发动机构造第三章-配气机构.ppt

1、第三章 配气机构,1、作用 ：按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）及时进入气缸，废气及时排出气缸。,大气环境下充满气缸工作容积的新气质量（kg）, =,每循环实际进气量（kg）,100%.,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。 一般在80 %90 %。.,影响因素：,1）进气终了压力（进气阻力损失）（0.750.90bar） 2）进气终了温度（残余废气等加热）（370400K） 3）残余废气存在。.,3、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

2、性（传动链不飞脱、不反跳、不提前落座）,2、充气效率：评价气缸内换气过程好坏的指标，用表示。.,第一节 气门式配气机构的布置及传动,（一）按气门的布置形式分：,1）顶置气门式 2）侧置气门式.,（二）按凸轮轴的布置位置分：,1）下置凸轮轴式 2）顶置凸轮轴式.,（三）按凸轮轴的传动方式分：,1）齿轮传动式 2）链条传动式 3）齿形皮带传动式.,1）二气门（传统一进一排） 2）多气门（四气门为主）,1、组成：由气门组和气门传动组组成,2、分类：,（四）按每缸气门数目分：,一、侧置气门式气门机构,3、优缺点：曲轴到气门距离近，方便齿轮传动，气门间隙调整方便，但气道拐弯多，流动阻力大，充气效率低，燃

3、烧室扁平，结构不紧凑，容易爆震，压缩比低（仅为6）。.,1、结构特点： 气门布置在气缸体一侧，气门头部朝上，没有摇臂、推杆，下置式凸轮轴，齿轮传动。.,2、工作原理： 正时齿轮副带动凸轮轴转动，转到凸轮桃尖顶起气门挺杆，推动气门克服弹簧预紧力开启。 凸轮基圆与气门挺杆接触时，气门在气门弹簧预紧力的作用下关闭。.,二、顶置气门式气门机构,3、优缺点：凸轮轴靠近曲轴，便于齿轮驱动，但凸轮离气门远，气门传动机构复杂，零件多，机构刚性差，动力特性差，难以适应高速化。,结构特点：气门布置在气缸盖上，气 门头部朝下。.,优点：气道平滑，充气效率高，燃烧室 紧凑，压缩比高。.,缺点：气门离曲轴远，传动机构复

4、杂。.,（一）下置式凸轮轴.,1、结构特点：凸轮轴布置在曲轴侧面，有挺柱、推杆、大摇臂。.,2、工作原理：正时齿轮副带动凸轮轴转动，凸轮桃尖顶起挺柱、推杆、大摇臂的一端（调整螺钉），绕摇臂轴转动，另一端（长）镀铬面推动气门克服弹簧预紧力使气门开启,凸轮轴布置在气缸盖上，气门传动机构容易布置，省去刚性较差的推杆等零件，机构动力特性好，容易上高速，但曲轴离凸轮轴远，驱动机构复杂，空间布置困难。,A：带单摇臂 适用于半球形燃烧室，进、排气道分置于发动机纵向两侧。 摇臂的镀铬面与凸轮型面接触，摇臂转动时，摇臂的调整螺钉端（长）压迫气门杆克服弹簧预紧力使气门开启优点是气门间隙调整方便，凸轮最大升程可以较

5、小，但气门夹角偏大，不利于布置直的进气道。,（二）顶置凸轮轴（OHC）,1、单顶置凸轮轴（SOHC） （Single Over Head Camshaft）,（1）二气门（传统）,B：凸轮直接驱动气门 完全取消气门摇臂，由凸轮直接驱动气门。一根凸轮轴上有进、排气凸轮（混合凸轮）使得气门只能直上直下运动，不能采用结构紧凑的半球形燃烧室，进排气道左右分置。优点是气门机构刚性好，具有良好的动力特性，更适应高速机，但气门间隙调整困难。.,上海桑塔纳时代超人200GSI AJR电喷发动机的配气机构,上海桑塔纳时代超人AJR发动机、红旗488-3发动机、一汽奥迪100以及南汽索菲姆柴油机均使用这一配气机构

6、。,2、双顶置凸轮轴 双顶置凸轮轴一般用于四气门配气机构，齿形皮带传动。大多数是完全取消气门摇臂的气门直接传动方式。与两气门相比，气门质量小，配气机构动力特性更好，更容易上高速机，而且，由于便于采用结构紧凑的半球形燃烧室，气门夹角较小，便于布置直的进气道，进气阻力较小，发动机高速动力性能较高。为便于气门间隙调整，有的发动机带单气门摇臂驱动气门，但凸轮外形一般不对称。,调整螺钉,调整螺钉,三、凸轮轴的传动方式,（三）齿形皮带传动： （1）优点：兼顾齿轮传动和链条传动的主要优点（配气相位准确，但要解决皮带松弛问题；空间布置自由度大；磨损、噪声小）。 （2）缺点：工作可靠性、耐久性差，摩擦阻力大，怕

