柴油機配氣機構(gòu)的布置形式及結(jié)構(gòu)示意圖
發(fā)布時間：2024-05-18 點擊：176
零件裝配與結(jié)構(gòu)組成
柴油機配氣機構(gòu)的布置形式及結(jié)構(gòu)示意圖
根據(jù)柴油發(fā)電機的種類和氣門配置位置的不同，配氣機構(gòu)也不同。四沖程柴油發(fā)電機有側(cè)置式（也叫直立式）和頂置式（也叫倒立式）配氣機構(gòu)。配氣機構(gòu)的要求是結(jié)構(gòu)參數(shù)和形式有利于減少進氣和排氣阻力，而且進、排氣門的開啟時刻和延續(xù)的開啟時間比較適當，使進氣和排氣都盡可能充分，以得到較大的功率轉(zhuǎn)矩和排放性能。
一、配氣機構(gòu)的形式分類
配氣機構(gòu)（如圖1所示）的功能是按照柴油發(fā)電機工作循環(huán)的要求，保證混合氣（或新鮮空氣）及時充入汽缸，在壓縮和膨脹過程中，維持燃燒室的密封，并及時排出燃燒后的廢氣。這一任務，在四沖程柴油發(fā)電機中，是通過適時地打開和關(guān)閉進、排氣門來實現(xiàn)的（工作過程如圖2所示）。
圖1 柴油發(fā)電機配氣結(jié)構(gòu)三維圖
柴油機配氣機構(gòu)工作過程
1、按氣門位置
按氣門位置分，有頂置式和側(cè)置式兩種配氣機構(gòu)，如圖3所示。側(cè)置式配氣機構(gòu)因充氣效率低已被淘汰。
2、按凸輪軸位置
按凸輪軸位置分，有凸輪軸下置、中置和上置配氣機
3、按傳動方式及氣門數(shù)分類
按凸輪軸傳動方式分，有齒輪傳動、同步帶傳動和鏈傳動配氣機構(gòu)。
4、按氣門數(shù)分
有每缸兩氣門式、三氣門式、四氣門式或五氣門式（兩根凸輪軸，一根為進氣凸輪軸，另一根為排氣凸輪軸）配氣機構(gòu)等。當采用四氣門時，氣門排列有以下兩種方案：
① 同名氣門排成兩列
如圖4（a）所示，同名氣門排成兩列，由一根凸輪軸上的凸輪通過t形桿同時驅(qū)動兩同名氣門。由于兩氣門在氣道中的位置不同，導致工作效果有一定的差異。
② 同名氣門排成一列
如圖4（b）所示，同名氣門排成一列，由兩根凸輪軸上的凸輪分別驅(qū)動。其結(jié)構(gòu)較復雜。
圖3 配氣機構(gòu)布置形式
圖4 柴油機四氣門排列方案
二、充氣效率
為了保證柴油機每個氣缸進氣充分、排氣徹底，要求氣門具有盡可能大的通過能力。新鮮空氣或可燃混合氣被吸進氣缸越多，則柴油機發(fā)出的功率就越大。新鮮空氣或可燃混合氣充滿氣缸的程度，用充氣效率py來表示。所謂充氣效率就是指在進氣過程中，實際進入氣缸的新鮮空氣或可燃混合氣的質(zhì)量與在理想狀態(tài)下完全充滿氣缸工作容積的新鮮空氣或可燃混合氣的質(zhì)量之比。
1、充氣效率公式
ηv=m/m0
式中，m——為進氣過程中，實際充入氣缸的新鮮空氣或可燃混合氣的質(zhì)量；
m0——為理想狀態(tài)下，完全充滿氣缸工作容積的新鮮空氣或可燃混合氣的質(zhì)量。
ηv——充氣效率，是衡量柴油機換氣質(zhì)量的參數(shù)。
充氣效率越高，表明進入氣缸內(nèi)的新鮮空氣或可燃混合氣的質(zhì)量越多，可燃混合氣燃燒時可能放出的熱量越大，柴油機發(fā)出的功率也越大。對一定工作容積的柴油機而言，充氣效率與進氣終了時氣缸內(nèi)的壓力和溫度有關(guān)。此時壓力越高，溫度越低，則一定容積的氣體質(zhì)量就越大，因而充氣效率越高。由于進氣系統(tǒng)對氣流的阻力造成進氣終了時缸內(nèi)氣體壓力降低，又由于上一循環(huán)中殘留在氣缸內(nèi)的高溫廢氣，以及燃燒室、活塞頂、氣門等高溫零件對進入氣缸內(nèi)的新鮮氣體加熱，使進氣終了時氣體的溫度升高，實際充入氣缸的新鮮氣體的質(zhì)量總是小于在理想狀態(tài)下充滿氣缸工作容積的新鮮氣體的質(zhì)量，即充氣效率總是小于1，通常為0.80~0.90。因此對配氣機構(gòu)而言，要求其結(jié)構(gòu)有利于減小進氣和排氣的阻力，進、排氣門的開啟時刻和開啟持續(xù)的時間應適當，使進氣和排氣過程盡可能充分，使充氣效率得以提高。
