直列四缸柴油机配气机构设计

毕业设计（论文）任务书

注：本任务书要求一式两份，一份系部留存，一份报教务处实践教学科。

直列四缸柴油机配气机构设计

摘要

气门配气机构是四冲程柴油机所特有的机构，它是按照发动机的点火次序和各缸工作循环的要求，定时开启和关闭进、排气门，完成换气过程。因此配气机构要满足：进、排气的定时和准确；气门关闭要严密可靠；气流阻力要小；结构简单拆装方便。

气门配气机构由气门组、气门传动组、凸轮轴传动机构三部分组成。气门组主要由：气门、阀座、气门导管、气门弹簧和连接键组成，195B型柴油机采用不带阀壳的气门组气门的开启和关闭是靠传动机构来实现的，传动机构可分为机械和液压传动机构。195B 型柴油机采用下置式传动形式，由凸轮、挺柱、推杆、摇臂、摇臂座、摇臂轴、调整螺钉等组成。凸轮轴与曲轴之间的传动机构与柴油机的型式、凸轮轴与曲轴的相对位置、气门传动机构的型式等有关，一般有齿轮传动和链传动。195B型柴油机采用齿轮传动，柴油机曲轴与凸轮轴的传动比为2：1.

配气机构控制发动机进排气过程,直接影响着发动机的性能，是衡量发动机可靠性的指标之一.

关键词：柴油机；配气机构；凸轮型线

ABSTRACT

The valve train is one of the most important mechanisms in a internal combustion engine, whether the performances are good or bad, that affecting the power performance, economic performance, emissions performance of the engine, as well as affecting the reliability and wear performances of the whole engine. Along with the requests of the engine’s high power, super-speed, people demand a higher index. That is, when the engine runs under a high speed, it can still work steadily and dependably, which demand that the valve train system should have a high performance. Cam profile is the hard core of the valve train, which design is one of the important ways to carry out valve train optimal design. Simulation calculation and experimentation research are two important ways to carry out research and development on valve train of internal-combustion engine.

Key words: Diesel engine; Valve train; Cam profile

绪论

1.配齐机构的简介：配气机构是发动机的重要组成部分。它的功能是实现换气过程，即根据气缸的工作次序，定时地开启和关闭进、排气门，以保证气缸吸入新鲜空气和排除燃烧废气。一台内燃机的经济性能是否优越，动力性是否足够大，工作是否可靠，噪音与振动能否控制在较低的限度，常常与其配气机构设计是否合理有密切关系。

配气机构设计的优劣不仅影响发动机的结构紧凑性和制造、使用的成本，而且还决定了高速运转时柴油机的工作可靠性、耐久性。配气机构设计的好坏对柴油机的性能指标有着很重要的影响。

配气机构的功用是按照发动机每一气缸内所进行的工作循环和发火次序的要求，定时开启和关闭进、排气门，使新鲜充量得以及时进入气缸，而废气得以及时从气缸排出。新鲜充量充满气缸的程度用充量系数 c来表示。充量系数越高，表明进入气缸内的新鲜空气或可燃混合气的质量越多，发动机发出的功率越大。压力越高，温度越低，则一定容积的气体质量越大，因此充量系数越高。由于在实际工作中，压力，温度都有不利因素，所以充量系数总是小于1，一般在0.8—0.9。就配气机构而言，主要是要求其结构有利于减小进气和排气的阻力，而且进、排气门的开启时刻和持续开启时间比较适当，使进气和排气都尽可能充分。

一般说来，设计合理的配气机构应具有良好的换气性能，进气充分，排气彻底，即具有较大的时间-断面值，泵气量损失小，配气正时恰当。与此同时，配气机构还应具有良好的动力性能，工作时运动平稳，振动和噪音较小，不发生强烈的冲击磨损等现象，这就要求配气机构的从动件具有良好的运动加速度变化规律，以及不太大的正、负加速度值。

例如，对气门通过能力的要求，实际上可理解为是对由凸轮外形所决定的气门位移规律的要求。显然，气门开闭迅速就能增大时面值，但这将导致气门机构运动件的加速度和惯性负荷增大，冲击、振动加剧，机构动力特性变差。因此，对气门通过能力的要求与对机构动力特性的要求之间存在一定矛盾，应视所设计发动机的特点，如发动机工作转速、性能要求、配气机构系统刚度大小等，在凸轮外形设计中兼顾解决。

配气机构的结构形式是多种多样的，四行程发动机广泛地采用气门式配气机构。气门式配气机构可从不同角度分类。按气门的布置形式不同，主要有气门顶置式和气门侧置式；顶置气门式的配气机构又可根据凸轮轴的布置位置及凸轮轴数目的不同分为凸轮

轴下置式、凸轮轴中置式和凸轮轴上置式。

侧置气门式配气机构的进、排气门设置在气缸体的一侧。气门不但是气体流动的通道，而且是燃烧室的组成部分，这种燃烧室只适应于早期低压缩比内燃机。它不紧凑，单位燃烧室体积的表面积大，燃烧室散热面积大，热损失多。此外，进、排气道由于气门侧置拐弯增多，进、排气阻力大，但结构简单，目前只用于廉价小功率汽油机。

为减少进、排气流通阻力，改进换气性能，将低压缩比燃烧室变为高压缩比燃烧室，以提高燃烧热效率和降低热损失;将气门从气缸体上移到气缸盖上，因而出现了顶置气门式的配气机构，大大的改善了内燃机的动力型和经济性而广泛采用在现代内燃机上。

2. 2、配气机构的要求：

对于一个正常工作的配气机构应该具有如下的要求：

① 进、排气门的时间足够大，泵气量损失小，配气正时恰当，在排气过程中能较好的排出废气，进气过程中能吸入较多的新鲜空气，因而使发动机具有较高的充量系数和合适的扭矩特性。

② 振动、噪声较小，并且工作可靠和耐磨。

③ 结构简单、紧凑。

④ 为了减轻惯性负荷，使配气机构运动零件的质量减到最小。

3、配气机构设计的计算参数确定：

从确定气门座处的通过截面Fxn 以及确定喉口流通截面rop f 开始。气阀处的流

通截面积可以根据气体不可压缩连续流动的条件确定，也即在额定转速I 情况，气门最大升程时，按气门座截面处假设的平均速度来确定。

已知：气缸直径D=95，

气道喉口的最大直径，在气缸直径D 处，配气机构的结构方案以及燃烧室的形式都已给定的情况下，气门布置在气缸上可能性的限制。进气门drop 的数值应大于下列规定的范围：

采用气门顶置式：D d r o p )52.0~35.0(=

， 则可以得到：)9.44~25.33(=drop ， 根据柴油机的195B 的结构，选择drop =36mm,

排气门的气道喉口的直径，通常取得比进气门的气道喉口直径小10%~~20%，气阀升程h 时，某研究瞬间具有圆锥密封面之气门的流通截面为：

()

a a a drop hkn Fkn 2cos sin cos *+=π式中a —气门头斜面角（现代发动机上，a=45度); hkn 气门的升程，它的取值一般是气门头的25%左右，气门头的直径是40.mm ，