導(dǎo)語(yǔ)：柴油機(jī)氣門(mén)設(shè)計(jì)與特征一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢(xún)客服老師，歡迎參考。

配氣機(jī)構(gòu)是汽車(chē)、船舶等發(fā)動(dòng)機(jī)的重要部件之一，它的功能是實(shí)現(xiàn)換氣過(guò)程，以保證氣缸吸人新鮮空氣和排除燃燒廢氣HI2]．氣門(mén)是配氣機(jī)構(gòu)的核心部件，在工作中承受極高的機(jī)械負(fù)荷、熱負(fù)荷及腐蝕性氣體的沖刷，潤(rùn)滑狀態(tài)極為不良，因而在工作中磨損比較嚴(yán)重，常造成氣門(mén)下沉，燃燒室的容積增大，使柴油機(jī)性能變壞，嚴(yán)重時(shí)影響柴油機(jī)的正常工作。J．據(jù)相關(guān)資料顯示，配氣機(jī)構(gòu)的摩擦損失在柴油機(jī)總摩擦損失中占有較大的比例，特別是在低速、小負(fù)荷時(shí)，可能達(dá)20％以上．自20世紀(jì)40年代以來(lái)，由于因配氣凸輪乃至配氣機(jī)構(gòu)其他元件引起的故障日益增多，人們開(kāi)始了對(duì)配氣機(jī)構(gòu)及其元件的摩擦磨損展開(kāi)了深人的研究，取得了一系列研究成果．Ootani5對(duì)使用耐熱鋼SUH3材料制成的氣門(mén)和用燒結(jié)合金材料制成的氣門(mén)圈座的沖擊磨損試驗(yàn)進(jìn)行了研究．LewisR提出了一種在試驗(yàn)臺(tái)上檢驗(yàn)柴油機(jī)氣門(mén)與氣門(mén)圈座的磨損問(wèn)題的方法．程紹桐等提出當(dāng)前車(chē)用柴油機(jī)氣門(mén)失效的主要模式，并闡明了解決失效應(yīng)重點(diǎn)從機(jī)械應(yīng)力出發(fā)，從設(shè)計(jì)、制造和使用三個(gè)方面對(duì)失效原因進(jìn)行分析．趙運(yùn)才等對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)一門(mén)座副的磨損失效過(guò)程進(jìn)行了模擬實(shí)驗(yàn)研究．朱遠(yuǎn)志等分析了工況條件下化學(xué)介質(zhì)、溫度、應(yīng)力等環(huán)境因素對(duì)重型發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)座圈材料磨損的影響．陸克久等分析了進(jìn)氣門(mén)與座圈磨損的主要影響因素．張春豐等分析了活塞組、曲柄連桿機(jī)構(gòu)、噴油泵、配氣機(jī)構(gòu)等組件的機(jī)械損失．張松口指出了凸輪一挺柱間過(guò)大的接觸應(yīng)力是造成凸輪磨損失效的主要原因．綜上所述，柴油機(jī)配氣機(jī)構(gòu)摩擦方面的研究取得了很大進(jìn)展，但大部分的研究是圍繞著凸輪一挺柱的摩擦磨損以及凸輪型線(xiàn)的設(shè)計(jì)而展開(kāi)的，而在氣門(mén)與氣門(mén)座、氣門(mén)與氣門(mén)導(dǎo)桿間引入潤(rùn)滑油而減少配氣機(jī)構(gòu)磨損方面的研究幾乎沒(méi)有．目前，國(guó)外許多大功率柴油機(jī)已經(jīng)采用氣門(mén)潤(rùn)滑裝置技術(shù)來(lái)解決進(jìn)氣門(mén)與其座圈的磨損問(wèn)題，如MTU公司在396系列高強(qiáng)化、大功率柴油機(jī)上已普遍采用配氣機(jī)構(gòu)氣門(mén)潤(rùn)滑技術(shù)．通過(guò)安裝氣門(mén)潤(rùn)滑裝置，在氣門(mén)與氣門(mén)座、氣門(mén)與氣門(mén)導(dǎo)桿間引入潤(rùn)滑油對(duì)接觸表面進(jìn)行潤(rùn)滑，將極大地改善其摩擦磨損狀況，提高柴油機(jī)的壽命及其工作可靠性．在國(guó)內(nèi)，氣門(mén)潤(rùn)滑裝置的技術(shù)資料比較缺乏，到目前為止，主要依賴(lài)進(jìn)口，應(yīng)用在潛艇等軍事領(lǐng)域．本文在分析柴油機(jī)配氣機(jī)構(gòu)潤(rùn)滑機(jī)理的基礎(chǔ)上，對(duì)柴油機(jī)氣門(mén)潤(rùn)滑裝置進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和機(jī)理分析，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)在柴油機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的氣門(mén)與氣門(mén)座、氣門(mén)與氣門(mén)導(dǎo)桿間引入潤(rùn)滑油對(duì)接觸表面進(jìn)行潤(rùn)滑，對(duì)于改善柴油機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的摩擦磨損狀況有一定的指導(dǎo)意義．

