汽车发动机构造-配气机构

第4章配气机构,二、换气机构形式气门式、气口式、气门-气口式。,一、作用按照发动机的工作顺序定时、定量实现换气过程。达到进气尽可能充分、排气尽可能干净的目的（吸足排净）。,衡量进气充分程度的指标充量系数c,实际进气量与进气状态下理论上充满气缸工作容积的新鲜充量之比。,桑塔纳发动机配气机构,进、排气过程合在一起通常为换气过程,二冲程汽油机,二冲程柴油机,第4章配气机构4.1.气门式配气机构的布置和传动,一、分类（一）按气门布置的位置来分,1、气门顶置式气门布置在缸盖上。由凸轮、挺柱、推杆、摇臂、气门和气门弹簧等组成。,工作过程,(1)气门打开：曲轴通过正时齿轮驱动凸轮轴旋转，使凸轮轴上的凸轮凸起部分通过挺柱、推杆、调整螺钉，推动摇臂摆转，摇臂的另一端便向下推开气门，同时使弹簧进一步压缩。,(2)气门关闭：当凸轮的凸起部分的顶点转过挺柱以后，气门在其弹簧张力的作用下，开度逐渐减小，直至最后关闭，进气或排气过程即告结束。,第4章配气机构4.1.气门式配气机构的布置和传动,特点：气门行程大，结构较复杂；进气阻力小，气流搅动大，能达到较高的压缩比；燃烧室紧凑，表面积小，热效率高且具有良好的抗爆性和高速性，易于提高发动机的动力性和经济性，目前的汽车发动机都采用气门顶置式配气机构。,第4章配气机构4.1.气门式配气机构的布置和传动,进排气门都布置在气缸的一侧，结构简单、零件数目少。,2、气门侧置式,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。,第4章配气机构4.1.气门式配气机构的布置和传动,（二）按凸轮轴的布置位置来分,1、凸轮轴下置2、凸轮轴中置3、凸轮轴上置,第4章配气机构4.1.气门式配气机构的布置和传动,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才传动装置，有利于发动机的布置。,1、凸轮轴下置,第4章配气机构4.1.气门式配气机构的布置和传动,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,2、凸轮轴中置式,凸轮轴上置有两种结构，一是凸轮轴直接通过摇臂来驱动气门，这样既无挺柱，又无推杆，往复运动质量大大减小，此结构适于高速发动机。,3、凸轮轴上置,第4章配气机构4.1.气门式配气机构的布置和传动,另一种是凸轮轴直接驱动气门或带液力挺柱的气门，此种配气机构的往复运动质量更小，特别适应于高速发动机。,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,（三）、按照曲轴和凸轮轴的传动方式分1、齿轮传动2、链条传动3、齿形带传动,第4章配气机构4.1.气门式配气机构的布置和传动,第4章配气机构4.1.气门式配气机构的布置和传动,特点：配气相位准确，工作可靠性和耐久性好。噪音、磨损较大，空间布置困难，重量大；一般从曲轴到凸轮轴只需一对正时齿轮传动，若齿轮直径过大，可增加一个中间齿轮。为了啮合平稳，减小噪声，正时齿轮多用圆柱形斜齿轮材料：曲轴正时齿轮：钢制凸轮轴正时齿轮：铸铁，夹布胶木,1、齿轮传动,传动路线：曲轴正时齿轮凸轮轴正时齿轮,应用：凸轮轴下置、中置式配气机构，多用于低速发动机。,第4章配气机构4.1.气门式配气机构的布置和传动,特点：优点：空间布置自由度大，对机型变化适应性强，制造成本低，工作可靠，维修方便。缺点：链条容易松弛，须带张紧器，配气相位容易变化，需定期调整，噪声、磨损大，耐久性较差。,2、链条传动,传动路线：曲轴链条凸轮轴正时齿轮,应用：凸轮轴上置式配气机构,第4章配气机构4.1.