内燃机配气机构

第3章内燃机的配气机构中国铁道出版社3.1配气机构的功用与分类3.1.1配气机构的功用配气机构是控制发动机进气和排气的装置,其作用是按照发动机的工作循环和发火次序的要求,定时开启和关闭各缸的进、排气门，以便在进气行程使尽可能多的可燃混合气（汽油机）或空气（柴油机）进入气缸，在排气行程将废气快速排出气缸。3.1.2配气机构的分类一般按气门布置型式的不同，可分为：侧置气门式和顶置气门式两大类。按照凸轮轴布置型式的不同，又可分为：下置式、中置式和上置式凸轮轴；按曲轴与凸轮轴间的传动方式有：齿轮传动、链传动和齿形带传动三种方式。1.气门的布置型式1）侧置气门式配气机构图3-1侧置气门式配气机构图侧置气门式配气机构的结构型式如图3-1所示。这种结构型式的配气机构出现较早，具有结构简单、造价低、维修方便等优点。但由于其气门侧置造成燃烧室结构不紧凑且进、排气阻力大，导致发动机动力性较差、经济性不高。目前，这种配气机构已经淘汰。图3-2顶置气门式配气机构2）顶置气门式配气机构图3-2顶置气门式配气机构结构特点气门安装在气缸盖中，处于气缸的顶部进、排气阻力小，采用半球形、楔形或盆形燃烧室，燃烧室结构紧凑，压缩比高，改善了燃烧过程，减少了热量损失，提高了热效率。因而，有利于提高发动机的动力性和经济性。CA6110型柴油机即采用此种结构型式。因为四冲程发动机每完成一个工作循环，曲轴旋转两周，各缸的进、排气门各开启一次，此时凸轮轴只旋转一周。为此，曲轴与凸轮轴间的传动比应为2:1。2.凸轮轴的布置型式凸轮轴的布置型式是根据凸轮轴在机体中安装位置的不同，划分为下置式、中置式和上置式三种。3.凸轮轴的传动方式曲轴与凸轮轴之间的传动方式有:齿轮传动、链传动和齿形带传动三种方式。气门组件包括进、排气门及其附属零件。组成如图3-17所示。图3-17气门组件的组成1-弹簧座2-分开式气门锁片3-油封4-气门弹簧3.2.2气门组主要零件1.气门气门分进气门和排气门两种。进、排气门结构相似，都由头部和杆部两部分组成。图3－18气门a）平顶气门b）凹顶气门1-气门头部2-气门杆部2）气门锥角为了保证气门与气门座贴合紧密，将气门密封面做成锥面，通常把气门密封锥面的锥角称为气门锥角。一般气门锥角为45°。图3-19气门锥角气门与气门座密封锥面相接触时形成的环状密封带，也叫接触带，应位于气门密封锥面的中部，其宽度应符合厂家的设计要求。接触带过窄散热效果差，影响气门通过接触面向气门座圈传递热量；过宽则会降低接触面上的比压值，使气门的密封性下降。为了保证气门与气门座间密封良好，需经过配对研磨，形成连续、均匀、宽度符合要求的接触环带，研磨后的气门不能互换。图3-20弹簧座的固定方式1-气门杆2-气门弹簧3-弹簧座4-锁片3）气门杆部气门在导管中上下运动，靠气门杆部起导向和传热作用。因而，对气门杆部表面加工精度和耐磨性有比较高的要求，使气门与气门导管之间有合理的间隙，以保证精确导向和排气时不沿导管间隙泄漏废气。气门杆尾端的形状取决于气门弹簧座的固定方式(如图3-20所示).图3－22气门导管1-卡环2-气门导管3-气缸盖4-气门座2.气门导管气门导管的主要是气门运动的导向作用，同时起导热作用，将气门杆的热量经气门导管传给缸盖及水套。为了防止导管在使用过程中松动脱落，有的发动机在气门导管的中部加装定位卡环，如图3-22所示。