2、影響充量系數(shù)的因素
由充氣效率的計算式可知：隨進氣終了壓力提高，充量效率提高。因為在氣缸容積、進氣終了溫度和殘余廢氣量一定時，進氣終了壓力越高，缸內(nèi)氣體的密度越大，意味著實際充氣量(質(zhì)量)越多。
在實際發(fā)動機工作中，進氣終了壓力受進氣系統(tǒng)阻力的影響：進氣系統(tǒng)的阻力越大，進氣時引起的壓力降就越大，進氣終了的壓力越低。進氣時的壓力降低值△p表明進氣系統(tǒng)的阻力主要取決于進氣系統(tǒng)阻力系數(shù)和進氣流速。
進氣系統(tǒng)阻力系數(shù)取決于進氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，等于各段進氣通道阻力系數(shù)的總和，包括空氣濾清器、進氣管、進氣道及進氣門等。流通截面越小，截面變化越突然，轉(zhuǎn)彎越急，表面越粗糙，阻力系數(shù)越大。在使用中，進氣管、進氣門等的結(jié)構(gòu)都是不可改變的，僅應注意空氣濾清器的維護，以保證良好的濾清效果和較小的進氣阻力。
此外，在汽油機上，進入氣缸的是空氣和燃油的混合氣，負荷的調(diào)節(jié)是通過改變節(jié)氣門的開度，控制進入氣缸的混合氣量來實現(xiàn)的。在使用中，當汽油機的負荷減小時，節(jié)氣門開度減小，阻力系數(shù)增加，進氣阻力增大，進氣終了壓力降低，充氣效率下降，如圖5、圖6所示。對柴油機而言，負荷的調(diào)節(jié)是通過改變噴油量來實現(xiàn)的，負荷變化對進入氣缸的空氣量基本沒有影響，所以進氣終了壓力和充氣效率與負荷無關(guān)。
圖5 充氣效率下降曲線圖
圖6 節(jié)氣門開度與進氣阻力關(guān)系曲線圖
三、氣門式配氣結(jié)構(gòu)的特點
現(xiàn)代發(fā)動機通常采用氣門式配氣機構(gòu)，它主要由氣門組和氣門傳動組組成。氣門組主要包括氣門、氣門座、氣門彈簧、氣門導管及鎖片等零件。氣門傳動組視配氣機構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式不同而異，主要包括凸輪軸、挺柱、推桿及搖臂等零件。
1．側(cè)置式配氣機構(gòu)
（1）安裝位置
側(cè)置式配氣機構(gòu)裝在汽缸的一側(cè)。
它主要由進氣門、排氣門、氣門彈簧、氣門推桿、凸輪軸及正時齒輪等機件組成。側(cè)置式氣門置于缸體內(nèi)，如圖7（a）所示。柴油柴油機沒有搖臂，直接被凸輪軸驅(qū)動，如圖7（b）所示。
（2）工作過程
凸輪軸齒輪和曲軸齒輪按一定的記號嚙合在一起，以便使氣門的開、閉時機和柴油發(fā)電機的各行程相配合。當曲軸轉(zhuǎn)動時，經(jīng)正時齒輪帶動凸輪軸轉(zhuǎn)動，凸輪軸上的凸輪凸尖頂?shù)酵茥U時，推桿上升，將氣門頂開，同時氣門彈簧被壓縮。當凸輪凸尖轉(zhuǎn)至離開推桿時，在氣門彈簧張力的作用下，氣門迅速下落，使氣門關(guān)閉。
（3）特點優(yōu)勢
側(cè)置式配氣機構(gòu)的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，易形成壓縮渦流，在小型內(nèi)燃發(fā)電機組上使用較多。
缺點是所形成的燃燒室不夠緊湊，抗爆性差，熱量損失較多，進、排氣阻力也較大，hc排放高，這種配氣技術(shù)目前使用較少。
