汽车配气机构.ppt

1、第三章 配气机构,气门式配气机构的布置及传动 配气相位 配气机构的零件和组件,第三章 配气机构,第三章 配气机构,配气机构的功用是: 按照发动机每一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。 新鲜空气或可燃混合气被吸入气缸越多，可燃混合气燃烧时所放出的热量越大，发动机所发出的功率越高。 新鲜空气或可燃混合气充满气缸的程度，用充量系数c表示。,第三章 配气机构,充量系数c：就是在进气过程中，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

2、之比，即,100%.,每循环实际进气量（kg）,大气环境下充满气缸工作容积的新气质量（kg）,c =,c愈大，新鲜可燃混合气进入气缸的数量愈多，着火时放热量愈大，输出功率愈大。 c一般在80 %90 %。.,第三章 配气机构,影响因素： 1）进气终了压力（进气阻力损失） (0.75- 0.90bar） 2）进气终了温度（残余废气等加热）（370-400K） 3）残余废气存在。. 要求： （1）足够高的充气效率; （2）工作可靠; （3）配气相位准确; （4）气门机构有良好的高速动力特性（传动链不飞脱、不反跳、不提前落座）.,第三章 配气机构,由于进气系统的阻力，残留的高温废气，以及燃烧室、活塞

3、顶、气门等高温零件对进入气缸的新气加热，使充气终了时气体温度的升高，实际充入气缸的新鲜气体的总量总是小于在进气状态下充满气缸工作容积的新鲜气体的质量。 即充气系数总小于1，一般为0.8-0.9。 提高充气系数可从多方面入手，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，而且进、排气门开启时刻和持续开启的时间比较适当，使吸气和排气都尽可能充分。,第一节 气门式配气机构的布置及传动,气门式配气机构由气门组和气门传动组零件组成。配气机构可从不同角度分类： （1）按气门布置方式：气门顶置和气门侧置式； （2）按凸轮轴的布置位置：下置、中置和上置； （3）按曲轴和凸轮轴的传动方式：齿轮传动

4、式、链传动式和带传动式。 （4）按气缸气门数目：二气门式、四气门式和五气门式等多气门式。,第一节 气门式配气机构的布置及传动,一、气门布置方式 气门顶置式：气门位于气缸盖上称为气门顶置式配气机构，由凸轮、挺柱、推杆、摇臂、气门和气门弹簧等组成。其特点，进气阻力小，燃烧室结构紧凑，气流搅动大，能达到较高的压缩比。 目前国产的汽车发动机都采用气门顶置式配气机构。,第一节 气门式配气机构的布置及传动,一、气门布置方式 2. 气门侧置式：气门位于气缸体侧面称为气门侧置式配气机构，由凸轮、挺柱、气门和气门弹簧等组成。省去了推杆、摇臂等零件，简化了结构。因为它的进、排气门在气缸的一侧，压缩比受到限制，进排

5、气门阻力较大，发动机的动力性和高速性均较差，逐渐被淘汰。,第一节 气门式配气机构的布置及传动,一、气门布置方式 气门开启的结构方法有三种： 一种是利用摇臂结构； 另一种是通过凸轮轴直接驱动。 处于二者中间的是摆臂驱动。,第一节 气门式配气机构的布置及传动,一、气门布置方式 摇臂驱动方式必须在凸轮和气门杆之间布置有摇臂，通过选择摇臂两段的长度比来改变气门升程的大小。气门升程较大的发动机可以采用这种驱动方式，但结构复杂、不紧凑、尺寸大，发动机高速转动时易挠曲。 直接驱动方式减少了零件数量，不足之处是气门升程不能太大，间隙调整也较困难。 摆臂驱动方式比摇臂驱动方式刚度更好，更有利于高速发动机，因此在

6、轿车应用比较广泛。,第一节 气门式配气机构的布置及传动,二、凸轮轴的布置形式 凸轮轴的布置形式可分为下置、中置和上置三种。 三种都可以用于气门顶置式配气机构；,第一节 气门式配气机构的布置及传动,凸轮轴下置和中置的配气机构 凸轮轴下置和中置的配气机构中的凸轮轴分别位于曲轴箱和气缸体上部。 凸轮轴下置式，主要缺点是气门和凸轮轴相距较远，因而气门传动零件较多，结构较复杂，发动机高度也有所增加。,第一节 气门式配气机构的布置及传动,凸轮轴下置和中置的配气机构 凸轮轴中置，凸轮轴位于气缸体的中部由凸轮轴经过挺柱直接驱动摇臂，省去推杆，这种结构称为凸轮轴中置配气机构。 凸轮轴上置，凸轮轴布置在气缸盖上。

