第3章 配气机构

null第3章 配气机构第3章 配气机构概述 配气机构的构造 §3.1 概述§3.1 概述一、功用： 按照发动机的工作顺序和工作要求，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)得以及时进入气缸，废气得以及时从气缸排出，保证进气充足、排气彻底，并保证关闭时密封严密。 null二、充气效率（小于1） ηv=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。null影响充气效率的因素： 1.配气机构的结构 （应减小进气和排气的阻力） 2.进、排气门的开启时刻和持续开启的时间 （应使进气和排气都尽可能充分）三、配气机构的组成三、配气机构的组成 气门组 传动组 驱动组null1.气门组： 气门、气门座、气门导管、气门弹簧、气门弹簧座及锁紧装置等； 2.传动组： 挺柱、推杆、摇臂组等； 3.驱动组： 凸轮轴、凸轮轴轴承和止推装置。§3.2 配气机构的构造§3.2 配气机构的构造（视频1）null一、配气机构的类型 （一）按气门的布置形式 气门顶置式 气门侧置式 null1、气门顶置式 特点： 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。2、气门侧置式2、气门侧置式null 进排气门都布置在气缸的一侧，结构简单、零件数目少。 气门布置在同一侧导致燃烧室结构不紧凑、热量损失大、进气道曲折、进气阻力大，使发动机性能下降，已趋于淘汰。null（二）按凸轮轴的布置位置 凸轮轴下置式 凸轮轴中置式 凸轮轴上置式null1、凸轮轴下置（视频3） 缺点： 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。 优点： 简化曲轴与凸轮轴之间才传动装置，有利于发动机的布置。2、凸轮轴中置式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。3、凸轮轴上置式（视频2）3、凸轮轴上置式（视频2）应用： 高速发动机 桑塔纳轿车发动机特点： 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null（三）按曲轴和凸轮轴的传动方式 齿形带传动式 链条传动式 齿轮传动式 null（四）按气门驱动形式 摇臂驱动式 摆臂驱动式 直接驱动式 null1）摇臂驱动式 如图为摇臂驱动、单凸轮轴上置式配气机构；凸轮轴直接驱动摇臂，摇臂驱动气门，还可以是凸轮轴推动挺柱，挺柱推动摇臂，摇臂再驱动气门。 （视频6）摇臂驱动式摇臂驱动式null2）摆臂驱动式 如图为摆臂驱动、双凸轮轴上置式配气机构。 摆臂驱动比摇臂驱动刚度更好，更有利于高速发动机，在轿车发动机上应用广泛。 （视频7） 摆臂驱动式摆臂驱动式null3）直接驱动式 如图为直接驱动、凸轮轴上置式配气机构，凸轮通过挺柱驱动气门。 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，在高度强化的轿车发动机上应用广泛。 （视频8） 直接驱动式直接驱动式null（五）按每缸气门数 两气门式 多气门式 （视频9） null1）两气门式 称两气门发动机。 一般发动机每个气缸有2个气门：一个进气门和一个排气门。null2）多气门式 现代高性能汽车发动机普遍采用每缸3、4、5个气门，以四气门发动机为最多。 优点： 气门通过断面积大，进排气充分，进气量增加，发动机的转矩和功率提高。上置凸轮轴实物图上置凸轮轴实物图null注意几点： 1.侧置气门式配气机构使燃烧室的结构不紧凑，并限制了压缩比的提高，目前已趋于淘汰； 2.下置式凸轮轴的配气机构因传动环节多、路线长，不适应高速车用内燃机，因此一般采用上置式凸轮轴的配气机构； 3.目前一般采用顶置气门、上置凸轮轴配气机构，有双摇臂与双凸轮轴之分，其中后者高速性最佳。（教材P50图3-3、3-4）3.2.2 配气机构的的传动3.2.2 配气机构的的传动 曲轴通过齿轮副驱动凸轮轴，凸轮轴再带动摇臂来推动进、排气门。 注意： 曲轴旋转两周（完成一个行程），凸轮轴只旋转一周，各缸进、排气门各开启一次。 传动比=2：1（曲轴与凸轮轴之比）1.齿轮传动式1.齿轮传动式1、齿轮传动凸轮轴下置、中置式配气机构nullnull 用于下置式和中置式凸轮轴的传动。 汽油机只用一对定时齿轮，即曲轴正时齿轮和凸轮轴正时齿轮； 柴油机还需要驱动喷油泵，所以增加一个中间齿轮。2.链条传动2.链条传动 导链板 张紧机构nullnull 用于中置式和上置式凸轮轴的传动，尤其是上置式凸轮轴的高速汽油机采用较多。 （视频） 3.齿带传动3.齿带传动nullnull 用于上置式凸轮轴的传动。 主要优点： 噪声小、质量轻、成本低、工作可靠、不需要润滑；齿形带伸长量小，适合有精确定时要求的传动。 轿车发动机多采用。 正时皮带（视频） null注意： 由于正时皮带属于耗损品，而且正时皮带一旦断裂，凸轮轴当然不会照着正时运转，此时极有可能导致汽门与活塞撞击而造成严重毁损，所以正时皮带一定要依据原厂指定的里程或时间更换。 