第三章 配气机构.ppt

汽车发动机构造,同学们好,汽车发动机构造,张珏成上海工程技术大学汽车工程学院,第三章,配气机构,第三章配气机构,气门组,气门传动组,这里采用分类方式一,气门组气门传动组,两种分类,分类方式一,第三章配气机构,气门组气门传动组正时机构,气门组,气门传动组,正时机构,两种分类,分类方式二,第三章配气机构配气机构的功用与组成,3.1配气机构的功用与组成,1.功用按照发动机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.组成气门组和气门传动组,3.类型,第三章配气机构,3.1配气机构的功用与组成,3.类型,第三章配气机构,3.1配气机构的功用与组成,3.类型,（1）凸轮轴下置式配气机构,特点：离曲轴近，可以用齿轮传动。（曲轴与凸轮轴的转速比为2：1）传动链长，零件多，刚度差。运动质量大，惯性大，不适合高速。,第三章配气机构,3.1配气机构的功用与组成,3.类型,（2）凸轮轴中置式配气机构,特点：离曲轴略远，仍可以用齿轮传动（齿轮数多），也可用链传动或齿形带传动。传动链略短，零件多，刚度差（只少推杆）。运动质量大，惯性大，不适合高速。,第三章配气机构,3.1配气机构的功用与组成,3.类型,（3）凸轮轴顶置式配气机构,凸轮轴顶置配气机构是现代发动机结构的主流趋势之一。有单凸轮轴和双凸轮轴两种类型。特点：离曲轴较远，不能用齿轮传动，一般齿形带传动，也可用链传动。传动链短，零件少，刚度好。运动质量小，惯性小，适合高速。,1-进气门，2-排气门；3-摇臂；4-摇臂轴；5-凸轮轴；6-液力挺柱,摇臂驱动、单顶置凸轮轴配气机构（有挺柱）,第三章配气机构,3.1配气机构的功用与组成,3.类型,（3）凸轮轴顶置式配气机构,1-进气门，2-排气门；3-摇臂；4-摇臂轴；5-凸轮轴,摇臂驱动、单顶置凸轮轴配气机构（无挺柱）,第三章配气机构,3.1配气机构的功用与组成,3.类型,（3）凸轮轴顶置式配气机构,1-气门间隙调整块；2-弹簧扣；3-摆臂；4-摆臂支座；,摆臂驱动、单顶置凸轮轴配气机构,第三章配气机构,3.1配气机构的功用与组成,3.类型,（3）凸轮轴顶置式配气机构,摆臂驱动、单顶置凸轮轴配气机构,第三章配气机构,3.1配气机构的功用与组成,3.类型,（3）凸轮轴顶置式配气机构,3-摆臂；4-摆臂支座；5-气门间隙调整螺钉；6-锁紧螺母；,摆臂驱动、双顶置凸轮轴配气机构,第三章配气机构,3.1配气机构的功用与组成,3.类型,（3）凸轮轴顶置式配气机构,直接驱动、顶置凸轮轴配气机构（有挺柱）,第三章配气机构配气定时,3.2配气定时,1.配气定时,以曲轴转角表示的进排气门开闭时刻及开启的持续时间称为配气定时。,第三章配气机构,3.2配气定时,1.配气定时,第三章配气机构,3.2配气定时,1.配气定时,进气提前角a030CA进气迟后角b3080CA进气持续期180+a+b排气提前角g4080CA排气迟后角d030CA排气持续期180+g+d气门重叠角a+d,第三章配气机构,3.2配气定时,2.可变配气定时机构,发动机在不同的工况，需要不同的配气定时，才能充分发动机性能。,第三章配气机构,3.2配气定时,2.可变配气定时机构,现代发动机普遍采用可变配气定时机构。举例如下：（1）马自达6的可变配气定时机构,系统组成,特点：只改变进气门开闭时刻；变化是连续的。,第三章配气机构,3.2配气定时,2.可变配气定时机构,现代发动机普遍采用可变配气定时机构。举例如下：（1）马自达6的可变配气定时机构,核心部件,可变配气定时器功能：调整凸轮轴与曲轴之间的相位,第三章配气机构,3.2配气定时,2.