7、机油（一般用齿形皮带罩壳密封住），工作性能随温度变化大 。,（一）齿轮传动： （1）优点：配气相位准确，工作可靠性和耐久性好。 （2）缺点：噪音、磨损较大，空间布置困难，重量大。 一般用斜齿，以提高工作平稳性。,（二）链传动： （1）优点：空间布置自由度大，对机型变化适应性强，制造成本低，工作可靠，维修方便。 （2）缺点：链条容易松弛，须带张紧器，配气相位容易变化，需定期调整，噪声、磨损大，耐久性较差。,序列齿轮传动结构图,链条传动结构图,上链条张紧装置,下链条张紧轮,曲轴链轮,中间链轮,凸轮轴链轮,导链板,四、多气门机构,（1）三气门（二进、一排） （2）四气门（二进、二排）（常见） （3）

8、五气门（三进、二排） （4）七气门（四进、三排）（国外实验研究过，不理想）.,多气门优点： 1、在相同缸径条件下，气门头部尺寸小，重量轻，气门升程小，有利于高速化； 2、进气总通过断面积增加，有利于提高充气效率； 3、有利于形成结构紧凑的燃烧室； 4、排气门热负荷低。,多气门缺点：结构复杂，成本高。,四气门,五气门机构,五气门机构 （单顶置凸轮轴、单摇臂驱动气门）,五、气门间隙,原因：发动机工作时气门及气门传动件受热膨胀，如果冷态时无气门间隙或气门间隙过小，则在热态时势必引起气门关闭不严，造成在压缩和作功行程中漏气，导致发动机功率下降，排气门烧坏，严重时甚至不能起动。气门间隙过大，则会引起气门

9、及气门座、气门传动件之间产生撞击，磨损加剧，机械噪声加大，而且气门开启时刻推迟、关闭时刻提前，换气持续时间缩短，也会导致发动机功率下降。,2）顶置凸轮轴：,（2）顶置气门式配气机构：,i、带单摇臂（图c所示） ii、直接驱动（图d、e所示）,1）下置式凸轮轴（图b所示）,为什么发动机在冷态时必须预留适当大小的气门间隙？ 针对不同气门机构的发动机，如何调整气门间隙？,调整：,（1）侧置气门式配气机构（图a所示）：,图（a）所示：打开气缸体侧面挺杆处盖板，松开锁紧螺母，调高调整螺栓（逆时针方向转动），气门间隙减小，调低调整螺栓（顺时针方向转动），气门间隙增大。用厚薄规检查（图示）。,（b）带双摇臂

10、，气门间隙调整螺钉在短摇臂端、推杆一侧，顺时针方向转动调整螺钉，摇臂绕摇臂轴逆时针方向转动（凸轮、推杆静止不动），气门间隙减小；逆时针方向转动调整螺钉，摇臂绕摇臂轴顺时针方向转动，气门间隙增大。,图c所示，带单摇臂，凸轮直接驱动短摇臂端，气门间隙调整螺钉在长摇臂端。顺时针方向转动调整螺钉，气门间隙减小，逆时针方向转动调整螺钉，气门间隙增大。,图d所示，凸轮直接驱动气门，无气门间隙调整螺钉，气门间隙调整垫片在挺柱壳内，只有卸下凸轮轴后才能更换调整垫片，调整气门间隙非常困难。,图e所示，凸轮直接驱动气门，无气门间隙调整螺钉，气门间隙调整垫片在挺柱体顶上，用专用工具取出调整垫片，更换另一厚度的调整垫

11、片（每个调整垫片均有厚度值，用厚薄规测出现在的气门间隙后，根据需要调整到的气门间隙值换算出所需更换的调整垫片厚度值）。,日本丰田佳美轿车两次调整四缸机气门间隙次序表： （发火次序：1-3-4-2）,处于TDC位置的气缸,进气门调整,排气门调整,1,4,12,34,13,24,请同学们考虑为什么？ 如果发火次序是1-2-4-3呢？,第二节 配气相位,配气相位：用曲轴转角表示进、排气门开闭时刻，并用圆弧表示气门的开启角度和关闭角度。,活塞顶一般需设避阀坑（气门重叠角大者避阀坑较深，压缩比大者避阀坑较深）。,为什么气门要提前开启和迟后关闭？,原因：1、进气门早开：减少节流损失 2、进气门迟闭：利用气