正时炼条则会有相当长的寿命，所以选购配置正时炼条引擎的车，会省去更换正时皮带的麻烦与开支。 null1.单缸2气门：1.单缸2气门：3.2.3 每缸气门数及其排列方式（了解）2.单缸4气门2.单缸4气门3.单缸5气门3.单缸5气门 null注意： 1.采用每缸五气门时，通常将同名气门排成一列； 2.如果将五气门技术与增压技术想结合，其性能指标的优势将更加明显。null归纳： 现代高性能汽车发动机普遍采用每缸3、4、5个气门。 优点-----气门通过断面积大，进排气充分，进气量增加，充气效率更高，发动机的转矩和功率提高。可以使燃油消耗降低、排污少。3.2.4 配气相位3.2.4 配气相位两个概念： 配气相位-----气门从开启到关闭所经历的曲轴转角。 配气相位图-----用来表示配气相位的曲轴转角环形图配气相位图配气相位图（视频10）nullnull进气持续角： 180°+ +  排气持续角： 180°+ + 气门叠开气门叠开概念：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3.2.5 气门间隙3.2.5 气门间隙概念： 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。气门间隙的调整（视频11）气门间隙的调整（视频11）null注意： 1. 气门间隙过小：漏气、气门烧坏。 2.气门间隙过大：传动零件之间、气门和气门座之间撞击严重，加速磨损。 null零气门间隙： 当采用液压挺柱时，由于液压挺柱的长度可自调，可以不留气门间隙。 （视频13） 作 业作 业 根据配气相位图，分析气门早开与迟闭的原因。3.2.6 配气机构的零件和组件3.2.6 配气机构的零件和组件三大部分： 气门组 传动组 驱动组一、气门组一、气门组组 成 有的进气门还设有 气门旋转机构 （一）气门 （视频14）（一）气门 （视频14）功用： 是燃烧室的组成部分，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。材料： 进气门570K~670K（铬钢或铬镍钢） 排气门1050K~1200K（硅铬钢）头部杆部组成：头部、杆部null工作条件： A.进气门570K~670K，排气门1050K~1200K; B.头部承受气体压力、气门弹簧力等; 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。 null要求: (P57) 1.气门头部与气门座贴合严密 2.气门导管与气门杆导向良好 3.气门弹簧两端与气门杆的中心垂直 4.气门弹簧的弹力足够 性能： 强度和刚度大、耐热、耐腐蚀、耐磨气门头顶面的形状气门头顶面的形状nullnull气门锥角α1.定义： 气门锥面与顶平面的夹角称气门锥角。2. 气门锥角的作用:2. 气门锥角的作用:就像锥形塞子可以塞紧瓶口一样，能获得较大的气门座合压力，以提高密封性和导热性； 气门落座时有自动定位作用； 避免气流拐弯过大而降低流速； 气门落座时能挤掉接触面的沉积物，即有自洁作用。 null 注意：进、排气门锥角的大小 进气门锥角较小，多用300。因锥角越小，进气通道截面越大，进气量越多。 排气门锥角较大，通常为450。因锥角越大，气门头部边缘的厚度大，不易变形。排气门热负荷较大而用较大的锥角，以加强散热和避免受热变形。且锥角越大，座合压力越大，自洁作用越大。 思 考思 考 为什么进气门锥角（ 30°）较小时，可以增加进气量？ ？null气门头部直径： 气门头部直径越大，气门口通道截面就越大，进、排气阻力就越小。 通常进气门头部直径大于排气门。另外，排气门稍小些，还不易变形。进气门排气门null气门传热： （视频16） 气门头部接受的热量，一部分经气门座圈传给气缸盖，另一部分通过气门杆和气门导管也传给气缸盖，最终被气缸盖水套中的冷却液带走。 注意： 1.气门密封锥面必须严密贴合：研磨气门与气门座圈； 2.气门杆与气门导管配合间隙小：减少热阻（二）气门杆（二）气门杆（观看实物）null 气门杆端形状决定于气门弹簧座固定方式： 1.用剖分或两半的锥形锁片 2.用锁销 见教材P58图3-15、补充（三）气门导管（三）气门导管作用： 1.对气门的运动导向，保证气门作直线往复运动，使气门和气门座能正确贴合； 2.将气门杆接受的热量部分传给气缸盖。 null工作条件： 工作温度较高，约500K。润滑困难，易磨损。 材料： 用含石墨较多的铸铁，能提高自润滑作用。 装配： 气门杆与气门导管的间隙0.05～0.12mm。null注意： 1. 有的发动机不设气门导管：直接在气缸盖上加工出气门杆孔； 2.有的气门导管设有卡环槽：防松落； 3.有的排气气门导管设有排渣槽：清除沉积物和积炭；（四）气门油封 （四）气门油封 功用： 气门杆与气门导管孔需要润滑，机油又不能太多，否则机油消耗量增加。 为了控制和减少机油消耗量，现代汽车发动机装有气门油封。 （观看实物）（视频19）（五）气门座（五）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： 1.