第3章+配气机构.ppt

1、第3章 配气机构,概述 配气机构的构造,3.1概述,一、功用： 按照发动机的工作顺序和工作要求，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，保证进气充足、排气彻底，并保证关闭时密封严密。,二、充气效率（小于1） 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。,影响充气效率的因素： 1.配气机构的结构 （应减小进气和排气的阻力） 2.进、排气门的开启时刻和持续开启的时间 （应使进气和排气都尽可能充分）,三、配气机构的组成,气门组 传动组 驱动组,1.气门组： 气门、气

2、门座、气门导管、气门弹簧、气门弹簧座及锁紧装置等； 2.传动组： 挺柱、推杆、摇臂组等； 3.驱动组： 凸轮轴、凸轮轴轴承和止推装置。,3.2配气机构的构造,（视频1）,一、配气机构的类型 （一）按气门的布置形式 气门顶置式 气门侧置式,1、气门顶置式 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。,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）按凸轮轴的布置位置 凸轮轴下置式 凸轮轴中置式 凸轮轴上置式,1、凸轮轴下置（视频3

3、） 缺点： 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。 优点： 简化曲轴与凸轮轴之间才传动装置，有利于发动机的布置。,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。,3、凸轮轴上置式（视频2）,应用： 高速发动机 桑塔纳轿车发动机,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。,双凸轮轴上置式发动机,（三）按曲轴和凸轮轴的传动方式 齿形带传动式 链条传动式 齿轮传动式,（四）按气门驱动形式 摇臂驱动式 摆臂驱动式 直接驱动式,1）摇臂驱动式 如图为摇

4、臂驱动、单凸轮轴上置式配气机构；凸轮轴直接驱动摇臂，摇臂驱动气门，还可以是凸轮轴推动挺柱，挺柱推动摇臂，摇臂再驱动气门。 （视频6）,摇臂驱动式,2）摆臂驱动式 如图为摆臂驱动、双凸轮轴上置式配气机构。 摆臂驱动比摇臂驱动刚度更好，更有利于高速发动机，在轿车发动机上应用广泛。 （视频7）,摆臂驱动式,3）直接驱动式 如图为直接驱动、凸轮轴上置式配气机构，凸轮通过挺柱驱动气门。 直接驱动式配气机构的刚度最大，驱动气门的能量损失最小，在高度强化的轿车发动机上应用广泛。 （视频8）,直接驱动式,（五）按每缸气门数 两气门式 多气门式 （视频9）,1）两气门式 称两气门发动机。 一般发动机每个气缸有2

5、个气门：一个进气门和一个排气门。,2）多气门式 现代高性能汽车发动机普遍采用每缸3、4、5个气门，以四气门发动机为最多。优点： 气门通过断面积大，进排气充分，进气量增加，发动机的转矩和功率提高。,上置凸轮轴实物图,注意几点： 1.侧置气门式配气机构使燃烧室的结构不紧凑，并限制了压缩比的提高，目前已趋于淘汰； 2.下置式凸轮轴的配气机构因传动环节多、路线长，不适应高速车用内燃机，因此一般采用上置式凸轮轴的配气机构； 3.目前一般采用顶置气门、上置凸轮轴配气机构，有双摇臂与双凸轮轴之分，其中后者高速性最佳。（教材P50图3-3、3-4）,3.2.2 配气机构的的传动,曲轴通过齿轮副驱动凸轮轴，凸轮

6、轴再带动摇臂来推动进、排气门。 注意： 曲轴旋转两周（完成一个行程），凸轮轴只旋转一周，各缸进、排气门各开启一次。 传动比=2：1（曲轴与凸轮轴之比）,1.齿轮传动式,1、齿轮传动,凸轮轴下置、中置式配气机构,用于下置式和中置式凸轮轴的传动。 汽油机只用一对定时齿轮，即曲轴正时齿轮和凸轮轴正时齿轮； 柴油机还需要驱动喷油泵，所以增加一个中间齿轮。,2.链条传动,导链板,张紧机构,用于中置式和上置式凸轮轴的传动，尤其是上置式凸轮轴的高速汽油机采用较多。 （视频）,3.齿带传动,用于上置式凸轮轴的传动。主要优点： 噪声小、质量轻、成本低、工作可靠、不需要润滑；齿形带伸长量小，适合有精确定时要求的传