2．頂置式配氣機構(gòu)
氣門頂置式是目前應用最廣泛的一種配氣機構(gòu)型式 。進氣門和排氣門都倒掛在氣缸蓋上。氣門組包括氣門、氣門導管、氣門座、彈簧座、氣門彈簧、鎖片等零件；氣門傳動組一般由搖臂、搖臂軸、推桿、挺柱、凸輪軸和正時齒輪組成。
（1）安裝位置
頂置式配氣機構(gòu)裝在汽缸蓋上。它的機件除有氣門、氣門彈簧、氣門推桿、凸輪軸外，還有挺桿、搖臂等零件，其結(jié)構(gòu)如圖8左圖所示。因其氣門頂朝下配置，故又叫倒立式配氣機構(gòu)。
（2）工作過程
頂置式配氣機構(gòu)的工作過程：當凸輪軸轉(zhuǎn)動時，凸輪凸尖頂起推桿和挺桿，挺桿頂搖臂的一端，使搖臂繞軸轉(zhuǎn)動，搖臂的另一端頂在氣門腳上把氣門頂開，在頂開氣門的同時，彈簧被壓縮。當凸輪凸尖轉(zhuǎn)過時，氣門在彈簧彈力的作用下關(guān)閉，搖臂和挺桿也恢復到原來位置。如圖8右圖所示，頂置式氣門柴油柴油機的氣門位于汽缸蓋內(nèi)活塞的頂部。
（3）特點優(yōu)勢
頂置式配氣機構(gòu)的優(yōu)點是：能形成較緊湊的燃燒室，減少進、排氣阻力，氣門間隙調(diào)節(jié)也方便，由于進、排氣門的頂部剛好對著活塞頂，所以不需要再增設氣門開啟的空隙，燃燒室可以設計得很小，保證在壓縮比很好的情況下，汽缸的高度可以適當降低，減小了柴油柴油機的體積。所以，柴油機大都采用頂置式配氣機構(gòu)。頂置式配氣機構(gòu)的主要缺點是結(jié)構(gòu)較復雜。
圖7 側(cè)置式配氣機構(gòu)結(jié)構(gòu)圖
圖8 頂置式配氣機構(gòu)結(jié)構(gòu)圖
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根據(jù)柴油發(fā)電機的種類和氣門配置位置的不同，配氣機構(gòu)也不同。四沖程柴油發(fā)電機有側(cè)置式（也叫直立式）和頂置式（也叫倒立式）配氣機構(gòu)。配氣機構(gòu)的要求是結(jié)構(gòu)參數(shù)和形式有利于減少進氣和排氣阻力，而且進、排氣門的開啟時刻和延續(xù)的開啟時間比較適當，使進氣和排氣都盡可能充分，以得到較大的功率轉(zhuǎn)矩和排放性能。
一、配氣機構(gòu)的形式分類
配氣機構(gòu)（如圖1所示）的功能是按照柴油發(fā)電機工作循環(huán)的要求，保證混合氣（或新鮮空氣）及時充入汽缸，在壓縮和膨脹過程中，維持燃燒室的密封，并及時排出燃燒后的廢氣。這一任務，在四沖程柴油發(fā)電機中，是通過適時地打開和關(guān)閉進、排氣門來實現(xiàn)的（工作過程如圖2所示）。
圖1 柴油發(fā)電機配氣結(jié)構(gòu)三維圖
柴油機配氣機構(gòu)工作過程
1、按氣門位置
按氣門位置分，有頂置式和側(cè)置式兩種配氣機構(gòu)，如圖3所示。側(cè)置式配氣機構(gòu)因充氣效率低已被淘汰。
2、按凸輪軸位置
按凸輪軸位置分，有凸輪軸下置、中置和上置配氣機
3、按傳動方式及氣門數(shù)分類
按凸輪軸傳動方式分，有齒輪傳動、同步帶傳動和鏈傳動配氣機構(gòu)。
4、按氣門數(shù)分
有每缸兩氣門式、三氣門式、四氣門式或五氣門式（兩根凸輪軸，一根為進氣凸輪軸，另一根為排氣凸輪軸）配氣機構(gòu)等。當采用四氣門時，氣門排列有以下兩種方案：
① 同名氣門排成兩列
如圖4（a）所示，同名氣門排成兩列，由一根凸輪軸上的凸輪通過t形桿同時驅(qū)動兩同名氣門。由于兩氣門在氣道中的位置不同，導致工作效果有一定的差異。
② 同名氣門排成一列
如圖4（b）所示，同名氣門排成一列，由兩根凸輪軸上的凸輪分別驅(qū)動。其結(jié)構(gòu)較復雜。