12、流惯性多进气 3、排气门早开：（1）自由排气，排除大部分废气 （2）减少压缩负功 4、排气门迟闭：利用气流惯性多排气.,气门重叠角：在进气上止点前后，有一段时间进、排气门同时开启，重叠的曲轴转角叫气门重叠角。.,汽油机气门重叠角为什么不能过大？,原因：如果过大，在怠速或低负荷运转时，节气门开度极小，进气管内真空度很大，废气会倒流入进气管内。这既会造成废气稀释，又会引起进气管内“放炮”现象。.,最佳的气门重叠角随发动机转速上升而增大；. 汽油机的气门重叠角柴油机。.,第三节 配气机构的零件和组件一、气门组,4、气门弹簧弹力足以克服气门及气门传动件的惯性力，使气门能迅速开、闭，并保证气门与气门座之

13、间有一定的接触应力，以保证密封。,组成：由气门、气门导管、气门座和气门弹簧等零件组成 作用：密封燃气。,要求：,1、气门头部与气门座必须贴合紧密；,2、气门杆在气门导管内孔中上、下滑动自如，无卡滞现象；.,3、气门弹簧两端面与气门杆中心线垂直；.,c、凸球面形-强度高，排气阻力小，易清除废气，但吸热面 积大，质量大，加工复杂，仅适用于排气门。.,一、气门,（1）结构：由头部和杆部组成。.,工作特点：高温、高压、润滑不良、冷却条件差。.,要求：足够的强度、刚度、耐热和耐磨。.,材料：进气门合金钢（如铬钢或镍铬钢等）。. 排气门耐热钢（如硅铬钢等），为节约成本，多采 用头部用耐热合金钢、杆部用合金

14、钢的堆焊形式。. 结构特点：（1）杆部至头部圆滑过渡-提高刚度。.,（2）气门头部形状：,a、平顶-结构简单，制造方便，吸热面积小，质量小，适用 于进、排气门；.,b、喇叭形-杆部至头部过渡圆弧半径大，刚度好，进气阻力小， 但吸热面积大，仅用于进气门；.,（5）气门杆端形状： 决定于气门弹簧座的固定形式：,（2）气门座圈过盈压配-耐高温、耐磨的合金铸铁或奥氏体钢材料制成的气门座圈，但容易脱落，导热性差。,1）两半锥形锁片-尾端沉割槽； 2）锁销-尾端径向小孔。.,2、气门座,作用：1）传热（气门头部热量）； 2）密封（燃烧室）。.,工作特点：高温、高接触应力、润滑不良、冷却条件差。.,结构：（

15、1）气缸盖或气缸体上直接镗出-铸铁气缸盖，低性能要求；.,柴油机大部分用铸铁气缸盖，气门座圈过盈压配，但容易压碎；汽油机用铝合金气缸盖，采用气门座圈过盈压配方式时，需在气门座圈外圆上切几道环槽（图示）。.,材料：灰铸铁、球墨铸铁、铁基粉末冶金。,3、气门导管：,作用：导向-气门杆直线运动； 传热-气门杆热量。.,结构：台阶圆筒，过盈压配在气缸盖上，下端伸入气道内部。.,工作特点：高温、润滑不良、与气门杆高速滑动。.,要求：耐热、耐磨。.,作用：克服气门及传动件惯性力，防止 出现间隙，保证气门及时关闭且 紧密贴合，不会因发动机振动等 原因出现气门不正常开启现象。.,（1）压缩弹簧：,1）圆柱弹簧

16、（等螺距、变螺距）； 2）圆锥弹簧。.,（2）内外两根弹簧，可使安装高度减小，注意螺旋方向相反。,4、气门弹簧,要求：（1）足够的刚度及安装预紧力 （2） 疲劳强度高 （3）加工精度高，如垂直度要求、 自由公差小等。.,材料：高碳锰钢、铬钒钢等冷拔钢丝， 加工后要经热处理。.,结构特点：,二、气门传动组,b：摇臂驱动气门式： 凸轮轴、气门摇臂及摇臂轴、正时齿轮（带中间齿轮）或正时链轮（带链条、张紧器等）或正时带轮（带齿形皮带、张紧器等）。,作用：使进、排气门按各缸发火次序及配气相位规定的时刻开、闭，且保证一定的气门升程和合适的气门运动规律。.,组成：与气门布置形式、凸轮轴布置形式及传动方式有关