可变配气定时机构,现代发动机普遍采用可变配气定时机构。举例如下：（1）马自达6的可变配气定时机构,核心部件,机油控制阀功能：供给可变定时器有压力的机油，控制其动作,第三章配气机构,3.2配气定时,2.可变配气定时机构,工作原理,增加进气门提前角，减小进气门迟闭角。,第三章配气机构,3.2配气定时,2.可变配气定时机构,工作原理,减小进气门提前角，增加进气门迟闭角。,第三章配气机构,3.2配气定时,2.可变配气定时机构,现代发动机普遍采用可变配气定时机构。举例如下：（2）本田VTEC可变配气机构,系统组成,特点：既改变进、排气门开闭时刻，也改变气门升程；变化是有级的，不连续的。,第三章配气机构,3.2配气定时,系统组成,第三章配气机构,3.2配气定时,2.可变配气定时机构,核心部件,组合摇臂功能：改变凸轮轴与摇臂之间的驱动关系,现代发动机普遍采用可变配气定时机构。举例如下：（2）本田VTEC可变配气机构,第三章配气机构,3.2配气定时,2.可变配气定时机构,工作原理,低速运行,第三章配气机构,3.2配气定时,2.可变配气定时机构,工作原理,高速运行,第三章配气机构气门组,3.3气门组,1.气门组的构成,第三章配气机构,3.3气门组,2.气门,（1）气门的功用与工作条件功用：受凸轮轴控制，实现进气与排气过程的转换；密封气缸。工作条件：高温，热负荷大；受周期性变化的拉、压力作用，有冲击载荷；高速运动，摩擦大，润滑差，易磨损；同时承受高温气体化学腐蚀。（2）气门材料及要求进气门：中碳合金钢或耐热合金钢。如：铬钢，铬钼钢排气门：耐热合金钢。如：硅铬钼钢，硅铬锰钢现代发动机中，有许多采用复合材料制作，如中碳合金钢或耐热合金钢复合，有的还采用陶瓷和金属陶瓷。堆焊和喷涂隔热、耐热、耐磨和耐腐蚀材料也是常用工艺手段。,第三章配气机构,3.3气门组,2.气门,（2）气门材料及要求A、头部材料要耐热，导热性好，并要耐冲击和耐腐蚀B、气门杆材料要导热性好、强度高，耐磨损C、气门尾部材料主要是耐磨损（3）气门各部位名称,第三章配气机构,3.3气门组,2.气门,（4）气门构造A、头部构造平顶、凹顶、凸顶,第三章配气机构,3.3气门组,2.气门,（4）气门构造A、头部构造头部热量由两条路径传出：通过气门座圈把热量传给气缸盖；通过杆身传热给气门导管，再传递到气缸盖。,B、杆身构造为圆柱体。加工精度高。表面粗糙度小。长度取决于气缸盖高度和弹簧长度。C、尾部结构取决于气门弹簧座的固定方式。,第三章配气机构,3.3气门组,2.气门,（4）气门构造,C、尾部结构,第三章配气机构,3.3气门组,2.气门,（4）气门构造,D、特殊气门充钠排气门,（5）每缸气门数,现代发动机普遍采用多气门结构。,第三章配气机构,3.3气门组,3.气门座与气门座圈,（1）气门座与气门座圈的功用与工作条件功用：与气门一起，共同密封气缸；气门座圈有延长气缸盖寿命的效果。工作条件：高温，热负荷大；冷热循环，有蠕变；受周期性冲击载荷；润滑差，易磨损；承受高温气体化学腐蚀。（2）气门座圈材料及要求采用复合材料如粉末合金、金属陶瓷，或合金铸铁或耐热合金钢。装配方式有镶嵌或合铸。,第三章配气机构,3.3气门组,（3）气门座圈镶嵌结构A、外圆为圆柱面或小锥角圆锥面；B、外圆有槽，防止座圈脱落；或采取包嵌结构；,3.气门座与气门座圈,第三章配气机构,3.3气门组,（4）气门座与气门座圈的密封锥角A、过去用气门锥角比气门座或气门座圈锥角略小的结构。接触面细窄，接触应力大，容易磨合，可挤出积碳与污垢，密封好，但磨损快，散热差。现在材料与热处理技术进步了，采用相同锥角。,3.