圖3 配氣機構(gòu)布置形式
圖4 柴油機四氣門排列方案
二、充氣效率
為了保證柴油機每個氣缸進氣充分、排氣徹底，要求氣門具有盡可能大的通過能力。新鮮空氣或可燃混合氣被吸進氣缸越多，則柴油機發(fā)出的功率就越大。新鮮空氣或可燃混合氣充滿氣缸的程度，用充氣效率py來表示。所謂充氣效率就是指在進氣過程中，實際進入氣缸的新鮮空氣或可燃混合氣的質(zhì)量與在理想狀態(tài)下完全充滿氣缸工作容積的新鮮空氣或可燃混合氣的質(zhì)量之比。
1、充氣效率公式
ηv=m/m0
式中，m——為進氣過程中，實際充入氣缸的新鮮空氣或可燃混合氣的質(zhì)量；
m0——為理想狀態(tài)下，完全充滿氣缸工作容積的新鮮空氣或可燃混合氣的質(zhì)量。
ηv——充氣效率，是衡量柴油機換氣質(zhì)量的參數(shù)。
充氣效率越高，表明進入氣缸內(nèi)的新鮮空氣或可燃混合氣的質(zhì)量越多，可燃混合氣燃燒時可能放出的熱量越大，柴油機發(fā)出的功率也越大。對一定工作容積的柴油機而言，充氣效率與進氣終了時氣缸內(nèi)的壓力和溫度有關(guān)。此時壓力越高，溫度越低，則一定容積的氣體質(zhì)量就越大，因而充氣效率越高。由于進氣系統(tǒng)對氣流的阻力造成進氣終了時缸內(nèi)氣體壓力降低，又由于上一循環(huán)中殘留在氣缸內(nèi)的高溫廢氣，以及燃燒室、活塞頂、氣門等高溫零件對進入氣缸內(nèi)的新鮮氣體加熱，使進氣終了時氣體的溫度升高，實際充入氣缸的新鮮氣體的質(zhì)量總是小于在理想狀態(tài)下充滿氣缸工作容積的新鮮氣體的質(zhì)量，即充氣效率總是小于1，通常為0.80~0.90。因此對配氣機構(gòu)而言，要求其結(jié)構(gòu)有利于減小進氣和排氣的阻力，進、排氣門的開啟時刻和開啟持續(xù)的時間應適當，使進氣和排氣過程盡可能充分，使充氣效率得以提高。
2、影響充量系數(shù)的因素
由充氣效率的計算式可知：隨進氣終了壓力提高，充量效率提高。因為在氣缸容積、進氣終了溫度和殘余廢氣量一定時，進氣終了壓力越高，缸內(nèi)氣體的密度越大，意味著實際充氣量(質(zhì)量)越多。
在實際發(fā)動機工作中，進氣終了壓力受進氣系統(tǒng)阻力的影響：進氣系統(tǒng)的阻力越大，進氣時引起的壓力降就越大，進氣終了的壓力越低。進氣時的壓力降低值△p表明進氣系統(tǒng)的阻力主要取決于進氣系統(tǒng)阻力系數(shù)和進氣流速。
進氣系統(tǒng)阻力系數(shù)取決于進氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，等于各段進氣通道阻力系數(shù)的總和，包括空氣濾清器、進氣管、進氣道及進氣門等。流通截面越小，截面變化越突然，轉(zhuǎn)彎越急，表面越粗糙，阻力系數(shù)越大。在使用中，進氣管、進氣門等的結(jié)構(gòu)都是不可改變的，僅應注意空氣濾清器的維護，以保證良好的濾清效果和較小的進氣阻力。
此外，在汽油機上，進入氣缸的是空氣和燃油的混合氣，負荷的調(diào)節(jié)是通過改變節(jié)氣門的開度，控制進入氣缸的混合氣量來實現(xiàn)的。在使用中，當汽油機的負荷減小時，節(jié)氣門開度減小，阻力系數(shù)增加，進氣阻力增大，進氣終了壓力降低，充氣效率下降，如圖5、圖6所示。對柴油機而言，負荷的調(diào)節(jié)是通過改變噴油量來實現(xiàn)的，負荷變化對進入氣缸的空氣量基本沒有影響，所以進氣終了壓力和充氣效率與負荷無關(guān)。
圖5 充氣效率下降曲線圖
圖6 節(jié)氣門開度與進氣阻力關(guān)系曲線圖
三、氣門式配氣結(jié)構(gòu)的特點