7、,第一节 气门式配气机构的布置及传动,2. 凸轮轴上置式配气机构 凸轮轴上置有两种结构，一是凸轮轴直接通过摇臂来驱动气门，这样既无挺柱，又无推杆，往复运动质量大大减小，此结构适于高速发动机。另一种是凸轮轴直接驱动气门或带液力挺柱的气门，此种配气机构的往复运动质量更小，特别适应于高速发动机。,第一节 气门式配气机构的布置及传动,三、凸轮轴的传动方式 按曲轴和凸轮轴之间的传动方式有齿轮传动、链传动和带传动。 凸轮轴下置和中置的配气机构大多采用圆柱形定时齿轮传动。一般曲轴和凸轮轴之间的传动只需要一对定时齿轮，必要时加装中间齿轮。为了啮合平稳，减小噪声，正时齿轮多用斜齿。 链条与链轮的传动适用于凸轮轴

8、上置的配气机构，但其工作可靠性和耐久性不如齿轮传动。近年来高速汽车发动机上广泛采用齿形皮带来代替传动链，齿形带传动，噪声小、工作可靠、成本低。,第一节 气门式配气机构的布置及传动,第一节 气门式配气机构的布置及传动,第一节 气门式配气机构的布置及传动,四、每缸气门数及其排列方式 一般发动机都采用每缸两个气门，即一个进气门和一个排气门的结构。 为了改善换气，在可能的条件下，应尽量加大气门的直径，特别是进气门的直径。但是由于燃烧室尺寸的限制，气门直径最大一般不能超过气缸直径的一半。当气缸直径较大，活塞平均速度较高时，每缸一进一排的气门结构就不能保证良好的换气质量。因此，在很多新型汽车发动机上多采用

9、每缸四个气门结构。即两个进气门和两个排气门。,第一节 气门式配气机构的布置及传动,第一节 气门式配气机构的布置及传动,五、气门间隙 发动机工作时，气门将因温度升高而膨胀。如果气门及其传动件之间在冷却时无间隙或间隙过小，则在热态下， 受热膨胀易引起气门关闭不严，造成压缩和作功行程中的漏气，使功率下降，甚至不易起动。 所以冷态装配时，在气门和传动机构中留有一定的间隙，以补偿气门热膨胀量。这一间隙称为气门间隙。 有液力挺柱，不需要预留气门间隙。 一般冷态时进气门间隙为0.25-0.3mm，排气门间隙为0.30-0.35mm。如果间隙过小，发动机在热态下可能发生漏气，如果气门间隙过大，则易产生撞击声，

10、加速磨损，开启持续时间减少，影响进排气。,第二节 配气相位,配气相位就是进、排气门的实际开闭时刻，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。这种图形称为配气相位图。,第二节 配气相位,理论上四冲程发动机的进气门当曲拐处在上止点时开启，在下止点时关闭。排气门则相反。进气和排气时间各占180曲轴转角。 但因曲轴转速很高，这样短的进、排气过程，往往造成充气不足或排气不净，从而使发动机功率下降。 现代发动机都采用延长进、排气的方法，即气门的开启和关闭时刻分别提前和延迟一定的曲轴转角，以提高发动机的动力性。,第二节 配气相位,在排气行程接近终了，活塞到达上止点之前，即曲轴转到离曲拐的上止点

11、位置还差一个角度时 ，进气门开始开启，直到曲轴转到超过曲拐下止点位置有一个角度时，进气门才关闭。 这样进气行程持续时间相当于曲轴转角180+。角一般为1030，角一般为4080。,第二节 配气相位,在作功行程接近终了，活塞到达下止点之前，排气门开始开启，提前开启的角度一般为4080 。排气门关闭的延迟角一般约为1030， 这样排气行程持续时间相当于曲轴转角180+ + 。 提前自排， 减少排气阻力，防止发动机过热，延迟角可使排放更干净。,第二节 配气相位, 进气门早开：增大了进气行程开始时气门的开启高度，减小进气阻力，增加进气量。 进气门晚关：延长了进气时间，在大气压和气体惯性力的作用下，增加

