配气体机构2ppt.ppt

第三章配气机构 充量系数 表示 鲜空气或可燃混合气充满气缸的程度 充量系数与进气终了时气缸内的压力和温度有关 充量系数总是小于1 一般为0 8 0 9 就配气机构而言 主要是要求其结构有利于减小进气和排气的阻力 而进 排气门的开启时刻和持续开启时间比较适当 使吸气和排气都尽可能充分 第三章配气机构 第一节配气机构的功用及组成第二节配气定时及气门间隙第三节气门组第四节气门传动组 配气机构的功用 按照发动机的工作顺序和工作循环的要求 定时开启和关闭各缸的进 排气门 使新气进入气缸 废气从气缸排出 2配气机构的功用及组成 组成 气门组气门传动组 气门式配气机构的分类 一 气门的布置形式二 凸轮轴的位置三 气门驱动形式 一 气门的布置形式 气门顶置式配气机构特点 进气门和排气门都倒挂在气缸上优点 顶置气门燃烧室集中 表面积小 热效率高且爆震可能性小 充气效率略高 一 气门的布置形式 气门侧置式配气机构特点 进气门和排气门都装置在气缸体的一侧 优点 气缸盖结构简单 制造成本低 缺点 使燃烧室结构不紧凑 离火花塞远的混合气容易产生爆震 限制了发动机压缩比的提高 燃烧室表面积大 热量损失大 气道比较曲折 进气阻力大 从而使发动机的经济性和动力性变差 目前已被淘汰 二 凸轮轴的位置 下置中置上置 1 凸轮轴下置的配气机构 凸轮轴下置配气机构中的凸轮轴位于曲轴箱內 1 凸轮轴下置的配气机构 优点 是凸轮轴离曲轴近 可以简单地用一对齿轮传动 缺点 零件多 传动链长 整个机构的刚度差 在发动机高速时 可能破坏气门的运动规律和气门的定时启闭 2 凸轮轴中置的配气机构 凸轮轴位于气缸上部 由凸轮轴经过挺柱直接驱动播臂而省去推杆 一般要在中间加入一个中间齿轮 情轮 3 凸轮轴上置 在气缸盖上 直接驱动摇臂 摆臂 气门 3 凸轮轴上置 在气缸盖上 优点 这种传动机构没有挺柱 推杆 使往复运动质量大大减小 对凸轮轴和弹簧设计的要求也最低 因此 它适用于高速发动机 缺点 但由于凸轮轴离曲轴中心线更远 因此定时传动机构更为复杂 而且拆装气缸盖也比较困难 缸径较小的柴油机的凸轮轴上置时 给安装喷油器也带来困难 应用 高速发动机 桑塔纳轿车发动机 三 气门驱动形式 摇臂驱动摆臂驱动直接驱动 1 摇臂驱动方式 1 摇臂驱动方式 通过选择摇臂两段的长度比来改变气门升程的大小 结构优点 气门间隙的调整方便缺点 与直接驱动方式相比 摇臂驱动的机构比较复杂 使气缸盖总成结构不紧凑 尺寸较大 另外 在发动机转速过高时 摇臂还容易产生挠曲变形 2 摆臂驱动 比摇臂驱动方式刚度更好 更有利于高速发动机 因此在轿车发动机上的应用比较广泛 3 直接驱动 3 直接驱动 优点 由于不用摇臂 减少了零件数量 而且气缸盖上的布置空间比较宽敞 有利于减小气门的夹角布置 也减少了一部分气门机构的摩擦损失 刚度最大 驱动气门的能量损失最小 应用 在高度强化的轿车发动机上得到广泛的应用 缺点 这种驱动方式的气门升程不能太大 而且气门间隙调整也较困难 上置双凸轮轴布置 多气门式发动机 补充 特点 使用两个凸轮轴分别驱动进气门和排气门在凸轮轴驱动气门的方法上 传动力用的摇臂将变短 有的甚至可以省去摇臂 直接使用凸轮轴驱动气门 两根凸轮轴分别驱动的布置形式还加大了气门布置的自由度 使火花塞很容易布置在两根凸轮轴之间 也即布置在气缸的中央 双凸轮轴结构有利于布置更多的气门 气门数多 能提高发动机的进 排气效率 可以进一步提高压缩比 提高发动机的转速 第二节配气定时及气门间隙 一 配气定时 配气相位 二 可变配气定时机构三 气门间隙 上海桑塔纳轿车发动机在最大功率时的转速为5600r min 一个行程历时仅为60 5600 2 s 0 0054s 如何充分换气 一 配气定时 