7、动。 轿车发动机多采用。 正时皮带（视频）,注意： 由于正时皮带属于耗损品，而且正时皮带一旦断裂，凸轮轴当然不会照着正时运转，此时极有可能导致汽门与活塞撞击而造成严重毁损，所以正时皮带一定要依据原厂指定的里程或时间更换。 正时炼条则会有相当长的寿命，所以选购配置正时炼条引擎的车，会省去更换正时皮带的麻烦与开支。,1.单缸2气门：,3.2.3 每缸气门数及其排列方式（了解）,2.单缸4气门,3.单缸5气门,注意： 1.采用每缸五气门时，通常将同名气门排成一列； 2.如果将五气门技术与增压技术想结合，其性能指标的优势将更加明显。,归纳： 现代高性能汽车发动机普遍采用每缸3、4、5个气门。优点-气门

8、通过断面积大，进排气充分，进气量增加，充气效率更高，发动机的转矩和功率提高。可以使燃油消耗降低、排污少。,3.2.4 配气相位,两个概念： 配气相位-气门从开启到关闭所经历的曲轴转角。 配气相位图-用来表示配气相位的曲轴转角环形图,配气相位图,（视频10）,进气持续角： 180+ + 排气持续角： 180+ + ,气门叠开,概念：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。 气门叠开角：气门同时开启的角度（+ ）。,排气过程,进气过程,3.2.5 气门间隙,概念： 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

9、门间隙的调整（视频11）,注意： 1. 气门间隙过小：漏气、气门烧坏。 2.气门间隙过大：传动零件之间、气门和气门座之间撞击严重，加速磨损。,零气门间隙： 当采用液压挺柱时，由于液压挺柱的长度可自调，可以不留气门间隙。 （视频13）,作 业,根据配气相位图，分析气门早开与迟闭的原因。,3.2.6 配气机构的零件和组件,三大部分： 气门组 传动组 驱动组,一、气门组,组 成,有的进气门还设有 气门旋转机构,（一）气门 （视频14）,功用： 是燃烧室的组成部分，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。,材料： 进气门570K670K（铬钢或铬镍钢） 排气门1050K120

10、0K（硅铬钢）,头部,杆部,组成：头部、杆部,工作条件： A.进气门570K670K，排气门1050K1200K; B.头部承受气体压力、气门弹簧力等; 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。,要求: (P57) 1.气门头部与气门座贴合严密 2.气门导管与气门杆导向良好 3.气门弹簧两端与气门杆的中心垂直 4.气门弹簧的弹力足够 性能： 强度和刚度大、耐热、耐腐蚀、耐磨,气门头顶面的形状,气门锥角,1.定义： 气门锥面与顶平面的夹角称气门锥角。,2. 气门锥角的作用:,就像锥形塞子可以塞紧瓶口一样，能获得较大的气门座合压力，以提高密封性和导热性； 气门落座时有自动定位

11、作用； 避免气流拐弯过大而降低流速； 气门落座时能挤掉接触面的沉积物，即有自洁作用。,注意：进、排气门锥角的大小 进气门锥角较小，多用300。因锥角越小，进气通道截面越大，进气量越多。 排气门锥角较大，通常为450。因锥角越大，气门头部边缘的厚度大，不易变形。排气门热负荷较大而用较大的锥角，以加强散热和避免受热变形。且锥角越大，座合压力越大，自洁作用越大。,思 考,为什么进气门锥角（ 30）较小时，可以增加进气量？,？,气门头部直径： 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。另外，排气门稍小些，还不易变形。,进气门,排气门,气门传热： （视频