3.气门座气门座有两种:一种是在气缸盖上直接镗削加工而成；另一种是用合金铸铁或奥氏体钢单独制作成气门座圈，用冷缩法镶人气缸盖中，如图3-23所示。图3-23气门座圈4.气门弹簧气门弹簧的作用是关闭气门，靠弹簧张力使气门压在气门座上。气门弹簧一般采用圆柱形螺旋弹簧，如图3-24所示。为了防止弹簧发生共振，现代发动机多采用内外气门弹簧，提高了气门弹簧工作的可靠性，有效地防止共振的发生。图3－24气门弹簧a）等螺距圆柱弹簧b）变螺距圆柱弹簧c）双弹簧3.2.3气门传动组主要零部件气门传动组主要包括:凸轮轴及其传动机构、挺柱、推杆和摇臂等零部件。1.凸轮轴作用是控制气门的开闭及其升程的变化规律。气门的开闭时刻及其升程变化规律主要取决于控制气门的凸轮外部轮廓曲线。弧BCD工作段所对应的夹角，称做气门开启持续角。凸轮轮廓BCD段的形状，直接决定了气门的升程及其升降过程的运动规律。图3－26凸轮轮廓形状CA6110型柴油机，同名凸轮间的夹角为120o/2=60o，同名凸轮位置排列如图3-27所示。图3-27同名凸轮排列异名凸轮的相对角位置同一气缸进、排气（异名）凸轮间的相对角位置排列取决于凸轮轴的转动方向和发动机的配气相位。2）凸轮轴的轴向定位为了防止凸轮轴轴向窜动，一般设有轴向定位装置。CA6110型发动机采用止推凸缘实现轴向定位，其结构形式如图3-29所示。图3-29凸轮轴的轴向定位1、5-正时齿轮2、6-止推凸缘3、8-止推座4、9-凸轮轴7-气缸体2.挺柱挺柱的作用是将凸轮轴旋转时产生的推动力传给推杆（下、中置凸轮轴）或气门（上置凸轮轴）。1）普通挺柱挺柱主要有筒形和滚轮式两种，其结构形式如图3-13所示。图3－30普通挺柱a）筒形平面b）筒形球面c）滚轮式通常把挺柱底部工作面设计为平面，使两者的接触点偏离挺柱轴线；如图3-31所示。工作中，当挺柱被凸轮顶起时，接触点间的摩擦力使挺柱绕自身轴线旋转，以实现均匀磨损。图3-31挺柱与凸轮的偏置1-筒形平面挺柱2-凸轮e-偏置距3.推杆下置凸轮轴配气机构中有细而长的推杆，推杆的作用是将挺柱传来的凸轮推动力传递给摇臂机构。4.摇臂的作用是将推杆或凸轮传来的力改变方向后传给气门，使其开启。摇臂组件主要由：摇臂、摇臂轴、支承座、气门间隙调整螺钉等零件组成。3.6配气机构的维修与调整更换座圈或气门发生单边磨损导致密封性变差，可用铰刀铰修环带的宽度，修整其环带的位置。如图3-39所示。图3-39气门座的锥角1.气门座的铰削１)根据气门头的直径和环带斜面的角度，选择一组合适的铰刀，并根据气门杆的直径选择合适的铰刀杆。铰刀杆以插入气门导管内应能灵活转动而不松旷为宜。２)发动机气门头部斜面角度一般是45°，每组气门铰刀有45°、15°和75°三种不同的角度，如图3-16所示，铰刀又分为精铰刀和粗铰刀两种。根据进排气门环带斜面的不同角度选择气门座铰刀，并将铰刀固定在铰刀杆上。图3-44气门座铰刀３)粗铰45°斜面，直到消除烧蚀的痕迹为止。气门座密封环带有硬化层时，可先用粗砂布垫在铰刀下面磨除硬化层，以防影响铰削的质量。４)铰修气门座斜面宽度。用15°铰刀在气门座斜面上方缩小其宽；用75°铰刀在气门座斜面下方缩小其宽度。气门座接触环带的位置应位于其斜面的中间并偏向于气门杆部。如环带偏向斜面上部，须加大15°斜面的铰削量进行修整。