第三章：配气机构.ppt

1、第三章：配气机构,（一）功用与分类,按发动机各缸工作过程需要，定时地开启、关闭进、排气门，使新鲜混合气或空气及时进入气缸，废气及时排出气缸。,二、充气效率： 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； Mo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。,按气门布置形式分：气门顶置式、气门侧置式,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。,气门顶置式配气机构工作过程,（二）

2、气门顶置配气机构组成和工作,组成：气门组、气门传动组,配气机构组成,气门组：主要维持气门关闭,气门传动组：定时驱动气门开闭,二、凸轮轴布置形式:,1、下置式、 2、中置式 3、上置式。,1、凸轮轴下置式配气机构,下置凸轮轴由曲轴定时齿轮驱动。发动机工作时，曲轴通过定时齿轮驱动凸轮轴旋转。当凸轮的上升段顶起挺柱时，经推杆和气门间隙调整螺钉推动摇臂绕摇臂轴摆动，压缩气门弹簧使气门开启。当凸轮的下降段与挺柱接触时，气门在气门弹簧力的作用下逐渐关闭。 四冲程发动机每完成一个工作循环，每个气缸进、排气一次。这时曲轴转两周，而凸轮轴只旋转一周，所以曲轴与凸轮轴的转速比或传动比为21。,1、凸轮轴下置 有利

3、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。,12,2、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。,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、凸轮轴上置式配气机构（OHC）,其主要优点是运动件少，传动链短，整个机构的刚度

4、大，适合于高速发动机。由于气门排列和气门驱动形式的不同，凸轮轴上置式配气机构有多种多样的结构形式。,三、凸轮轴的传动方式：,曲轴与凸轮轴之间的传动方式：齿轮传动、链传动和带传动,四、气门驱动形式有摇臂驱动、摆臂驱动和直接驱动三种类型。,1.摇臂驱动、单凸轮轴上置式配气机构 凸轮轴推动液力挺柱，液力挺柱推动摇臂，摇臂再驱动气门；或凸轮轴直接驱动摇臂，摇臂驱动气门。,2.摆臂驱动、凸轮轴上置式配气机构 由于摆臂驱动气门的配气机构比摇臂驱动式刚度更好，更有利于高速发动机,3.直接驱动、凸轮轴上置式配气机构,在这种形式的配气机构中，凸轮通过吊杯形机械挺柱驱动气门；或通过吊杯形液力挺柱驱动气门。与上述各

5、种形式的配气机构相比，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。因此，在高度强化的轿车发动机上得到广泛的应用。,五、每缸气门数及排列方式,某些大排量、高转速、高功率的发动机，由于气门尺寸的限制，每缸两个气门不能满足需要，因此要采用三气门或四气门,各缸气门数及其排列方式,常用气门顶置配气机构的类型,气门顶置，下置凸轮轴（OHV） 气门顶置，上置凸轮轴（OHC） 气门顶置，双摇臂，上置凸轮轴（OHV/OHC） 气门顶置，上置双凸轮轴（OHV/DOHC）,气门顶置，下置凸轮轴（OHV）气门顶置，上置凸轮轴（OHC）,气门顶置，双摇臂，上置凸轮轴（OHV/OHC）,六、气门间隙,功用：补偿

6、气门受热后的膨胀量,如冷态时无间隙：则热态下，气门和传动件的受热膨胀势必引起气门关闭不严而漏气。使功率下降，甚至烧坏气门。,气门杆,摇臂,气门间隙,气门间隙过大：使传动零件之间以及气门、气门座之间产生撞击响声，加剧磨损，气门的开启持续时间减少，气缸充气、排气情况变坏。,实物图,测量气门间隙,拧松紧定螺母，调正调节螺钉,第二节：配气相位,发动机转速很高，每一活塞行程所占时间极短，为使发动机在极短的时间内进气充足，排气彻底。 须尽可能延长进、排气行程的时间，因此气门实际开启、关闭适当有所提前和延迟。,（一）进气门配气相位,进气过程持续t：180+ + ,（二）排气门配气相位,排气过程持续t：180