靠其内锥面与气门锥面的紧密贴合密封气缸。 2.接受气门传来的热量。 气门座null气门座圈：（视频18） 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。（六）气门弹簧（六）气门弹簧功用：保证气门的回位。 材料：高锰碳钢、铬钒钢气门弹簧的装配气门弹簧气门弹簧座锁片（观看实物）null工作条件： 1.承受交变载荷 2.为保证其可靠的工作，应具有合适的刚度和足够的抗疲劳强度 3.避免弹簧锈蚀 4.两端面必须磨光并与轴线垂直 因此，要求气门弹簧要具有足够的刚度和安装预紧力。气门弹簧气门弹簧圆柱形螺旋弹簧等螺距弹簧不等距弹簧 （可避免共振）双弹簧布置双弹簧布置 旋向相反的两个弹簧，防止断裂的弹簧卡入另一弹簧应用车型： 奥迪100，捷达，桑塔纳, 广州标致505作 业作 业 教材P70 2.为什么一般在发动机的配气机构中留气门间隙？ 二、气门传动组和驱动组二、气门传动组和驱动组null1.传动组组成： 挺柱、推杆、摇臂、摇臂轴等。 2.驱动组组成： 凸轮轴、凸轮轴轴承、止推装置等。 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。 （一）凸轮轴（一）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。 材料：优质钢、合金铸铁、球墨铸铁 结构：凸轮的轮廓凸轮的轮廓凸轮轮廓与气门的运动规律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同名凸轮的相对角位置同名凸轮的相对角位置 同一气缸的进、排气凸轮的相对角位置是与相应的配气相位相对应的。点火顺序： 1—2—4—3六缸四冲程发动机点火次序六缸四冲程发动机点火次序1—5—3—6—2—4（观看实物）凸轮轴的轴向定位凸轮轴的轴向定位 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。正时齿轮止推片隔圈（调节环）凸轮轴颈凸轮轴的轴向间隙气缸体（二）挺柱（二）挺柱1.作用： 将凸轮的推力传给推杆或气门，同时还承受凸轮所施加的侧向力，并将其传给机体或气缸盖。 2.工作条件： 挺柱工作时，其底面与凸轮接触，由于接触面积小，接触应力较大，摩擦和磨损都相当严重。 （观看视频）null（2）挺柱的分类（机械挺柱）： 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，能提高发动机高速时的性能。液力挺柱注意： 气门及其传动件因温度升高而膨胀，或因磨损而缩短，都会由液力作用来自行调整或补偿。发动机液压挺柱工作示意图发动机液压挺柱工作示意图气门关闭时气门打开时（观看视频）（三）气门推杆（三）气门推杆作用： 将挺柱传来的推力传给摇臂。 工作情况： 是气门机构中最容易弯曲的零件。 材料： 硬铝或钢（四）摇臂（四）摇臂功用： 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。（如图，右端）摇臂结构示意图气门间隙调节螺钉摇臂轴套易磨损部位 堆焊耐磨合金null工作条件 承受很大弯矩 足够强度 足够刚度 较小质量 材料 锻钢、铸铁、铝合金……摇臂结构示意图摇臂结构示意图润滑油道油槽润滑油道摇臂组示意图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摇臂组实物图摇臂组实物图（观看视频）桑塔纳发动机的配气机构桑塔纳发动机的配气机构3.2.7 可变配气相位3.2.7 可变配气相位★气门定时和升程可变的进气系统（VTEC） ★可变谐振增压系统 一、VTEC控制原理一、VTEC控制原理 VTEC高速时VTEC高速时 null高转速下VTEC原理 ECM输出控制信号，使VTEC电磁阀打开 来自机油泵的油压作用于正时活塞，使正时活塞和同步活塞右移 同步活塞将3个摇臂连锁，成为一体 主、辅助进气摇臂均由中间凸轮驱动，从而改变了配气正时 增大了进排气门重叠角和升程，适应了高速工况的需要null同理，低速时： 正时活塞无油压作用 主、辅摇臂分别由主、辅进气凸轮驱动 主进气门按正常的时间和高度开启 辅助进气门由于辅助凸轮的高度小而稍稍打开，以防止燃油阻塞进气口 中间进气摇臂由中间凸轮驱动，但对进气门的开启无任何作用 进排气门重叠角和升程都较小，满足了低速工况的需要气缸数目可变机构气缸数目可变机构 二、可变进气谐振增压系统二、可变进气谐振增压系统VG30DE可变谐振增压系统VG30DE可变谐振增压系统 小 结小 结1.配气机构的功用 2.配气机构的组成 （三大部分） 3.配气机构的类型 1）气门布置形式 ： 气门顶置式 、气门侧置式 2）凸轮轴布置位置 ： 凸轮轴上置式 、凸轮轴下置式 、凸轮轴中置式 3）凸轮轴传动方式 ： 齿形带传动式 、链传动式 、齿轮传动式 4）气门驱动形式 ： 摇臂驱动式 、摆臂驱动式 、直接驱动式 5）每缸气门数： 两气门式 、多气门式 null4.配气相位（进、排气门早开晚关的原因） 5.气门间隙大小的影响 6.配气机构主要零部件的构造 7.液力挺柱的工作原理（P65）