第5章配气机构

1、第五章第五章 柴油机的换气及配气机构柴油机的换气及配气机构换气过程：每一工作循环中的排气与换气过程：每一工作循环中的排气与进气过程的总称。进气过程的总称。配气机构：换气过程的控制机构。配气机构：换气过程的控制机构。对换气过程的要求：进气充分，排气对换气过程的要求：进气充分，排气干净；干净；对配气机构的要求：准时，正确，密对配气机构的要求：准时，正确，密封。封。 四冲程柴油机的换气过程和换气损失四冲程柴油机的换气过程和换气损失 一、换气过程：一、换气过程： 指从排气门开到进气门关的全过程。指从排气门开到进气门关的全过程。 四冲程非增压柴油机的局部示功图：四冲程非增压柴油机的局部示功图： 从局部示

2、功图上分析，按其特征分为四个阶段：从局部示功图上分析，按其特征分为四个阶段： b-b 自由排气阶段；自由排气阶段； b-r-r0 强制排气阶段；强制排气阶段； r-r-a-a 进气阶段；进气阶段； r-r-r0 燃烧室扫气阶段。燃烧室扫气阶段。（一）自由排气阶段：（一）自由排气阶段： 排气门开排气门开下止点，下止点， b-b 排气提前角排气提前角=40-70度。度。 特点：气缸内外压差大，排气速度高（音速），特点：气缸内外压差大，排气速度高（音速），流量大。流量大。 排气门提前开：排气门提前开： 保证下止点有一定开度；保证下止点有一定开度； 降低排气背压，减少耗功；降低排气背压，减少耗功； 保

3、证下止点有一定流量。保证下止点有一定流量。（二）强制排气阶段：（二）强制排气阶段： 下止点下止点排气门关，排气门关，-r-r0 特点：活塞排挤废气，消耗功，特点：活塞排挤废气，消耗功，=10-70度，度，排气系统阻力关系，排气线在大气压力线之上，排气系统阻力关系，排气线在大气压力线之上，由于存在，废气有一定残留。由于存在，废气有一定残留。 排气门晚关：排气门晚关： 充分利用气流惯性；充分利用气流惯性； 减少排气节流损失；减少排气节流损失； 构成扫气过程。构成扫气过程。 （三）进气阶段：（三）进气阶段： 进气门开进气门开进气门关，进气门关，r-r-a-a =15-70度，度，=20-60度。度。

4、 特点：靠活塞抽取作用进气，进气系统有阻力存在，特点：靠活塞抽取作用进气，进气系统有阻力存在，进气线在大气线之下。进气线在大气线之下。 进气门早开：进气门早开： 保证上止点有一定开度；保证上止点有一定开度； 保证上止点有一定流量；保证上止点有一定流量； 减少抽取真空度，减少功耗。减少抽取真空度，减少功耗。 进气门晚关：进气门晚关： 利用气流惯性；利用气流惯性； 减少节流损失。减少节流损失。（四）燃烧室扫气阶段：（四）燃烧室扫气阶段： 进气门开进气门开排气门关，排气门关，r-r-r0 特点：进气系统、燃烧室、排气系统沟通，进排特点：进气系统、燃烧室、排气系统沟通，进排气过程交叉进行；利用新气扫除

5、气缸内废气。气过程交叉进行；利用新气扫除气缸内废气。 气门重叠角气门重叠角。 气门重叠对柴油机的作用：气门重叠对柴油机的作用：用新气清扫废气，提高换气效果；用新气清扫废气，提高换气效果； 扫气过程中，由于进气对活塞、燃烧室、气门扫气过程中，由于进气对活塞、燃烧室、气门进行了冷却，提高机件的使用寿命；进行了冷却，提高机件的使用寿命； 扫气中，新气与废气参混，降低排气温度，对扫气中，新气与废气参混，降低排气温度，对增压柴油机而言，废气温度降低，提高了涡轮的增压柴油机而言，废气温度降低，提高了涡轮的使用寿命；使用寿命； 扫气使气缸温度降低，从而使进气密度提高，扫气使气缸温度降低，从而使进气密度提高，

