；③减少抽取真空度，减少功耗。进气门晚关：①利用气流惯性；②减少节流损失。（四）燃烧室扫气阶段：进气门开——排气门关，r'--r--r0特点：进气系统、燃烧室、排气系统沟通，进排气过程交叉进行；利用新气扫除气缸内废气。气门重叠角αｍ＝θｉ＋θｅ′。气门重叠对柴油机的作用：①用新气清扫废气，提高换气效果；②扫气过程中，由于进气对活塞、燃烧室、气门进行了冷却，提高机件的使用寿命；③扫气中，新气与废气参混，降低排气温度，对增压柴油机而言，废气温度降低，提高了涡轮的使用寿命；④扫气使气缸温度降低，从而使进气密度提高，增加进气量。θｉ不能过大——废气倒灌；θｅ′不能过大——新气损失。增压柴油机的换气过程。§５－２

柴油机的充量系数及提高充量系数的措施一、四冲程柴油机的充量系数：从量上评价换气过程的好坏。（一）充量系数的定义：每一循环中实际进入气缸中的空气量（G）与进气管状态下理论上可能充满气缸工作容积（Vh）的空气量之比（Go）。ηv＝Ｇ／GoＧ——进气末了状态下气缸内实际所有的空气量；Go——进气管状态下理论上可能充满Vh空气量。非增压柴油机进气管状态（Po，To）；增压柴油机的进气管状态（Ps，Ts）。（二）充量系数的公式：假定进气末了气缸内状态是（Pa，Ta），气缸内空气量是Ga。进气末了气缸内空气量是Ga

Ｇａ＝Ｇ＋Ｇｒ（Ｇ——新气量；Ｇｒ——上一循环残留的废气量）Ｇａ＝Ｇ（１＋Gｒ／G）＝G（１＋γｒ）γｒ＝Ｇｒ／Ｇ

——残余废气系数）(三)影响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、提高充量系数的措施：（一）减小进气系统阻力，提高进气末了压力Pa：１、选择后适的空滤器，并注意清扫；２、进气管道要粗、短，减少弯头；３、进气管道壁面光滑；４、增大进气门直径及采用双气门；５、正确设计凸轮型线，使气门开闭迅速，减少节流；６、中冷器要正确设计，减小阻力。（二）减小排气系统的阻力，减小γr：１、排气管道要粗、短，减少弯头；２、排气管道壁面光滑；３、增大排气门直径及采用双气门；４、正确设计凸轮型线，使气门开闭迅速；５、消音器要阻力小，并经常清扫。（三）选择最佳的配气相位角，减小γr和Ta：θｉ不能过大——防废气倒流；θｉ′不能过大——减小压缩比，防新气挤出；θｅ不能过大——换气损失增大；θｅ′不能过大——新气损失过多。气门重叠角αｍ增大时，Ｔa↓，γr↓。（四）降低进气终了温度Ｔａ：１、进排气管尽可能分开布置，防止排气管对进气管加热；２、提高中冷器的冷却效果（传热效果）；３、改善燃烧，降低排乞温度；４、加强燃烧室扫气；５、加强对高温零件冷却。（五）利用排气的脉冲效应。§５－３

配气机构的总体布置

一、配气机构的作用：按照工作循环的要求，正确、准时地控制进、排气门的开启和关闭。有规律的开闭。要求：进、排气门的启闭严格按照配气正时和发火顺序，保证换气过程准时进行；气门开度大小和气门启闭过程符合换气过程的要求；气门关闭时有良好的密封性；机件的惯性冲击小，振动和噪音小；结构简单，工作可靠，便于调整和维修。