17、。.,（一）侧置气门式配气机构：正时齿轮副、下置凸轮轴、挺杆。.,（二）顶置气门式配气机构：,1、下置凸轮轴：正时齿轮副、下置凸轮轴、挺柱、推杆、气门 摇臂及摇臂轴。.,2、顶置凸轮轴：,a：凸轮直接驱动气门式： 凸轮轴、正时齿轮（带中间齿轮）或正时链轮（带链条、张紧器等）或正时带轮（带齿形皮带、张紧器等）。.,气门锥角较小，则在气门升程相同的情况下，气流通过断面较大。但头部厚度较薄，刚度差，密封性差，仅适用于进气门（ 30 ），排气门均用45锥角（热负荷高）。,原因：进气压差小，流速低，排气压差大，流速高，按进出气体流量相等原则，可以进大、排小。此外，进气门头部直径较大的好处是增加进气量，提

18、高充气效率，从而提高发电机功率。排气门头部直径较小的好处是减轻了排气门的热负荷。,（4）气门直径：同一气缸上进气门头部直径大、排气门头部直径小。,（3）气门锥角：45或30 。.,凸轮：（1）各缸同名凸轮之间夹角-各缸发火次序确定的 发火间隔角确定。如4缸机，为720/2/4=90凸 轮夹角（图示）.,1、凸轮轴：,工作特点：受到气门间歇性开启的周期性冲击性载荷。.,要求：足够的（心部）冲击韧性和刚度，凸轮表面耐磨。.,材料：优质钢模锻，合金铸铁或球墨铸铁铸造，凸轮和轴颈表 面经热处理后精磨。.,结构：凸轮、轴颈、驱动机油泵和分电盘的蜗轮、驱动汽油泵 的偏心轮（传统汽油机的混合式凸轮轴，如图示

19、）。.,分类：a：混合式凸轮轴-进、排气凸轮在一根凸轮轴上。 b：单一凸轮轴-同名凸轮在一根凸轮轴上。,（2）每缸进、排气凸轮之间夹角-配气相位及气门 机构几何运动关系确定。如6100Q型汽油机，气 门垂直布置，气门及挺柱、推杆皆直上直下运动， 凸轮外形对称，e1=40CA， e2=19CA， i1=20CA， i2=56CA。,180CA,180CA,2 CA,BDC,TDC,BDC,排气行程,进气行程,e1,i2,i1,e2,(180 + e1+ e2)/2 CA,(180 + i1+ i2)/2 CA,2 =(e1+ 180+ 180+ i2) - (180 + e1+ e2)/2 -(

20、180 + i1+ i2)/2, =90+(e1+ i2- e2- i1)/4 = 90+(40+56-19-20) =10415（凸轮转角）,（3）凸轮几何形线：,1）保证配气相位； 2）合适的气门升程及其运动规律。.,如图示，A点：挺柱始升点 B点：气门始升点 C点：最高点。 BCD段：工作段-决定了凸轮（最大）升程及其 运动规律。 D点：气门最早落座点。 E点：挺柱运动终点。,缓冲段-消除气门间隙，控制气门开启和落座速度。,c:气门升程愈大，容易与活塞顶发生干涉，避阀坑较深。解决办法-采用多气门方案。,气门升程大小直接影响气门开启时流通截面积的大小，但也不是愈大愈好：,a:气门升程有上限

21、-不超过进气道最小流 通截面积；,b:气门升程愈大，最大负加速度愈大，惯性力愈大，容易发生脱离；,凸轮轴的正时传动：正时齿轮有正时记号，装配时必须对准，如 图示。,凸轮轴安装与拆卸时轴承盖连接螺栓应有一定的次序要求：,（5）凸轮轴的轴向定位：,2、挺柱：,工作特点：将凸轮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。.,要求：质量小、刚度大、耐磨。.,材料：镍铬合金铸铁或冷激合金铸铁，其摩擦表面应经热处理后精磨。,（3）滚轮式：底面是滚轮，改善磨损，减小侧压力，船用机。,结构特点：,（1）筒式：上面凹腔与推杆球面接触，推杆作小幅度摆动，适用于顶置气门式配气机构（质量小）。,（2）菌式：

22、实心体，适用于侧置气门式配气机构。,主油道来的机油经过气缸盖油道2通过挺柱体9侧面的油孔、上盖底部的键形槽7流入柱塞11内腔形成低压油腔。.,凸轮转动时，挺柱体9与柱塞11下移，液压缸12底部容积减小，油压升高，加上补偿弹簧13的作用，使单向球阀5关闭，形成高压油腔。由于液体不可压缩性，液压挺柱犹如刚体一样移动，打开气门。此时气缸盖油道2不再向低压油腔供油。,能自动消除气门间隙液压挺柱结构示意图：,挺柱体9由上盖和圆柱体激光堆焊而成。.,液压缸12与挺柱体9内孔精密配合，座落在气门杆尾端。.,柱塞11与液压缸12内孔精密配合。.,液压缸12底部装有补偿弹簧13，上端座落单向球阀5。.,液压挺柱开始上行时，由于气门弹簧和凸轮