6、增加进气量。增加进气量。 不能过大不能过大废气倒灌；废气倒灌； 不能过大不能过大新气损失。新气损失。 增压柴油机的换气过程。增压柴油机的换气过程。 柴油机的充量系数及提高充量系数的柴油机的充量系数及提高充量系数的措施措施 一、四冲程柴油机的充量系数：一、四冲程柴油机的充量系数： 从量上评价换气过程的好坏。从量上评价换气过程的好坏。（一）充量系数的定义：（一）充量系数的定义： 每一循环中实际进入气缸中的空气量（每一循环中实际进入气缸中的空气量（G）与进）与进气管状态下理论上可能充满气缸工作容积（气管状态下理论上可能充满气缸工作容积（Vh）的空气量之比（的空气量之比（Go）。）。 vGo 进气末了

7、状态下气缸内实际所有的空气量；进气末了状态下气缸内实际所有的空气量； Go进气管状态下理论上可能充满进气管状态下理论上可能充满Vh空气量。空气量。 非增压柴油机进气管状态（非增压柴油机进气管状态（Po，To）；）； 增压柴油机的进气管状态（增压柴油机的进气管状态（Ps，Ts）。）。（二）充量系数的公式：（二）充量系数的公式： 假定进气末了气缸内状态是（假定进气末了气缸内状态是（Pa，Ta），气缸内），气缸内空气量是空气量是Ga。 进气末了气缸内空气量是进气末了气缸内空气量是Ga （新气量；新气量；上一循环残留的废气上一循环残留的废气量）量） （GG）G（） 残余废气系数）残余废气系数）(三三)

8、影响影响的因素：的因素： （，Pa，a，Po，To，r） 如果如果Po，To（，）一定，（，）一定，一定，一定， （，（，） ，二、提高充量系数的措施：二、提高充量系数的措施： （一）减小进气系统阻力，提高进气末了压力（一）减小进气系统阻力，提高进气末了压力Pa： 、选择后适的空滤器，并注意清扫；、选择后适的空滤器，并注意清扫； 、进气管道要粗、短，减少弯头；、进气管道要粗、短，减少弯头； 、进气管道壁面光滑；、进气管道壁面光滑； 、增大进气门直径及采用双气门；、增大进气门直径及采用双气门； 、正确设计凸轮型线，使气门开闭迅速，减少、正确设计凸轮型线，使气门开闭迅速，减少节流；节流； 、中冷器

9、要正确设计，减小阻力。、中冷器要正确设计，减小阻力。（二）减小排气系统的阻力，减小（二）减小排气系统的阻力，减小r： 、排气管道要粗、短，减少弯头；、排气管道要粗、短，减少弯头； 、排气管道壁面光滑；、排气管道壁面光滑； 、增大排气门直径及采用双气门；、增大排气门直径及采用双气门； 、正确设计凸轮型线，使气门开闭迅速；、正确设计凸轮型线，使气门开闭迅速； 、消音器要阻力小，并经常清扫。、消音器要阻力小，并经常清扫。（三）选择最佳的配气相位角，减小（三）选择最佳的配气相位角，减小r和和Ta： 不能过大不能过大防废气倒流；防废气倒流； 不能过大不能过大减小压缩比，防新气挤出；减小压缩比，防新气挤出

10、； 不能过大不能过大换气损失增大；换气损失增大； 不能过大不能过大新气损失过多。新气损失过多。 气门重叠角气门重叠角增大时，增大时，a，r。（四）降低进气终了温度：（四）降低进气终了温度： 、进排气管尽可能分开布置，防止排气管对进、进排气管尽可能分开布置，防止排气管对进气管加热；气管加热； 、提高中冷器的冷却效果（传热效果）；、提高中冷器的冷却效果（传热效果）； 、改善燃烧，降低排乞温度；、改善燃烧，降低排乞温度； 、加强燃烧室扫气；、加强燃烧室扫气； 、加强对高温零件冷却。、加强对高温零件冷却。 （五）利用排气的脉冲效应。（五）利用排气的脉冲效应。 配气机构的总体布置 一、配气机构的作用：一