凸轮轴气门挺柱气门推杆气门摇臂气门横臂气门1-阀座；2-气阀；3-气阀导管；

4-气阀弹簧；5-簧盘；

6-卡块；7-气缸盖二、配气机构的组成：（一）气门机构：气门、气门座、气门导管、气门弹簧、弹簧座、锁块等；（二）气门驱动机构：正时齿轮、凸轮轴、挺柱、推杆、摇臂、摇臂轴、摇臂座。凸轮轴位置三、配气机构的动作过程曲轴旋转，通过曲轴正时齿轮和齿轮传动装置带动凸轮轴转动。挺柱滚轮贴紧于凸轮型面，当挺柱由凸轮型面推动上升时，气门推杆及摇臂与推杆接触的一端也被顶上移，摇臂绕摇臂轴摆动，摇臂的另一端压气门横臂向下，气门横臂压在两个同名气门上，使气门弹簧压缩，气门下降而离开气门座孔，气门因此逐渐开启。当挺柱滚轮与凸轮在型面顶端接触时，气门弹簧压缩量达最大值，气门开度最大。当凸轮型面的顶端转过之后，气门挺柱和气门推杆逐渐下移，摇臂回摆，摇臂对横臂和气门弹簧的压力减小，在气门弹簧复原力作用下，气门随之上升，气门逐渐与气门座接近，即气门开度逐渐减小，最后达到气门全闭——气门与气门座贴紧密闭气缸。当气门全闭时，气门横臂与摇臂脱离接触。

四、16V240ZJB型柴油机配气机构总体布置

§５－４

气

门

机

构

一、气门：１、作用：控制进排气；密封燃烧室；传热。２、工作条件：温度高（排

750--850度，进

350--500度）；开闭次数高，冲击噪音；润滑条件差；磨损严重。3、构造：耐热合金钢。由气门杆、气门盘两部分构成，进排气门大致相同，盘有锥面，斜角是45度，杆镀钛，氮化处理，锥面与座研磨，磨出2--2.8毫米.

16V240ZJB型柴油机的气门气门头即典型形状16V240ZJB型柴油机的气门机构二、气门座：１、作用：与气门配合形成密封面，支承气门，传热。２、构造：耐热模具钢。φ90×12，由锥面与气门研配，用过盈配合压装在气缸盖上，防松脱。三、气门导管：１、作用：引导气门运动；保证气门与气门座配合。２、构造：合金铸铁，长194毫米。与气缸盖过盈配合，压配后精铰，保证与气门杆配合间隙，配合面上有四道１×２密封槽。四、气门弹簧：１、作用：保证气门与座的密封，防止振动；使气门开闭受凸轮控制；弹力过大要消耗更多的功。２、构造：弹簧钢。采用双弹簧，增加弹力，提高可靠性，减小尺寸。为了防止断裂后卡住，内外弹簧绕向相反。内弹簧：φ５，10.5圈，左旋；外弹簧：φ８，8.5圈，右旋。五、锁块（夹）：１、作用：连接气门杆与弹簧座；传递弹簧的弹力。２、构造：外表面为锥面，与弹簧座相配；内表面有一凸环，与气门杆上环槽相配；为安装方便，做成剖分状。§５－５

气门驱动机构

一、正时齿轮：１、作用：

曲轴按一定规律，传动凸轮轴。２、安装位置：在机体前端齿轮传动箱内。３、布置：共有８个齿轮：主动齿轮——曲轴正时齿轮１个；从动齿轮——左右凸轮轴正时齿轮各式各１个；中间齿轮——５个。ｍ＝７，α＝20，中间齿轮装在支架上（有滚动轴承），传动比ｉ＝ｎ凸／ｎ曲＝１／２。合金钢，渗碳处理。

二、凸轮轴、凸轮轴轴承和凸轮：（一）凸轮轴：１、作用：按一定规律，控制进排气门的开启与闭合。２、构造：安装在气缸的两侧，左、右各一根，每根分４段组成，每根上有８×３＝２４个凸轮。合金调质钢，中空油路，轴颈高频淬火，凸轮中频淬火。３、轴端连接：右凸轮轴：连测速发电机——司机室柴油机转速表；左凸轮轴：连调控装置传动齿轮——带动调节器、停车器、机械转速表。

