课题三 配气机构

1、第三章 配气机构 知识要点 1.配气机构的结构与工作原理 2.充气系数的概念及其影响因素 3.凸轮轴的轮廓形状及其磨损后对柴油机的影响 4.配气相位的概念（重点） 5.气门间隙的概念与调气门间隙（重点） 6.涡轮增压器器的结构与工作原理第三章 配气机构 1.功用 按照柴油机各缸工作循环的需要，定时开启和关闭进、排气门，使新鲜空气及时进入汽缸，废气及时的排除汽缸。曲轴转2圈，凸轮轴转1圈。2.充气系数新鲜空气和可燃混合气体充满汽缸的程度。进气状态下，实际进入汽缸的新鲜空气质量与进气状态下充满汽缸工作容积的新鲜气体质量的比值，叫充气系数。由于进气气流的阻力 ，残留的高温废气，高温的零件（气门 活塞

2、）对新气加热，使进气终了时温度升高。因此充气系数总是小于1，大约0.8-0.9。发动机转速低，进气气流速度低，近期质量减少发动机转速高，进气时间短，气流高，阻力大，也减少。3.配气机构的组成及工作原理配气机构的组成及工作原理组成：气门组和气门传动组气门组：气门 气门导管 气门锁片 气门弹簧 弹簧座传动组：摇臂轴 摇臂 推杆 挺杆 凸轮轴 正时齿轮原理（1.开启过程 曲轴-凸轮轴-挺杆-推杆-调整螺钉-摇臂摆动消除S后-压弹簧-气门开启想一下 关闭过程？4.配气机构的分类 1）按气门的布置可分为气门顶置式和气门侧置式两种 2）按凸轮轴的位置可分为：上置式凸轮，中置式凸轮，下置式凸轮。 3）按曲轴

3、和凸轮轴的传动方式可分为：齿轮传动和链条传动 4）按每缸的气门数分类 两气门式和多气门式驱动齿轮工程机械多采用顶置气门式配气机构：如图优点：充气性能好，使内燃机有良好动力性和经济性，燃烧室结构紧凑，可减小进，排气系统的阻力。缺点：传动链的零件多，质量大因而惯性载荷较大。侧置式配气机构，燃烧室结构不好，限制了压缩比的提高。进气阻力大，弯道多，应用少只要在小汽油机。中置式凸轮轴（上）顶置式凸轮轴下置式凸轮轴 1）下置式凸轮轴 如图 优点：凸轮轴与曲轴距离近，传动方便。 缺点：传动距离远，传动组件多，惯性大， 加剧了零件的震动和磨损。 下置式凸轮轴 2）中置式凸轮轴 如图 优点：凸轮直接作用于摇臂，

4、省去了挺柱和顶杆 缺点：曲轴到凸轮轴传动机构复杂。中置式凸轮轴 3）上置式凸轮轴 如图 优点： 凸轮轴直接驱动气阀，无惯性载荷的作用。 缺点：气门杆受侧推力的作用磨损大。 曲轴到凸轮轴传动复杂，拆装汽缸盖也较麻烦。双顶置式凸轮轴 1）每气缸两个气门的布置（一个进气门，一个排气门）每缸两气门，总是采用较大的气门道路面积，且进气门直径大于排气门直径。布置方式： a.合用气道气门将机体纵向排成一列相邻两个进气门或排气门合 用一个气道，气道简化，并可得到较大的气道通道面积；b.交替布置每缸单独用一个进、排气道，可使汽缸均匀冷却， 对 热负荷较严重的发动机更适宜；c.分开布置 进、排气道分置于机体两侧，

5、以免排气加热进气，而汽油机为了使汽油更好地雾化，多置于机体一侧。 按气门数量分 两进，两排，增大进，排通道面积。加大气门直径，充气效率高工作温度减低，提高了可靠性。 采用四气门还可以减小气门升程，改善配气机构的动力性。a.串联形式 (同名气门排成两列)(1)可通用一根凸轮轴及驱动杆传动；(2)排气门的热负荷也不相同。b.并联形式 (同名气门排成一列)(1)进气效率与热负荷基本相同；(2)需用两根凸轮轴传动。2）.气缸四个气门的布置n 主要元件1进气门2排气门3挺杆4挺柱5凸轮轴6止推板7凸轮轴齿轮8凸轮轴衬套9摇臂支架10调整螺钉11锁紧螺母俯视图主视图第二节 主要机件 气门式配气机构是由气门

