《配气机构》PPT课件.ppt

第三章 配气机构,气门式配气机构的布置及传动 配气定时 配气机构的组成和零件,1 气门式配气机构的布置及传动,一、功用： 按照发动机每个气缸内所进行的工作循环和发火次序的要求，定时开启和关闭气缸的进、排气门，使新鲜可燃混合气(汽油机)或空气(柴油机)得以及时进入气缸，废气得以及时从气缸排出。 二、充气效率： 在进气行程中，实际进入气缸内的新鲜空气或可燃混合气的质量与在进气系统进口状态下充满气缸工作容积的新鲜空气或可燃混合气的质量之比。 v=M/M0 M 进气过程中，实际进入气缸的新气的质量； Mo在理想状态下，充满气缸工作容积的新气质量。 充气效率越高越好，而其大小与配气机构结构有直接的关系。,三、组成,四、分类,1、按气门的布置型式： 气门顶置式、气门侧置式 2、按凸轮轴的布置位置： 凸轮轴上置式、中置式、下置式 3、按曲轴与凸轮轴的传动方式： 齿轮传动式、链条传动式及齿形带传动式 4、按每缸气门数目： 二气门式、四气门式等,一）、气门的布置型式 1、气门顶置式 组成： 特点： A、气门行程大， 结构较复杂， 燃烧室紧凑。 B、曲轴与凸轮 轴传动比为2:1。,工作过程,2、气门侧置式,进排气门都布置在气缸的一侧，结构简单、零件数目少。 气门布置在同一侧导致燃烧室结构不紧凑、热量损失大、进气道曲折、进气阻力大，使发动机性能下降，已趋于淘汰。,二）、凸轮轴的布置型式,不利因素：凸轮轴与气门相距较远，动力传递路线较长，环节多，因此不适用于高速发动机。,有利因素：简化曲轴与凸轮轴之间的传动装置，有利于发动机的布置。,1、凸轮轴下置,2、凸轮轴中置式,传动方式：凸轮轴经过挺柱直接驱动摇臂，省去了推杆。 应用：适用于发动机转速较高时，可以减少气门传动机构的往复运动质量。,凸轮轴,挺柱,活塞,摇臂,调整螺钉,3、凸轮轴上置式,应用：高速发动机 桑塔纳轿车发动机,凸轮轴,凸轮轴,活塞,特点： 凸轮轴与气门距离近，不需要推杆、挺柱，使往复运动的惯量减少。,双凸轮轴上置式发动机,三）、凸轮轴的传动方式,传动方式图例,齿带传动图例,一汽audi轿车的齿形带传动装置,凸轮轴,曲轴,曲轴正时齿形带轮,中间轴齿形带轮,张紧轮,凸轮轴正时齿形带轮,四）、各缸气门数及其排列方式,相邻气门共用一个气道,进排气门交替排列,每缸4气门排列方式,每缸4气门驱动方式,常用气门顶置配气机构的类型,气门顶置，下置凸轮轴（OHV） 气门顶置，上置凸轮轴（OHC） 气门顶置，双摇臂，上置凸轮轴（OHV/OHC） 气门顶置，上置双凸轮轴（OHV/DOHC）,五）、气门间隙,1、概念： 气门间隙：为保证气门关闭严密，通常发动机在冷态装配时，在气门杆尾端与气门驱动零件（摇臂、挺柱或凸轮）之间留有适当的间隙。,气门杆,摇臂,气门间隙,为何排气门间隙大于进气门间隙？,气门间隙,气门间隙,气门间隙,2、必要性： 如果气门及其传动件之间，在冷态时无间隙， 则发动机在热态，气门及其传动件的受热膨胀将引起气门关闭不严，造成发动机在压缩和作功行程中漏气，而使功率下降，严重时甚至不易起动。为此，在冷态时应该留气门间隙。正常：冷态时，进气门0.25mm0.35mm，排气门0.30mm0.35mm。