R175A柴油发动机新型配气机构设计改进

高梅

火箭军士官学校 山东青州 262500

摘　要：本文主要内容是以R175A柴油发动机为基本机型，对其配气机构的进行改进，采用一种新型的旋转式进、排气道，实现发动机工作时的进、排气。其关键技术是将进、排气用同一组气门来完成发动机的工作循环。

关键词：气缸盖；气门；换气道凸轮轴；压缩比。

本设计改进是一项发明创新性设计，如今在国内外发动机设计方面是一种新的设计思路，主要是解决进、排气门如何实现同时进、排气的问题。打破了进、排气门的划分，将进、排气用同一个气门来完成。其目的在于增强进、排气能力、提高发动机功率、降低油耗。我认为这种结构设计有很高的研究价值，会对发动机的发展产生很大的影响。

一、设计方案

决定对R175A型柴油发动机进行改进。R175A柴油发动机是一台单缸发动机，工作循环的冲程数为四冲程，缸径75毫米。水冷式发动机，二气门式发动机也就是气缸中设有一个进气门和一个排气门。根据R175A柴油发动机的特点，考虑到是单缸、二气门式发动机，体积比较少，要想增大进气量，方法之一是增加气门数，但是发动机缸盖空间比较小，无法增加气门，所以想通过把一个进气门、一个排气门的结构改成两个气门既是进气门又是排气门的结构，这就相当于增加了气门数，对气门的设计变成对进排气道的设计，也就是用何种方法来实现两气门同时进、排气的构想。通过结构分析，提出设计方案：旋转式进排气道设计。

二、改进后R175A柴油发动机新型配气机构的结构

气道的改进：在缸盖上设计一个套筒穿入缸盖里面尽量靠近气门的位置，作为气体流动的通道。同时也是冷却水腔的隔离套，使排气时换气道得到更好的冷却，改善换气道得工作环境。靠近气门的位置开两个孔，套筒里面设计有可以旋转的换气道凸轮轴，气道中间布置一斜板，将进、排气道隔开，斜板可以加入耐热材料。

换气道凸轮轴的布置与传动的改进：为了配合气门的准确的开启和关闭，保证配气正时，新设计了凸轮轴—换气道凸轮轴，把它置入套筒内，通过其旋转来控制进、排气。在轴的一端设计一凸轮，通过摇臂来控制气门的开启与关闭。凸轮外面还有齿轮，与曲轴的正时齿轮用正时齿轮带连接。

气缸盖主要改进的部位：（1）换气道凸轮轴安装孔，首先，新型发动机气缸盖铸造时不再直接铸造出进排气道，而是在缸盖中铸造出安装封闭套和换气道凸轮轴的圆柱孔。孔的直径按原机进排气道直径加工。（2）取消了原机上摇臂由推杆推动。所以新发动机气缸盖上无推杆运动孔。（3）由于取消了推杆，气缸盖平面上的机油将无法由推杆引回油底壳。所以在新发动机气缸盖上加工出两个集油孔，与刚体配合，收集机油。（4）气缸盖上固定用螺栓孔和螺纹孔的布置：①为了固定摇臂轴，在新型发动机气缸盖上分别加工出四个螺纹孔，用于安装摇臂轴固定座，其中一摇臂轴固定座的一头将作为发动机气缸盖的定位块。②拆装工艺孔，用于连接缸盖和缸体的四个螺栓中其中两个孔加工在封闭套下边，为了拆装方便， 在密闭套上方加工出两个拆装工艺孔。③为使换气道凸轮轴得到准确、可靠的安装，方便凸轮与凸轮摇臂轴之间的传动，在新型气缸盖的两侧加工螺纹孔，用于安装前后盖。（5）进排气道两头的加工，为使进排气道准确可靠的安装，在气缸盖两侧分别加工出用于固定前后盖的螺纹孔和用于安装支承进、排气道的轴承的圆柱孔。

三、新型配气机构可行性分析

在作功行程接近终了，活塞到达下止点之前，即曲轴转到离曲拐的下止点位置还差60度时，两气门便同时开始开启，活塞过了下止点重又上行，直到曲轴转过360度，这时又到了下止点。在曲轴转过的360度内发动机通过旋转换气道凸轮轴来实现了排气和进气过程。这一时刻活塞上行，转过60度时两气门才完全关闭。根据凸轮轴与曲轴之间的传动，四冲程发动机的一个工作循环中曲轴转两圈凸轮轴转过一圈。凸轮轴转动过程中在180°+30°+30°=240°范围内两气门是在打开状态，120度是关闭状态。进、排气道之间用斜板隔开，在换气道转动过程中，排气接近终了时进气道已经开始进气，直到凸轮轴转过36度排气道才完全关闭。把进、排气同时进行的凸轮转过的36度称为换气重叠角，换气重叠角有利于在排气终了和进气开始时新鲜空气对废气的扫除。

改进后的压缩比比原来减小了，压缩比直接影响柴油机的性能、机械负荷、起动性能以及主要零件的结构尺寸。提高压缩比，余隙容积减小，残余废气量减小，进气初期膨胀后所占空间减小。在一定范围内，柴油机的热效率随压缩比的增高而提高。增大压缩比也可使柴油机的起动性能获得改善。但压缩比的提高将使气缸最高爆发压力相应上升，机械负荷增加，对柴油机的使用寿命有影响。

四、多缸机推广

随着汽车工业的发展，多缸发动机在汽车上的应用越来越广泛，因此，该设计应用在多缸机上是必然的。根据多缸机的特点及作功顺序来合理安排换气道凸轮轴，进气管、排气管的安装位置也要有所变化。多缸机推广中主要面临的问题是:气门的排列中心线与进、排气管的轴线垂直，这一单缸机不同。单缸机上应用的换气道凸轮轴和排气管的安装关系不能应用在多缸机上。需要重新设计进、排气道以及它的安装位置。但是，进、排气用同一个气门来完成的设计思路不变，并且配气机构的传动方式不变。

本设计的优点：从结构上讲，减小了发动机的体积，提高了空间利用率。缩短了配气机构的传动距离，使其传动更加精确。从工作情况、功能方面讲，提高了气门的利用率，进气更加充分，排气更加通畅，在一定程度上改善了发动机的工作环境，提高了发动机的功率。具有创新性，是一种新的发动机工作模式，通过在多缸机上推广的可行性论证，使其发展空间更加广阔。

参考文献

[1]蒋向佩.汽车柴油机构造与选用.机械工业出版社，2001，

[2]崔心存.汽车新技术.第一版.人民交通出版社，2004，

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