气门座与气门座圈,B、过去进气门为30锥角，排气门用45锥角；现在都用45锥角。,第三章配气机构,3.3气门组,4.气门导管,（1）气门导管的功用与工作条件功用：对气门运动导向；将气门热量传到气缸盖。工作条件：温度较高；冷热循环，有蠕变；润滑差，易磨损。（2）气门导管材料及要求采用复合材料如粉末合金、金属陶瓷，或合金铸铁或球墨铸铁，也有用灰铸铁。装配方式为过盈配合镶嵌，少数采用合铸。也有的发动机没有气门导管，在气缸盖上直接加工出气门导向孔。,第三章配气机构,3.3气门组,（3）气门导管结构一般为空心圆柱，头部有锥角。,4.气门导管,（4）气门密封圈为防止通过气门导管孔进入气缸的润滑油过多，现在都安装气门密封圈。,第三章配气机构,3.3气门组,4.气门导管,（4）气门密封圈为防止通过气门导管孔进入气缸的润滑油过多，现在都安装气门密封圈。,第三章配气机构,3.3气门组,5.气门弹簧,（1）气门导管的功用与工作条件功用：使气门压紧在气门座或气门座圈上；弹簧力使气门回位，并使气门机构运动时，气门挺柱与凸轮保持接触。工作条件：承受交变载荷。（2）气门导管材料及要求采用高碳锰钢，铬钒钢等弹簧钢。要有足够的刚度和疲劳强度。,第三章配气机构,3.3气门组,（3）气门弹簧结构一般为螺旋弹簧。,5.气门弹簧,第三章配气机构,3.3气门组,（4）防止气门弹簧共振及断裂的措施,5.气门弹簧,A、双弹簧结构B、变螺距弹簧C、锥形弹簧D、弹簧振动阻尼器,第三章配气机构,3.3气门组,6.气门旋转机构,（1）气门旋转的好处,A、气门受热、受力均匀B、磨损均匀C、可清除密封面的污垢,（2）气门旋转机构的结构,第三章配气机构气门传动组,3.4气门传动组,1.气门传动组的构成,气门传动组的构成零件较多，一般包括正时机构、凸轮轴、摇臂或摆臂、挺柱等，有的还有推杆。具体构成的差别很大。,气门传动组,第三章配气机构,3.4气门传动组,2.凸轮轴,（1）凸轮轴的功用与工作条件功用：控制进气与排气过程的进行；控制进、排气门的开启与关闭。工作条件：受周期性冲击载荷；相对挺柱做高速滑动，摩擦大，易磨损。（2）凸轮轴材料及要求中碳钢、合金铸铁或球墨铸铁制造精度高，有足够的刚度、耐磨性，保证润滑。,第三章配气机构,3.4气门传动组,2.凸轮轴,（3）凸轮轴的结构,第三章配气机构,3.4气门传动组,2.凸轮轴,（3）凸轮轴的结构,A、轴颈数量B、轴颈直径C、凸轮型线,第三章配气机构,3.4气门传动组,2.凸轮轴,（3）凸轮轴的结构,D、凸轮相对角同名凸轮，工作间隔角的一半；异名凸轮，取决于配气定时和旋转方向,第三章配气机构,3.4气门传动组,2.凸轮轴,（3）凸轮轴的结构,E、轴承结构与轴向定位轴承有剖分式和隧道式两种。,第三章配气机构,3.4气门传动组,3.正时机构（凸轮轴传动机构）,（1）齿轮传动,凸轮轴由曲轴驱动。正时机构有齿轮传动、链条传动与齿形带传动。,第三章配气机构,3.4气门传动组,3.正时机构（凸轮轴传动机构）,（2）链条传动,第三章配气机构,3.4气门传动组,3.正时机构（凸轮轴传动机构）,（2）链条传动,第三章配气机构,3.4气门传动组,3.正时机构（凸轮轴传动机构）,（3）齿形带传动,第三章配气机构,3.4气门传动组,3.正时机构（凸轮轴传动机构）,（3）齿形带传动,第三章配气机构,3.4气门传动组,3.正时机构（凸轮轴传动机构）,（3）齿形带传动,齿形带结构,第三章配气机构,3.4气门传动组,4.挺柱,（1）挺柱的功用与工作条件功用：传递凸轮的运动与作用力；承受凸轮的侧向力。工作条件：底面接触应力大，摩擦大，易磨损；侧表面单向受力，高速滑动，易磨损。