12、16） 气门头部接受的热量，一部分经气门座圈传给气缸盖，另一部分通过气门杆和气门导管也传给气缸盖，最终被气缸盖水套中的冷却液带走。 注意： 1.气门密封锥面必须严密贴合：研磨气门与气门座圈； 2.气门杆与气门导管配合间隙小：减少热阻,（二）气门杆,（观看实物）,气门杆端形状决定于气门弹簧座固定方式： 1.用剖分或两半的锥形锁片 2.用锁销 见教材P58图3-15、补充,（三）气门导管,作用： 1.对气门的运动导向，保证气门作直线往复运动，使气门和气门座能正确贴合； 2.将气门杆接受的热量部分传给气缸盖。,工作条件： 工作温度较高，约500K。润滑困难，易磨损。 材料： 用含石墨较多的铸铁，能提

13、高自润滑作用。 装配： 气门杆与气门导管的间隙0.050.12mm。,注意： 1. 有的发动机不设气门导管：直接在气缸盖上加工出气门杆孔； 2.有的气门导管设有卡环槽：防松落； 3.有的排气气门导管设有排渣槽：清除沉积物和积炭；,（四）气门油封,功用： 气门杆与气门导管孔需要润滑，机油又不能太多，否则机油消耗量增加。 为了控制和减少机油消耗量，现代汽车发动机装有气门油封。,（观看实物）,（视频19）,（五）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： 1.靠其内锥面与气门锥面的紧密贴合密封气缸。 2.接受气门传来的热量。,气门座,气门座圈：（视频18） 以较大过盈量镶嵌

14、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。,（六）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,（观看实物）,工作条件： 1.承受交变载荷 2.为保证其可靠的工作，应具有合适的刚度和足够的抗疲劳强度 3.避免弹簧锈蚀 4.两端面必须磨光并与轴线垂直 因此，要求气门弹簧要具有足够的刚度和安装预紧力。,气门弹簧,圆柱形螺旋弹簧,等螺距弹簧,不等距弹簧 （可避免共振）,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，

15、桑塔纳, 广州标致505,作 业,教材P70 2.为什么一般在发动机的配气机构中留气门间隙？,二、气门传动组和驱动组,1.传动组组成： 挺柱、推杆、摇臂、摇臂轴等。 2.驱动组组成： 凸轮轴、凸轮轴轴承、止推装置等。 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。,（一）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

16、段,同名凸轮的相对角位置,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。,点火顺序： 1243,六缸四冲程发动机点火次序,153624,（观看实物）,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,止推片,隔圈（调节环）,凸轮轴颈,凸轮轴的轴向间隙,气缸体,（二）挺柱,1.作用： 将凸轮的推力传给推杆或气门，同时还承受凸轮所施加的侧向力，并将其传给机体或气缸盖。 2.工作条件： 挺柱工作时，其底面与凸轮接触，由于接触面积小，接触应力较大，摩擦和磨损都相当严重。,（观看视频）,（2）挺柱的分类（机械挺柱）：,性能： 消除了配气机构

17、的间隙，减小了各零件的冲击载荷和噪声，能提高发动机高速时的性能。,液力挺柱,注意： 气门及其传动件因温度升高而膨胀，或因磨损而缩短，都会由液力作用来自行调整或补偿。,发动机液压挺柱工作示意图,气门关闭时,气门打开时,（观看视频）,（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。 材料： 硬铝或钢,（四）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。（如图，右端）,摇臂结构示意图,气门间隙调节螺钉,摇臂轴套,易磨损部位 堆焊耐磨合金,工作条件 承受很大弯矩 足够强度 足够刚度 较小质量 材料 锻钢、铸铁、铝合金,摇臂结构示意图

18、,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,摇臂称套,调整螺钉,摇臂,定位弹簧,摇臂组实物图,（观看视频）,桑塔纳发动机的配气机构,3.2.7 可变配气相位,气门定时和升程可变的进气系统（VTEC） 可变谐振增压系统,一、VTEC控制原理,VTEC高速时,高转速下VTEC原理 ECM输出控制信号，使VTEC电磁阀打开 来自机油泵的油压作用于正时活塞，使正时活塞和同步活塞右移 同步活塞将3个摇臂连锁，成为一体 主、辅助进气摇臂均由中间凸轮驱动，从而改变了配气正时 增大了进排气门重叠角和升程，适应了高速工况的需要,同理，低速时： 正时活塞无油压作用 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，但对进气门的开启无任何作用 进排气门重叠角和升程都较小，满足了低速工