1配氣機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析

配氣機(jī)構(gòu)是柴油機(jī)的重要組成部分．目前，柴油機(jī)上常用的配氣形式是凸輪軸式配氣機(jī)構(gòu)．包含的組件有：凸輪、挺柱、搖臂、搖臂軸、氣門(mén)、氣門(mén)彈簧等．它是由凸輪的旋轉(zhuǎn)通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)氣門(mén)按預(yù)定規(guī)律開(kāi)啟和關(guān)閉來(lái)實(shí)現(xiàn)配氣過(guò)程．凸輪軸是配氣機(jī)構(gòu)中主要的驅(qū)動(dòng)零件，凸輪的外形決定了氣門(mén)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和發(fā)動(dòng)機(jī)的配氣相位．凸輪計(jì)算的任務(wù)是根據(jù)給定的最大凸輪升程和配氣時(shí)間來(lái)確定挺柱的加速度、速度和升程與曲軸轉(zhuǎn)角(或凸輪轉(zhuǎn)角)之間的關(guān)系．在傳動(dòng)過(guò)程中，配氣機(jī)構(gòu)的當(dāng)量質(zhì)量的慣性力和彈簧力促使機(jī)構(gòu)產(chǎn)生變形．凸輪型線(xiàn)設(shè)計(jì)的最佳效果是最終得到最佳的氣門(mén)升程、速度和加速度曲線(xiàn)，在發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定轉(zhuǎn)速和超速條件下，保證得到最小氣門(mén)落座力和最小落座速度．由配氣機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律可知，氣門(mén)潤(rùn)滑裝置運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，若流量太大則燒機(jī)油嚴(yán)重，增加排放；若流量太小，氣門(mén)與座圈潤(rùn)滑不足，磨損嚴(yán)重．為了實(shí)現(xiàn)氣門(mén)潤(rùn)滑裝置的供油量與配氣機(jī)構(gòu)的進(jìn)氣量相匹配，本文將氣門(mén)潤(rùn)滑裝置中的主動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)速與配氣機(jī)構(gòu)的凸輪的轉(zhuǎn)速相關(guān)聯(lián)，利用凸輪的轉(zhuǎn)速控制氣門(mén)潤(rùn)滑裝置每分鐘的流量，從而實(shí)現(xiàn)在配氣機(jī)構(gòu)的氣門(mén)與氣門(mén)座之間引入適量潤(rùn)滑油對(duì)其接觸表面進(jìn)行潤(rùn)滑的目的．

