发动机第四章配气机构

第四章配气机构机械与车辆学院王恩华副教授北京理工大学机械与车辆学院Email:Tel:上节回顾凸轮轴布置形式配气机构功用配气机构组成气门组气门传动组凸轮轴下置凸轮轴中置凸轮轴上置按时充分彻底第四章配气机构一、凸轮轴布置形式和驱动方式§1配气机构的组成结构优点缺点凸轮轴离曲轴近，齿轮传动啮合平稳、噪声低工作可靠、耐久性好气门与凸轮轴距离较远传动零件多、传动链长整机刚度差缩短推杆长度减轻往复运动质量增大了机构的刚度介于两者之间运动件少整机刚度大传动机构紧凑凸轮轴距曲轴距离较远正时传动机构复杂气缸盖结构复杂一、凸轮轴布置形式和驱动方式§1配气机构的组成顶置凸轮轴式配气机构是目前广泛应用的一种结构形式，衍生出多种驱动方式一、凸轮轴布置形式和驱动方式§1配气机构的组成链条传动适用范围：适用于凸轮轴上置、中置优点：传动准确、重量轻、可靠性好、寿命长、附件布置灵活缺点：噪声大、需要专门的润滑与张紧机构和链条导板、维修保养比较麻烦结构特点：曲轴和凸轮轴上各布置一个链轮，由链条驱动凸轮轴旋转一、凸轮轴布置形式和驱动方式§1配气机构的组成链条传动一、凸轮轴布置形式和驱动方式§1配气机构的组成齿形带传动齿形带：高分子氯丁橡胶，中间夹有玻璃纤维或尼龙织物以增大强度要求：皮带材料有较大的强度和较小的拉伸变形优点：成本低、重量轻、噪声小、附件布置灵活、无需润滑缺点：耐久性略差，3万公里更换一、凸轮轴布置形式和驱动方式§1配气机构的组成齿形带传动一、凸轮轴布置形式和驱动方式§1配气机构的组成齿形带传动二、每缸气门数及其排列型式§1配气机构的组成每缸两气门过去，一般中小缸径发动机大多采用两气门结构，即一个进气门，一个排气门为了进一步改善气缸的换气，尽可能增大气门直径，特别是进气门直径。但气门直径的增大受燃烧室尺寸限制，因此，很多车上采用每缸多气门结构二、每缸气门数及其排列型式§1配气机构的组成二、每缸气门数及其排列型式§1配气机构的组成§1配气机构的组成配气机构的组成§1配气机构的主要零部件(★)配气相位与可变气门机构§2§3主要内容16气门组气门传动组气门气门导管气门弹簧弹簧座凸轮轴挺柱推杆摇臂摇臂轴配气机构16§2配气机构的主要零部件17一、气门组功用：打开和关闭进排气道，形成燃烧室的一部分要求：气门头部与气门座贴合严密、密封要好、气门导管导向要良好、气门弹簧作用力要均匀（气门头在气门座上不偏斜），弹力足够，急闭、紧压§2配气机构的主要零部件构造：由头部和杆部两部分组成工作条件：高温、高气体压力及惯性力，冷却润滑条件差进气门：570K~670K排气门：1050K~1200K材料：耐热合金钢头部：贵重金属杆部：一般金属1.气门§2配气机构的主要零部件气门头部结构平顶：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，质量小，但受热面积大。1.气门§2配气机构的主要零部件气门锥角气门锥角一般为450