6、组和气门传动组组成。 气门传动组：凸轮轴 挺柱 推杆 摇臂 摇臂轴正时齿轮 气门组：气门 气门座 气门弹簧 气门导管 第一 气门传动组正时齿轮室曲轴转两圈时凸轮轴才转一圈，所以凸轮轴齿轮的齿数是曲轴齿轮的两倍相互啮合的轮齿上打印有相配的标记，一般采用斜齿轮该齿轮传动系靠曲轴齿轮驱动旋转 配气机构的驱动一配气机构的驱动一不同的凸轮轴布置驱动齿轮有所不同。2,3,4,5 1.凸轮轴 (1)结构形式：进气 排气凸轮，凸轮轴轴颈组成 a.功用：控制气门运动，各个气缸的进 排气门的开启和关闭； b.凸轮数目：决定于气缸数目及其传动关系。 c.材料要求：由于受到气门间歇性开启的周期性冲击载荷，因此对凸轮表

7、面要求耐磨，有足够的硬度，较高的精度，良好的润滑，对凸轮本身则要求有足够的韧性和刚度，在工作中变形最小。 一般用合金铸铁 球磨铸铁铸造而成。 (2)凸轮轴颈：凸轮轴各轴颈的直径一般均取直径相同的，以使机械加工简单。但为了拆装方便，也有采用前端向后递减直径的。在小型内燃机上一般每两个气缸装用一个凸轮轴颈支撑，在大型发动机上相邻之间都有一个轴颈支撑。 (3)传动方式：凸轮轴的传动方式多用斜齿轮，因而易使凸轮轴产生轴向串动，影响配气正时。因此凸轮轴须有轴向定位装置。 a.止推片、止推片螺栓（中小型内燃机） b.止推轴轴承（高速、大型内燃机） P76页图3-17挺柱平板式、滚轮式、液力式及滚轮摇臂式。

8、作用：将凸轮的运动传给推杆。材料：碳钢表面热处理。为了使圆柱导向面和底面磨损均匀，中心线偏移一定距离a菌形b筒形c滚轮式d 液压式e滚轮摇臂式 3.顶杆推杆 顶杆用于下置式凸轮轴的配气机构，向摇臂传递凸轮轴经挺柱传来的推力。对于顶杆的要求是刚性好，重量轻。 为了减轻重量，顶杆一般用空心管制成，小型内燃机的顶杆也有用实心钢棒制成的。 顶杆上端凹球形接头与摇臂调节螺钉的球头相配合； 下端焊有球形接头，支撑在挺柱的凹球承座内。 顶杆的两端都经过热处理。4.摇臂功用：推杆与气门的传动元件，功用：推杆与气门的传动元件，用于改变运动方向，驱动气门启用于改变运动方向，驱动气门启闭。闭。摇臂圆孔内镶有衬套摇臂

9、上加工有油孔，润滑油通过摇臂座上的油孔送到摇臂轴内，一部分作为摇臂衬套润滑用；另一部分则通过摇臂轴内的油孔送到摇臂两端供传动元件用。摇臂两端不等长，长臂与气门接触，这样推杆较小的移动就会使气门有较大的升程。5. 摇臂轴及摇臂座摇臂轴及摇臂座摇臂轴用来支撑摇臂，并兼作油道。摇臂轴用来支撑摇臂，并兼作油道。摇臂轴都是空心轴，通过摇臂轴座固定在气缸盖上，摇臂轴都是空心轴，通过摇臂轴座固定在气缸盖上，为了防止摇臂在轴上轴向移动，相邻两摇臂间装为了防止摇臂在轴上轴向移动，相邻两摇臂间装有定位弹簧。有定位弹簧。注意：不是每个摇臂座都有油道，一定要装有油道注意：不是每个摇臂座都有油道，一定要装有油道的那个摇

