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柴油机配气机构的功能、结构组成和布置方式 |
摘要：配气机构是按照发动机各缸工作循环和工作顺序的要求，适时地打开和关闭各缸的进、排气门，使新鲜可燃混合气或新鲜空气及时进入气缸，废气及时地排出气缸，并在压缩和做功冲程使气门和气门座有可靠的密封，保证发动机的正常工作。 本文重点介绍了柴油发电机配气机构的组成和技术说明以及铰削方法，以供维修工在柴油机修理工作中储备更多的技术知识。
一、配气机构的结构
配气机构是进、排气管道的控制机构，它按照气缸的工作顺序和工作过程的要求，准时地开闭进、排气门、向气缸供给新鲜空气并及时排出废气。另外，当进、排气门关闭时，保证气缸密封。进饱排净，四行程发动机都采用气门式配气机构。
1、充气效率
充气效率即充量系数，是指柴油机每个工作循环内，发动机气缸内实际吸入气缸的新鲜空气质量与进气道状态下充满气缸工作容积的理论空气质量比值。柴油机的充气效率反映了进气过程的完善程度，是衡量发动机进气性能的重要指标。充气效率是指每一个进气行程所吸入的空气质量与标准状态下（1个大气压、20℃、密度为1.187kg/m2）占有气缸活塞行程容积的干燥空气质量的比值。大气压力高、温度低、密度高时，发动机的充气效率也将随之提高。
配气机构的充气效率用ηv表示，其公式为：
ηv=M/M0
式中，M ——进气过程中，实际进入气缸的新气的质量；
M0——在理想状态下，充满气缸工作容积的新气质量；
2、配气机构总体组成
（1）气门传动组
如图1所示，由挺柱、 推杆、摇臂轴支架、 摇臂轴、 调整螺钉及锁紧螺母、摇臂组成。
① 凸轮轴是气门驱动组的主要部件，其作用是控制气门的开闭及其升程的变化规律。
② 挺杆作用是将凸轮轴转动时产生的驱动力传递给推杆（下、中凸轮轴）或气门（顶置凸轮轴）。挺杆一般由合金钢或合金铸铁制成，耐磨性好。
③ 推杆作用是将凸轮驱动力从挺杆传递到摇臂机构。
④ 摇臂作用是改变来自推杆或凸轮的力的方向，然后传递给气门使其开启。摇臂总成主要由摇臂、摇臂轴、轴承座、气门间隙调整螺钉等零件组成。
（2）气门组
如图2所示，由气门锁片、 气门弹簧座、气门、 防油罩、气门弹簧、气门导管、 气门座组成。气门是控制气缸内进气和排气的门，它通过气门座和气门导管与气缸相连。气门弹簧的作用是将气门恢复到关闭位置，气门卡则用于固定气门弹簧和气门。 气门组的作用主要有以下几个方面：
① 控制气缸内的进气和排气
气门组通过控制气门的开闭来控制气缸内的进气和排气。当气门打开时，气缸内的空气可以自由进出，从而实现进气和排气的功能。而当气门关闭时，气缸内的空气被封闭在其中，从而形成压缩和燃烧的条件。
② 影响发动机的性能和效率
气门组的设计和工作原理直接影响着发动机的性能和效率。气门的开启时间、开启程度和关闭时间等参数都会影响发动机的输出功率、燃油消耗和排放水平。因此，气门组的设计和调整是发动机调校中非常重要的一环。
③ 维持发动机的正常运转
气门组的正常运转对于发动机的稳定性和可靠性非常重要。如果气门组出现故障，比如气门卡松动、气门弹簧失效等，就会导致气门无法正常关闭或打开，从而影响发动机的正常运转。因此，定期检查和维护气门组是保证发动机正常运转的重要措施之一。
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图1 气门转动组的结构图 |
图2 柴油机气门组结构示意图 |
二、配气机构布置形式
1、按气门的布置方式分
（1）气门顶置式
如图3所示，柴油发动机常采用：
○ 气门布置在气缸盖上。
○ 气门行程大，结构较复杂。
○ 燃烧室紧凑，便于进行维护，调整气门也比较容易。
（2）气门侧置式
如图4所示，进排气门都布置在气缸的侧面，结构简单、零件数目少。
○ 燃烧室结构不紧凑、
○ 热量损失大、进气道
○ 曲折、进气阻力大，使发动机性能下降
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图3 气门顶置式布置图 |
图4 气门侧置式布置图 |
2、按凸轮轴的布置位置分
