柴油机的配气机构

发动机的配气机构是实现发动机进气过程和排气过程的控制机构。其作用是按照配气
正时的要求，在规定的时刻开启和关闭进、排气门，以保证气缸排除废气，吸进新鲜气体，
使工作物质循环不间断地进行。
1 配气机构的要求与组成
对配气机构的要求是保证进气充分、排气干净，进、排气门开与闭的时刻准确，关闭
时严密可靠。
配气机构的布置有顶置气门式和侧置气门式两种。对于柴油机广泛采用顶置气门式，
它由气门组件和气门传动组件两部分组成。
2 气门组件
气门组件包括气门、气门导管、气门弹簧等部件。
2.1 气门
气门的作用是控制进、排气的开启和关闭。分为进气门和排气两种。

气门的布置：顶置式配气机构有每缸二气门和四气门之分，通常缸径D≥140mm 强
化程度较高的中、大型发动机多采用每缸四个气门。我们电站所采用的20V 956 TB33 柴
油机采用的就是顶置四气门式，具体布置可参见图一。
图一中标号为13 的就是进气门，另一个进气门分布在被切掉的一部分上；标号为16
的是排气门，最远端的是另一个排气门。
图一中标号为13 的就是进气门，另一个进气门分布在被切掉的一部分上；标号为16
的是排气门，最远端的是另一个排气门。
2.2 气门导管
气门导管的作用是保证气门与气门座在同一中心线上正常工作，并起散热作用。
气门杆与导管之间留有很小的的间隙，使气门杆能在导管中自由移动。
图一中标号为14 的就是气门导管。
2.3 气门弹簧及锁紧装置
气门弹簧是用来关闭气门，并使气门与气门座保持紧密贴合密封。要求它应具有很强
的弹力，以保证气门关闭时所需要的运动速度。
气门弹簧装在气门杆部外边，其一端支承在气缸（或气缸体）上，而另一端固定在弹
簧座上。图一中标号为1，2 的就是气门弹簧。
作用在气门弹簧上的力是周期性的，其作用力的频率与气门弹簧的固有频率相同或是
成整倍数时，弹簧就会发生共振，造成弹簧断裂，为防止弹簧发生共振而损坏，可以采取
下述措施：
采用双弹簧。每个气门用二根直径及螺距不同，螺旋方向相反的内、外弹簧，这种弹
簧不但可以防止发生共振，而且一根弹簧折断时，另一根弹簧还可维持工作。
3 气门传动组件
气门传动组件由凸轮轴、挺柱、推杆和摇臂等零、部件组成。它们的作用是把凸轮的
运动传递到气门组件上，以控制气门的开闭。
3.1 凸轮轴
凸轮轴是配气机构中的关键部件，其作用是通过传动零件按发动机的工作循环准确地
开启和关闭每个气缸上的进、排气门。在柴油机上，它还要带动喷油泵、输轮泵等。为了
保证柴油机喷油和汽油机点火的准时可靠，凸轮轴和曲轴必须保持一定的正时关系，使发
动机正常运转。

1> 凸轮轴的构造 凸轮轴由若干个进、排凸轮和支承轴颈所构成，由端部的正时
齿轮驱动。由于发动机的类型不同，所以凸轮轴的构造也不完全一样。对于四冲程柴油机
的凸轮轴，除进气凸轮和排气凸轮外，还有喷油泵凸轮。
凸轮轴的结构见图二