10、臂的那个摇臂轴座装在缸盖轴座装在缸盖上有油孔的位上有油孔的位置，否则组件置，否则组件将得不到润滑。将得不到润滑。 第二 气门组主要由：气门、气门座、气门弹簧、气门导管 气门锁片 气门弹簧座等组成。 发动机对气门组的最基本要求是：气门与气门座能紧密配合，在高温条件下工作可靠，并并具有足够的刚度和耐磨性。 因此，气门组必须满足：气门与气门座配合锥面精密；气门导管对气门的导向正确，不使气门倾斜；气门弹簧要有足够的刚度和预紧力，且其两端面应与气门中心线垂直，保证气门关闭迅速、严密。气门的功用：控制进排气道的开启和关闭。气门的功用：控制进排气道的开启和关闭。工作条件：气门室燃烧室的组成部分，又是气体进出

11、燃烧室的工作条件：气门室燃烧室的组成部分，又是气体进出燃烧室的通道，所以要承受很大的冲击载荷，且在高温下工作，润滑和通道，所以要承受很大的冲击载荷，且在高温下工作，润滑和冷却较差，尤其是排气门的热负荷严重，还要承受高温气体的冷却较差，尤其是排气门的热负荷严重，还要承受高温气体的强烈冲刷，因此应具有足够的刚度、强度、耐热性、耐磨性、强烈冲刷，因此应具有足够的刚度、强度、耐热性、耐磨性、和耐蚀性，且要密封可靠。和耐蚀性，且要密封可靠。结构：结构： 气门杆部，气门头部气门杆部，气门头部气门头部有平顶、凸顶、凹顶气门头部有平顶、凸顶、凹顶3 3种形式平顶应用最广泛。种形式平顶应用最广泛。气门锥角一般为

12、气门锥角一般为4545度。度。 2.气门座气门座 直接加工在缸盖直接加工在缸盖 耐热合金单独制成座圈（常用）。耐热合金单独制成座圈（常用）。 3. 气门导管气门导管 4. 气门弹簧气门弹簧 功用：克服气门在关闭过程中气门与传动件的惯性力，防功用：克服气门在关闭过程中气门与传动件的惯性力，防止各传动件之间产生间隙保证气门紧密结合，防止发生气止各传动件之间产生间隙保证气门紧密结合，防止发生气门跳动。门跳动。 刚度刚度 预紧力要好预紧力要好 共振时易断共振时易断 防折断措施：防折断措施： 提高自振频率提高自振频率 双弹簧（旋向相反）双弹簧（旋向相反） 不等距弹簧（大螺距向杆头）不等距弹簧（大螺距向杆

13、头）5. 气门油封、气门锁片气门油封、气门锁片主要机件的检修 1.凸轮轴的检修及安装的注意事项？（P82） 2.气门组故障对发动机的影响？ 性能 功率不足 起动困难 活塞顶缸。 3.气门与气门座的故障有哪些？ 如何研气门？ 第三节 柴油机配气相位与气门间隙 一 配气相位 用曲轴转角表示进 排气门的开闭时刻和开启持续的时间。 曲轴转角：为了改善换气过程，提高发动机性能，实际上气门的开启和关闭并不恰好在活塞运动到上下止点时刻，而是有所提前和滞后。进气门的配气相位1.进气提前角10-302.进气滞后角30-80进气持续角排气门的配气相位1.排气提前角40-802.排气滞后角10-30排气持续角气门的

14、重叠开启有助于废气的排出转速越高提前角和滞后角越大。转速不同，配气相位也应不同，但很难实现，只能通过实验来确定某一常用转速较适合的配气相位。30-8010-3010-3040-80 进气门的配气相位：1.1.进气提前角进气提前角（）：从进气门开始开启到到上止）：从进气门开始开启到到上止点所对应的曲轴转角。（一般点所对应的曲轴转角。（一般1010-30-30）2.2.进气迟后角（进气迟后角（ ）：从下止点到进气门关闭所）：从下止点到进气门关闭所对应的曲轴转角。（一般对应的曲轴转角。（一般4040-80-80）进气门开启持续时间内的曲轴转角，即进气持续角进气门开启持续时间内的曲轴转角，即进气持续角

