汽车拖拉机学第二册底盘构造与车辆理论 李玖哲第3章 发动机配气机构与换气系统

汽车拖拉机学,第3章 发动机配气机构与换气系统,张 黎 骅,AUTOMOBILE AND TRACTOR,3.1配气机构,1、功用： 按照发动机每个气缸内所进行的工作循环和发火次序的要求，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) 及时进入气缸，将废气及时排出气缸。,2、充气效率v： 在进气行程中，实际进入气缸内的新鲜空气或可燃混合气的质量与在进气系统进口状态下充满气缸工作容积的新鲜空气或可燃混合气的质量之比。 v=M/M0 M 进气过程中，实际进入气缸的新气的质量； M0在理想状态下，充满气缸工作容积的新气质量。 充气效率越高越好，而其大小与配气机构结构有直接的关系,气门装在缸体上,气门装在缸盖上,一 、配气机构的类型,3）、气门顶置式配气机构工作过程,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。,本教材只涉及气门顶置式配气机构,2、凸轮轴的布置型式,1）凸轮轴下置有利因素：简化曲轴与凸轮轴之间的传动装置（齿轮传动），有利于发动机的布置。,不利因素是什么？,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。,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。（柴油机应用较多),凸轮轴,挺柱,活塞,摇臂,调整螺钉,3）、凸轮轴上置式,应用：高速发动机 如：桑塔纳轿车发动机,凸轮轴,凸轮轴,活塞,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,3、凸轮轴的传动方式,传动方式图例,二 、配气机构的组成,气门组：密封、传热气门驱动组：打开气门,气门组,气门驱动组,摇臂,气门,1、气门组,气门组；气门、气门座、气门导管、气门弹簧、弹簧座、锁片等零件组成。,要求：保证气缸的密封。,三、 配气机构的构造,2）气门,功用：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。 工作条件： A、进气门600K700K，排气门800K1100K。 B、头部承受气体压力、气门弹簧力、传动惯性力等， 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。 性能： 强度和刚度大、耐热、耐腐蚀、耐磨,进气门采用铬钢或铬镍钢等，排气门采用硅铬钢等耐热合金钢。,头部,杆部,3）气门头部的结构形式,气门与气门座实物图,进气门,排气门,一般情况下，进气门头部大于排气门，以提高充气系数。,4）气门锥角,气门锥角：气门头部与气门座圈接触的锥面与气门顶部平面的夹角。锥角作用： A、获得较大的气门座合压力，提高密封性和导热性。 B、气门落座时有较好的对中、定位作用。 C、避免气流拐弯过大而降低流速。,装配前应将密封锥面研磨。,边缘应保持一定的厚度，13mm。,气门锥角的大小,进气门：一般为30或45。在相同气门升程情况下，锥角小则进气阻力小；但头部结构较薄，刚度差，密封性及导热性均差。排气门：一般为45。因其热负荷较大。,密封：（1）1-2mm接触环带，（2）各缸气门不能互换。,5)气门杆,圆柱形，不断做往复运动。,较高的加工精度，表面经过热处理和磨光，保证同气门导管的配合精度和耐磨性,气门杆尾部：其形状决定于弹簧座固定方式,凹槽,易断裂处,气门杆弹簧座的固定形式,凹槽（环槽）：安装两半锥形锁片。锁销孔：用锁销固定。,6）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： 靠其内锥面与气门锥面的紧密贴合密封气缸。 接受气门传来的热量。,气门座,合金铸铁、奥氏体钢,结构型式,（1）直接在缸盖上镗出。,（2）镶气门座圈。,气门座圈： 以较大过盈量镶嵌在气门座上的圆环。 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。汽油机：排气门采用镶嵌式气门座，进气门直接在缸盖镗柴油机：进排气门均采用镶嵌式气门座,铝合金气缸盖为何气门座都要镶嵌气门座圈？,7）气门导管,作用： 为气门的运动导向，保证气门直线运动兼起导热作用。 工作条件： 工作温度较高，约500K。润滑困难，易磨损。 材料： 用含石墨较多的合金铸铁或粉末冶金材料，能提高自润滑作用。 加工方法： 外表面加工精度较高 ，内表面精绞,气门导管,气缸盖,过盈配合,卡环：防止气门导管在使用中脱落。,倒角,伸入深度应适量。锥度可减少气流阻力。,装配： 气门杆与气门导管间隙0.050.12mm。,8）气门弹簧,功用：使气门与气门座紧密贴合保证气门的密封。保证气门在开闭时因惯性力和冲击力而产生彼此脱离的现象。,气门弹簧,气门弹簧座,锁片,材料：高锰碳钢、铬钒钢,气门弹簧,圆柱形螺旋弹簧,圆柱等螺距弹簧,不等距弹簧,随着有效圈数的减少，自然频率提高。,气门弹簧要避免发生共振（当工作频率和自身频率相等或成某一倍数时），主要措施有：不等距弹簧、双弹簧,提高弹簧自身刚度，改变其自振频率,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，一根折断后另一根可继续工作,应用车型： 奥迪100，捷达，桑塔纳, 广州标致505,减小弹簧高度。,防止共振产生断裂。,2、气门驱动组,1、组成：凸轮轴、挺柱、推杆、摇臂。2、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。