以曲轴转角表示的进 排气门开闭时刻及其开启的持续时间称作配气定时 气门重叠 排气门和进气门同时开启的现象 气门重叠角 气门重叠时期的曲轴转角 进气门提前开启 延迟关闭 进气门提前开启的目的 是为了保证进气行程开始时进气门已开大 新鲜气体能顺利地充人气缸 进气门延迟关闭的目的 在压缩行程开始阶段 气缸内压力仍低于大气压力 活塞上移速度较慢 仍可以利用气流惯性和压力差继续进气 整个进气行程持续时间相当于曲轴转角180 角一般为10 30 角一般为40 80 排气提前开启 延迟关闭 排气提前开启的原因是 大部分废气在此压力作用下可迅速自缸内排出 减少了活塞上行时的排气阻力 高温废气迅速排出 还可防止发动机过热 排气延迟关闭的原因是 利用排气时气流惯性 可以使废气排放得较干净 一般为40 一80 一般约为10 一30 整个排气过程的持续时间180 新气和废气有较大的流动惯性 一般不会相互掺混 重叠角太大 有不良后果 二 可变配气定时机构 可变气门正时可变气门行程有些发动机只匹配可变气门正时 如丰田的VVT i发动机 有些发动机只匹配了可变气门行程 如本田的VTEC 有些发动机既匹配的可变气门正时又匹配的可变气门行程 如丰田的VVTL i 本田的i VTEC 三 气门间隙 气门间隙 发动机在冷态下 当气门处于关闭状态时 气门与传动件之间的间隙 气门间隙的影响 如果间隙过小 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 如果气门间隙过大 则使传动零件之间以及气门和气门座之间产生撞击响声 而且加速磨损 同时也会使得气门开启的持续时间减少 气缸的充气及排气情况变坏 测量气门间隙 拧松紧定螺母 调整调节螺钉 第三节气门组 组成 作用 保证气门能够实现气缸的密封 1 气门的工作条件 气门直接与高温燃气接触 受热严重 而散热困难 因此气门温度很高 排气门600 800 进气门300 400 其次 气门承受气体力和气门弹簧力的作用 以及由于配气机构运动件的惯性力使气门落座时受到冲击 气门在润滑条件很差的情况下以极高的速度启闭并在气门导管内作高速往复运动 气门由于与高温燃气中有腐蚀性的气体接触而受到腐蚀 气门的工作要求 气门头部与气门座贴合严密 气门导管对气门杆的上下运动有良好的导向 气门弹簧的两端面与气门杆的中心线相垂直 保证气门头在气门座上不偏斜 气门弹簧的弹力足以克服气门及其传动件的运动惯性力 使气门能及时关闭 并保证气门紧压在气门座上 2 气门材料 要求 耐热 具有良好的导热性在高温下仍能保持足够的硬度和强度 并耐冲击耐磨损和耐腐蚀进气门一般用中碳合金钢制造 如铬钢 铬钼钢和镍铬钢等 排气门则采用耐热合金钢制造 如硅铬钢 硅铬钼钢 硅铬锰钢等 3 气门构造 要求 要有足够的强度 刚度 耐热和耐磨性平顶进排头部 密封 球面顶排喇叭形顶进气门杆部 导向 3 气门构造 3 气门构造 气门锥面 气门与气门座间的配合面气门锥角 气门密封锥面的锥角 气门锥面与顶平面的夹角 进 排气门的气门锥角一般均为45 只有少数发动机的进气门锥角为30 气门锥角 作用 就向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 气门散热气门与气门座圈要研磨 气门散热气门与气门座圈要研磨气门头与气门杆过渡圆滑与气门导管保持小的配合间隙 弹簧座的固定 4 每缸气门数 凡是进气门和排气门数量相同时 进气门头部直径总比排气门大 15 30 目的是增大进气门通过断面面积 减小进气阻力 增加进气量 四气门发动机 突出的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 其次是每缸四个气门 每个气门的头部直径较小 每个气门的质量减轻 