11、、配气机构的作用： 按照工作循环的要求，正确、准时地控制进、排气门的开按照工作循环的要求，正确、准时地控制进、排气门的开启和关闭。启和关闭。 有规律的开闭。有规律的开闭。 要求：要求：进、排气门的启闭严格按照配气正时和发火顺序，保证换进、排气门的启闭严格按照配气正时和发火顺序，保证换气过程准时进行；气过程准时进行；气门开度大小和气门启闭过程符合换气过程的要求；气门开度大小和气门启闭过程符合换气过程的要求；气门关闭时有良好的密封性；气门关闭时有良好的密封性；机件的惯性冲击小，振动和噪音小；机件的惯性冲击小，振动和噪音小；结构简单，工作可靠，便于调整和维修。结构简单，工作可靠，便于调整和维修。凸轮

12、轴凸轮轴气门挺柱气门挺柱气门推杆气门推杆气门摇臂气门摇臂气门横臂气门横臂气门气门1-阀座；阀座；2-气阀；气阀；3-气阀导管；气阀导管；4-气阀弹簧；气阀弹簧；5-簧盘；簧盘；6-卡块；卡块；7-气缸盖气缸盖二、配气机构的组成：二、配气机构的组成： （一）气门机构：（一）气门机构： 气门、气门座、气门导管、气门弹簧、弹簧座、气门、气门座、气门导管、气门弹簧、弹簧座、锁块等；锁块等； （二）气门驱动机构：（二）气门驱动机构： 正时齿轮、凸轮轴、挺柱、推杆、摇臂、摇臂轴、正时齿轮、凸轮轴、挺柱、推杆、摇臂、摇臂轴、摇臂座。摇臂座。凸轮轴位置凸轮轴位置三、配气机构的动作过程三、配气机构的动作过程 曲

13、轴旋转，通过曲轴正时齿轮和齿轮传动装置带曲轴旋转，通过曲轴正时齿轮和齿轮传动装置带动凸轮轴转动。挺柱滚轮贴紧于凸轮型面，当挺动凸轮轴转动。挺柱滚轮贴紧于凸轮型面，当挺柱由凸轮型面推动上升时，气门推杆及摇臂与推柱由凸轮型面推动上升时，气门推杆及摇臂与推杆接触的一端也被顶上移，摇臂绕摇臂轴摆动，杆接触的一端也被顶上移，摇臂绕摇臂轴摆动，摇臂的另一端压气门横臂向下，气门横臂压在两摇臂的另一端压气门横臂向下，气门横臂压在两个同名气门上，使气门弹簧压缩，气门下降而离个同名气门上，使气门弹簧压缩，气门下降而离开气门座孔，气门因此逐渐开启。当挺柱滚轮与开气门座孔，气门因此逐渐开启。当挺柱滚轮与凸轮在型面顶端

14、接触时，气门弹簧压缩量达最大凸轮在型面顶端接触时，气门弹簧压缩量达最大值，气门开度最大。值，气门开度最大。当凸轮型面的顶端转过之后，气门挺柱和气门推当凸轮型面的顶端转过之后，气门挺柱和气门推杆逐渐下移，摇臂回摆，摇臂对横臂和气门弹簧杆逐渐下移，摇臂回摆，摇臂对横臂和气门弹簧的压力减小，在气门弹簧复原力作用下，气门随的压力减小，在气门弹簧复原力作用下，气门随之上升，气门逐渐与气门座接近，即气门开度逐之上升，气门逐渐与气门座接近，即气门开度逐渐减小，最后达到气门全闭渐减小，最后达到气门全闭气门与气门座贴气门与气门座贴紧密闭气缸。当气门全闭时，气门横臂与摇臂脱紧密闭气缸。当气门全闭时，气门横臂与摇臂