15、为为+ 180+ 180+排气门的配气相位：1.1.排气提前角（排气提前角（）：从排气门开始开启到下止点）：从排气门开始开启到下止点所对应的曲轴转角。（一般所对应的曲轴转角。（一般4040-80-80）2.2.排气迟后角（排气迟后角（ ）：从上止点到排气门完全关）：从上止点到排气门完全关闭所对应的曲轴转角。（一般闭所对应的曲轴转角。（一般1010-30-30）排气门开启持续时间内的曲轴转角，即排气持续角排气门开启持续时间内的曲轴转角，即排气持续角为为 + + 180180+ + WD615 柴油机配气相位图康明斯NT-855柴油机配气相位图配配 气气 定定 时时 2.气门间隙的调整 气门处于完

16、全关闭状态 气门杆尾端与摇臂之间的间隙. 原则：确认调整状态，即冷态或热态。冷态进气0.250.30，排气0.300.35，热态比冷态要小0.05mm，机型不一，区别较大。 必须在气门完全关闭时才能调整。将要开、刚关闭均不可调。 方法：逐缸调整法，两次调整法气门间隙的检查及调整 1.检查工具：厚薄规 调整 a.逐钢调整法 只有当活塞处于压缩上止点时，进排气门都在关闭状态时，才能调整。 也就是说挺柱与凸轮轴基圆接触时才能完全闭合，才能调整。调整方法： 四（六）冲程发动机工作顺序 1-3-4-2 （1-5-3-6-4-2） 查找压缩上止点-转到曲轴-对准壳体记号-1和4处于上止点-摆动飞轮看1-4

17、摇臂（不动为压缩状态）-转到曲轴180 （6缸为120）-按工作顺序逐钢调整。 优点：这种方法简单 作业质量可靠 多采用 缺点：曲轴转动次数多 影响生产效率两次检查 调整法 曲轴只需转到两次（0.360）可将气门调整完毕。 按做功顺序 做功间隔相对应的曲轴转角来确定每次可以调整的气门。 具体方法：P97表3-1第四节 进 排气系统与增压 一 进排气系统 组成：进气管 排气管 空气滤清器 增压器 空气冷却器 功用：向汽缸内提供充足，清洁的空气，同时尽可能干净地排出燃烧后的废气。 1.进 排气管 材料：铸铁 位置：一般是在两侧 以免排气管的高温影响进气。2.排气消声器 功用：降低噪声，温度和压力。

18、保证安全。 材料：1mm钢板卷制而成。 位置：排气管的出口处 结构：三级共振室3.空气滤清器功用：清除空气中的灰尘和杂质，减少由于进气带进的灰尘对活塞，汽缸套的磨损。分类：油浴式 （湿式） 过滤式 （干式应用广泛） 双级复合式滤清器二 发动机增压 提高发动机功率措施：1.增加供油量2.增加空气供给量 进气增压：提高进入发动机的空气压强和密度，从而达到提高动力性和经济性的目的，同时还有利于降低噪声和排放。 组成：压气机 中间体 涡轮机 分类：机械增压和 废气涡轮增压（应用广泛） 先看结构P105废气涡轮增压工作原理 看图P103 柴油机排出的废气经排气管进入涡轮壳的喷嘴环，由于喷嘴环的面积逐渐收缩，所以废气动能增加，随后冲击涡轮叶片，使涡轮旋转，因为涡轮和压气机叶轮在同一根轴，所以两者同速旋转，废气压力不断升高，速度越快，涡轮越快，最终废气通过涡轮出口排入大气，同时，压气机叶片高速旋转是滤过的空气进入扩压器，使空气速度压力增大，最终经进气管进入汽缸与柴油混合燃烧。随着废气涡轮增压器制造质量的提高，以及废气涡轮增压器与柴油机匹配技术的发展，现在柴油机正向着高增压的方向发展。 按涡轮形式分类：径流式（常用） 轴流式 混流式按废气能量利用分类：恒压式和变压式（脉冲式）常用P104图3-54废气涡