,3、气门间隙过大和过小的危害,过大： （1）传动零件之间及气门和气门座之间产生撞击响声，并加速磨损。 （2）使气门开启的持续时间减少，气缸充气和排气情况变坏。 过小： 热态下使气门关闭不严而发生漏气，导致功率下降， 甚至烧坏气门。,一、配气定时工作原理,1、配气定时就是进、排气门的实际开闭时刻，通常用相对于上、下止点曲拐位置的曲轴转角的环形图来表示。这种图形称为配气定时图。,上止点,下止点,2 配气定时,配气定时演示,二、 配气相位的必要性 1、因发动机转速高，气门开启的理论持续时间极短。例如四冲程发动机转速3000r/min时，一个行程时间只有0.01s。 2、气门开启需要一个过程，气门全开时间就更短。在这样短的时间内，难以做到进气充分和排气干净，因此实际发动机的进、排气门都要早开和晚关，气门开启的持续角都大于1800。,1、进气提前角 （1）定义：从进气门开始开启到上止点所对应的曲轴转角称为进气提前角(或早开角)。进气提前角用表示，一般为100300。,2）进气提前角的目的： 进气门早开，使得活塞到达上止点开始向下运动时，进气门已有一定的开度，可获得较大的进气通道截面，减少进气阻力。,三、进气门的配气相位,2、进气迟后角,（1）定义：从下止点到进气门关闭所对应的曲轴转角称为进气迟后角(或晚关角)。进气迟后角用表示，一般为400800。,（2）目的,1）利用缸内外的压力差继续进气：到下止点时，气缸内的压力仍低于大气压 2）利用气流的惯性继续进气 所以进气门适当晚关可使进气较充分。,1、排气提前角(或早开角) （1）定义：从排气门开始开启到下止点所对应的曲轴转角 排气提前角用表示，一般为400800。,（2）目的 1）利用缸内外的压力差继续排气：排气门早开，气缸内300kPa500kPa的压力，使气缸内的废气迅速地自由排出。 2）减少排气冲程所消耗的功率：因排气门早开，废气先排出一部分，活塞到达下止点时，气缸内只剩约110kPa120kPa的压力，使排气冲程所消耗的功率大为减少。 3）高温气体的早排，可以防止发动机过热。,四、排气门的配气相位,2、排气迟后角 （1）定义：从上止点到排气门关闭所对应的曲轴转角称为排气迟后角(或晚关角)。 排气迟后角用表示，一般为100300。,（2）目的 1）利用缸内外的压力差继续排气：因活塞到达上止点时，气缸内的压力仍高于大气压，可利用缸内外的压力差继续排气。 2）利用废气流的惯性继续排气：因活塞到达上止点时，废气流还有一定的惯性，仍能继续排气。所以排气门适当晚关可使废气排得较干净。,五、气门重叠,气门重叠：当进气门早开和排气门晚关时，出现的进排气门同时开启的现象。 气门重叠角：气门同时开启的角度（+ ）。,排气过程,进气过程,不会 因叠开时气门的开度较小，且新鲜气体和废气流的惯性要保持原来的方向，所以只要叠开角适当，就不会产生废气倒排回进气管和新鲜气体随废气排出的问题。,思考： 气门的叠开会不会产生废气倒排回进气管和新鲜气体随废气排出的问题？,3 配气机构的零件和组件,1、气门组 气门、气门座、气门导管、气门弹簧、弹簧座、锁片等零件组成。,要求： 保证气缸的密封。,气门组实物图,1）气门,功用： 燃烧室的组成部分，是气体进、出燃烧室通道的开关，承受冲击力、高温冲击、高速气流冲击。 