柴油機氣缸蓋噴油器銅套壓裝技術分析研究

馬慧斌，鄧賢森，陳 華，黃翃修，潘韋周，寧 琨

（1.廣西玉柴機器股份有限公司，廣西玉林537005；2.廈門大學物理與機電工程學院，福建廈門361005）

發動機是汽車的心臟，柴油機以其功率大、排放低、易實現電子控制等顯著優點，在汽車中得到了廣泛的應用[1]。柴油機是依靠活塞壓縮缸內混合氣（柴油和空氣），使其燃燒完成做功[2]。柴油機氣缸蓋，位于氣缸體的上方，與氣缸體密封構成燃燒室。氣缸蓋內裝有噴油器銅套、進氣和排氣門座、氣門導管等零件，用于安裝噴油器、進氣和排氣門等零部件。

噴油器銅套的主要作用，是承載噴油器以及密封氣缸蓋內部水腔。銅套的壓裝質量，直接影響到柴油機氣缸蓋的氣密性和柴油機的燃燒性能。

1 壓裝設備及壓裝工藝方法

目前壓裝噴油器銅套的設備，主要有兩種：一種是通用壓力機，另外一種是壓銅套專用機床[3]。

如圖1所示，壓裝噴油器銅套的工步大致如下[4]：

圖1 噴油器銅套壓裝示意圖

（1）清理干凈氣缸蓋噴油器孔及噴油器銅套；

（2）將涂上潤滑油的O型密封圈放入噴油器孔密封環槽內；

（3）將噴油器銅套放入噴油器孔，手工預壓噴油器銅套穿過O型密封圈；

（4）壓裝噴油器銅套。分兩個步驟完成：第一步是將噴油器銅套下端平面（以下簡稱“銅套下端平面”）與噴油器孔下端平面壓貼合；第二步通過壓鋼球擠壓銅套下端變形，將噴油器銅套下端（以下簡稱“銅套下端”）擠壓至噴油器孔下端環槽內；

（5）檢查噴油器銅套壓裝質量。

2 現行做法及優缺點分析

在鋼球擠壓銅套下端時，如何防止銅套下端平面變形反彈（如圖1“壓裝后”所示位置）是保證噴油器銅套壓裝質量的關鍵，也是本文重點分析研究的問題。下面通過介紹幾種比較常見的方案，進而分析比較其優缺點。

2.1 方案一：通過彈簧來實現[5]

圖2是一種在壓力機上使用的彈簧式壓銅套工裝的壓頭結構示意圖，主要由套筒、高強度壓縮彈簧、復位彈簧、中心壓桿、壓桿座等部分組成。其工作過程是：

（1）開啟壓力機，在規定壓力下，通過壓壓桿座將銅套下端平面與噴油器孔下端平面壓貼合并撤銷壓力；

（2）將鋼球放入壓桿座的中心孔，并將中心壓桿放入壓桿座中，開啟壓力機將鋼球壓出，進而將銅套下端擠壓至噴油器孔下端環槽中固定銅套。

圖2 彈簧式壓銅套工裝壓頭結構示意圖

在壓裝噴油器銅套過程中，高強度壓縮彈簧的主要作用，是防止在鋼球擠壓銅套下端變形填充至噴油器孔環槽過程中銅套下端平面變形反彈。

此結構一次只能壓裝一個銅套。其優點是簡便、快捷；缺點是高強度壓縮彈簧易失效，使用壽命不長，工作效率不高。

2.2 方案二：通過螺紋副的自鎖性來實現[6]

圖3是一種在壓力機上使用的螺紋副式壓銅套工裝的壓頭結構示意圖，主要由滾珠壓桿、高度限位塊、復位彈簧、壓緊螺母、螺套、擋圈、手柄、壓套、壓縮彈簧、導向鋼球等部分組成。其工作過程是：

