第2章配气机构02.ppt

1、同名气门排成两列： 由一个凸轮轴通过T形驱动件同时驱动。并且所有气门都可以由一根凸轮轴驱动，但由于两个气门串联，会影响充气效率，且使前后两排气门热负荷不均匀，这种方案不常采用。 同名气门排成一列： 这种结构在组织进气涡流、保证排气门及缸盖热负荷均匀等方面都具有相当的优越性，但一般需用两根凸轮轴，进、排气门各用一根。 发动机的进、排气道通常置于气缸盖的同一侧，以便进气受到排气的预热。 采用汽油喷射的发动机多数将进、排气道分别置于气缸盖的两侧，以便于气道的布置，在需要进气预热时，可采用进气预热系统。,2.2 配气机构的主要零部件,1气门组 气门、气门导管、气门弹簧座、气门弹簧、锁片等。 有的进气门

2、还设有气门旋转机构。 气门组应保证气门能够实现气缸的密封，因此要求： 气门头部与气门座贴合严密； 气门导管对气门杆的往复运动有良好的导向； 气门弹簧的两端面与气门杆的中心线相垂直，以保证气门头部在气门座上不偏斜； 气门弹簧的弹力足以克服气门及其传动件的运动惯性力，使气门能迅速开闭，并保证气门紧压在气门座上。,(1)气门 气门-气门头部、杆部。 气门头部顶面的形状有凸顶、平顶、凹顶。,气门头部工作环境： 温度-进气门570一670K（296.85396.85）、 排气门1050一1200K（776.85926.85）。 气体压力-、气门弹簧力-、传动组零件惯性力-、润滑冷却条件差- 材料： 进气

3、门-铬钢或镍铬钢合金钢等。 排气门-硅铬耐热合金钢。排气门头部用耐热合金钢 + 杆部则用铬钢制造，然后将二者焊在一起,凸顶的刚度大，受热面积也大，用于某些排气门； 平顶的结构简单、制造方便，受热面积小，应用最多； 漏斗形顶部，其质量小、惯性小，头部与杆部有较大的过渡圆弧，使气流阻力小，以及具有较大的弹性，对气门座的适应性好(又称柔性气门)，容易获得较好的密封，但受热面积大，易存废气，容易过热及受热易变形，所以仅用作进气门； 凹顶气门的刚性和弹性居于平顶和漏斗形顶之间，对气门座口也有较好的适应性，应用也较多。 气门头部的工作面被加工成锥形，它与气门座相配合形成密封带，此锥形面的锥角一般为300或

4、450。,气门锥角-气门密封锥面的锥角（450、300）-气门升程相同的情况下，气门锥角较小时，气流通过断面较大，进气阻力较小-锥角较小的气门头部边缘较薄，刚度较小，致使气门头部与气门座的密封性及导热性均较差-排气门温度较高，导热要求也较高，很少采用300锥角。,气门杆是一个圆柱形的杆，一端与头部相连接，另一端称为气门杆端，与弹簧座相连。气门杆端与弹簧座连接的方式有两种。 一种是带有锁片的杆端；另一种气门杆尾部是利用气门调整座来固定气门弹簧。,(2) 气门导管 气门导管的功用是：在气门作往复直线运动时进行导向，以保证气门与气门座之间的密封；当凸轮直接作用于气门杆端时，承受侧向作用力并散出气门的

5、部分热量。,气门导管内、外圆柱面经加工后压入气缸盖或气缸体的气门导管孔中，然后再精铰内孔。为了防止轴向运动，设有卡环定位槽，它与定位卡环配合便可防止工作时导管移动而落入气缸中。 气门杆与气门导管之间一般留有微量间隙，使气门杆能在导管中自由运动。气门导管工作温度较高，润滑较差，一般用含石墨较高的铸铁或铁基粉末冶金制成，以提高自润滑性能。,(3)气门座 功用-防止气门直接落座在气缸盖上而引起缸盖的过度磨损。 有些发动机的气门座是在缸盖(或缸体)上直接加工出来的，而大多数发动机的气门座是用耐热合金钢或合金铸铁单独制成座圈，然后压入气缸盖(体)中，以提高使用寿命和便于修理更换。,(4)气门弹簧 功用-