图二 凸轮轴的结构
气门开启的距离决定于凸轮的顶高；气门开启时间的长短决定于凸轮头部的角度，此
角度称为夹角，对于四冲程发动机，理论上此夹角为90°，但由于气门需要早开晚关，
故夹角应超过90°。
2> 凸轮轴的驱动 凸轮轴的驱动通常采用齿轮传动，很少采用链条传动。采用齿
轮传动时，齿轮是装在凸轮轴的前端与曲轴上的齿轮直接或者间接啮合，称为正时齿轮。
对于四冲程柴油机，每完成一个工作循环，曲轴要旋转两周，各缸进、排气门各开启一次，
而凸轮轴只旋转一周，因此曲轴与凸轮轴的转速比为2：1。
3.2 传动机构
配气机构的传动机构是用来传动凸轮轴到气门之间的运动。顶置气门式配气机构，包
括气门挺柱、推杆和摇臂组等。
1> 气门挺柱 气门挺柱的作用是将凸轮的推力传递给推杆，并承受凸轮轴旋转时
所产生的侧向力。
当凸轮轴转动时，为避免凸轮尖顶动气门时的横向力直接作用在气门脚上，造成气门
杆单向磨损，在气门与凸轮轴之间装有挺柱来传递凸轮的推力。应急柴油机使用的是滚子
式的挺柱，挺柱的结构见图三。图中1 为挺柱本体。

2>推杆 在顶置式气门机构中，由于凸轮轴和气门是分开设置的，两者距离较远，
因此，采用推杆来传递凸轮上顶的推力。推杆的结构见图四中的1，2。

3> 摇臂组 摇臂组是将推杆的运动改变方向传给气门，以控制气门开闭的传动
件。它由摇臂、摇臂轴、轴承和轴承座等机件组成，摇臂是一个中间具有圆孔的不等长双
臂杠杆，短臂通过调整螺钉与推杆接触，长臂与气门接触，这样便可使推杆以较小的移动

量得到较大的气门开度，由于推杆上下移动量小，可减小传动机构的惯性力。摇臂内有油
道，其间流经润滑油，以减少摩擦。摇臂的结构可参见图四中的3（控制两个进气门的摇
臂）和4（控制两个排气门的摇臂）。放大的摇臂零件见图五。

时刻，通常用相对于上、下止点时曲柄位置的曲轴转角来表示，称为配气相位或配气定时，
用环形图来表示。见图六。
5 柴油机的进、排气系统
柴油机的进、排气系统包括进、排气管、空气过滤器、气缸盖和气缸体中的进、排气
道和排气消声器。
5.1 进气系统和空气滤清器
在柴油机运行时，外界的新鲜空气经过SAD18，28，38，48 系统进入各自的柴油电
机大厅，然后经过空气过滤器进入进气管道，然后进入气缸燃烧。在柴油机的侧面外观图
七上很容易看到新鲜空气的总管（侧面最粗的一根长管）和到各个气缸去的分配管（长管
上向上伸出的10 根管子，另一侧对称布置10 根）。

柴油机的废气从气缸中经排气门排出后，经过消音器后直接排到大气中。
6 柴油机的增压系统
柴油机输出功率的大小，取决于进入气缸的燃油和空气的数量及热能的有效利用率。

由此可知要提高柴油机的输出功率，最经济有效的办法是增加进入气缸的空气量，在柴油
机气缸容积保持不变的条件下，增加进入气缸的空气密度是提高柴油机输出功率的主要手
段。然而，空气密度与压力成正比，与温度成反比，因此，增加进气压力，降低进气温度
都能提高进气密度，目前柴油机中采用增压器来提高压力，采用中冷器降低气体的温度。
所谓增压，即用增压器（压气机）将柴油机的进气缸外压缩后再送入气缸，以增加柴
油机的进气量，从而提高平均有效压力和功率。
田湾核电站应急柴油机采用的是废气涡轮增压的技术。
废气涡轮增压是利用柴油机排出的废气能量来驱动增压器，将空气压缩后再送入气缸
的一种增压方法。柴油机采用废气涡轮增压器之后，可以提高输出功率30～100%以上，
同时还可减少单位功率的质量，缩小外形尺寸，节省原材料，降低燃油消耗率，增大柴油
机的扭矩，提高载荷能力以及减少排气对大气的污染等优点。
涡轮增压机的结构和原理图见图八。

图八 废气涡轮增压机
a：新鲜空气的进排路线；b：废气的进排路线；c：润滑油；

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