現(xiàn)代發(fā)動機通常采用氣門式配氣機構(gòu)，它主要由氣門組和氣門傳動組組成。氣門組主要包括氣門、氣門座、氣門彈簧、氣門導管及鎖片等零件。氣門傳動組視配氣機構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式不同而異，主要包括凸輪軸、挺柱、推桿及搖臂等零件。
1．側(cè)置式配氣機構(gòu)
（1）安裝位置
側(cè)置式配氣機構(gòu)裝在汽缸的一側(cè)。
它主要由進氣門、排氣門、氣門彈簧、氣門推桿、凸輪軸及正時齒輪等機件組成。側(cè)置式氣門置于缸體內(nèi)，如圖7（a）所示。柴油柴油機沒有搖臂，直接被凸輪軸驅(qū)動，如圖7（b）所示。
（2）工作過程
凸輪軸齒輪和曲軸齒輪按一定的記號嚙合在一起，以便使氣門的開、閉時機和柴油發(fā)電機的各行程相配合。當曲軸轉(zhuǎn)動時，經(jīng)正時齒輪帶動凸輪軸轉(zhuǎn)動，凸輪軸上的凸輪凸尖頂?shù)酵茥U時，推桿上升，將氣門頂開，同時氣門彈簧被壓縮。當凸輪凸尖轉(zhuǎn)至離開推桿時，在氣門彈簧張力的作用下，氣門迅速下落，使氣門關(guān)閉。
（3）特點優(yōu)勢
側(cè)置式配氣機構(gòu)的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，易形成壓縮渦流，在小型內(nèi)燃發(fā)電機組上使用較多。
缺點是所形成的燃燒室不夠緊湊，抗爆性差，熱量損失較多，進、排氣阻力也較大，hc排放高，這種配氣技術(shù)目前使用較少。
2．頂置式配氣機構(gòu)
氣門頂置式是目前應用最廣泛的一種配氣機構(gòu)型式 。進氣門和排氣門都倒掛在氣缸蓋上。氣門組包括氣門、氣門導管、氣門座、彈簧座、氣門彈簧、鎖片等零件；氣門傳動組一般由搖臂、搖臂軸、推桿、挺柱、凸輪軸和正時齒輪組成。
（1）安裝位置
頂置式配氣機構(gòu)裝在汽缸蓋上。它的機件除有氣門、氣門彈簧、氣門推桿、凸輪軸外，還有挺桿、搖臂等零件，其結(jié)構(gòu)如圖8左圖所示。因其氣門頂朝下配置，故又叫倒立式配氣機構(gòu)。
（2）工作過程
頂置式配氣機構(gòu)的工作過程：當凸輪軸轉(zhuǎn)動時，凸輪凸尖頂起推桿和挺桿，挺桿頂搖臂的一端，使搖臂繞軸轉(zhuǎn)動，搖臂的另一端頂在氣門腳上把氣門頂開，在頂開氣門的同時，彈簧被壓縮。當凸輪凸尖轉(zhuǎn)過時，氣門在彈簧彈力的作用下關(guān)閉，搖臂和挺桿也恢復到原來位置。如圖8右圖所示，頂置式氣門柴油柴油機的氣門位于汽缸蓋內(nèi)活塞的頂部。
（3）特點優(yōu)勢
頂置式配氣機構(gòu)的優(yōu)點是：能形成較緊湊的燃燒室，減少進、排氣阻力，氣門間隙調(diào)節(jié)也方便，由于進、排氣門的頂部剛好對著活塞頂，所以不需要再增設氣門開啟的空隙，燃燒室可以設計得很小，保證在壓縮比很好的情況下，汽缸的高度可以適當降低，減小了柴油柴油機的體積。所以，柴油機大都采用頂置式配氣機構(gòu)。頂置式配氣機構(gòu)的主要缺點是結(jié)構(gòu)較復雜。
圖7 側(cè)置式配氣機構(gòu)結(jié)構(gòu)圖
圖8 頂置式配氣機構(gòu)結(jié)構(gòu)圖
如何正確安裝和維護20KW發(fā)電機組
廣西玉柴柴油發(fā)電機組機油變黑的原因
二手柴油發(fā)電機銷售購買注意重點
柴油發(fā)電機零件材料對使用性能的影響
為什么柴油發(fā)電機組怠速連續(xù)運行時間不建議超過10分鐘？
柴油發(fā)電機房通風好壞是否會影響到降噪的效果？
購買二手柴油發(fā)電機時怎么避免買到翻新機組？
柴油發(fā)電機組過熱或者過冷有哪些危害,過熱降溫技巧?