气门式配气机构的布置和传动,特点：优点：兼顾齿轮传动和链条传动的主要优点，配气相位准确，但要解决皮带松弛问题；空间布置自由度大；传动效率高，磨损、噪声小不需润滑，齿形带传动，噪声小、成本低缺点：工作可靠性、耐久性差，摩擦阻力大，怕机油（一般用齿形皮带罩壳密封住），工作性能随温度变化大。,3、齿形带传动,传动路线：曲轴齿形皮带凸轮轴正时齿轮,应用：凸轮轴上置式配气机构,齿形皮带材料：氯丁橡胶,（四）、按气门数及排列方式来分,第4章配气机构4.1.气门式配气机构的布置和传动,双气门和多气门。1、双气门一般发动机都采用每缸两个气门，即一个进气门和一个排气门的结构。为了改善换气，在可能的条件下，应尽量加大气门的直径，特别是进气门的直径。,排列：一列驱动：一根凸轮轴驱动进排气道：汽油机：置于机体一侧，进气预热，提高汽油挥发性柴油机：置于机体两侧，防止进气预热，提高充气效率,2.多气门的排列及驱动大排量、高转速、高功率的新型汽车发动机多采用多气门结构。如四气门、五气门（三进两出）、八气门等。,1).同名气门排成两列，由一个凸轮通过T形驱动杆同时驱动，并且所有气门都可以由一根凸轮轴驱动。2).同名气门排成一列，进排气门分别位于曲轴中心线的两侧，分别采用两凸轮轴驱动，每缸两同名气门采用两个形状和位置相同的凸轮驱动。,第4章配气机构4.1.气门式配气机构的布置和传动,四气门的布置,宝来1.8T五气门,第4章配气机构4.2.配气相位,一、定义：配气相位是用曲轴转角表示的进、排气门的实际开闭时刻及开启的持续时间。通常用环形配气相位图来表示进气门打开持续时间：180+排气门打开持续时间：180+,配气相位演示,第4章配气机构4.2.配气相位,理论上讲进、压、功、排各占180，也就是说进、排气门都是在上、下止点开闭，延续时间都是曲轴转角180。但实际上，高速发动机各个行程持续时间非常短，使发动机进气不足，排气不净，因此需对简单配气相位进行改进。改进措施有：进气门早开：增大了进气行程开始时气门的开启高度，减小进气阻力，增加进气量。进气门晚关：延长了进气时间，在大气压和气体惯性力的作用下，增加进气量。排气门早开：借助气缸内的高压自行排气，大大减小了排气阻力，使排气干净。排气门晚关：延长了排气时间，在废气压力和废气惯性力的作用下，使排气干净。,二、气门重叠由于进气门早开，排气门晚关，进气门在上止点前开启，而排气门在上止点后关闭，势必造成在同一时间内两个气门同时开启的现象，这个现象叫气门重叠，把两个气门同时开启时间相当的曲轴转角叫作气门重叠角+。,在这段时间内，可燃混合气和废气是否会乱串呢？,不会的，这是因为：a.进、排气流各自有自己的流动方向和流动惯性，而重叠时间又很短，不至于混乱，即吸入的可燃混合气不会随同废气排出，废气也不会经进气门倒流入进气管，而只能从排气门排出；b.进气门附近有降压作用，有利于进气。,第4章配气机构4.2.配气相位,提前开启作用：可以减少进气阻力，减少进排气消耗功。延时关闭作用：利用进排气惯性，以增大进排气量。,-进气提前角-进气延迟角-排气提前角-进气延迟角,气门叠开角：+,三、气门间隙（一）定义及其存在位置1、定义：在发动机冷态装配时，在气门及其相邻传动机构之间留有适当地间隙，以补偿气门受热后的膨胀量。这一间隙就称为气门间隙。2、位置：在气门与其相邻传动件之间。,（二）、气门间隙过大与过小的危害：间隙过大：进、排气门开启迟后，缩短了进排气时间，降低了气门的开启高度，改变了正常的配气相位，使发动机因进气不足，排气不净而功率下降；此外，还使配气机构零件的撞击增加，磨损加快。