工作条件： A、进气门600K700K，排气门800K1100K。 B、头部承受气体压力、气门弹簧力、传动惯性力等， C、冷却和润滑条件差， D、被气缸中燃烧生成物中的物质所腐蚀。 性能： 强度和刚度大、耐热、耐腐蚀、耐磨,进气门570K670K（铬钢或铬镍钢） 排气门1050K1200K（硅铬钢）,头部,杆部,气门头部的结构形式,气门实物图,进气门,排气门,气门锥角,气门锥角：气门头部与气门座圈接触的锥面与气门顶部平面的夹角。,锥角作用： A、获得较大的气门座合压力，提高密封性和导热性。 B、气门落座时有较好的对中、定位作用。 C、避免气流拐弯过大而降低流速。,装配前应将密封锥面研磨。,边缘应保持一定的厚度，13mm。,气门锥角的大小,进气门：一般为30，原因是在相同气门升程情况下，锥角小时进气阻力小；但由于头部边缘较薄，刚度差，密封性及导热性均差。 排气门：一般为45。因其热负荷较大,气门杆,较高的加工精度，表面经过热处理和磨光，保证同气门导管的配合精度和耐磨性,气门杆尾部：,环形槽、锁销孔,凹槽,易断裂处,气门杆弹簧座的固定形式,凹槽（环槽）：安装两半锥形锁片。 锁销孔：用锁销固定。,充钠气门,由于发动机工作时,排气门经常处于高温条件下工作,钠约在970时为液态,具有良好的热传导能力。通过液态纳的来回运动,热量能很快从气门头部传到根部.可降低温度约l00。这样有利于降低混合气自燃的危险,从而握高了气门的使用寿命。 在维修发动时,进、排气门不能修整,只允许研磨。捷达l.6L发动机排气门内部注有钠。,充钠,2）气门导管,作用： 为气门的运动导向，保证气门直线运动兼起导热作用。 工作条件： 工作温度较高，约500K。润滑困难，易磨损。 材料： 用含石墨较多的合金铸铁或粉末冶金材料，能提高自润滑作用。 加工方法： 外表面加工精度较高 ，内表面精绞 装配： 气门杆与气门导管间隙0.050.12mm。,气门导管,气缸盖,过盈配合,卡环：防止气门导管在使用中脱落。,倒角,伸入深度应适量。锥度可减少气流阻力。,3、气门座,气门座： 气缸盖的进、排气道与气门锥面相结 合的部位。 作用： 靠其内锥面与气门锥面的紧密贴合密封气缸。 接受气门传来的热量。 气门密封干涉角： 比气门锥角大0.51度的气门座圈锥角。,气门座,气门座圈： 以较大过盈量镶嵌在气门座上的圆环。 镶嵌式气门座特点： 优点：提高气门座的使用寿命，便于更换。 缺点：导热性差，加工精度高，脱落时易造成严重事故。 汽油机：排气门采用镶嵌式气门座 柴油机：进气门采用镶嵌式气门座,铝合金气缸盖为何气门座都要镶嵌气门座圈？,4、气门弹簧,功用：保证气门的回位。 材料：高锰碳钢、铬钒钢,气门弹簧的装配,气门弹簧,气门弹簧座,锁片,气门弹簧,圆柱形螺旋弹簧,圆柱等螺距弹簧,不等距弹簧,不等螺距弹簧安装时应注意什么问题？,随着有效圈数的减少，自然频率提高。,应用：CA7560,双弹簧布置,旋向相反的两个弹簧，防止断裂的弹簧卡入另一弹簧,应用车型： 奥迪100，捷达，桑塔纳, 广州标致505,5）气门旋转机构,通过发动机运转振动力作用，使气门在气门座上自由的做不规则的旋转的装置，其作用是：减小气门头部受热变形，防止沉积物形成。