2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示，氣門(mén)潤(rùn)滑裝置主要有泵油系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)和調(diào)整系統(tǒng)3部分組成．泵油系統(tǒng)主要包括齒輪頂柱、彈簧、油泵體和限位螺釘，傳動(dòng)系統(tǒng)主要包括主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪，調(diào)整系統(tǒng)主要包括調(diào)整軸、頂銷(xiāo)、頂柱和彈簧等．

(1)泵油系統(tǒng)泵油系統(tǒng)的主要構(gòu)件為柱塞，本文選用軸向柱塞泵的結(jié)構(gòu)形式．軸向柱塞泵的柱塞與缸體柱塞孔之間為圓柱面配合，加工工藝性好，易于獲得很高的配合精度，且密封性能好，泄漏少，能在高壓下工作，容積效率高，流量容易調(diào)節(jié)．在柴油機(jī)配氣機(jī)構(gòu)中，凸輪軸每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，排氣和進(jìn)氣門(mén)各工作一次．為了保證配氣機(jī)構(gòu)的進(jìn)氣量與氣門(mén)潤(rùn)滑裝置的流量相匹配，必須使氣門(mén)潤(rùn)滑裝置的從動(dòng)齒輪在凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)一周的過(guò)程中也轉(zhuǎn)動(dòng)一周，同時(shí)與從動(dòng)齒輪做成一體的柱塞走完一個(gè)行程，氣門(mén)潤(rùn)滑裝置出油口供油兩次．齒輪過(guò)渡階段(3O。)，在柱塞上開(kāi)寬為2mm的槽(對(duì)應(yīng)中心角約33。)，如圖3所示，通過(guò)齒輪轉(zhuǎn)角決定柱塞吸油和供油．在泵體上設(shè)置兩個(gè)相互連通的出油孔，以滿(mǎn)足兩個(gè)出油口同時(shí)供油的要求．如圖4(a)所示，當(dāng)柱塞上的通孔與出油孔連通時(shí)，兩個(gè)出油口同時(shí)供油；如圖，4(b)所示，當(dāng)柱塞上孔與出油孔斷開(kāi)時(shí)，兩出油口同時(shí)關(guān)閉。

(2)傳動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)系統(tǒng)主要由主動(dòng)和從動(dòng)齒輪組成．眾所周知，目前，原動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)形式為轉(zhuǎn)動(dòng)，如何將原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為柱塞的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，是氣門(mén)潤(rùn)滑裝置設(shè)計(jì)的關(guān)鍵．根據(jù)機(jī)構(gòu)學(xué)相關(guān)原理可知，凸輪機(jī)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)從轉(zhuǎn)動(dòng)到移動(dòng)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的轉(zhuǎn)換．為此，本文將凸輪機(jī)構(gòu)與齒輪機(jī)構(gòu)相結(jié)合，根據(jù)柱塞泵的特點(diǎn)，將泵油系統(tǒng)的柱塞與傳動(dòng)系統(tǒng)的從動(dòng)齒輪做成一體，并將從動(dòng)齒輪的端面設(shè)計(jì)為波形，如圖3和圖5所示．由圖5中從動(dòng)齒輪端面展開(kāi)圖可知，A、E為行程始點(diǎn)，為行程終點(diǎn)，C為回程始點(diǎn)，D為回程終點(diǎn)，當(dāng)從動(dòng)、齒輪轉(zhuǎn)E所對(duì)應(yīng)的中心角時(shí)，為一個(gè)吸油、供油循環(huán)．當(dāng)從動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)到凸起部分與頂銷(xiāo)接觸時(shí)，柱塞下行，氣門(mén)潤(rùn)滑裝置供油；反之，當(dāng)齒輪轉(zhuǎn)到凹陷部分與頂銷(xiāo)接觸時(shí)，氣門(mén)潤(rùn)滑裝置進(jìn)油．通過(guò)從動(dòng)齒輪端面與頂銷(xiāo)間的接觸及柱塞彈簧力的作用，可實(shí)現(xiàn)將齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為柱塞有規(guī)律的上下運(yùn)動(dòng)，從而完成氣門(mén)潤(rùn)滑裝置的間斷供油過(guò)程．