无间隙或间隙过小：发动机工作后，零件受热膨胀，将气门推开，使气门关闭不严，造成漏气，功率下降，并使气门的密封表面严重积碳或烧坏，甚至气门撞击活塞。,柴油机：进气门0.300.35mm排气门0.350.40mm,汽油机：进气门0.250.30mm排气门0.300.35mm,（四）、气门间隙的调整：,（三）、气门间隙的大小（冷车间隙）,气门间隙调整原则：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、二次调整法口诀：当一缸在压缩上止点时，发动机各缸按工作顺序，依次可调的气门为：双-排-不-进（双-排-排-不-进-进）,1缸,3缸,2缸,4缸,进,压,功,排,点火次序：1342,1缸a,3缸a,2缸b,6缸b,4缸b,5缸a,测量气门间隙，前后移动厚薄规时有一点拖滞感,拧松锁紧螺母，调整调节螺钉,3、气门间隙调整的方法：,厚薄规,一字改刀,梅花扳手,第4章配气机构4.3.顶置气门式配气机构的零件和组件,组成：气门组和气门传动组,一、气门组组成：气门、气门座圈、气门导管、气门弹簧（座）、气门锁片等。作用：保证气门能够实现气缸的密封。（一）气门:进气门和排气门工作条件：高温、高压冲击、腐蚀、磨损、润滑困难等。要求：足够的强度、刚度、耐磨、耐高温、耐腐蚀、耐冲击。材料：进气门：合金钢，如40Cr、35CrMo等。排气门：高级耐热合金钢，如4Cr9Si2等。,1、气门头部气门头部是一个具有圆锥斜面的圆盘，气门锥角进气门一般为30，排气门为45，气门头边缘应保持一定厚度，一般为1-3mm，以防工作中冲击损坏和被高温烧蚀。气门密封锥面与气门座配对研磨。气门头部直径越大，气门口通道截面就越大，进、排气阻力就越小。通常进气门头部直径大于排气门。如果两气门一样大时，排气门有记号。,第4章配气机构4.3.顶置气门式配气机构的零件和组件,30,45,气门头顶部形状气门头顶部形状有平顶，球面顶和喇叭形顶等,平顶：结构简单、制造方便、吸热面积小，质量小、进、排气门均可采用。球面顶：适用于排气门，强度高，排气阻力小，废气的清除效果好，但受热面积大，质量和惯性力大，加工较复杂。喇叭形顶：适用于进气门，进气阻力小，但受热面积大，不适于排气门。,2、杆身杆身与头部制成一体，装在气门导管内起导向、传热的作用，杆身与头部采用圆滑过渡连接。气门杆表面经过热处理并且磨光，一般是实心的，有的是空心的，空心杆质量轻，运动惯性力小。,凹槽,3、尾部：,尾部制有凹槽（锥形槽或环形槽）用来安装锁紧件。起固定弹簧座的作用。,锥形锁夹,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,（二）、气门导管功用：导向作用，保证气门作直线往复运动。导热作用，将气门头部传给杆身的热量，通过气缸盖传出去。工作条件：工作温度较高，约500K。润滑困难，易磨损材料：气门导管和气门的润滑是靠配气机构飞溅出来的机油进行润滑的，因此易磨损。为了改善润滑性能，气门导管常用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：导管内、外圆面加工后压入气缸盖的气门导管孔内，然后再精铰内孔。为了防止气门导管在使用过程中松脱，有的发动机对气门导管用卡环定位。,装配：气门杆与气门导管间隙0.050.12mm。,（三）气门座：气门座与气门头部密封锥面配合密封气缸，气门头部的热量亦经过气门座外传。气门座可以在缸盖或缸体上直接镗出，也可以采用镶嵌式结构。镶嵌式结构气门座都采用较好的材料（合金铸铁、奥氏体钢等）单独制作。同缸盖是过盈配合。铝合金缸盖必须镶气门座圈。,镶嵌式气门座圈,（四）气门弹簧保证气门紧贴气门座，防止气门落座时发生跳动等。常用双弹簧结构。