柴油發電機凸輪軸、挺桿、推桿、搖臂及氣門組件結構
配氣機構按柴油發電機的工作循環和著火順序，定時地開啟和關閉各缸的進排氣門，保證新鮮空氣適時充入氣缸，并將燃燒后的廢氣及時排除。其零件依據各自功用可分為兩組：以氣門為主要零件的氣門組和以凸輪軸為主要零件的氣門傳動組。氣門組包括氣門、氣門座、氣門導管、氣門彈簧、彈簧座及鎖緊裝置等零件。氣門是在高溫、高機械負荷及冷卻潤滑困難的條件下工作的，氣門頭部承受氣體壓力的作用，排氣門同時受到高溫廢氣的沖刷和廢氣中硫化物的腐蝕。因此，要求氣門具有足夠的強度、耐高溫、耐腐蝕和耐磨損能力。
氣門傳動組由凸輪軸、正時齒輪、挺柱、推桿、搖臂和搖臂軸等零件構成。其作用是按照規定時刻（配氣定時）和次序（發滅次序）打開和關閉進、排氣門，并保證一定的開度。根據柴油發電機種類和氣門配置的不同，配氣機構也不相同。四沖程柴油發電機配氣結構有側置式和頂置式兩種。側置式配氣機構裝在氣缸的一側。其優點是結構簡單，易形成壓縮渦流。缺點是所形成的燃燒室不夠緊湊，抗爆性差，熱量損失多，進、排氣阻力也較大，故此方式已較少應用。
一、凸輪軸總成
在發動機工作時，驅動和控制各缸氣門的開啟和關閉（如圖1所示），使其符合發動機的工作順序、配氣相位和氣門開度的變化規律等要求。
1、凸輪軸
（1）工作條件： 承受氣門間歇性開啟的沖擊載荷。
（2）材料： 一般由鑄鋼或鍛鋼制成，凸輪及軸承表面經高頻淬火或滲碳淬火等硬化處理。
（3）結構：凸輪軸總成包括凸輪軸、凸輪軸軸承，以及凸輪軸正時齒輪、正時鏈條或傳動帶（根據情況）。
2、凸輪
凸輪軸上的凸輪有多種設計。凸輪的輪廓應保證氣門開啟、關閉的時刻和持續時間符合配氣相位的要求，并使氣門有合適的升程（決定氣門通道面積）及升程過程的規律。
同一氣缸的進排氣凸輪的相對角位置要符合配氣相位的要求。 而發動機不同氣缸的同名凸輪的相對角位置應符合發動機各氣缸的點火次序和點火間隔時間的要求。 因此，根據凸輪軸的旋轉方向以及各進氣（或排氣）凸輪的排列（如圖2所示），就可以判斷出發動機的工作順序。
圖1 凸輪軸開啟關閉時間和旋轉方向
圖2 發動機同名凸輪位置排列
3、凸輪軸軸頸
一般發動機凸輪軸是每隔兩個氣缸設置一個軸頸。為了安裝方便，凸輪軸各軸頸直徑是做成從前向后依次減小的。
4、凸輪軸軸承
一般做成襯套壓裝在缸體上的凸輪軸座孔內。
5、凸輪軸與曲軸的正時
在裝配曲軸和凸輪軸時，必須將正時記號對準。 正時標記沒有正確對齊，氣門將無法在正確的時刻打開和關閉。
6、凸輪軸的軸向定位
為防止凸輪軸軸向竄動，常用的軸向定位方法有止推軸承定位、止推片軸向定位、止推螺釘軸向定位。
圖3 凸輪軸軸向定位零件分解圖
圖4 凸輪軸的軸向定位示意圖
二、氣門挺柱
氣門挺柱也稱挺桿，直接由凸輪軸驅動。 功用是將凸輪軸的旋轉運動轉變為往復運動，將凸輪的推力傳給推桿或氣門，以打開氣門，并承受凸輪軸旋轉時所施加的側向力。發動機上的挺柱有多種類型，包括整體式挺柱、滾輪式挺柱（凸輪隨動桿）和液壓挺柱等。
1、挺柱的分類
（1）整體式挺柱
為輕型氣缸設計。主要在較老的發動機或一些高性能的發動機上使用。
（2）滾輪式挺柱
主要用在高壓縮比的發動機上。
整體式挺柱和滾輪式挺柱常用鎳鉻合金鑄鐵或冷激合金鑄鐵制造，其摩擦表面應經熱處理后精磨；可直接裝在氣缸體上相應處鏜出的導向孔中，也可裝在可拆式的挺柱導向體中。導向體上有安裝記號和定位裝置（如圖5所示），安裝時應區分前后導向體塊以及保證安裝精度。
2、挺柱偏移
根據經驗，平面挺柱工作面最小半徑可取為：
使凸輪沿挺柱曲線方向偏移1～3mm（偏置距離和方向如圖6所示），可使挺柱在工作時能緩慢旋轉，磨損均勻。
挺柱上的球面支座半徑r2應比推桿上的球頭半徑r1大0.1～0.3m，以保證既能在兩者的配合面間形成楔形油膜，又不使接觸應力劇增。
挺柱的側面承受凸輪產生的側向力，挺柱導向部分應有足夠長度，一般取為挺柱工作面直徑的1.5~2倍。挺村與挺柱孔的配合多為h7/g6。
3、選配測量方式