（二）凸轮轴轴承：每根凸轮轴有９道轴承，全是滑动轴承。其中：１道——径向，较宽，机油由此进入（剖分式）；２～８道——径向，较窄，全相同；９道——止推轴承，整体式。各轴颈上有出油孔。（三）凸轮：基圆半径Ｒ50，作用角β＝145度，最大升程是15.5毫米（气门最大开度20.4毫米）。进排气凸轮型线相同，为平顶对称函数曲线凸轮；油泵凸轮是不对称圆弧凹面凸轮。凸轮的布置：１、同一根凸轮轴上的同名凸轮按发火顺序排列；２、同一气缸的进、排凸轮及油泵凸轮按配气相位图和喷油提前角决定。三、挺柱及推杆：１、作用：传力。２、挺柱：滚轮式，由挺柱、导筒、挺柱头、挺柱弹簧、挺柱盖、滚轮、导向轴、轴承、导向槽及销钉等组成。３、推杆：球面座，无缝钢管，长516毫米。四、摇臂、摇臂轴、摇臂座及横臂：１、摇臂：传力杠杆，模锻，截面呈工字形，轴孔中是锡青铜衬套，一端压球，一端调整螺栓、锁紧螺母，内有油道，杠杆比153.5/116/5=1.3176。２、摇臂轴：空心，作油道，与摇臂配合间隙0.025--0.085毫米。３、摇臂座：柜形箱体，用４个螺钉固定在缸盖上。４、横臂：套在导杆上，起到控制同名气门同时开启或关闭的同步作用。

五、配气机构各零件的润滑油路：１、正时齿轮：主油道——分油器——油管——啮合面——曲轴箱。２、凸轮轴轴承：主油道——油管——第一位轴承——凸轮轴油孔——各位轴承——曲轴箱。§５－６

气门间隙和配气正时的调整

一、气门冷态间隙的调整：（一）气门间隙：当柴油机在冷态下，气门处于关闭状态时，气门驱动机构各零件间的总间隙。冷态：指机内的油、水温度不高于40度。装配时预留有一定的气门间隙。（二）为什么要预留一定的气门间隙：不留或留的太小，柴油机工作时，机件受热伸长，气门必然关不严，燃气漏泄，气体压缩温度、压力降低，柴油功率下降，效率下降，气门烧损。如果留的间隙太大，柴油机工作时，配气机构零件产生冲击及噪音，并且实际进、排气过程缩短，影响换气，柴油机功率、效率下降。排气门一般比进气门留的间隙大。16V240ZJB柴油机排气门间隙0.5--0.55，进气门间隙0.4--0.45。16V240ZJB型柴油机各缸测量调整气门间隙和分组情况２、调整的基本原理：转动曲轴，确认气门处于关闭状态。旋动摇臂上的调整螺钉，并用工具测定气门间隙，达到规定值为止，使其符合规定要求。（下旋为小，上旋为大）。

（三）调整的基本原理：１、调整气门间隙的三个基本前提条件：三者缺一不可。⑴柴油机处于冷态；⑵要调的气门必须处于关闭状态；⑶压缩比已经调定。新组装的柴油机要预留气门间隙，更换配气机构时要调整，旧机器使用中要校核。二、配气正时的调整：（一）对配气正时的要求：各个气缸的进、排气门要按照配气相位图开闭；并且各缸的同名气门按照柴油机的工作顺序开闭；上述两个要求必须同时满足，才能算作配气正时。（二）调整配气正时的原理：１、分析：⑴配气正时，要求气门的开闭要按规定开闭。如：活塞在下止点前42°20′，排开；活塞在上止点后42°20′，排关。⑵凸轮轴的位置决定气门开闭状态；曲轴的位置决定活塞在气缸内的位置。⑶曲轴与凸轮轴相对位置调整正确，即能确保气门在规定的时刻开闭。因此，配气正时的调整就是调整凸轮轴相对于曲轴的相对位置，配气正时的校核即是校核凸轮轴相对于曲轴的相对位置。如果调整到曲轴使活塞处于上止点前42°20′时，凸轮轴正好使相应气缸的进气门打开。当曲轴使活塞处于下止点后42°20′时，凸轮轴正好使相应的气缸的进气门关闭，那进气就算正时。同理，排气门开闭正时。⑷只要一个气缸的一种气门准时，其它各缸的进、排气门也一定正时，因为在一根凸轮轴上，同名