（1）將鋼球放入壓套內孔，由擋圈保證鋼球不會掉出，將壓套及滾珠壓桿機構放入壓緊螺母內孔中（放前保證高度限位塊與滾珠壓桿在同一平面，起到限位作用，防止滾珠壓桿先壓鋼球），開啟壓力機，在規定壓力下，將銅套下端平面與噴油器孔下端平面壓貼合，保持壓力，旋轉手柄，帶動壓緊螺母壓緊壓套上的凸臺，限制壓套軸向竄動，然后撤除壓力機壓力；

（2）高度限位塊順時針旋轉90°（取消其限位作用），開啟壓力機壓滾珠壓桿將鋼球壓出，進而將銅套下端擠壓至噴油器孔下端環槽中。

圖3 螺紋副式壓銅套工裝壓頭結構示意圖

該壓頭結構是在工裝上設置一個壓緊螺母和螺套，在壓鋼球過程中，旋轉壓緊螺母來壓緊壓套上的凸臺，利用螺紋的自鎖性來防止在鋼球擠壓銅套下端變形填充至噴油器孔下端環槽過程中銅套下端平面變形反彈。

此種結構也是一次只能壓裝一個銅套。其優點是產品質量穩定、可靠；缺點是操作復雜、工作效率低下。

2.3 方案三：通過液壓系統來實現[7]

圖4是一種在壓銅套專機上使用的液壓式壓銅套工裝的壓頭結構示意圖，主要由雙活塞桿專用液壓缸、限位套、推桿、接套、壓桿、壓套、感應開關、發令擋圈等部分組成。專用液壓缸設置第一和第二兩個活塞桿，分步動作壓貼銅套下端平面和壓鋼球擠壓銅套下端。其工作過程是：

預先將鋼球放入壓套內孔，開啟控制開關，專用液壓缸第一活塞桿先動作，通過推壓套將銅套下端平面與噴油器孔端面壓貼，系統繼續供液，使第一活塞桿繼續保持壓力，第二缸活塞桿緊跟著動作，通過推壓桿壓鋼球，將銅套下端擠壓填充至噴油器孔下端環槽中。壓裝完噴油器銅套后，第二活塞桿先動作返回到原位，然后第一活塞桿再動作回到原位[8]。

圖4 液壓式壓銅套工裝的壓頭結構示意圖

在壓裝銅套過程中，第一活塞桿先動作將銅套端面與噴油器孔端面壓貼后，系統繼續供液，使第一活塞桿保持一定壓力，至第二缸活塞桿動作將鋼球壓出，正是利用液壓系統良好的保壓穩定性，來防止在鋼球擠壓銅套下端變形填充至噴油器孔下端環槽過程中銅套下端平面變形反彈。

此種結構能夠一次全部壓裝完成一個缸蓋的所有銅套。其優點是產品質量穩定、可靠，工作效率高，適合于大批量生產；缺點是制造成本高，專機制造周期長。

3 結束語

總之，上述3種方案均能滿足噴油器銅套壓裝要求，保證噴油器銅套壓裝質量。在加工生產中，建議從產品生產綱領及成本控制等方面因素考慮，根據實際情況來進行選擇使用。

[1]陳家瑞.汽車構造[M].北京：機械工業出版社，2002.

[2]周龍保.內燃機學[M].北京：機械工業出版社，2005.

[3]陳心昭.機械加工工藝裝備設計手冊[M].北京：機械工業出版社，1998.

[4]王先逵.機械加工工藝手冊（第2版）[M].北京：機械工業出版社，2006.

[5]邱宣懷，郭可謙，等.機械設計[M].北京：高等教育出版社，2002.

[6]蒲林祥.金屬切削機床夾具設計手冊（第2版）[M].北京：機械工業出版社，1995.

[7]左鍵民.液壓與氣壓傳動[M].北京：機械工業出版社，2007.

[8]吳 麒，王詩密.自動控制原理（第2版）[M].北京：清華大學出版社，1998.