6、保证气门回位；在气门关闭及振动弹跳时保证气门与气门座之间的密封；保证气门在工作时不致因惯性力而与凸轮分离。 发动机每个气门采用直径不同的两个圆柱螺旋弹簧，这两个弹簧同心地安装在气门导管的外面。 两个弹簧既可减低弹簧的高度，从而降低发动机的高度尺寸，又可提高弹簧工作可靠性，可以抑制共振的产生。为了保证两圈弹簧在工作时不至互相卡住，内、外弹簧的螺旋方向应该相反。 有些发动机采用不等距的圆柱螺旋弹簧，其目的也是为了减少共振的产生。 在安装时，通常螺距较小的一侧朝向缸盖，或将有色标的一侧按维修手册要求安装。,(5)气门旋转机构 为改善气门局部过热和清除气门杆及气门座锥面上的积碳，有些发动机上采用了气门

7、旋转机构。气门旋转机构由外壳、底座、碟形弹簧、滚珠与回位弹簧所组成。,底座的内孔与气门导管相配合，以保证底座不旋转。底座上有6个凹槽，6个滚珠和回位弹簧分别放在每个凹槽中。 碟形弹簧支承在底座的凸台上，其外边缘与外壳相连。碟形弹簧与滚珠之间有间隙。气门关闭时，碟形弹簧的弹力大于气门弹簧的预紧力，旋转机构处于自由状态。气门开启时，气门弹簧弹力增大，碟形弹簧开始产生变形变形量由小至大逐渐变化，直至与滚珠接触为止。当气门弹簧弹力继续增大，便迫使滚珠向凹槽低处移动，由于底座不能转动，在摩擦力作用下，碟形弹簧以上的部分产生转动，从而带动气门一起旋转一个微小的角度。气门逐渐关闭时，弹簧力不断放松，碟形弹簧

8、不断复原，当复原到一定程度，滚珠在回位弹簧作用下，便返回原处。这样，气门每开、闭一次，就向一个方向转过一定的角度。,(6)气门油封 气门杆与气门导管之间有一定的间隙。配气机构工作时，会有适量的润滑油从此间隙流进进气门和排气门上，对气门杆和气门导管进行润滑。 润滑油量过大，烧机油现象-润滑油，气门、气门锥面、气门杆积碳 ，气门密封 ，可能造成气门杆与气门导管咬死，导致严重后果。为了防止由于过量机油进入燃烧室而造成这种严重后果的发生，一般在气门导管上端安装有橡胶油封-气门油封。,气门机构| 漏油,2气门传动组 气门传动组-凸轮轴正时齿轮、挺柱及其导管，气门顶置式配气机构还有推杆、摇臂和摇臂轴等。

9、作用-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。 (1)凸轮轴 凸轮轴-凸轮、凸轮轴轴颈等组成。对于下置凸轮轴的汽油机还具有用以驱动机油泵、分电器的螺旋齿轮和用以驱动汽油泵的偏心轮。 凸轮受到气门间歇性开启的周期性冲击载荷，因此要求凸轮表面要耐磨，凸轮轴要有足够的韧性和刚度（优质锻钢或特种铸铁）。,同一气缸的进、排气凸轮的相对角位置是与既定的配气相位相适应的。发动机各个气缸的进、排气凸轮的相对角位置应符合发动机各缸的点火次序和点火间隔时间的要求。 四缸四冲程发动机，每完成一个工作循环，曲轴须旋转两周而凸轮轴只旋转一周，在这期间内，每个气缸都要进行一次进气或排气，且各缸进气或排气