(3)調(diào)整系統(tǒng)由于頂銷(xiāo)與從動(dòng)齒輪端面存在相對(duì)滑動(dòng)，不可避免地會(huì)產(chǎn)生磨損．頂銷(xiāo)磨損，柱塞行程減小，從而影響氣門(mén)潤(rùn)滑裝置每次供油量的大小．為了保證氣門(mén)潤(rùn)滑裝置在使用壽命期間內(nèi)的流量精度，在氣門(mén)潤(rùn)滑裝置的結(jié)構(gòu)上增設(shè)調(diào)整系統(tǒng)，如圖1所示．當(dāng)頂銷(xiāo)磨損量達(dá)到一定時(shí)，通過(guò)手動(dòng)調(diào)整軸的位置來(lái)調(diào)整柱塞位置(即柱塞腔的容積)，以滿(mǎn)足氣門(mén)潤(rùn)滑裝置的流量要求．

2)工作原理工作時(shí)，在氣門(mén)潤(rùn)滑裝置彈簧和頂銷(xiāo)的共同作用下，迫使柱塞作上、下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而完成泵油任務(wù)，泵油過(guò)程可分為以下兩個(gè)階段．在進(jìn)油階段，當(dāng)從動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)到凹陷部分時(shí)，柱塞在彈簧的作用下向上運(yùn)動(dòng)，泵油室產(chǎn)生真空度，當(dāng)柱塞運(yùn)行到槽與進(jìn)油孔連通時(shí)，泵油室打開(kāi)，充滿(mǎn)在油泵體油道內(nèi)的機(jī)油經(jīng)凹槽進(jìn)入泵油室，柱塞運(yùn)動(dòng)到上止點(diǎn)，進(jìn)油結(jié)束．當(dāng)從動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)到凸起部分時(shí)，氣門(mén)潤(rùn)滑裝置處于泵油階段，柱塞在頂柱作用下向下運(yùn)動(dòng)，彈簧被壓縮，機(jī)油受壓，當(dāng)泵油壓力大于出油閥彈簧力時(shí)，推開(kāi)出油閥，機(jī)油經(jīng)出油閥進(jìn)入油管，通過(guò)潤(rùn)滑系統(tǒng)進(jìn)人柴油機(jī)配氣機(jī)構(gòu)進(jìn)行潤(rùn)滑．

3特性分析

由圖4可知，氣門(mén)潤(rùn)滑裝置有2個(gè)出油孔，則、E間對(duì)應(yīng)的中心角為=l+2+3+4=7r．(1)其中：。，凸輪行程角；2，凸輪遠(yuǎn)休止角；。，凸輪回程角；，凸輪近休止角．若潤(rùn)滑裝置的輸^轉(zhuǎn)速為n，則—個(gè)供油周期t為￡=(2)厶¨，‘式中，i為齒輪傳動(dòng)比．若輪行程為，柱塞的直徑為d，則油腔的體4優(yōu)缺點(diǎn)分析積為‘’I／u／v=了ard2h．()由于氣門(mén)潤(rùn)滑裝置有2個(gè)出油孑L，則每個(gè)出油孔的流量為Q=_．V(4)由式(1)一(4)可知，每個(gè)出油孔的平均流量為Q=~d2hn．(5)如圖2所示，氣門(mén)潤(rùn)滑裝置出油口為2個(gè)，柱塞直徑為7Inln，柱塞行程為2．5rain，從動(dòng)齒輪為單頭蝸桿，轉(zhuǎn)速為I300r／min，主動(dòng)齒輪齒數(shù)為30個(gè)．以柱塞的上止點(diǎn)為參考，則柱塞的位移隨時(shí)間的變化曲線(xiàn)如圖6所示，氣門(mén)潤(rùn)滑裝置流量曲線(xiàn)如圖7所示．由圖6可知，在齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，柱塞運(yùn)動(dòng)規(guī)律呈線(xiàn)性規(guī)律變化．在柱塞上行階段，油腔體積增大，油腔處于負(fù)壓狀態(tài)，潤(rùn)滑裝置處于吸油狀態(tài)，在柱塞下行階段，油腔體積減小，油腔內(nèi)壓力增加，潤(rùn)滑裝置處于供油狀態(tài)．由圖7可知，在齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，潤(rùn)滑裝置進(jìn)行周期性供油，在柱塞處于下行階段時(shí)，其流量大小為50．11mL／s．一個(gè)周期內(nèi)，每個(gè)出油口供油時(shí)間為1．9ms．根據(jù)輸入轉(zhuǎn)速和潤(rùn)滑裝置基本尺寸可知，每個(gè)出油孔的流量為1．04mL／min．