，也有300

，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不可互换。1.气门§2配气机构的主要零部件气门杆部：圆柱形，在气门导管中进行往复运动，表面经过热处理和磨光，保证配合精度和耐磨。尾部：制有凹槽（锥形槽或环形槽）用来安装气门弹簧座锁紧件1、气门2、气门弹簧3、气门弹簧座4、气门锁夹5、圆柱销1.气门§2配气机构的主要零部件2.气门导管功用：起导向作用，保证气门作直线往复运动，使气门与气门座能正确贴合，同时，气门导管还在气门杆和气缸盖之间起导热作用防止导管脱落§2配气机构的主要零部件2.气门导管§2配气机构的主要零部件3.气门座与气门座圈气门座：气缸盖上与气门锥面相贴合的部位工作条件：气门座的温度很高，又承受频率极高的冲击载荷，容易磨损气门座圈：铝合金气缸盖采用镶嵌由合金或粉末冶金或奥氏体钢制成的气门座圈，用以延长气缸盖寿命安装：过盈配合压入气缸盖上的座孔中与气门锥面的配合：气门锥角比气门座或气门座圈锥角小0.50~10，以减小接触面§2配气机构的主要零部件3.气门座与气门座圈§2配气机构的主要零部件4.气门弹簧功用：气门弹簧的作用在于保证气门回位，在气门关闭时，保证气门与气门座之间的密封，在气门开启时，保证气门不因运动时产生的惯性力而脱离凸轮共振措施：变螺距弹簧、双弹簧结构§2配气机构的主要零部件功用：使进、排气门能按配气相位规定的时刻开闭，且保证有足够的开度组成：凸轮轴、挺柱、推杆、摇臂、正时齿轮二、气门传动组§2配气机构的主要零部件1.凸轮轴功用：按工作次序和配气相位开启和关闭气门工作条件：凸轮轴受到气门间歇性开启的周期性冲击载荷，接触应力很大要求：凸轮表面要求耐磨，凸轮轴要有足够的韧性和刚度，为了便于安装，轴径从前向后依次减小材料：优质碳钢或合金钢模锻、球墨铸铁铸造表面处理：轴颈和凸轮工作表面经热处理后磨光§2配气机构的主要零部件

同名凸轮相对角位置决定于凸轮轴旋转方向、发动机工作顺序及气缸数或作功间隔角异名凸轮轴相对角位置决定于配气定时及凸轮轴旋转方向四缸发动机同名凸轮彼此夹角为90度六缸发动机同名凸轮彼此夹角为60度1.凸轮轴§2配气机构的主要零部件1.凸轮轴§2配气机构的主要零部件2.挺柱功用：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材料：镍铬合金铸铁、冷激合金铸铁制造分类：机械挺柱和液力挺柱§2配气机构的主要零部件定义：发动机在冷态下，当气门关闭状态时，气门与传动件之间的间隙。作用：给热膨胀留有余地，保证气门密封。一般冷态时，排气门间隙大于进气门间隙，进气门间隙约为0.25～0.3mm，排气门间隙约为0.3～0.35mm。气门间隙思考：气门间隙过大或过小会有什么危害？§2配气机构的主要零部件液力挺柱---平面液力挺柱§2配气机构的主要零部件液力挺柱---平面液力挺柱§2配气机构的主要零部件液力挺柱---平面液力挺柱§2配气机构的主要零部件液力挺柱---平面液力挺柱§2配气机构的主要零部件液力挺柱---平面液力挺柱§2配气机构的主要零部件液力挺柱---平面液力挺柱§2配气机构的主要零部件§2配气机构的主要零部件液力挺柱---吊杯形液力挺柱2.挺柱§2配气机构的主要零部件3.摇臂功用：将推杆传来的力改变方向，作用到气门杆端打开气门要求：足够的强度和刚度并且质量尽可能小构造：双臂杠杆41§2配气机构的主要零部件4.推杆功用：将从凸轮轴传来的推力传给摇臂推杆是配气机构中最容易弯曲的零件要求：有很高的刚度，在动载荷大的发动机中，推杆应尽量地做得短些构造：可空心可实心，两头有球头42§2配气机构的主要零部件配气机构的组成§1配气机构的主要零部件(★)配气相位与可变气门机构§2§3主要内容§3配气相位与可变气门机构进气门早开角进气门晚关角进气门持续角排气门晚关角排气门早开角排气门持续角进气门相位排气门相位配气相位：进、排气门开启和关闭时刻，及其开启的延续时间以曲轴转角来表示，称为配气相位。一、配气相位气门重叠角凸轮轴

§3配气相位与可变气门机构

一组固定的配气相位角不能满足发动机在各种转速下的最佳配气要求高速区域气流流速高惯性能量大增大进气门晚关角低速区域气流流速低惯性能量小减小进气门晚关角§3配气相位与可变气门机构进气门凸轮轴Variable

ValveTimingVVT可变气门正时技术旋转方向§3配气相位与可变气门机构进气门凸轮轴旋转方向Variable

ValveTimingVVT可变气门正时技术§3配气相位与可变气门机构旋转方向03060901201502000100030004000500060007000发动机转速[r/min]输出扭矩[N.m]无VVTVVTVariable

ValveTimingVVT可变气门正时技术§3配气相位与可变气门机构二、可变配气定时机构（VVT技术）§3配气相位与可变气门机构§3配气相位与可变气门机构§3配气相位与可变气门机构§3配气相位与可变气门机构§3配气相位与可变气门机构§3配气相位与可变气门机构56§3配气相位与可变气门机构§3