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。