配气结构动力现象
2013-07-26
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配气结构动力现象(dynamic phenomena of valve mechanism)柴油机在高速运转时由于配气结构中运动和作用力发生异常变化而导致的强烈震动和噪声、气门开闭定时不准、气门磨损甚至气门反跳等现 象。究其原因是气门的运动规律严重偏离预定规律造成的。凸轮设计完成后,不同凸轮转角下的气门升程再理论上已经确定,这个气门升程随凸轮转角的变化规律称 为理论升程曲线。这两种曲线之间差异很大,从而形成了上述种种不正常的现象。

产生配气机构动力现象的主要原因是配气机构中有较大的配气机构惯性力存在。气门开闭过程中,配气机构各零件的速度(包括大小和方向)是不断变化的, 速度的变化意味着有力的作用,这个力叫配气机构的惯性力。随着柴油机转速提高,气门开闭频率加快,配气机构零件的速度变化更大,惯性力也就更大。另外配气 机构的零件都不是刚体,都有质量和弹性,即在力的作用下有关零件要发生变形,而力减小后变形又要回复,这样就形成了一个弹性系统。总之,一个反复变化的较 大的作用力作用在一个弹性系统上不可避免地将产生动力作用。

当挺柱开始上升时,并不立即推动气门,至少需要克服冷态气门间隙后才能使摇臂与气门杆端接触。伺候凸轮继续推动挺柱,但在一定时间内气门也不会立即 开启,因为此时气门弹簧力及惯性力压缩着从挺柱到摇臂的传动链,使其压缩变形。只有当挺柱上升克服气门间隙和压缩变形后气门才开启,结果必然使气门开启滞 后,而且开启瞬间挺柱上升速度已很大,摇臂推动气门杆端的速度也很大,造成气门杆端冲击受损。气门开启初期由于凸轮以较大的作用力推动挺柱等零件加速上 升,因而压缩力始终较大,实际升程曲线总要比理论升程曲线低。

气门开启后不久,配气机构零件的运动速度从原来的由小变大变成了由大变小,直到开启最大时速度变成零。这个速度变化,使惯性力也反向。这个突然反向 的作用力加在弹性系统上极易造成弹性系统振动。振动的结果使实际升程曲线远远偏离理论升程曲线,甚至实际升程大于理论升程,即挺柱脱离凸轮控制,随后挺柱 返回又造成冲击等等情况,这样就产生冲击、振动和噪声。

当气门落座时,气门以较大的速度冲向气门座,气门与气门座之间有很大的作用力,由于动力现象存在,这个作用力会更大,这样会使气门、气门座磨损,甚至可能作用力大到足以克服气门弹簧弹力使气门出现反跳,即气门又重新开启,严重破坏配气定时并带来其他严重后果。

配气机构动力现象已成为柴油机继续高速化的一个障碍。为了减小这个动力现象,必须在设计上采取一系列措施。(俞文钦)