（2）挺柱材料及要求中碳钢、合金钢、合金铸铁或球墨铸铁制造精度高，有足够的刚度、耐磨性，保证润滑。（3）挺柱类型,第三章配气机构,3.4气门传动组,（3）挺柱类型,4.挺柱,第三章配气机构,3.4气门传动组,（4）机械挺柱,4.挺柱,这里展示的挺柱属于有推杆的结构。,第三章配气机构,3.4气门传动组,（4）机械挺柱,4.挺柱,有推杆、摇臂的气门传动组一般在凸轮轴中置式和下置式的配气机构中采用。,第三章配气机构,3.4气门传动组,（4）机械挺柱,4.挺柱,滚子挺柱的侧向力、摩擦与磨损均小于平面挺柱，但结构复杂减轻磨损的措施,挺柱轴线偏离凸轮对称线，使挺柱旋转，磨损均匀；挺柱底面做成球面，凸轮侧面做成锥面，使挺柱旋转以起到磨损均匀效果；挺柱底面镶嵌耐磨材料；挺柱侧面做成桶形。,第三章配气机构,3.4气门传动组,（5）气门间隙,4.挺柱,发动机在冷态时，在气门关闭情况下，气门与其传动件逐渐的间隙称为气门间隙。由于气门及其传动件会在发动机工作时有热膨胀，如果没有气门间隙，这种热膨胀会导致气门关闭不严，造成气缸漏气，从而使发动机功率下降，起动困难，甚至不能正常工作。因此，制造与修理发动机时，必须保留气门间隙。气门间隙必须适当。间隙过小，气门关闭不严的弊病不能彻底消除；间隙过大，则在气门关闭过程中，气门与气门座、各传动件之间出现撞击和噪声。为克服这个问题，研究出液力挺柱。,第三章配气机构,3.4气门传动组,（5）气门间隙,4.挺柱,第三章配气机构,3.4气门传动组,（5）气门间隙,4.挺柱,第三章配气机构,3.4气门传动组,（6）液力挺柱,4.挺柱,A、液力挺柱结构,第三章配气机构,3.4气门传动组,（6）液力挺柱,4.挺柱,B、液力挺柱工作原理在冷态气门关闭时，挺柱的柱塞受柱塞弹簧作用向上，使气门与其传动件相互密切接触，消除气门间隙。在发动机工作时，气门及其传动件受热膨胀，压缩柱塞弹簧并使挺柱工作高度相应缩短，仍然保持气门与其传动件的密切接触，没有气门间隙。当凸轮顶起挺柱时，挺柱体向上，高压腔中压力升高，使单向阀关闭，封闭机油，整个液力挺柱成为一体，挺柱体的运动就是挺柱的运动。在工作中有机油通过间隙泄露，以自动缩短挺柱工作高度。在气门关闭，挺柱的柱塞向上移动时，机油在压力作用下，自动通过单向阀补充，相应加长挺柱工作高度。,第三章配气机构,3.4气门传动组,（6）液力挺柱,4.挺柱,C、直接驱动式液力挺柱结构,1-挺柱体；2-连通槽；3-外油腔；4-内油腔；5-柱塞；6-柱塞套；7-单向阀；8-单向阀保持架；9-单向阀弹簧；10-高压腔；11-柱塞弹簧；12-进油孔；13-气缸盖,第三章配气机构,3.4气门传动组,5.推杆,（1）推杆的功用功用：传递挺柱的运动与作用力给摇臂。（2）挺柱材料及要求冷拔中碳钢，对绿合金发动机，可采用硬铝或锻铝，两端球头或球座用钢制造，用压装方法制造成一体。（3）结构空心或实心；两端为球头或球座,第三章配气机构,3.4气门传动组,6.摇臂,（1）摇臂的功用与工作条件功用：将推杆或凸轮的运动与作用力，改变方向传递给气门，使其开启。工作条件：承受交变弯矩，底面与气门杆端面接触，应力大，摩擦大，易磨损。（2）挺柱材料及要求中碳钢、合金钢、合金铸铁、可锻铸铁或球墨铸铁，少数用铝合金。有足够的强度、刚度、耐磨性，质量要轻。,第三章配气机构,3.4气门传动组,6.摇臂,（3）摇臂结构“T”字形或“工”字形横截面，双臂杠杆，杠杆支点为轴（摇臂轴）或球座，一端杠杆为球头或球座，一端杠杆要有安装气门间隙调节螺钉的螺孔。,第三章配气机构,3.4气门传动组,7.摆臂与气门间隙自动补偿器,（1）摆臂的功用、工作条件、材料