10、的时间间隔相等，即各缸进或排气凸轮彼此间的夹角均为36004=900。点火次序为1-3-4-2。 六缸四冲程发动机的凸轮轴逆时针旋转，其点火次序为 1-5-3-6-2-4，任何两个相继点火的气缸进气或排气凸轮间的夹角均为36006=600。,为了确保进气门、排气门与活塞位置保持正确的关系，优化燃烧和发动机性能，保证凸轮轴和曲轴正时正确是关键。 下置凸轮轴式发动机配气正时,单顶置凸轮轴式发动机 配气正时(奥迪5000),双顶置凸轮轴式发动机配气正时(帕萨特1.8T),凸轮轴轴向定位装置（轴向窜动、正时斜齿轮轴向力）。 1)止推凸缘定位 在凸轮轴第一轴颈与正时齿轮1之间装有隔圈6，隔圈上再套装比隔

11、圈薄0.08mm0.20mm的止推凸缘4，止推凸缘用螺栓5固定于气缸体上。,2)轴承的翻边定位 国产大众车系(桑塔纳、捷达、奥迪等)发动机，其凸轮轴的轴向定位是在第一和第五道轴颈处，用轴承的翻边代替止推片进行定位。 3)卡块定位 有些发动机在凸轮轴的尾端(如微型车462Q汽油机)或前端(富康轿车发动机)加工一环形槽，再用固定于气缸盖后端面或前端面上的半圆形卡块卡入环槽中进行定位。 4)润滑油自动控制定位 北京切诺基发动机凸轮轴的轴向定位由润滑油自动控制。装配时，凸轮轴的轴向间隙较大，但当发动机工作时，润滑油进入凸轮轴轴端，能防止凸轮轴轴向窜动。,(2)挺柱 功用-将来自凸轮的运动和作用力传至推

12、杆，承受凸轮传来的侧作用力，并将此侧作用力传给发动机机体。 挺柱-平面挺柱、滚子挺柱、液压挺柱。 平面挺柱：由作为工作面的圆盘和起导向作用的圆柱体组成。在挺柱的内部有球窝，与推杆下端的球头相配合，挺柱的工作面与凸轮相接触-磨损（球面、凸轮的母线作成斜率很小的锥体；挺柱中心线与凸轮中心线偏心安置）。,滚子挺柱：结构比较复杂，质量也较大，一般用于缸径较大，转速较低或某些具有特殊要求的发动机上。由于配气机构中存在间隙，在高速运行时会产生很大的振动和噪声。 液压挺柱：,发动机工作时，发动机润滑系中的机油从主油道经挺柱体侧面的油孔流入，并经常充满柱塞内腔及其下面的空腔。 当气门关闭时，弹簧8使柱塞3连同

13、压合在柱塞中的支撑座5紧靠着推杆，整个配气机构中不存在间隙。当挺柱被凸轮推举向上时，推杆作用于支撑座5和柱塞3上的反力力图使柱塞克服柱塞弹簧8的弹力而相对于挺柱1向下移动，于是柱塞下部空腔内的油压迅速增高，使单向阀7关闭。由于液体的不可压缩性，整个挺柱便如同一个刚体一样上升，这样便保证了必要的气门升程。 当气门开始关闭或冷却收缩时，柱塞所受压力缩小，由于柱塞弹簧8的作用，柱塞向上运动，始终与推杆保持接触，同时柱塞下部空腔中产生真空度，于是单向阀7再次被吸开，油液便流人挺柱体腔，再度充满整个挺柱内腔。 （消除配气机构中的间隙，减少振动）,(3)推杆 推杆位于挺柱与摇臂之间，作用-将挺柱传来的运动

14、和作用力传给摇臂。 推杆的材料与结构 硬铝推杆-用于缸体与缸盖都是铝合金制造的发动机 钢管推杆-推杆两端配以钢制的支撑。,(4)摇臂 功用-将挺杆(或是凸轮)传来的力，改变方向后作用于气门端面，推开或关闭气门。同时利用摇臂两边臂的长度比(摇臂比)来改变气门的升程。它可以在小的凸轮升程下(或挺柱升程)，获得较大的气门升程。一般将与气门接触的工作面做成圆弧形。 当摇臂作摆动时，可沿气门端面滑动，这样可使两者之间的接触力尽可能沿气门轴线作用。摇臂内往往钻有油道或油孔，以便润滑。 在摇臂与挺杆接触端，钻有螺钉孔，用以安装调节气门间隙的调节螺钉，并设有紧固螺钉螺母。一般螺钉的下端作成外球头或内凹球坑，以