型式：圆柱螺旋弹簧、变螺距的圆柱弹簧、同心安装的两根弹簧,不等距弹簧,圆柱等螺距弹簧,工作时工作圈数不是常数，振动频率经常变化，防止弹簧与气门产生共振，,旋向相反的两个弹簧振动频率不一样；防止断裂的弹簧卡入另一弹簧，一根折断后另一根可继续工作,双弹簧结构,（五）气门旋转机构安装在气门尾部，在气门工作时发生一定的转动，以使气门受热、磨损均匀，同时可以挤出气门密封锥面的积碳等物质。有自由、强制旋转两种,二、气门传动组功用：将由曲轴传来的动力传给气门，使进、排气门能按照配气相位规定时刻开闭，并保证有足够的开度。组成：正时齿轮、配气凸轮轴、挺柱、推杆、摇臂、摇臂轴、气门间隙调整螺钉等。,凸轮,凸轮轴正时齿轮,推杆,摇臂,摇臂轴,挺柱,（一）、凸轮轴功用：控制气门的开启和关闭，每一个进、排气门分别有相应的进气凸轮和排气凸轮。工作条件：承受气门间歇性开启的冲击载荷。耐磨，抗冲击韧性，刚度材料：优质钢、合金铸铁、球墨铸铁结构：凸轮、轴颈、偏心轮、螺旋齿轮；每2气缸一个轴颈；轴颈直径前后依次减小；另有空心凸轮轴，如捷达EA113,凸轮,驱动分电器的螺旋齿轮,凸轮轴轴颈,要求：1、四冲程配气凸轮轴与曲轴转速之比：1：22、凸轮轴的凸轮是根据发动机的发火顺序和配气相位来设计。3、凸轮轴的轴向定位4、凸轮轴定时齿轮的安装必须根据记号进行，以保证发动机的配气相位与发动机的发火顺序相符。,（二）、挺柱,作用：将凸轮的推力传给推杆或气门，并承受凸轮轴旋转时所施加的侧向力。挺柱的分类：菌式、筒式、滚轮式材料：镍硌合金、冷激合金铸铁。,液力挺柱,结构：挺柱体、卡簧、球座、柱塞、单向阀架、柱塞弹簧、单向阀、碟形弹簧等性能：可消除配气机构中间隙，减小个零件的冲击载荷和噪声，同时凸轮轮廓可设计得比较陡些，使气门开启和关闭更快，以减少进排气阻力，改善发动机的换气，提高发动机的性能，特别是高速。,挺柱体,柱塞,球形支座,卡簧,柱塞弹簧,单向阀,单向阀架,柱塞腔A,挺柱体腔B,进油口,进油通道,（三）、气门推杆,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,（四）、摇臂,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,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。摇臂比=1.21.8,润滑油道,油槽,润滑油道,摇臂组示意图,摇臂轴,螺栓,摇臂轴支座,摇臂轴紧固螺钉,摇臂衬套,调整螺钉,摇臂,定位弹簧,第4章配气机构4.4.可变配气相位,1VTEC（VariableValveTimingandLifeElectricalContral）功用使配气正时和气门升程根据发动机转速变化作出相应的实时调整，使气缸的充气量同时满足发动机低转速和高转速下的不同需要，从而提高了发动机的动力性和经济性,一、气门定时和气门升程控制机构（VTEC）,理想的配气系统应当要满足以下要求：1)低速时，采用较小的气门叠开角以及较小的气门升程，防止出现缸内新鲜充量向进气系统的倒流，以便增加转矩，提高燃油经济性。2)高速时应具有最大的气门升程和进气门迟闭角，以最大限度地减小流动阻力，充分利用过后充气，提高充量系数，以满足动力性要求。3)配合以上变化，对进气门从开启到关闭的进气持续角也应进行调整，以实现最佳的进气定时。,2、VTEC的组成,3VTEC的工作原理,（1）低转速下VTEC原理,主、辅摇臂分别由主、辅进气凸轮驱动主进气门按正常的时间和高度开启辅助进气门由于辅助凸轮的高度小而稍稍打开，以防止燃油阻塞进气口中间进气摇臂由中间凸轮驱动，