7、+ + ,配气相位演示,（三）气门叠开,气门叠开角：同时开启角：+,气门叠开有利于换气，在换气过程中，气门开度较小，新鲜气体和废气流惯性很大，会保持原来的流动方向，不会产生废气吸入进气道或新鲜气体随废气排除的问题。,第三节：气门驱动组主要机件,一.凸轮轴及其驱动装置,组成：正时齿轮、凸轮轴、气门挺杆、气门推杆、摇臂、摇臂轴等,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,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。,凸轮,凸轮轴轴颈,驱动分电器的螺旋齿轮,（1）凸轮,1）凸轮的轮廓,气门开

8、启、关闭持续时间须符合工作顺序、配气相位的要求由凸轮轮廓保证,凸轮与挺柱线接触，接触压力大，磨损快。,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。,凸轮工作过程：,凸轮转过EA段气门关闭凸轮越A点挺柱上移转动至M点消除气门间隙气门开启至C点气门开度最大而后逐渐关小至DE中某点N时气门关闭而后挺柱继续下落出现气门间隙,2020/7/31,38,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,2）同名凸轮相对位置,如凸轮轴为反时针，工作顺序为：

9、153624的六缸发动机作功间隔为120度，则同名凸轮的夹角为60度,3）异名凸轮的相对位置,同一气缸进排气凸轮相对位置，是由凸轮轴转向和发动机配气相位决定的。图中两异名凸轮之间的夹角理论上：=180/2=90，实际上气门是早开晚闭的,（2）凸轮轴轴颈,凸轮轴各道轴颈直径有的相等，有的从前往后逐渐减少，凸轮轴上有很多特殊的油槽或油孔。,（三）凸轮轴轴承,凸轮轴轴承一般作成衬套压入整体式座孔内，再经加工与轴颈配合,（四）凸轮轴齿轮正时,2020/7/31,43,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

10、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。,可变气门正时、可变气门升程,发动机在高转速时，每个气缸在一个工作循环内，吸气和排气的时间是非常短的，要想达到高的充气效率，就必须延长气缸的吸气和排气时间，也就是要求增大气门的重叠角；而发动机在低转速时，过大的气门重叠角则容易使得废气倒灌，吸气量反而会下降，从而导致发动机怠速不稳，低速扭矩偏低。,可变气门正时、可变气门升程,影响发动机动力的实质其实与单位时间内进入到气缸内的氧气量有关，而可变气门正时系统只能改变气门的开启和关闭的时间，却不能改变单位时间内的进气量，变气门升程就能满足这个需求。如果把发动机的气门看作是房子的一扇“门”的话，气门正

11、时可以理解为“门”打开的时间，气门升程则相当于“门”打开的大小。,固定的气门正时很难同时满足发动机高转速和低转速两种工况的需求，所以可变气门正时应运而生。可变气门正时可以根据发动机转速和工况的不同而进行调节，使得发动机在高低速下都能获得理想的进、排气效率。,丰田VVT-i可变气门正时系统,本田i-VTEC可变气门升程系统,宝马Valvetronic可变气门升程系统,奥迪AVS可变气门升程系统,奥迪AVS可变气门升程系统,高速时,低速时,二.气门挺柱与推杆,（1）普通挺柱的构造,挺柱的分类,2020/7/31,53,挺柱端面与凸轮的关系,锥形凸轮,挺住受凸轮侧向推力，产生一定倾斜，长期会造成挺柱

12、与导管间的单面磨损及挺柱与凸轮间的不均匀磨损。因此将凸轮制成锥面，将挺柱底部制成球面，以使磨损均匀。,由于存在气门间隙，在高速运动时会产生较大的震动和噪声，不适宜要求行驶平稳和低噪声的发动机,凸轮为何要成锥形？,液力挺柱,挺柱体,柱塞,球形支座,卡环,柱塞弹簧,单向阀,单向阀架,柱塞腔A,挺柱体腔B,进油口,进油通道,结构： 性能： 消除了配气机构的间隙，减小了各零件的冲击载荷和噪声提高发动机高速时的性能。,发动机工作时，机油沿主油道供到气门挺柱，并充满柱塞内腔及其下面的空腔。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，并推开单向阀充人挺柱体腔B内。弹簧6使柱塞3连同压合在柱塞中的