4優(yōu)缺點(diǎn)分析

氣門(mén)與氣門(mén)座除了承受氣門(mén)關(guān)閉時(shí)的沖擊負(fù)荷，還要受到氣缸中燃燒壓力的沖擊作用，迫使氣門(mén)進(jìn)入座圈，并且氣門(mén)落座幾乎是在“干”狀態(tài)下完成的，因此很容易引起氣門(mén)與氣門(mén)座磨損．針對(duì)這些問(wèn)題，目前的解決方法主要是選用合適的氣門(mén)座材料，使其具有足夠的高溫強(qiáng)度、耐腐蝕性、耐沖擊性和導(dǎo)熱性，一般采用合金鑄鐵、球墨鑄鐵，也有采合金鋼或青銅，更有甚者采用在氣門(mén)座上堆焊耐熱合金．1-t4]．另外可以改善凸輪型線(xiàn)以減少氣門(mén)對(duì)氣門(mén)座的沖擊力¨J．本文設(shè)計(jì)的柴油機(jī)氣門(mén)潤(rùn)滑裝置(木模如圖8所示)，可以在柴油機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的氣門(mén)與氣門(mén)座、氣門(mén)與氣門(mén)導(dǎo)桿間引人潤(rùn)滑油對(duì)接觸表面進(jìn)行潤(rùn)滑，從而改善氣門(mén)與氣門(mén)座的磨損狀況．考慮實(shí)際轉(zhuǎn)速、沖擊、彈性裝置的變形響應(yīng)的氣門(mén)潤(rùn)滑裝置的運(yùn)動(dòng)特性、裝機(jī)試驗(yàn)將在后續(xù)工作中完成，筆者將另行撰文進(jìn)行討論．

5結(jié)論

1)將齒輪端面設(shè)計(jì)為波形，有效地將齒輪傳動(dòng)與凸輪傳動(dòng)相結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)了將齒輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)有效地轉(zhuǎn)化為柱塞的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)．

2)根據(jù)凸輪運(yùn)動(dòng)規(guī)律和柱塞泵的特點(diǎn)，在齒輪端面行程角及回程角處開(kāi)槽，可以實(shí)現(xiàn)氣門(mén)潤(rùn)滑裝置周期性供油，從而可以實(shí)現(xiàn)在柴油機(jī)氣門(mén)與氣門(mén)座之間引入潤(rùn)滑油對(duì)接觸表面進(jìn)行潤(rùn)滑．

3)根據(jù)潤(rùn)滑裝置的基本結(jié)構(gòu)，明確了潤(rùn)滑裝置的流量計(jì)算方法，對(duì)其柱塞運(yùn)動(dòng)規(guī)律、流量曲線(xiàn)進(jìn)行了理論分析，結(jié)果表明，設(shè)計(jì)的氣門(mén)潤(rùn)滑裝置可以實(shí)現(xiàn)對(duì)柴油機(jī)氣門(mén)與氣門(mén)座提供小流量、間斷供油。