,锥形套筒,锁片,锁 片,强制旋转机构,弹簧座,气门弹簧,支承板,碟形弹簧,壳体,二、气门传动组,1、组成： 凸轮轴、挺柱、推杆、摇臂。,2、功用：定时驱动气门开闭，并保证气门有足够的开度和适当的气门间隙。,凸轮轴,挺柱,推杆,摇臂,凸轮轴正时齿轮,摇臂轴,1、凸轮轴,作用： 驱动和控制各缸气门的开启和关闭，使其符合发动机的工作顺序、配气相位和气门开度的变化规律等要求。 工作条件： 承受气门间歇性开启的冲击载荷。 材料： 优质钢、合金铸铁、球墨铸铁 结构：,凸轮,凸轮轴轴颈,驱动分电器的螺旋齿轮,凸轮,工作条件： 承受气门弹簧的张力，间歇性的冲击载荷。 凸轮性能： 表面有良好的耐磨性，足够的刚度。,凸轮与挺柱线接触，接触力大，磨损快。,凸轮的轮廓,凸轮轮廓与气门的运动规律,气门开启点,消除气门间隙阶段,气门升程最大时刻,气门关闭点,出现气门间隙阶段,缓冲结束点,同名凸轮的相对角位置,如何通过同名凸轮的相对角位置判定发动机的工作顺序？,同一气缸的进、排气凸轮的相对角位置是与相应的配气相位相对应的。,四缸发动机凸轮投影,点火顺序： 1243,凸轮轴的轴向定位：,作用：为了防止凸轮轴在工作中产生轴向窜动和承受斜齿轮产生的轴向力。,正时齿轮,止推板,隔圈（调节环）,凸轮轴颈,凸轮轴的轴向间隙,气缸体,利用调节环控制轴向窜动,窜动量,凸轮轴的轴向定位：,止推轴承：第一轴承 止推片：正时齿轮与第一轴颈之间 止推螺钉：正时齿轮盖上 以上各结构中均应留有一定间隙，并可调整。,止推片,凸轮轴的驱动,A、齿轮传动：应用在下置凸轮轴发动机。采用斜齿齿轮。,B、链条和齿形皮带传动：链条传动噪声小，用于中置式或顶置式凸轮轴发动机。,曲轴正时齿形带轮,中间轴齿形带轮,张紧轮,凸轮轴正时齿形带轮,凸轮轴的传动方式,传动方式图例,2、挺柱,（1）作用：将凸轮的推力传给推杆或气门。 （2）挺柱的分类：,挺柱端面与凸轮的关系,锥形凸轮,凸轮为何要成锥形？,液力挺柱,挺柱体,柱塞,球形支座,卡环,柱塞弹簧,单向阀,单向阀架,柱塞腔,挺柱体腔,进油口,进油通道,结构： 性能： 消除了配气机构的间隙，减小了各零件的冲击载荷和噪声提高发动机高速时的性能。,桑塔纳发动机液压挺柱工作示意图,气门关闭时,气门打开时,单向阀,弹簧被压缩,作用： 将挺柱传来的推力传给摇臂。 工作情况： 是气门机构中最容易弯曲的零件。强度要求高，尽量短。 材料： 硬铝或钢,实心推杆,硬铝推杆,钢支承,3、推杆,4、摇臂,功用：将推杆或凸轮传来的力改变方向，作用到气门杆端以推开气门。,摇臂结构示意图,气门间隙调节螺钉,调节螺母,摇臂,摇臂轴套,易磨损部位 堆焊耐磨合金,摇臂结构示意图,摇臂比=1.2-1.8,润滑油道,油槽,润滑油道,装调整螺钉和紧固螺母处,摇臂组示意图,摇臂轴,螺栓,摇臂轴支座,摇臂轴紧固螺钉,摇臂称套,调整螺钉,摇臂,定位弹簧,桑塔纳发动机的配气机构,气门间隙调整原则,调整原则： 1、不可调区域： 将要排气，正在排气，排气刚完的排气门不可调。 将要进气，正在进气，进气刚完的进气门不可调。 2、调气门间隙的步骤： 1）画出配气相位图 2）排出各缸的位置 3）当一缸在压缩上止点时，判断其它缸位于何行程，并判断间隙