13、球座2紧靠着推杆，使配气机构的间隙消失。 当凸轮转到工作而使挺柱上推时推杆作用于支承座2和柱塞3上的反力力图使柱塞克服柱塞弹簧的力相对于挺柱体1向下移动，于是柱塞下部空腔内的油压迅速升高，使单向阀7关闭。由于液体的不可压缩性，整个挺柱便像一个刚体一样，按凸轮的运动规律，使气门开启、关闭。 当油压过高或者气门受热膨胀时，将有少许油液经柱塞与挺柱体的间隙处漏出去。 当气门开始关闭或冷却收缩时，柱塞所受压力减小，由于柱塞弹簧的作用，柱塞向上运动，始终保持与推杆的接触，同时柱塞下部空腔B产生真空度，于是，主油道的油压将再次推开单向阀，向挺柱体腔内充油而再度充满整个挺柱内腔。,桑塔纳发动机液压挺柱工作示

14、意图,气门关闭时,气门打开时,单向阀,弹簧被压缩,（2）液力挺柱,构 造：挺柱体内装柱塞，柱塞上端压装球座、柱塞经常被柱塞弹簧推向上方，其最上的位置由卡簧限制。柱塞下的单向阀架内装碟形弹簧和单向阀。,工作：气门关闭：柱塞弹簧使柱塞连同球座紧靠推杆配气机构无间隙。,凸轮转至工作面挺柱上行推杆作用球座和柱塞上的反力力图使柱塞克服弹簧的力而相对挺柱体向下移动挺柱体腔内的迅速增高单向阀关闭液体不可压缩整个挺柱象刚体一样上升,（二）推杆,功用：将挺柱传来的推力传给摇臂。,气门推杆,工作情况： 是气门机构中最容易弯曲的零件。强度要求高，尽量短。 材料： 硬铝或钢,实心推杆,硬铝推杆,钢支承,4）摇臂,摇臂

15、结构示意图,气门间隙调节螺钉,调节螺母,摇臂,摇臂轴套,易磨损部位 堆焊耐磨合金,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。,三. 摇臂和摇臂轴,（一）普通摇臂和摇臂组,功用：将推杆或凸轮传来的力改变方向传给气门使其开启。,摇臂结构示意图,摇臂比=1.2-1.8,润滑油道,油槽,润滑油道,装调整螺钉和紧固螺母处,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,第四节：气门组主要机件,主要机件：气门、气门弹簧、气门导管等,气门组实物图,1）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

16、。 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570K670K（铬钢或铬镍钢） 排气门1050K1200K（硅铬钢）,头部,杆部,（二）气门一般构造,（1）气门头部：凸顶、平顶、漏斗形,球面顶,平顶,喇叭顶,充钠气门,a、球面顶：刚度、受热面积大； b、平顶：结构简单。,C、喇叭顶：与杆部过渡具有流线形，可减小进气阻力，但顶部受热面积大,气门头部的结构形式,2020/7/31,69,气门锥角,气门锥角：气门头

17、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，原因是在相同气门升程情况下，锥角小时进气阻力小；但由于头部边缘较薄，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,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

18、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？,（2）气门杆部,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。,2020/7/31,75,充钠气门,由于发动机工作时,排气门经常处于高温条件下工作,钠约在970时为液态,具有良好的热传导能力。通过液态纳的来回运动,热量能很快从气门头部传到根部.可降低温度约l00。这样有利于降低混合气自燃的危险,从而握高了气门的使用寿命。在维修发动时,进、排气门不能修整,只允许研磨。捷达l.6L发动机排气门内部注有钠。,充钠,3）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 装配： 气门杆与气门导管间隙0.050.12mm。,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。