,凸轮,挺柱,推杆,摇臂,凸轮轴正时齿轮,摇臂轴,1）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。 耐磨，抗冲击韧性，刚度。 材料： 优质钢、合金铸铁、球墨铸铁 结构：凸轮、轴颈、偏心轮、螺旋齿轮；每2气缸一个轴颈；轴颈直径前后依次减小；另有空心凸轮轴，如捷达EA113,凸轮,凸轮轴轴颈,驱动分电器的螺旋齿轮,凸轮,工作条件：承受气门弹簧的张力，间歇性的冲击载荷。 凸轮性能：表面有良好的耐磨性，足够的刚度、韧性。,凸轮与挺柱线接触，接触压力大，磨损快。,同名凸轮的相对角位置,各缸的同名凸轮的相对角位置为,如右图所示点火顺序： 1243,异名凸轮的相对角位置与配气相位有关,其中，i缸数。,凸轮的轮廓,凸轮轮廓应保证气门的运动规律符合配气相位的要求,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,出现气门间隙阶段,缓冲结束点,凸轮轴的轴向定位：,正时齿轮,止推板,隔圈（调节环）,凸轮轴颈,凸轮轴的轴向间隙,气缸体,利用调节环控制轴向窜动,窜动量,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。,凸轮轴的轴向定位：,止推轴承：第一轴承止推片：正时齿轮与第一轴颈之间止推螺钉：正时齿轮盖上以上各结构中均应留有一定间隙，并可调整。,止推片,凸轮轴的驱动与正时记号,A、齿轮传动：应用在下置凸轮轴发动机。采用斜齿齿轮。,曲轴齿数：凸轮轴齿数=1:2,传动比,三、配气相位与气门间隙,1）、概念：用曲轴转角表示的进、排气门的实际开闭时刻和开启的持续时间 ，称为配气相位。,上止点,下止点,1、配气相位,2、配气相位演示,3）、气门叠开,气门叠开：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,气门叠开的后果？,2、气门间隙,1、概念： 气门间隙：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。,气门杆,摇臂,气门间隙,为何排气门间隙大于进气门间隙？,气门间隙过大： 进排气门开启时间缩短，造成进气不充分，发动机充量系数下降，功率下降，排气不干净，发动机热负荷增加，缸盖受热变形增大；配气机构传动件之间以及气门与气门座之间产生较大撞击及响声，加速它们之间的磨损。气门间隙过小： 气门受热膨胀后造成气门关闭不严，产生漏气，使发动机的动力性下降，热负荷增加，气门被烧坏等。,气门间隙调整原则,调整原则： 1、不可调区域： 将要排气，正在排气，排气刚完的排气门不可调。 将要进气，正在进气，进气刚完的进气门不可调。 2、调气门间隙的步骤： 1）画出配气相位图 2）排出各缸的位置 3）当一缸在压缩上止点时，判断其它缸位于何行程，并判断间隙是否可调。,实物图,测量气门间隙,拧松紧定螺母，调正调节螺钉,换气系统的功用是按照内燃机的工作循环，及时地供给新鲜、充量空气或可燃混合气，并尽可能彻底排出废气。,3.2 换气系统,换气系统的主要组成如右图：,一、空气滤清器,4125A柴油机空气滤清器属于复合湿式滤清器，包括干式惯性、湿式惯性、和湿式过滤三级。,作用：清除流向气缸空气中所含的灰尘和沙粒。,惯性式、过滤式、复合式。,干式、湿式,（2）干式纸质滤清器,纸质空气滤清器具有重量轻，高度小，成本低，效率高，性能稳定的特点，缺点是使用寿命较短。一般每12000km用压缩空气清洁滤芯。 其滤芯是用树脂处理的微孔滤纸制成的。,系统作用：消声、灭火、净化废气。 系统组成：消声器、灭火器、废气净化器、排气管道。,排气系统,二、消声器,降低汽车拖拉机排气噪声；消除废气中可能存在的火焰和火星。,四、内燃机废气进化,一、污染物的来源：曲轴箱窜气 燃油蒸气 发动机燃烧废气二、污染物的分类及危害：CO、NO、NO2、HC 三、排气净化措施： 防止油气蒸发曲轴箱、燃油箱 机外净化方法空气喷射、热反应器、催化剂 优化循环控制进气温度自动调节装置 电控汽油喷射 废气再循环 改进燃烧室结构,催化转化器,Catalytic Converters,换气过程,进气充分，排气彻底。,研究换气过程的目的是：了解换气过程进行的状况，分析影响充量的各种因素，从中寻找减少换气损失、增加充量的措施。,换气过程分成自由排气、强制排气、进气及气门叠开。,根据排气时汽缸内的压力与排气管内的压力比，自由排气阶段废气的流动状态可区分为超临界和亚临界两种。,在超临界排气时期，声速可达600700 ms。排出的废气流量与排气管内的压力无关，而只取决丁缸内气体的状态和气门流通截面大小。,在超临界排气时期，声速可达100250 ms。排出的废气流量除与汽缸内气体的状态和气门流通截面大小有关外，还取决于汽缸内和排气管内的压力差。,在排气管上安装的消声器主要是为了消除在自由排气阶段废气高速流出而引起的刺耳噪音。,换气损失,1.排气损失：从排气门提前打开，直到强制排气结束的过程中所损失的功。包含膨胀损失A1和推出损失A2。,2.进气损失,3.换气损失 排气损失与进气损失之和称为换气损失(面积A1十A2十A3)。,充量系数及其影响因索,总容积与工作容积关系,通过试验证明，两种进气迟后角的充气效率（v）和功率（Ne）变化规律是： 1、低速时，晚关60的充气效率v低、发动机功率Ne升高迟后。 2、高速时，超过23002500r/min后，晚关60的充气效率v和功率Ne ，明显优于40的相位角。,可变配气相位,丰田车系智能可变气门正时系统VVT-i,1.降低进气系统阻力，提高进气终了的压力。2.降低排气系统阻力，减少气缸内的残余废气。3.减少对进气的加热，降低进气终了的温度。4.选择合理的进、排气系统结构尺寸，有效利用换