12、进气量。 排气门早开：借助气缸内的高压自行排气，大大减小了排气阻力，使排气干净。 排气门晚关：延长了排气时间，在废气压力和废气惯性力的作用下，使排气干净。,第二节 配气相位, 气门重叠 由于进气门早开，排气门晚关，势必造成在同一时间内两个气门同时开启。把两个气门同时开启时间相当的曲轴转角叫作气门重叠角。气门重叠角+=2060 在这段时间内，可燃混合气和废气是否会乱串呢？不会的，这是因为： 进、排气流各自有自己的流动方向和流动惯性，而重叠时间又很短，不至于混乱，即吸入的可燃混合气不会随同废气排出，废气也不会经进气门倒流入进气管，而只能从排气门排出； 进气门附近有降压作用，有利于进气。,第三节 配

13、气机构零件和组件,一、气门组 包括：气门、气门座、气门导管、气门弹簧、锁片、卡簧。 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垂直，以保证气门头不偏斜；气门弹簧的弹力足以克服气门及传动件的运动惯性力，使气门能及时关闭，并保证气门贴合。,第三节 配气机构零件和组件,第三节 配气机构零件和组件,气门 功用：控制进、排气管的开闭 工作条件： 承受高温、高压、冲击、润滑困难。 要求：足够的强度、刚度、耐磨、耐高温、耐腐蚀、耐冲击。 材料：进气门采用合金钢（铬钢或镍铬等），排气门采用耐热合金钢（硅铬钢等

14、）。 构造：气门由头部、杆身和尾部组成。,第三节 配气机构零件和组件,气门 气门头部是一个具有圆锥斜面的圆盘，气门锥角一般为45，也有30（图3-9），气门头边缘应保持一定厚度，一般为1-3 mm，以防工作中冲击损坏和被高温烧蚀。气门密封锥面与气门座配对研磨。,第三节 配气机构零件和组件,气门,气门头顶部形状有平顶，球面顶和喇叭形顶等。,第三节 配气机构零件和组件,气门 平顶：结构简单、制造方便、吸热面积小，质量小、进、排气门均可采用。 球面顶：适用于排气门，强度高，排气阻力小，废气的清除效果好，但受热面积大，质量和惯性力大，加工较复杂。 喇叭形顶：适用于进气门，进气阻力小，但受热面积大。,第

15、三节 配气机构零件和组件,2. 气门导管 功用：起导向作用，保证气门作直线往复运动。 起导热作用，将气门头部传给杆身的热量，通过气缸盖传出去。 为了保证导向，导管应有一定的长度，气门导管的工作温度也较高，约500k。气门导管和气门的润滑是靠配气机构飞溅出来的机油进行润滑的，因此易磨损。为了改善润滑性能，气门导管常用灰铸铁或球墨铸铁或铁基粉未治金制造。,第三节 配气机构零件和组件,第三节 配气机构零件和组件,3. 气门座 气门座与气门头部密封锥面配合密封气缸，气门头部的热量亦经过气门座外传。气门座可以在缸盖或缸体上直接镗出，也可以采用镶嵌式结构。镶嵌式结构气门座都采用较好的材料（合金铸铁、奥氏体

16、钢等）单独制作。,第三节 配气机构零件和组件,4. 气门弹簧 功用：保证气门回位 气门弹簧的作用在于保证气门回位，在气门关闭时，保证气门与气门座之间的密封，在气门开启时，保证气门不因运动时产生的惯性力而脱离凸轮。气门弹簧多为圆柱形螺旋弹簧，它的一端支承在气缸盖上，另一端压靠在气门杆尾端的弹簧座上，弹簧座用锁片固定在气门杆的尾端。,第三节 配气机构零件和组件,第三节 配气机构零件和组件,二、气门传动组 功用：传递凸轮轴气门之间的运动 气门传动组包括，凸轮轴、挺柱、推杆、摇臂气门间隙调整螺钉等。,第三节 配气机构零件和组件,1 凸轮轴 功用： 1、 控制气门的开启和关闭，每一个进、排气门分别有相应

17、的进气凸轮和排气凸轮。 即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、配气相位及气门开度变化规律等要求。 2、驱动汽油泵、机油泵和分电器等。,第三节 配气机构零件和组件,1 凸轮轴 凸轮的形状影响气门的开闭时刻及高度，凸轮的排列影响气门的开闭时刻和工作顺序。（根据凸轮轴可以判断工作顺序）工作中，凸轮轴受到气门间歇性开启的周期性冲击载荷，因此对凸轮表面要求耐磨，凸轮轴要有足够的韧性和刚度。,第三节 配气机构零件和组件,1 凸轮轴 凸轮轴主要由凸轮、凸轮轴轴颈等组成。对于下置式凸轮轴，还有偏心轮(用于驱动汽油泵)、螺旋齿轮(用于驱动机油泵和分电器)。,第三节 配气机构零件和组件,第三