15、脱离接触。离接触。 四、四、16V240ZJB型柴油机配气机构总体布置型柴油机配气机构总体布置 气气 门门 机机 构构 一、气门：一、气门： 、作用：、作用： 控制进排气；密封燃烧室；传热。控制进排气；密封燃烧室；传热。 、工作条件：、工作条件： 温度高（排温度高（排 750-850度，进度，进 350-500度）；开闭次度）；开闭次数高，冲击噪音；润滑条件差；磨损严重。数高，冲击噪音；润滑条件差；磨损严重。3、构造：、构造： 耐热合金钢。耐热合金钢。 由气门杆、气门盘两部分构成，进排气门大致相由气门杆、气门盘两部分构成，进排气门大致相同，盘有锥面，斜角是同，盘有锥面，斜角是45度，杆镀钛，氮

16、化处理，度，杆镀钛，氮化处理，锥面与座研磨，磨出锥面与座研磨，磨出2-2.8毫米毫米. 16V240ZJB型柴油机的气门型柴油机的气门 气门头即典型形状气门头即典型形状 16V240ZJB型柴油机的气门机构型柴油机的气门机构 二、气门座：二、气门座： 、作用：、作用： 与气门配合形成密封面，支承气门，传热。与气门配合形成密封面，支承气门，传热。 、构造：、构造： 耐热模具钢。耐热模具钢。 9012，由锥面与气门研配，用过盈配合压装在，由锥面与气门研配，用过盈配合压装在气缸盖上，防松脱。气缸盖上，防松脱。三、气门导管：三、气门导管： 、作用：、作用： 引导气门运动；保证气门与气门座配合。引导气门

17、运动；保证气门与气门座配合。 、构造：、构造： 合金铸铁，长合金铸铁，长194毫米。毫米。 与气缸盖过盈配合，压配后精铰，保证与气门杆与气缸盖过盈配合，压配后精铰，保证与气门杆配合间隙，配合面上有四道配合间隙，配合面上有四道密封槽。密封槽。四、气门弹簧：四、气门弹簧： 、作用：、作用： 保证气门与座的密封，防止振动；使气门开闭受凸轮控保证气门与座的密封，防止振动；使气门开闭受凸轮控制；弹力过大要消耗更多的功。制；弹力过大要消耗更多的功。 、构造：、构造： 弹簧钢。采用双弹簧，增加弹力，提高可靠性，减小尺弹簧钢。采用双弹簧，增加弹力，提高可靠性，减小尺寸。寸。 为了防止断裂后卡住，内外弹簧绕向相

18、反。为了防止断裂后卡住，内外弹簧绕向相反。 内弹簧：内弹簧：，10.5圈，左旋；圈，左旋； 外弹簧：外弹簧：，8.5圈，右旋。圈，右旋。五、锁块（夹）：五、锁块（夹）： 、作用：、作用： 连接气门杆与弹簧座；传递弹簧的弹力。连接气门杆与弹簧座；传递弹簧的弹力。 、构造：、构造： 外表面为锥面，与弹簧座相配；内表面有一凸环，外表面为锥面，与弹簧座相配；内表面有一凸环，与气门杆上环槽相配；为安装方便，做成剖分状。与气门杆上环槽相配；为安装方便，做成剖分状。 气门驱动机构气门驱动机构一、正时齿轮：一、正时齿轮： 、作用：、作用： 曲轴按一定规律，传动凸轮轴。曲轴按一定规律，传动凸轮轴。 、安装位置：

19、、安装位置： 在机体前端齿轮传动箱内。在机体前端齿轮传动箱内。、布置：、布置： 共有个齿轮：共有个齿轮： 主动齿轮主动齿轮曲轴正时齿轮个；曲轴正时齿轮个； 从动齿轮从动齿轮左右凸轮轴正时齿轮各式各个；左右凸轮轴正时齿轮各式各个； 中间齿轮中间齿轮个。个。 ，20，中间齿轮装在支架上（有滚动，中间齿轮装在支架上（有滚动轴承），传动比凸曲。轴承），传动比凸曲。 合金钢，渗碳处理。合金钢，渗碳处理。 二、凸轮轴、凸轮轴轴承和凸轮：二、凸轮轴、凸轮轴轴承和凸轮： （一）凸轮轴：（一）凸轮轴： 、作用：、作用： 按一定规律，控制进排气门的开启与闭合。按一定规律，控制进排气门的开启与闭合。 、构造：、构造