15、很好的与挺杆头配合。 （45钢模锻或球墨铸铁）,2.3 配气相位和气门间隙,1配气相位 指进、排气门的实际开闭时刻与曲轴转角的关系，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。 理论上四冲程发动机的进气门应该在曲拐处在上止点时开启，在曲拐转到下止点时关闭；排气门则应该在曲拐在下止点时开启，在上止点时关闭。 实际发动机的曲轴转速很高，活塞每一行程历时都很短（上海桑塔纳轿车发动机，最大功率时的转速为5600rmin,一个行程历时仅为60(56002)0.0054s），往往会使发动机充气不足或排气不净，从而使发动机功率下降。 现代发动机都采取延长进、排气时间的方法即：气门的开启和关闭的时

16、刻并不正好是曲拐(活塞）处在上止点和下止点的时刻，而是分别提早和延迟一定曲轴转角，以改善进、排气状况，从而提高发动机的动力性。,进气开始时刻：曲轴转到离曲拐的上止点位置还差一个角度时，进气门便开始开启。 进气关闭时刻：曲轴转到超过曲拐下止点位置以后一个角度时，进气门才关闭。 进气门提前开、滞后关的目的-保证进气行程开始时进气门已开大，新鲜气体能顺利地充入气缸。当活塞到达下止点时，气缸内压力仍低于大气压力，在压缩行程开始阶段，活塞上移速度较慢的情况下，仍可以利用气流惯性和压力差继续进气，因此进气门晚关一点是有利于充气的。,排气开始时刻：作功行程接近终了，活塞到达下止点前，排气门提前一定角度（40

17、0800）开启。 排气关闭时刻：整个排气行程，在活塞越过上止点后（延迟角为100300），排气门才关闲。 排气门提前开、滞后关的原因：当作功行程活塞接近下止点时，气缸内的气体虽有0.30.4MPa的压力，但就对活塞作功而言，作用不大-这时若稍开启排气门，大部分废气在此压力作用下可迅速自缸内排出-当活塞到下止点时，气缸内压力已大大下降(约为0.115MPa)，这时排气门的开度进一步增加-从而减少了活塞上行时的排气阻力-高温废气的迅速排出，还可以防止发动机过热-当活塞到达上止点时，燃烧室内的废气压力仍高于大气压力，加之排气时气流有一定惯性，所以排气门迟一点关，可以使废气排放得较干净。,气门重叠角-

18、由于进气门在上止点前即开启，而排气门在上止点后才关闭，这就出现了在一段时间内排气门和进气门同时开启的现象（气门重叠），重叠的曲轴转角称为气门重叠角由于新鲜气流和废气流的流动惯性都比较大，在短时间内是不会改变流向的。因此只要气门重叠角选择适当，就不会有废气倒流入进气管和新鲜气体随同废气排出的可能性。这将对于换气是有利的。 注意：如气门重叠角过大（适宜的角度由试验确定），当汽油机小负荷运转，进气管内压力很低时，就可能出现废气倒流，使进气量减少。,2. 气门间隙 发动机工作温度-气门膨胀。如果气门与传动件-冷态时无间隙或间隙过小-在热态下气门及其传动件的受热膨胀势-引起气门关闭不严-造成发动机在压缩

19、和作功行程中的漏气-功率下降，严重时其至不易起动。 气门间隙-发动机冷态装配时，在气门与其传动机构中，留有适当的间隙（液力挺柱不预留气门间隙），以补偿气门受热后的膨胀量。在冷态时间隙一般为进气门0.250.3mm，排气门0.30.35mm。 间隙过小，发动机在热态下可能发生漏气，导致功率下降甚至气门烧坏。 间隙过大则使传动零件之间以及气门和气门座之间产生撞击，响声，而加速磨损同时也会使得气门开启的持续时间减少。气缸的充气压排气情况变坏。,2.4 可变进气正时和升程电子控制(VTEC)系统,可变气门正时和升程电子控制(VTEC，Variable Valve Lift Timing & Valve