凸轮轴的位置有下置式、中置式和上置式三种，如图5所示。下置式配气机构的凸轮轴位于曲轴箱内，中置式配气机构的凸轮轴位于机体上部，上置式配气机构的凸轮轴位于气缸盖上。
（1）凸轮轴下置式
○ 有利因素：简化曲轴与凸轮轴之间传动装置，有利于发动机的布置。
○ 不利因素：凸轮轴与气门相距较远，动力传递路线较长，环节多，因此不适用于高速发动机。
○ 结构组成，如图6所示。
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图5 凸轮轴位置布置图 |
图6 凸轮轴下置式结构图 |
（2） 凸轮轴中置式
○ 传动方式： 有些取消了推杆，而由凸轮轴经过挺柱直接驱动摇臂。
○ 应用： 适用于发动机转速较高时，可以减少气门传动机构的往复运动质量。
○ 结构组成，如图7所示。
（3）凸轮轴上置式
○ 优点：凸轮轴与气门距离近，不需要推杆、挺柱，使往复运动的惯量减少。非常适合于高速发动机。
○ 缺点：传动问题，发动机高度增加，给安装喷油器造成困难。
○ 结构组成，如图8所示。
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图7 凸轮轴中置式结构图 |
图8 上置凸轮轴配气机构结构图 |
三、配气机构的功能与铰削方法
1、功能
配气机构通过凸轮轴的旋转运动，控制气门的开启和关闭，以实现气缸内燃气体的进出。它的主要功能包括以下几个方面：
（1）控制气门的开启和关闭时机
配气机构通过凸轮轴上的凸轮，确定了气门的开启和关闭时机。在进气冲程中，气门需要在活塞下行时开启，以便新鲜的燃气进入气缸；在排气冲程中，气门需要在活塞上行时开启，以便将废气排出气缸。
（2）控制气门的开启和关闭幅度
配气机构通过凸轮轴上的凸轮形状和凸轮轴的转动方式，确定了气门的开启和关闭幅度。开启幅度的大小直接影响气缸内气体的进出量，从而影响发动机的输出功率和扭矩。
（3）控制气门的开启和关闭速度
配气机构通过凸轮轴的转动速度，控制了气门的开启和关闭速度。开启速度的快慢直接影响气门的响应时间和气缸内气体的流动速度，从而影响发动机的响应性和燃烧效率。
（4）确保气门的密封性
配气机构通过气门弹簧、气门盖、气门导管和气门座等控制机构，保证了气门在工作过程中的密封性。密封性的好坏直接影响发动机的气缸压缩比和燃烧效率。
2、气门铰削的方法和要求
因为铰气门座时，是以气门导管为基准的，所以气门导管如需要更换或铰配时，应在气门座的铰削之前进行。否则，若先铰削气门座再更换或铰配导管，就可能使座和管的中心偏移，而造成气门无法和座进行配合的后果。气门座的一般铰削工艺程序如下。选择铰刀导杆，
（2）砂磨硬化层
（4）试配与修整接触面
（5）气门与气门座的正确接触。
在气门锥形工作面的中下部，宽度为1.5～2mm。初铰后的试配，如果接触面偏上，应用15°铰刀铰削上口，使接触面下移，如接触面偏下，应用75°铰刀铰削下口，使接触面上移，初铰时应尽量使气门接触面在中下部，应边饺边试配。为了延长气门座与气门的使用寿命，当接触面距气门下边缘时，即可停止铰配。
（6）精铰
最后用45°（或30°）的细刃铰刀或在铰刀上垫以细砂布精细地修铰（磨）气门座工作面，以提高接触面的光洁度。最后再用红丹油进行检查，气门与气门座的接触面应是一条不间断的环形带。
以上方法和要求仅仅是基本的，在铰削中要根据气门座的具体情况灵活处理。在修理中，有时会遇到气门座宽度已铰合适，但接触面太靠上，这时如果用15°铰刀铰上口时，将会产生接触面变窄的新矛盾。如果为了解决这一新矛盾，再用45°（或30°）铰刀进行铰削时，则气门座的口径将会扩大，这将导致接触面向上移。因此，在这种情况下，虽然接触面太靠上，但只要接触面距气门工作面还有1mm以上，则允许使用，否则就要更换气门或重新镶配气门座圈。
总结：
配气机构是柴油机中重要的一个组成部分，它通过控制气门的开启和关闭时机、幅度和速度，实现了气缸内燃气体的进出。配气机构的设计和工作原理直接影响着发动机的性能和效率，因此在发动机设计和调试中，对配气机构的优化和调整至关重要。通过合理设计和调整配气机构，可以提高发动机的输出功率和扭矩，改善燃烧效率，降低燃油消耗和排放。
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