20、： 安装在气缸的两侧，左、右各一根，每根分段安装在气缸的两侧，左、右各一根，每根分段组成，每根上有组成，每根上有个凸轮。个凸轮。 合金调质钢，中空油路，轴颈高频淬火，凸轮中合金调质钢，中空油路，轴颈高频淬火，凸轮中频淬火。频淬火。、轴端连接：、轴端连接： 右凸轮轴：连测速发电机右凸轮轴：连测速发电机司机室司机室柴油机转速表；柴油机转速表； 左凸轮轴：连调控装置传动齿轮左凸轮轴：连调控装置传动齿轮带动调节器、停车器、机械转速表。带动调节器、停车器、机械转速表。 （二）凸轮轴轴承：（二）凸轮轴轴承： 每根凸轮轴有道轴承，全是滑动轴承。每根凸轮轴有道轴承，全是滑动轴承。 其中：其中： 道道径向，较宽

21、，机油由此进入（剖分式）；径向，较宽，机油由此进入（剖分式）； 道道径向，较窄，全相同；径向，较窄，全相同； 道道止推轴承，整体式。止推轴承，整体式。 各轴颈上有出油孔。各轴颈上有出油孔。（三）凸轮：（三）凸轮： 基圆半径基圆半径50，作用角，作用角145度，最大升程是度，最大升程是15.5毫米毫米（气门最大开度（气门最大开度20.4毫米）。毫米）。 进排气凸轮型线相同，为平顶对称函数曲线凸轮；油泵凸进排气凸轮型线相同，为平顶对称函数曲线凸轮；油泵凸轮是不对称圆弧凹面凸轮。轮是不对称圆弧凹面凸轮。 凸轮的布置：凸轮的布置： 、同一根凸轮轴上的同名凸轮按发火顺序排列；、同一根凸轮轴上的同名凸轮按

22、发火顺序排列； 、同一气缸的进、排凸轮及油泵凸轮按配气相位图和喷、同一气缸的进、排凸轮及油泵凸轮按配气相位图和喷油提前角决定。油提前角决定。三、挺柱及推杆：三、挺柱及推杆： 、作用：传力。、作用：传力。 、挺柱：、挺柱： 滚轮式，由挺柱、导筒、挺柱头、挺柱弹簧、挺柱盖、滚滚轮式，由挺柱、导筒、挺柱头、挺柱弹簧、挺柱盖、滚轮、导向轴、轴承、导向槽及销钉等组成。轮、导向轴、轴承、导向槽及销钉等组成。 、推杆：、推杆： 球面座，无缝钢管，长球面座，无缝钢管，长516毫米。毫米。四、摇臂、摇臂轴、摇臂座及横臂：四、摇臂、摇臂轴、摇臂座及横臂： 、摇臂：、摇臂： 传力杠杆，模锻，截面呈工字形，轴孔中是锡

23、青铜传力杠杆，模锻，截面呈工字形，轴孔中是锡青铜衬套，一端压球，一端调整螺栓、锁紧螺母，内有衬套，一端压球，一端调整螺栓、锁紧螺母，内有油道，杠杆比油道，杠杆比153.5/116/5=1.3176。 、摇臂轴：、摇臂轴： 空心，作油道，与摇臂配合间隙空心，作油道，与摇臂配合间隙0.025-0.085毫米毫米。、摇臂座：、摇臂座： 柜形箱体，用个螺钉固定在缸盖上。柜形箱体，用个螺钉固定在缸盖上。 、横臂：、横臂： 套在导杆上，起到控制同名气门同时开启或关闭的套在导杆上，起到控制同名气门同时开启或关闭的同步作用。同步作用。 五、配气机构各零件的润滑油路：五、配气机构各零件的润滑油路： 、正时齿轮：