20、 Electronic Control)的技术已经越来越多得到应用，这种技术可以使发动机在高速时改变气门正时和升程，从而实现高速大功率和低速大转矩的要求。 本田雅阁轿车采用单顶置凸轮轴(SOHC)16气门，每缸有两个进气门和两个排气门。它的VTEC系统由发动机控制模块(ECM)控制。 发动机低速运转时，VTEC不工作，发动机的燃烧效率较高且燃油消耗较低； 发动机高速运转时，发动机控制模块ECM控制VTEC同时改变进气门的正时和升程，增加进气量，使发动机动力性和经济性大大提高。,1VTEC的结构 具有可变气门正时和升程电子控制系统(VTEC)的发动机在每个气缸的两个进气门上都装有一套VTEC机构

21、。 VTEC机构-气门、凸轮、摇臂、同步活塞A、同步活塞B、正时活塞以及正时板等组成。,其中凸轮有三个，除了普通发动机具有的主凸轮和辅助凸轮外，还在它们之间增设了一个中间凸轮。中间凸轮升程最大，其次是主凸轮，辅助凸轮最低，与这三个凸轮相对应的摇臂分别称为中间摇臂、主摇臂和辅助摇臂。在三个摇臂内有一个孔道，里面装有正时活塞、同步活塞A、同步活塞B以及定位活塞等,2VTEC的工作原理 (1)工作原理 VTEC控制系统由传感器（转速、车速、冷却液温度）、控制部分（发动机控制模块ECM、VTEC电磁阀及VTEC压力开关）、执行部分（凸轮、摇臂、各个活塞）组成。 发动机控制模块ECM根据各种传感器的信号

22、，判断是否需要改变气门正时和升程。 当需要改变时，ECM操纵VTEC电磁阀打开油路，使机油推动同步活塞将主摇臂、中间摇臂和辅助摇臂连锁，中间摇臂参与工作，改变气门正时和升程，改变了进气量，从而增加了发动机功率。 当ECM判断不需VTEC系统工作时，VTEC电磁阀断电，切断油路，同步活塞在回位弹簧的作用下回到初始位置，VTEC系统不工作。 此外，VTEC电磁阀开启后，控制系统还可以通过VTEC压力开关反馈一信号给 ECM，以便监控系统工作。,VTEC的控制系统,（2）工作过程 1)发动机低速运转时。 当发动机在低速运转时，VTEC机构的油道内没有机油压力，各个活塞在回位弹簧作用下都处于左端，正时

23、板卡入正时活塞，使其不能移动，同步活塞A和同步活塞B正好在主摇臂和辅助摇臂内使中间摇臂、主摇臂和辅助摇臂彼此分离独立工作。这时的两个进气门中，一个由主凸轮带动主摇臂驱动，另一个由辅助凸轮带动辅助摇臂驱动。因为主凸轮升程大，所以气门开度大，辅助凸轮升程小，它驱动的气门开度也小。但主凸轮的升程决定了此时进入气缸的燃油混合气还是相对较少。这时虽然中间摇臂也被凸轮驱动，但因为三个摇臂彼此分开互不干涉，所以中间摇臂并不参与工作，对气门动作毫无影响。由此可见，发动机低速运转时，VTEC系统不工作，此时的发动机与不带VTEC系统的发动机完全一样。,发动机低速运转,2)发动机高速运转时。 当发动机转速达到某一特定转速时，发动机控制模块ECM控制 VTEC电磁阀打开，使机油注入VTEC机构油道内，正时板移出。在气门关闭时，使摇臂对正，机油推动正时活塞、同步活塞A和同步活塞B克服回位弹簧的作用力向右移动，并逐渐接通三个摇臂，使三个摇臂锁为一体，同时动作。由于中间凸轮的升程最高，所以摇臂锁为一体后由它驱动，此时的气门开启时间和开启升程都增加。所以在发动机高速运转时，VTEC系统工作，改变气门正时和气门升程，使发动机功率和扭矩均得到提高。