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汽车配气机构的润滑与磨损

信息来源:plantb2b.com  时间:2008-02-25  浏览次数:168

  内燃机的配气机构是按照内燃机的工作循环的要求来控制进气和排气过程的同时,实现气缸中充量的更换。
  现代四冲程内燃机的配气机构采用挺杆气门式,一般分为顶置式气门和侧置式气门的配气机构。以前曾广泛采用侧置气门式,但由于其热效率和压缩比的提高受限制,目前在汽车发动机上已几乎不再采用。现在多用顶置凸轮轴式。由于内燃机的配气机构中零件较多,各部件的运动状态、所承受的负荷及供油情况各不相同,对于它们的润滑和磨损应分别叙述。
  一、凸轮和随动件
  凸轮是控制内燃机进、排气门开闭正时的主要部件,由它按内燃机工作要求定时向气缸供混合气和排出废气。凸轮转动以其型线推动随动件,根据内燃机结构不同,随动件可以是推杆,也可以是摇臂。现代汽油机多是顶置凸轮直接推动摇臂,而摇臂上常镶有耐磨镶块。最近有的汽油机在摇臂上已采用滚轮,将滑动摩擦改为滚动摩擦。从润滑和磨损的角度来看,这对摩擦副是内燃机中比较敏感的零件。它们承受很高的接触应力,运动中还伴随着振动和冲击,而且润滑条件较差,在高转速时不易散发掉摩擦热。凸轮及随动件的接触处常处于混合润滑状态。
  在凸轮和随动件中发生的磨损形式主要是擦伤和点蚀。擦伤多半发生在高速运转条件下。由于在边界润滑状态下油膜破裂,引起金属直接接触,表面温度升高,发生粘着,最终凸轮表面产生擦伤,凸轮尖的磨损加剧,往往磨成秃头。因此必须选用合适的材料和设计、合适的供油量,加强冷却以减少擦伤。点蚀则发生在低转速而接触应力高的情况下,材料疲劳。尤其是作用在滑动面的接触应力很高,在材料内部最大剪切应力的位置产生裂纹,随着工作时间的延长,其裂纹发展到表面,最后导致金属材料的剥落而变成凹坑。在设计时应选择适当的材料,并增加凸轮尖的曲率半径等措施来降低接触应力,可以减少点蚀。同时使用中选用质量级别较高、综合性能优良(特别是抗磨性能)的发动机油也可以有效地降低擦伤。
  二、凸轮轴和轴承
  凸轮轴在其轴承中转动,一般均采用强制供油。从曲轴箱主油道专门引出一部分油供给此轴承,因此润滑状态良好,如有合适的间隙,很少出现问题。
  三、摇臂和摇臂轴
  摇臂在其轴上摆动,承受负荷的部位限制在一个方面上,有时瞬时停止相对运动,这与曲轴轴承相比,油膜的形成和保持都比较困难。如果再有杂质和磨粒侵入,很难排除出来。因此,一般均采用强制供油来改善其润滑。
  四、气门杆和摇臂及气门导管
  气门杆末端和摇臂接触处的相对滑动速度是很低的,而且接触应力很高,油膜形成很困难。一般用润滑摇臂轴之后的润滑油来供给。常在此处产生点蚀,从润滑油的性能上很难解决这个问题,一般在设计时尽量减少接触应力来改善之。
  气门杆和气门导管这对摩擦副是作往复运动,其接触状态和摇臂、燃烧压力及惯性力有关;而且供给的润滑油量很少,因为若供油量增加,润滑油就会从间隙中漏入燃烧室,这样不仅增加内燃机的润滑油消耗量,而且润滑油在燃烧室中燃烧是不完全的,会增加环境污染和燃烧室中积炭。这就和改善润滑条件、减少磨损的要求正好矛盾。所以必须从导管的磨损量和润滑油消耗量两个方面来考虑,求得一个合适的供油量。
  五、气门和气门座
  气门锥面和气门座在燃烧室中,其接触是完全不供润滑油的,而且还要受到高温燃气的冲刷和以高负荷进行敲击,经常处于干燥的无润滑油状态。
  汽车用的汽油机燃料为提高其抗爆性,一直加有含铅抗爆剂,因PbO、PbSO4和卤化铅等会形成保护膜,可以减少气门座和气锥面的磨损。为防止污染,现在越来越多使用无铅汽油,因而造成严重的气门座磨损,即所谓气门座下陷。另外由于氧化物粒子的高温磨损和粘着磨损也加重了气门座的磨损。
  针对这些问题,目前的解决方法主要是选用合适的气门座材料,使其具有足够的高温强度、耐腐蚀性、耐冲击性和导热性,一般采用合金铸铁、球墨铸铁,也有采合金钢或青铜,更有甚者采用在气门座上堆焊耐热合金。另外在设计上采取措施来加强气缸盖的导热性,或采用钠冷气门,降低气门的温度。改善凸轮型线以减少气门对气门座的冲击力。
  综上所述,汽车的配气机构是发动机中除活塞、缸体外,工作条件最为苛刻的部件,其寿命主要取决于其材质、加工精度、表面处理等因素的影响。而汽车发动机设计定型、下线出厂后,其材质及主体零部件结构已不能改变,因而润滑油对配件机构的养护作用显得尤为突出,故在经济条件许可的情况下,汽车的日常使用与维护应尽量使用高质量等级的发动机油。

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