24、、正时齿轮： 主油道主油道分油器分油器油管油管啮合面啮合面曲轴曲轴箱。箱。 、凸轮轴轴承：、凸轮轴轴承： 主油道主油道油管油管第一位轴承第一位轴承凸轮轴油凸轮轴油孔孔各位轴承各位轴承曲轴箱。曲轴箱。 气门间隙和配气正时的调整气门间隙和配气正时的调整一、气门冷态间隙的调整：一、气门冷态间隙的调整： （一）气门间隙：（一）气门间隙： 当柴油机在冷态下，气门处于关闭状态时，气门当柴油机在冷态下，气门处于关闭状态时，气门驱动机构各零件间的总间隙。驱动机构各零件间的总间隙。 冷态：指机内的油、水温度不高于冷态：指机内的油、水温度不高于40度。度。 装配时预留有一定的气门间隙。装配时预留有一定的气门间隙。

25、（二）为什么要预留一定的气门间隙：（二）为什么要预留一定的气门间隙： 不留或留的太小，柴油机工作时，机件受热伸长，不留或留的太小，柴油机工作时，机件受热伸长，气门必然关不严，燃气漏泄，气体压缩温度、压力气门必然关不严，燃气漏泄，气体压缩温度、压力降低，柴油功率下降，效率下降，气门烧损。降低，柴油功率下降，效率下降，气门烧损。 如果留的间隙太大，柴油机工作时，配气机构零件如果留的间隙太大，柴油机工作时，配气机构零件产生冲击及噪音，并且实际进、排气过程缩短，影产生冲击及噪音，并且实际进、排气过程缩短，影响换气，柴油机功率、效率下降。响换气，柴油机功率、效率下降。 排气门一般比进气门留的间隙大。排气

26、门一般比进气门留的间隙大。 16V240ZJB柴油机排气门间隙柴油机排气门间隙0.5-0.55，进气门间，进气门间隙隙0.4-0.45。16V240ZJB型柴油机各缸测量调整气门间隙和分组情况型柴油机各缸测量调整气门间隙和分组情况 、调整的基本原理：、调整的基本原理： 转动曲轴，确认气门处于关闭状态。转动曲轴，确认气门处于关闭状态。 旋动摇臂上的调整螺钉，并用工具测定气门间隙，旋动摇臂上的调整螺钉，并用工具测定气门间隙，达到规定值为止，使其符合规定要求。达到规定值为止，使其符合规定要求。 （下旋为小，上旋为大）。（下旋为小，上旋为大）。 （三）调整的基本原理：（三）调整的基本原理： 、调整气门

27、间隙的三个基本前提条件：、调整气门间隙的三个基本前提条件： 三者缺一不可。三者缺一不可。 柴油机处于冷态；柴油机处于冷态； 要调的气门必须处于关闭状态；要调的气门必须处于关闭状态； 压缩比已经调定。压缩比已经调定。 新组装的柴油机要预留气门间隙，更换配气机构新组装的柴油机要预留气门间隙，更换配气机构时要调整，旧机器使用中要校核。时要调整，旧机器使用中要校核。二、配气正时的调整：二、配气正时的调整： （一）对配气正时的要求：（一）对配气正时的要求： 各个气缸的进、排气门要按照配气相位图开闭；各个气缸的进、排气门要按照配气相位图开闭；并且各缸的同名气门按照柴油机的工作顺序开闭；并且各缸的同名气门按照柴油机的工作顺序开闭；上述两个要求必须同时满足，才能算作配气正时。上述两个要求必须同时满足，才能算作配气正时。（二）调整配气正时的原理：（二）调整配气正时的原理： 、分析：、分析： 配气正时，要求气门的开闭要按规定开闭。配气正时，要求气门的开闭要按规定开闭。 如：活塞在下止点前如：活塞在下止点前4220，排开；活塞在上止，排开；活塞在上止点后点后4220，排关。，排关。 凸轮轴的位置决定气门开闭状态；曲轴的位置凸轮轴的位置决定气门开闭状态；曲轴的位置决定活塞在气缸内的位置。决定活塞在气缸内的位置。 曲轴与凸轮轴相对位