运动惯性力减小 有利于提高发动机转速 四气门发动机多采用篷形燃烧室 火花塞布置在燃烧室中央 有利于燃烧 当每缸采用两个气门时 气门排列的方案 大多数采用气门沿机体纵向轴线排成一列的方式 这样 相邻两缸的同名各气门就有可能合用 个气道 以使气道简化并得到较大的气道通过截面另一种是将进 排气门交替布置 每缸单独用一个气道 这样有助于气缸盖冷却均匀 当每缸采用四个气门时 气门排列的方案 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 缺点 两同名气门在气道中的位置不同 可能会使二者的工作条件和工作效果不一致同名气门在同一列 则没有上述缺点 但一般用两根凸轮轴 二 气门座与气门座圈p100三 气门导管 四 气门弹簧 功用 保证气门关闭时能紧密地与气门座或气门座圈贴合克服在气门开启时配气机构产生的惯性力 使传动件始终受凸轮控制而不相互脱离 四 气门弹簧 要求 有足够的刚度抗疲劳强度和安装预紧力 易出现的问题 当气门弹簧的工作频率与其固有的振动频率相等或为整数倍时 气门弹簧就会发生共振 共振时将使配气定时遭到破坏 使气门发生反跳和冲击 甚至使弹簧折断 防止共振的发生结构措施 采用双气门弹簧采用变螺距气门弹簧采用锥形气门弹簧振动阻尼器 五 气门旋转机构 作用 可使气门头部周向温度分布比较均匀 从而减小气门头部的热变形 气门旋转时 在密封锥面上产生轻微的摩擦力 能够清除锥面上的沉积物 第四节气门传动组 组成 作用 使进 排气门按配气相位规定的时刻开闭 且保证有足够的开度 一 凸轮轴 凸轮轴的工作条件及材料凸轮轴承受周期性的冲击载荷凸轮与挺柱之间的接触应力很大相对滑动速度也很高 因此 凸轮工作表面的磨损比较严重 2 凸轮轴构造 整体式凸轮轴 分为轴 轴颈和进排气凸轮 便于安装 直径前小后大下置每隔1 2个气缸设置一轴颈上置每隔1个气缸设置一轴颈 凸轮的轮廓 低速发动机 圆弧凸轮 高速发动机函数凸轮 AB DE缓冲段BCD工作段 1 凸轮轴 各气缸同名凸轮成夹角排列 其相对角位置取决于发动机气缸数 气缸排列方式和着火顺序 不同气缸同名凸轮间的夹角等于相应缸着火间隔角的一半 同一气缸不同名凸轮间夹角由配气定时决定 不同气缸同名凸轮间的夹角等于相应缸着火间隔角的一半 同一气缸不同名凸轮间夹角由配气定时及凸轮轴旋转方向决定 3 凸轮轴传动机构 齿轮传动链传动带传动 1 定时齿轮传动 凸轮轴下置 中置的配气机构大多采用圆柱形定时齿轮传动 定时齿轮多用斜齿轮 在中 小功率发动机上 曲轴定时齿轮用钢来制造 而凸轮轴定时齿轮则用铸铁或夹市胶木制造 以减小噪声 2 链传动 链条与链轮的传动特别适用于凸轮轴上置的配气机构链传动的主要问题是其工作可靠性不如齿轮传动 其传动性能在很大程度上取决于链条的制造质量 导链板 张紧机构 3 齿形带传动 齿形带用氯丁橡胶削成 中间夹有玻璃纤维和尼龙织物 以增加强度 采用齿形带传动 对于减少噪声 减少结构质量和降低成本都有很大好处 凸轮轴的传动方式对比 二 挺柱 1作用 将来自凸轮的运动和作用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 机械挺柱 减轻磨损 采用措施挺柱轴线偏离凸轮对称轴线挺柱底面做成球面挺柱底面镶嵌耐磨金属块滚子挺柱 3 液力挺柱 三 推杆四 摇臂 习题 下述各零件不属于气门组的是 A 气门弹簧B 气门C 气门弹簧座D 凸轮轴进 排气门在排气上止点时 A 进气门开 排气门关B 排气门开 进气门关C 进 排气门全关D 进 排气门叠开做功顺序为1 3 4 2的发动机 在第三缸活塞在压缩上止点时 可以检查调整 气门间隙 A 3缸的进 排气门和4 2缸的进气门B 1 4缸的进气门和2缸的排气门C 3