傳統的挺柱選配測量儀有兩種測量方式，這兩種測量方式主要區別在于缸蓋是否裝在缸體上進行測量：一是缸蓋在缸蓋分裝線上完成氣門等分裝后，設備自動測量氣門間隙，完成挺柱選配工作，裝上挺柱、凸輪軸，然后在裝配大線上裝配缸蓋總成；二是缸蓋分裝完成，用缸蓋螺栓按工藝要求擰緊在缸體上，再通過在線的挺柱選配測量儀，分別對缸蓋、凸輪軸進行測量，完成挺柱選配工作。這兩種方式各有特點：第一種方式結構較簡單，只對缸蓋進行精定位，實現起來簡單易行；第二種方式最能體現發動機的最終裝配狀態，測量數據最有指導意義，但結構較復雜，需要發動機有精定位，且需要對整個系統的尺寸鏈進行計算，看是否滿足設備的測量要求。
圖5 挺柱安裝定位裝置示意圖
圖6 柴油機挺柱與凸輪偏置
三、推桿
1、作用
推桿的作用是將挺柱傳遞的凸輪的運動傳到頂置氣門。推桿是配氣機構中剛度最小的環節，提高其剛度可明顯提高整個配氣機構的剛度，有時為提高其剛度而適當加大其質量。
2、工作情況
是氣門機構中最容易彎曲的零件。
3、材料
推桿多用厚壁無縫鋼管或實心鋁桿兩端壓人或焊接球頭或球窩而成。球頭（球窩）一般用中碳鋼淬火。在制造上應注意校直推桿，使不直度不大于0.1～0.2mm。
四、搖臂
搖臂的作用是用來將推桿或凸輪傳來的力改變方向，作用到氣門桿端以推開氣門。搖臂的設計與安裝有多種方式。有些通過襯套空套在搖臂軸上，而搖臂軸又支承在支座上，搖臂軸為空心管狀結構，機油從支座的油道經搖臂軸內腔和搖臂中的油道流向搖臂兩端進行潤滑；為防止搖臂的竄動，在搖臂軸上每兩搖臂之間都裝有定位彈簧。
1、下置凸輪軸配氣機構的搖臂
為使搖臂質量輕而剛度大，搖臂橫截面通常做成倒丁字形。其靠氣門一端與氣門桿端面接觸，沿氣門桿端面連滾帶滑地移動，這不僅使接觸面易于磨損，而且氣門承受偏心載荷，加重氣門與氣門導管的磨損。
搖臂在氣門桿端面上的接觸點位移為
4x=ib（cosβ-cosβw）
式中，β是氣門間隙剛消除而氣門尚未開啟時的搖臂位置角。β是氣門開啟過程中任一瞬時的位置角。當氣門關閉時，氣門桿端面高出搖臂軸線的距離z二（0.35～0.45）氣門最大升程時，可以保證接觸點的位移最小，取為20°～25°，可以避免接觸點過度偏離氣門中心線。
ib和lv之間宜符合于或接近于ib=2lv/（cosβa+cosβw）的關系（為氣門最大升程時的搖臂位置角），以保證接觸點的移動范圍對稱于氣門中心線，其中βa是搖臂擺動中心o至氣門中心線的距離。
搖臂的材料多為鍛鋼或可鍛鑄鐵，搖臂氣門端柱面應淬硬。
2、頂置凸輪軸式配氣機構的搖臂
在頂置凸輪軸式配氣機構中，凸輪與搖臂間接觸面的磨損嚴重，經常采用滾輪式搖臂。也可以采用液壓間隙調節器來消除氣門間隙。液壓間隙調節器可以作為搖臂的支點，也可以裝在氣門的上端。
搖臂的材料多為合金鑄鐵，與凸輪的接觸面冷激硬化或重熔硬化。也可用組合式搖臂，在鋁合金搖臂體凸輪端鑄人燒結合金塊或氨化硅基陶瓷塊。
五、氣門組件
氣門組件包括氣門、氣門導管、氣門油封、氣門座及氣門彈簧等，如圖7所示。有的進氣門還設有氣門旋轉機構。 氣門組應保證氣門能夠實現氣缸的密封。
1、氣門
氣門頭部與氣門座接觸并起密封作用的錐面與氣門頂平面的夾角。 氣門錐角大小對氣門和進排氣過程有很重要的影響。大多數發動機的進氣門錐角做成30º，而排氣門考慮到受熱溫度高，多做成45º。也有的發動機進排氣門錐角都為45º，如圖8所示。
圖7 氣門組件零件圖
圖8 柴油機氣門錐角標注圖
2、導管
（1）作用： 為氣門的運動導向，保證氣門直線運動兼起導熱作用。
（2）工作條件： 工作溫度較高，潤滑困難，易磨損。
（3）材料： 用含石墨較多的鑄鐵，能提高自潤滑作用。
（4）加工方法： 外表面加工精度較高，內表面精絞。
（5）裝配： 氣門桿與氣門導管間隙應保證0.05～0.12mm。
3、氣門油封
氣門油封使機油從氣門桿上脫開，并防止機油在氣門導管的頂部聚積。有主動式油封和被動式油封兩種，如圖9、圖10所示。
圖9 被動式油封
圖10 主動式油封
4、氣門座
氣門座指氣缸蓋（或氣缸體）的進、排氣道口與氣門密封錐面直接貼合的部位 。 其作用是靠其內錐面與氣門錐面的緊密貼合密封氣缸，接受氣門傳來的熱量。 類型分為一體式和鑲嵌式兩種。
（1）氣門座錐角
氣門座錐角與氣門錐角應相適應，由三部分組成：
—&

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