如环带偏向气门杆部，则须加大75°斜面的铰削量进行修理整。气门座斜面接触环带的宽度一般在：1.5mm～2.0mm之间。５)精铰45°斜面。气门座铣削顺序如图3-45所示。６)铰削时注意，尽量减小铰削量；在整个圆周上用力要均匀；铰刀不能倒转；磨损过大的气门导管须更换。图3-45气门座的铰削顺序a）45°精铰刀b）15°铰刀c）75°铰刀d）45°粗铰刀2.气门下陷量的检查气门座经多次铰削和研磨直径增大，而气门修磨后直径减小，气门将下沉。这样会使内燃机压缩比下降。因此，在内燃机修理过程中，必须检查气门的下陷量如图3-40所示。图3-40气门下陷量的检查1-气门2-气缸盖3-深度尺当下陷量超出规定值时，CA6110A型柴油机进、排气门超出2mm时，应重新换座圈或镗孔下座圈进行修复。镗孔下座圈时应注意以下几点：其一要选用与母体金属材料相近的金属材料制做镶圈；其二是过盈量要合适，过大会损伤座圈，过小会松动，冷态下一般采用0.05mm～0.15mm过盈量，热态下一般采用0.20mm～0.25mm过盈量。2.气门的研磨研磨气门应将气门、气门座、导管清洗干净。通过选配应使各缸气门头下陷量趋于一致，并在气门头部平面做好位置记号，以免错乱。１)在气门斜面上涂上一层气门砂，在气门杆上涂润滑油将气门插入导管内，研磨要领是一镦、二蹭、三旋转。用粗砂研磨后用细砂精磨。２)使用气门捻子将气门上下往复并旋转进行研磨。研磨时不要过分用力，以免将斜面环带变宽或磨出凹形槽痕。３)当气门斜面与气门座斜面研出一条完整、乌洁的环带时，将气门砂洗净，在涂上机油，研磨３min～５min即可。４)研磨好的接触环带应乌洁，接触宽度一般为1.5mm～2.0mm。５)检查气门与气门座的密封性①划线法用铅笔在气门密封环带上，沿圆周划出均布的若干条与母线平行的铅笔线。然后插入气门座内，按紧气门头并旋转1/4圈～1/2圈。取出气门观察铅笔线被切断情况。如图3-46所示。图3-46铅笔线被切断情况(a)密封不良(b)密封良好②渗油法将研磨好的气门洗净，并安装好，将气缸盖倒置，然后在气门顶面上倒入煤油，若在５min内没有渗漏，即为良好。若有渗漏，说明密封性不好，需要重新研磨。发动机工作中，气门及其传动件将因温度升高而膨胀。如果气门及其传动件之间，在冷态时无间隙或间隙过小，则在热态下，气门及其传动件受热膨胀势必引起气门关闭不严，造成发动机在压缩和作功行程中的漏气，会使发动机功率下降。为了消除上述现象，通常在发动机冷态装配时，在气门及其传动机构中留有适当的间隙，以补偿气门受热后的膨胀量。这一预留间隙称为气门间隙，如图3-35所示。气门间隙的调整如图3-42所示。图3-35气门间隙图3-42检查调整气门间隙气门间隙调整有两种方法：一是逐缸调整法，此方法较麻烦。二是两次调整法：先找出第一缸压缩行程上止点，根据发动机的机工作顺序，六缸机一般为：１-５-３-６-２-４；依据“全排排空进进”排序进行调整，这样可以不去考虑进、排气门的排序情况。气门的规定间隙，有发动机冷态时间隙和发动机热态时间隙之分，如:CA6110型柴油机冷态间隙：进气门为0.30mm；排气门为0.35mm。其热态间隙进气门为0.25mm；排气门为0.30mm。第一次调整完毕后，摇转曲轴360°，再调整剩下的气门；对于柴油机有减压机构的在调整气门前，必须把减压机构手柄放在工作位置上。