18、节 配气机构零件和组件,（1）凸轮的轮廓和结构： 凸轮的轮廓保证气门开启和关闭的持续时间符合配气相位的要求。O为凸轮的中心，EA为凸轮的基圆，AB和DE为凸轮的缓冲段，BCD为凸轮的工作段。,第三节 配气机构零件和组件,凸轮的轮廓和结构： 当挺柱处于EA上时，气门处于关闭状态。当凸轮转至A点时，挺柱开始移动，在缓冲段AB内的某点M处消除气门间隙，气门开始开启，至C点时气门开度最大，而后逐渐关小，至缓冲段DE内的某点N时，气门完全关闭，此后，挺柱继续下落，出现气门间隙，至E点时挺柱又处于最低位置。,第三节 配气机构零件和组件,1 凸轮轴 从各缸进、排气凸轮的排列，凸轮轴的旋转方向，可判断出发动机

19、的工作顺序。,对于四冲程发动机，曲轴旋转两周，凸轮轴旋转一周，在这一期间内，各缸进（或排）气的时间间隔相同，即各缸进（或排）气凸轮彼此间的夹角为90。图右四缸为1-2-4-3,第三节 配气机构零件和组件,1 凸轮轴,第三节 配气机构零件和组件,1 凸轮轴 （2）凸轮轴轴颈 作用：用来支承凸轮轴。 凸轮轴各道轴颈的直径有的相等，但也有的从前往后逐渐减小，以便于安装。,第三节 配气机构零件和组件,1 凸轮轴（2）凸轮轴轴颈 有的凸轮轴轴颈上有油孔。 为一下置式凸轮轴的最后一道轴颈上钻一与轴平行的通孔。 有的凸轮轴轴颈上有油槽， 摇臂的润滑是靠该油槽，通过缸体上的油道输送润滑油。,第三节 配气机构零

20、件和组件,1 凸轮轴（2）凸轮轴轴颈 有的凸轮轴轴颈上有油孔。,第三节 配气机构零件和组件,1 凸轮轴 （3） 凸轮轴的驱动,第三节 配气机构零件和组件,1 凸轮轴 （4） 凸轮轴的轴向定位 作用：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。,第三节 配气机构零件和组件,1 凸轮轴 （5） 凸轮轴的材料及工艺 凸轮轴一般采用优质钢模锻而成，也可采用合金铸铁或球墨铸铁铸造。 凸轮及各轴径的工作表面一般经热处理后精磨，以改善其耐磨性。,第三节 配气机构零件和组件,2 挺柱 功用：将凸轮的推力传给推杆（或气门杆），并承受凸轮旋转时所施加的侧向力。,第三节 配气机构零件和组件,2 挺柱 挺

21、柱在其顶部装有调节螺钉，用来调节气门间隙。 气门顶置式配气机构的挺柱一般制成筒式，以减轻重量。 滚轮式挺柱可减小摩擦所造成的对挺柱的侧向力。一般用于大缸径柴油机上。,第三节 配气机构零件和组件,2 挺柱 挺柱底部工作面多制成球面，并且把凸轮制成锥形。这样，在工作时，由于凸轮与挺柱的接触点偏离挺柱轴线，当挺柱挺起时，接触点的摩擦力使其绕本身轴线转动，以达到磨损均匀的目的。,2.1液力挺柱 （1）目的： 解决了因有气门间隙而产生的冲击及噪音问题。,（2）结构： 液力挺柱由挺柱体、柱塞、球座、柱塞弹簧、单向阀和单向阀弹簧等组成。挺柱体和柱塞上有油孔与发动机机体上相应的油孔相通。球座为推杆的支承座。单向阀有片式和球式两种。,（3）工作情况,发动机工作时，机油沿主油道供到气门挺柱,1）当气门关闭时，机油经挺柱体和柱塞上的油孔压进柱塞腔A内，推开单向阀充入挺柱体腔B内。柱塞便在挺柱体腔油压及柱塞弹簧的作用下上行，与气门推杆压紧。,但此压力远小于气门弹簧张力，气门不会被打开只是消除了整个配气机构中的间隙。同时，B腔内油液已充满，单向阀关闭。,